CN1025462C

CN1025462C - 流量控制器

Info

Publication number: CN1025462C
Application number: CN89108624A
Authority: CN
Inventors: 克里斯托弗·C·戴
Original assignee: MKS Instruments Inc
Current assignee: MKS Instruments Inc
Priority date: 1988-11-28
Filing date: 1989-11-15
Publication date: 1994-07-13
Anticipated expiration: 2004-11-15
Also published as: KR900008183A; JPH02194409A; US4877051A; EP0371597A3; CN1043207A; EP0371597A2

Abstract

一种流体流量控制装置，包括一流体流量控制阀、一流体流量传感器和一从该流体流量传感器接收信号并往该流体流量控制阀输出信号的流体流量控制电路。流体流量控制电路包括一输出与实际流量信号和要求流量信号的比较有关的信号的实际控制电路、一根据要求流量信号与要求流量阈值信号的比较结果输出信号的流量要求值比较电路和一接收各输出并根据这些输出提供控制信号的加法电路。

Description

本发明涉及一种流体流量控制器。

流体流量控制器可用于通过封闭和开启流体通路中的阀门控制流体（例如气体）流量的***中。在这些***中，流量阀通过调节孔板的通道调节流体的流量。当所要求的流体流量为零时，就举例说，往密封件上加正压（即预负载），以确保其完整性不致因表面不完善和往往会使阀门打开的管路正压的增加而受影响。

众所周知，利用积分器可以控制流量阀。这些积分器稳定地增加或减少控制信号，控制信号则根据给定值阀（根据所要求的流量调定给定值）与实际流量阀（根据实际流量调定）的流量恒定差值控制加到控制阀的输出功率。这样就使通过阀门的流量始终等于所要求的流量。由于阀门有预负载来保证密封作用，因此控制给定值时，输出功率必须从零逐渐上升到克服密封预负载所需要的值，阀门才能开始打开。

大家知道，要解决这个问题可以给控制器配备一个偏移调节器，这样就可以使操作人员在输入给定值之前将阀门调定到正好关闭的位置。大家也知道，可以对流量和给定值都进行检测，并在给定值不为零而流量为零时人为地往积分器中加大的误差信号，从而使从积分器出来的控制信号更快地增加。在流量传感器检测出流体开始流动时除去该假的误差信号。

我们发现，用下述的这样一种流体流量控制电路可以有利地控制下述的流体流量控制装置。该流体流量控制电路有一个实际控制电路、一个流量要求值比较电路和一个加法电路，实际控制电路输出与实际流量信号和要求流量信号的比较有关的信号，流量要求值比较电路根据所要求的流量与所要求流量阈值信号的比较结果输出信号，加法电路则接收各输出，并根据这些输出提供控制信号。该流体流量控制装置有一个接收着控制信号的流体流量控制阀和一个将实际流量信号输入到流体流量控制电路的流体流量传感器。

在一些值得推荐的实施例中，流体流量控制装置可以包括一个流体流量控制电路。流体流量控制电路则具有一个顺序逻辑电路、一个流量比较电路和一个实际控制电路。顺序逻辑电路系用以接收流量要求值比较器的输出并提供与流量要求值比较器的输出有关的信号而配置的。流量比较电路则用以将实际流量与确定流量的阈值信号进行比较并提供表示比较结果的流量比较器输出而配置的。实际控制电路包括一个输出表示实际流量信号与要求流量信号之间的流量差的减法电路和一个输出随实际流量信号与要求流量信号之间的恒定差值而稳定变化的初始流量控制信号的积分电路。顺序逻辑电路包括一个置位复位触发器以及其它逻辑电路。流体流量控制电路包括一个将经放大的控制信号输出到流体流量控制阀的放大电路、一个作为占空因数经调节的开关器件的加法电路、一个包括一开关、一加法电路和一放大电路三者组合在一起的放大电路和一个包括一加法放大器和一线性功率激励器的联合加法放大电路。

先简单说明一下各附图。

图1是本发明流量控制***的方框图。

图2是图1***的原理图。

图3是图1***的状态图。

图4是本发明另一个***的方框图。

参看图1。流量控制***10包括流体流量控制电路12，电路的输入端输入有来自流量传感器14的信号，输出端将控制信号输出到电磁阀16，由电磁阀16控制着流送管17中的流量。流量传感器14的输出（即图中的“流量”）输入到实际控制电路19的减法电路20中。减法电路20还输入有给定值信号SP，SP表示***10所要求的流理。实际控制电路19还包括积分电路22，减法电路20的输出即输入到积分电路22中。实际电路19的输出，也就是积分电路22的输出，输入到加法电路24中。加法电路24还输入有阈值检测电路26的输出。加法电路24的输出输入到放大电路25，放大电路25输出控制信号。

阈值检测电路26包括流量要求值比较电路30和流量比较电路32，两电路往顺序逻辑电路34输出信号。顺序逻辑电路34将基准脉冲信号（ped-estal signal）PED输出到加法电路24。流量要求值比较器30输入有给定值信号SP和确定给定值的阈值V_TH1，即要求流量的阈值信号。流量比较器32输入有流量信号“流量”和确定流量的阈值V_TH2。

参看图2。顺序逻辑电路34包含“或非”门35、“或非”门36、“或非”门37和置位复位触发器38，其中流量要求值比较器30的输出系输入到“或非”门35、“或非”门36和触发器38的置位输入端，流量比较器32的输出系输入到“或非”门36上，“或非”门36的输出则输入到触发器38的复位输入端上。触发器38的输出被输入到“或非”门37上，“或非”门37的输出即为PED信号。置位复位触发器38是个其输出Q由置位输入端上的真电平或真边置到真且其输出Q由复位输入端上的真电平或真边置到假的器件。而输入端的任一输入端上的假电平或假边对输出都没有影响。

关于流体流量控制电路12的其余部分，给定值信号和流量输出信号系分别通过X1缓冲电路40、42馈入的。流量输出信号输入到作为增益为1的倒相放大器配置的操作放大器44中。因而当此倒相信号输入到识分电路22时，它从也输入到积分电路22中的给定值信号中减去。积分电路22包括操作放大器46和电容器C10，两者构成积分电路22的主要功能元件。加法电路24包括比较器45和有关的一些电阻器，这个电路起占空因数经调节的开关器件的作用，加法电路24的输出被输入到采用场效应晶体管（FET）50作为开关的放大电路25中。比较电路30包括比较器52，比较电路32包括比较器54。

参看图1。控制电路12用接收自传感器14的信息控制流量控制阀16。更具体地说，减法电路20通过检测由一控制器（图中未示出）输入的给定值信号SP与接收自传感器14的实际流量信号“流量”之间的差值起了实际流量比较器的作用，并将此差值输出到积分电路22中。在理想的情况，积分电路22的输出的系输出到放大器25中，放大器25则根据积分电路22的输出控制着阀门16。但由于阀16上有初始预负载，因而当阀16关闭时，积分电路22的输出不足以克服阀16的预负载。因此光此信号是不能控制阀门16的。阈值检测电路26即用以补偿这个预负载情况的。阈值检测电路26利用所输入的阈值V_TH1和V_TH2以及***10的历史（即***10原先已做过的事）提供基准脉冲信号，这个信号在加法电路24加到积分电路22的输出，于是控制电路12输出克服着阀16的预负载的信号。加法电路24的构型（图2）促使电路24的两个输入都在负方向移动，使***10中开始有流体流动。

参看图2和图3。状态图80表示程序逻辑电路34的各种状态，其中的数目字和圆圈表示***10的各种状态，括弧中的资料表示促使***发生变化的事件，括弧中资料下面的资料是***10在状态发生变化时所要采取的行动。

在起动时，***10处于状态1，这时给定值等于0，流量等于0，基准脉冲信号也等于0。***是通过将给定值增加到所要求的电平起动起来的。这时给定值大于V_TH1，于是基准脉冲信号接通，***转入状态2。给定值降到V_TH1以下时，***从状态2转入转态1。这种情况表明SP信号可能是个干扰因素。在状态2时，基准脉冲信号保持接通，直到流量信号大于V_TH2为止，这时***就输入状态3。在状态3时，若“流量”下降到阈值V_TH2以下，则***10转入状态4，这时没有采取任何行动，即***10在流量低于最低流量阈值时仍然起作用。该状态是可逆的，即若流量大于阈值V_TH2时，设备返回到状态3。但若在状态4时给定值降到阈值V_TH1以下，则基准脉冲信号被除去，于是***返回到状态1。若***处在状态3 而给定值下降到V_TH1以下，则***转入状态5，这时没有采取任何行动。但若在状态5下流量下降到流量阈值V_TH2以下，则基准脉冲信号被除去，于是***返回到状态1，即***处于断开状态。

其它的一些实施例是在下列权利要求书的范围内。举例说，图4示出了控制***10′，该***具有流量控制电路12′、流量传感器14′和流量控制阀16′。流量控制电路12′包括减法电路20′、积分电路22′、加法电路24′和放大器25′。阈值检测电路100包括流量要求值比较电路102，该电路输入有给定值电压和阈值电压。比较器102的输出输入到加法电路24′，加法电路24′即位于积分电路22′的下游。由于基准脉冲信号系加到从积分电路22′输出的信号，因而基准脉冲信号无需由积分电路22′进行积分。因此这个实施例在获取打开阀门16′的信号时有利地减少了时延。

此外，同样的一些逻辑功能能用不同类型的逻辑元件付诸实施;能产生状态图80各状态的所有逻辑元件的组合都可以认为是本发明的另外一些实施例。

再有，加法电路24和放大电器25可包括一加法放大器和一线性功率激励器。

Claims

1、一种流体流量控制装置，其特征在于，该装置包括：

一流体流量控制阀，系准备安置在流体通路中并由控制信号控制而配置的，

-流体流量传感器，所述流体流量传感器系用以检测流体通路中的流体流量和输出表示该流量的实际流量信号而配置的；和

-流体流量控制电路；

所述流体流量控制电路系用以控制所述流体流量控制阀而配置的；

所述流体流量控制电路包括：

-实际控制电路，系用以将所述实际流量信号与要求流量信号进行比较并产生与该比较有关的信号而配置的；

-流量要求值比较电路，系用以将所述要求流量信号与要求流量阈值信号进行比较并提供表示该比较的流量要求值比较器的输出而配置的；和

-加法电路，系用以接收与所述实际流量信号和所述要求流量信号之间的比较有关的所述信号以及与所述流量要求值比较器输出有关的信号并根据所述诸信号提供所述控制信号而配置的。

2、根据权利要求1所述的流体流量控制装置，其特征在于，所述流体流量控制电路还包括：

-顺序逻辑电路，系用以接收所述流量要求值比较器的输出并提供所述与所述流量要求值比较器的输出有关的信号而配置的。

3、根据权利要求2所述的流体流量控制装置，其特征在于，所述流体流量控制电路还包括：

-流量比较电路，系用以比较所述实际流量信号与确定流量的阈值信号，并提供表示该比较的流量比较器输出而配置的;且

其中：

所述顺序逻辑电路系用以接收所述流量比较器的输出而配置的。

4、根据权利要求1所述的流体流量控制装置，其特征在于，所述实际控制电路包括;

-减法电路，系用以接收所述实际流量信号和所述要求流量信号并输出表示所述实际流量信号与所述要求流量信号之间的差值的差值信号而配置的。

5、根据权利要求1所述的流体流量控制装置，其特征在于，所述实际控制电路包括;

-积分电路，系用以接收表示所述实际流量信号与所述要求流量信号之间的差值的信号并输出初始流量控制信号而配置的;

所述初始流量控制信号根据所述实际流量信号与所述要求流量信号之间的恒定差值而稳定变化。

6、根据权利要求3所述的流体流量控制装置，其特征在于，所述顺序逻辑电路包括一置位复位触发器。

7、根据权利要求6所述的流体流量控制装置，其特征在于：

所述顺序逻辑电路包括一“或非”门;

所述“或非”门输入有所述流量要求值比较器和所述流量比较器的输出，

所述“或非”门将信号输出到所述置位复位触发器的复位输入端上。

8、根据权利要求7所述的流体流量控制装置，其特征在于，所述顺序逻辑电路包括一第二“或非”门;

所述第二“或非”门输入有所述流量要求值比较器的输出;

所述流量要求值比较器的输出也输入到所述置位复位触发器的置位输入端。

9、根据权利要求8所述的流体流量控制装置，其特征在于，所述顺序逻辑电路还包括：

一第三“或非”门;

所述第三“或非”门接收所述置位复位触发器的输出和所述第二“或非”门的输出，并输出所述与所述流量要求值比较器的输出有关的信号。

10、根据权利要求1所述的流体流量控制装置，其特征在于，所述流体流量控制电路还包括：

-放大电路，系用以接收所述控制信号和输出加到所述流体流量控制阀的经放大的控制信号而配置的。

11、根据权利要求10所述的流体流量控制装置，其特征在于：

所述加法电路包括一占空因数经调节的开关器件，且

所述放大电路包括一开关。

12、根据权利要求10所述的流体流量控制装置，其特征在于：

所述加法电路和所述放大电路系组合在一起。

13、根据权利要求12所述的流体流量控制装置，其特征在于：

所述组合的加法和放大电路包括一加法放大器和一线性功率激励器。

14、一种控制流经一具有一流体流量控制阀和一流体流量传感器的***中流体通路的流量的方法，其特征在于，该方法包括：

用所述流体流量传感器检测流经所述流体通路的流体流量，并提供表示其实际流量的实际流量信号;

将所述实际流量信号与要求流量信号进行比较，并提供与该比较有关的信号;

将所述要求流量信号与要求流量阈值信号进行比较并提供表示其流量要求值的要求流量比较输出;

将所述与所述实际流量信号与所述要求流量信号的比较有关的信号和一与所述要求流量比较输出有关的信号相加起来以提供控制信号;并

根据所述控制信号控制通过所述流体通路的流量。