專利名稱：管道流量自動(dòng)調(diào)控裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于流量自動(dòng)化計(jì)量控制領(lǐng)域，具體地說是涉及一種具有計(jì)量和調(diào)節(jié)雙重功能的管道流量自動(dòng)化調(diào)控裝置。
幾乎所有工業(yè)部門的生產(chǎn)過程以及能源、環(huán)境保護(hù)工程都需要對(duì)各種流體介質(zhì)進(jìn)行計(jì)量、調(diào)節(jié)和控制。目前此類計(jì)量和調(diào)節(jié)往往都是通過在管道上分別安裝流量計(jì)和調(diào)節(jié)閥來實(shí)現(xiàn)的。絕大部分流量計(jì)對(duì)前后直管段都有一定要求以期獲得流量計(jì)準(zhǔn)確度所要求的穩(wěn)定流場(chǎng)，這就迫使現(xiàn)有調(diào)節(jié)閥與流量計(jì)必須相隔一段直管段安裝，這無疑給安裝調(diào)試增加了圖難。同時(shí)，這樣的管線布置使得調(diào)節(jié)精度無法提高，很難達(dá)到自動(dòng)化生產(chǎn)的工藝要求。調(diào)節(jié)閥與流量指示計(jì)之間的相互影響造成目前流量自動(dòng)化控制精度和可靠性一直比較低，這已成為流量控制技術(shù)中的難題之一。美國(guó)MKS儀器有限公司1990年在我國(guó)申請(qǐng)的《流量控制器》發(fā)明專利(申請(qǐng)?zhí)?91O8624.2)中，對(duì)類似用途的流量控制裝置中的控制器部份提出了一些新的設(shè)計(jì)思想，在電路設(shè)計(jì)上有其獨(dú)特之處。但是該專利的提出仍是基于傳統(tǒng)的“流量傳感器＋直管段＋調(diào)節(jié)閥”的組合方式。上述流量控制技術(shù)問題至今未獲根本解決。
本實(shí)用新型的目的是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在問題提出一種調(diào)節(jié)精度高，結(jié)構(gòu)緊湊，安裝使用方便，工作可靠的流量自動(dòng)化調(diào)控裝置。
本實(shí)用新型所提供的流量自動(dòng)化調(diào)控裝置由流量變送器本體、流量傳感器、步進(jìn)電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器、調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)、單片機(jī)顯示和控制系統(tǒng)組成。其要點(diǎn)在于流量變送器與調(diào)節(jié)閥兩大部件直接聯(lián)接。流量變送器采用旋進(jìn)旋渦形式，使之可與設(shè)計(jì)人設(shè)計(jì)的錐形調(diào)節(jié)閥和諧配合，巧妙解決了調(diào)節(jié)閥與流量變送器之間相互影響這一難題，使管道中流體的流態(tài)在進(jìn)入流量變送器前能達(dá)到所需要的均勻性和穩(wěn)定性。流量自動(dòng)化調(diào)控裝置的工作過程是管道中流體在差壓作用下流動(dòng)，首先進(jìn)入錐形調(diào)節(jié)閥前的空腔進(jìn)行動(dòng)量交換，使流動(dòng)狀態(tài)趨于均勻，然后通過調(diào)節(jié)閥的節(jié)流口進(jìn)入旋渦流量變送器，在流量變送器中，流體被強(qiáng)制旋轉(zhuǎn)，安裝在變速器前部的流量傳感器將檢側(cè)出的流體旋轉(zhuǎn)進(jìn)動(dòng)頻律信號(hào)送至控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)經(jīng)過信號(hào)處理、比較后，發(fā)出指令控制步進(jìn)電機(jī)調(diào)節(jié)閥門開度，直至達(dá)到所需求的位置。比較信號(hào)可以是預(yù)置流量值，或溫度、壓力信號(hào)?？刂葡到y(tǒng)中的時(shí)鐘功能可以確保調(diào)節(jié)閥在預(yù)定時(shí)間完成所需求的調(diào)節(jié)。
本實(shí)用新型實(shí)施例結(jié)合附圖予以說明。


圖1為流量自動(dòng)化調(diào)控裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為旋進(jìn)型旋渦流量變送器測(cè)量原理圖；圖3為錐形調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為單片機(jī)系統(tǒng)原理框圖；圖5為主程序流程圖；圖6為INT0中斷服務(wù)程序流程圖；圖7為INT1中斷服務(wù)程序流程圖；本實(shí)用新型整體結(jié)構(gòu)參見圖1。流量變送器本體(1)與調(diào)節(jié)閥(3)直接用螺栓聯(lián)接成一體，本體(1)及閥體(3)材料根據(jù)使用要求可分別采用不銹鋼、鋁合金或鑄鋼等。本體(1)內(nèi)的螺旋面通道迫使通道內(nèi)的流體旋轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)進(jìn)動(dòng)頻率信號(hào)被安裝在本體前部的傳感器(2)檢測(cè)放大后送入單片機(jī)控制系統(tǒng)，經(jīng)過固化在單片機(jī)中的程序處理后，即可得到管道中的實(shí)際流量值。錐形調(diào)節(jié)閥(3)由步進(jìn)電機(jī)執(zhí)行驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(4)帶動(dòng)，根據(jù)單片機(jī)控制系統(tǒng)(5)發(fā)出的指令調(diào)節(jié)節(jié)流口開度，從而實(shí)現(xiàn)管道中流量大小的調(diào)整。單片機(jī)接收流量傳感器的反饋信號(hào)，與預(yù)置流量值、溫度或壓力信號(hào)反復(fù)比較，向調(diào)節(jié)閥不斷發(fā)出動(dòng)作指令，直至達(dá)到所要求的準(zhǔn)確度。通過功能鍵轉(zhuǎn)換，顯示器可以任意顯示時(shí)間、瞬時(shí)流量、累積流量、預(yù)置參數(shù)(流量、溫度、壓力)等信息。
旋進(jìn)型旋渦流量變送器測(cè)量原理圖參見圖2。在本體(1)入口通道處裝有固定螺旋狀葉片。流體經(jīng)過葉片后被強(qiáng)制繞軸心旋轉(zhuǎn)，之后通過一段收縮通道(6)及等直徑過渡段(7)、擴(kuò)大段(8)進(jìn)入下游管段。為了實(shí)現(xiàn)與設(shè)計(jì)人設(shè)計(jì)的錐形調(diào)節(jié)閥直接聯(lián)接，本體(1)入口螺旋通道加工成喇叭口形狀，這樣與調(diào)節(jié)閥芯(11)配合后形成一變截面通道，增加了小流量下通道中流體的流速，提高了閥門小開度狀態(tài)下的調(diào)控精度。在過渡段(7)與擴(kuò)大段(8)交界內(nèi)壁上裝有流量傳感器(2)，用以檢測(cè)流體在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下由收縮段加速后經(jīng)突然擴(kuò)大段增壓減速所產(chǎn)生的旋渦進(jìn)動(dòng)頻率，此進(jìn)動(dòng)頻率與流體在管道中的流速成正比，因此可以由檢測(cè)到的旋渦進(jìn)動(dòng)頻率積算出管道中的實(shí)際流量。
設(shè)計(jì)人所設(shè)計(jì)的錐形調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)參見圖3。步進(jìn)電機(jī)(4)帶動(dòng)蝸輪、蝸桿付(9)，蝸輪的旋轉(zhuǎn)通過螺桿付(10)帶動(dòng)閥芯(11)沿軸向移動(dòng)。控制步進(jìn)電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)及轉(zhuǎn)角速率，即可方便地實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)閥的開、閉及調(diào)節(jié)速率。由于步進(jìn)電機(jī)(4)步長(zhǎng)轉(zhuǎn)角僅為1.5度，閥芯(11)的位移可以0.1mm/步長(zhǎng)來調(diào)整，從而保證了調(diào)節(jié)精度。
單片機(jī)控制系統(tǒng)原理框圖參見圖4。由8031CPU(12)，8155接口電路(13)，2732EPROM(14)，顯示器(15)，信號(hào)輸入線路(16)，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(17)，鍵盤控制電路(18)等組成。系統(tǒng)首先對(duì)信號(hào)輸入脈沖和采樣時(shí)間進(jìn)行連續(xù)采樣，計(jì)算出實(shí)際瞬時(shí)、累積流量，然后將實(shí)際流量與鍵盤即時(shí)輸入流量值或預(yù)置定時(shí)流量值進(jìn)行比較，得到兩流量值之間偏差。最后通過控制步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)錐形調(diào)節(jié)閥對(duì)管道中實(shí)際流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，直至實(shí)際流量值與設(shè)定流量值偏差控制在所要求的精度范圍內(nèi)。當(dāng)調(diào)節(jié)閥閥芯運(yùn)動(dòng)至極限位置，而實(shí)際流量仍調(diào)不到設(shè)定值時(shí)，報(bào)警器報(bào)警，步進(jìn)電機(jī)停止工作。
固化在2732EPOM(14)中主程序，INT0中斷服務(wù)程序，INT1中斷服務(wù)程序流程圖參見圖5、圖6、和圖7。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和實(shí)際效果是調(diào)節(jié)精度高，可達(dá)到1％-2％的測(cè)量值；調(diào)節(jié)范圍大，量程比在精度范圍內(nèi)可達(dá)到20∶1以上；控制系統(tǒng)可靠；鍵盤操作簡(jiǎn)單方便。
本實(shí)用新型可應(yīng)用于石油、化工、制藥、食品飲料等工業(yè)部門，以及水暖通風(fēng)、環(huán)境保護(hù)方面，用于各種場(chǎng)合下自動(dòng)調(diào)控管道中水、油、氣、蒸汽或其它流體介質(zhì)。
權(quán)利要求1.一種管道流量自動(dòng)調(diào)控裝置，包括流量變送器本體(1)、流量傳感器(2)、調(diào)節(jié)閥(3)、步進(jìn)電機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(4)以及單片機(jī)控制系統(tǒng)(5)，其特征在于流量變速器是旋進(jìn)型旋渦流量變送器，其本體入口通道處安裝的固定螺旋狀葉片具有雙曲線回轉(zhuǎn)面，形成喇叭狀入口；所述的調(diào)節(jié)閥(3)是一種具有環(huán)狀節(jié)流口的錐形閥，其閥芯(11)通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)的螺桿付(10)、蝸輪蝸桿付(9)與步進(jìn)電機(jī)建立傳動(dòng)關(guān)系；變送器本體(1)的喇叭狀入口作為調(diào)節(jié)閥(3)的節(jié)流口實(shí)現(xiàn)兩者的直接連接。
專利摘要一種管道流量自動(dòng)調(diào)控裝置屬于流量計(jì)量及控制技術(shù)，主要由旋進(jìn)型旋渦流量變送器，流量調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成。其特征在于流量變送器的喇叭型入口通道同時(shí)作為錐形調(diào)節(jié)閥的節(jié)流口，在保證流量變送器檢測(cè)精度的前提下實(shí)現(xiàn)了兩者的直接連接。裝置集計(jì)量、調(diào)節(jié)、控制于一體，可廣泛用于管道中水、油、氣、蒸汽以及混合流體流量的自動(dòng)化調(diào)控。裝置的優(yōu)點(diǎn)是調(diào)節(jié)范圍大、精度高、結(jié)構(gòu)緊湊，控制功能強(qiáng)，安裝操作簡(jiǎn)單。
文檔編號(hào)G05D7/00GK2234630SQ94220108
公開日1996年9月4日 申請(qǐng)日期1994年8月28日 優(yōu)先權(quán)日1994年8月28日
發(fā)明者余曉冬 申請(qǐng)人:余曉冬