專利名稱：高壓氣體壓力流量復(fù)合控制數(shù)字閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣體數(shù)字閥，尤其是涉及一種高壓氣體壓力流量復(fù)合控制數(shù)字閥。
背景技術(shù)：
工作壓力在IOMPa以上的高壓氣體因擁有瞬間膨脹性大、爆發(fā)力強及溫度適應(yīng)范圍廣和高能量密度等特性，使得高壓氣動系統(tǒng)在許多領(lǐng)域得到應(yīng)用。此外，高壓氣體所特有的防爆性、易獲得性及清潔性等特點使其可以完成很多常規(guī)氣壓及液壓技術(shù)無法勝任的工作。但高壓氣動系統(tǒng)的自動化水平仍不高，在氣體的壓力控制方面，以壓力閥中應(yīng)用最廣泛的減壓閥為例，目前手動控制減壓閥發(fā)展已較為成熟，但缺乏成熟的通用型電控減壓閥。在氣體的流量控制方面，現(xiàn)有的氣動流量閥仍停留在對閥口面積開度的調(diào)節(jié)而非實際過流流量上。現(xiàn)在有關(guān)高壓氣體質(zhì)量流量閥以及壓力-流量復(fù)合閥仍缺乏相關(guān)研究報道，其原因主要在于高壓氣體質(zhì)量流量難以通過傳統(tǒng)方法進(jìn)行精確控制。高壓氣動系統(tǒng)的自動化對于壓力閥和流量閥都有迫切的需求，而氣體的可壓縮性決定了其壓力控制和流量控制都可以都?xì)w結(jié)到閥口的流量調(diào)節(jié)上，而由于氣體質(zhì)量流量的閉環(huán)控制需要采集上下游的壓力和溫度參數(shù)，因此可以利用該壓力溫度信號結(jié)合控制程序進(jìn)行壓力溫度的閉環(huán)控制，這就可以使得在同一套裝置上實現(xiàn)壓力和流量的復(fù)合控制，再將在低壓氣動及液壓領(lǐng)域發(fā)展較為成熟的數(shù)字閥控制方案引入高壓氣動領(lǐng)域，可以使整個控制系統(tǒng)的設(shè)計和控制得到簡化，可靠性也得以提高。本發(fā)明即是基于這一原理和理念設(shè)計的高壓氣體壓力流量復(fù)合閥裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高壓氣體壓力流量復(fù)合控制數(shù)字閥，是通過采集高壓氣體壓力流量復(fù)合控制數(shù)字閥中進(jìn)氣腔和出氣腔的壓力以及溫度參數(shù)，調(diào)節(jié)實際閥口過流流量并應(yīng)用數(shù)字閥控制方案進(jìn)行精確控制，實現(xiàn)在同一套機械裝置上對高壓氣體壓力和流量的復(fù)合控制。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是在高壓氣體壓力流量復(fù)合控制數(shù)字閥閥體內(nèi)設(shè)置由兩個一級高壓氣動高速開關(guān)閥為一組結(jié)合二級閥體構(gòu)成的八個二級高壓氣動開關(guān)閥，高壓氣體壓力流量復(fù)合控制數(shù)字閥閥體一端設(shè)有進(jìn)氣腔，另一端設(shè)有出氣腔和出氣閥，且八個二級高壓氣動開關(guān)閥在高壓氣體壓力流量復(fù)合控制數(shù)字閥閥體上對應(yīng)設(shè)置有排氣口 ；其中七個二級高壓氣動開關(guān)閥并列設(shè)置，且七個并列設(shè)置的二級高壓氣動開關(guān)閥閥口面積依次按照二進(jìn)制編碼確定；所述進(jìn)氣腔安裝有第一壓力傳感器和第一溫度傳感器；所述出氣腔安裝有第二壓力傳感器和第二溫度傳感器；所述出氣閥為第八個二級高壓氣動開關(guān)閥。所述八個二級高壓氣動開關(guān)閥結(jié)構(gòu)相同，二級閥體內(nèi)部由階梯型閥芯分隔成控制腔和閥芯腔，控制腔內(nèi)的第一彈簧與階梯型閥芯的大端面接觸，階梯型閥芯的小端面正對裝有密封圈的拉法爾噴嘴結(jié)構(gòu)的閥口 ；第一個一級高壓氣動高速開關(guān)閥的進(jìn)氣口分別與高壓氣源和閥芯腔連通；第一個一級高壓氣動高速開關(guān)閥的出氣口分別與控制腔和第二個一級高壓氣動高速開關(guān)閥的進(jìn)氣口連通，第二個一級高壓氣動高速開關(guān)閥出氣口和排氣口相連。所述一級高壓氣動高速開關(guān)閥結(jié)構(gòu)相同，其一級閥體內(nèi)部被錐形閥芯分隔成高壓端與低壓端；所述高壓端的進(jìn)氣口即為一級高壓氣動高速開關(guān)閥的進(jìn)氣口，低壓端的出氣口即為一級高壓氣動高速開關(guān)閥的出氣口 ；設(shè)有兩個氣孔的錐形閥芯大端面與高壓端的第二彈簧接觸，錐形閥芯錐面與高速開關(guān)電磁鐵在低壓端接觸。本發(fā)明具有的有益效果是把二級高壓氣動開關(guān)閥閥口面積與二進(jìn)制編碼數(shù)字化控制方案結(jié)合，使閥門的控制精度達(dá)到1/128，且利用高壓氣體壓力流量復(fù)合控制數(shù)字閥的進(jìn)氣腔和出氣腔的壓力和溫度參數(shù)，通過控制器組合啟閉二級高壓氣動開關(guān)閥對氣體質(zhì)量流量進(jìn)行實時控制，最終實現(xiàn)對高壓氣體進(jìn)行壓力和流量的復(fù)合控制，并能使高壓氣體的壓力和流量控制系統(tǒng)的設(shè)計與控制得以簡化，可靠性得到提高。


圖1是高壓氣體壓力流量復(fù)合控制數(shù)字閥結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是二級高壓氣動開關(guān)閥的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是一級高壓氣動高速開關(guān)閥的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1、進(jìn)氣腔，2、第一壓力傳感器，3、第一溫度傳感器，4、二級閥體，5、第二壓力傳感器，6、第二溫度傳感器，7、出氣腔，8、出氣閥，9、排氣口，10、一級高壓氣動高速開關(guān)閥， 11、高壓氣源，12、控制腔，13、閥芯腔，14、密封圈，15、閥口，16、階梯型閥芯，17、第一彈簧， 18、高壓端，19、進(jìn)氣口，20、一級閥體，21、高速開關(guān)電磁體，22、低壓端，23、出氣口，24、錐形閥芯，25、第二彈簧。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。如圖1、圖2、圖3所示，在高壓氣體壓力流量復(fù)合控制數(shù)字閥閥體內(nèi)設(shè)置由兩個一級高壓氣動高速開關(guān)閥10為一組結(jié)合二級閥體4構(gòu)成的八個二級高壓氣動開關(guān)閥，高壓氣體壓力流量復(fù)合控制數(shù)字閥閥體一端設(shè)有進(jìn)氣腔1，另一端設(shè)有出氣腔7和出氣閥8，且八個二級高壓氣動開關(guān)閥在高壓氣體壓力流量復(fù)合控制數(shù)字閥閥體上對應(yīng)設(shè)置有排氣口 9 ； 其中七個二級高壓氣動開關(guān)閥并列設(shè)置，且七個并列設(shè)置的二級高壓氣動開關(guān)閥閥口 15 面積依次按照二進(jìn)制編碼確定；所述進(jìn)氣腔1安裝有第一壓力傳感器2和第一溫度傳感器 3 ；所述出氣腔7安裝有第二壓力傳感器5和第二溫度傳感器6 ；所述出氣閥8為第八個二級高壓氣動開關(guān)閥。所述進(jìn)氣腔1與出氣腔7通過并列排列的七個二級高壓氣動開關(guān)閥連通。所述八個二級高壓氣動開關(guān)閥結(jié)構(gòu)相同，二級閥體4內(nèi)部由階梯型閥芯16分隔成控制腔12和閥芯腔13，控制腔12內(nèi)的第一彈簧17與階梯型閥芯16的大端面接觸，階梯型閥芯16的小端面正對裝有密封圈14的拉法爾噴嘴結(jié)構(gòu)的閥口 15 ；第一個一級高壓氣動高速開關(guān)閥的進(jìn)氣口分別與高壓氣源11和閥芯腔13連通；第一個一級高壓氣動高速開關(guān)閥的出氣口分別與控制腔12和第二個一級高壓氣動高速開關(guān)閥的進(jìn)氣口連通，第二個一級高壓氣動高速開關(guān)閥出氣口和排氣口 9相連。所述一級高壓氣動高速開關(guān)閥10結(jié)構(gòu)相同，其一級閥體20內(nèi)部被錐形閥芯M分隔成高壓端18與低壓端22 ；所述高壓端18的進(jìn)氣口 19即為一級高壓氣動高速開關(guān)閥10 的進(jìn)氣口，低壓端22的出氣口 23即為一級高壓氣動高速開關(guān)閥10的出氣口 ；設(shè)有兩個氣孔的錐形閥芯M大端面與高壓端18的第二彈簧25接觸，錐形閥芯M錐面與高速開關(guān)電磁鐵21在低壓端22接觸。下面結(jié)合附圖，簡述本發(fā)明工作原理圖1所示高壓氣體壓力流量復(fù)合控制數(shù)字閥的進(jìn)氣腔和出氣腔分別安裝有壓力和溫度傳感器(P” Ti和Po、T0)，當(dāng)高壓氣體壓力流量復(fù)合控制數(shù)字閥用作壓力閥時，控制器根據(jù)出氣腔7的壓力P。啟閉七個二級高壓氣動開關(guān)閥及出氣閥8，出氣壓力P0低于目標(biāo)壓力時，高壓氣體從進(jìn)氣腔1經(jīng)七個二級高壓氣動開關(guān)閥通過出氣腔7進(jìn)入負(fù)載端，控制器根據(jù)誤差大小組合啟閉七個二級高壓氣動開關(guān)閥( ...%),使精度達(dá)到1/128 ；出氣壓力 P。高于目標(biāo)壓力時，控制器開啟放氣閥8 (qr)。當(dāng)高壓氣體壓力流量復(fù)合控制數(shù)字閥用作流量閥時，控制器根據(jù)進(jìn)氣腔1的溫度Ti、壓力Pi以及出氣腔7的壓力p0組合啟閉七個二級高壓氣動開關(guān)閥。具體高壓氣體壓力流量復(fù)合控制數(shù)字閥氣體質(zhì)量流量計算如公式(1)所示
權(quán)利要求
1.一種高壓氣體壓力流量復(fù)合控制數(shù)字閥，其特征在于在高壓氣體壓力流量復(fù)合控制數(shù)字閥閥體內(nèi)設(shè)置由兩個一級高壓氣動高速開關(guān)閥(10)為一組結(jié)合二級閥體(4)構(gòu)成的八個二級高壓氣動開關(guān)閥，高壓氣體壓力流量復(fù)合控制數(shù)字閥閥體一端設(shè)有進(jìn)氣腔(1)， 另一端設(shè)有出氣腔(7)和出氣閥(8)，且八個二級高壓氣動開關(guān)閥在高壓氣體壓力流量復(fù)合控制數(shù)字閥閥體上對應(yīng)設(shè)置有排氣口(9)；其中七個二級高壓氣動開關(guān)閥并列設(shè)置，且七個并列設(shè)置的二級高壓氣動開關(guān)閥閥口(1 面積依次按照二進(jìn)制編碼確定；所述進(jìn)氣腔(1)安裝有第一壓力傳感器( 和第一溫度傳感器(3)；所述出氣腔(7)安裝有第二壓力傳感器( 和第二溫度傳感器(6)；所述出氣閥(8)為第八個二級高壓氣動開關(guān)閥。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓氣體壓力流量復(fù)合控制數(shù)字閥，其特征在于所述八個二級高壓氣動開關(guān)閥結(jié)構(gòu)相同，二級閥體內(nèi)部由階梯型閥芯(16)分隔成控制腔 (12)和閥芯腔(13)，控制腔(12)內(nèi)的第一彈簧(17)與階梯型閥芯(16)的大端面接觸，階梯型閥芯(16)的小端面正對裝有密封圈(14)的拉法爾噴嘴結(jié)構(gòu)的閥口(15)；第一個一級高壓氣動高速開關(guān)閥的進(jìn)氣口分別與高壓氣源(11)和閥芯腔(1 連通；第一個一級高壓氣動高速開關(guān)閥的出氣口分別與控制腔(1 和第二個一級高壓氣動高速開關(guān)閥的進(jìn)氣口連通，第二個一級高壓氣動高速開關(guān)閥出氣口和排氣口(9)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高壓氣體壓力流量復(fù)合控制數(shù)字閥，其特征在于所述一級高壓氣動高速開關(guān)閥(10)結(jié)構(gòu)相同，其一級閥體00)內(nèi)部被錐形閥芯04)分隔成高壓端(18)與低壓端0 ；所述高壓端(18)的進(jìn)氣口(19)即為一級高壓氣動高速開關(guān)閥 (10)的進(jìn)氣口，低壓端02)的出氣口 03)即為一級高壓氣動高速開關(guān)閥(10)的出氣口 ； 設(shè)有兩個氣孔的錐形閥芯04)大端面與高壓端(18)的第二彈簧0 接觸，錐形閥芯04) 錐面與高速開關(guān)電磁鐵在低壓端0 接觸。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高壓氣體壓力流量復(fù)合控制數(shù)字閥。在數(shù)字閥閥體內(nèi)設(shè)置由兩個一級高壓氣動高速開關(guān)閥為一組結(jié)合二級閥體構(gòu)成的八個二級高壓氣動開關(guān)閥，一端設(shè)有進(jìn)氣腔，另一端設(shè)有出氣腔和出氣閥；八個二級高壓氣動開關(guān)閥在數(shù)字閥閥體上設(shè)置有排氣口，其中七個二級高壓氣動開關(guān)閥并列設(shè)置，且閥口面積依次按照二進(jìn)制編碼確定；進(jìn)氣腔和出氣腔均安裝有壓力和溫度傳感器；出氣閥為第八個二級高壓氣動開關(guān)閥。本發(fā)明把二級高壓氣動開關(guān)閥與二進(jìn)制編碼數(shù)字化控制方案結(jié)合起來，使控制精度達(dá)到1/128，利用進(jìn)氣腔和出氣腔的壓力和溫度參數(shù)，通過控制器組合開啟二級高壓氣動開關(guān)閥對氣體流量實時控制，最終實現(xiàn)對高壓氣體進(jìn)行壓力和流量的復(fù)合控制。
文檔編號F16K31/00GK102518843SQ20111040615
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月8日
發(fā)明者劉丁發(fā), 徐志鵬, 樊奇 申請人:中國計量學(xué)院