CN103542118B - 多开度轴向缝隙式流量阀及其控制电路和控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种多开度轴向缝隙式流量阀及其控制电路和控制方法，阀体结构包括阀腔和阀芯，阀腔上设有进水口和出水口，其特征在于：所述进水口位于阀腔的侧壁，出水口位于阀腔的轴向端壁，二者之间由一段斜壁相连形成一个楔形腔室，所述阀芯为楔形阀芯，该阀芯一端的斜面与所述进水口和出水口之间的斜壁相适应，阀芯另一端通过丝杆连接在电机的输出轴上，通过电机和丝杆带动阀芯在轴向移动实现阀门开度的控制。其显著效果是：通过电机带动丝杆来控制阀芯的轴向位置，将阀芯与阀腔斜壁之间的缝隙作为流量控制标准，实现不同阀门开度的控制，阀体结构简单，加工方便，提高流量控制时的精确度。

Description

多开度轴向缝隙式流量阀及其控制电路和控制方法
技术领域
本发明涉及流量阀阀体结构和控制技术，具体地讲，是一种多开度轴向缝隙式流量阀及其控制电路和控制方法。
背景技术
目前，用于大型农田灌溉喷雾系统中的电动流量阀主要有针阀式、偏心槽式、轴向三角槽式等等，各种阀体结构复杂，加工难度大，往往只具备开、关两种状态，控制精度低，在精细农业灌溉生产中，难以实现精确调节，特别是在农用喷药过程中，常常由于流量阀无法精确调节导致农药对环境污染甚至农药残留超标。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的之一在于提供一种多开度轴向缝隙式流量阀，通过控制轴向阀芯与阀腔之间的缝隙来实现不同阀门开度的流量控制，简化阀体结构的复杂性，提供多种阀门开度的流量控制。
为达到上述目的，本发明的所采用的具体技术方案如下：
一种多开度轴向缝隙式流量阀，包括阀腔和阀芯，所述阀腔上设有进水口和出水口，其关键在于：所述进水口位于阀腔的侧壁，出水口位于阀腔的轴向端壁，二者之间由一段斜壁相连形成一个楔形腔室，所述阀芯为楔形阀芯，该阀芯一端的斜面与所述进水口和出水口之间的斜壁相适应，阀芯另一端通过丝杆连接在电机的输出轴上，通过电机和丝杆带动阀芯在轴向移动实现阀门开度的控制。
为了实现多个阀门开度的精确控制，所述阀芯的底部嵌设有磁珠，在阀腔的底壁上安装有2～6个霍尔传感器。
霍尔传感器的数量根据所需阀门开度的数量确定，如果阀门只需要全开和全闭两种状态，则只需要设置2个霍尔传感器，如果需要增设一个半开状态，则多设置一个霍尔传感器，以此类推，磁珠和每个霍尔传感器的具体位置则根据不同阀门的尺寸设置，具体可以理解为，每一个霍尔传感器的位置对应一种阀门开度，当阀芯处于该开度状态下时，阀芯中的磁珠与相应的霍尔传感器对齐。
为了实现流量自动控制，在所述进水口上连接电磁阀。
为了保证阀芯与阀腔之间的密封效果，在所述阀腔的内壁与所述阀芯之间还设置有密封圈。
根据具体应用场景的需要，所述阀芯的斜面倾斜角为30°～60°。
本发明的目的之二在于提供一种能够实现上述流量阀自动控制的控制电路，具体为：
所述2～6个霍尔传感器分别连接在单片机上，该单片机通过电机驱动模块控制所述电机，该单片机还通过电磁阀驱动模块控制所述电磁阀，在所述单片机上还连接有用于输入阀门开度信息的输入模块。
作为进一步描述，所述输入模块为键盘输入模块或RS232串口模块。采用键盘输入模块可以直接在本地输入相应的控制参数，采用RS232串口模块，则可以与上位机相连，利用上位机实现系统远程控制。
本发明的目的之三还在于提供一种基于上述控制电路的控制方法，使其能够对流量阀中的流量实现精确控制，具体步骤为：
步骤1：开始运行，单片机通过输入模块读取流量阀的预设开度值K；
步骤2：单片机通过电磁阀驱动模块和电机驱动模块分别控制电磁阀和电机复位，使得电磁阀处于关闭状态，流量阀的阀芯处于全开状态；
步骤3：单片机判断预设开度值K所对应的霍尔传感器是否发出磁珠到位信号；如果发出，则进入步骤4；如果未发出，则进入步骤31；
步骤31：单片机通过电机驱动模块控制电机转动，延时1-2s后返回步骤3；
步骤4：单片机通过电磁阀驱动模块开启电磁阀，流量阀控制步骤结束。
结合某一实施场景的需要，所述预设开度值K＝0、0.5或1。
本发明的显著效果是：通过电机带动丝杆来控制阀芯的轴向位置，将阀芯与阀腔斜壁之间的缝隙作为流量控制标准，实现不同阀门开度的控制，阀体结构简单，加工方便，利用阀芯上的磁珠和阀腔上霍尔传感器可以实现多个开度的定量控制，降低了控制难度，提高流量控制时的精确度。
附图说明
图1为本发明阀门全开状态下的结构示意图；
图2为本发明阀门全闭状态下的结构示意图；
图3为本发明的阀芯结构图；
图4为本发明的控制电路原理框图；
图5为本发明的控制方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式以及工作原理作进一步详细说明。
如图1-图3所示，一种多开度轴向缝隙式流量阀，包括阀腔1和阀芯2，所述阀腔1上设有进水口3和出水口4，所述进水口3位于阀腔1的侧壁，出水口4位于阀腔1的轴向端壁，二者之间由一段斜壁相连形成一个楔形腔室，所述阀芯2为楔形阀芯，该阀芯2一端的斜面与所述进水口3和出水口4之间的斜壁相适应，阀芯2另一端通过丝杆5连接在电机6的输出轴上，通过电机6和丝杆5带动阀芯2在轴向移动实现阀门开度的控制。
在进行流量阀开度控制时，可以通过控制电机6旋转角度来实现，也可以通过检测阀芯2的位置来实现。在本实施例中，采用后者，便于准确控制流量阀的精度。具体实现为：
在所述阀芯2的底部嵌设有磁珠7，在阀腔1的底壁上安装有2～6个霍尔传感器8。
从图1和图2可以看出，本例中采用了3个霍尔传感器，分别对应阀门全开、半开和全关三个状态，当阀芯2上的磁珠7对准第1个霍尔传感器时，流量阀处于全开状态，当阀芯2上的磁珠7对准第2个霍尔传感器时，流量阀处于半开状态，当阀芯2上的磁珠7对准第3个霍尔传感器时，流量阀处于全关状态。当然也可以根据不同应用的需求设置不同数量的霍尔传感器，使其具备多个阀门开度的检测。
结合农用自动灌溉系统的需要，在所述进水口3上连接电磁阀9。
针对不同的加工工艺，如果无法保证阀腔1与阀芯2间隙密封，可以在所述阀腔1的内壁与所述阀芯2之间设置密封圈10。
通过图3可以看出，根据阀体尺寸的需求，所述阀芯2的斜面倾斜角为30°～60°，优选45°。
如图4所示，结合上述流量阀的阀体结构描述，本发明还提供了一种多开度轴向缝隙式流量阀的控制电路，具体为：
所述2～6个霍尔传感器8分别连接在单片机11上，该单片机11通过电机驱动模块61控制所述电机6，该单片机还通过电磁阀驱动模块91控制所述电磁阀9，在所述单片机11上还连接有用于输入阀门开度信息的输入模块12，该输入模块12为键盘输入模块或RS232串口模块。
输入模块12可以向单片机11中输入预设的阀门开度值，阀腔1上的多个霍尔传感器8可以检测阀芯2中磁珠7的位置，从而确定流量阀的阀门开度，单片机11通过检测多个霍尔传感器8中某一个发出磁珠到位信号，即可准确的掌握阀芯2的位置，从而控制电机6的转动时间。
如图5所示，结合上述电路结构，单片机11内部的具体控制方法按照以下步骤进行：
步骤1：开始运行，单片机11通过输入模块12读取流量阀的预设开度值K，结合本实施例3个阀门开度的情况而言，预设开度值K＝0、0.5、1；
步骤2：单片机11通过电磁阀驱动模块91和电机驱动模块61分别控制电磁阀9和电机6复位，使得电磁阀9处于关闭状态，流量阀的阀芯2处于全开状态；
步骤3：单片机11判断预设开度值K所对应的霍尔传感器8是否发出磁珠到位信号；如果发出，则进入步骤4；如果未发出，则进入步骤31；
步骤31：单片机11通过电机驱动模块61控制电机6转动，延时1-2s后返回步骤3，具体实施时可以根据丝杆5与阀芯2之间的螺纹间距来确定最佳延时时间，通常延时1s较好；
步骤4：单片机11通过电磁阀驱动模块91开启电磁阀9，流量阀控制步骤结束。
基于上述控制电路和控制方法可以发现，本发明所提供的流量阀能够实现多个阀门开度的精确控制，将其应用农药喷药系统中时，可以有效解决因为流量阀无法精确调节导致农药对环境污染甚至农药残留超标问题。
最后应说明的是：本实施例仅是本发明的最佳加工、组装与使用方法，并非对本发明做任何形式上的限制；凡依据本发明的组装、结构作任何形式的简单修改，均属于本发明的技术范围之内。

Claims (9)

1.一种多开度轴向缝隙式流量阀，包括阀腔（1）和阀芯（2），所述阀腔（1）上设有进水口（3）和出水口（4），其特征在于：所述进水口（3）位于阀腔（1）的侧壁，出水口（4）位于阀腔（1）的轴向端壁，二者之间由一段斜壁相连形成一个楔形腔室，所述阀芯（2）为楔形阀芯，该阀芯（2）一端的斜面与所述进水口（3）和出水口（4）之间的斜壁相适应，阀芯（2）另一端通过丝杆（5）连接在电机（6）的输出轴上，通过电机（6）和丝杆（5）带动阀芯（2）在轴向移动实现阀门开度的控制。
2.根据权利要求1所述的多开度轴向缝隙式流量阀，其特征在于：所述阀芯（2）的底部嵌设有磁珠（7），在阀腔（1）的底壁上安装有2～6个霍尔传感器（8）。
3.根据权利要求2所述的多开度轴向缝隙式流量阀，其特征在于：在所述进水口（3）上连接电磁阀（9）。
4.根据权利要求1或2所述的多开度轴向缝隙式流量阀，其特征在于：在所述阀腔（1）的内壁与所述阀芯（2）之间还设置有密封圈（10）。
5.根据权利要求4所述的多开度轴向缝隙式流量阀，其特征在于：所述阀芯（2）的斜面倾斜角为30°～60°。
6.如权利要求3所述的多开度轴向缝隙式流量阀的控制电路，其特征在于：所述2～6个霍尔传感器（8）分别连接在单片机（11）上，该单片机（11）通过电机驱动模块（61）控制所述电机（6），该单片机还通过电磁阀驱动模块（91）控制所述电磁阀（9），在所述单片机（11）上还连接有用于输入阀门开度信息的输入模块（12）。
7.根据权利要求6所述的多开度轴向缝隙式流量阀的控制电路，其特征在于：所述输入模块（12）为键盘输入模块或RS232串口模块。
8.如权利要求6所述的多开度轴向缝隙式流量阀的控制电路的控制方法，其特征在于按以下步骤进行：
步骤1：开始运行，单片机（11）通过输入模块（12）读取流量阀的预设开度值K；
步骤2：单片机（11）通过电磁阀驱动模块（91）和电机驱动模块（61）分别控制电磁阀（9）和电机（6）复位，使得电磁阀（9）处于关闭状态，流量阀的阀芯（2）处于全开状态；
步骤3：单片机（11）判断预设开度值K所对应的霍尔传感器（8）是否发出磁珠到位信号；如果发出，则进入步骤4；如果未发出，则进入步骤31；
步骤31：单片机（11）通过电机驱动模块（61）控制电机（6）转动，延时1-2s后返回步骤3；
步骤4：单片机（11）通过电磁阀驱动模块（91）开启电磁阀（9），流量阀控制步骤结束。
9.根据权利要求8所述的多开度轴向缝隙式流量阀的控制电路的控制方法，其特征在于：所述预设开度值K=0、0.5或1。
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