模糊逻辑液位控制制造技术

冷冻装置的运行效率通过控制系统以保持冷凝器中液态冷却剂的液位在一个最小化或防止气体回流至汽化器（１１０）的值而达到最佳。这通过测量冷凝器（１００）中液态冷却剂的液位（１７０）和结合模糊逻辑以正确定位一个多位置阀门（１４０）来完成，该多位置阀门能够根据所测的参数（１７０）可变化地限制这一液体至汽化器（１１０）的流量。模糊逻辑利用与一设定液位（５０１）的液位差和所测液位的变化率（５０４）作为输入。每一个输入与模糊逻辑技术相结合以提供所需的输出信号来控制阀门的开和关。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术基于美国的临时申请，顺序号60/015,347，题目为“模糊逻辑液位控制”，1996年4月16日申请，合并于此以作参考。本专利技术一般涉及控制一种机械式液体制冷的冷冻装置。特别的，本专利技术涉及一种用于机械式液体制冷冷冻装置的模糊逻辑液位控制装置，以控制冷凝器中液体冷却剂的液位，防止气体从冷凝器中逃逸。冷却剂液体常用于机械式液体制冷冷冻装置。最理想的是控制上述冷却剂的流量以得到最佳和有效的运行。至少一些现有的系统已使用了液体表面传感器来测量冷却剂的液位。据申请者所知，没有人能通过使用一个液位传感器和利用所测值作为一个可变输入的模糊逻辑来精确和最佳地控制在一个冷却剂制冷装置系统中流动的冷却剂的液位。与本专利技术相配合的系统和方法包括一个冷却系统，它包含有一个汽化器，一个压缩机，一个冷凝器和一个膨胀装置(如一个阀门)，全部都在一个封闭的冷却回路中连接。已知，冷却剂流经这个系统，并经常在冷凝器和汽化器聚集。本专利技术中，一个液位传感器放置在冷凝器中测量冷却剂的液位。一个膨胀装置或小室放置在汽化器和冷凝器之间并包括放置在其中的一个可变化流量的阀门。一个这样的阀门是一蝶形阀门，它能被与该阀门相连或作为该阀门一部分的一个电动机，线圈或相似的致动器按顺序的步骤有选择的开或关。该阀门通过致动器由一个微处理器控制，该微处理器接收液位传感器的一个或多个输出信号并控制阀门的位置以改变对冷却剂的限制从而控制冷却剂的流量。更为可取的是，微处理器应用一种根据在冷凝器中测得液位及其变化率而进行的模糊逻辑算法来确定阀门的理想位置。需要理解的是上述一般性描述和以下的详细描述仅是示范性和解释性的，而不是如权利要求书中所述的对本专利技术的限制。附图与本说明书相结合并作为本说明书一部分说明了本专利技术的一个实施方式，并和描述一起用以解释本专利技术的原理。附图中附附图说明图1是一个机械式液体制冷冷冻装置的整体系统图；附图2(a)和2(b)表示以液位差(所测液位与预期最佳液位之差)和液位变化率为输入的模糊逻辑关系函数的一个例子；附图3表示根据本专利技术的一个模糊逻辑真值表的例子；附图4表示根据本专利技术的一个特例的模糊逻辑真值表；和附图5A-5E表示根据本专利技术的一个实施方式，由一个微处理器操作运行的流量示意图。本专利技术作为一个离心式冷冻装置系统的控制而发展起来。应认识到本专利技术还可以有其它的用途。现详细说明本专利技术目前的最佳实施方式，一个在附图中所示的例子。在任何可能之处，所有附图中将使用相同的参考标号以指代相同的部分。附图1中描述本专利技术的液位控制系统在一个冷却系统中的应用。该冷却系统包括一个冷凝器100，一个汽化器110，一个离心式气体压缩机120和一个含有阀门140的膨胀装置或小室130，全部都在一个常规的封闭冷却回路中相互连接。限制设备最好是一个具有多个位置的阀门，如一个蝶形阀门，它可以改变对流体的阻力从而改变冷却剂的流量。这种蝶形阀门制造上很容易得到，如由Norriseal公司制造并供货的D-200型蝶形阀门。阀门控制器150基于从一个控制器，如一个微处理器160接收到的信号来开启和关闭阀门140(相对于它先前的位置)。该阀门控制器，如已知的和可得到的，可以是一个电动机，线圈或相似的致动器。这样一个致动器的例子是Barber Colman Mp-481或487挡板控制器，它是一个容易得到的电动机，只要有一个脉冲(一个应用于一给定时间段的可接受的交流信号)，它就会转动。其它类型的脉冲，如一个直流信号，也可被使用，只要它与所用的致动器的类型相符。在本专利技术的一个最佳实施方式中，微处理器以脉冲的形式发出一个信号，它引起致动器按与它所收到的脉冲成正比的方向开启和关闭。在另一个实施方式中，其它信号和致动器也能被使用，只要阀门按与所收到的信号成比例地开和关。一个冷却剂传感器170被用于探测冷凝器中液态冷却剂的量。该传感器最好是一个位于冷凝器100中的液位传感器。传感器输出一个信号给微处理器160。一个较好的传感器的例子是SHP和SVP液位传感器探头，由汉森技术合作公司(Hansen Technologies Corporation)制造并供货。上述传感器直接插入冷却剂容器，此处为冷凝器，并提供连续和准确的冷却剂液位测量。上述传感器是电容式液位传感器。因为液态冷却剂本质上存储电能的潜能比汽态冷却剂大许多，所以，电容值几乎成比例地随冷却剂液体的液位而改变。运行中，汽态冷却剂在压缩机120中被压缩，并被送至冷凝器100，在那儿它遇到一种冷却介质，如来自一冷却塔(未表示出)的水180，并被冷凝成液态冷却剂。该液态冷却剂流至膨胀装置或小室130以减轻它对汽化器110的压力。冷却剂在流经膨胀小室130至汽化器110的过程中膨胀。当该冷却剂流过汽化器110时，来自一建筑的空调设备中的循环水190与其进行热量交换从而被冷却。冷却剂汽化并回到压缩机120的吸入口。以这种方式，在整个建筑的空气冷却单元中循环的水在汽化器110中被冷却。为了随着冷却需求或负荷的变化而改变建筑的冷量，如所知道的，压缩机120的工作量被控制。一种液体或气体经过如节流器130,140的一种障碍物的流量决定于该障碍物上游和下游的压力及由于该障碍物的几何外形而造成的阻力的大小。因此，流经膨胀装置的冷却剂液体流量取决于冷凝器100和汽化器110中的压力，及阀门140的几何外形和位置。通过调节该阀门的位置，对冷却剂液体流动的阻力的大小改变了。控制系统确定阀门140的位置，以使在膨胀小室130中流动的液体的阻力与所需的，能使汽态冷却剂到达汽化器的量为最小，如果不是完全消除，的阻力相一致。在所描述的实施方式中，这一效果通过控制阀门，以一种寻求保持冷凝器中冷却剂液体液位在一个预设定液位的方式来达到。微处理器160提供两种潜在相关的信号，开和关，最好是根据一种模糊逻辑算法的输出来驱动阀门致动器150。在任何一个给定的时间段，微处理器的输出引起阀门相对于它先前的位置开启一定的量，相对于它先前的位置关闭一定的量，或保持不变。如下面所阐述的，微处理器基于所测的液位和液位变化率，最好是根据一种模糊逻辑算法作出这种决定。液位传感器170测量冷凝器100中冷却剂液体的液位。该传感器最好为电容式液位传感器。可取的传感器包括被冷却剂液体分开的两个电极。该冷却剂液体引起上述传感器的电容几乎与冷却剂液体液位成比例地改变。该传感器输出一个电压反应所测液体的液位。微处理器160能利用该传感器的输出来确定液态冷却剂的液位和一个液位差(实际液位与最佳预选液位之差)，以及液位变化率。如果阀门140关闭得太快，冷凝器100中的液体升高，引起汽化器不足的可能，如果阀门140开启得太快，冷凝器100中的液体将会下降，引起气体回流至汽化器110。当气体回流产生时，压缩机120必须做更多的工作和加热，以维持气体的流动。这降低了整个冷冻装置的运行效率。因此，微处理器160以理想的液位设定值来编程。微处理器160存储并使用一种模糊逻辑算法来控制阀门140。该算法按获得理想液位设定值的愿望来确定是否让阀门更开一些，更关一些，或保持不变。合适的液位设定值是冷冻装置设计的一个任务，并被选择用来防止气态冷却剂回流至汽化器。对于一个给定的冷冻装置，合适的冷却剂液位可以通过冷冻本文档来自技高网...

【技术保护点】
一个冷却系统包括： 一个汽化器，一个压缩机，一个冷凝器和一个膨胀装置，全部连接在一个封闭的冷却回路中，冷却剂沿着该回路循环； 在冷凝器中的冷却剂液体； 一个传感器，用以测量冷凝器中的液态冷却剂并提供一个测量信号； 上述膨胀装置，当冷却流过该设备时，能够根据一个控制信号有选择地改变它施加给冷却剂的限制的大小；以及 一种控制方式，它以所选的时间段对测量信号进行取样，并以预先确定的被设计用来最小化或消除气态冷却剂至上述汽化器的流动的方式应用所取样的测量信号。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：格雷戈里K比弗逊，克雷格N肖尔斯，拉塞尔P沃沙因斯基，
申请(专利权)人：约克国际有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]