CN103423502B - 两位阀通用微型电动驱动器 - Google Patents
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Abstract
两位阀通用微型电动驱动器，其双端出轴步进电机一端连接齿轮***，齿轮***连接直流电机，另一端连接减速箱，减速箱安置的偏心块与用于销接两位阀中心轴的偏心销连接，用于安置两位阀的小套筒通过连接环与驱动器本体上设置的大套筒连接固定；该驱动器的手动控制器电连接驱动器控制模块，驱动器控制模块电连接双端出轴步进电机，直流电机电连接驱动器控制模块。该驱动器利用一个双端出轴步进电机，一端通过减速器控制U型偏心传动装置向两位阀提供同步旋转，另外一端通过齿轮传动，驱动随动电机，向控制模块提供反馈信息，能准确的适应不同的两位阀、能够较快速的切换阀位、外形比较小型化且易于更换和安装不同规格阀头。
Description
技术领域
本发明涉及分析仪器，具体是一种电动阀驱动装置，特别是一种能适应多种阀的两位阀通用微型电动驱动器。
背景技术
流动注射分析（FIA，Flow Injection Analysis）的出现摆脱了传统的反应须达到稳态的观念制约，在精确的时间控制条件下，即使物理和化学未达平衡也可进行检测（Ruzicka J. Flow injection analysis[M]. 2rd. 1988, New York: Wiley.），令分析效率得到极大提高，也减少了试剂的用量，提高了结果的重现性，改善了方法的灵敏度。
流动注射分析仪器主要由蠕动泵、进样阀、传输管道及流通型检测器等部分组成。进样阀性能的好坏是流动注射分析仪器的重要指标之一。由美国VICI公司生产的低压用Cheminert（化学惰性）阀/进样阀在很多领域得到了应用。其公司也生产有OEM通用电驱动器，该驱动器允许仪器制造商使用单一电机及控制软件操控多种Cheminert转换阀。但是其驱动器价格昂贵，不易采购，最重要的一点是体积比较大，在一些对体积有要求的领域不适用，特别是像原位仪器中，对各个部件不仅有体积的要求，还对部件功率有比较高的要求，因此迫切需要一种体积比较小，自适应多种阀头的驱动器。
发明内容
本发明目的在于提供一种能准确的适应不同的两位阀、能够较快速的切换阀位、外形比较小型化的易于更换和安装不同规格阀头的两位阀通用微型电动驱动器。
本发明的两位阀通用微型电动驱动器，其双端出轴步进电机一端连接齿轮***，齿轮***连接直流电机，另一端连接减速箱，减速箱安置的偏心块与用于销接两位阀中心轴的偏心销连接，用于安置两位阀的小套筒通过连接环与驱动器本体上设置的大套筒连接固定；
该驱动器的手动控制器电连接驱动器控制模块，驱动器控制模块电连接双端出轴步进电机，直流电机电连接驱动器控制模块。
双端出轴步进电机的前轴伸出长度15～20mm，后轴伸出长度３～８mm；所述前轴为连接减速箱一端的轴。
所述减速箱的减速比为1:120。
为了使驱动器工作更加稳定，小套筒和大套筒为同轴铸铝圆形套筒。
所述齿轮***的驱动齿轮为铜质齿轮，模数为1、齿数为18，随动齿轮为铜质齿轮，模数为1、齿数为8。
为便于安装固定两位阀，小套筒设置用于安装偏心销的开口。
考虑到散热，在大套筒尾部设置散热后盖。
本发明从连接方便考虑，手动控制器通过RS-232协议连接驱动器控制模块。
本发明中，驱动器控制模块通过步进电机驱动电路连接双端出轴步进电机，同时对双端出轴步进电机的公共端连线。
直流电机通过电流放大电路及其后分开的过零比较电路和绝对值电路连接驱动器控制模块；电源电路中设置正负电源变换电路。
本发明中未采用价格昂贵的伺服电机作为执行器件，而采用了双端出轴步进电机。本发明中信号反馈部分则采用了直流电机作为反馈器件，开发了直流电机的新颖用法。进而形成一个闭环控制***。
本发明利用电机可逆运行原理，采用了直流电机作为双端出轴步进电机的随动部件，通过齿轮啮合和双端出轴步进电机进行连接。当双端出轴步进电机运动时，通过齿轮带动直流电机运动。由电磁感应原理可知，直流电机电力给予端就会产生电能信号，并且此信号不仅能反应双端出轴步进电机运动速度的快慢，还能反应双端出轴步进电机的运动方向。本发明利用这反馈信号，进行前端信号处理，送入驱动器控制模块，进而控制双端出轴步进电机的运动，最终控制两位阀的准确切换。
本发明利用直流电机反馈信号和双端出轴步进电机的电流信号共同判断当前阀体的切换角度，进行准确的角度切换。采用双信号比对判断，阀切换过程中没有加入任何机械微调，这能消除阀/驱动器未校准引起的相关问题。这不但意味着不需要校正，还意味着可以将本驱动器安装到阀上可以使阀旋转到常用的30°、45°、60°或任意角度。
本发明采用双圆套筒结构，驱动器本体和阀体是分开的，通过一个安装在减速箱出轴上的U型偏心块和安装在两位阀中心轴上的偏心销，易于更换和安装不同规格阀头。
本发明具有的优点在于：能够准确的适应不同的两位阀；能够较快速的切换阀位；两位阀和驱动器分体设计，易于更换和安装；采用了异于常规的直流电机用法，降低了驱动器的成本。
附图说明
图1 为本发明实施例结构示意图；
图2 为本发明实施例整体电路框图；
图3 为本发明实施例电源电路框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细说明。
图1中，有两位阀1、偏心销2、U型偏心块3、连接环4、减速箱5、双端出轴步进电机6、大套筒7、直流电机8、驱动器控制模块9、手动控制器10、散热后盖11、随动齿轮12、驱动齿轮13、小套筒14。
双端出轴步进电机6一端连接齿轮***，齿轮***连接直流电机8，另一端连接减速箱5，减速箱5安置的U型偏心块3与用于销接两位阀1中心轴的偏心销2连接，用于安置两位阀1的小套筒14通过连接环4与驱动器本体上设置的大套筒7连接固定；
该驱动器的手动控制器10电连接驱动器控制模块9，驱动器控制模块9电连接双端出轴步进电机6，直流电机8电连接驱动器控制模块9。
双端出轴步进电机的前轴伸出长度17mm，后轴伸出长度5mm；所述前轴为连接减速箱一端的轴。
减速器5的减速比为1:120。
为了使驱动器工作更加稳定，小套筒14和大套筒7为同轴铸铝圆形套筒。
齿轮***的驱动齿轮13为铜质齿轮，模数为1、齿数为18，随动齿轮12为铜质齿轮，模数为1、齿数为8。
小套筒14设置用于安装偏心销2的开口。
在大套筒7尾部设置散热后盖11。
手动控制器10通过RS-232协议连接驱动器控制模块9。
见图2。驱动器控制模块9通过步进电机驱动电路连接双端出轴步进电机6，同时对双端出轴步进电机6的公共端连线。
直流电机8通过电流放大电路及其后分开的过零比较电路和绝对值电路连接驱动器控制模块9；电源电路中设置正负电源变换电路（见图3）。
由手动控制器10发出切换阀位控制信息，通过RS-232协议传送给驱动器控制模块9，驱动器控制模块9通过步进电机驱动电路控制双端出轴步进电机6运动，同时对双端出轴步进电机6的公共端连线进行电流采样，通过信号处理电路反馈给驱动控制模块9中的微处理器。双端出轴步进电机6发生运动时由于其双端出轴，将带动两端同步运动，一端通过驱动齿轮13带动随动齿轮12，进而带动直流电机8运动，从而在直流电机8电力给予端产生反应双端出轴步进电机6的运动情况的电信号。此电信号通过一系列信号处理电路，也送入驱动控制模块9中的微处理器。另一端则通过1:120减速比的减速箱5增大力矩后再通过U型偏心块3和偏心销2转动两位阀1，进行阀位的切换。
驱动器上电初始化时，驱动器驱动两位阀1以中等速度运转而驱动器控制模块9同时对双端出轴步进电机6的电流信号和直流电机8的反馈信号进行检测，以逐次逼近方式监测两位阀1的停止。一旦旋转的角度被检测和重复确认，角度被驱动控制模块9中的微处理器记下来且控制驱动器变为最高速进行两位阀1的切换。阀位置记忆被保持直到断电。
见图3。驱动控制模块9中的微处理器通过手动控制器10获得控制信息，然后控制步进电机驱动电路。步进电机驱动电路驱动双端出轴步进电机6执行动作，同时电流采样电路对双端出轴步进电机6公共端进行电流采样后送入微处理器中。本发明利用了电磁感应原理，将直流电机8作为信号产生及反馈器件，而非执行器件。直流电机8通过随动齿轮12从驱动齿轮13中获取了驱动动力后，从电机电力给予端产生电信号，此电信号连接到电流放大电路中，然后分为两信号，一端通过过零比较电路连接到微处理器中，一端则通过绝对值电路后也送入微处理器中。由于两位阀1到极点位置时，双端出轴步进电机6会由于逐次逼近的原因出现不停正反运动的情况，此时也会带动直流电机8不停正反转运动。这个正反转运动表现在电路的信号是过零比较电路会输出一个频率比较高的斩波；由于频率比较高，绝对值电路则会输出一个恒定范围的电压值，这两个信号反映了双端出轴步进电机6遇到的阻力情况，并反馈给微处理器。微处理器利用以上得到的三个反馈信号，判断双端出轴步进电机6的运动情况，进而控制两位阀1的阀位切换。
本发明所述的两位阀通用微型电动驱动器采用转速反馈和电流反馈的双闭环控制调节，能够根据不同的阀位进行准确而较快速的切换。通过分体和模块化设计（指驱动器本体和阀体是分开的），使更换两位阀变得十分容易，使产品的通用性、互换性、可维修性得到加强，提高了驱动器的稳定性和可靠性。
见图3。从外部电路获取+12V电源后经过两次变换分别获得了+5V和微处理器需要的+3V。由于电路中的数据处理电路需要双电源供电，所以本发明设置了正负电源变换电路。整体而言，驱动器只需从外部获取+12V电源供给就可以使整个驱动器工作，简化了电源供给，使将本发明单独使用或者嵌入到其他仪器中变得方便和容易。
本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (10)
1.两位阀通用微型电动驱动器，其特征在于：双端出轴步进电机一端连接齿轮***，齿轮***连接直流电机，另一端连接减速箱，减速箱安置的偏心块与用于销接两位阀中心轴的偏心销连接，用于安置两位阀的小套筒通过连接环与驱动器本体上设置的大套筒连接固定；
手动控制器电连接驱动器控制模块，驱动器控制模块电连接双端出轴步进电机，直流电机电连接驱动器控制模块。
2.根据权利要求1的驱动器，其特征在于：双端出轴步进电机的前轴伸出长度15~20mm，后轴伸出长度3~8mm；所述前轴为连接减速箱一端的轴。
3.根据权利要求1的驱动器，其特征在于：减速箱的减速比为1:120。
4.根据权利要求1的驱动器，其特征在于：小套筒和大套筒为同轴铸铝圆形套筒。
5.根据权利要求1的驱动器，其特征在于：齿轮***的驱动齿轮为铜质齿轮，模数为1、齿数为18，随动齿轮为铜质齿轮，模数为1、齿数为8。
6.根据权利要求1的驱动器，其特征在于：小套筒设置用于安装偏心销的开口。
7.根据权利要求1的驱动器，其特征在于：在大套筒尾部设置散热后盖。
8.根据权利要求1的驱动器，其特征在于：手动控制器通过RS-232协议连接驱动器控制模块。
9.根据权利要求1的驱动器，其特征在于：驱动器控制模块通过步进电机驱动电路连接双端出轴步进电机，同时对双端出轴步进电机的公共端连线。
10.根据权利要求1的驱动器，其特征在于：直流电机通过电流放大电路及其后分开的过零比较电路和绝对值电路连接驱动器控制模块；电源电路中设置正负电源变换电路。
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