專利名稱：一種濕度發(fā)生器的氣體壓力和流量控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種濕度發(fā)生器，尤其涉及濕度發(fā)生器的氣體壓力和流量控制裝置。
背景技術(shù)：
雙壓法標(biāo)準(zhǔn)濕度發(fā)生器的工作原理是氣體在加壓狀態(tài)下被水汽飽和然后減壓膨 脹，通過改變飽和器的壓力來發(fā)生不同的相對(duì)濕度。因此飽和器壓力控制的穩(wěn)定度直接影 響發(fā)生器發(fā)生的濕度的不確定度。在控制飽和器壓力的同時(shí)，流經(jīng)飽和器中的樣氣流量在 一定范圍內(nèi)應(yīng)能自由調(diào)節(jié)。雙壓濕度發(fā)生器通常由如下六個(gè)部分組成氣源系統(tǒng)；載氣干 燥系統(tǒng)；飽和器系統(tǒng)；測(cè)試腔室；恒溫系統(tǒng)；溫度和壓力的測(cè)量與控制系統(tǒng)。如附圖1所示為標(biāo)準(zhǔn)濕度發(fā)生器的基本原理，通過連動(dòng)調(diào)節(jié)圖中飽和器的進(jìn)氣閥 和飽和器與測(cè)試室之間的膨脹閥，可以使飽和器的壓力Ps和通過飽和器的流量Q都能穩(wěn)定 地達(dá)到預(yù)定值。要實(shí)現(xiàn)以上功能，現(xiàn)在一般使用以下兩種辦法一、進(jìn)氣閥和膨脹閥全部使用手動(dòng)，通過時(shí)刻觀察飽和器壓力顯示值和流量顯示 值的變化，同時(shí)手動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)氣閥和膨脹閥的開度，使壓力Ps和流量Q最終達(dá)到預(yù)定值。此 方法的操作難度非常大，很難達(dá)到穩(wěn)定的壓力Ps。二、控制進(jìn)氣流量法。用一個(gè)質(zhì)量流量控制器(帶調(diào)節(jié)閥)代替進(jìn)氣閥，維持一個(gè) 恒定的進(jìn)氣流量Q，然后通過時(shí)刻觀察飽和器壓力顯示值的變化，同時(shí)手動(dòng)調(diào)節(jié)膨脹閥的開 度，使壓力Ps最終達(dá)到預(yù)定值。此方法的操作雖然比上述全手動(dòng)有進(jìn)步，但是也非常困難， 因?yàn)檎{(diào)節(jié)時(shí)要時(shí)刻觀察壓力變化的趨勢(shì)，而且即使在膨脹閥開度固定的情況下，壓力Ps還 存在緩慢漂移現(xiàn)象，因此如要保持穩(wěn)定的壓力，操作者就必須時(shí)刻注意并適時(shí)調(diào)節(jié)膨脹閥， 操作十分麻煩而且不穩(wěn)定。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種濕度發(fā)生器的氣體壓力和流量控制 的方法和裝置，解決現(xiàn)在操作麻煩但卻精度不高的缺陷。技術(shù)方案一種濕度發(fā)生器的氣體壓力和流量控制裝置，包括飽和器部分和測(cè)試室部分，飽 和器部分入口前通過進(jìn)氣閥與氣源相連，飽和器部分出口后通過膨脹閥與測(cè)試室部分相連 接，其特征是所述進(jìn)氣閥采用受壓力控制器控制的調(diào)節(jié)閥，飽和器設(shè)置有壓力傳感器，所 述壓力傳感器與壓力控制器的輸入端口電連接，輸出壓力值反饋信號(hào)給壓力控制器，壓力 控制器的輸出端口與調(diào)節(jié)閥的驅(qū)動(dòng)電機(jī)電連接，所述壓力控制器帶有設(shè)定電壓輸入接口， 輸入接口和輸出端口均與中心控制器的壓力設(shè)定模塊相連，所述膨脹閥的驅(qū)動(dòng)電機(jī)與中心 控制器的流量控制模塊電連接。進(jìn)一步，所述壓力傳感器按照量程不同設(shè)置多個(gè)且具有連續(xù)量程，并通過轉(zhuǎn)換開
3關(guān)與壓力控制器和中心控制器的傳感器選擇模塊連接。所述傳感器選擇模塊包括同步子模塊，所述同步子模塊通過壓力設(shè)定模塊連接壓 力控制器。所述壓力傳感器使用四個(gè)，每個(gè)壓力傳感器分別連接有轉(zhuǎn)換開關(guān)。所述轉(zhuǎn)換開關(guān)采用繼電器匹配電磁閥的組合。進(jìn)一步，所述膨脹閥采用多個(gè)具有不同的流量系數(shù)的膨脹閥進(jìn)行并聯(lián)，并與中心 控制器的膨脹閥選擇模塊相連接。所述測(cè)試室部分安裝有流量?jī)x，所述流量?jī)x與中心控制器的流量控制模塊電連接。所述膨脹閥的驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用步進(jìn)電機(jī)，膨脹閥采用針形閥，所述針形閥的閥桿通 過聯(lián)軸器與步進(jìn)電機(jī)相連，所述步進(jìn)電機(jī)的基座固定在與針形閥閥桿平行的導(dǎo)軌的滑塊 上。有益效果本實(shí)用新型采用直接控制濕度發(fā)生器的飽和器的壓力，當(dāng)壓力達(dá)到設(shè)定值后，再 通過步進(jìn)電機(jī)調(diào)節(jié)膨脹閥的開度，使流量達(dá)到設(shè)定值，從而產(chǎn)生需要的相對(duì)濕度，優(yōu)點(diǎn)是壓 力時(shí)刻自動(dòng)穩(wěn)定在設(shè)定值上，從而避免了以往所采用的方法導(dǎo)致的壓力不穩(wěn)定現(xiàn)象，由于 雙壓濕度發(fā)生器對(duì)于壓力穩(wěn)定性的要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于流量穩(wěn)定性，因此直接控制壓力的方法具 有很大的優(yōu)越性，本實(shí)用新型通過多路不同量程壓力傳感器信號(hào)和對(duì)應(yīng)的設(shè)定電壓信號(hào)同 步切換和比較的方式，提高了壓力信號(hào)的分辨率，從而實(shí)現(xiàn)壓力控制的高穩(wěn)定度。

圖1為雙壓法標(biāo)準(zhǔn)濕度發(fā)生器的基本原理示意圖；圖2為本實(shí)用新型的控制裝置的氣路示意框圖；圖3為本實(shí)用新型的控制裝置的電路示意框圖；圖4為本實(shí)用新型的控制裝置中步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)針形膨脹閥閥桿的結(jié)構(gòu)示意圖。其中圖4中1-導(dǎo)軌，2-滑塊，3-步進(jìn)電機(jī)基座，4-步進(jìn)電機(jī)，5_聯(lián)軸器，6_針形 膨脹閥閥桿。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。因?yàn)轱柡推鞯墓ぷ鲏毫Ψ秶軐?5kPa IOOOkPa),為了直接控制飽和器壓力的 精確度和穩(wěn)定度，單一量程的壓力傳感器的精度和穩(wěn)定度不能滿足要求，因此將飽和器的 壓力調(diào)節(jié)分段進(jìn)行。以飽和器的壓力調(diào)節(jié)范圍為95kPa 1050kPa(絕對(duì)壓力)為例，見圖2氣路圖， 為提高壓力測(cè)量信號(hào)的分辨率，將整個(gè)壓力范圍分四段，即1) 250kPa > Ps 彡 95kPa (壓力傳感器 4，量程 0 0. 25MPa)；2) 350kPa > Ps 彡 250kPa (壓力傳感器 3，量程 0. 25 0. 4MPa)；3) 600kPa > Ps 彡 350kPa (壓力傳感器 2，量程 0. 4 0. 6MPa)；4) 1050kPa ^ Ps ^ 600kPa (壓力傳感器 1，量程 0. 6 1. OMPa)；[0031 ] 電路連接如附圖3所示，壓力控制器設(shè)置在飽和器進(jìn)氣口之前，1 5V設(shè)定信號(hào)由 中心控制器根據(jù)設(shè)定的濕度值計(jì)算出對(duì)應(yīng)的飽和器壓力值后，通過壓力設(shè)定模塊輸出，中 心控制器可由計(jì)算機(jī)和控制的PLC聯(lián)合組成，計(jì)算機(jī)內(nèi)置的16位D/A卡作為壓力設(shè)定模塊 負(fù)責(zé)輸出；1 5V的壓力傳感器信號(hào)來自于4路不同量程的壓力傳感器，PLC根據(jù)不同的工 作壓力，通過電磁閥和繼電器的同步切換來實(shí)現(xiàn)。D/A卡輸出的信號(hào)也根據(jù)壓力傳感器量程 的切換同步對(duì)應(yīng)切換。因此在傳感器選擇模塊中包括同步子模塊，將傳感器選擇切換和壓 力設(shè)定值輸出同步。通過這種同步，可以實(shí)現(xiàn)在全壓力范圍內(nèi)，在流量6 25L/mi η的范 圍內(nèi)，飽和器的壓力穩(wěn)定度都能長(zhǎng)時(shí)間(1小時(shí)以上)自動(dòng)控制在讀數(shù)的0.01%以內(nèi)，從而 完全滿足了裝置的技術(shù)要求。由于用于壓力計(jì)檢定的壓力控制器，其控制穩(wěn)定度也很小，但是它們只能產(chǎn)生靜 壓力(只允許微小的流動(dòng))，采用這樣同步比較的壓力控制實(shí)現(xiàn)了在較大的工作流量條件 下也能夠達(dá)到高穩(wěn)定度的壓力控制。壓力達(dá)到設(shè)定值后，由中心控制器即計(jì)算機(jī)控制PLC輸出，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)控制步進(jìn)電 機(jī)調(diào)節(jié)流量。由于裝置要求流量調(diào)節(jié)范圍比較大(5 30L/min)，而根據(jù)要求，測(cè)試室前的 膨脹閥前后的壓差變化范圍達(dá)到5kPa 900kPa，這就要求膨脹閥的流量系數(shù)kv值調(diào)節(jié)范 圍達(dá)到100倍以上，因此至少需要兩路不同 <值的膨脹閥并聯(lián)才能實(shí)現(xiàn)，可以將兩路膨脹 閥的切換點(diǎn)定為飽和器的壓力值為400kPa時(shí)進(jìn)行切換，即中心控制器在切換至壓力傳感 器3工作時(shí)，膨脹閥選擇模塊輸出信號(hào)同步切換膨脹閥。通過計(jì)算機(jī)控制PLC輸出，從而驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)膨脹閥的流量自動(dòng)調(diào)節(jié)。當(dāng) PLC接收到來自計(jì)算機(jī)的流量設(shè)定值后，根據(jù)設(shè)置的流量?jī)x的實(shí)測(cè)流量值，比較后通過流量 控制模塊控制膨脹閥?？刂品绞娇刹捎谜{(diào)節(jié)膨脹閥的開度逐步梯度減少，最終達(dá)到流量穩(wěn) 定。一旦穩(wěn)定后，步進(jìn)電機(jī)在未接收到新的流量設(shè)定值前不再動(dòng)作。每當(dāng)壓力、流量設(shè)定值 有一項(xiàng)改變時(shí)，電機(jī)先回零位。另外還可設(shè)上限光電位置檢測(cè)，以防止閥門過度開啟。由于采用步進(jìn)電機(jī)對(duì)針形膨脹閥進(jìn)行精確控制，需要解決閥桿在被電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng) 時(shí)由于產(chǎn)生微弱軸向位移影響針閥開度從而影響流量的問題，如附圖4所示，將步進(jìn)電機(jī) 的基座安裝在設(shè)置在軸向?qū)к壍幕瑝K上，可沿導(dǎo)軌上下運(yùn)動(dòng)，從而解決了上述問題。本實(shí)用新型的裝置直接采用壓力控制器控制飽和器壓力。在計(jì)算機(jī)和PLC的控制 下，通過多路不同量程壓力傳感器信號(hào)和對(duì)應(yīng)的計(jì)算機(jī)設(shè)定電壓信號(hào)同步切換的方式，提 高了壓力信號(hào)的分辨率，實(shí)現(xiàn)了壓力控制的高穩(wěn)定度。同時(shí)，采用計(jì)算機(jī)和PLC自動(dòng)步進(jìn)電 機(jī)控制針形閥開度的方式來調(diào)節(jié)流量。將步進(jìn)電機(jī)的輸出軸通過柔性聯(lián)軸器直接與針形閥 閥桿連接，而且將步進(jìn)電機(jī)固定在與輸出軸平行的導(dǎo)軌上，解決了閥桿在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生軸向 位移從而影響流量控制的問題。
權(quán)利要求一種濕度發(fā)生器的氣體壓力和流量控制裝置，包括飽和器部分和測(cè)試室部分，飽和器部分入口前通過進(jìn)氣閥與氣源相連，飽和器部分出口后通過膨脹閥與測(cè)試室部分相連接，其特征是所述進(jìn)氣閥采用受壓力控制器控制的調(diào)節(jié)閥，飽和器設(shè)置有壓力傳感器，所述壓力傳感器與壓力控制器的輸入端口電連接，輸出壓力值反饋信號(hào)給壓力控制器，壓力控制器的輸出端口與調(diào)節(jié)閥的驅(qū)動(dòng)電機(jī)電連接，所述壓力控制器帶有設(shè)定電壓輸入接口，輸入接口和輸出端口均與中心控制器的壓力設(shè)定模塊相連，所述膨脹閥的驅(qū)動(dòng)電機(jī)與中心控制器的流量控制模塊電連接。
2.如權(quán)利要求1所述的一種濕度發(fā)生器的氣體壓力和流量控制裝置，其特征是所述 壓力傳感器按照量程不同設(shè)置多個(gè)且具有連續(xù)量程，并通過轉(zhuǎn)換開關(guān)與壓力控制器和中心 控制器的傳感器選擇模塊連接。
3.如權(quán)利要求2所述的一種濕度發(fā)生器的氣體壓力和流量控制裝置，其特征是所述 傳感器選擇模塊包括同步子模塊，所述同步子模塊通過壓力設(shè)定模塊連接壓力控制器。
4.如權(quán)利要求2所述的一種濕度發(fā)生器的氣體壓力和流量控制裝置，其特征是所述 壓力傳感器使用四個(gè)，每個(gè)壓力傳感器分別連接有轉(zhuǎn)換開關(guān)。
5.如權(quán)利要求2或4所述的一種濕度發(fā)生器的氣體壓力和流量控制裝置，其特征是 所述轉(zhuǎn)換開關(guān)采用繼電器匹配電磁閥的組合。
6.如權(quán)利要求1所述的一種濕度發(fā)生器的氣體壓力和流量控制裝置，其特征是所述 膨脹閥采用多個(gè)具有不同的流量系數(shù)的膨脹閥進(jìn)行并聯(lián)，并與中心控制器的膨脹閥選擇模 塊相連接。
7.如權(quán)利要求1或6所述的一種濕度發(fā)生器的氣體壓力和流量控制裝置，其特征是 所述測(cè)試室部分安裝有流量?jī)x，所述流量?jī)x與中心控制器的流量控制模塊電連接。
8.如權(quán)利要求1或6所述的一種濕度發(fā)生器的氣體壓力和流量控制裝置，其特征是 所述膨脹閥的驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用步進(jìn)電機(jī)，膨脹閥采用針形閥，所述針形閥的閥桿通過聯(lián)軸器 與步進(jìn)電機(jī)相連，所述步進(jìn)電機(jī)的基座固定在與針形閥閥桿平行的導(dǎo)軌的滑塊上。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種濕度發(fā)生器，屬于雙壓法濕度發(fā)生器領(lǐng)域。一種濕度發(fā)生器的氣體壓力和流量控制裝置，包括飽和器部分和測(cè)試室部分，飽和器部分入口前通過進(jìn)氣閥與氣源相連，飽和器部分出口后通過膨脹閥與測(cè)試室部分相連接，其特征是所述進(jìn)氣閥采用受壓力控制器控制的調(diào)節(jié)閥，飽和器設(shè)置有壓力傳感器，所述壓力傳感器與壓力控制器的輸入端口電連接，輸出壓力值反饋信號(hào)給壓力控制器，壓力控制器的輸出端口與調(diào)節(jié)閥的驅(qū)動(dòng)電機(jī)電連接，所述壓力控制器帶有設(shè)定電壓輸入接口，輸入接口和輸出端口均與中心控制器的壓力設(shè)定模塊相連，所述膨脹閥的驅(qū)動(dòng)電機(jī)與中心控制器的流量控制模塊電連接。
文檔編號(hào)G05D27/02GK201681320SQ20102014215
公開日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2010年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月26日
發(fā)明者張文東 申請(qǐng)人:上海市計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院