CN111437742A

CN111437742A - 一种闭环气体配比柜自动调节方法

Info

Publication number: CN111437742A
Application number: CN202010324274.1A
Authority: CN
Inventors: 袁魏
Original assignee: Zhangjiagang Huizhi Electromechanical Equipment Co Ltd
Current assignee: Zhangjiagang Huizhi Electromechanical Equipment Co Ltd
Priority date: 2020-04-22
Filing date: 2020-04-22
Publication date: 2020-07-24

Abstract

本发明涉及一种闭环气体配比柜自动调节方法，第一进口通过第一过滤器连接到平衡阀，第二进口通过第二过滤器连接到平衡阀；平衡阀一路依次连接第一压力传感器、第一流量计、第一流量调节阀和混配阀，另一路依次连接第二压力传感器、第二流量计、第二流量调节阀和混配阀，混配阀的出口依次连接电磁开关阀、第三压力传感器和气体出口，第三压力传感器和气体出口之间设置气体含量分析仪；第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器分别连接控制器，控制器分别连接触摸屏、气体含量分析仪、第一流量计和第二流量计。本发明能够根据进出口压力调节、应用范围广、适用于多种复杂工况、调节实时性好、准确性好。

Description

一种闭环气体配比柜自动调节方法

技术领域

本发明涉及焊接混合气设备技术领域，特别是一种能够根据进出口压力调节、应用范围广、适用于多种复杂工况、调节实时性好、准确性好的闭环气体配比柜自动调节方法。

背景技术

气体配比柜也称气体配比器,气体混合柜,混合气体配比柜,是专为气体保护焊设计的大流量两元气体混合装置，主要用于集中供气汇流排配套使用，该装置可以将需要使用的两种气体按使用要求进行配比，并获取均匀的混合气体。该系列气体配比柜具有混合精度可达到±1.5%，且输出稳定等特点。可广泛适用于铁道、船舶、化工、机械制造等各类气体保护焊场合。

流量计英文名称是flowmeter，全国科学技术名词审定委员会把它定义为：指示被测流量和（或）在选定的时间间隔内流体总量的仪表。简单来说就是用于测量管道或明渠中流体流量的一种仪表。流量计又分为有差压式流量计、转子流量计、节流式流量计、细缝流量计、容积流量计、电磁流量计、超声波流量计等。按介质分类：液体流量计和气体流量计。计量是工业生产的眼睛。流量计量是计量科学技术的组成部分之一，它与国民经济、国防建设、科学研究有密切的关系。做好这一工作，对保证产品质量、提高生产效率、促进科学技术的发展都具有重要的作用，特别是在能源危机、工业生产自动化程度愈来愈高的当今时代，流量计在国民经济中的地位与作用更加明显。工程上常用单位m3/h，它可分为瞬时流量（Flow Rate）和累计流量（Total Flow），瞬时流量即单位时间内过封闭管道或明渠有效截面的量，流过的物质可以是气体、液体、固体；累计流量即为在某一段时间间隔内（一天、一周、一月、一年）流体流过封闭管道或明渠有效截面的累计量。通过瞬时流量对时间积分亦可求得累计流量，所以瞬时流量计和累计流量计之间也可以相互转化。

申请号201310212481.8，授权公告号CN103349926B，公开了全自动配比柜，该全自动配比柜，包括混气阀，其特殊之处在于：该混气阀与自动配比阀连接，该自动配比阀与用于平衡输入气体压力的多级平衡装置相连，该多级平衡装置连接输入气体的进气管，混气阀连接出气接头。

配比阀与用于平衡输入气体压力的多级平衡装置相连，该多级平衡装置连接输入气体的进气管，混气阀连接出气接头，该自动配比阀通过联动接体连接伺服电机，该伺服电机与伺服电机驱动器相连，伺服电机驱动器与PLC 可编程控制器连接，PLC 可编程控制器与触摸式显示屏连接，多级平衡装置为两级平衡装置，自动配比阀包括配比阀主体A、配比阀主体B，配比阀主体A 置于配比阀主体B 的前面，活动阀芯一端固定在联动接体上，另一端穿过配比阀主体A 置于配比阀主体B 的内部，配比阀主体A 内部空间的边角为直角，该活动阀芯的前部窄且后部宽，活动阀芯前部靠近前端的位置及前部的末端均设置锥角，该配比阀主体A 通过气体A 输送管道与两级平衡装置的A 气体出口连接，该配比阀主体B 通过气体B 输送管道与两级平衡装置的B 气体出口连接，配比阀主体A 与配比阀主体B 均通过配比阀连接体与混合气输送管道连接，该混合气输送管道连接混气阀，混气阀内设置分流管，该分流管分别与混合气输送管道、出气接头连接。

现有技术中，配比柜的自动调节是通过控制自动配比阀的自动调节实现自动控制功能，该种方法由于进口两路气体压力变化，出口压力的反作用，会产生调节滞后，应用范围窄，调节实时性差，不适用于多种工况的情形。需要一种能够根据进出口压力调节、应用范围广、适用于多种复杂工况、调节实时性好、准确性好的闭环气体配比柜自动调节方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够根据进出口压力调节、应用范围广、适用于多种复杂工况、调节实时性好、准确性好的闭环气体配比柜自动调节方法。

一种闭环气体配比柜自动调节方法，包括：

第一进口，所述第一进口通过第一过滤器连接到平衡阀，第二进口，所述第二进口通过第二过滤器连接到平衡阀；所述平衡阀一路依次连接第一压力传感器、第一流量计、第一流量调节阀和混配阀，另一路依次连接第二压力传感器、第二流量计、第二流量调节阀和混配阀，所述混配阀的出口依次连接电磁开关阀、第三压力传感器和气体出口，所述第三压力传感器和气体出口之间设置气体含量分析仪；

所述第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器分别连接控制器，所述控制器分别连接触摸屏、气体含量分析仪、第一流量计和第二流量计，所述控制器依次连接第一伺服驱动器、第一伺服电机和第一流量调节阀，所述控制器依次连接第二伺服驱动器、第二伺服电机和第二流量调节阀；

混合后气体含量公式为：

M=N1/(N1+N2)=f（T1、T2、T3、H1、 H2）；

式中：M为两路气体混合后的比例，即气体含量分析仪检测到的一路气体的含量，设定N1的那一路为气体含量分析仪的检测路；

N1为第一流量计检测到的一路气体的含量；

N2为第二流量计检测到的另一路气体的含量；

T1为第一压力传感器检测到的一路进入气体的压力；

T2为第二压力传感器检测到的一路进入气体的压力；

T3为第三压力传感器检测到的混合后气体的出口压力；

H1为第一流量调节阀内阀芯的调节高度；

H2为第二流量调节阀内阀芯的调节高度；

通过控制器16设定N2， T2和 H2到设定值后不变动，忽略T3对M的影响；

M= f（T1、H1）；

当T1不变动，M小于设定值时，控制器16控制 H1上升，增加M的含量；

当T1不变动，M大于设定值时，控制器16控制 H1下降，减小M的含量；

当T1变小，M小于设定值时，控制器16控制 H1上升，增加M的含量；

当T1变大，M大于设定值时，控制器16控制 H1下降，减小M的含量；

当T3对M的影响无法忽略时，通过控制器16设定N2，T2和 H2到设定值后不变动，忽略T1的变化：

M= f（H1、T3）；

当T3变化，M小于设定值时，控制器16控制 H1上升，增加M的含量；

当T3变化，M大于设定值时，控制器16控制 H1下降，减小M的含量。

所述第一流量调节阀或第二流量调节阀设置节流阀体，所述节流阀体两端分别设置进气口和出气口，内侧上部设置密封台，所述密封台上方设置密封垫，所述密封台和密封垫中部贴合设置节流柱，所述节流柱的上方设置齿轮齿条的齿条，所述齿条的侧面设置齿轮齿条的齿轮，所述齿轮齿条的齿轮连接第一伺服驱动器或第二伺服驱动器，所述第一流量调节阀和第二流量调节阀的节流柱对应H1 、H2，所述H1的值通过齿轮齿条的传动比、第一伺服驱动器的脉冲信号值、第一伺服电机的单步转角转换，所述H2的值通过齿轮齿条的传动比、第二伺服驱动器的脉冲信号值、第二伺服电机的单步转角转换。

所述平衡阀和第一过滤器之间设置单向阀，所述平衡阀和第二过滤器之间设置单向阀。

所述节流柱的下方为倒锥体。

所述密封台和密封垫的中部分别设置大小相同的同心孔。

所述密封垫为环形圈。

所述节流柱为圆柱体。

所述密封台的下平面分别同进气口和出气口的上平面共面。

所述进气口和出气口的下平面共面。

所述气体含量分析仪为二氧化碳含量分析仪、氩气含量分析仪、氮气含量分析仪、氧气含量分析仪中的一种。

本发明第一进口通过第一过滤器连接到平衡阀，第二进口通过第二过滤器连接到平衡阀；平衡阀一路依次连接第一压力传感器、第一流量计、第一流量调节阀和混配阀，另一路依次连接第二压力传感器、第二流量计、第二流量调节阀和混配阀，混配阀的出口依次连接电磁开关阀、第三压力传感器和气体出口，第三压力传感器和气体出口之间设置气体含量分析仪；第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器分别连接控制器，控制器分别连接触摸屏、气体含量分析仪、第一流量计和第二流量计，控制器依次连接第一伺服驱动器、第一伺服电机和第一流量调节阀，控制器依次连接第二伺服驱动器、第二伺服电机和第二流量调节阀；本发明能够根据进出口压力调节、应用范围广、适用于多种复杂工况、调节实时性好、准确性好。

附图说明

图1为本发明的管路连接示意图；

图2为本发明的控制连接示意图；

图3为本发明第一流量调节阀或第二流量调节阀的结构示意图；

图4为本发明现有技术中管路的结构图；

图5为本发明现有技术中平衡阀的剖视图；

图6为本发明现有技术中混配阀的剖视图；

图中：1、第一进口，2、第二进口，3、第一过滤器，4、第二过滤器，5、平衡阀，6、第一压力传感器，7、第二压力传感器，8、第一流量计，9、第二流量计，10、第一流量调节阀，11、第二流量调节阀，12、混配阀，13、电磁开关阀，14、第三压力传感器，15、气体出口，16、控制器，17、触摸屏，18、气体含量分析仪，19、第一伺服驱动器，20、第二伺服驱动器，21、第一伺服电机，22、第二伺服电机，23、节流阀体，24、进气口，25、出气口，26、密封台，27、密封垫，28、节流柱，29、齿轮齿条。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本发明做进一步说明。

一种闭环气体配比柜自动调节方法，包括：第一进口1，第一进口1通过第一过滤器3连接到平衡阀5，第二进口2，第二进口2通过第二过滤器4连接到平衡阀5；平衡阀5一路依次连接第一压力传感器6、第一流量计8、第一流量调节阀10和混配阀12，另一路依次连接第二压力传感器7、第二流量计9、第二流量调节阀11和混配阀12，混配阀12的出口依次连接电磁开关阀13、第三压力传感器14和气体出口15，第三压力传感器14和气体出口15之间设置气体含量分析仪18；第一压力传感器6、第二压力传感器7和第三压力传感器14分别连接控制器16，控制器16分别连接触摸屏17、气体含量分析仪18、第一流量计8和第二流量计9，控制器16依次连接第一伺服驱动器19、第一伺服电机21和第一流量调节阀10，控制器16依次连接第二伺服驱动器20、第二伺服电机22和第二流量调节阀11；

混合后气体含量公式为：

M=N1/(N1+N2)=f（T1、T2、T3、H1、 H2）；

式中：M为两路气体混合后的比例，即气体含量分析仪18检测到的一路气体的含量，设定N1的那一路为气体含量分析仪18的检测路；

N1为第一流量计8检测到的一路气体的含量；

N2为第二流量计9检测到的另一路气体的含量；

T1为第一压力传感器6检测到的一路进入气体的压力；

T2为第二压力传感器7检测到的一路进入气体的压力；

T3为第三压力传感器14检测到的混合后气体的出口压力；

H1为第一流量调节阀10内阀芯的调节高度；

H2为第二流量调节阀11内阀芯的调节高度；

M= f（T1、H1）；

当T1不变动，M小于设定值时，控制器16控制H1上升，增加M的含量；

M= f（H1、T3）；

第一流量调节阀10或第二流量调节阀11设置节流阀体23，节流阀体23两端分别设置进气口24和出气口25，内侧上部设置密封台26，密封台26上方设置密封垫27，密封台26和密封垫27中部贴合设置节流柱28，节流柱28的上方设置齿轮齿条29的齿条，齿条的侧面设置齿轮齿条29的齿轮，齿轮齿条29的齿轮连接第一伺服驱动器19或第二伺服驱动器20，第一流量调节阀10和第二流量调节阀11的节流柱28对应H1 、H2，H1的值通过齿轮齿条29的传动比、第一伺服驱动器19的脉冲信号值、第一伺服电机21的单步转角转换，H2的值通过齿轮齿条29的传动比、第二伺服驱动器20的脉冲信号值、第二伺服电机22的单步转角转换。

平衡阀5和第一过滤器3之间设置单向阀，平衡阀5和第二过滤器4之间设置单向阀。第一压力传感器6、第二压力传感器7和第三压力传感器14的感应头分别伸入到管路中。节流柱28的下方为倒锥体。密封台26和密封垫27的中部分别设置大小相同的同心孔。密封垫27为环形圈。节流柱28为圆柱体。密封台26的下平面分别同进气口24和出气口25的上平面共面。进气口24和出气口25的下平面共面。气体含量分析仪18为二氧化碳含量分析仪、氩气含量分析仪、氮气含量分析仪、氧气含量分析仪中的一种。

第一压力传感器6、第二压力传感器7和第三压力传感器14为气体压力传感器。平衡阀5两侧分别带有进出口，两路气体分别进入平衡阀5内部，通过平衡阀5内部的平衡皮垫进行压力平衡。第一过滤器3和第二过滤器4为气体过滤器。混配阀12内部将经过压力平衡的两路气体混合，在通过混配阀12的出口导出。第一流量计8和第二流量计9为气体流量计量装置，检测流经气体的流量。气体含量分析仪18为二氧化碳含量分析仪、氩气含量分析仪、氮气含量分析仪、氧气含量分析仪，是通过传感器进行检测混合后气体的含量。

第一压力传感器6，第二压力传感器7，第三压力传感器14，混配阀12，气体含量分析仪18，电磁开关阀13，平衡阀5，第一过滤器3，第二过滤器4，第一流量计8，第二流量计9，控制器16，触摸屏17，第一伺服驱动器19，第一伺服电机21，第二伺服驱动器20，第二伺服电机22都是充分公开的装置，都是公开销售的产品。

一路气体通过第一进口1，经过第一过滤器3过滤气体的杂质后，进入平衡阀5；另一路气体经过第二过滤器4过滤气体的杂质后，进入平衡阀5。平衡阀5将两路气体的压力通过皮垫进行压力平衡后，一路经过第一压力传感器6，第一流量计8和第一流量调节阀10进入混配阀12，另一路经过第二压力传感器7，第二流量计9和第二流量调节阀11进入混配阀12，两路气体在混配阀12内部混合后，经过电磁开关阀13，第三压力传感器14和气体出口15后完成配比。气体含量分析仪18分析混合后气体的含量。

第一压力传感器6，第二压力传感器7，第三压力传感器14分别监测两路气体混合前的压力，并将监测到的压力信号送给控制器16，气体含量分析仪18将检测到的混合后气体含量信号送给控制器16，第一流量计8和第二流量计9将检测到的两路气体混合前流量信号送给控制器16。

控制器16根据第一压力传感器6，第二压力传感器7，第三压力传感器14，第一流量计8，第二流量计9和气体含量分析仪18的检测信号，控制第一流量调节阀10和第二流量调节阀11调节两路气体的信号。调节前的两路气体中的一路，进入节流阀体23，从进气口24进气，从出气口25出气，节流柱28通过密封台26和密封垫27密封，防止气体溢出。节流柱28的上方上方设置齿轮齿条29的齿条，齿条的侧面设置齿轮齿条29的齿轮，齿轮齿条29的齿轮连接第一伺服驱动器19或第二伺服驱动器20。

控制器16分别控制第一伺服驱动器19和第二伺服驱动器20，当混合后气体含量小于或者大于设定值时，控制器16控制第一伺服驱动器19驱动第一伺服电机21转动，从而带动齿轮齿条29的齿轮主动，通过齿轮齿条29结构带动节流柱28上下运动，使节流柱28进入到节流阀体23的长度变化，进而调节节流阀体23内气流的流道，调节两路气体中一路气体的流量，进而调节混合后气体的配比。当混合后气体含量小于或者大于设定值时，控制器16控制第二伺服驱动器20驱动第二伺服电机22转动，从而带动齿轮齿条29的齿轮主动，通过齿轮齿条29结构带动节流柱28上下运动，使节流柱28进入到节流阀体23的长度变化，进而调节节流阀体23内气流的流道，调节两路气体中一路气体的流量，进而调节混合后气体的配比。

控制器16和触摸屏17为交互装置，触摸屏17显示控制器16接收到的第一压力传感器6，第二压力传感器7，第三压力传感器14，第一流量计8，第二流量计9和气体含量分析仪18的检测信号，并实时显示出来。同时通过触摸屏17设置混合后气体的含量，两路气体的流量。

当第一压力传感器6和第二压力传感器7其中之一检测到的压力信号低于设定值时，压力信号送给控制器16，控制器16控制电磁开关阀13关闭，切断管路。

平衡阀5和第一过滤器3之间设置单向阀，平衡阀5和第二过滤器4之间设置单向阀，防止两路气体倒流。第一压力传感器6、第二压力传感器7和第三压力传感器14的感应头分别伸入到管路中，方便检测。节流柱28的下方为倒锥体，有效阻挡气体，方便调节气体流量。密封台26和密封垫27的中部分别设置大小相同的同心孔，便于放置节流柱28。密封垫27为环形圈，方便选型。节流柱28为圆柱体，方便装配。密封台26的下平面分别同进气口24和出气口25的上平面共面，方便气体流过。进气口24和出气口25的下平面共面，方便气体流过。气体含量分析仪18为二氧化碳含量分析仪、氩气含量分析仪、氮气含量分析仪、氧气含量分析仪中的一种，根据实际需要的混合气体要求选择气体含量分析仪18需要分析的气体含量。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims

1.一种闭环气体配比柜自动调节方法，其特征在于，包括：

第一进口（1），所述第一进口（1）通过第一过滤器（3）连接到平衡阀（5），第二进口（2），所述第二进口（2）通过第二过滤器（4）连接到平衡阀（5）；所述平衡阀（5）一路依次连接第一压力传感器（6）、第一流量计（8）、第一流量调节阀（10）和混配阀（12），另一路依次连接第二压力传感器（7）、第二流量计（9）、第二流量调节阀（11）和混配阀（12），所述混配阀（12）的出口依次连接电磁开关阀（13）、第三压力传感器（14）和气体出口（15），所述第三压力传感器（14）和气体出口（15）之间设置气体含量分析仪（18）；

所述第一压力传感器（6）、第二压力传感器（7）和第三压力传感器（14）分别连接控制器（16），所述控制器（16）分别连接触摸屏（17）、气体含量分析仪（18）、第一流量计（8）和第二流量计（9），所述控制器（16）依次连接第一伺服驱动器（19）、第一伺服电机（21）和第一流量调节阀（10），所述控制器（16）依次连接第二伺服驱动器（20）、第二伺服电机（22）和第二流量调节阀（11）；

混合后气体含量公式为：

M=N1/(N1+N2)=f（T1、T2、T3、H1、 H2）；

式中：M为两路气体混合后的比例，即气体含量分析仪（18）检测到的一路气体的含量，设定N1的那一路为气体含量分析仪（18）的检测路；

N1为第一流量计（8）检测到的一路气体的含量；

N2为第二流量计（9）检测到的另一路气体的含量；

T1为第一压力传感器（6）检测到的一路进入气体的压力；

T2为第二压力传感器（7）检测到的一路进入气体的压力；

T3为第三压力传感器（14）检测到的混合后气体的出口压力；

H1为第一流量调节阀（10）内阀芯的调节高度；

H2为第二流量调节阀（11）内阀芯的调节高度；

M= f（T1、H1）；

M= f（H1、T3）；

2.根据权利要求1所述的一种闭环气体配比柜自动调节方法，其特征在于，所述第一流量调节阀（10）或第二流量调节阀（11）设置节流阀体（23），所述节流阀体（23）两端分别设置进气口（24）和出气口（25），内侧上部设置密封台（26），所述密封台（26）上方设置密封垫（27），所述密封台（26）和密封垫（27）中部贴合设置节流柱（28），所述节流柱（28）的上方设置齿轮齿条（29）的齿条，所述齿条的侧面设置齿轮齿条（29）的齿轮，所述齿轮齿条（29）的齿轮连接第一伺服驱动器（19）或第二伺服驱动器（20），所述第一流量调节阀（10）和第二流量调节阀（11）的节流柱（28）对应H1 、H2，所述H1的值通过齿轮齿条（29）的传动比、第一伺服驱动器（19）的脉冲信号值、第一伺服电机（21）的单步转角转换，所述H2的值通过齿轮齿条（29）的传动比、第二伺服驱动器（20）的脉冲信号值、第二伺服电机（22）的单步转角转换。

3.根据权利要求1所述的一种闭环气体配比柜自动调节方法，其特征在于，所述平衡阀（5）和第一过滤器（3）之间设置单向阀，所述平衡阀（5）和第二过滤器（4）之间设置单向阀。

4.根据权利要求1所述的一种闭环气体配比柜自动调节方法，其特征在于，所述节流柱（28）的下方为倒锥体。

5.根据权利要求1所述的一种闭环气体配比柜自动调节方法，其特征在于，所述密封台（26）和密封垫（27）的中部分别设置大小相同的同心孔。

6.根据权利要求1所述的一种闭环气体配比柜自动调节方法，其特征在于，所述密封垫（27）为环形圈。

7.根据权利要求1所述的一种闭环气体配比柜自动调节方法，其特征在于，所述节流柱（28）为圆柱体。

8.根据权利要求1所述的一种闭环气体配比柜自动调节方法，其特征在于，所述密封台（26）的下平面分别同进气口（24）和出气口（25）的上平面共面。

9.根据权利要求1所述的一种闭环气体配比柜自动调节方法，其特征在于，所述进气口（24）和出气口（25）的下平面共面。

10.根据权利要求1所述的一种闭环气体配比柜自动调节方法，其特征在于，所述气体含量分析仪（18）为二氧化碳含量分析仪、氩气含量分析仪、氮气含量分析仪、氧气含量分析仪中的一种。