CN101256417A - 比例阀门对精密气压控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出的是应用于航空、航天、气压计量校准领域的标准气压信号的产生与控制的装置，具体地说是比例阀门对精密气压控制装置。由双传感器、比例阀门对、恒流源、传感器调理电路、实用微分电路、PID控制电路、高分辨率DA转换器、比例阀门驱动电路和串行接口相互连接构成本发明装置。本发明装置能够实现的压力范围0～1500KPa，不确定度达0.01％F.S，控制稳定性优于0.002％F.S，压力控制过程快速、平稳。适宜各种环境条件下气压的检测与控制。

Description

比例阀门对精密气压控制装置

技术领域

本发明提出的是应用于航空、航天、气压计量校准领域的标准气压信号的产生与控制的装置，具体地说是比例阀门对精密气压控制装置。

背景技术

随着现代科学技术的发展，压力计量测试技术发展很快，不仅体现在压力测量的准度、测量的量程范围等方面，而且，由过去仅仅研究静态压力的计量测试、校准，发展到动态压力的计量测试、校准标定，不仅在实践上得到了发展，而且在理论上也逐步完善。精密的控制元器件，高精度数字式压力测量技术、压力控制技术、在压力的测量和自动控制等方面发挥重要作用，而压力精密测量技术与现代电子技术和自动控制技术相结合，派生出许多新型的压力测试仪器仪表，如高精度的数字压力计、智能压力变送器和智能压力传感器等，并在实用工作中得到了广泛应用，使得传统的压力标准装置无法适应这些压力测量仪表的校验需要，对压力的校验和检定校准提出了新的要求，特别是对新型的压力标准装置需求更为迫切。

目前，在压力计量和传感器标定特别是静态标定领域，活塞式压力标定器仍然占据主流。这类仪器的工作原理是将压力溯源到质量和面积，依靠标准砝码的质量和活塞面积的准确度保证压力计量准确度，其压力值等于工作状态下标准砝码产生的重力除以活塞有效面积，需要对当地的重力加速度和空气浮力、温度影响等因素进行修正，其标准砝码的质量都是按照使用地点的重力加速度调配的，如果在重力加速度不同的使用地点和特殊情况下需要产生特定压力值，而这些压力值恰好不在活塞压力计标准砝码所产生的压力点上，必须进行复杂的修正计算，给实用检定工作造成了极大不便。

近年来，北京航空航天大学对气体紧密自动压力控制器和压力自动校验技术进行了大量研究工作，在2001年，研制成功了精密气体自动压力控制器，该精密自动压力控制器采用多级开关法控制方式，压力输出的稳定性达到了0.02％F.S，满足计量检定的需要。但是体积较大(480×445×266毫米)，重量达26千克，并且操作复杂，压力稳定时间长。

在航空航天的领域，大气参数的校验设备同样需要精密气压产生与控制装置。

鉴于上述原因，考虑到目前还没有可以实现连续调整的高精度气压标准，因此，需要检测精度高、控制准确、动作速度快的气压检测与控制装置问世。

发明内容

为了克服现有气压检测与控制装置的缺点，本发明提出了比例阀门对精密气压控制装置。该装置通过高稳定高精密模拟控制电路、比例阀门对气压控制部件、双传感器控制部件的相互结合解决精度、速度、准确度等技术问题。

本发明解决技术问题所采用的方案是：

由双传感器、比例阀门对、恒流源、传感器调理电路、实用微分电路、PID控制电路、高分辨率DA转换器、比例阀门驱动电路和串行接口相互连接构成本发明装置。

其中：计算机与通讯电路、单片机、模数转换单元、模拟PID控制电路、阀门驱动器相互连接并信号供给气容，同时气容与被检仪表相连通，压力源通过减压阀减压供给气容，气容与真空泵相通，经过减压的气体流经过比例阀门进入气容，调理放大电路和模拟传感器将压力信号转换成电信号，并回馈到模拟PID控制电路中，气容中所产生的电信号通过数字传感器与计算机相连通，形成可控可显示的气压数字信号，成为双传感器。

其中：比例阀门对中，加压泵通过管路与压力表连通，同时供给减压阀，通过减压阀减压后供给进气比例阀中，并与气容相连通，然后通过抽气比例阀、过滤器与真空泵相连通，气体经过气容形成气体压力信号，数字传感器通过气容后供给模拟传感器，形成模拟气压电信号。

其中：恒流源中，由恒流源输入器与恒流源运算放大器和恒流源三极管线路连接并接入到恒流源模拟传感器中，通过恒流源电阻器的作用共同构成恒流源控制器，三极管发射极输恒流源正端，电阻器为恒流源负端，通过正输出端和负输出端为模拟传感器供电。

其中：传感器调理电路，传感器正输入端与传感器正输入端运算放大器与传感器负输入端与传感器负输入端运算放大器共同为正向运算放大器供电，又经过零点调整二极管及电阻为反向运算放大器供电，经过分流电阻形成电流，通过传感器信号输出端输出。

其中：实用微分电路，电流通过微分电路输入端经过电阻和电容同时供给微分电路初始调整运算放大器和微分电路续继调整运算放大器，然后通过可调电阻及定阻电阻供给微分电路输出端，向外输出微分电流。

其中：PID控制电路，压力给定与偏差调整信号供给压力初始调整器，再经过压力信号比例放大器、压力继续调整器、稳压器、压力电信号放大、驱动器供给气路控制器，其压力信号反馈于压力信号回馈器和压力微分器再回馈于压力继续调整器中。

其中：高分辨率DA转换器，16位DA转换器、12位DA转换器输入端及直流参考标准源分别通过电阻向DA运算放大器提供信号，形成稳定高分辨率电信号通过直流输出端输出。

其中：比例阀门驱动电路，电流输入端通过电阻分别供给主调整运算放大器、副调整运算放大器，然后经过副调整继发运算放大器和主继发调整运算放大器再经过副调整三极管和主调整三极管供给X1控制信号输出端与X2控制信号输出端，形成比例阀门驱动控制信号输出。

其中：串行接口，数字压力传感器接入端通过数字压力传感器分接口供给电平转换接口，微型计算机接入端也通过微型计算机分接口供给电平转换接口，其中从电平转换接口引出RT输出端和RS输出端，连接至上位计算机。

本发明装置能够实现的压力范围0～1500kPa，不确定度达0.01％F.S，控制稳定性优于0.002％F.S，压力控制过程快速、平稳。适宜各种环境条件下气压的检测与控制。

附图说明

图1为本发明双传感器部件构成与连接图

图2为本发明比例阀门对结构构成图

图3为本发明恒流源电路图

图4为本发明传感器电路图

图5为本发明实用微分电路图

图6为本发明PID控制部件工作状态图

图7为本发明高分辨率DA转换部件构成图

图8为本发明比例电磁阀门驱动电路图

图9为本发明串行接口示意图

图中，1.计算机，2.通讯电路，3.单片机，4.模数转换单元，5.模拟PID控制电路，6.阀门驱动器，7.气容，8.减压阀，8.1真空泵，9.模拟传感器，10.供电、调理放大电路，11.数字传感器，12.加压泵，13.压力表，14.进气比例阀，15.抽气比例阀，16.过滤器，17.真空泵，18.恒流源输入器，19.恒流源单片机，20.恒流源三极管，21.恒流源模拟传感器，22.恒流源电阻器，23.正电流输出端，24.负电流输出端，25.传感器正输出端，26.传感器正输出端运算放大器，27.传感器负输出端，28.传感器负输入端运算放大器，29.正向运算放大器，30.反向运算放大器，31.传感器信号输出端，32.微分电路输入端，33.微分电路初始调整运算放大器，34.微分电路续继调整运算放大器，35.微分电路输出端，36.压力初始调整器，37.比例放大积分器，38.压力继续调整器，39.稳压器，40.压力电信号放大驱动，41.气路控制器，42.压力信号回馈器，43.压力微分器，44.16位直流输入端，45.12位直流输入端，46.参考直流源，47.DA转换比例运算放大器，48.直流输出端，49.电流输入端，50.主调整电路，51.副调整电路，52.副调整继发运算放大器，53.主调整继发电路，54.副调整三极管，55.主调整三极管，56.X1控制信号输出端，57.X2控制信号输出端，58.数字压力传感器接入端，59.微型计算机接入端，60.微型计算机分接口，61.数字压力传感器分接口，62.电平转换接口，63.RT输出端，64.RS输出端。

具体实施方式

结合附图作以详细说明

本发明装置由双传感器、比例阀门对、恒流源、传感器调理电路、实用微分电路、PID控制电路、高分辨率DA转换器、比例阀门驱动电路和串行接口相互连接构成。

本发明的装置采用高稳定高精密度模拟控制电路高紧密度PID控制器，基于数字石英谐振普通硅压阻双压力传感器和模拟电路的气压高稳定控制技术结构，可以实现0～1500kPa的压力信号的自动产生控制，控制精密度优于0.1％F.S，控制稳定性优于0.002％F.S。

a、双传感器

据图1所示，计算机1与通讯电路2、单片机3、模数转换单元4、模拟PID控制电路5、阀门驱动器6相互连接并信号供给气容7，同时气容与被检仪表相连通，压力源通过减压阀8减压供给气容，气容与真空泵8.1相通，经过减压的气体流经过比例阀门进入气容，调理放大电路10和模拟传感器9将压力信号转换成电信号，并回馈到模拟PID控制电路中，气容中所产生的电信号通过数字传感器11与计算机相连通，形成可控可显示的气压数字信号，成为双传感器。

通过双传感器可以实现气压精密输出，提高控制精密度。

普通硅压阻、谐振、应变式传感器的总在体精密度小于0.1％，加上温度的影响，其技术指标一般在0.1％～1％左右，该传感器的总体精密度主要由线性、压力迟滞和稳定性决定，三者互不相关，总体精密度按三者方和根计算，约为0.2％F.S。如果不经过有效的温度补偿和非线性修正，其技术指标很难达到0.01％F.S，但是，其压力响应特性较好，压力响应时间小于0.2ms，具有很好的动态特性，非常适合作为系统的压力过程控制传感器。

传感器的静态准确度是系统精密度控制的关键，同时，其动态特性也是系统控制动态特性和完成控制过程的首要因素。常用的普通气体压力传感器有振筒式压力传感器、应变式压力传感器和压阻式压力传感器等，这些传感器不具备信号调理和处理功能，没有压力输出的温度补偿和非线性校正功能，因此，其测量精密度较低。但是，正是由于其传感器的输出信号没有经过处理，因而其压力测量的动态性较好，能够很好的适应信号调理和控制电路。在现有的数字石英谐振压力传感器和霍尼维尔公司的智能传感器上加入了单片机和温度测量电路，对压力输出进行了滤波处理，温度、非线性补偿修正，具有测量精度高的特点，但在高精度模式下其压力测量时间较长，使得动态响应特性变差。

因此，该发明采用模拟和数字传感器进行气体压力测量与控制，使压力传感与控制具有响应速度快控制精度高的特点。

b、比例阀门对

据图2所示，加压泵12通过管路与压力表13连通，同时供给减压阀8，通过减压阀减压后供给进气比例阀14中，并与气容7相连通，然后通过抽气比例阀15、过滤器16与真空泵17相连通，气体经过气容形成气体压力信号，数字传感器11通过气容后供给模拟传感器9，形成模拟气压电信号。

执行元件的选择是自动控制系统的关键，在该发明中的关键是气体控制阀门的选择。在工业气压控制中通常采用调节阀和控制器控制，气压调压阀门的调节精度和控制灵敏度较差；定值器仅能实现单点的压力控制，两者都不适合作为自动压力控制器的执行元件。脉冲流体控制的高速开关电磁阀在原理上与普通电磁阀无本质区别，均是利用电磁力和弹簧配合驱动阀芯，改变气体的流向，快速接通和关断气路，实现流体的流量和流速的控制，但与普通电磁阀相比，高速开关电磁阀门阀芯的质量和行程都很小，因此其开关的速率较高，这种阀门通常采用PWM-脉宽控制方式，根据脉冲和占空比得到平均流量，其开关频率目前为50～2000Hz，其开关的分辨率有限，在开关的重复性和频率响应上，难以实现高精度的压力控制。目前，采用这种原理的气压控制器其精度仅仅达到0.1％F.S左右。

目前可以采用的电液伺服阀的成本高，应用和维护条件苛刻。比例型的电-机械转换器(比例电磁铁)应用于工业液压阀。比例控制型控制采用了压力、流量、位移、动压反馈及电校正手段，提高了阀的稳态精度和动态响应品质，其次是比例技术与插装阀已经结合，诞生了比例插装技术；比例控制泵为代表的比例容积元件的诞生。电液比例阀是比例控制系统中的主要功率放大元件，按输入电信号指令连续、成比例地控制液压系统的压力、流量等参数。与伺服控制系统中的伺服阀相比，在某些方面还有一定的性能差距，但它显著的优点是抗污染能力强，大大地减少了由污染而造成的工作故障，提高了液压系统的工作稳定性和可靠性；另一方面比例阀的成本比伺服阀低，结构也简单。比例阀按主要功能分类，分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀三大类，每一类又可分为直接控制和先导控制两种结构形式，直接控制用在小流量小功率系统中，先导控制用在大流量大功率中。

本发明通过比例阀门的测试筛选，根据响应特征性，为比例阀门配对，构成“比例阀门对”，控制气容内的进气量和排气量，实现压力控制。

“比例阀门对”气压控制

采用2个经过筛选的气动比例阀门，构成“比例阀门对”，设计了专用的驱动电路，实现了气体压力的自动控制，设定压力高于实用压力时，排气阀工作，使系统压力降低，反之，进气阀工作，使系统压力增高。

通过对系统设计的难点分析可以知道的，系统的关键问题是气路执行机构的设计、控制策略的确定和测量传感器的选取和控制方案的设计。本设计方案采用流量电磁比例阀门设计，比例阀门的最大输入压力为1500kPa，压力气路串接了一个气体减压阀，调整该阀门的设定减压范围，使得输入的压力减压至1500kPa，实用要求此压力大于输出设定压力上限1500kPa即可，即满足上限输出需要的压力，又能保护系统比例阀门不受损坏。不考虑死区的情况下，比例阀门的阀门开度与输入电压成正比，而直流控制电压的分辨率可以做得很高，16位D/A转换器的电压器分辨率达到了十万分之1.5，理论上，采用12位D/A和16位D/A的组合，其有效分辨率可以达到20位以上，完全符合系统十万分之三的控制分辨率的要求，可以实现压力的连续微调和微控。这种设计方案大大简化了系统的气路结构，降低了系统的成本和控制复杂性，提高了可靠性。

另一个重要问题是控制策略的设计，一方面由于气压控制的特殊性，即气的可压缩性、粘性的系统的非线性、气动执行元件的滞后和环境条件的不稳定性等因素，难以用常规的控制理论和现代控制理论建立精确的数学模型来设计系统控制方案。结合经典PID控制技术，设计了基于普通硅压阻压力传感器和模拟电子电路的PID模拟气压控制器，控制精度和控制稳定性和控制分辨率符合系统设计要求，在此基础上，结合数字PID控制精度数字式压力精密传感与测量，实现了气体压力的数字式精密测量与控制。

c、恒流源

据图3所示，由恒流源输入器18与恒流源运算放大器19和恒流源三极管20线路连接并接入到恒流源模拟传感器21中，通过恒流源电阻器22的作用共同构成恒流源控制器，三极管发射极输恒流源正端，电阻器22为恒流源负端，通过正输出端23和负输出端24为模拟传感器供电。

根据整机不确定度要求，模拟压力传感器选用EG&G1230型阻压传感器，其综合不确定度为0.1％F.S。传感器采用恒流源供电，为避免放大电路引入共模干扰，恒流源电路采用双电源供电，电路如图3所示。高稳定稳压集成电路Lm1403的输出电压为2.5V，根据理想运算放大器输入端“虚短”的概念，输入端2、3等电位，为-2.5V，运算放大器输入电阻很高，几乎不吸收电流，因此，流经电阻R28的电流由稳压集成电路MC1403的输出电压和电阻R28的阻值决定，只要电压和电阻的阻值不变，其电流也不变化，实现恒流源功能，这一电流由三极管通压力传感器提供，实现了传感器的恒流源供电。恒流源电流I0＝2.5/R28(A)，由于运算放大器的开环增益很高，因此恒流源的电流稳定度主要取决于基准电压和稳定度。

模拟控制电路

目前国内外还没有满足本发明技术所需要的高精度PID控制器，因此该电路需要配合设计。基于普通压阻压力传感器和模拟电路的气压高稳定控制技术，应用该技术可以实现0～1500kPa的压力信号的自动控制，控制精度优于0.01％F.S，制稳定性由于0.002％F.S。

模拟压力传感器供电电路

设计中，该模拟传感器的供电电流要求为1.5～2.0mA，集成电压标准源Lm1403输出电压为2.5V，精密电阻R28选用温度系数较小、稳定性较高的金属膜电阻，取值为1.6K，传感器的供电电流为2.5/1.6＝1.56mA，符合传感器供电要求，传感器的零点小于10mv，满度输出电压为85～90mv。

d、传感器调理电路

据图4所示，传感器正输入端25与传感器正输入端运算放大器26与传感器负输入端27与传感器负输入端运算放大器28共同为正向运算放大器29供电，又经过零点调整二极管及电阻为反向运算放大器30供电，经过分流电阻形成电流，通过传感器信号输出端31输出。

EG&G1230硅传感器是一单电桥，其输出阻抗2～3k，输出电压信号小于100mV，为了将传感器输出用于系统控制，必须将传感器的满量程输放大至5V左右，为保证信号调理电路不影响传感器的工作状态和工作性能，要求放大电路须具有较高的输入阻抗，几乎不从传感器吸收电流，同时，由于普通的运算放大器具有较大的失调电压和温度漂移，一般不用作微弱信号放大器。测量放大器具有输入阻抗、低失调电压、的温度漂移系数和稳定的放大倍数，设计中传感器信号放大电路选择测量放大电路。第一级是对称的相同放大器，提高输入阻抗和零点补偿电路，电路中电位W2用来调解调理电路的增益，使传感器调理电路的输出在满量程是符合要求，电位器WI用来调解调理电路的输出零位。

使用中，该电路若要达到稳定的放大效果，要求R1、R2、R3、R5、R4、R6、W2具有很高的稳定性。R3和R5，R4和R6不但具有很好稳定性，还要具有良好的对称性，R3＝R4，R5＝R6，设计中均采用精密绕线电阻。

WI是传感器零位补偿调整电位器，调整补偿范围取决于稳压二极管LM336和运算放大器输入电阻的比例，设计中采用LM336-2.5V稳压二极管，调整范围为-2.5V～+2.5V，对传感器输出的零位补偿的电压范围为-0.25V～+0.25V。

e、实用微分电路

据图5所示，电流通过微分电路输入端32经过电阻和电容同时供给微分电路初始调整运算放大器33和微分电路续继调整运算放大器34，然后通过可调电阻及定阻电阻供给微分电路输出端35，向外输出微分电流。

微分电路dp/dt是为了获得压力变化率或者系统误差变化率信号，实现PID控制的微分功能，构成压力变化率闭环，达到稳定控制目的。

微分电路在原理上很简单，实用微分电路的实现却很困难，因为微分环节本身容易引起系统的振荡，易受干扰，另外，微分电容参数的选取和被控制对象的响应特性有很大关系。由于该控制系统难以建立精确的数学模型，这一电路的参数调整通过多次试验来确定。

设计中对微分电容的要求：微分电容C漏电流要小，这里选择高频高压电容。

C20和C21是滤波电容，这里选用钽电容。

f、PID控制电路

据图6所示，压力给定与偏差调整信号供给压力初始调整器36，再经过压力信号比例放大器37、压力继续调整器38、稳压器39、压力电信号放大、驱动器40供给气路控制器41，其压力信号反馈于压力信号回馈器42和压力微分器43再回馈于压力继续调整器中。

Pt为压力调节器，设计成PI调节器。

pt为压力变化率调节器，设计成PI调节器。

A为功率放大器，产生控制气路阀门工作的驱动信号。

P为压力采样和信号放大电路，包括普通模拟压力传感器和放大电路。

dp/dt为压力变化率。

g、高分辨率DA转换器

据图7所示，16位DA转换器44、12位DA转换器输入端45及直流参考标准源46分别通过电阻向DA运算放大器47提供信号，形成稳定高分辨率电信号通过直流输出端48输出。

高分辨率DA转换器主要完成和上位计算机的通讯，压力给定值的D/A转换和调整控制。调整控制器由AdμC812单片机及其自带的12位D/A转换器，16位D/A转换器AD569系统构成。AdμC812单片机内部集成了CPU、8K字节的闪速(FLASH)程序存储器，数据存储器，2路12位D/A转换器。只需外接RS232接口芯口芯片ADM202E就可以和PC机串口相连，使用下载工具实现对AduC812的编程。在PC机上运行DEBUG程序还可以实现在线仿真调试和程序的下载、执行。改变AduC812的PSEN引脚的电平实现编程和运行状态的转换，PSEN通过下拉电阻接地为编程状态，悬空为程序运行状态。虽然AduC812单片机本身带有12位D/A转换器，但是满足不了系统分辨率要求，所以要外接16位D/A转换器AD569。

AdμC812单片机具有8051单片机的内核，同时又集成了模数、数模转换器，具有开发工具简单、资源丰富的特点，其内部的8K字节的EEPOM程序存贮器完全满足该系统的设计需要，并且系统的控制算法和界面管理、数据处理由上位PC计算机完成，克服了单片机数据处理速度和浮点运算能力低下的瓶颈，实现了两者的有机结合。

系统设计对D/A转换器的转换精度和长期稳定性要求不高，对其分辨率和短期稳定性要求较高，系统气压控制分辨率达0.001％，要求D/A转换器数字输出的分辨率为18位。常用的D/A转换器AD569的有效分辨率为16位，不满足要求，而18或20位D/A转换器价格昂贵，采用两个普通的D/A转换器组合输出，两者组合可以实现具有18位分辨率的D/A转换器。

AdμC812单片机系统从PC机串口接收压力数字给定指令，经D/A转换成模拟量传送到压力控制器，待压力输出和给定达到平衡后，再由PC机发出偏差调整控制指令给调整控制器，通过D/A转换器发出调整控制码，调整压力控制器的压力输出值。

h、比例阀门驱动电路

据图8所示，电流输入端49通过电阻分别供给主调整运算放大器50、副调整运算放大器51，然后经过副调整继发运算放大器52和主继发调整运算放大器53再经过副调整三极管54和主调整三极管55供给X1控制信号输出端56与X2控制信号输出端57，形成比例阀门驱动控制信号输出。

电磁阀门驱动电路的作用是控制电路输出的电压经过驱动电路作用到阀门上，由于比例电磁阀门存在着较大的死区电压，同时控制电路输出的控制量根据控制策略具有正负极性，驱动电路要求具有绝对值功能，又能克服死区限制。

比例电磁阀门具有结构简单可靠、控制精度高、稳定性好的特点，并且，其电流驱动电路已经进行了固态处理，只需要控制电压，无需用户再考虑设计功率驱动电路。

i、串行接口

据图9所示，数字压力传感器接入端58通过数字压力传感器分接口61供给电平转换接口62，微型计算机接入端59也通过微型计算机分接口60供给电平转换接口，其中从电平转换接口引出RT输出端63和RS输出端64，连接至上位计算机。

通讯电路设计

为更好的节省计算机资源，避免配置多串口扩展卡，设计了多串口仪器连接方案，实现了在一个计算机串行接口上，挂接单片机AduC812控制的模拟压力控制器和数字石英谐振压力传感器。

在总线模式中，既可以将多个设备并接在总线上，通过设备选择区分设备，也可以通过地址码区分设备，并行连接设备对总线的驱动能力要求较高。系统设计采用串接方式，以地区码区分设备的方式进行设计。

在设计中，计算机发出的指令均带有标识作用对象的地址码，带有指令对象地址码的RS232控制指令首先到达地址码为02的模拟压力控制器，模拟压力控制器按位接收指令，同时将该指令通过发送端推出，由地址码位01的数字式石英谐振压力传感器接收，这样，一个指令串相继被两个设备接收译码，接受设备将地址与自身的地址码比较，决定是否执行指令，与自己地址码相同则译码执行；不同则忽略，这种方案使得第二个设备在时间上仅仅落后了几个单片机的指令周期。

本发明的工作过程是：

由计算机通过键盘输入需要的压力值，由软件将其转换成对应数字量，并通过接口通讯电路送入单片机，单片机控制高分辨率转换器转换成对应电压，模拟传感器在恒流源电路、放大电路配合下，将测得的实际压力转成电压信号，这两个电压差值为系统控制基本信号，给后续PID控制，放大驱动阀门工作，如果气容压力低于设定压力，则模拟传感器电压小于D/A转换器输出，致使进气阀门打开，气体注入气容，气容内压力升高，反之排气阀门打开工作，气体自气容内排出，气容内压力降低，如此反复工作，直至两电压相等。再由计算机采样数字石英传感器测量值，依此对系统气容内压力进入修正，通过修改数字量，完成这一过程，同样反复工作，使数字石英传感器测量值等于设定值，完成气压精密、稳定控制。

本发明的装置能够实现的压力范围0～1500kPa，不确定度达0.01％F.S，控制稳定性优于0.002％F.S，压力控制过程快速、平稳。可以实现0～1500kPa连续调整的高分辨率、高稳定性的气压标准信号的产生与控制。

Claims (8)

1、比例阀门对精密气压控制装置，其特征是：由双传感器、比例阀门对、恒流源、传感器调理电路、实用微分电路、PID控制电路、高分辨率DA转换器、比例阀门驱动电路和串行接口相互连接构成；

其中：双传感器由计算机(1)与通讯电路(2)、单片机(3)、模数转换单元(4)、模拟PID控制电路(5)、阀门驱动器(6)相互连接并信号供给气容(7)，同时气容与被检仪表相连通，压力源通过减压阀(8)减压供给气容，气容与真空泵(8.1)相通，经过减压的气体流经过比例阀门进入气容，调理放大电路(10)和模拟传感器(9)将压力信号转换成电信号，并回馈到模拟PID控制电路中，气容中所产生的电信号通过数字传感器(11)与计算机相连通，形成可控、可显示的气压数字信号；

其中：比例阀门对由加压泵(12)通过管路与压力表(13)连通，同时供给减压阀(8)，通过减压阀减压后供给进气比例阀(14)中，并与气容(7)相连通，然后通过抽气比例阀(15)、过滤器(16)与真空泵(17)相连通，气体经过气容形成气体压力信号，数字传感器(11)通过气容后供给模拟传感器(9)，形成模拟气压电信号。

2、根据权利要求1所述的比例阀门对精密气压控制装置，其特征是：恒流源由由恒流源输入器(18)与恒流源运算放大器(19)和恒流源三极管(20)线路连接并接入到恒流源模拟传感器(21)中，通过恒流源电阻器(22)的作用共同构成恒流源控制器，三极管发射极输恒流源正端，电阻器(22)为恒流源负端，通过正输出端(23)和负输出端(24)为模拟传感器供电。

3、根据权利要求1所述的比例阀门对精密气压控制装置，其特征是：传感器调理电路由传感器正输入端(25)与传感器正输入端运算放大器(26)与传感器负输入端(27)与传感器负输入端运算放大器(28)共同为正向运算放大器(29)供电，又经过零点调整二极管及电阻为反向运算放大器(30)供电，经过分流电阻形成电流，通过传感器信号输出端(31)输出。

4、根据权利要求1所述的比例阀门对精密气压控制装置，其特征是：实用微分电路由电流通过微分电路输入端(32)经过电阻和电容同时供给微分电路初始调整运算放大器(33)和微分电路续继调整运算放大器(34)，然后通过可调电阻及定阻电阻供给微分电路输出端(35)，向外输出微分电流。

5、根据权利要求1所述的比例阀门对精密气压控制装置，其特征是：PID控制电路由压力给定与偏差调整信号供给压力初始调整器(36)，再经过压力信号比例放大器(37)、压力继续调整器(38)、稳压器(39)、压力电信号放大、驱动器(40)供给气路控制器(41)，其压力信号反馈于压力信号回馈器(42)和压力微分器(43)再回馈于压力继续调整器中。

6、根据权利要求1所述的比例阀门对精密气压控制装置，其特征是：高分辨率DA转换器由16位DA转换器(44)、12位DA转换器输入端(45)及直流参考标准源(46)分别通过电阻向DA运算放大器(47)提供信号，形成稳定高分辨率电信号通过直流输出端(48)输出。

7、根据权利要求1所述的比例阀门对精密气压控制装置，其特征是：比例阀门驱动电路由电流输入端(49)通过电阻分别供给主调整运算放大器(50)、副调整运算放大器(51)，然后经过副调整继发运算放大器(52)和主继发调整运算放大器(53)再经过副调整三极管(54)和主调整三极管(55)供给X1控制信号输出端(56)与X2控制信号输出端(57)，形成比例阀门驱动控制信号输出。

8、根据权利要求1所述的比例阀门对精密气压控制装置，其特征是：串行接口由数字压力传感器接入端(58)通过数字压力传感器分接口(61)供给电平转换接口(62)，微型计算机接入端(59)也通过微型计算机分接口(60)供给电平转换接口(62)，其中从电平转换接口引出RT输出端(63)和RS输出端(64)，连接至上位计算机上。

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