CN201352319Y - 快速流体流量控制装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种快速流体测量控制装置，该控制装置包括传感器、电磁阀和测量装置，所述测量装置包括微处理器、传感器电路和电磁阀电路，所述传感器电路与传感器连接，用来接收传感器信号；所述电磁阀电路与电磁阀连接，用来调节电磁阀的流通量；所述传感器电路和电磁阀电路都与微处理器连接。本实用新型有效地避免数字模拟转化当中由于误差和模拟量被干扰而造成的控制精度问题，同时可以避免由于执行机构的反向能量变化而造成的控制速度慢，过冲问题。可以对通过的流体流量进行精确的控制，并且以高的响应速度实现流量控制。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种快速流体流量控制装置，尤其涉及一种能够对各种气体或液体的流量进行快速、精确测量的流量控制装置。
背景技术
流量测量和控制是工业领域中非常重要的一部分。目前市场上的流量计可以分为气体流量控制器和液体流量控制器。流量控制器可以用来控制通过该设备的流量。
绝大多数流量控制器基于模拟方式，模拟技术主要是采用运算放大器作为基础，通过比较放大的方法来送出控制量，对执行机构(通常采用电磁阀、比例阀或者热式阀等)进行控制。采用模拟控制方式的流量控制装置的问题是精度往往难于保证，而且由于采用模拟电路达成的控制机构，很难针对每台产品进行调整，因此适应性较差，因此这类型的产品往往存在着控制精度不足，响应时间慢等缺点。而现在还有一些数字化的流量控制器，这类流量控制器的特点是采用了微处理作为控制核心，采用数字闭环控制方法，由传感器读取的数据与设定值相比较，计算得到控制量，在采用D/A将控制量由数字量转化成模拟量。这类流量控制器提高了控制器的性能品质。但是由于数模转化中的精度和干扰问题，并且执行机构本身的反向电动势的问题。这类产品存在着在低设定点，例如30％满量程以下，控制精度较差，响应时间较慢。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种快速流体测量控制装置，该控制装置能有效地避免数字模拟转化中控制精度问题，对通过的流体流量进行精确的控制。
为解决上述技术问题，本实用新型所提供的技术方案是：一种快速流体测量控制装置，该控制装置包括传感器、电磁阀和测量装置，所述测量装置包括微处理器、传感器电路和电磁阀电路，所述传感器电路与传感器连接，用来接收传感器信号；所述电磁阀电路与电磁阀连接，用来调节电磁阀的流通量；所述传感器电路和电磁阀电路都与微处理器连接。
所述测量装置还包括第一A/D转换器，所述第一A/D转换器连接在传感器电路和微处理器之间，将传感器电路的信号传输到微处理器。
所述测量装置还包括第二A/D转换器，所述第二A/D转换器连接在电磁阀电路与微处理器之间，将电磁阀电路的信号传输到微处理器。
所述测量装置还包括设定电路，所述设定电路与第一A/D转换器电连接，用来对微处理器进行设定。
所述电磁阀电路包括两个运算放大器和两个三极管，所述微处理器依次与一个运算放大器、一个三极管、另一运算放大器和另一三极管连接，另一三极管与电磁阀连接。
本实用新型具有的优点：该流量控制装置基于MCU和DSP基础上，微处理器作为核心控制单元将处理所有的信息量，传感器将测量信号通过A/D或其他方式送入微处理器当中，同时微处理器还应该得到设定信号，这时微处理器将采用一种新型的控制算法计算得到控制输出量，该控制输出将采用频率信号来反应输出量。输出量经过2级运算放大器缓冲以后，送给电磁阀执行。
1)采用本实用新型的装置可以有效地避免数字模拟转化当中由于误差和模拟量被干扰而造成的控制精度问题，同时可以避免由于执行机构的反向能量变化而造成的控制速度慢，过冲问题。
2)采用本实用新型流量控制装置可以对通过的流体流量进行精确的控制，并且以高的响应速度实现流量控制。
3)采用本实用新型流量控制装置，可以在从2％满量程设定到100％满量程设定的所有量程范围内，使响应时间达到0.8秒，并使精度可以达到设定点的1％。
附图说明：
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。
图1为本实用新型的结构框图；
图2为电磁阀电路的电路示意图。
具体实施方式：
如图1所示的一种快速流体测量控制装置，该控制装置包括传感器、电磁阀和测量装置，所述测量装置包括微处理器、传感器电路、电磁阀电路、第一A/D转换器、第二A/D转换器和设定电路，传感器电路与传感器连接，用来接收传感器信号；电磁阀电路与电磁阀连接，用来调节电磁阀的流通量；传感器电路和电磁阀电路都与微处理器连接。第一A/D转换器连接在传感器电路和微处理器之间，将传感器电路的信号传输到微处理器。第二A/D转换器连接在电磁阀电路与微处理器之间，将电磁阀电路的信号传输到微处理器。设定电路与第一A/D转换器电连接，用来对微处理器进行设定。
传感器用于测量流体通道1中的气体或液体的流速、流量等参量，将其转换成电信号并将信号传送至与传感器连接的传感器电路，传感器电路处理的信号经第一A/D转换成数字信号后传送到微处理器。微处理器处理来自第一A/D的信号以及来自将电磁阀的反馈量转换成数字信号的第二A/D的信号，根据所需生成控制信号，并将生成的控制信号输送给电磁阀电路，由电磁阀电路通过电磁阀实现对流量的控制。
其中，电磁阀的控制过程，如图2所示的电路图，其中，U1和U2为运算放大器，Q1和Q2为NPN型三极管，这样由U1和U2构成了二级缓冲电路。频率信号通过微处理器端口送出，通过2级运放的缓冲送入电磁阀。同时电磁阀的电压值和电流值信号将送给微处理器。
采用微处理器作为核心搭建相应的电路，微处理器得到当前传感器的信号Yn，通过通讯口得到当前的设定信号Sn，则可以得到当前质量流量和设定信号得差En
En＝Sn-Yn
一般的流量控制器采用标准的PID控制方法，这样控制电压Un为
Un＝KpEn+KI∑Ei+KD(En-En-1)
而这种情况下，由于电磁阀有磁滞现象，这样仅采用PID控制方法会使得装置的响应时间慢。而这里提出一种新的控制策略，送到阀部分的控制电压Un变化为
Un＝KpEn+KI∑Ei+KD(En-En-1)+KBUvalve+KCIvalve
这里Kp，KI，KD为通常情况下，比例微分积分控制中的参数；而KB为阀电压参数，KC为阀电流返回参数。
这样控制装置送出的控制信号，不仅仅采用了闭环控制方式的PID控制，同时引入了前馈控制。将阀电压和阀电流的反馈值引入到了控制装置当中。这样可以有效地避免电磁阀由于磁滞现象而导致的控制装置相应速度慢的缺点。
这种基于MCU和DSP基础上的气体质量流量控制装置，该装置可以对气体质量流量进行精确的控制。同时在该硬件装置基础上，提出了一种可以对气体质量流量精确控制的策略。采用该硬件和控制策略可以对通过气体质量流量进行精确的控制，可以在从2％-100％FS的情况下达到0.5秒以内。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。
Claims (5)
1、一种快速流体测量控制装置，其特征在于：该控制装置包括传感器、电磁阀和测量装置，所述测量装置包括微处理器、传感器电路和电磁阀电路，所述传感器电路与传感器连接，用来接收传感器信号；所述电磁阀电路与电磁阀连接，用来调节电磁阀的流通量；所述传感器电路和电磁阀电路都与微处理器连接。
2、根据权利要求1所述的快速流体测量控制装置，其特征在于：所述测量装置还包括第一A/D转换器，所述第一A/D转换器连接在传感器电路和微处理器之间，将传感器电路的信号传输到微处理器。
3、根据权利要求1所述的快速流体测量控制装置，其特征在于：所述测量装置还包括第二A/D转换器，所述第二A/D转换器连接在电磁阀电路与微处理器之间，将电磁阀电路的信号传输到微处理器。
4、根据权利要求1所述的快速流体测量控制装置，其特征在于：所述测量装置还包括设定电路，所述设定电路与第一A/D转换器电连接，用来对微处理器进行设定。
5、根据权利要求1或3所述的快速流体测量控制装置，其特征在于：所述电磁阀电路包括两个运算放大器和两个三极管，所述微处理器依次与一个运算放大器、一个三极管、另一运算放大器和另一三极管连接，另一三极管与电磁阀连接。
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