專利名稱：快速流體流量控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種快速流體流量控制裝置，尤其涉及一種能夠?qū)Ω鞣N氣體或液體的 流量進(jìn)行快速、精確測(cè)量的流量控制裝置。
背景技術(shù)：
流量測(cè)量和控制是工業(yè)領(lǐng)域中非常重要的一部分。目前市場(chǎng)上的流量計(jì)可以分為氣體 流量控制器和液體流量控制器。流量控制器可以用來(lái)控制通過(guò)該設(shè)備的流量。
絕大多數(shù)流量控制器基于模擬方式，模擬技術(shù)主要是采用運(yùn)算放大器作為基礎(chǔ)，通過(guò) 比較放大的方法來(lái)送出控制量，對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(通常采用電磁閥、比例閥或者熱式閥等)進(jìn) 行控制。采用模擬控制方式的流量控制裝置的問(wèn)題是精度往往難于保證，而且由于采用模 擬電路達(dá)成的控制機(jī)構(gòu)，很難針對(duì)每臺(tái)產(chǎn)品進(jìn)行調(diào)整，因此適應(yīng)性較差，因此這類型的產(chǎn) 品往往存在著控制精度不足，響應(yīng)時(shí)間慢等缺點(diǎn)。而現(xiàn)在還有一些數(shù)字化的流量控制器， 這類流量控制器的特點(diǎn)是采用了微處理作為控制核心，采用數(shù)字閉環(huán)控制方法，由傳感器 讀取的數(shù)據(jù)與設(shè)定值相比較，計(jì)算得到控制量，在采用D/A將控制量由數(shù)字量轉(zhuǎn)化成模 擬量。這類流量控制器提高了控制器的性能品質(zhì)。但是由于數(shù)模轉(zhuǎn)化中的精度和干擾問(wèn)題， 并且執(zhí)行機(jī)構(gòu)本身的反向電動(dòng)勢(shì)的問(wèn)題。這類產(chǎn)品存在著在低設(shè)定點(diǎn)，例如30%滿量程 以下，控制精度較差，響應(yīng)時(shí)間較慢。
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種快速流體測(cè)量控制裝置，該控制裝置能有效地避免數(shù)字 模擬轉(zhuǎn)化中控制精度問(wèn)題，對(duì)通過(guò)的流體流量進(jìn)行精確的控制。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型所提供的技術(shù)方案是:一種快速流體測(cè)量控制裝置， 該控制裝置包括傳感器、電磁閥和測(cè)量裝置，所述測(cè)量裝置包括微處理器、傳感器電路和 電磁閥電路，所述傳感器電路與傳感器連接，用來(lái)接收傳感器信號(hào)；所述電磁閥電路與電 磁閥連接，用來(lái)調(diào)節(jié)電磁閥的流通量；所述傳感器電路和電磁閥電路都與微處理器連接。
所述測(cè)量裝置還包括第一 A/D轉(zhuǎn)換器，所述第一 A/D轉(zhuǎn)換器連接在傳感器電路和微 處理器之間，將傳感器電路的信號(hào)傳輸?shù)轿⑻幚砥鳌?br> 所述測(cè)量裝置還包括第二 A/D轉(zhuǎn)換器，所述第二 A/D轉(zhuǎn)換器連接在電磁閥電路與微 處理器之間，將電磁閥電路的信號(hào)傳輸?shù)轿⑻幚砥鳌?br> 所述測(cè)量裝置還包括設(shè)定電路，所述設(shè)定電路與第一 A/D轉(zhuǎn)換器電連接，用來(lái)對(duì)微 處理器進(jìn)行設(shè)定。
所述電磁閥電路包括兩個(gè)運(yùn)算放大器和兩個(gè)三極管，所述微處理器依次與一個(gè)運(yùn)算放 大器、 一個(gè)三極管、另一運(yùn)算放大器和另一三極管連接，另一三極管與電磁閥連接。
本實(shí)用新型具有的優(yōu)點(diǎn)該流量控制裝置基于MCU和DSP基礎(chǔ)上，微處理器作為核心控制單元將處理所有的信息量，傳感器將測(cè)量信號(hào)通過(guò)A/D或其他方式送入微處理 器當(dāng)中，同時(shí)微處理器還應(yīng)該得到設(shè)定信號(hào)，這時(shí)微處理器將采用一種新型的控制算法計(jì) 算得到控制輸出量，該控制輸出將采用頻率信號(hào)來(lái)反應(yīng)輸出量。輸出量經(jīng)過(guò)2級(jí)運(yùn)算放大 器緩沖以后，送給電磁閥執(zhí)行。
1) 采用本實(shí)用新型的裝置可以有效地避免數(shù)字模擬轉(zhuǎn)化當(dāng)中由于誤差和模擬量被干 擾而造成的控制精度問(wèn)題，同時(shí)可以避免由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)的反向能量變化而造成的控制速度 慢，過(guò)沖問(wèn)題。
2) 采用本實(shí)用新型流量控制裝置可以對(duì)通過(guò)的流體流量進(jìn)行精確的控制，并且以高 的響應(yīng)速度實(shí)現(xiàn)流量控制。
3) 采用本實(shí)用新型流量控制裝置，可以在從2%滿量程設(shè)定到100%滿量程設(shè)定的所 有量程范圍內(nèi)，使響應(yīng)時(shí)間達(dá)到0.8秒，并使精度可以達(dá)到設(shè)定點(diǎn)的1%。

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以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。 圖l為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖； 圖2為電磁閥電路的電路示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示的一種快速流體測(cè)量控制裝置，該控制裝置包括傳感器、電磁閥和測(cè)量裝 置，所述測(cè)量裝置包括微處理器、傳感器電路、電磁閥電路、第一A/D轉(zhuǎn)換器、第二A/D 轉(zhuǎn)換器和設(shè)定電路，傳感器電路與傳感器連接，用來(lái)接收傳感器信號(hào)；電磁闊電路與電磁 閥連接，用來(lái)調(diào)節(jié)電磁閥的流通量；傳感器電路和電磁閥電路都與微處理器連接。第一 A/D轉(zhuǎn)換器連接在傳感器電路和微處理器之間，將傳感器電路的信號(hào)傳輸?shù)轿⑻幚砥鳌５?二 A/D轉(zhuǎn)換器連接在電磁閥電路與微處理器之間，將電磁閥電路的信號(hào)傳輸?shù)轿⑻幚砥鳌?設(shè)定電路與第一A/D轉(zhuǎn)換器電連接，用來(lái)對(duì)微處理器進(jìn)行設(shè)定。
傳感器用于測(cè)量流體通道1中的氣體或液體的流速、流量等參量，將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào) 并將信號(hào)傳送至與傳感器連接的傳感器電路，傳感器電路處理的信號(hào)經(jīng)第一 A/D轉(zhuǎn)換成 數(shù)字信號(hào)后傳送到微處理器。微處理器處理來(lái)自第一 A/D的信號(hào)以及來(lái)自將電磁閥的反 饋量轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的第二 A/D的信號(hào)，根據(jù)所需生成控制信號(hào)，并將生成的控制信號(hào) 輸送給電磁閥電路，由電磁閥電路通過(guò)電磁閥實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的控制。
其中，電磁閥的控制過(guò)程，如圖2所示的電路圖，其中，U1和U2為運(yùn)算放大器， Ql和Q2為NPN型三極管，這樣由Ul和U2構(gòu)成了二級(jí)緩沖電路。頻率信號(hào)通過(guò)微處 理器端口送出，通過(guò)2級(jí)運(yùn)放的緩沖送入電磁閥。同時(shí)電磁閥的電壓值和電流值信號(hào)將送 給微處理器。
采用微處理器作為核心搭建相應(yīng)的電路，微處理器得到當(dāng)前傳感器的信號(hào)Yn，通過(guò) 通訊口得到當(dāng)前的設(shè)定信號(hào)Sn，則可以得到當(dāng)前質(zhì)量流量和設(shè)定信號(hào)得差En<formula>formula see original document page 4</formula>一般的流量控制器采用標(biāo)準(zhǔn)的PID控制方法，這樣控制電壓Un為
=化+尺,Z (n)
而這種情況下，由于電磁閥有磁滯現(xiàn)象，這樣僅采用PID控制方法會(huì)使得裝置的響 應(yīng)時(shí)間慢。而這里提出一種新的控制策略，送到閥部分的控制電壓Un變化為 f/ ￡, +《,)- ￡ —,) +《B"ra/ve +《c/ra/ve
這里Kp， Ki， Ko為通常情況下，比例微分積分控制中的參數(shù)；而KB為閥電壓參數(shù)， Kc為閥電流返回參數(shù)。
這樣控制裝置送出的控制信號(hào)，不僅僅采用了閉環(huán)控制方式的PID控制，同時(shí)引入 了前饋控制。將閥電壓和閥電流的反饋值引入到了控制裝置當(dāng)中。這樣可以有效地避免電 磁閥由于磁滯現(xiàn)象而導(dǎo)致的控制裝置相應(yīng)速度慢的缺點(diǎn)。
這種基于MCU和DSP基礎(chǔ)上的氣體質(zhì)量流量控制裝置，該裝置可以對(duì)氣體質(zhì)量流 量進(jìn)行精確的控制。同時(shí)在該硬件裝置基礎(chǔ)上，提出了一種可以對(duì)氣體質(zhì)量流量精確控制 的策略。采用該硬件和控制策略可以對(duì)通過(guò)氣體質(zhì)量流量進(jìn)行精確的控制，可以在從 2%-100%FS的情況下達(dá)到0.5秒以內(nèi)。
以上所述，僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本實(shí)用新型作任何形式上的限制， 雖然本實(shí)用新型已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本實(shí)用新型，任何熟悉本專 業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出 些許更動(dòng)或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的內(nèi)容，依 據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬于 本實(shí)用新型技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1、一種快速流體測(cè)量控制裝置，其特征在于該控制裝置包括傳感器、電磁閥和測(cè)量裝置，所述測(cè)量裝置包括微處理器、傳感器電路和電磁閥電路，所述傳感器電路與傳感器連接，用來(lái)接收傳感器信號(hào)；所述電磁閥電路與電磁閥連接，用來(lái)調(diào)節(jié)電磁閥的流通量；所述傳感器電路和電磁閥電路都與微處理器連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速流體測(cè)量控制裝置，其特征在于所述測(cè)量裝置還包 括第一A/D轉(zhuǎn)換器，所述第一A/D轉(zhuǎn)換器連接在傳感器電路和微處理器之間，將傳感器 電路的信號(hào)傳輸?shù)轿⑻幚砥鳌?br> 3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速流體測(cè)量控制裝置，其特征在于所述測(cè)量裝置還包 括第二A/D轉(zhuǎn)換器，所述第二A/D轉(zhuǎn)換器連接在電磁閥電路與微處理器之間，將電磁閥 電路的信號(hào)傳輸?shù)轿⑻幚砥鳌?br> 4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的快速流體測(cè)量控制裝置，其特征在于所述測(cè)量裝置還包括設(shè)定電路，所述設(shè)定電路與第一A/D轉(zhuǎn)換器電連接，用來(lái)對(duì)微處理器進(jìn)行設(shè)定。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的快速流體測(cè)量控制裝置，其特征在于所述電磁閥電 路包括兩個(gè)運(yùn)算放大器和兩個(gè)三極管，所述微處理器依次與一個(gè)運(yùn)算放大器、一個(gè)三極管、 另一運(yùn)算放大器和另一三極管連接，另一三極管與電磁閥連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種快速流體測(cè)量控制裝置，該控制裝置包括傳感器、電磁閥和測(cè)量裝置，所述測(cè)量裝置包括微處理器、傳感器電路和電磁閥電路，所述傳感器電路與傳感器連接，用來(lái)接收傳感器信號(hào)；所述電磁閥電路與電磁閥連接，用來(lái)調(diào)節(jié)電磁閥的流通量；所述傳感器電路和電磁閥電路都與微處理器連接。本實(shí)用新型有效地避免數(shù)字模擬轉(zhuǎn)化當(dāng)中由于誤差和模擬量被干擾而造成的控制精度問(wèn)題，同時(shí)可以避免由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)的反向能量變化而造成的控制速度慢，過(guò)沖問(wèn)題。可以對(duì)通過(guò)的流體流量進(jìn)行精確的控制，并且以高的響應(yīng)速度實(shí)現(xiàn)流量控制。
文檔編號(hào)G05D7/06GK201352319SQ20082012451
公開(kāi)日2009年11月25日 申請(qǐng)日期2008年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月23日
發(fā)明者任小兵, 薇 吳, 牟昌華, 迪 趙 申請(qǐng)人:北京七星華創(chuàng)電子股份有限公司