專利名稱：數(shù)字化線性比例流量并聯(lián)控制閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種精密壓力流量控制設(shè)備中的控制閥，特別是一種數(shù)字化線性比例流量并聯(lián)控制閥。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中，精密壓力流量控制設(shè)備中特別是微壓微流量控制設(shè)備，例如醫(yī)學(xué)內(nèi)窺鏡診治手術(shù)的重要設(shè)備——?dú)饪貎x(俗稱氣腹機(jī))，由于其技術(shù)性能指標(biāo)要求高，因此對(duì)關(guān)鍵的控制執(zhí)行部件要求較高，一般都采用電磁比例調(diào)節(jié)閥作為調(diào)控執(zhí)行部件。如用比例壓力調(diào)節(jié)閥為核心調(diào)控執(zhí)行部件的比例壓力控制系統(tǒng)(參見

圖1)；以及用比例流量調(diào)節(jié)閥為核心調(diào)控執(zhí)行部件的比例流量控制系統(tǒng)(參見圖2)。
由于上述電磁比例調(diào)節(jié)閥制造精度高，裝配調(diào)試難度大，應(yīng)用控制要求高，價(jià)格昂貴，且有其難以逾越的先天不足，困擾著應(yīng)用者，使所選配的設(shè)備的性能指標(biāo)也不盡乎人意。電磁比例調(diào)節(jié)閥共同的不足是控制特性的非線性，即初始控制段有一個(gè)死區(qū)，控制量增加與減少走的不是一條線，因此轉(zhuǎn)折處會(huì)有一個(gè)不敏感區(qū)(控制量變化了，但輸出量仍不變)。圖3和圖4分別是比例流量電磁閥和比例壓力電磁閥的輸入輸出特性曲線。從圖中可看出，比例流量電磁閥的非線性較大，起始段死區(qū)也較大。而比例壓力電磁閥由于內(nèi)置壓力調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，在內(nèi)部調(diào)節(jié)的作用下，使輸入輸出特性曲線的線性度得到改善，但由于機(jī)械阻力、遲滯等的綜合作用，使增量調(diào)節(jié)與減量調(diào)節(jié)走的仍是二條曲線。因此，在控制量的轉(zhuǎn)折處仍會(huì)有一個(gè)不敏感區(qū)?？刂频姆蔷€性影響了流量的控制精度，也很難進(jìn)行流量積算統(tǒng)計(jì)。不敏感區(qū)使閉環(huán)控制特性變壞，超調(diào)量增大，系統(tǒng)響應(yīng)頻率低，壓力偏差修正慢。另外，比例壓力電磁閥當(dāng)它的控制量回復(fù)到零時(shí)，它仍有一個(gè)輸出量。此輸出量約等于它的遲滯量。由于這個(gè)不能“關(guān)斷性”，給微壓力微流量控制設(shè)置了重大的障礙。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服上述現(xiàn)有技術(shù)中所存在的缺陷，提供一種數(shù)字化線性比例流量并聯(lián)控制閥。
本發(fā)明采用了下列技術(shù)方案解決了其技術(shù)問題一種數(shù)字化線性比例流量并聯(lián)控制閥，其特征在于至少置有二個(gè)電磁閥，電磁閥與電磁閥之間的氣、液管道通路置為并聯(lián)連接，每一個(gè)電磁閥氣、液管道通路中還串聯(lián)連接一節(jié)流閥，并通過該節(jié)流閥使每個(gè)電磁閥氣、液管道通路大小依序設(shè)置為2N-1×流量基值，其中N為每個(gè)電磁閥序數(shù)值。
本發(fā)明與電磁比例閥相比，其優(yōu)點(diǎn)在于(1)控制碼與輸出流量值一一對(duì)應(yīng)；(2)控制特性曲線線性度好；(3)激勵(lì)響應(yīng)快；(4)整個(gè)控制區(qū)都在受控狀態(tài)，沒有遲滯，沒有死區(qū)，沒有不敏感區(qū)，可以用于精密的微壓微流量控制；(5)流量控制精度高，可以實(shí)現(xiàn)零流量或微流量輸出。本發(fā)明可以作為核心調(diào)控部件，廣泛應(yīng)用于各種流體(包括氣體和液體)的各種精密壓力流量控制系統(tǒng)，特別是精密微壓微流量控制系統(tǒng)，以確保設(shè)備的精確度、穩(wěn)定度和安全性。
圖說明圖1為現(xiàn)有技術(shù)中比例壓力控制系統(tǒng)原理簡圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)中比例流量控制系統(tǒng)原理簡圖；圖3為比例流量電磁閥輸入輸出特性曲線圖；圖4為比例壓力電磁閥輸入輸出特性曲線圖；圖5本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；圖6本發(fā)明實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖7本發(fā)明實(shí)施例輸入輸出特性曲線圖；圖8本發(fā)明用于醫(yī)用微壓微流量控制氣控儀結(jié)構(gòu)原理圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合圖以及實(shí)施例來對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
參照?qǐng)D5，本發(fā)明所述的并聯(lián)控制閥，至少置有二個(gè)電磁閥，電磁閥與電磁閥之間的氣、液管道通路置為并聯(lián)連接，每一個(gè)電磁閥氣、液管道通路中還串聯(lián)連接一節(jié)流閥J，并通過該節(jié)流閥J使每個(gè)電磁閥氣、液管道通路大小依序設(shè)置為2N-1×流量基值，其中N為每個(gè)電磁閥序數(shù)值。所述的電磁閥為電磁閘閥或者電磁滑閥。所述的流量基值a大于0，小于等于2升/每分鐘。這樣本發(fā)明的就可以實(shí)現(xiàn)各個(gè)控制組件平行供流，組合控流。
根據(jù)上述的構(gòu)造要求，如果本實(shí)施例設(shè)置八個(gè)氣、液管道通路并聯(lián)連接的電磁閥，則電磁閥氣、液管道通路的大小應(yīng)依序設(shè)置為電磁閥1的氣、液管道通路大小為21-1×流量基值；電磁閥2的氣、液管道通路大小為22-1×流量基值；電磁閥3的氣、液管道通路大小為23-1×流量基值；電磁閥4的氣、液管道通路大小的氣、液管道通路大小為24-1×流量基值；電磁閥5的氣、液管道通路大小為25-1×流量基值；電磁閥6的氣、液管道通路大小為26-1×流量基值；電磁閥7的氣、液管道通路大小為27-1×流量基值；電磁閥8的氣、液管道通路大小為28-1×流量基值。
參見圖6，本發(fā)明具體實(shí)施例為用8個(gè)氣、液管道通路并聯(lián)連接的電磁閥，若流量基值設(shè)置為0.1升/每分鐘，則電磁閥1的氣、液管道通路大小是0.1升/每分鐘；電磁閥2的氣、液管道通路大小是0.2升/每分鐘；電磁閥3的氣、液管道通路大小是0.4升/每分鐘；電磁閥4的氣、液管道通路大小是0.8升/每分鐘；電磁閥5的氣、液管道通路大小是1.6升/每分鐘；電磁閥6的氣、液管道通路大小是3.2升/每分鐘；電磁閥7的氣、液管道通路大小是6.4升/每分鐘；電磁閥8的氣、液管道通路大小是12.8升/每分鐘。
本發(fā)明可以方便地與電子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)行連接從而達(dá)到實(shí)時(shí)控制的目的。比如設(shè)電磁閥的關(guān)閉狀態(tài)為“0”，則其打開狀態(tài)為“1”，上述實(shí)施例中的8個(gè)電磁閥整體可以組成八位二進(jìn)制碼。其數(shù)據(jù)可由全閉狀態(tài)的“00000000”至全開狀態(tài)的“11111111”，如化為十進(jìn)制即為0～255。
另外，本發(fā)明的流量設(shè)定理論誤差值界為正負(fù)最低位設(shè)置量值。例如本實(shí)施例的調(diào)整范圍即為0～25.5升/每分鐘±0.1升/每分鐘。若控制碼為10011011，化為十進(jìn)數(shù)為155，總流量L總＝155×a＝155×0.1L/min＝15.5L/min。
本發(fā)明能很方便地實(shí)現(xiàn)二進(jìn)碼控流，為數(shù)字化控流，數(shù)字化閉環(huán)控壓奠定了基礎(chǔ)。
參照?qǐng)D7中8位并聯(lián)電磁閥的控制特性曲線，本發(fā)明與電磁比例閥相比，其優(yōu)點(diǎn)之一是控制碼與輸出流量值可一一對(duì)應(yīng)。由圖7可知，主控單元給出一個(gè)控制碼，8位并聯(lián)電磁閥只有一個(gè)輸出總流量與之對(duì)應(yīng)，它是唯一的。而比例壓力調(diào)節(jié)閥或比例流量調(diào)節(jié)閥的控制量卻有二個(gè)輸出量與之對(duì)應(yīng)，還要顧及上次控制點(diǎn)的位置，增量控制與減量控制走的是二條曲線。若控制轉(zhuǎn)向，則會(huì)出現(xiàn)一段不敏感區(qū)。這是閥的遲滯造成的?？刂茡Q向時(shí)，雖然控制值變了，但輸出值不變。只有越過不敏感區(qū)，移到另一條控制曲線上，才能使輸出量得到控制。
本發(fā)明與電磁比例閥相比，其優(yōu)點(diǎn)之二是控制特性曲線線性度好。由圖7可知，8位并聯(lián)電磁閥的特性曲線是一條固定斜率過原點(diǎn)零位的直線，沒有一點(diǎn)扭曲，線性度極好。對(duì)比圖3所示比例流量電磁閥的控制特性曲線，以增量控制為例，0～0.26A是它的死區(qū)，閥始終沒有打開；0.26～0.4A是斜率變化很大的曲線；0.4～0.55A這一段接近于直線，線性度較好；0.55～1A這一段又是斜率變化很大的曲線。而圖5所示的為比例壓力電磁閥的控制特性曲線。由于該閥一般內(nèi)置壓力自調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，80％控制段線性度較好，0～10％和90％～100％控制段，曲率變化較大，線性度較差。
本發(fā)明與電磁比例閥相比，其優(yōu)點(diǎn)之三是激勵(lì)響應(yīng)快。特別是我們采用并聯(lián)控制，響應(yīng)時(shí)間與控制量的增加值大小無關(guān)，僅與電磁閥開關(guān)速度有關(guān)。常規(guī)的二位二通電磁閥每秒可連續(xù)開關(guān)10次，開關(guān)時(shí)間小于5ms，因此系統(tǒng)激勵(lì)響應(yīng)時(shí)間小于5ms。而比例調(diào)節(jié)電磁閥激勵(lì)響應(yīng)時(shí)間要大幾十倍。如國外著名品牌的高精度比例壓力電磁閥，階躍響應(yīng)的數(shù)據(jù)如下從0→90％Pmax，開閥響應(yīng)的時(shí)間為200ms；從100％→10％Pmax，關(guān)閥響應(yīng)的時(shí)間為500ms。響應(yīng)時(shí)間分別是并聯(lián)電磁閥的40倍和100倍。比例流量閥是直動(dòng)型的，響應(yīng)的時(shí)間比比例壓力閥短，但也要在50ms以上，響應(yīng)時(shí)間是并聯(lián)電磁閥的10倍。
本發(fā)明與電磁比例閥相比，其優(yōu)點(diǎn)之四是整個(gè)控制區(qū)都在受控狀態(tài)，沒有遲滯，沒有死區(qū)，沒有不敏感區(qū)，可以用于精密的微壓微流量控制。比例壓力電磁閥，在增量起調(diào)區(qū)，線性度差，微壓控制精度難以保證。在減量調(diào)整時(shí)，由于遲滯的存在，當(dāng)控制量為零時(shí)，閥仍有一微壓量輸出，一般約5KPa，關(guān)不死。因此，在微壓微流量控制中容易造成壓力失控上沖。比例流量電磁閥死區(qū)很大，約占整個(gè)控制段的30％，且起調(diào)區(qū)控制特性曲線曲率變化很大，線性度極差，很難使微壓微流量的精度得到有效的控制。
本發(fā)明并聯(lián)電磁閥與電磁比例閥相比，其優(yōu)點(diǎn)之五是流量控制精度高，可以零流量或微流量輸出。最小流量輸出取決于最低位，即“0”位a的設(shè)定量。最高位增加1位，流量增大一倍。最低位量為流量控制的分辨率值。全量程流量自由設(shè)定，精確輸出，最大誤差＝最低位值+各位電磁閥整定誤差。另外，可根據(jù)各電磁閥開通時(shí)間積時(shí)計(jì)算，較精確地進(jìn)行總用量的統(tǒng)計(jì)。而比例電磁閥由于其控制特性的非線性、遲滯、死區(qū)以及增量控制和減量控制走的是二條曲線，因此流量設(shè)定誤差很大。
參照?qǐng)D8，此為以本發(fā)明作為核心執(zhí)行部件的控制系統(tǒng)的醫(yī)用微壓微流量控制氣控儀系統(tǒng)原理簡圖。
該醫(yī)用微壓微流量控制氣控儀選用0～5KPa雙精密微壓傳感器并聯(lián)測壓，以確保測壓數(shù)據(jù)的可信度。壓力信號(hào)經(jīng)運(yùn)算放大后，轉(zhuǎn)變成0～5V的電壓信號(hào)。系統(tǒng)以嵌入式單板機(jī)作為微電腦主控單元，此單板機(jī)內(nèi)置多通道10位A/D轉(zhuǎn)換部分。選用三菱公司5.7″液晶觸摸屏作為本實(shí)施例的人機(jī)界面。系統(tǒng)主控單元的8位開關(guān)量輸出口(I/O口)作為8位并聯(lián)電磁閥的控制接口，根據(jù)流量控制二進(jìn)制的碼值，并行控制各電磁閥的開關(guān)。系統(tǒng)調(diào)流范圍為0～25.5L/min，流量控制精度為±0.1L/min。輸入控制主控單元的控制程序和觸摸屏的圖象程序，即組成了調(diào)流范圍為0～25L/min，控壓范圍為0～4KPa(30mmHg)的氣控儀。
上述實(shí)施例氣控儀與以比例電磁閥(壓力型或流量型)為調(diào)控部件的系統(tǒng)相比有明顯的優(yōu)點(diǎn)1、激勱響應(yīng)快，超調(diào)量小，壓力偏差修正快。從開機(jī)啟動(dòng)到壓力達(dá)到壓力設(shè)定點(diǎn)值的動(dòng)態(tài)控制過程時(shí)間很短，很快壓力就穩(wěn)定下來，控壓過程不會(huì)出現(xiàn)壓力上下波動(dòng)現(xiàn)象。
2、控流精度高，控流范圍寬，可以進(jìn)行微量輸出。由于控制特性曲線線性度好，沒有遲滯，沒有死區(qū)，以上述實(shí)施例為例，零流量、0.1L/min以及0～25.5L/min之間任意值，都能精確地進(jìn)行流量控制，流量輸出值和其控制碼嚴(yán)格對(duì)應(yīng)。
3、控壓精度高，控壓范圍寬，可以進(jìn)行極微壓輸出。以上述實(shí)施例為例，可以把輸出壓力設(shè)置在0.1KPa，4KPa，也可設(shè)置在0～4KPa之間任意點(diǎn)，都能保證控壓精度。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)字化線性比例流量并聯(lián)控制閥，其特征在于至少置有二個(gè)電磁閥，電磁閥與電磁閥之間的氣、液管道通路置為并聯(lián)連接，每一個(gè)電磁閥氣、液管道通路中還串聯(lián)連接一節(jié)流閥，并通過該節(jié)流閥使每個(gè)電磁閥氣、液管道通路大小依序設(shè)置為2N-1×流量基值，其中N為每個(gè)電磁閥序數(shù)值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字化線性比例流量并聯(lián)控制閥，其特征在于所述的電磁閥為電磁閘閥或者電磁滑閥。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字化線性比例流量并聯(lián)控制閥，其特征在于所述的流量基值大于0，小于等于2升/每分鐘。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的數(shù)字化線性比例流量并聯(lián)控制閥，其特征在于所述的流量基值為0.1升/每分鐘。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字化線性比例流量并聯(lián)控制閥，其特征在于置有八個(gè)氣、液管道通路并聯(lián)連接的電磁閥，電磁閥的氣、液管道通路大小依序設(shè)置為第一個(gè)電磁閥為21-1×流量基值；第二個(gè)電磁閥為22-1×流量基值；第三個(gè)電磁閥為23-1×流量基值；第四個(gè)電磁閥為24-1×流量基值；第五個(gè)電磁閥為25-1×流量基值；第六個(gè)電磁閥為26-1×流量基值；第七個(gè)電磁閥為27-1×流量基值；第八個(gè)電磁閥為28-1×流量基值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5、4所述的數(shù)字化線性比例流量并聯(lián)控制閥，其特征在于置有八個(gè)氣、液管道通路并聯(lián)連接的電磁閥，電磁閥的氣、液管道通路大小依序?yàn)榈谝粋€(gè)電磁閥0.1升/每分鐘；第二個(gè)電磁閥0.2升/每分鐘；第三個(gè)電磁閥0.4升/每分鐘；第四個(gè)電磁閥0.8升/每分鐘；第五個(gè)電磁閥1.6升/每分鐘；第六個(gè)電磁閥3.2升/每分鐘；第七個(gè)電磁閥6.4升/每分鐘；第八個(gè)電磁閥12.8升/每分鐘。
全文摘要
一種數(shù)字化線性比例流量并聯(lián)控制閥，至少置有二個(gè)電磁閥，電磁閥與電磁閥之間的氣、液管道通路置為并聯(lián)連接，每一個(gè)電磁閥通路中還串聯(lián)連接一節(jié)流閥，并通過該節(jié)流閥使每個(gè)電磁閥氣、液管道通路大小依序設(shè)置為文檔編號(hào)F15B13/00GK1570403SQ03141700
公開日2005年1月26日 申請(qǐng)日期2003年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月18日
發(fā)明者莊海 申請(qǐng)人:莊海