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用于在无位置 传感器的情况下获取流体系统的至少一个执行件的位置的位置测量装置

阅读：211发布：2020-05-17

专利汇可以提供用于在无位置传感器的情况下获取流体系统的至少一个执行件的位置的位置测量装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且提出一种用于在无位置传感器布置的情况下获取流体系统(10)的至少一个执行件(19)的位置的位置测量装置，其中，设置有至少一个用于控制流体系统(10)的流体控制阀 (12)。在至流体系统(10)的输入管路(13)中接通有体积流量和压力传感器装置(17)，其直接地与控制器 (18)相连接。控制器(18)具有用于根据关系式(I)来计算执行件(19)的位置x的器件。，下面是用于在无位置传感器的情况下获取流体系统的至少一个执行件的位置的位置测量装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于在无位置传感器布置的情况下获取流体系统(10)的至少一个执行件(19)的位置的位置测量装置，其带有控制器并且带有至少一个用于控制所述流体系统(10)的流体控制阀(12; 22)，以及带有接通到通往所述流体系统(10)的输入管路(13)中的体积流量和压力传感器装置(17)，其直接地与所述控制器(18)相连接，其中所述控制器(18)具有用于根据关系式
来计算所述执行件(19)的位置x的器件，其中，A为所述执行件(19)的压力冲击的面积，QN为所测量的体积流量，Kp1和Kp2为取决于压力的修正系数，而QK为取决于有效的总体积V且取决于所测量的压力p的时间上的导数的压缩流量。
2.根据权利要求1所述的位置测量装置，其特征在于根据Qk=V·dp/dt的压缩流量。
3.根据权利要求1或2所述的位置测量装置，其特征在于，所述体积流量和压力传感器装置(17)接通到至少一个所述控制阀(12, 22)与所述流体系统(10)之间。
4.根据权利要求1或2所述的位置测量装置，其特征在于，所述体积流量和压力传感器装置(17)构造为测量模块。
5.根据权利要求1或2所述的位置测量装置，其特征在于，所述体积流量和压力传感器装置(17)安装在至少一个所述控制阀(12, 22)处。
6.根据权利要求5所述的位置测量装置，其特征在于，多个控制阀(22)形成阀组(21)，其设有至少一个体积流量和压力传感器装置(17)。
7.根据权利要求1或2所述的位置测量装置，其特征在于，所述体积流量和压力传感器装置(17)关联于多个致动器。
8.根据权利要求7所述的位置测量装置，其特征在于，所述控制器(18)具有用于将所述体积流量和压力传感器装置(17)的所获取的测量信号与相应地所操纵的所述流体系统在时间上相关联的器件。
9.根据权利要求4所述的位置测量装置，其特征在于，所述体积流量和压力传感器装置(17)构造为组装模块或嵌装模块。
10.根据权利要求5所述的位置测量装置，其特征在于，所述体积流量和压力传感器装置(17)安装在至少一个所述控制阀(12, 22)中。

说明书全文

用于在无位置 传感器的情况下获取流体系统的至少一个执

行件的位置的位置测量装置

技术领域

[0001] 本发明涉及在无位置传感器的情况下用于获取流体系统的至少一个执行件(Stellglied)的位置的位置测量装置。用于控制在流体系统、尤其工作缸中的运动的位置传感器和行程测量系统以各式各样的变体已知并且用于过程控制是绝对必要的。在一定的条件下，例如在非常高的温度下，位置传感器和行程测量系统的使用是非常有问题的并且是费用多的。即使不存在高的温度，温度传感器和行程测量系统体现成本因素，其尤其在对于测量精度要求不是太高时应被保持得尽可能低。

背景技术

[0002] 由文件DE 103 55 250 B4已知，布置了一种在至工作缸的输入管路中的体积流量和压力传感器装置。但是它不用于活塞的位置获取，而是通过将所测得的压力值和体积流量值与参考值相比较而用于泄漏确定。为了确定泄漏，附加地需要终端位置开关。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于提供一种用于确定流体系统的至少一个执行件的位置的位置测量装置，在其中，可放弃位置传感器或行程测量系统。

[0004] 该目的通过带有权利要求1的特征的位置测量装置来实现。

[0005] 根据本发明的位置测量装置尤其具有该优点，即可放弃每个位置测量传感器或行程测量系统并且可直接通过获取流量或体积流量和压力来确定(多个)位置。所以传感装置不需要沿着执行件的行程路径来布置，而是可布置在至流体系统的输入管路中、即也布置在外部，其中，几何的位置是可变的。这使在更小的布线费用的情况下能够进行该组件的可变的几何布局。通过由更便宜的体积流量传感器和压力传感器代替位置传感器或行程系统可降低用于位置获取的成本。

[0006] 流体系统尤其为气动的系统，其利用压缩空气来运行。

[0007] 通过在从属权利要求中列举的措施，在权利要求1中所说明的位置测量装置的有利的改进方案和改善是可能的。

[0008] 体积流量和压力传感器装置构造为测量模块、尤其为组装模块(Anbaumodul)或嵌装模块(Einbaumodul)已证实为特别有利的。这种模块可以以简单的方式安装在流体系统处或流体系统中，或者以可变的方式安装在至少一个控制阀处或控制阀中。

[0009] 如果流体系统具有至少一个流体操纵的致动器(Aktor)或者它由至少一个流体操纵的致动器构成，那么体积流量和压力传感器装置以有利的方式布置在致动器的盖子中的一个处或一个中，或者布置在其外侧处。

[0010] 如果多个控制阀形成阀组(Ventilbatterie)，那么它适宜地可设有一个或设有多个体积流量和压力传感器装置，尤其以模块的形式。

[0011] 体积流量和压力传感器装置也可有利地关联于作为流体系统的多个流体操纵的致动器。当控制器具有用于将体积流量和压力传感器装置的所获取的测量信号与相应地所操纵的致动器在时间上相关联的器件使得利用体积流量和压力传感器装置可获取多个致动器的执行件的位置时，那么它首先被证实是特别有利的。

[0012] 至少一个流体操纵的致动器例如涉及一种线性驱动器(Linearantrieb)，例如涉及一种工作缸，或者涉及一种旋转驱动器。附图说明

[0013] 本发明的实施例在附图中示出并且在接下来的说明中详细地来阐述。其中：

[0014] 图1显示了通过控制阀控制的工作缸的示意性的视图，其中，体积流量和压力传感器装置布置到至工作缸的输入管路中的一个中，

[0015] 图2显示了在阀组处的两个模块化的体积流量和压力传感器装置的布置以及[0016] 图3显示了在工作缸的缸盖中的体积流量和压力传感器装置的布置。

具体实施方式

[0017] 在图1中示意性示出的实施例中，流体工作缸10作为流体系统的示例通过具有压力P的压力源11经由阀组件12来控制，在其中涉及5位3通阀或者涉及两个单独的阀，其接通到至流体工作缸10的两个腔室的两个输入管路13、14中。节流止回阀15、16接通到两个输入管路13、14中，节流止回阀15、16为适宜的设计方案，但不是强制必需的。此外，构造成测量模块的体积流量和压力传感器装置17接通到两个输入管路13中的一个中，通过体积流量和压力传感器装置17来测量被向工作缸10的相应的工作腔引导或引回的体积流量QN以及相应的压力p。

[0018] 体积流量和压力传感器装置17的测量值QN和p被输送给控制器18，其可构造为外部的控制中心或者为单独关联的控制装置。该输送可电缆连结地或者也可无线地来实现。在该控制器18中，从测量值QN和p根据关系式

[0019]

[0020] 计算工作缸10的用作执行件19的活塞的相应的位置x。在此，A是执行件19即工作缸10的活塞的可压力冲击的面积，而Qk是压缩流量，其根据关系式

[0021] QK＝V·dp/dt

[0022] 与促动器容积和压力变化成比例，其中，V是容积，其由死点容积(即管路、软管等的容积)和取决于冲程的气缸容积构成。Kp1和Kp2为取决于压力的对体积流量QN和压缩流量Qk的修正系数。这些修正系数考虑了当前的压力以及温度效应/热效应，其与多变系数(Polytropenkoeffizient)一起被考虑。该系数自动地通过缸的平移速度、压力变化和压力的大小来确定。所计算的位置值x由活塞速度的积分得出，从而它也以简单的方式由此通过放弃积分来获得。

[0023] 不仅在通过所关联的输入管路13输入压力介质时而且在排出压力介质时可利用体积流量和压力传感器装置17。如果测量在流体输入期间实现，则两个修正系数适宜地作为正的值来考虑。在流体排出期间测量时，两个修正系数适宜地作为负的值来考虑。

[0024] 体积流量和压力传感器装置17也可接通到两个输入管路中的另一个(14)中。同样地存在相应地将自己的体积流量和压力传感器装置同时接通到全部的输入管路13、14中的可能性，那么它们适宜地联接到一个并且同一个控制器18处。

[0025] 所确定的位置值x可显示并且/或者存储或记录在显示装置和/或记录装置20中。

[0026] 在根据之前所描述的方法或根据之前所说明的关系式确定位置时测量从用于阀组件12的控制信号开始，通过该控制信号初始化体积流量。通过使压力模型和体积流量模型服从于可信度控制，为了纯粹的终端位置确定还可使该方法更可靠并更简化。例如，对压力和体积流量的测量值在过程开始时等于零。如果执行件9离开终端位置，那么压力和体积流量达到它的最大值。在通过执行件9到达相反的终端位置时，对于压力确定终值，而体积流量变为零。

[0027] 利用体积流量和压力传感器装置17还可实现附加的诊断，例如通过测量压力上升时间经由压力传感器获取接通时间。

[0028] 在图2中示出了作为流体系统的构造成阀组的阀组件21，其由许多彼此相邻排列的板阀(Plattenventil)22或其它的阀构成。板阀22中的两个相应地装备有体积流量与压力传感器装置17，其作为组装模块组装到对应的板阀22处。原理上，板阀22中的每个也可设有自己的体积流量和压力传感器装置17，其中，除了组装之外也可实现嵌装。通过控制信号的模型在控制器18或者其它的控制装置(也例如阀岛(Ventilinsel)的内部的控制装置)方面的评估可减少传感器成本。这些控制信号已经存在于阀组中。因为很少所有的阀同时接通，所以根据当前的接通状态，体积流量和压力传感器装置17的测量信号与带有对应的促动器的相应地激活的阀或板阀22相关联。为此也可仅设置有用于所有阀或板阀22的唯一的体积流量和压力传感器装置17，其布置在共同的流体输送管路中。带有开关矩阵(Schaltmatrix)的相应的电子评估装置(Auswerteelektronik)同样可集成在阀组中。
根据应用，体积流量和压力传感器装置17的数量可变化。当仅对终端位置感兴趣时，为在终端位置方面的粗略的结论也可仅评估体积流量测量信号，其中，那么压力获取或包含在模块中的压力传感器不是必需的。

[0029] 在图3中放大地示出了带有它的作为执行件19的活塞的流体工作缸10的部分区域。工作缸10具有缸套23，其在所示出的终端区域处通过盖子24来封闭。体积流量和压力传感器装置17作为嵌装模块集成在尤其构造成缸盖的盖子24中。对此替代地，它也可作为模块组装在盖子24处的外部或者在缸套23处的外部。在实施例中，作为流体系统示出了流体工作缸。但是，本发明也可应用在作为流体系统的其它的致动器上，其中，流体系统可具有多个致动器或工作缸。

[0030] 如已经所实施的那样，本发明的目的为通过使用体积流量和压力传感器装置在流体系统或致动器(如驱动器、气缸等)中的间接的位置获取。在此，优点是易受干扰性的减小、调试费用和布线费用的减少以及更少的维护费用。

[0031] 所显示的工作缸10具有活塞连杆，但是也可构造成无活塞连杆。代替所显示的工作缸10，也可存在其它的流体操纵的致动器，例如旋转驱动器、碎壳器缸(Krustenbrecherzylinder)、手动操作装置或夹紧装置。

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