一種壓力控制裝置的製作方法

2023-05-05 01:24:46 2

本實用新型屬於壓力儀器儀表技術領域，具體涉及一種能夠實現儀表檢測過程中自動排空及排汙的壓力控制裝置。

背景技術：

壓力控制裝置作為檢測、校準儀表的儀器裝置，可以檢定多種類型的儀表。由於檢定儀表過程中，儀表及管路可能遺留雜質，會造成管路堵塞等，需要在密閉腔室中設置一個排汙口，作為雜質出口，使得密閉腔室內存在雜質的時候可以將雜質順利排出，以保證內部通暢。

目前，現有的壓力控制裝置通常在排汙口安裝一個用於排空的電磁閥，該電磁閥是常閉電磁閥，默認處於關閉狀態，使得密閉腔室在正常工作時處於密閉狀態；當需要進行壓力排空工作時，通過專用指令按鈕，打開排空電磁閥，使得密閉腔室中的氣體排出，同時使得汙水或其他雜質通過排汙口排出。

以上的裝置設計，可以使得在正常工作時腔室密閉，有利於壓力控制；但其壓力排空和排汙操作需要操作人員額外的按壓專用指令按鈕才能實現，無法實現每次壓力檢測或者控制時的自動壓力排空及排汙工作，由此，可能導致遺忘排汙的發生，進而造成壓力控制裝置的工作異常。

技術實現要素：

本實用新型的目的是，針對以上不足提供一種能夠實現自動排空排汙、工作可靠、結構緊湊的壓力控制裝置。

本實用新型的上述問題是由以下技術方案解決的：

一種壓力控制裝置，包括控壓單元(4)和位於控壓單元(4)內部、用於氣路連接的第一管路(8)，其中，所述控壓單元(4)包括控制電路板(46)以及分別電連接到控制電路板(46)的排空電磁閥(45)、壓力測量模塊(43)和壓力調節模塊(44)，壓力測量模塊(43)和壓力調節模塊(44)位於第一管路(8)中，第一管路(8)位於壓力調節模塊(44)以及排空電磁閥(45)之間的部分形成一個密閉腔室，所述壓力測量模塊(43)與所述密閉腔室相連通。

所述壓力控制裝置還包括電連接到所述控制電路板(46)的壓力輸出控制旋鈕(22)，所述壓力輸出控制旋鈕(22)設置有壓力排空區域，逆時針旋轉的壓力輸出控制旋鈕(22)位於所述壓力排空區域時，所述排空電磁閥(45)處於打開狀態。

上述壓力控制裝置還包括一主機系統板(9)和電連接到主機系統板(9)的人機互動單元(21)；所述主機系統板(9)電連接控制電路板(46)。

上述壓力控制裝置中，所述壓力輸出控制旋鈕(22)連接一電位器或編碼器，控制電路板(46)的採集電路電連接到所述電位器或編碼器；所述壓力排空區域對應於所述電位器或編碼器的一段連續區域，所述區域的大小由人機互動單元(21)預先設定的預定壓力閾值確定的，主機系統板(9)將所述預定壓力閾值傳送至所述控制電路板(46)。

上述壓力控制裝置中，所述壓力輸出控制旋鈕(22)對應設置有一旋鈕盤，所述旋鈕盤上的刻度數表示壓力量程的百分比，所述壓力排空區域對應於旋鈕盤零位置開始沿順時針方向相鄰的一段區域。

上述壓力控制裝置中，所述控壓單元(4)還包括一主閥島(42)和外部接口閥島(47)，外部接口閥島(47)上設置有輸入接口(411)、輸出接口(412)、排汙口(413)和洩壓口(414)；所述第一管路(8)位於主閥島(42)內部，所述排空電磁閥(45)直接安裝在主閥島(42)上或者通過一第二管路(7)與所述主閥島(42)連接。

上述壓力控制裝置中，所述壓力測量模塊(43)設置為兩個，一個與輸入接口(411)相連通，另一個與所述密閉腔室相連通。

上述壓力控制裝置中，所述控壓單元(4)還包括一氣液分離器(48)，氣液分離器(48)位於氣路第一管路(8)中，輸入接口(411)和洩壓口(414)分別通過壓力調節模塊(44)、氣液分離器(48)與輸出接口(412)連通，排汙口(413)通過排空電磁閥(45)連接到氣液分離器(48)的開孔。

上述壓力控制裝置中，一氣源連接到所述輸入接口(411)，外部待測表連接到所述輸出接口(412)，洩壓口(414)與排汙口(413)分別通過軟管連接到汙水容器。

上述壓力控制裝置中，所述排空電磁閥(45)為常開電磁閥或者常閉電磁閥，其進氣口(511)連接所述氣液分離器(48)，排空電磁閥(45)的排氣口(512)連接所述排汙口(413)。

上述壓力控制裝置中，所述壓力調節模塊(44)為流量調節閥、電磁閥或活塞中的一種或多種的組合。

上述壓力控制裝置還包括一供電單元(6)，所述供電單元(6)包括電源按鈕、開關電路板、24V變壓器和220V插座，外接電壓為交流電源(100-240)VAC，頻率為50/60Hz，功率為75W；220V電壓依次電連接開關電路板、24V變壓器產生的24V直流電源，通過一條兩芯電纜連接到所述主機系統板(9)，通過另一條兩芯電纜連接所述控壓單元(4)。

上述壓力控制裝置還包括一操作面板(2)，所述操作面板(2)上設置人機互動單元(21)和一電源開關(23)，電源開關(23)串聯連接到所述供電單元(6)的電路中。

上述壓力控制裝置包括一通訊單元，所述通訊單元(5)的接口包括主USB、從USB、RS232串口和乙太網口，各接口均通過排線與所述主機系統板(9)電連接。

上述壓力控制裝置還包括一機架(1)，所述控壓單元(4)、通訊單元(5)、供電單元(6)和主機系統板(9)均設置在機架(1)內部，機架(1)面向操作人員的一開口端為頭部，頭部安裝操作面板(2)；另一開口端為尾部，尾部安裝一接口面板，所述控壓單元(4)以插接的方式從接口面板的安裝孔處裝入機架中。

採用以上技術方案，本實用新型具有以下技術效果：本實用新型通過設置聯動的壓力輸出控制旋鈕和排空電磁閥，通過在壓力輸出控制旋鈕上設置壓力排空區域，能夠實現每次壓力檢測或者控制時的自動壓力排空及排汙工作，保證了該裝置工作的安全性和可靠性。

附圖說明

圖1是本實用新型裝置的實施例的立體結構圖；

圖2是本實用新型裝置的實施例的內部結構示意圖；

圖3是壓力輸出控制旋鈕的外觀示意圖；

圖4是控壓單元的內部結構示意圖；

圖5是壓力控制裝置工作框圖；

圖6是控壓單元的內部氣路結構示意圖；

圖7是壓力排空電磁閥(常開電磁閥)的結構示意圖；

圖8是閥座的結構示意圖；

圖9是密封套、閥座和彈簧的配合結構示意圖。

圖中附圖標記表示為：

1：機架，11：把手；

2：操作面板，21：人機互動單元，22：壓力輸出控制旋鈕，23：電源開關；

3：接口面板；

4：控壓單元，41：壓力接口面板，411：輸入接口，412：輸出接口，413：排汙口，414：洩壓口，415：壓力通訊接口；42：主閥島，43：壓力測量模塊，44：壓力調節模塊，45：排空電磁閥；46：控制電路板；47：外部接口閥島，48：氣液分離器。

5：通訊單元；6：供電單元；7：第二管路；8：第一管路；9：主機系統板；

51：閥座，511：進氣口，512：排氣口，513：凹槽，514：凸臺，515：進氣通道，516：排氣通道；

52：密封套，521：內凸起，522：外凸起，523：上臺階；

53：閥芯，531：上柱體，532：中間柱體，533：下柱體；

54：彈簧；55：線圈。

具體實施方式

以下結合附圖和具體實施例，對本實用新型的壓力控制裝置進行詳細說明。

壓力控制裝置

參照圖1和圖2，為本實用新型裝置的結構示例，該產品為壓力控制裝置，包括機架1、操作面板2、接口面板3、控壓單元4、通訊單元5、供電單元6、主機系統板9以及布置於控壓單元4內部的第二管路7和第一管路8，其中：

機架1為兩端開口的方形盒體，主體為鈑金件，即鋼板鍍鋅後噴塑處理而成，具有重量輕、強度高、耐腐蝕、成本低等特點。機架1相對的兩側壁外側設置有把手11，用於搬運該裝置；通訊單元5、供電單元6、第二管路7和第一管路8都布置在機架1的內部，機架1面向操作人員的一開口端為頭部，頭部安裝操作面板2，另一開口端為尾部，尾部安裝接口面板3，控壓單元4以插接的方式從接口面板3的安裝孔處裝入機架1中。

操作面板2上設置有人機互動單元21、壓力輸出控制旋鈕22和電源開關23，電源開關23位於操作面板的下部；人機互動單元21和壓力輸出控制旋鈕22位於操作面板2的上部，為了便於操作人員的操作，上部操作面板向上傾斜一定角度。操作面板通過卡口和螺釘與機架1連接。

圖3為壓力輸出控制旋鈕22的外觀圖。壓力輸出控制旋鈕22連接一電位器或編碼器，旋鈕盤刻度數表示量程的百分比，通過控制旋鈕所對應的角度位置，對應於電位器或編碼器相應的位置，從而可以控制相應的壓力輸出。其中，量程0％(零位置)沿順時針方向相鄰的小段區域為壓力排空區域，該區域的最大值為預定壓力閾值(例如，可以通過軟體設置為總量程的5％或者10％等非零值)，零位置到預定壓力閾值之間的部分可以稱作壓力排空區域。在此區域中，順時針旋轉壓力輸出控制旋鈕22時，實現壓力連續加壓控制；當逆時針旋轉壓力輸出控制旋鈕時，排空電磁閥直接打開，實現壓力帶壓排空。在非壓力排空區域中，順時針轉動壓力輸出控制旋鈕22可以進行連續升壓控制，逆時針轉動壓力輸出控制旋鈕22可以進行連續降壓控制；當逆時針旋轉壓力輸出控制旋鈕22至壓力排空區域(圖3中的陰影區域)時，排空電磁閥打開，直接進行壓力排空。

此處的排空電磁閥可以是常閉電磁閥、常開電磁閥等幾種形式。不同形式的電磁閥其工作方式和狀態不同。常開電磁閥的工作特性為給電時為關閉，不給電時為打開。常閉電磁閥的工作特性為給電時為打開，不給電時為關閉。如果使用常閉電磁閥作為排空電磁閥，那麼其在壓力控制時，無需對其進行驅動，使其工作在關閉狀態。即在壓力排空區域中，順時針旋轉壓力輸出控制旋鈕22時，常閉排空電磁閥處於關閉狀態，實現壓力連續加壓控制；當逆時針旋轉壓力輸出控制旋鈕時，電路驅動常閉排空電磁閥使其打開，實現排空。在非壓力排空區域中，順時針轉動壓力輸出控制旋鈕22可以進行連續升壓控制，逆時針轉動壓力輸出控制旋鈕22可以進行連續降壓控制；當逆時針旋轉壓力輸出控制旋鈕22至壓力排空區域(陰影區域)時，電路驅動常閉排空電磁閥打開，直接進行壓力自動排空和排汙。

如果使用常開電磁閥作為排空電磁閥使用時，其在壓力控制時，電路對其進行驅動，使其工作在關閉狀態。即在壓力排空區域中，順時針旋轉壓力輸出控制旋鈕22時，電路驅動常開排空電磁閥處於關閉狀態，實現壓力連續加壓控制；當逆時針旋轉壓力輸出控制旋鈕時，常開排空電磁閥直接打開，實現排空。在非壓力排空區域中，順時針轉動壓力輸出控制旋鈕22可以進行連續升壓控制，逆時針轉動壓力輸出控制旋鈕22可以進行連續降壓控制；當逆時針旋轉壓力輸出控制旋鈕22至壓力排空區域(陰影區域)時，常開排空電磁閥打開，直接進行壓力排空。

常開排空電磁閥還有一個優勢，即在控壓過程中，即壓力輸出控制旋鈕22不在零位置，腔體內部壓力存在時，如果出現失電等使得壓力控制裝置關閉的情況下，常開排空電磁閥45由於失去電壓驅動，會自動恢復打開狀態，將腔體內部壓力排出，與外部大氣導通，實現失電排空的目的，保證了失電情況下的安全性。

接口面板3與機架1為一體式鈑金衝壓、折彎並焊接而成的板體，接口面板3的中部設有安裝孔，用於安裝固定控壓單元4。如圖4和圖6所示，控壓單元4包括壓力接口面板41、主閥島42、壓力測量模塊43、壓力調節模塊44、排空電磁閥45、控制電路板46、外部接口閥島47以及氣液分離器48，其中，壓力接口面板41固定在外部接口閥島47上，該面板上布置有壓力通訊接口415；外部接口閥島47上設置有輸入接口411、輸出接口412、排汙口413、洩壓口414；排空電磁閥45直接安裝在主主閥島42上或通過第二管路7(例如不鏽鋼管管路)與主閥島42進行連接；輸入接口411、輸出接口412、洩壓口414通過第一管路8與主閥島42連接，第一管路8位於主閥島內部，壓力調節模塊44和氣液分離器48位於第一管路8中，由所述第一管路8位於兩個壓力調節模塊44以及排空電磁閥45之間的部分形成一個密閉腔室，在主閥島42內部，輸入接口411和洩壓口414分別通過壓力調節模塊44、氣液分離器48 與輸出接口412連通，氣液分離器48向下開孔通過排空電磁閥45連接到排汙口413；壓力通訊接口415通過航插線與控制電路板46連接。外部氣體壓力連接到輸入接口411，外部待測表連接到輸出接口412，洩壓口414與排汙口413分別通過軟管連接到用戶的汙水容器。所述氣液分離器48與所述密閉腔室第一管路8連通，氣液分離器48用於將密閉腔室中的雜質分離，並通過排空電磁閥45將雜質排出排汙口413。壓力測量模塊43與控制電路板46電連接，其個數不限，根據實際需要設置，在本實施例中，所述壓力測量模塊43的個數為兩個，其均連通到第一管路8中，其中一個與輸入接口411相通，可以實時監測外部氣體壓力，另一個與密閉腔室相通，可以實時監測待測表壓力；控制電路板46電連接到操作面板上的壓力輸出控制旋鈕22；控制電路板46直接驅動排空電磁閥45工作，通過給電和不給電操作使排空電磁閥45打開/關閉。

所述的壓力調節模塊44可以是控制電磁閥，也可由具有相應功能的流量調節閥替代，即可以用電信號、電機等驅動實現閥體打開和關閉。

如圖5為壓力控制裝置工作框圖，通過人機互動單元21可以進行設置相關參數、量程選擇等操作。人機互動單元21與壓力輸出控制旋鈕22均連接到控制電路板46上，控制電路板46的A/D採集電路採集壓力輸出控制旋鈕22所對應的電位器或編碼器的位置，得到期望壓力值；控壓單元4中的壓力測量模塊43作為壓力測量傳感器，其數據直接輸入到控制電路板46上；根據壓力測量模塊43的壓力測量結果與期望壓力值進行比較，控制電路板46產生控制信號進行壓力控制，最終達到目標壓力；需要進行排空和排汙工作時，控制電路板46檢測壓力輸出控制旋鈕22的電位器或編碼器的位置及其位置變化，進而確定壓力輸出控制旋鈕22所在位置(是否位於壓力排空區中)和轉動方向(順時針轉動或逆時針轉動)，以控制排空電磁閥(45)所處的狀態，即確定發送相應信號控制排空電磁閥45的打開和關閉，進而控制與排空電磁閥45相連通的排汙口413的打開或關閉，通過排汙口413的打開或者關閉進行排空和排汙工作。

控壓單元4可以利用電磁閥、流量調節閥等控制流量裝置實現流量調節，最終實現壓力控制；也可以依靠活塞改變體積直接進行壓力控制，或由上述兩者組合形成的壓力控制裝置，目的是得到期望的目標壓力。

參照圖2，通訊單元5的接口主要包括主USB、從USB52、RS232串口和乙太網口，上述接口均在機架1內部通過排線與一主機系統板9連接。主機系統板9包括MCU，可以實現以下功能：驅動操作面板2上的人機互動單元21以實現友好的人機互動界面(用戶設定被檢壓力範圍、界面顯示裝置運行數據等)運行；採用SCPI通訊方式與控制電路板46交互(發送被檢壓力範圍、獲取裝置運行數據等)；經由USB實現U盤操作功能(數據存取、軟體升級)；經由RS232串口和/或乙太網口實現與遠端計算機的交互。

供電單元6包括電源按鈕、開關電路板、24V變壓器和220V插座，外接電壓可以是交流電源(100-240)VAC，頻率為50/60Hz，功率為75W；220V電壓通過接口面板3引入，連接到機架1內部的開關電路板上，然後連接到24V變壓器，通過24V變壓器得到24V直流電源，通過一條兩芯電纜給主機系統板9供電，通過另一條兩芯電纜控壓單元4供電；供電單元6的電路與操作面板2的電源開關33串聯連接。

如圖4所示，控壓單元4通過插接方式與操作面板2上的壓力輸出控制旋鈕22電連接。壓力輸出控制旋鈕22的工作原理如下：通過控壓單元4的控制電路板46的A/D轉換電路採集壓力輸出控制旋鈕的位置(百分比)數據，再乘以用戶設定的被檢壓力範圍計算出用戶實際給定的壓力值作為控壓單元4壓力自動控制的給定值，並將該給定值通過指令發送到主機系統板9；控壓單元4實時接受用戶通過旋鈕給定的壓力給定值，並迅速將實際壓力控制到給定值，實現實際壓力對旋鈕的實時跟隨。在模擬表的檢定過程中，人通過執行旋鈕調壓操作，使標準表或被檢表的指針移動到期望位置(通常是對準某刻度線)。

以上各部件按照上述關係進行組裝形成本實用新型的壓力控制裝置，該裝置為氣體控壓，可通過連接一增壓裝置，轉化為液體控壓，通過氣體推動增壓裝置的活塞，活塞推動液體，從而達到液體控壓得目的。該裝置進行氣體控壓的工作過程如下：

步驟1：將氣源連接於控壓單元4的輸入接口411，將標準壓力表、被檢壓力表連接於控壓單元4的輸出接口412。

步驟2：在操作面板2上設置(或選擇)被檢表的壓力範圍，調整氣源壓力至合適範圍。

步驟3：順時針(或逆時針)轉動壓力輸出控制旋鈕22使壓力增大(或減小)，當標準表或被檢表的指針移動到期望位置時停止轉動壓力輸出控制旋鈕22，記錄標準表或被檢表的壓力即完成一個壓力點的檢定。

其中，升壓過程的工作原理如下：

壓力測量模塊43實時監測外部氣體壓力和待測表的壓力，用戶順時針操作面板2的壓力輸出控制旋鈕22，則控壓單元4的控制電路板46的A/D轉換電路採集壓力輸出控制旋鈕的位置(百分比)數據，再乘以用戶設定的被檢壓力範圍計算出用戶實際給定的壓力值，並將該值通過指令發送到主機系統板9；通過壓力測量模塊43的測量結果比對，傳送給壓力調節模塊44操作指令，打開和關閉該壓力調節模塊44，則外部氣體壓力隨著用戶的旋鈕操作陸續進入待測表的容器中，如果用戶停止旋鈕操作，則壓力隨之固定，如果用戶繼續順時針旋轉，則壓力繼續上升。

降壓過程的工作原理與升壓過程相似，這裡不再贅述。

步驟4：重複步驟3的操作完成所有壓力點的檢定，待壓力輸出控制旋鈕22旋轉到壓力排空區域時，通過排空電磁閥45將內部壓力瞬間釋放，氣體通過413排汙口排出。

排空電磁閥

本實用新型中所用的排空電磁閥45可以為常閉電磁閥，也可以為常開電磁閥，該電磁閥可以使用相同功能已有結構的常閉電磁閥和常開電磁閥。

下面舉例使用常開電磁閥時的工作原理與工作過程。如圖7所示的排空電磁閥結構即為常開電磁閥結構。常開型的排空電磁閥45包括密封套52、與密封套52連接的閥座51、設置在密封套內部的閥芯53、纏繞在密封套52和閥芯53四周的線圈55以及穿套於閥芯53上部的彈簧54，其中：

參照圖7和圖9，密封套52為中空柱體，密封套52下端敞口端連接閥座51，密封套52內部靠下的位置四周設有內凸起521，使密封套52內部空間形成上寬、中窄、下寬的空間，內凸起521形成上部臺階523；密封套52的下部四周設有外凸起522，密封套52與閥座51連接後，外凸起522的下側面緊貼閥座51的上表面。

閥芯53包括上柱體531、中間柱體532和下柱體533，三個柱體一體連接形成上寬、中窄、下寬的柱體結構，其中，密封套52的內凸起521的長度小於中間柱體532的長度，上柱體531和下柱體633的直徑大於內凸起521之間的空間直徑，使得閥芯53剛好與密封套52內部空間形狀相匹配。彈簧54套裝於閥芯53中間柱體532上且位於密封套52內凸起521上方的空間內，彈簧54剛好卡在閥芯53的上柱體531下側與密封套52的內凸起521的上部臺階523之間；線圈55纏繞在密封套52的外凸起522上方的位置。

閥座51為方形柱體，柱體兩側分別設有進氣口511和排氣口512，閥座51上端設有與密封套52下端連接(例如，可以是螺紋連接或焊接)的凹槽513，凹槽513的底部設有一凸臺514，凸臺514一側設有連通進氣口511的進氣通道515，凸臺514頂部開設有與排氣口512連通的排氣通道516。

以上組成部件按照上述關係進行連接組裝形成常開型的排空電磁閥45，該排空電磁閥的線圈55電連接到控壓單元4的控制電路板46上，排空電磁閥45的進氣口511連接氣液分離器48，排氣口512連接排汙口413。常閉型的排空電磁閥45與常開型的排空電磁閥45結構相似，都具有連接氣液分離器48的進氣口511和連接到排汙口413的排氣口512，不同之處主要在於，電磁閥在默認狀態和工作狀態下的開/關動作相反。

下面以常開型的排空電磁閥45為例，介紹其工作原理。該電磁閥在默認狀態(未通電)下閥門打開，在線圈55通電狀態下閥門關閉，其具體工作原理如下：

排空電磁閥45的線圈55未通電時，閥門處於打開狀態，在閥芯53本身的重力作用下下降，彈簧54被壓縮，直到閥芯53的重力與彈簧54的彈力平衡，閥芯53不再下降，此時閥芯53與閥座51的凸臺514之間存在間隙，使得進氣通道515與排氣通道516處於連通狀態，氣體可依次通過進氣口511、進氣通道515、排氣通道516進入排氣口512；當密閉腔室存在雜質時，氣液分離器48將密閉腔室內的雜質進行分離，雜質駐留在氣液分離器48中；在逆時針旋轉壓力輸出控制旋鈕過程中，壓力逐漸減小，達到壓力排空區域，排空電磁閥45打開，由於此時密閉腔室內存在一定壓力，與外界大氣形成壓力差，利用該壓力差使得氣液分離器中的雜質通過排氣通道516進入排氣口512，最終實現排汙。

排空電磁閥45的線圈55通電時，閥芯53在線圈55所形成的磁場作用下產生向下的電磁力，在閥芯53的重力和電磁力共同作用下，彈簧54被壓縮，閥芯53下降，當電磁力足夠大，閥芯53下降到與閥座51的凸臺514相接觸，從而將開設在凸臺514上的排氣通道516堵塞封閉，使得進氣通道515和排氣通道516被隔離，氣體無法由進氣口511到達排氣口512。

常閉電磁閥默認閥門處於關閉狀態，需要驅動使其打開。其原理與常開電磁閥相類似。常閉排空電磁閥與常開排空電磁閥結構不同，最終使得其不給電條件下的狀態不同，其工作原理相類似，排空電磁閥45與壓力輸出控制旋鈕22之間的配合關係如下：

在從壓力輸出控制旋鈕22的零位置順時針旋轉該控制旋鈕時，排空電磁閥處於關閉狀態，可以實現從零壓力開始的連續加壓控制；當逆時針旋轉壓力輸出控制旋鈕時，達到壓力排空區域內時，則排空電磁閥直接打開，實現排空效果；在零位置和預定壓力閾值之間，順時針旋轉實現正常壓力控制，而逆時針旋轉則排空電磁閥直接打開，實現排空。

本領域技術人員應當理解，這些實施例僅用於說明本實用新型而不限制本實用新型的範圍，對本實用新型所做的各種等價變型和修改均屬於本實用新型公開內容。