專利名稱：流量控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種流體流量控制器。
流體流量控制器可用于通過封閉和開啟流體通路中的閥門控制流體(例如氣體)流量的系統(tǒng)中。在這些系統(tǒng)中，流量閥通過調(diào)節(jié)孔板的通道調(diào)節(jié)流體的流量。當(dāng)所要求的流體流量為零時，就，舉例說，往密封件上加正壓(即預(yù)負載)，以確保其完整性不致因表面不完善和往往會使閥門打開的管路正壓的增加而受影響。
眾所周知，利用積分器可以控制流量閥。這些積分器穩(wěn)定地增加或減少控制信號，控制信號則根據(jù)給定值閥(根據(jù)所要求的流量調(diào)定給定值)與實際流量閥(根據(jù)實際流量調(diào)定)的流量恒定差值控制加到控制閥的輸出功率。這樣就使通過閥門的流量始終等于所要求的流量。由于閥門有預(yù)負載來保證密封作用，因此控制給定值時，輸出功率必須從零逐漸上升到克服密封預(yù)負載所需要的值，閥門才能開始打開。
大家知道，要解決這個問題可以給控制器配備一個偏移調(diào)節(jié)器，這樣就可以使操作人員在輸入給定值之前將閥門調(diào)定到正好關(guān)閉的位置。大家也知道，可以對流量和給定值都進行檢測，并在給定值不為零而流量為零時人為地往積分器中加大的誤差信號，從而使從積分器出來的控制信號更快地增加。在流量傳感器檢測出流體開始流動時除去該假的誤差信號。
我們發(fā)現(xiàn)，用下述的這樣一種流體流量控制電路可以有利地控制下述的流體流量控制裝置。該流體流量控制電路有一個實際控制電路、一個流量要求值比較電路和一個加法電路，實際控制電路輸出與實際流量信號和要求流量信號的比較有關(guān)的信號，流量要求值比較電路根據(jù)所要求的流量與所要求流量閾值信號的比較結(jié)果輸出信號，加法電路則接收各輸出，并根據(jù)這些輸出提供控制信號。該流體流量控制裝置有一個接收著控制信號的流體流量控制閥和一個將實際流量信號輸入到流體流量控制電路的流體流量傳感器。
在一些值得推薦的實施例中，流體流量控制裝置可以包括一個流體流量控制電路。流體流量控制電路則具有一個順序邏輯電路、一個流量比較電路和一個實際控制電路。順序邏輯電路系用以接收流量要求值比較器的輸出并提供與流量要求值比較器的輸出有關(guān)的信號而配置的。流量比較電路則用以將實際流量與確定流量的閾值信號進行比較并提供表示比較結(jié)果的流量比較器輸出而配置的。實際控制電路包括一個輸出表示實際流量信號與要求流量信號之間的流量差的減法電路和一個輸出隨實際流量信號與要求流量信號之間的恒定差值而穩(wěn)定變化的初始流量控制信號的積分電路。順序邏輯電路包括一個置位復(fù)位觸發(fā)器以及其它邏輯電路。流體流量控制電路包括一個將經(jīng)放大的控制信號輸出到流體流量控制閥的放大電路、一個作為占空因數(shù)經(jīng)調(diào)節(jié)的開關(guān)器件的加法電路、一個包括一開關(guān)、一加法電路和一放大電路三者組合在一起的放大電路和一個包括一加法放大器和一線性功率激勵器的聯(lián)合加法放大電路。
先簡單說明一下各附圖。


圖1是本發(fā)明流量控制系統(tǒng)的方框圖。
圖2是圖1系統(tǒng)的原理圖。
圖3是圖1系統(tǒng)的狀態(tài)圖。
圖4是本發(fā)明另一個系統(tǒng)的方框圖。
參看圖1。流量控制系統(tǒng)10包括流體流量控制電路12，電路的輸入端輸入有來自流量傳感器14的信號，輸出端將控制信號輸出到電磁閥16，由電磁閥16控制著流送管17中的流量。流量傳感器14的輸出(即圖中的“流量”)輸入到實際控制電路19的減法電路20中。減法電路20還輸入有給定值信號SP，SP表示系統(tǒng)10所要求的流量。實際控制電路19還包括積分電路22，減法電路20的輸出即輸入到積分電路22中。實際電路19的輸出，也就是積分電路22的輸出，輸入到加法電路24中。加法電路24還輸入有閾值檢測電路26的輸出。加法電路24的輸出輸入到放大電路25，放大電路25輸出控制信號。
閾值檢測電路26包括流量要求值比較電路30和流量比較電路32，兩電路往順序邏輯電路34輸出信號。順序邏輯電路34將基準(zhǔn)脈沖信號(pedestal signal)PED輸出到加法電路24。流量要求值比較器30輸入有給定值信號SP和確定給定值的閾值VTH1，即要求流量的閾值信號。流量比較器32輸入有流量信號“流量”和確定流量的閾值VTH2。
參看圖2。順序邏輯電路34包含“或非”門35、“或非”門36、“或非”門37和置位復(fù)位觸發(fā)器38，其中流量要求值比較器30的輸出系輸入到“或非”門35、“或非”門36和觸發(fā)器38的置位輸入端，流量比較器32的輸出系輸入到“或非”門36上，“或非”門36的輸出則輸入到觸發(fā)器38的復(fù)位輸入端上。觸發(fā)器38的輸出被輸入到“或非”門37上，“或非”門37的輸出即為PED信號。置位復(fù)位觸發(fā)器38是個其輸出Q由置位輸入端上的真電平或真邊置到真且其輸出Q由復(fù)位輸入端上的真電平或真邊置到假的器件。而輸入端的任一輸入端上的假電平或假邊對輸出都沒有影響。
關(guān)于流體流量控制電路12的其余部分，給定值信號和流量輸出信號系分別通過X1緩沖電路40、42饋入的。流量輸出信號輸入到作為增益為1的倒相放大器配置的操作放大器44中。因而當(dāng)此倒相信號輸入到識分電路22時，它從也輸入到積分電路22中的給定值信號中減去。積分電路22包括操作放大器46和電容器C10，兩者構(gòu)成積分電路22的主要功能元件。加法電路24包括比較器45和有關(guān)的一些電阻器，這個電路起占空因數(shù)經(jīng)調(diào)節(jié)的開關(guān)器件的作用。加法電路24的輸出被輸入到采用場效應(yīng)晶體管(FET)50作為開關(guān)的放大電路25中。比較電路30包括比較器52，比較電路32包括比較器54。
參看圖1?？刂齐娐?2用接收自傳感器14的信息控制流量控制閥16。更具體地說，減法電路20通過檢測由一控制器(圖中未示出)輸入的給定值信號SP與接收自傳感器14的實際流量信號“流量”之間的差值起了實際流量比較器的作用，并將此差值輸出到積分電路22中。在理想的情況下，積分電路22的輸出的系輸出到放大器25中，放大器25則根據(jù)積分電路22的輸出控制著閥門16。但由于閥16上有初始預(yù)負載，因而當(dāng)閥16關(guān)閉時，積分電路22的輸出不足以克服閥16的預(yù)負載，因此光此信號是不能控制閥門16的。閾值檢測電路26即用以補償這個預(yù)負載情況的。閾值檢測電路26利用所輸入的閾值VTH1和VTH2以及系統(tǒng)10的歷史(即系統(tǒng)10原先已做過的事)提供基準(zhǔn)脈沖信號，這個信號在加法電路24加到積分電路22的輸出，于是控制電路12輸出克服著閥16的預(yù)負載的信號。加法電路24的構(gòu)型(圖2)促使電路24的兩個輸入都在負方向移動，使系統(tǒng)10中開始有流體流動。
參看圖2和圖3。狀態(tài)圖80表示程序邏輯電路34的各種狀態(tài)，其中的數(shù)目字和圓圈表示系統(tǒng)10的各種狀態(tài)，括弧中的資料表示促使系統(tǒng)發(fā)生變化的事件，括弧中資料下面的資料是系統(tǒng)10在狀態(tài)發(fā)生變化時所要采取的行動。
在起動時，系統(tǒng)10處于狀態(tài)1，這時給定值等于0，流量等于0，基準(zhǔn)脈沖信號也等于0。系統(tǒng)是通過將給定值增加到所要求的電平起動起來的。這時給定值大于VTH1，于是基準(zhǔn)脈沖信號接通，系統(tǒng)轉(zhuǎn)入狀態(tài)2。給定值降到VTH1以下時，系統(tǒng)從狀態(tài)2轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)態(tài)1。這種情況表明SP信號可能是個干擾因素。在狀態(tài)2時，基準(zhǔn)脈沖信號保持接通，直到流量信號大于VTH2為止，這時系統(tǒng)就輸入狀態(tài)3。在狀態(tài)3時，若“流量”下降到閾值VTH2以下，則系統(tǒng)10轉(zhuǎn)入狀態(tài)4，這時沒有采取任何行動，即系統(tǒng)10在流量低于最低流量閾值時仍然起作用。該狀態(tài)是可逆的，即若流量大于閾值VTH2時，設(shè)備返回到狀態(tài)3。但若在狀態(tài)4時給定值降到閾值VTH1以下，則基準(zhǔn)脈沖信號被除去，于是系統(tǒng)返回到狀態(tài)1。若系統(tǒng)處在狀態(tài)3而給定值下降到VTH1以下，則系統(tǒng)轉(zhuǎn)入狀態(tài)5，這時沒有采取任何行動。但若在狀態(tài)5下流量下降到流量閾值VTH2以下，則基準(zhǔn)脈沖信號被除去，于是系統(tǒng)返回到狀態(tài)1，即系統(tǒng)處于斷開狀態(tài)。
其它的一些實施例是在下列權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。舉例說，圖4示出了控制系統(tǒng)10'，該系統(tǒng)具有流量控制電路12'、流量傳感器14'和流量控制閥16'。流量控制電路12'包括減法電路20'、積分電路22'、加法電路24'和放大器25'。閾值檢測電路100包括流量要求值比較電路102，該電路輸入有給定值電壓和閾值電壓。比較器102的輸出輸入到加法電路24'，加法電路24'即位于積分電路22'的下游。由于基準(zhǔn)脈沖信號系加到從積分電路22'輸出的信號，因而基準(zhǔn)脈沖信號無需由積分電路22'進行積分。因此這個實施例在獲取打開閥門16'的信號時有利地減少了時延。
此外，同樣的一些邏輯功能能用不同類型的邏輯元件付諸實施;能產(chǎn)生狀態(tài)圖80各狀態(tài)的所有邏輯元件的組合都可以認為是本發(fā)明的另外一些實施例。
再有，加法電路24和放大電路25可包括一加法放大器和一線性功率激勵器。
權(quán)利要求
1.一種流體流量控制裝置，其特征在于，該裝置包括一流體流量控制閥，系準(zhǔn)備安置在流體通路中并由控制信號控制而配置的，一流體流量傳感器，所述流體流量傳感器系用以檢測流體通路中的流體流量和輸出表示該流量的實際流量信號而配置的；和一流體流量控制電路；所述流體流量控制電路系用以控制所述流體流量控制閥而配置的；所述流體流量控制電路包括一實際控制電路，系用以將所述實際流量信號與要求流量信號進行比較并產(chǎn)生與該比較有關(guān)的信號而配置的；一流量要求值比較電路，系用以將所述要求流量信號與要求流量閾值信號進行比較并提供表示該比較的流量要求值比較器的輸出而配置的；和一加法電路，系用以接收與所述實際流量信號和所述要求流量信號之間的比較有關(guān)的所述信號以及與所述流量要求值比較器輸出有關(guān)的信號并根據(jù)所述諸信號提供所述控制信號而配置的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體流量控制裝置，其特征在于，所述流體流量控制電路還包括一順序邏輯電路，系用以接收所述流量要求值比較器的輸出并提供所述與所述流量要求值比較器的輸出有關(guān)的信號而配置的。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的流體流量控制裝置，其特征在于，所述流體流量控制電路還包括一流量比較電路，系用以比較所述實際流量信號與確定流量的閾值信號，并提供表示該比較的流量比較器輸出而配置的;且其中所述順序邏輯電路系用以接收所述流量比較器的輸出而配置的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體流量控制裝置，其特征在于，所述實際控制電路包括;一減法電路，系用以接收所述實際流量信號和所述要求流量信號并輸出表示所述實際流量信號與所述要求流量信號之間的差值的差值信號而配置的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體流量控制裝置，其特征在于，所述實際控制電路包括一積分電路，系用以接收表示所述實際流量信號與所述要求流量信號之間的差值的信號并輸出初始流量控制信號而配置的;所述初始流量控制信號根據(jù)所述實際流量信號與所述要求流量信號之間的恒定差值而穩(wěn)定變化。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的流體流量控制裝置，其特征在于，所述順序邏輯電路包括一置位復(fù)位觸發(fā)器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的流體流量控制裝置，其特征在于所述順序邏輯電路包括一“或非”門;所述“或非”門輸入有所述流量要求值比較器和所述流量比較器的輸出，所述“或非”門將信號輸出到所述置位復(fù)位觸發(fā)器的復(fù)位輸入端上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的流體流量控制裝置，其特征在于，所述順序邏輯電路包括一第二“或非”門;所述第二“或非”門輸入有所述流量要求值比較器的輸出;所述流量要求值比較器的輸出也輸入到所述置位復(fù)位觸發(fā)器的置位輸入端。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的流體流量控制裝置，其特征在于，所述順序邏輯電路還包括;一第三“或非”門;所述第三“或非”門接收所述置位復(fù)位觸發(fā)器的輸出和所述第二“或非”門的輸出，并輸出所述與所述流量要求值比較器的輸出有關(guān)的信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體流量控制裝置，其特征在于，所述流體流量控制電路還包括一放大電路，系用以接收所述控制信號和輸出加到所述流體流量控制閥的經(jīng)放大的控制信號而配置的。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的流體流量控制裝置，其特征在于所述加法電路包括一占空因數(shù)經(jīng)調(diào)節(jié)的開關(guān)器件，且所述放大電路包括一開關(guān)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的流體流量控制裝置，其特征在于所述加法電路和所述放大電路系組合在一起。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的流體流量控制裝置，其特征在于所述組合的加法和放大電路包括一加法放大器和一線性功率激勵器。
14.一種控制流經(jīng)一具有一流體流量控制閥和一流體流量傳感器的系統(tǒng)中流體通路的流量的方法，其特征在于，該方法包括用所述流體流量傳感器檢測流經(jīng)所述流體通路的流體流量，并提供表示其實際流量的實際流量信號;將所述實際流量信號與要求流量信號進行比較，并提供與該比較有關(guān)的信號;將所述要求流量信號與要求流量閾值信號進行比較并提供表示其流量要求值的要求流量比較輸出;將所述與所述實際流量信號與所述要求流量信號的比較有關(guān)的信號和一與所述要求流量比較輸出有關(guān)的信號相加起來以提供控制信號;并根據(jù)所述控制信號控制通過所述流體通路的流量。
全文摘要
一種流體流量控制裝置，包括一流體流量控制閥、一流體流量傳感器和一從該流體流量傳感器接收信號并往該流體流量控制閥輸出信號的流體流量控制電路。流體流量控制電路包括一輸出與實際流量信號和要求流量信號的比較有關(guān)的信號的實際控制電路、一根據(jù)要求流量信號與要求流量閾值信號的比較結(jié)果輸出信號的流量要求值比較電路和一接收各輸出并根據(jù)這些輸出提供控制信號的加法電路。
文檔編號G05D7/06GK1043207SQ8910862
公開日1990年6月20日 申請日期1989年11月15日 優(yōu)先權(quán)日1988年11月28日
發(fā)明者克里斯托弗·C·戴 申請人:Mks儀器有限公司