CN203147014U - 一种智能阀门 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供了一种智能阀门，属于阀门电子控制技术领域。它解决了现有技术中无法直观了解阀门内流体各项数据的问题。本智能阀门，包括阀体、阀杆、阀芯、开度感应电位器、压力传感器、温度传感器、执行驱动机构和显示模块，还包括用于接收开度感应电位器采集的电位信号、压力传感器采集的压力信号和温度传感器采集的温度信号进行计算并输出数据信号给显示模块进行显示同时输出控制信号控制执行驱动机构调节阀门开度大小的控制器，开度感应电位器、压力传感器和温度传感器与控制器输入端连接，显示模块和执行驱动机构与控制器的输出端连接。本智能阀门能够直观了解通过阀门的流体的各项数据，便于调节控制阀门的开度，具有更广的应用范围。

Description

一种智能阀门
技术领域
本实用新型属于阀门电子控制技术领域，涉及一种智能阀门。
背景技术
阀门是流体输送***中的控制部件，具有截止、调节、导流、防止逆流、稳压、分流或溢流泄压等功能。用于流体控制***的阀门，从最简单的截止阀到极为复杂的自控***中所用的各种阀门，其品种和规格相当繁多。阀门可用于控制空气、水、蒸汽、各种腐蚀性介质、泥浆、油品、液态金属和放射性介质等各种类型流体的流动。
随着技术的不断发展，人们对阀门提出了更高的要求，单纯的阀门的作用已经无法满足人们的要求，普通阀门无法支管的连接通过阀门的流量等数据，而且手动操作比较复杂，数据采集比较困难，因此，人们提出了智能阀门，智能阀门即是一种根据各种外因变化自动实现阀门开关的阀门，如中国专利提供一种智敏智能阀门（其申请号为CN200610089607.7），阀门有智敏智能材料，能自动感知阀门外环境条件的变化。依据阀门外环境条件变化，依靠智敏智能材料的变形，自动开通或关闭阀门，达到自动控制阀门的目的。本智敏智能阀门不依靠电力等外来动力，结构简单实用。
还有就是依靠电力等外力实现自动开通或关闭阀门的智能阀门，如中国专利提供液体阀门智能监控装置（其专利号为ZL01261868.3），该专利公开了一种石油工业使用的液体阀门智能监控装置，本装置由控制箱、减速机、阀门开度显示机构和数据采集机构等组成，液体阀门的阀杆穿过阀门开度显示机构，与减速机和控制箱内的直流电动机通过联轴器连接，数据采集机构的信号输送到控制箱的单片机。集阀门调节、压力与流量显示、报警于一体，适宜于野外环境，实现全天为24小时自动实时监控。
上述专利虽然实现了实时监控，无法支管全面的了解阀体内的各项数据，无法直接精确的调节阀门的开度。
发明内容
本实用新型针对现有的技术存在上述问题，提出了一种智能阀门，该智能阀门能够直观了解通过阀门的流体的各项数据，便于在指定参数值下调节控制阀门的开度，具有更广的应用范围。
本实用新型通过下列技术方案来实现：一种智能阀门，包括阀体、阀杆、阀芯、用于采集阀门阀芯开度信号的开度感应电位器、用于采集阀门进口端和出口端压力信号的压力传感器、用于采集阀门流体回路温度信号的温度传感器、用于接收指令调节阀门开度的执行驱动机构和用于显示阀门内流体各项数据的显示模块，所述的阀芯设置在阀体内，所述阀杆的一端与阀芯连接，另一端与执行驱动机构连接，其特征在于，本智能阀门还包括用于接收开度感应电位器采集的电位信号、压力传感器采集的压力信号和温度传感器采集的温度信号进行计算处理并输出数据信号给显示模块进行数据显示同时输出控制信号控制执行驱动机构调节阀门开度大小的控制器，所述的开度感应电位器、压力传感器和温度传感器与控制器输入端连接，所述的显示模块和执行驱动机构与控制器的输出端连接。
开度感应电位器设置在执行器内用于采集阀门开度的电位信号，压力传感器采集阀门进口端和出口端的压力信号，温度传感器采集流体温度信号，并把采集的电位信号、压力信号和温度信号输送给控制器，控制器接收到的压力信号，算出阀门两端压差，利用阀门前后压差数据和内置于控制器内部的阀门流通系数，算出通过阀门的流体流量，并将采集的阀门开度信号、阀门进口端和出口端压力信号、温度传感器采集的流体回路的温度信号、计算出的阀门进口端和出口端的压差、计算出的阀体的流量信号、流体回路的温度信号，输出给显示模块，各信号在显示模块中进行显示，方便人们了解阀体内流体的实时数据，压差发生变化需要改变阀门开度时，根据控制器中设置的参数进行比对，比对后控制器输出控制信号给执行驱动机构从而调节阀门开度的大小。
在上述智能阀门中，所述的执行驱动机构包括用于接收控制器输出控制信号并输出电信号控制电机转动的执行器、电机和丝杆，所述的电机与丝杆通过减速齿轮连接，所述的电机转轴连接有齿轮，所述的丝杆的一端连接有与电机转轴上齿轮相配合的齿轮，所述丝杆的另一端与阀杆连接，所述执行器的输入端与控制器的输出端连接，所述执行器的输出端与电机连接。控制器输出控制信号给执行器，执行器驱动电机转动，电机通过减速齿轮带动丝杆转动，丝杆固定在阀杆上，从而控制阀门的开度，设置减速齿轮可对阀门开度进行精确调节。
在上述智能阀门中，所述的开度感应电位器设置在执行器内，所述的压力传感器和温度传感器均至少为两个，所述的压力传感器设置在阀门进口端和出口端。需要计算阀门进口端和出口端的压差信号，需要在阀门进口端和出口端设置压力传感器；温度传感器一个安装在阀体内，采集阀门内流体的温度，当阀体安装在流体回流的进水端，另一个温度传感器安装在流体回路的进口端，当阀体安装在流体回流的回水端，则另一个温度传感器安装在流体回流的进水端，两个温度传感器实现采集回路两端的温度信号从而计算出流体回路的温差信号，因此至少需要两个温度传感器和压力传感器。
作为另一种方案，在上述智能阀门中，所述的执行驱动机构包括用于控制电机转动的控制电路，电机和丝杆，所述的电机与丝杆通过减速齿轮连接，所述的电机转轴连接有齿轮，所述的丝杆的一端连接有与电机转轴上齿轮相配合的齿轮，所述丝杆的另一端与阀杆连接，所述的控制电路的输入端与控制器的输出端连接，所述控制电路的输出端与电机连接。控制器输出控制信号给控制电路，控制电路控制电机转动，电机通过减速齿轮带动丝杆转动，丝杆固定在阀杆上，从而控制阀门的开度，设置减速齿轮可对阀门开度进行精确调节。
在上述智能阀门中，所述的执行器包括用于接收控制器输出的控制信号的接收模块和驱动电路，所述的接收模块和控制器的输出端连接，所述驱动电路的输入端与接收模块连接，所述驱动电路的输出端与电机连接。控制器输出信号给接收模块，接收模块输出信号给驱动电路，驱动电路输出电信号给电机，驱动电机转动。
在上述智能阀门中，所述控制器的输出端还连接有用于与电脑连接进行数据通讯实现远程控制的通讯模块，所述的通讯模块集成在控制器内。设置通讯模块实现远程控制，更具实用性。
在上述智能阀门中，所述的显示模块包括显示屏和用于接收控制器输出的数据信号并进行分析处理的处理电路，所述处理电路的输入端与控制器的输出端连接，所述处理电路的输出端与显示屏连接，所述的显示屏固定设置在阀体上。控制器将传感器采集的数据信号以及计算出的数据信号输出给处理电路，处理电路对信号进行处理后输出给显示屏在显示屏上进行相应的数据显示，将显示屏固定在阀体上，方便工作人员对阀体内流体的信息进行监控。
在上述智能阀门中，所述控制器的输入端还连接有用于手动输入参数改变阀门所需开度大小的手动输入模块，所述的手动输入模块集成在显示屏中。设置手动输入模块，对初始设置的参数进行重新设置，从而根据新的参数对阀门开度进行调节，提高实用性。
在上述智能阀门中，所述控制器的电源输入端连接有电源模块，所述的电源模块包括整流电路和降压电路，所述整流电路与的输入端与电源连接，所述整流电路的输出端与降压电路的输入端连接，所述降压电路的输出端与单片机的电源输入端连接。由于单片机需要的是低压直流电源，则需将输入的交流电整流成直流电并进行降压。
与现有技术相比，本智能阀门具有以下优点：1、设置多个传感器对阀门中的温度、压力、阀门开度等信号进行采集，通过控制器将信号进行计算处理，将通过阀门的流体的各项数据直观的显示出来；2、设置手动输入模块，提高阀门应用的范围，提高了实用性；3、设置通讯模块，实现远程控制，便于工作人员操作。
附图说明
图1是本实用新型的电路结构示意图。
图中，1、压力传感器；2、温度传感器；3、开度感应电位器；4、控制器；5、执行器；5a、接收模块；5b、驱动电路；6、电源模块；6a、整流电路；6b、降压电路；7、显示模块；7a、处理电路；7b、显示屏；8、手动输入模块；9、通讯模块；10、步进电机。
具体实施方式
以下是本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。
如图1所示，一种智能阀门，包括阀体、阀杆、阀芯、压力传感器1、温度传感器2、开度感应电位器3、控制器4、执行驱动机构、电源模块6、显示模块7、手动输入模块8，阀芯设置在阀体内，阀杆的一端与阀芯连接，另一端与执行驱动机构连接，压力传感器1、温度传感器2、开度感应电位器3和手动输入模块8与控制器4的输入端连接，执行驱动机构和显示模块7与控制器4的输出端连接，电源模块6与控制器4的电源输入端口连接。
开度感应电位器3设置在阀门内用于采集阀门开度的电位信号、两个压力传感器1设置在阀门进口端和出口端用于采集阀门进口端和出口端的温度信号，两个温度传感器2一个安装在阀体内，采集阀门内流体的温度，当阀体安装在流体回流的进水端，另一个温度传感器安装在流体回路的进口端，当阀体安装在流体回流的回水端，则另一个温度传感器安装在流体回流的进水端，两个温度传感器2实现采集回路两端的温度信号从而计算出流体回路的温差信号；执行驱动机构包括用于接收控制器4输出控制信号并输出电信号控制电机转动的执行器5、电机和丝杆，执行器5包括用于接收控制器4输出的控制信号的接收模块5a和驱动电路5b；显示模块7包括显示屏7b和用于接收控制器4输出的数据信号并进行分析处理的处理电路7a。电机与丝杆通过减速齿轮连接，电机转轴连接有齿轮，丝杆的一端连接有与电机转轴上齿轮相配合的齿轮，两齿轮相配合达到减速目的，提高阀门开度控制的精确性，丝杆的另一端与阀杆连接，执行器5的接收模块5a的输入端与控制器4的输出端连接，接收模块5a的输出端与驱动电路5b输入端连接，驱动电路5b的输出端与电机的电源进线连接，显示模块7中的处理电路7a的输入端与控制器4的输出端连接，控制器4上还集成有用于与电脑数据通讯实现远程智能控制的通讯模块9，通讯处理电路7a的输出端与显示屏7b连接，显示屏7b固定设置在阀体上，手动输入模块8集成在显示屏7b中，电源模块6包括整流电路6a和降压电路6b，整流电路6a与的输入端与电源连接，整流电路6a的输出端与降压电路6b的输入端连接，降压电路6b的输出端与控制器4的电源输入端连接，电机为低压的小型步进电机10，驱动电路5b输出脉冲信号控制步进电机10转动，通过调节脉冲信号的频率来调节电机的转速，由于控制器4为单片机需要低压直流电源供电，因此需要整流电路6a将交流电源整成直流，并通过降压电路6b降压。
作为本智能阀门的另一种方案，执行驱动机构包括用于控制电机转动的继电器电路，电机和丝杆，电机与丝杆通过减速齿轮连接，电机转轴连接有齿轮，丝杆的一端连接有与电机转轴上齿轮相配合的齿轮，丝杆的另一端与阀杆连接，继电器电路的输入端与控制器4的输出端连接，继电器电路的输出端与电机连接。电机与继电器电路的主电路连接，通过继电器来驱动，控制器4输出控制信号控制继电器电路的控制电路来控制电机的旋转。
本智能阀门的工作原理如下：流体在阀门中流动时，两个压力传感器1采集阀门进口端和出口端的压力信号，两个温度传感器2采集流体回路进水端和回水端的温度信号，开度感应电位器3采集阀门开度的电位信号，并将采集的压力信号、温度信号和阀门开度电位信号输送给控制器4，控制器4计算出阀门进口端和出口端的压差信号，流体回路的温差信号，并通过阀门开度的电位信号比对出设置的阀门流通能力的参数值，通过计算公式
Figure BDA00002596818700071
（Q：通过阀门的流量；Kv：阀门在某个开度的流通能力；ΔP：阀门前后压差）计算出通过阀门的流体的流量，控制器4将相应的温度、压力、温差、压差和阀门流量等数据信号输出给显示模块7中的处理电路7a，处理电路7a对输入的数据信号进行处理后输出给显示屏7b，在显示屏7b相应的位置进行各数据的显示提示，同时根据压力信号的变化时，控制器4输出控制信号给执行驱动机构中的执行器5，执行器5中的接收模块5a接收到控制信号后输出信号给驱动电路5b，驱动电路5b输出脉冲信号控制步进电机10工作，步进电机10工作根据脉冲信号的频率旋转，通过减速齿轮和丝杆的配合驱动阀杆运动，从而精确的将阀门的开度调节到所设定参数对应的开度；当设置的阀门流通能力的参数值所对应的阀门开度达不到需求时，工作人员需要对参数值进行重新设置，此时，工作人员通过手动输入模块8将新的参数设置到控制器4中，控制器4根据新的参数进行比对调节阀门开度；当工作人员需要远程控制时，将控制器4中的通讯模块9的输出端与电脑的通讯端口连接，通过相应的电脑程序在电脑显示出了当前阀门中的温度、压力、温差、压差和阀门流量等数据信号，若需要调节参数，可直接在电脑中进行设置，通过通讯模块9将设置的新参数输入给控制器4，控制器4根据新的参数进行比对调节阀门开度。本智能阀门可直观的了解到阀门中的温度、压力、温差、压差和阀门流量等信息，实现自动阀门开度调节，阀门开度调节精确，无需手动操作，在环境改变时，可通过设置手动输入模块8和通讯模块9，提高了实用性，使本智能阀门的适用范围更广。

Claims (9)

1.一种智能阀门，包括阀体、阀杆、阀芯、用于采集阀门阀芯开度信号的开度感应电位器(3)、用于采集阀门进口端和出口端压力信号的压力传感器(1)、用于采集阀门流体回路温度信号的温度传感器(2)、用于接收指令调节阀门开度的执行驱动机构和用于显示阀门内流体各项数据的显示模块(7)，所述的阀芯设置在阀体内，所述阀杆的一端与阀芯连接，另一端与执行驱动机构连接，其特征在于，本智能阀门还包括用于接收开度感应电位器(3)采集的电位信号、压力传感器(1)采集的压力信号和温度传感器(2)采集的温度信号进行计算处理并输出数据信号给显示模块(7)进行数据显示同时输出控制信号控制执行驱动机构调节阀门开度大小的控制器(4)，所述的开度感应电位器(3)、压力传感器(1)和温度传感器(2)与控制器(4)输入端连接，所述的显示模块(7)和执行驱动机构与控制器(4)的输出端连接。 
2.根据权利要求1所述的智能阀门，其特征在于，所述的执行驱动机构包括用于接收控制器(4)输出控制信号并输出电信号控制电机转动的执行器(5)、电机和丝杆，所述的电机与丝杆通过减速齿轮连接，所述的电机转轴连接有齿轮，所述的丝杆的一端连接有与电机转轴上齿轮相配合的齿轮，所述丝杆的另一端与阀杆连接，所述执行器(5)的输入端与控制器(4)的输出端连接，所述执行器(5)的输出端与电机连接。 
3.根据权利要求2所述的智能阀门，其特征在于，所述的开度感应电位器(3)设置在执行器(5)内，所述的压力传感器(1)和温度传感器(2)均至少为两个，所述的压力传感器(1)设置在阀门进口端和出口端。 
4.根据权利要求1所述的智能阀门，其特征在于，所述的执行驱动机构包括用于控制电机转动的控制电路，电机和丝杆，所述的电机与丝杆通过减速齿轮连接，所述的电机转轴连接有齿轮，所述的丝杆的一端连接有与电机转轴上齿轮相配合的齿轮，所述丝杆的另一端与阀杆连接，所述的控制电路的输入端与控制器(4)的输出端连接，所述控制电路的输出端与电机连接。 
5.根据权利要求2或3所述的智能阀门，其特征在于，所述的执行 器(5)包括用于接收控制器(4)输出的控制信号的接收模块(5a)和驱动电路(5b)，所述的接收模块(5a)和控制器(4)的输出端连接，所述驱动电路(5b)的输入端与接收模块(5a)连接，所述驱动电路(5b)的输出端与电机连接。 
6.根据权利要求5所述的智能阀门，其特征在于，所述控制器(4)的输出端还连接有用于与电脑连接进行数据通讯实现远程控制的通讯模块(9)，所述的通讯模块(9)集成在控制器(4)内。 
7.根据权利要求1所述的智能阀门，其特征在于，所述的显示模块(7)包括显示屏(7b)和用于接收控制器(4)输出的数据信号并进行分析处理的处理电路(7a)，所述处理电路(7a)的输入端与控制器(4)的输出端连接，所述处理电路(7a)的输出端与显示屏(7b)连接，所述的显示屏(7b)固定设置在阀体上。 
8.根据权利要求6所述的智能阀门，其特征在于，所述控制器(4)的输入端还连接有用于手动输入参数改变阀门所需开度大小的手动输入模块(8)，所述的手动输入模块(8)集成在显示屏(7b)中。 
9.根据权利要求6或7或8所述的智能阀门，其特征在于，所述控制器(4)的电源输入端连接有电源模块(6)，所述的电源模块(6)包括整流电路(6a)和降压电路(6b)，所述整流电路(6a)的输入端与电源连接，所述整流电路(6a)的输出端与降压电路(6b)的输入端连接，所述降压电路(6b)的输出端与单片机的电源输入端连接。 
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