新型電氣閥門定位器的製作方法

2023-05-13 17:12:36

專利名稱：新型電氣閥門定位器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及到工業自動化儀表—氣動調節閥的定位器，特別是一種基於電子電路，單片機程序控制的智能型電氣閥門定位器。
中國專利CN2429673Y即公開了這樣一種電氣閥門定位器。這種傳統的機械式閥門定位器，結構複雜，對零件加工要求精度高，抗振性差(低於1g以下)，控制精度低，人工調試困難，特別是當現場介質波動、閥門填料磨損後，不能自動適應上述變化(無智能性)；這種閥門定位器通用性也不好，在不同的氣壓條件下需要更換零部件，這種功耗高、抗振性差的傳統儀表，不能適應現代工業儀表智能化的要求。
實現本發明的技術方案如下一種新型電氣閥門定位器，包括殼體、在殼體內的由輸入電信號控制的微位移控制組件、微位移控制組件所連接的噴嘴擋板、氣動放大器組件及其所連接的噴嘴，用於檢測外接之氣動執行器行程的反饋信號組件，其特徵在於在所述輸入電信號和微位移控制組件之間有一電控單元，所述反饋信號組件是一種可將外接執行器的行程轉化為電信號的變送單元，經其變送後的反饋信號輸出給電控單元；電控單元內設有可將所述輸入電信號與反饋信號比較、計算並可根據設定的控制模式控制微位移控制組件動作的電子電路。
所述氣動放大器組件是一種膜式氣動放大器，其包括上腔蓋、下腔蓋、與下腔蓋內腔相連的氣體輸出口、上膜片、中膜片、在周邊上留有排氣口的用於聯接上、中膜片的排氣件、位於上、中膜片中間的可將其隔開且周邊留有通氣孔的支撐件、與之相通且閥嘴位於下腔蓋之內的排氣閥座、位於下腔蓋之底部中間的輸入氣源入口、位於該氣源入口和排氣閥座之閥嘴之間的截面呈近似「I」字狀的一體式雙頭閥芯、彈性元件、以及與上腔蓋之內腔相通的控制氣源入口，在所述中膜片之下還設有一下膜片，其間設有隔離件，所述排氣閥座穿連與其間，所述彈性元件的上端頂在閥芯的頂頭底側，其下端卡在下腔蓋內腔的底面上，與所述輸入氣源相連，在下腔蓋上還設有一通向中、下膜片所隔成的內腔的另一輸入氣源入口。
所述氣體輸出口輸出的壓力Pout與所述輸入氣源的壓力Pin以及所述控制氣源壓力Pb之間符合如下方程Pout＝[Pb×S1-Pin(S2+S4-S3)]/S3；其中S1代表所述上膜片的有效面積；S2代表所述中膜片的有效面積；S3代表所述下膜片的有效面積；S4代表所述閥芯的有效底面積。
所述彈性元件為一種僅對閥芯起復位作用而不參於力比較作用的復位彈簧或彈簧片。
所述微位移控制組件包括一電磁線圈，其固定在第一導磁片上，在第一導磁片的兩側上方聯接有一對導磁柱，在兩導磁柱的頂部對應聯接有第二、第三導磁片，在這兩個導磁片的中間設有一動片，動片的上、下兩面固定連接有一對導磁板，其中上導磁板的一側與所述擋板相連；所述第二、三導磁片非接觸式夾於這一對導磁板之間；與所述動片相對，在導磁板的外側非接觸式設有一對永久磁鐵。
構成所述電控單元的電子電路的核心元件是單片機，單片機上有兩個模擬/數位訊號轉換接口，其分別與所述輸入電信號以及所述反饋信號組件所輸出的反饋信號相連接；單片機上還有一路數字/模擬信號轉換輸出接口，其與所述微位移控制組件的控制信號輸入端相連；該單片機內存儲有可控制所述微位移控制組件動作的控制程序。
所述反饋信號組件是一種電位器組件。
本實用新型不僅結構簡單、緊湊、加工容易、精度容易保證，抗振性好、功耗低，控制精度高，調試方便，而且能實現儀表的智能化在計算機(PID，自適應等)控制軟體的控制下，當現場介質壓力產生波動或閥門填料產生磨損時，能夠自適應這些變化而實現智能控制。另外，本定位器在不同的工作氣壓下適應性強，用不著更換零部件，具有通用性好的優點。
圖4是本實用新型微移控制組件的結構示意圖。
如圖2-4所示，輸入電信號6和微位移控制組件3之間設有電控單元7。所述反饋信號組件5是一種可將外接執行器的行程轉化為電信號的變送單元，具體來說其是一種電位器(可以是接觸式或非接觸式的，最好是採用磁敏的)，經其變送後的反饋信號輸出給電控單元7；電控單元7內設有可將所述輸入電信號6與反饋信號比較、計算及輸出可根據設定的控制模式控制微位移控制組件3動作的電子電路。具體來說，電控單元7的電子電路的核心元件是一單片機。單片機上的兩個模擬信號接口分別與所述輸入電信號6以及所述反饋信號組件5所輸出的反饋信號相連接；單片機上的一路信號輸出接口與所述微位移控制組件3的控制信號輸入端相連；單片機內還存儲有可控制所述微位移控制組件3動作的控制程序(如自適應控制程序軟體)。
氣動放大器組件4具體來說是一種膜式氣動放大器，其包括上腔蓋41、下腔蓋42、與下腔蓋42內腔相連的氣體輸出口49、上膜片43、中膜片44、在周邊上留有排氣口45的用於聯接上、中膜片43、44的排氣件46、位於上、中膜片中間的可將其隔開且周邊留有通氣孔47的支撐件48、與之相通且閥嘴位於下腔蓋42之內的排氣閥座49、位於下腔蓋42之底部中間的輸入氣源入口410、位於該氣源入口和排氣閥座49之閥嘴之間的截面呈近似「I」字狀的一體式雙頭閥芯411、彈性元件412、以及與上腔蓋41之內腔相通的控制氣源入口413。在中膜片44之下還設有一下膜片414，其間設有隔離件418，排氣閥座49穿連與其間。彈性元件412的上端頂在閥芯411的頂頭底側415，其下端卡在下腔蓋42內腔的底面上。與輸入氣源相連，在下腔蓋42上還設有一通向中、下膜片44、414所隔成的內腔416的另一輸入氣源入口417。中膜片44、下膜片414及隔離件418是鉚接為一體的。彈性元件412為一種僅對閥芯起復位作用而不參於力比較作用的微彈力式復位細彈簧或彈簧片。
這種結構的氣動放大器組件4其氣體輸出口410輸出的壓力Pout與輸入氣源的壓力Pin以及控制氣源壓力Pb之間符合如下方程Pout＝[Pb×S1-Pin(S2+S4-S3)]/S3；其中S1代表所述上膜片43的有效面積；S2代表所述中膜片44的有效面積；S3代表所述下膜片414的有效面積；S4代表所述閥芯411的有效底面積。
本氣動放大器組件，當上、中、下三個膜片在輸入氣源和控制氣源壓力作用下產生向上或向下的作用力差後，帶動中、下膜片向上離開閥芯而排氣或向下壓閥芯而控制輸入氣源入口向氣體輸出口輸出氣體。由方程式可以看出，輸出氣體的壓力只取決於輸入氣源和控制氣源的壓力。因而無論輸入氣源的壓力增大或減小，無需調整其它零件，只須調整控制氣源的大小，便可以保持輸入與輸出的平衡關係。由於輸入氣源在此起到了比較彈簧的作用，參與了閥芯動作力的比較，從而克服了傳統彈簧易於產生機械疲勞的問題，提高了其工作的穩定性和可靠性，同時在輸入氣源壓力變化時，只要調整控制氣源的壓力就可實現輸入、輸出的平衡，保證了輸出的穩定而無須更換零件就可實現很大的放大比—輸出可達7Kgf/cm2。
微位移控制組件3具體來說其內有一電磁線圈39，電磁線圈39固定在第一導磁片38上，在第一導磁片38的兩側上方聯接有一對導磁柱37、311，在兩導磁柱37、311的頂部對應聯接有第二、第三導磁片34、310，在這兩個導磁片34、310的中間設有一動片32，動片32的上、下兩面固定連接有一對導磁板33、35，其中上導磁板33的一側與所述噴嘴擋板8相連；第二、三導磁片34、310非接觸式夾於這一對導磁板33、35之間；與動片32相對，在兩導磁板的外側非接觸式設有一對永久磁鐵31、36。
本微位移控制組件3採用的是模塊化的設計結構，它巧妙的利用了兩個不同方向、不同大小的磁場的相互作用來實現微位移控制的功能，其工作原理是這樣的電磁線圈39通電後，在第一導磁片38和導磁柱37、311的作用下，在導磁片34、310處產生隨電流可變的弱磁場；由於永久磁鐵31、36的作用，在導磁板33、35處形成了恆強磁場。當電磁線圈39中有定值電流流過時，經過導磁柱37、311和導磁片34、38、310的作用，在動片32的一個方向產生與電流強度對應強度的弱磁場(相對於永久磁鐵所產生的外加磁場而言)。在動片32的另一方向上則有另一方向的恆磁場。動片32在這兩個磁場的作用下可產生偏轉(單邊最大0.3mm)。改變電磁線圈中電流的大小，可改變弱磁場的場強，從而可改變動片32的偏轉量，進而可以改變設在導磁板33上的噴嘴擋板8與氣動放大器組件的噴嘴9的距離。依據噴嘴背壓原理，兩者距離的改變，會改變氣動放大器組件背壓腔的壓力(即氣動放大器組件的控制氣源壓力)，從而實現定位器對閥門的定位控制)。
如上所述，本發明採用了電平衡原理當定位器正常工作時，電控單元7之單片機首先將輸入電信號6(4-20mA電流信號)及反饋信號組件5的行程反饋信號進行採樣及運算處理，然後通過控制電磁線圈中電流的變化來調節噴嘴擋板與噴嘴的距離，從而將電流變化轉化為氣信號的變化。氣動放大器組件4則通過背壓腔將該氣信號變化進行放大而最終控制執行器10的行程。
權利要求1.一種新型電氣閥門定位器，包括殼體(1)、在殼體(1)內的由輸入電信號(6)控制的微位移控制組件(3)、微位移控制組件(3)所連接的噴嘴擋板(8)、氣動放大器組件(4)及其所連接的噴嘴(9)，用於檢測外接之氣動執行器(10)行程的反饋信號組件(5)，其特徵在於在所述輸入電信號(6)和微位移控制組件(3)之間有一電控單元(7)，所述反饋信號組件(5)是一種可將外接執行器(10)的行程轉化為電信號的變送單元，經其變送後的反饋信號輸出給電控單元(7)；電控單元(7)內設有可將所述輸入電信號(6)與反饋信號比較、計算並可根據設定的控制模式控制微位移控制組件(3)動作的電子電路。
2.根據權利要求1所述的定位器，其特徵在於所述氣動放大器組件(4)是一種膜式氣動放大器，其包括上腔蓋(41)、下腔蓋(42)、與下腔蓋(42)內腔相連的氣體輸出(419)、上膜片(43)、中膜片(44)、在周邊上留有排氣口(45)的用於聯接上、中膜片(43、44)的排氣件(46)、位於上、中膜片中間的可將其隔開且周邊留有通氣孔(47)的支撐件(48)、與之相通且閥嘴位於下腔蓋(42)之內的排氣閥座(49)、位於下腔蓋(42)之底部中間的輸入氣源入口(410)、位於該氣源入口和排氣閥座(49)之閥嘴之間的截面呈近似「I」字狀的一體式雙頭閥芯(411)、彈性元件(412)、以及與上腔蓋(41)之內腔相通的控制氣源入(413)，在所述中膜片(44)之下還設有一下膜片(414)，其間設有隔離件(418)，所述排氣閥座(49)穿連與其間，所述彈性元件(412)的上端頂在閥芯(411)的頂頭底側(415)，其下端卡在下腔蓋(42)內腔的底面上，與所述輸入氣源相連，在下腔蓋(42)上還設有一通向中、下膜片(44、414)所隔成的內腔(416)的另一輸入氣源入口(417)。所述氣體輸出口(410)輸出的壓力Pout與所述輸入氣源的壓力Pin以及所述控制氣源壓力Pb之間符合如下方程Pout＝[Pb×S1-Pin(S2+S4-S3)]/S3；其中S1代表所述上膜片(43)的有效面積；S2代表所述中膜片(44)的有效面積；S3代表所述下膜片(414)的有效面積；S4代表所述閥芯(411)的有效底面積。
3.根據權利要求2所述的定位器，其特徵在於所述中膜片(44)、下膜片(414)及所述隔離件(418)鉚接為一體。
4.根據權利要求3所述的定位器，其特徵在於所述彈性元件(412)為一種僅對閥芯起復位作用而不參於力比較作用的復位彈簧或彈簧片。
5.根據權利要求1所述的定位器，其特徵在於所述微位移控制組件(3)包括一電磁線圈(39)，其固定在第一導磁片(38)上，在第一導磁片(38)的兩側上方聯接有一對導磁柱(37、311)，在兩導磁柱(37、311)的頂部對應聯接有第二、第三導磁片(34、310)，在這兩個導磁片(34、310)的中間設有一動片(32)，動片(32)的上、下兩面固定連接有一對導磁板(33、35)，其中上導磁板(33)的一側與所述擋板(8)相連；所述第二、三導磁片非接觸式夾於這一對導磁板(33、35)之間；與所述動片(32)相對，在導磁板(3、5)的外側非接觸式設有一對永久磁鐵(31、36)。
6.根據權利要求1至4所述的任一種定位器，其特徵在於構成所述電控單元(7)的電子電路的核心元件是單片機，單片機上有兩個模擬/數位訊號轉換接口，其分別與所述輸入電信號(6)以及所述反饋信號組件(5)所輸出的反饋信號相連接；單片機上還有一路數字/模擬信號轉換輸出接口，其與所述微位移控制組件(3)的控制信號輸入端相連；該單片機內存儲有可控制所述微位移控制組件(3)動作的控制程序。
7.根據權利要求6所述的定位器，其特徵在於所述反饋信號組件(5)是一種電位器組件。
專利摘要一種新型電氣閥門定位器，包括殼體、微位移控制組件、噴嘴擋板、反饋信號組件、氣動放大器組件及其噴嘴。輸入電信號和微位移控制組件之間有一電控單元。反饋信號組件是一種可將外接執行器的行程轉化電信號的變送單元，經其變送後的反饋信號輸出給電控單元。電控單元內設有可將輸入電信號與反饋信號比較、計算及輸出可根據設定的控制模式控制微位移控制組件動作的單片機。本實用新型結構簡單、易加工、精度高、抗振性好、功耗低，通用性強，滿足了智能化的要求。
文檔編號F16K31/02GK2547983SQ0223887
公開日2003年4月30日 申請日期2002年6月13日 優先權日2002年6月13日
發明者趙廣生, 黨李軍, 餘少華, 田毅 申請人:吳忠儀表股份有限公司