一種溼度發生器的氣體壓力和流量控制裝置的製作方法

2023-11-07 19:24:17 1

專利名稱：一種溼度發生器的氣體壓力和流量控制裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種溼度發生器，尤其涉及溼度發生器的氣體壓力和流量控制裝置。
背景技術：
雙壓法標準溼度發生器的工作原理是氣體在加壓狀態下被水汽飽和然後減壓膨 脹，通過改變飽和器的壓力來發生不同的相對溼度。因此飽和器壓力控制的穩定度直接影 響發生器發生的溼度的不確定度。在控制飽和器壓力的同時，流經飽和器中的樣氣流量在 一定範圍內應能自由調節。雙壓溼度發生器通常由如下六個部分組成氣源系統；載氣幹 燥系統；飽和器系統；測試腔室；恆溫系統；溫度和壓力的測量與控制系統。
如附圖1所示為標準溼度發生器的基本原理，通過連動調節圖中飽和器的進氣閥 和飽和器與測試室之間的膨脹閥，可以使飽和器的壓力Ps和通過飽和器的流量Q都能穩定 地達到預定值。 要實現以上功能，現在一般使用以下兩種辦法 —、進氣閥和膨脹閥全部使用手動，通過時刻觀察飽和器壓力顯示值和流量顯示 值的變化，同時手動調節進氣閥和膨脹閥的開度，使壓力Ps和流量Q最終達到預定值。此 方法的操作難度非常大，很難達到穩定的壓力Ps。 二、控制進氣流量法。用一個質量流量控制器(帶調節閥)代替進氣閥，維持一個 恆定的進氣流量Q，然後通過時刻觀察飽和器壓力顯示值的變化，同時手動調節膨脹閥的開 度，使壓力Ps最終達到預定值。此方法的操作雖然比上述全手動有進步，但是也非常困難， 因為調節時要時刻觀察壓力變化的趨勢，而且即使在膨脹閥開度固定的情況下，壓力Ps還 存在緩慢漂移現象，因此如要保持穩定的壓力，操作者就必須時刻注意並適時調節膨脹閥， 操作十分麻煩而且不穩定。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種溼度發生器的氣體壓力和流量控制的方
法和裝置，解決現在操作麻煩但卻精度不高的缺陷。 技術方案 —種溼度發生器的氣體壓力和流量控制方法，其特徵是包括如下步驟 在溼度發生器的飽和器設置壓力傳感器的步驟，實時監測和傳送飽和器內的壓
力； 根據需要達到的氣體壓力設定電壓的步驟； 實時比較設定的電壓值和壓力傳感器傳送的反饋電壓值，根據比較結果控制氣源 氣體進入飽和器的步驟； 當飽和器內的壓力達到設定值後，控制通過溼度發生器的測試室的氣體流量達到 設定值的步驟。 進一步，根據飽和器的壓力範圍，將壓力進行分段調節，設置的壓力傳感器按照量程分別設置多個，並根據設定的電壓值，通過傳感器選擇模塊自動比較並選擇相應的壓力傳感器。 所述傳感器選擇模塊包括同步子模塊，根據設定的電壓值，在選擇相應壓力傳感
器時同步進行實時比較設定的電壓值和壓力傳感器傳送的反饋電壓值的步驟。 進一步，在飽和器內的壓力達到設定值後，控制通過溼度發生器的測試室的氣體
流量達到設定值的步驟中，通過控制設置在飽和器和測試室之間的膨脹閥的開度來控制測
試室的氣體流量。 將所述的膨脹閥設置成不同的流量係數的多個膨脹閥並聯的形式，並根據膨脹閥流量係數範圍的切換點對應的壓力值，通過膨脹閥選擇模塊進行比較並實現相應膨脹閥的切換。 應用上述控制方法的一種溼度發生器的氣體壓力和流量控制裝置，包括飽和器部分和測試室部分，飽和器部分入口前通過進氣閥與氣源相連，飽和器部分出口後通過膨脹閥與測試室部分相連接，其特徵是所述進氣閥採用受壓力控制器控制的調節閥，飽和器設置有壓力傳感器，所述壓力傳感器與壓力控制器的輸入埠電連接，輸出壓力值反饋信號給壓力控制器，壓力控制器的輸出埠與調節閥的驅動電機電連接，所述壓力控制器帶有設定電壓輸入接口 ，輸入接口和輸出埠均與中心控制器的壓力設定模塊相連，所述膨脹閥的驅動電機與中心控制器的流量控制模塊電連接。 進一步，所述壓力傳感器按照量程不同設置多個且具有連續量程，並通過轉換開關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定模塊連接壓力控制器。 所述壓力傳感器使用四個，每個壓力傳感器分別連接有轉換開關。
所述轉換開關採用繼電器匹配電磁閥的組合。 進一步，所述膨脹閥採用多個具有不同的流量係數的膨脹閥進行並聯，並與中心控制器的膨脹閥選擇模塊相連接。 所述測試室部分安裝有流量儀，所述流量儀與中心控制器的流量控制模塊電連接。
所述膨脹閥的驅動電機採用步進電機，膨脹閥採用針形閥，所述針形閥的閥杆通過聯軸器與步進電機相連，所述步進電機的基座固定在與針形閥閥杆平行的導軌的滑塊上。 有益效果 本發明採用直接控制溼度發生器的飽和器的壓力，當壓力達到設定值後，再通過步進電機調節膨脹閥的開度，使流量達到設定值，從而產生需要的相對溼度，此方法的優點是壓力時刻自動穩定在設定值上，從而避免了以往所採用的方法導致的壓力不穩定現象，由於雙壓溼度發生器對於壓力穩定性的要求遠遠高於流量穩定性，因此直接控制壓力的方法具有很大的優越性，本發明通過多路不同量程壓力傳感器信號和對應的設定電壓信號同步切換和比較的方式，提高了壓力信號的解析度，從而實現壓力控制的高穩定度。


圖1為雙壓法標準溼度發生器的基本原理示意5
圖2為本發明的控制裝置的氣路示意框 圖3為本發明的控制裝置的電路示意框圖； 圖4為本發明的控制裝置中步進電機帶動針形膨脹閥閥杆的結構示意圖。 其中圖4中l-導軌，2-滑塊，3-步進電機基座，4-步進電機，5-聯軸器，6-針形
膨脹閥閥杆。
具體實施例方式
下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。 因為飽和器的工作壓力範圍很寬(5kPa 1000kPa)，為了直接控制飽和器壓力的精確度和穩定度，單一量程的壓力傳感器的精度和穩定度不能滿足要求，因此將飽和器的壓力調節分段進行。 以飽和器的壓力調節範圍為95kPa 1050kPa(絕對壓力)為例，見圖2氣路圖，
為提高壓力測量信號的解析度，將整個壓力範圍分四段，即 1) 250kPa > Ps > 95kPa (壓力傳感器4，量程0 0. 25MPa); 2) 350kPa > Ps > 250kPa(壓力傳感器3，量程0. 25 0. 4MPa); 3)600kPa > Ps > 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); 電路連接如附圖3所示，壓力控制器設置在飽和器進氣口之前，1 5V設定信號由
中心控制器根據設定的溼度值計算出對應的飽和器壓力值後，通過壓力設定模塊輸出，中
心控制器可由計算機和控制的PLC聯合組成，計算機內置的16位D/A卡作為壓力設定模塊
負責輸出；1 5V的壓力傳感器信號來自於4路不同量程的壓力傳感器，PLC根據不同的工
作壓力，通過電磁閥和繼電器的同步切換來實現。D/A卡輸出的信號也根據壓力傳感器量程
的切換同步對應切換。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
力設定值輸出同步。通過這種同步，可以實現在全壓力範圍內，在流量6 25L/min的範圍
內，飽和器的壓力穩定度都能長時間(l小時以上)自動控制在讀數的0.01%以內，從而完
全滿足了裝置的技術要求。 由於用於壓力計檢定的壓力控制器，其控制穩定度也很小，但是它們只能產生靜壓力(只允許微小的流動)，採用這樣同步比較的壓力控制方法實現了在較大的工作流量條件下也能達到高穩定度的壓力控制。 壓力達到設定值後，由中心控制器即計算機控制PLC輸出，進而驅動控制步進電機調節流量。由於裝置要求流量調節範圍比較大(5 30L/min)，而根據要求，測試室前的膨脹閥前後的壓差變化範圍達到5kPa 900kPa，這就要求膨脹閥的流量係數kv值調節範
圍達到ioo倍以上，因此至少需要兩路不同kv值的膨脹閥並聯才能實現，可以將兩路膨脹
閥的切換點定為飽和器的壓力值為400kPa時進行切換，即中心控制器在切換至壓力傳感器3工作時，膨脹閥選擇模塊輸出信號同步切換膨脹閥。 通過計算機控制PLC輸出，從而驅動步進電機，實現膨脹閥的流量自動調節。當PLC接收到來自計算機的流量設定值後，根據設置的流量儀的實測流量值，比較後通過流量控制模塊控制膨脹閥。控制方式可採用調節膨脹閥的開度逐步梯度減少，最終達到流量穩定。 一旦穩定後，步進電機在未接收到新的流 設定值前不再動作。每當壓力、流量設定值有一項改變時，電機先回零位。另外還可設上限光電位置檢測，以防止閥門過度開啟。 由於採用步進電機對針形膨脹閥進行精確控制，需要解決閥杆在被電機帶動轉動
時由於產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，將步進電機
的基座安裝在設置在軸嚮導軌的滑塊上，可沿導軌上下運動，從而解決了上述問題。 本發明的方法和裝置直接採用壓力控制器控制飽和器壓力。在計算機和PLC的控
制下，通過多路不同量程壓力傳感器信號和對應的計算機設定電壓信號同步切換的方式，
提高了壓力信號的解析度，實現了壓力控制的高穩定度。同時，採用計算機和PLC自動步進
電機控制針形閥開度的方式來調節流量。將步進電機的輸出軸通過柔性聯軸器直接與針形
閥閥杆連接，而且將步進電機固定在與輸出軸平行的導軌上，解決了閥杆在轉動時產生軸
向位移從而影響流量控制的問題。
權利要求
一種溼度發生器的氣體壓力和流量控制方法，其特徵是包括如下步驟在溼度發生器的飽和器設置壓力傳感器的步驟，實時監測和傳送飽和器內的壓力；根據需要達到的氣體壓力設定電壓的步驟；實時比較設定的電壓值和壓力傳感器傳送的反饋電壓值，根據比較結果控制氣源氣體進入飽和器的步驟；當飽和器內的壓力達到設定值後，控制通過溼度發生器的測試室的氣體流量達到設定值的步驟。
2. 如權利要求1所述的溼度發生器的氣體壓力和流量控制方法，其特徵是根據飽和 器的壓力範圍，將壓力進行分段調節，設置的壓力傳感器按照量程分別設置多個，並根據設 定的電壓值，通過傳感器選擇模塊自動比較並選擇相應的壓力傳感器。
3. 如權利要求2所述的溼度發生器的氣體壓力和流量控制方法，其特徵是所述傳感 器選擇模塊包括同步子模塊，根據設定的電壓值，在選擇相應壓力傳感器時同步進行實時 比較設定的電壓值和壓力傳感器傳送的反饋電壓值的步驟。
4. 如權利要求1所述的溼度發生器的氣體壓力和流量控制方法，其特徵是在飽和器 內的壓力達到設定值後，控制通過溼度發生器的測試室的氣體流量達到設定值的步驟中， 通過控制設置在飽和器和測試室之間的膨脹閥的開度來控制測試室的氣體流量。
5. 如權利要求4所述的溼度發生器的氣體壓力和流量控制方法，其特徵是將所述的 膨脹閥設置成不同的流量係數的多個膨脹閥並聯的形式，並根據膨脹閥流量係數範圍的切 換點對應的壓力值，通過膨脹閥選擇模塊進行比較並實現相應膨脹閥的切換。
6. 應用如權利要求1所述的溼度發生器的氣體壓力和流量控制方法的一種溼度發生 器的氣體壓力和流量控制裝置，包括飽和器部分和測試室部分，飽和器部分入口前通過進 氣閥與氣源相連，飽和器部分出口後通過膨脹閥與測試室部分相連接，其特徵是所述進氣 閥採用受壓力控制器控制的調節閥，飽和器設置有壓力傳感器，所述壓力傳感器與壓力控 制器的輸入埠電連接，輸出壓力值反饋信號給壓力控制器，壓力控制器的輸出埠與調 節閥的驅動電機電連接，所述壓力控制器帶有設定電壓輸入接口，輸入接口和輸出埠均 與中心控制器的壓力設定模塊相連，所述膨脹閥的驅動電機與中心控制器的流量控制模塊 電連接。
7. 如權利要求6所述的一種溼度發生器的氣體壓力和流量控制裝置，其特徵是所述 壓力傳感器按照量程不同設置多個且具有連續量程，並通過轉換開關與壓力控制器和中心 控制器的傳感器選擇模塊連接。
8. 如權利要求7所述的一種溼度發生器的氣體壓力和流量控制裝置，其特徵是所述 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定模塊連接壓力控制器。
9. 如權利要求7所述的一種溼度發生器的氣體壓力和流量控制裝置，其特徵是所述 壓力傳感器使用四個，每個壓力傳感器分別連接有轉換開關。
10. 如權利要求7或9所述的一種溼度發生器的氣體壓力和流量控制裝置，其特徵是 所述轉換開關採用繼電器匹配電磁閥的組合。
11. 如權利要求6所述的一種溼度發生器的氣體壓力和流量控制裝置，其特徵是所述 膨脹閥採用多個具有不同的流量係數的膨脹閥進行並聯，並與中心控制器的膨脹閥選擇模 塊相連接。
12. 如權利要求6或11所述的一種溼度發生器的氣體壓力和流量控制裝置，其特徵是 所述測試室部分安裝有流量儀，所述流量儀與中心控制器的流量控制模塊電連接。
13. 如權利要求6或11所述的一種溼度發生器的氣體壓力和流量控制裝置，其特徵是 所述膨脹閥的驅動電機採用步進電機，膨脹閥採用針形閥，所述針形閥的閥杆通過聯軸器 與步進電機相連，所述步進電機的基座固定在與針形閥閥杆平行的導軌的滑塊上。
全文摘要
本發明涉及一種溼度發生器，屬於雙壓法溼度發生器領域。一種溼度發生器的氣體壓力和流量控制方法，其特徵是包括如下步驟在溼度發生器的飽和器設置壓力傳感器的步驟，實時監測和傳送飽和器內的壓力；根據需要達到的氣體壓力設定電壓的步驟；實時比較設定的電壓值和壓力傳感器傳送的反饋電壓值，根據比較結果控制氣源氣體進入飽和器的步驟；當飽和器內的壓力達到設定值後，控制通過溼度發生器的測試室的氣體流量達到設定值的步驟。及應用上述方法進行氣體壓力和流量控制的裝置。本發明使壓力時刻自動穩定在設定值上，避免了現在壓力不穩定的現象，實現了壓力控制的高穩定度。
文檔編號G05D27/00GK101794158SQ20101013318
公開日2010年8月4日 申請日期2010年3月26日 優先權日2010年3月26日
發明者張文東 申請人:上海市計量測試技術研究院