專利名稱：快速流體流量控制裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種快速流體流量控制裝置，尤其涉及一種能夠?qū)Ω鞣N氣體或液體的流量 進行快速、精確測量的流量控制裝置。
背景技術(shù)：
流量測量和控制是工業(yè)領域中非常重要的一部分。目前市場上的流量計可以分為氣體 流量控制器和液體流量控制器。流量控制器可以用來控制通過該設備的流量。
絕大多數(shù)流量控制器基于模擬方式，模擬技術(shù)主要是采用運算放大器作為基礎，通過 比較放大的方法來送出控制量，對執(zhí)行機構(gòu)(通常采用電磁閥、比例閥或者熱式闊等)進 行控制。采用模擬控制方式的流量控制裝置的問題是精度往往難于保證，而且由于采用模 擬電路達成的控制機構(gòu)，很難針對每臺產(chǎn)品進行調(diào)整，因此適應性較差，因此這類型的產(chǎn) 品往往存在著控制精度不足，響應時間慢等缺點。而現(xiàn)在還有一些數(shù)字化的流量控制器， 這類流量控制器的特點是采用了微處理作為控制核心，采用數(shù)字閉環(huán)控制方法，由傳感器 讀取的數(shù)據(jù)與設定值相比較，計算得到控制量，在采用D/A將控制量由數(shù)字量轉(zhuǎn)化成模 擬量。這類流量控制器提高了控制器的性能品質(zhì)。但是由于數(shù)模轉(zhuǎn)化中的精度和干擾問題， 并且執(zhí)行機構(gòu)本身的反向電動勢的問題。這類產(chǎn)品存在著在低設定點，例如30%滿量程 以下，控制精度較差，響應時間較慢。 '

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種快速流體測量控制裝置，該控制裝置能有效地避免數(shù)字模擬 轉(zhuǎn)化中控制精度問題，對通過的流體流量進行精確的控制。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案是 一種快速流體測量控制裝置，該 控制裝置包括傳感器、電磁閥和測量裝置，所述測量裝置包括微處理器、傳感器電路和電 磁閥電路，所述傳感器電路與傳感器連接，用來接收傳感器信號；所述電磁閥電路與電磁 閥連接，用來調(diào)節(jié)電磁閥的流通量；所述傳感器電路和電磁閥電路都與微處理器連接。
所述測量裝置還包括第一 A/D轉(zhuǎn)換器，所述第一 A/D轉(zhuǎn)換器連接在傳感器電路和微 處理器之間，將傳感器電路的信號傳輸?shù)轿⑻幚砥鳌?br> 所述測量裝置還包括第二 A/D轉(zhuǎn)換器，所述第二 A/D轉(zhuǎn)換器連接在電磁閥電路與微 處理器之間，將電磁閥電路的信號傳輸?shù)轿⑻幚砥鳌?br> 所述測量裝置還包括設定電路，所述設定電路與第一 A/D轉(zhuǎn)換器電連接，用來對微 處理器進行設定。
所述電磁閥電路包括兩個運算放大器和兩個三極管，所述微處理器依次與一個運算放 大器、 一個三極管、另一運算放大器和另一三極管連接，另一三極管與電磁阓連接。
本發(fā)明具有的優(yōu)點該流量控制裝置基于MCU和DSP基礎上，微處理器作為核心控制單元將處理所有的信息量，傳感器將測量信號通過A/D或其他方式送入微處理器當 中，同時微處理器還應該得到設定信號，這時微處理器將采用一種新型的控制算法計算得 到控制輸出量，該控制輸出將采用頻率信號來反應輸出量。輸出量經(jīng)過2級運算放大器緩 沖以后，送給電磁閥執(zhí)行。
1) 采用本發(fā)明的裝置可以有效地避免數(shù)字模擬轉(zhuǎn)化當中由于誤差和模擬量被干擾而 造成的控制精度問題，同時可以避免由于執(zhí)行機構(gòu)的反向能量變化而造成的控制速度慢， 過沖問題。
2) 采用本發(fā)明流量控制裝置可以對通過的流體流量進行精確的控制，并且以高的響 應速度實現(xiàn)流量控制。
3) 采用本發(fā)明流量控制裝置，可以在從2%滿量程設定到100%滿量程設定的所有量 程范圍內(nèi)，使響應時間達到0.8秒，并使精度可以達到設定點的1%。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細說明。 圖l為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖； 圖2為電磁閥電路的電路示意圖。
具體實施例方式
如圖1所示的一種快速流體測量控制裝置，該控制裝置包括傳感器、電磁閥和測量裝 置，所述測量裝置包括微處理器、傳感器電路、電磁閥電路、第一A/D轉(zhuǎn)換器、第二A/D 轉(zhuǎn)換器和設定電路，傳感器電路與傳感器連接，用來接收傳感器信號；電磁閥電路與電磁 閥連接，用來調(diào)節(jié)電磁閥的流通量；傳感器電路和電磁閥電路都與微處理器連接。第一 A/D轉(zhuǎn)換器連接在傳感器電路和微處理器之間，將傳感器電路的信號傳輸?shù)轿⑻幚砥?。?二A/D轉(zhuǎn)換器連接在電磁閥電路與微處理器之間，將電磁閥電路的信號傳輸?shù)轿⑻幚砥鳌?設定電路與第一A/D轉(zhuǎn)換器電連接，用來對微處理器進行設定。
傳感器用于測量流體通道1中的氣體或液體的流速、流量等參量，將其轉(zhuǎn)換成電信號 并將信號傳送至與傳感器連接的傳感器電路，傳感器電路處理的信號經(jīng)第一 A/D轉(zhuǎn)換成 數(shù)字信號后傳送到微處理器。微處理器處理來自第一 A/D的信號以及來自將電磁閥的反 饋量轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的第二 A/D的信號，根據(jù)所需生成控制信號，并將生成的控制信號 輸送給電磁閥電路，由電磁閥電路通過電磁闊實現(xiàn)對流量的控制。
其中，電磁閥的控制過程，如圖2所示的電路圖，其中，U1和U2為運算放大器， Ql和Q2為NPN型三極管，這樣由Ul和U2構(gòu)成了二級緩沖電路。頻率信號通過微處 理器端口送出，通過2級運放的緩沖送入電磁閥。同時電磁閥的電壓值和電流值信號將送 給微處理器。
采用微處理器作為核心搭建相應的電路，微處理器得到當前傳感器的信號Yn，通過 通訊口得到當前的設定信號Sn，則可以得到當前質(zhì)量流量和設定信號得差En一般的流量控制器采用標準的PID控制方法，這樣控制電壓Un為 f/ = 、￡ + K, Z+ A) (￡ -五 —,)
而這種情況下，由于電磁閥有磁滯現(xiàn)象，這樣僅采用PID控制方法會使得裝置的響
應時間慢。而這里提出一種新的控制策略，送到闊部分的控制電壓Un變化為
這里Kp， Kp KD為通常情況下，比例微分積分控制中的參數(shù)；而KB為閥電壓參數(shù)， Kc為閥電流返回參數(shù)。
這樣控制裝置送出的控制信號，不僅僅采用了閉環(huán)控制方式的PID控制，同時引入 了前饋控制。將閥電壓和閥電流的反饋值引入到了控制裝置當中。這樣可以有效地避免電 磁閥由于磁滯現(xiàn)象而導致的控制裝置相應速度慢的缺點。
這種基于MCU和DSP基礎上的氣體質(zhì)量流量控制裝置，該裝置可以對氣體質(zhì)量流 量進行精確的控制。同時在該硬件裝置基礎上，提出了一種可以對氣體質(zhì)量流量精確控制 的策略。采用該硬件和控制策略可以對通過氣體質(zhì)量流量進行精確的控制，可以在從 2%-100%FS的情況下達到0.5秒以內(nèi)。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā) 明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在 不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動或修飾為等同 變化的等效實施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上 實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種快速流體測量控制裝置，其特征在于該控制裝置包括傳感器、電磁閥和測量裝置，所述測量裝置包括微處理器、傳感器電路和電磁閥電路，所述傳感器電路與傳感器連接，用來接收傳感器信號；所述電磁閥電路與電磁閥連接，用來調(diào)節(jié)電磁閥的流通量；所述傳感器電路和電磁閥電路都與微處理器連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速流體測量控制裝置，其特征在于所述測量裝置還包 括第一A/D轉(zhuǎn)換器，所述第一A/D轉(zhuǎn)換器連接在傳感器電路和微處理器之間，將傳感器 電路的信號傳輸?shù)轿⑻幚砥鳌?br> 3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速流體測量控制裝置，其特征在于所述測量裝置還包 括第二A/D轉(zhuǎn)換器，所述第二A/D轉(zhuǎn)換器連接在電磁閥電路與微處理器之間，將電磁閥 電路的信號傳輸?shù)轿⑻幚砥鳌?br> 4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速流體測量控制裝置，其特征在于所述測量裝置還包 括設定電路，所述設定電路與第一A/D轉(zhuǎn)換器電連接，用來對微處理器進行設定。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的快速流體測量控制裝置，其特征在于所述電磁閥電 路包括兩個運算放大器和兩個三極管，所述微處理器依次與一個運算放大器、一個三極管、 另一運算放大器和另一三極管連接，另一三極管與電磁閥連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種快速流體流量控制裝置，該控制裝置包括傳感器、電磁閥和測量裝置，所述測量裝置包括微處理器、傳感器電路和電磁閥電路，所述傳感器電路與傳感器連接，用來接收傳感器信號；所述電磁閥電路與電磁閥連接，用來調(diào)節(jié)電磁閥的流通量；所述傳感器電路和電磁閥電路都與微處理器連接。本發(fā)明有效地避免數(shù)字模擬轉(zhuǎn)化當中由于誤差和模擬量被干擾而造成的控制精度問題，同時可以避免由于執(zhí)行機構(gòu)的反向能量變化而造成的控制速度慢，過沖問題。可以對通過的流體流量進行精確的控制，并且以高的響應速度實現(xiàn)流量控制。
文檔編號G05D7/06GK101441482SQ20081023988
公開日2009年5月27日 申請日期2008年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月23日
發(fā)明者任小兵, 薇 吳, 牟昌華, 迪 趙 申請人:北京七星華創(chuàng)電子股份有限公司