CN1135138C - 从压力容器中提供流体的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

为了简单且经济地确保从压力容器(4)中连续且均匀地提供流体(8)，提出了一种方法，其中处于压力下的气体(10)通过设置在压力容器(4)输入管路(5)中的比例阀(15)别送入压力容器(4)中，利用第一压力传感器(24)测量在输出管路(6)中的流体(8)的压力，打开和关闭在输出管路(6)中的排出阀(26)。该方法还包括根据第一压力传感器(24)的测量结果俩确定压力额定值、将该测量值传给比例阀(15)、利用设置在比例阀(15)与压力容器(4)之间的第二压力传感器(16)来测量输入管路(5)中的气压、将测量结果传给比例阀(15)。本发明还提出了一种执行上述方法的装置。

Description

从压力容器中提供流体的方法和装置
本发明涉及一种从压力容器中提供流体的方法，其中将处于压力下的气体送入压力容器是通过比例阀实现的，所述比例阀设置在压力容器的输入管路中，规定了利用第一压力传感器来测量输出管路中的流体压力并且打开和关闭输出管路中的排出阀。本发明还涉及一种从压力容器中提供流体的装置，它具有一个设置在一个把处于压力下的气体的送入压力容器的输入管路中的比例阀、在压力容器输出管路中的且用于探测处于输出管路中的流体压力的第一压力传感器以及一个在输出管路中的排出阀。
这样的方法和装置例如在生产CD的涂漆***中是已知的。在这种***中，在排出阀处的所提供的涂漆的压力尽可能具有不变预定值，这对均匀连续地涂漆CD是很重要的。在已知的***中，在第一压力传感器上测量的压力值被用做调节比例阀的实际值。在这种情况下出现了这样的问题，即只要打开了排出阀，则第一传感器上测量的压力就因动态的管路压力损失和过滤件压力损失而降低。由于压力降低，所以，一直跟踪调节在比例阀上的压力，直到实际值等于预定额定值为止。此外，在排出过程中也要跟踪调节，这造成了排放漆量的不准确。在关闭了排出阀后，动态的管路压力损失和过滤件损失不再发生作用，在第一压力传感器上的测量压力又升高到一个较高值。必须通过排出先送入的且一般是氮的气体并直到实际值又等于额定值的方式重新调节比例阀。
调节过程导致了计量体积的波动以及氮的大用量。此外，由于溶剂蒸发以及溶剂蒸汽随重调时泄漏的氮气而逸出，可能出现了溶解于溶剂中的漆的浓度变化以及结晶。此外，在充满临界共振气体量的容器填充状态下，出现了调节器的振动疲劳，这导致了氮气大量消耗。
因此，本发明的任务是提供一种从压力容器中提供流体的方法和装置，其中通过简单的低成本方式确保了流体的均匀连续的提供。
根据本发明，在上述类型的方法中如此完成了所提出的任务，即根据第一压力传感器的测量结果来确定压力额定值并且将该值传递给比例阀；利用一个位于比例阀与压力容器之间的第二压力传感器来测量输入管路中的气压并将测量结果传递给比例阀。通过测量输入管路中的气压并且将测量结果传给比例阀，避免了在打开和关闭排出阀时通过比例阀进行上述通常的跟踪调节，这是因为，在比例阀与第二压力传感器之间没有出现动态的管路压力损失和过滤件压力损失。这导致了氮气的小消耗量，因为在关闭排出阀时，没有发生氮气泄漏，由此一来，也获得了较小的溶剂中的染料浓度变化。此外，在调节时抑制了振动疲劳，因为通过由比例阀与第二压力传感器构成的调节环路不容易波动。通过根据第一压力传感器的测量结果来确定压力额定值以及将该值传给比例阀，实现了***自动适应于变化的干扰量如容器填充状态和过滤件压力损失，由此一来，获得了没有波动的稳定调节情况以及更高的计量精度。
根据本发明的一个优选实施例，为了确定压力额定值，只采用了这样的第一压力传感器测量结果，这个测量结果是在排出阀打开时测量的，从而避免了在打开或关闭排出阀时出现的压力波动影响额定值的确定。对于固定不变的计量体积流来说，只有在打开阀时在外部传感器上的压力是有关的并且是有意义的。此外，只采用了这样的第一压力传感器的测量结果，即这个测量结果是在打开排出阀后过了一定时间后而测量的，以便不让在打开时出现的波动影响确定。为了获得均匀的流体提供，为确定压力额定值而采用了经过一个测量间歇期而测定的第一压力传感器的测量结果。
最好除了取决于第一压力传感器测量结果外，还取决于第二压力传感器测量结果地决定压力额定值，以便获得更好的均匀性并更好地抑制干扰作用。最好测量输入管路与输出管路之间的压差，其中在本发明的第一实施例中，根据测量压差确定压力额定值。
在本发明的一个特别优选的实施例中，压力额定值的确定和/或传输只在排出阀被关闭时进行，以便保证在排出过程中没有发生预定压力额定值的改变和可能与之有关的跟踪调节。
根据本发明的另一个实施例，压力容器的填充高度是根据第一、第二压力传感器的测量结果而确定的，从而能够采取自动显示并且在确定压力额定值时调整由此导致的干扰作用。
对于过滤件状态自动显示来说，最好根据第一压力传感器的测量结果来确定在输出管路中的过滤件的状态。可以根据自动显示来测量何时需要更换过滤件。此外，过滤件状态最好是根据在排出阀打开和关闭时的第一压力传感器测量结果之差而决定的。在确定过滤件状态时，最好只采用这样的测量结果，即所述测量结果是在关闭或打开排出阀后过了预定时间后测量到的，以便在关闭或打开时不让波动影响确定过程。
在上述类型的装置中，如此完成了本发明的任务，即设有一个根据第一压力传感器的测量结果来确定要提供给比例阀的压力额定值的控制机构、一个在比例阀与压力容器之间的且用于测量在输入管路中的压力并把测量结果传给比例阀的第二压力传感器。通过该装置，获得了上面讲到方法的所述的优点。根据一个特别简单且经济的本发明实施例，第二压力传感器最好被整装到比例阀中。
根据本发明的另一个有利实施例，设有一个压差计，它安置在输入管路与输出管路之间。
以下，结合优选实施例并参见附图来说明本发明。
图1表示提供流体的本发明装置。
图2是流程图，它表示压力额定值的自动确定。
图3是流程图，它表示体积流量和过滤状态的确定。
图4是压力传感器的无效时间和测量时间的曲线图。
图1画出了用于CD 2的涂漆***1。
涂漆***1具有一个具有一条输入管路5和一条输出管路6的压力容器4。输入管路5在压力容器的顶面上与之相连并且与压力容器4的上区连通。输出管路6也与压力容器4的上侧相连。但输出管路6本身穿过压力容器4内部并且在下区内与压力容器内部连通。压力容器4部分填充有用于喷涂CD 2的油漆8。由于油漆8的重量，它充满了压力容器4的下区。在位于喷漆上方的区域内，有处于压力下的气体10如氮气。
氮气10从与输入管路5连接的氮气供应源12被充入压力容器4中，在输入管路5中，一个具有一个比例阀15和一个内部的压力传感器16的阀装置14位于压力容器4与氮气供应源12之间，所述压力传感器设置在压力容器4与比例阀15之间。
靠近压力容器4表面地设置了一个具有设置在输入管路5中的第一传感器件19和设置在输出管路6中的第二传感器件20的压差计18。在传感器件20的上方，还在输出管路6中设置了一个过滤件22、一个压力传感器24以及一个排出阀26。在阀26的后面(从压力容器4看的话)，输出管路6通向涂漆站28，CD 2在涂漆站内在阀26开启的状态下承受油漆8。
阀装置14、压差计18、压力传感器24以及阀26分别与控制机构30相连。控制机构30具有一个接收压差计18的内部压力传感器16的测量结果以及压力传感器24的测量结果的输入部31。控制机构30的输出部32与阀26相连，以便控制阀26的启闭。控制部32还与阀装置14的比例阀15相连，以便赋予比例阀15以由控制机构30算出的压力额定值。内部压力传感器16的输出端也与比例阀15相连，以便将压力实际值送给输入管路5中的比例阀15。阀装置14的比例阀15能够根据控制机构30的预定压力额定值以及内部压力传感器16的压力实际值把输入管路5中的压力调节为压力额定值。因而，在阀装置14内形成了一个调节环路，其中通过控制机构30而从外面提供压力额定值。
在涂漆***12工作时，通过送入处于压力下的氮气而将压力容器4调节预定的压力级。通过位于压力容器的压力，在压力容器4中的喷漆8在输出管路6中被向上压向阀26。在阀26关闭的状态下，该***基本上是静止不工作的，喷漆没有流出。当CD 2在涂漆站28内处于喷涂位置时，阀26受控制机构30控制地被打开了一段预定时间，这段时间是在基板2上涂覆漆层所需的时间。在阀26打开时，因在压力容器4内有压力，所以油漆8通过输出管路6流向涂漆站28。在关闭阀26以后，又出现了静态的***，这样的***中，油漆是不流动的。
为了在连续的涂漆步骤中将同样多的油漆涂到基板2上，在排出阀26打开的状态下，必须使***中且尤其是在输出区26内的压力保持为一个固定不变的值。这是如此实现的，即输出管路6中的压力且尤其是在过滤件22后面(从压力容器4看的话)区域内的压力被保持在一个固定不变的水平上。为此，给阀装置14预定了一个压力额定值以便调节***中的压力，这个值与由压力传感器24测得的压力有关。
以下，根据图2的流程图来说明压力额定值的计算。
在第一框40中，在第一压力传感器24上测量出压力P外部压力传感器24处。这个测量值被传给一个判定框42，它确定测量值是否来源于输出阀26被打开或关闭的时间段。
如果测量结果来源于其中关闭排出阀26的时间段，则测量结果被传给框44，它根据测量结果计算出平均压力值P外部压力传感器24处，阀26关闭，平 均。
如果测量结果来源于阀26被打开的时间段，则测量结果被传给框46，它计算出平均压力值P外部压力传感器24处，阀26打开，平均。
在计算出平均压力值P外部压力传感器24处，阀26打开，平均后，这个值被传给框48。在框50中，根据在涂漆站所需的油漆体积流量，预定一个理想的压力值P理想。这个压力值被传给框48。
在框52中，在阀装置14的压力传感器16上测量出压力P阀装置14的 内部压力传感器16处。测量结果被传给框54，在这个框中，由此计算出平均压力值P阀装置14的内部压力传感器16处，平均。这个平均压力值被传给框48。
在框48中，计算出粗略匹配的或修正的压力额定值P理想压力值的修正粗略 平均，确切地说是根据存储在框48中的压力值来计算的。粗略匹配的压力额定值是根据以下公式得到的：
P理想压力值的修正，粗略匹配＝P理想+(P内部压力传感器16处，平均-P外部压力传感器24处，平均)
这个值被传给框56，在框56中计算出平均值P理想压力值的修正粗略平均，这个平均值又被传给框58。
在框60中，测量出在输入管路与输出管路之间的压差ΔP压力容器4的 入口和出口管路之间的压力差并将其传给框62。在框62中平均测量结果。测得的压差ΔP压力容器4的入口和出口量路之间的压力差与油漆8在压力容器4中的填充高度有关。平均压差ΔP压力容器4的入口和出口管路之间的压力差被传给框58。
在框64中，确定连续测量的误差允许范围ΔP连续测量的公差范围并将其传给框58。
在框58中确定在框56中最后测算的且粗略匹配的平均压力值P理 想压力值的修正粗略平均与先前测定的值相比是否在误差允许范围内。这是如下决定的：
((P理想压力值的修正粗略平均，j+1-P理想压力值的修正粗略平均，j)2)0.5＞ΔP连续测量的公差范围
其中，j+1表示最后测算的平均值，j表示先测算的平均值。
如果满足上述公式，则得到：
P理想压力值的修正，j+1＝P理想压力值的修正粗略平均，j+1
即，新调节的压力额定值等于在框56中计算出的平均值。
如果不满足上式，则根据下式计算新调节的压力额定值：
P理想压力值的修正，j+1＝P理想压力值的修正，j+(Δp压力容器4的入口和出口管路之间的压力差，平均，j+1-ΔP压力容器4的入口和出口管路之间的压力差，平均，j)
由于压差计18的测量精度高于压力传感器24，所以根据压力计18的测量结果来进行调节，由此一来，降低了“粗略”跟踪调节的频率且尤其是减少了跟踪调节变化幅度。这样一来，获得了少量氮气消耗。
在框58中确定时产生的新调适压力额定值P理想压力值的修正随后被传给框66。在框66中确定涂漆***是否在开始阶段内即例如在1/5涂漆周期内。如果***不在开始阶段内，则在框58中计算出的压力额定值通过框68被传给框70，以便在那里产生新的调适压力额定值P理想压力值的修 正，新。
但如果***在开始阶段内，则在框72中又根据油漆性能、***的几何形状条件、压差计的压差和油漆体积流量计算出一个匹配的启动压力额定值P理想压力值的修正，启动。
可以根据几何形状条件、输出管路中的压力情况以及油漆性能计算出V启动，其中根据缺少的测量结果而推算出在压力传感器上的压力P外 部压力传感器24处＝P理想。如果过滤件是新的，则过滤件常数K过滤件，启动对应于制造厂商说明书。如果过滤件用旧了，则它对应于最后测量和存储的值。或者，如此测定过滤件常数K过滤件，启动，即在实际给CD涂漆前，进行测试交货周期，在这个期间内测定过滤件常数。
这个起始值确定是必须的，因为在***运行时无法知道P外部压力传感器 24处，阀26打开。额定值修正产生了一个粗略近似的起始值。
随后，调适的起始压力额定值被传给框70，在这里，形成了新的调适的压力额定值P理想压力值的修正，新。
这个值被传给框74，在这个框中确定***当前是在静态或是在动态中。如果***处于静态中，即没有介质流动，则通过框76把新的调适压力额定值P理想传给框78。如果在框74中确定了***处于动态中，即介质在流动，则不把新的调适的压力额定值P理想压力值的修正，新传给框78，而是保留在框78中的值。
在框78中，调适的压力额定值P理想压力值的修正，新被转换成可用于比例阀15的标准并且在框80中被传输给阀以便预定出压力额定值。
借助图4的流程图下面讲述过滤件状态的确定。
为了确定过滤件状态，必须在排出阀26关闭时算出压力P外部压力传感 器24处，阀26关闭。在排出阀打开时在压力传感器24上测量的压力P外部压力传感 器24处，阀26打开与在排出阀26关闭时测得的压力P外部压力传感器24处，阀26关闭之间的差是从过滤件压力损失和软管中的管路压力损失根据以下公式得到的：
P外部压力传感器24处，阀26关闭-P压力传感器24处，阀26打开＝ΔP过滤件r+ΔP管路6的压力损 失
其中在容器压力以及体积流量不变时，软管中的压力损失也固定不变。但是，如果过滤件堵住了，过滤件压力损失可以在容器压力不变的情况下在较长时间后增大。因而，调适的压力额定值P理想压力值的修正，新必须同样地增大。
如果达到一个极限值，则显示报警，它显示出过滤件已用旧而必须更换。
此外，在工作时应该显示出过滤件状态。根据图3的流程图来说明过滤件状态的计算。
在框90中，在压力传感器24上测量在输出管路6内的压力P外部压 力传感器24处。测量出的压力值被传给框92，在框92中确定排出阀是关闭还是打开。如果排出阀26是关闭的，则测量压力值P外部压力传感器24处被传给框94，它计算出阀26关闭时的测量压力值的平均值P外部压力传感器24处， 阀26关闭，平均。
如果在框92中确定了排触阀26是打开的，则将测量压力值P外部压 力传感器24处传给框96，它根据阀打开时测得的压力值P外部压力传感器24处计算出平均值P外部压力传感器24处，阀26打开，平均。
随后，在框98中计算出油漆体积流量并在框100中计算出输出管路中的压力损失ΔP管路6处的压力损失。P外部压力传感器24处，阀26关闭，平均、平均值P外 部压力传感器24处，阀26打开，平均以及管路中的压力损失ΔP管路6处的压力损失被传给框102，在这里，计算出过滤件中的压力损失ΔP过滤件。过滤件中的压力损失是根据下式算出的：
ΔP过滤件＝ΔP外部压力传感器24处，阀26关闭，平均-ΔP外部压力传感器24处，阀26打开，平均-ΔP管路6处的压力损失
随后，在框104中计算出在过滤件上的压力损失的平均值ΔP过滤件，平均。
随后，在框106中，结合测算出的过滤件压力损失和体积流量计算出过滤件常数K过滤件。这是根据以下公式进行的：
K过滤件＝ΔP过滤件，平均·A过滤件/(v·η介质)
这个值被传给框108，在这个框中确定该***是否位于开始阶段内。
如果该***位于开始阶段内，则在另一个判定框110中确定是否先进行过滤件更换。如果在重新开始前进行过滤件更换，则在框112中把与新过滤件常数K过滤件，新相等的过滤件常数K过滤件，启动用于上述起始压力额定值P理想压力值的修正，启动的计算。这个值K过滤件，新在框114中是根据生产厂商说明书而确定的并且被传给框112。
如果在框110中确定了，在重新开始前没有更换过滤件，则在框116中将设置等于最后测定的且在***下降前存储的值K过滤件，标志的过滤件常数K过滤件，启动。
如果在框108中确定了，***不在开始阶段内，则在框106中计算出的K过滤件通过框118而作为暂时的过滤件常数K过滤件，暂时被送往框120。在框120中，通过以下公式计算出过虑件状态系数：
过虑件状态系数＝K过滤件，暂时/K过滤件，新
通过过滤件状态系数确定了暂时的过滤件压力损失比原来的高多少。这样一来，可以更好地评估旧过滤件在需要更换前还能用多久。
图4示出了在阀26打开周期内的在内部压力传感器16和压力传感器24上测定的压力。上曲线表示在内部压力传感器16测量的压力，而变化比较剧烈的下曲线表示在压力传感器24上测量的压力。
如图4所示，在内部压力传感器16上测量的压力与排出阀26是打开或关闭无关，比较固定不变。
但是，在压力传感器24上测量的压力在打开或关闭排出阀26时比较剧烈地变化。在这种情况下，在关闭后马上出现了比较大的压降，这个压降随后又升高，以便随后降低。此外，在排出阀26打开后的间歇期T1内，出现了比较剧烈的压力波动。在间歇期T1后是一个压力比较平稳的阶段。在关闭排出阀26以后，出现了比较大的压力增大，这个增压又随后降低、升高。此外，在关闭阀后的间歇期T2内，出现了比较大的波动。在间歇期T2后是一个压力比较平稳的阶段。
因此，只将这样的测量结果用于上述修正压力额定值的计算以及过滤件状态系数的计算，即所述测量结果来源于这样的阶段，其中因打开和关闭阀而出现的压力波动基本上消退了。所述阶段在图4中被显示为用于在打开阀时测量的在时间间隔T1中的测量间  隔T1以及用于在关闭阀时测量的在时间间隔T2中的测量间隔T2。
虽然结合一个优选实施例并参照用于CD涂漆***地描述了本发明的装置，但本发明的装置不局限于此。

Claims (16)

1.一种从压力容器(4)中提供流体(8)的方法，它包括以下步骤：
-通过一个安装在压力容器(4)的一个输入管路(5)中的比例阀(15)将处于压力下的气体(10)送入压力容器(4)；
-利用第一压力传感器(24)测量在一输出管路(6)中的流体的压力，
-打开和关闭一个在输出管路(6)中的排出阀(26)，
其特征在于，
-根据第一压力传感器(24)的测量结果来确定压力额定值并且将该值传递给比例阀(15)；
-利用一个位于比例阀(15)与压力容器(4)之间的第二压力传感器(16)来测量在输入管路(5)中的气压并将测量结果传递给比例阀(15)。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，为了确定压力额定值，只采用了这样的第一压力传感器(24)的测量结果，这个测量结果是在排出阀(26)打开时测量的。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，只采用了这样的第一压力传感器(24)的测量结果，这个测量结果是在打开排出阀(26)后过了一定时间后测量的。
4.如前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，为了确定压力额定值，采用了经过一测量间歇期而测定的第一压力传感器(24)的测量结果。
5.如权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，压力额定值是根据第二压力传感器(16)的测量结果而确定的。
6.如权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，测量输入管路与输出管路(5，6)之间的压差。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，压力额定值是根据压差而确定的。
8.如权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，压力容器(4)的填充高度是根据一个压差计(18)的测量结果而确定的。
9.如权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，压力额定值的确定和/或传输只在排出阀(26)关闭时进行。
10.如权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，压力容器(4)填充高度是根据第一、第二压力传感器(24；16)的测量结果而确定的。
11.如权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，一个位于输出管路(6)中的过滤件的状态是根据第一压力传感器(24)的测量结果而决定的。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，过滤件状态是根据在排出阀(26)打开和关闭时的第一压力传感器的测量结果之差而决定的。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，在确定过滤件状态时，只采用了这样的测量结果，即所述测量结果是在关闭或打开排出阀(26)后过了预定时间后测量到的。
14.一种从压力容器(4)中提供流体(8)的装置(1)，它具有：
-比例阀(15)，它设置在压力容器(4)的一个输入管路(5)中用于送入处于压力下的气体；
-在压力容器(4)的一条输出管路(6)内的第一压力传感器(24)，它用于测量在输出管路(6)中的流体(8)的压力；
-一个在输出管路(6)中的排出阀(26)；
其特征在于，
-一个根据第一压力传感器(24)的测量结果来确定要提供给比例阀(15)的压力额定值的控制机构(30)；
-一个在比例阀(15)与压力容器(4)之间的第二压力传感器(16)，用于测量在输出管路中的压力并把测量结果传给比例阀(15)。
15.如权利要求14所述的装置，其特征在于，第二压力传感器(16)被整装在比例阀中。
16.如权利要求14或15所述的装置，其特征在于，设有一个压差计(18)，它设置在输入管路与输出管路(5；6)之间。
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