流量控制裝置的製作方法
2024-04-15 19:16:05
1.本發明涉及一種流量控制裝置，其能夠提高從流量0l起開始進行基於瞬時流量的流量控制時的響應性，並能夠抑制過衝。
背景技術：
2.以往，已知有具備流量計、流量調節閥以及控制器的流量控制裝置。在這樣的流量控制裝置中，通常利用控制器對設定流量值與由流量計測定出的當前的流量值進行比較，通過pid(proportional integral derivative：比例積分微分)控制來控制流量調節閥的閥開度。但是，在從流量0l起控制低流量時，作為閥特性而存在止水裕度，此外由於pid的偏差小，流體流出需要相當長的時間，因此有響應慢這樣的問題。
3.應予說明，本技術人事先進行了調查，作為現有技術文獻，發現了下述專利文獻1。對於專利文獻1的質量流量控制器而言，若流量設定信號的電平超過閾值則輸出校正信號，控制信號瞬時地上升到控制閥的打開電壓從而提高低流量區域的響應性，但是在通過基於脈衝信號的電壓來控制控制閥的開度這一點上是與本發明不同的技術。
4.現有技術文獻
5.專利文獻
6.專利文獻1：日本特開2001-236125號公報(estec有限公司)
技術實現要素：
7.技術問題
8.本發明是鑑於上述那樣的問題而做出的，其目的在於提供一種能夠在改善流量控制開始時的響應性的同時抑制過衝的流量控制裝置。
9.技術方案
10.為了解決上述課題，本發明的流量控制裝置的特徵在於，具備：流量計，其測定在流路流通的流體的流量；流量調節閥，其調節在所述流路流通的流體的流量；以及控制部，其基於所述流量計的測定結果來控制所述流量調節閥的開度，所述流量控制裝置具有：低流量急速開閥功能，其在所述流量調節閥的開度為全閉且開始進行流量控制的時刻，通過將所述流量調節閥的開度從全閉強制打開到指定開度，從而加快所述流體的流出；以及過衝抑制功能，其在所述低流量急速開閥功能剛剛動作之後，通過使所述流量控制待機直到達到預先設定的待機時間或者達到預先設定的流量閾值為止，從而抑制過衝。
11.另外，本發明的流量控制裝置的特徵在於，在所述低流量急速開閥功能中設定為，在所述流量調節閥的開度為全閉且由所述流量計測定出的瞬時流量值為0l/min的狀態下，將所述流量調節閥的開度從全閉強制打開到指定開度。
12.另外，本發明的流量控制裝置的特徵在於，在所述過衝抑制功能中，在檢測到指定變化量以下且指定採樣次數以上的情況下，或者，在多次連續地檢測到設定流量值以上的情況下，判斷為達到了所述預先設定的流量閾值。
13.技術效果
14.根據本發明的流量控制裝置，具有如下效果：在流量控制開始時將流量調節閥的開度從全閉強制打開到指定開度而能夠提高從流量0l起的響應性，並且通過使流量控制待機直到達到預先設定的待機時間或流量閾值為止，從而能夠抑制流量控制開始時的過衝。
附圖說明
15.圖1是本發明的流量控制裝置的功能框圖。
16.圖2是該裝置的內部結構圖。
17.圖3是示出該裝置進行的流量控制方法的一例的流程圖。
18.圖4是示出該裝置進行的具體的動作例的圖表。
19.圖5是示出該裝置進行的流量控制方法的其他例的流程圖。
20.符號說明
21.1：流量控制裝置
22.2：流量計
23.3：流量計基板
24.4：流量調節閥
25.5：步進馬達
26.6：位置檢測傳感器
27.7：控制基板
28.8：流路
29.9：pfa管
30.10：流入口
31.11：流出口
32.12：測定管
33.13：超聲波傳感器
34.14：超聲波傳感器
35.15：閥體
36.16：隔膜
37.17：針
38.18：馬達致動器
39.19：軸體
40.20：馬達軸
41.21：彈簧部件
42.22：閥座
43.23：連接器基板
44.24：i/o連接器
45.25：通信連接器
46.26：磁鐵
47.50：外部控制設備
具體實施方式
48.以下，參照附圖，對用於實施本發明的方式進行說明。
49.如圖1所示，本實施方式的流量控制裝置1是將流量測定部與流量控制部一體化的裝置，並且構成為具備流量計2、流量計基板3作為流量測定部，具備流量調節閥4、步進馬達5、位置檢測傳感器6、控制基板(控制部)7作為流量控制部。在控制基板7連接有外部控制設備50，從外部控制設備50進行電力供給和/或各種信號的接收發送。
50.流量計2測定在流路8流通的流體的流量。如圖2所示，本實施方式的流量計2是超聲波式流量計，並且在從安裝有pfa管9的流入口10連通至流出口11的流路8的中途設置有直管型的測定管12。在測定管12的兩端安裝有由對置的一對超聲波振子構成的超聲波傳感器13、14。超聲波傳感器13、14被交替地切換為發送器和接收器，針對在測定管12內流通的流體，從一個超聲波傳感器13(14)發送的超聲波被另一個超聲波傳感器14(13)接收，基於流體的正向的超聲波的傳播時間與反向的超聲波的傳播時間之差來測定流體的流量。
51.流量計基板3具備收發電路和測定電路。收發電路按照來自測定電路的指令信號使超聲波振子激振，利用超聲波傳感器13、14對超聲波脈衝進行發送、接收。測定電路具有cpu(central processing unit：中央處理單元)等運算處理部，所述測定電路計測出從利用超聲波傳感器13、14發送超聲波脈衝到接收超聲波脈衝所需要的傳播時間，並且基於流體的正向的傳播時間與反向的傳播時間之差而求出流速，將求出的流速換算為流量值(瞬時流量值、累計流量值)並將其向控制基板7輸出。
52.流量調節閥4調節在流路8流通的流體的流量。如圖2所示，本實施方式的流量調節閥4是能夠將開度從全閉(0％)調節到全開(100％)的電動式針閥。該電動式針閥具備隔膜16和針17作為閥體15，並且具備包括步進馬達5的馬達致動器18作為驅動部。在閥體15連結有軸體19，軸體19在其後端安裝有步進馬達5的馬達軸20，通過抑制軸體19側面的旋轉力而進行直線運動動作，並始終被彈簧部件21向後方(遠離閥座22的方向)施力。
53.關於流量調節閥4，若通過馬達致動器18的驅動使步進馬達5旋轉而使馬達軸20旋轉，則軸體19通過其驅動力抵抗彈簧部件21的作用力而前進，與軸體19連結的閥體15接近閥座22。另外，若通過馬達致動器18的驅動使步進馬達5反向旋轉而使馬達軸20反向旋轉，則軸體19被彈簧部件21的作用力按壓而後退，與軸體19連結的閥體15離開閥座22。如此，通過馬達致動器18的驅動使閥體15的針17接近或離開閥座22，從而調節作為針17與閥座22之間的間隙的閥開度。應予說明，馬達致動器18除了包括步進馬達5以外，還包括減速器、位置檢測傳感器6。
54.在控制基板7，外部控制設備50經由未圖示的i/o連接器線纜和通信連接器線纜而與設置於圖2所示的連接器基板23的i/o連接器24和通信連接器25連接。控制基板7從外部控制設備50接受電力供給，在其與外部控制設備50之間進行各種信號的接收發送。從外部控制設備50接收的信號是電源輸入信號、目標值設定的指令輸入信號、控制導通/關斷的控制輸入信號等，向外部控制設備50發送的信號是流量輸出信號。
55.控制基板7具備控制電路和馬達驅動電路。控制基板7基於流量計2的測定結果來控制馬達致動器18，對流量調節閥4的開度進行反饋控制(pid控制)。控制電路具有cpu等運算處理部，基於從流量計基板3接收到的流量值(瞬時流量值、累計流量值)、以及從外部控制設備50接收到的指令輸入信號，向馬達驅動電路輸出用於控制步進馬達5的矩形波的脈
衝信號。另外，控制電路利用安裝於步進馬達5的軸體19的磁鐵26使位置檢測傳感器6檢測磁力，基於來自位置檢測傳感器6的電壓信號來檢測步進馬達5的軸體19的位置。馬達驅動電路根據從控制電路輸出的脈衝信號生成並輸出勵磁信號，從而控制步進馬達5的驅動。
56.以上是本實施方式的流量控制裝置1的結構，接下來，參照圖3和圖4對該裝置進行的流量控制方法進行說明。
57.在圖3中，在流量調節閥4的開度為全閉(0％)且由流量計2測定出的瞬時流量值為0l/min的狀態下，開始進行流量控制(在步驟101中為是)(圖4的a點)。雖然朝著目標的流量設定值的方向進行流量控制，但是在開始流量控制的時刻不進行pid控制，而輸出開度指令信號，將流量調節閥4的開度從全閉(0％)強制打開到預先指定的開度(步驟102)(圖4的a點至b點)。由此，能夠消除流量調節閥4的止水裕度，並加快流體的流出。該動作是低流量急速開閥功能。
58.在該流量急速開閥功能剛剛動作之後，在實際的開度達到預先指定的開度的情況下(步驟103中為是)，判斷是否設定了待機時間或流量閾值(步驟104)。在此，在沒有設定待機時間或流量閾值的情況下(在步驟104中為否)，開始進行通常的pid控制(步驟107)，但是在設定了待機時間或流量閾值的情況下(在步驟104中為是)，不進行pid控制而進行控制待機(步驟105)。即，使流量控制待機直到達到預先設定的待機時間或者達到預先設定的流量閾值為止。該動作是過衝抑制功能。
59.通過該過衝抑制功能的動作，在預先設定的待機時間之前一直進行待機控制(在步驟106中為否)，在其中途達到流量閾值(待機時間解除流量值)的情況下(在步驟106中為是)，解除控制待機，開始進行通常的pid控制(步驟107)。在此處的pid控制中，利用飽和的流量值求出偏差，因此在沒有誤識別的情況下計算出適當的偏差，對開度進行微調(圖4的c點至d點)。利用該pid控制，持續進行流量控制直到流量計2的測定結果成為設定流量值附近為止(在步驟108中為否)，若成為設定流量值附近(在步驟108中為是)(圖4的d點)，則結束流量控制。
60.如此，通過低流量急速開閥功能，能夠提高開始進行從流量0l起的基於瞬時流量的流量控制時的響應性。而且，雖然僅通過低流量急速開閥功能容易產生流量控制開始時的過衝，但是通過並用過衝抑制功能，在低流量急速開閥功能剛剛動作之後進行控制待機直到達到預先設定的待機時間或流量閾值為止，從而能夠有效地抑制過衝。
61.應予說明，上述過衝抑制功能也能夠採用圖5所示的控制方法。圖5所示的步驟201～206的動作與圖3所示的步驟101～106的動作相同。不同點在於，在步驟207中，在檢測到指定變化量以下且指定採樣次數以上的情況下(在步驟207中為是)，判斷為達到預先設定的流量閾值而開始pid控制(步驟208)。在此，「指定採樣次數」是指每隔一定周期(例如10ms)對流量測定進行採樣並設定進行幾次比較而得的次數。另外，代替檢測到指定變化量以下且指定採樣次數以上的情況，也可以在多次連續地檢測到設定流量值以上的情況下，判斷為達到了預先設定的流量閾值。通過施加這樣的處理，能夠防止因壓力變化等的影響而引起的誤檢測。
62.在以上說明的實施方式中，雖然採用了超聲波式流量計作為流量計2，但是構成流量測定部的流量計並不限於此，也能夠採用卡門渦旋式流量計、葉輪式流量計、面積式流量計、科裡奧利式流量計、差壓式流量計、電磁式流量計、熱式流量計等其他流量計。另外，雖
然採用了電動式針閥作為流量調節閥4，但是構成流量控制部的流量調節閥並不限於此，也能夠採用空氣式針閥、定壓閥、球閥、蝶閥、截止閥等其他閥。