CN101853034B - 流量控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种流量控制装置，各流量控制装置相互不会干涉，可得到设定定器所设定的正确流量。该流量控制装置接受来自外部的电源供给并进行动作，具有流过流体的流路、调节该流路的开度的电磁阀(20)、驱动该电磁阀的阀驱动电路(21)、对流经流路的流体流量进行测定的流量测定部、对阀驱动电路给与指示信号以使得流量与设定值一致的控制部，该流量控制装置还具有：将作为设定值输入的模拟电压值或模拟电流值变换为规定的数字值或模拟值并传输的模拟输入电路(23)；根据所测定的流量和从所述模拟输入电路传输来的数字值或模拟值输出指示信号的控制部(22)；将所述控制部与所述阀驱动电路进行电气绝缘，并将来自所述控制部的指示信号传输给所述阀驱动电路的信号传输部；使所述模拟输入电路和所述控制部与阀驱动电路电气绝缘的，并且对所述模拟输入电路和所述控制部提供电源的绝缘型电源电路；以及对所述阀驱动电路提供电源的非绝缘型电源电路。

Description

流量控制装置

技术领域

本发明涉及一种可以消除受到阀驱动电路影响而产生的干涉，并能正确地调节阀的开闭来控制流量，且可实现低成本、小型化的流量控制装置。

背景技术

在现有技术中，作为流量控制装置，已经开发出了容易与设定流量的设定器从外部(数字机器等)进行连接的装置。举例来说，已知有这样的流量控制装置：测定流经流路的流体的流量，通过控制手段对调整阀进行控制以使得流经流路的流体的流量达到设定的流量。(例如，参照专利文献1)。

又，作为流量控制装置的流量设定方法，已有使用设置在与该流量控制装置连接的设定器上的输入键输入设定值的输入方法和通过模拟信号进行设定的方法。其他，还有通过RS-485缆等将该装置与个人电脑可通信地进行连接，从个人电脑发送设定值的方法。以下对这些设定方法中采用模拟信号的现有的流量控制装置进行说明。

图2是显示通过模拟信号进行流量控制的现有流量控制装置的阀驱动电流的第一电流经路的构成图。在图2中，符号1为通过多个信道输出与所设定的流量相应的模拟信号(流量设定信号)的设定器。操作者可以对各信道设定任意的流量。符号2表示流量控制装置A，符号3表示流量控制装置B。像这样的流量控制装置2、3以相互非绝缘的状态与设定器1的各信道连接。设定器1的各信道(CH1、CH2)分别具有正极(+)以及负极(-)，各个负极相互连接导通(非绝缘状态)以使得其具有相同电位。下面将对这样的流量控制装置2、3进行说明，由于符号2、3表示的装置具有同样的构成，具体对符号2表示的流量控制装置A进行说明。

流量控制装置A具有：对通过气体等的流路的开闭进行调节的电磁阀10，驱动电磁阀10的阀驱动电路11，对阀驱动电路11输出指示信号的作为控制部的微型计算机12(下面称为“微机”)，接收来自设定器1的模拟信号并送到微机12的模拟输入电路13。此外，还具有由外部电源4提供直流电力的第一电源电路14和第二电源电路15。微机12例如是单片机，内部设置有图未示的CPU、ROM、RAM。另外，流量控制装置A作为流量测定部应该具有以下专利文献1所示的(1)～(5)的构成，但为了使附图简洁易懂，故省略其图示。(1)流过流体的流路、(2)检测流经流路的流体的流动的检测元件、(3)处理从检测元件输出的检测信号的信号处理电路、(4)将从信号处理电路输出的模拟信号变换为数字信号的变换部、(5)根据从变换部输出的数字信号，对流过流路的流体的流量进行运算并输出的运算部。又，这些结构(1)～(5)的功能已被以下专利文献1所公开，因此省略其说明。

在例如使用多个控制燃烧器燃烧用气体的流量控制装置的情况下，采用的是将各流量控制装置2、3与设定器1的模拟输出信道(CH1、CH2、……)连接，由设定器1对各流量控制装置2、3输出流量设定信号的方法。

专利文献1日本特开2000-205917号公报(第3页～6页，特别是第6页，图1)

发明要解决的课题

然而，出于成本上的考虑，用户大多使用各输出信道间不绝缘型的设定器。使用这样的设定器1，上述专利文献1或通过模拟信号进行流量设定的现有的流量控制装置，与共通的外部电源4连接时，驱动电磁阀的阀驱动电路的驱动电流不仅如图2的单点划线所示的电流经路I1那样流动，还会如图2的双点划线所示的电路经路I2那样流动(仅图示电源线的一极侧)。

也就是说，以流量控制装置2为研究对象，对设定器1设定0～5V的电压的情况下，流量控制装置2的模拟输入电路13通常仅流过几μA的电流，但驱动电磁阀10的电流最大为几百毫安(mA)。该阀驱动电流介由设定器1和流量控制装置3也流经双点划线所示的电流经路I2。这样，模拟输入电路13的信号受到影响输入到微机12的设定值产生误差。进一步的，由于流量控制装置2进行动作以使得流量始终与流量设定值一致，因此在流量设定值发生变化或者供给气体的压力发生变化的情况下，阀驱动电流也发生很大的变化，从而对于模拟输入电路13的影响也变得不确定。

又，图3显示与图2同样的构成，是显示第二电流经路的结构图分别显示了流量控制装置3的电流经路I1和电流经路I2。流量控制装置3的阀驱动电流流经该流量控制装置3的模拟输入电路，并且也流过流量控制装置2的模拟输入电路13。结果导致流量控制装置3的阀驱动电流的变化对流量控制装置2的流量设定值造成变动的影响。如上所述，由于流量控制装置2的阀驱动电流的变化也会对流量控制装置3造成影响，因此，流量控制装置2和流量控制装置3相互干涉影响，存在着所连接的流量控制装置的台数越是增加，由于复杂的相互干涉造成流量设定值的稳定性越是恶化，结果控制流量的稳定性也恶化了的问题。

发明内容

为了解决上述问题，提出对向模拟输入电路或阀驱动电流提供电源的电源电路进行绝缘的方案。在对模拟输入电路进行绝缘的情况下，可以考虑在由设定器对模拟输入电路进行信号输入之前设置隔离器，但是其具有如果不正确地变化信号就会发生设定误差、制造成本升高等缺点。因此，作为电源电路的绝缘方法，考虑在电源电路中增加绝缘型DC-DC转换器。此时，即使在电源侧有百分之几的变化误差也不会造成什么问题，且在制造成本上，也是电源电路侧绝缘更加有利。

图4是在所述图2和图3的流量控制装置2、3的电源电路上连接作为第三电源电路16的绝缘型DC-DC转换器时的构成图，其是本发明涉及到的技术，未为公知。又，对于图4的各构成，由于已在前述图2和图3的说明中叙述，故而省略。流量控制装置2、3的电磁阀10的孔径根据控制的流量范围不同而不同，因此必要的驱动力，即必要的最大驱动电流也不同。

在流量控制装置2、3中连接第三电源电路16(绝缘型DC-DC转换器)的图4中，由于流量控制装置2、3的状态相同，此处仅着眼于流量控制装置2的阀驱动电流11中的电流路径I2进行说明。阀驱动电路11的电流，如电流经路I1那样，首先在C1位置处被遮断，不直接流入外部电源4。又，虽然电路经路I2通过流量控制装置2的模拟输入电路13和设定器1，也流入流量控制装置3的模拟输入电路13，但是在C2位置处被流量控制装置3的第三电源电路16(绝缘型DC-DC转换器)遮断了，因此可以完全消除在图2和图3中所述的由于电流造成的流量控制装置2和流量控制装置3间的相互干扰。

但是，流量控制装置2、3需要使用对应于电磁阀10的最大驱动电流的容量的DC-DC转换器，例如，随着通过的气体的最大流量的不同而不同。特别是，如果为大流量用的流量控制装置2、3的话，孔径则变大，因此需要更大的驱动电流，必须使用大容量的DC-DC转换器，从而制造成本增加且体积也变大了。因此，具有无法实现第三电源电路16(绝缘型DC-DC转换器)的共通化、以及用来安装第三电源电路16、模拟输入电路、阀驱动电路等的电路基板的共通化等各种不良的情况。

本发明的目的在于提供一种即便在一台设定器连接多台流量控制装置的情况下也能使得流量控制装置之间不相互干涉的流量控制装置。

解决技术问题的手段

本发明的技术方案1所记载的流量控制装置，接受来自外部的电源供给并进行动作，其具有：流过流体的流路、调节该流路开度的电磁阀、驱动该电磁阀的阀驱动电路、对流经流路的流体流量进行测定的流量测定部、对阀驱动电路给与指示信号以使得流量与设定值一致的控制部，该流量控制装置还具有：将作为设定值输入的模拟电压值或模拟电流值变换为规定的数字值或模拟值并进行传输的模拟输入电路；根据所测定的流量和从所述模拟输入电路传输来的数字值或模拟值输出指示信号的控制部；将所述控制部与所述阀驱动电路进行电气绝缘，并将来自所述控制部的指示信号传输给所述阀驱动电路的信号传输部；使所述模拟输入电路和所述控制部与阀驱动电路电气绝缘的，并且对所述模拟输入电路和所述控制部提供电源的绝缘型电源电路；以及对所述阀驱动电路提供电源的非绝缘型电源电路。

这样，可使得阀驱动电路与模拟输入电路及控制部绝缘。

本发明的技术方案2所记载的流量控制装置，其具有：设定并输出流量的设定器、提供规定直流电压的外部电源、流过流体的流路、调节该流路开度的电磁阀；以及驱动该电磁阀的阀驱动电路、对流经流路的流体流量进行测定的流量测定部、对阀驱动电路给与指示信号以使得流量与设定值一致的控制部，该流量控制装置还具有：将作为设定值从所述设定器输入的模拟电压值或模拟电流值变换到规定的数字值或模拟值并进行传输的模拟输入电路；根据所测定的流量和从所述模拟输入电路传输来的数字值或模拟值输出指示信号的控制部；将所述控制部与所述阀驱动电路进行电气绝缘，并将来自所述控制部的指示信号传输给所述阀驱动电路的信号传输部；将所述外部电源与所述模拟输入电路以及所述控制部电气绝缘，将来自所述外部电源的供给电压变换为规定电压并对所述模拟输入电路和所述控制部进行电源供给的绝缘型电源电路；以及直接和所述外部电源连接的，将来自所述外部电源的供给电压变换为规定电压并对所述阀驱动电路进行电源供给的非绝缘型电源电路。

这样，可消减流量控制装置的自我干扰，使得设定器设定的值能从模拟输入电路正确地输出。

本发明的技术方案3所记载的流量控制装置，在技术方案2所记载的流量控制装置中，该流量控制装置还具有：将来自所述控制部的指示信号传输给所述阀驱动电路，同时遮断由所述阀驱动电路发生的电流的电流遮断部；对第一电源电路和第二电源电路提供必要的最小电压的同时，遮断由所述第一电源电路和所述第二电源电路所产生的电流的第三电源电路，所述第一电源电路对所述模拟输入电路供给电源，所述第二电源电路对所述控制部提供电源；直接和所述外部电源连接的，对所述阀驱动电路提供稳定后电压的第四电源电路。

本发明的技术方案4所记载的流量控制装置，在如技术方案1-3任一项所述的流量控制装置中，所述绝缘型电源电路内置有至少一种以上的线性调整器和向所述线性调整器提供必要最小电压以上容许最大电压以下的电压的非稳定输出的绝缘型DC-DC转换器，所述线性调整器分别输出预先设定的一定的电压。

这样可消减流量控制装置的自我干扰，并向阀驱动电路提供稳定后的电压。

本发明的技术方案5记载的流量控制装置，在如技术方案2-4任一项所述的流量控制装置中，所述设定器具有多个输出信道，所述多个输出信道与至少两个以上所述流量控制装置连接，所述流量控制装置通过所述信号传输部和所述绝缘型电源电路相互绝缘。

这样，可消减多个流量控制装置间的相互干扰，将设定器设定的值正确地从模拟输入电路中输出，通过各电磁阀的调节消除流路中流过的流量误差。

发明的效果

根据本发明，能够提供一种即便在一台设定器连接一台或多台流量控制装置的情况下，也能使得各流量控制装置间不会发生自我干涉和相互干涉，并且制造成本低、体积小的流量控制装置。

附图说明

图1是显示本发明的流量控制装置的概略的构成图。

图2是显示现有的流量控制装置的概略以及第一电流经路的构成图。

图3是显示现有的流量控制装置的概略以及第二电流经路的构成图。

图4是显示与本发明的流量控制装置关联的流量控制装置的构成图。

具体实施方式

下面基于附图对本发明的流量控制装置进行详细说明。在上述“背景技术”和“所要解决的技术问题”中，仅使电源电路与其他电路绝缘。本发明的流量控制装置的结构为，电源电路和阀驱动电路与其他电路绝缘。图1是本发明的流量控制装置的构成图，在上述“背景技术”和“所要解决的技术问题”中所述的设定器上连接本发明的流量控制装置5、6。

流量控制装置5、6具有比例式电磁阀20、阀驱动电路21、微机(控制部)22、模拟输入电路23、第一电源电路24、第二电源电路25。又，流量控制装置5、6还具有作为信号传达部的光耦合器26、作为第三电源电路27的DC-DC转换器，和第四电源电路28。以下，可将第一至第三电源电路的一部分或者全部统称为绝缘型电源电路。另外，流量控制装置5、6作为流量测定部应该具有上述专利文献1所示的如下(1)～(5)的构成，但为了使附图简洁易懂，故省略其图示。(1)流过流体的流路、(2)检测流经流路的流体的流动的检测元件、(3)处理从检测元件输出的检测信号的信号处理电路、(4)将从信号处理电路输出的模拟信号变换为数字信号的变换部、(5)根据从变换部输出的数字信号，对流过流路的流体的流量进行运算并输出的运算部。又，这些结构(1)～(5)的功能已被上述专利文献1所公开，因此省略其说明。

电磁阀20比例式调节流体的流路的开闭，理想的状况是，在小流量时需要最大约100毫安(mA)的动作电流，在大流量时需要最大约400毫安(mA)的动作电流。阀驱动电路21中内置有用于驱动电磁阀20的功率晶体管或功率MOS·FET等，采用例如，电压驱动方式、电流驱动方式、或者直接脉冲驱动方式等方法。

微机22将指示信号传达给阀驱动电路21使得由设定器1设定的流量通过，在本实施例中，例如使用单片微机，其由图1未显示的CPU、ROM、RAM或者EEPROM等构成。随着气体种类等不同而不同的流量和开闭阀的供给值等预先存储在RAM或EEPROM中，根据存储在ROM中的工序，由CPU进行运算并将判定结果作为指示信号输出。

模拟输入电路23由输入电压范围限制电路和A/D转换器构成。本实施例中，设定器1设定的流量设定值通过设置在模拟输入电路23中的A/D转换器，将作为电压值的模拟信号转换为数字信号后再传送至微机22。又，A/D转换器也可使用内设于微机22中的A/D转换器，此时就不需要在模拟输入电路23中设置A/D转换器了。例如，可采用本申请人在日本专利公报特开2000-205917中公开的模拟输入电路。又，设定器1所输出的设定信号也可以是模拟电流值(例如4～20mA)，此时，需要在模拟输入电路23的输入端子间连接电流-电压变换用的精密电阻器(例如250Ω±0.1％)。

第一电源电路24是构成模拟输入电路23的演算放大器用电源(+12V)，较理想的是使用三端子调整器等的输出电压可变型线性调整器。第二电源电路25是设置在微机22或本实施例的模拟输入电路23中的A/D转换器用的电源(+5V)，较理想的是使用三端子调整器的线性调整器。

光耦合器26对微机12和阀驱动电路21之间进行绝缘，并且将微机12输出的PWM(Pulse Width Modulation：脉冲宽度调制)信号传送给阀驱动电路21。又，该光耦合器26的外部设置有用于限制光耦合器(发光侧)电流的电阻R。

第三电源电路27是作为绝缘型DC-DC转换器的绝缘型切换电源，只要在后段的第一电源电路24所必要的最小电压以上且在容许的最大电压以下的范围内，即使输出电压不进行稳定化也没关系。一般来说，在输出电压不稳定的情况下，由于输出电流变化输出电压也大幅变化，因此如果输出电流增大则后段电路所必要的最小电压值将无法维持，相反如果输出电流减小则后段电路中的容许最大供给电压就可能会被超过。因此，前述的图4的第三电源电路16(DC-DC转换器)的情况下，需要使输出稳定，并输出不受阀驱动电流的变化影响的稳定的电压。然而，在本实施例1的第三电源电路27的情况下，由于没有向阀驱动电路21直接供给电源，因此完全不会受到阀驱动电流变化的影响，且由于模拟输入电路23和微机22的消耗电流几乎没有变化，即使不对第三电源电路27的输出进行稳定化，输出电压也不会有大的变动。因此，不需要担心无法维持第一电源电路24所必要的最小电压值，也不需要担心超过容许的最大供给电压。即，与前述图4的第三电源回路16(DC-DC转换器)相比，可实现简单的电路构成，并可实现制造成本低降低和小型化。

进一步的，由于该第三电源电路27不直接对阀驱动电路21提供电源，因此只要在遮断第一电源电路24、第二电源电路25的电流的同时，输出可对模拟输入电路23和微机22进行电源供给的最小限度的电压·电流即可，与阀的种类、流路的大小和孔径无关，可由流量控制装置5、6共通使用。

第四电源电路28是阀驱动电路21用的电源(+5V)，理想的情况是使用三端子调整器等的线性调整器。此处使用第四电源电路28的目的是为了将外部电源4提供的供给电压转换为阀驱动电路21所必要的设定电压并提供，例如，其使用于阀驱动电路21检测光耦合器26的受光侧的光电晶体管的开启·闭合的电压源，及驱动前述的功率晶体管的基极电压或驱动功率MOS·FET的栅极电压。

具有上述构成的流量控制装置5、6通过光耦合器26和第三电源电路27，如图1所示虚线(D-D’)那样，将外部电源4和阀驱动电路21与模拟输入电路23进行绝缘。这样，外部电源4直接对阀驱动电路21提供电源(+24V)。

也就是说，通过设置在设定器1上的输入键或来自计算机的通信可分别对流量控制装置2、3的流量进行设定。该设定值若以流量控制装置2为例来说明，则设置在电压值0～5V的范围内作为模拟信号传输到模拟输入电路中。接收到设定值的模拟输入电路13，通过内置的A/D转换器将该模拟信号转换为数字信号，并传输到微机12。接收到数字信号的微机12，为了使得由设定器1设定的流量流过，计算并判定阀开闭到何种程度较好并将其指示信号传输到光耦合器26。光耦合器26使得微机12和阀驱动电路11绝缘，同时将微机12输出的脉冲信号传输到阀驱动电路11。

从而，电磁阀10通过阀驱动电路11调节开闭流路的阀(图未示)，设定使得流体以设定器1设定的量流动。而且，驱动阀驱动电路11的电源直接从外部电源4获得24V的电源作为动力源。此时，如上所述，基于虚线D-D’，阀驱动电路21与模拟输入电路13和微机12相互绝缘，因此即使单个或者多个流量控制装置5、6连接到设定器1，也可以减小自我干扰和相互干扰，并使得流过设定器1所设定的正确流量。

又，本实施例中设定器1所输出的设定信号设为0～5V的电压值，但是不限于此，也可以是1～5V的电压值，或者前述的4～20mA的电流值。

Claims (7)

1.一种流量控制装置，该流量控制装置接受来自外部的电源供给并进行动作，其具有流过流体的流路、调节该流路的开度的电磁阀、驱动该电磁阀的阀驱动电路、对流经流路的流体流量进行测定的流量测定部、对阀驱动电路给与指示信号以使得流量与设定值一致的控制部，其特征在于，该流量控制装置还具有：

将作为设定值输入的模拟电压值或模拟电流值变换为规定的数字值或模拟值并进行传输的模拟输入电路；

根据所测定的流量和从所述模拟输入电路传输来的数字值或模拟值，输出指示信号的控制部；

将所述控制部与所述阀驱动电路进行电气绝缘，并将来自所述控制部的指示信号传输给所述阀驱动电路的信号传输部；

使所述模拟输入电路和所述控制部与阀驱动电路电气绝缘，并且对所述模拟输入电路和所述控制部提供电源的绝缘型电源电路，所述绝缘型电源电路为绝缘型DC-DC转换器；

以及对所述阀驱动电路提供电源的非绝缘型电源电路。

2.一种流量控制装置，该流量控制装置具有：设定流量并输出的设定器、提供规定直流电压的外部电源、流过流体的流路、调节该流路开度的电磁阀、驱动该电磁阀的阀驱动电路、对流经流路的流体流量进行测定的流量测定部、对阀驱动电路给与指示信号以使得流量与设定值一致的控制部，其特征在于，该流量控制装置还具有：

将作为设定值从所述设定器输入的模拟电压值或模拟电流值变换为规定的数字值或模拟值并进行传输的模拟输入电路；

根据所测定的流量和从所述模拟输入电路传输来的数字值或模拟值，输出指示信号的控制部；

将所述控制部与所述阀驱动电路进行电气绝缘，并将来自所述控制部的指示信号传输给所述阀驱动电路的信号传输部；

将所述外部电源与所述模拟输入电路以及所述控制部进行电气绝缘，并将来自所述外部电源的供给电压变换为规定电压提供给所述模拟输入电路和所述控制部电源的绝缘型电源电路，所述绝缘型电源电路为绝缘型DC-DC转换器；

以及直接与所述外部电源连接，将来自所述外部电源的供给电压变换为规定电压并对所述阀驱动电路进行电源供给的非绝缘型电源电路。

3.如权利要求2所述的流量控制装置，其特征在于，该流量控制装置还具有：

将来自所述控制部的指示信号传输给所述阀驱动电路，同时遮断由所述阀驱动电路发生的电流的电流遮断部；

对第一电源电路和第二电源电路提供必要的最小电压的同时，遮断由所述第一电源电路和所述第二电源电路所产生的电流的第三电源电路，所述第一电源电路对所述模拟输入电路供给电源，所述第二电源电路对所述控制部提供电源；

直接与所述外部电源连接、对所述阀驱动电路提供稳定的电压的第四电源电路。

4.如权利要求1所述的流量控制装置，其特征在于，所述绝缘型电源电路内置有至少一种以上的线性调整器，和向所述线性调整器提供必要最小电压以上容许最大电压以下的电压的非稳定输出的绝缘型DC-DC转换器，所述线性调整器分别输出预先设定的一定的电压。

5.如权利要求2或3所述的流量控制装置，其特征在于，所述绝缘型电源电路内置有至少一种以上的线性调整器，和向所述线性调整器提供必要最小电压以上容许最大电压以下的电压的非稳定输出的绝缘型DC-DC转换器，所述线性调整器分别输出预先设定的一定的电压。

6.如权利要求2或3所述的流量控制装置，其特征在于，所述设定器具有多个输出信道，所述多个输出信道连接有至少两个以上所述流量控制装置，所述流量控制装置通过所述信号传输部和所述绝缘型电源电路相互绝缘。

7.如权利要求5所述的流量控制装置，其特征在于，所述设定器具有多个输出信道，所述多个输出信道连接有至少两个以上所述流量控制装置，所述流量控制装置通过所述信号传输部和所述绝缘型电源电路相互绝缘。

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