CN103699160B - 一种高精度气体定量定压供应装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高精度气体定量定压供应装置，属于测试与控制领域，该装置包括高精度可调压无油空气压缩机、节流阀、压力计、气体质量流量计和控制器，控制器利用压力计采集到的气体压力信号反馈控制空气压缩机的启停，来实现输出气体压力的控制，利用气体质量流量计采集到的气体流量值采用数字PID控制方法反馈控制节流阀的开度，以控制气体流量，从而实现对输出气体压力与流量的精确控制，本发明不仅可以精确调节供应气体的流量，还能够精确控制供应气体的压力。

Description

一种高精度气体定量定压供应装置

技术领域

本发明涉及一种高精度气体流量压力控制方法，属于测试与控制领域。

背景技术

目前，在化工过程，生物制药等工业领域，经常会需要按照一定精确的比例将溶液与气体进行混合。溶液的流量可以通过计量泵精确的进行控制，而与之混合的气体，不但需要精确控制其流量，同时还需要匹配其压力与溶液压力相等，从而保证混合过程能够顺利有序进行。这就需要一种能够高精度调节气体流量与压力的气体供应装置。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供了一套组合装置，不仅可以精确调节供应气体的流量，还能够精确控制供应气体的压力。

本发明的技术解决方案：一种高精度气体定量定压供应装置，该装置包括高精度可调压无油空气压缩机、节流阀、压力计、气体质量流量计和控制器；空气经空气压缩机压缩后通过气体输送软管送至节流阀；节流阀将空气压缩机压缩后的气体通过气体输送软管送至压力计，压力计一路将气体送至气体质量流量计，另一路将压力计采集来的气体压力信号通过信号线输送给控制器，气体质量流量计收到压力计输送来的气体一路输出，另一路将气体质量流量计采集到的气体流量值通过信号线输送至控制器，控制器利用压力计采集到的气体压力信号反馈控制空气压缩机的启停，来实现输出气体压力的控制，利用气体质量流量计采集到的气体流量值采用数字PID控制方法反馈控制节流阀的开度，以控制气体流量；所述控制器采用比较法控制气体压力，即将采集到的气体压力值与设定值进行比较，如果气体压力值大于或等于设定值，则控制器发送指令让空气压缩机停止工作，如果气体压力值小于设定值，则控制器发送指令让空气压缩机开始工作，以控制气体压力；

所述控制器对气体流量控制方法如下:

1)将气体质量流量计采集到得气体实际流量值L_S(t)离散化得到气体实际流量离散形式L_S(k)；

2)利用步骤1)得到的气体实际流量离散形式L_S(k)与设定流量值L_g(t)的离散形式L_g(k)通过计算式E(k)=L_S(k)-L_g(k)计算得到流量误差E(t)的离散形式E(k)；

3)利用步骤2)得到的流量误差离散形式E(k)，采用数字PID控制方法反馈控制节流阀的开度，控制方程如下：

U(k)=K_PE(k)+K_I∑E(k)+K_DEC(k)

式中U(k)为节流阀开度U(t)的离散形式，误差微分项EC(k)由公式EC(k)=E(k)-E(k-1)计算得出，E(k-1)为上一次采集到的流量值，K_p为比例常数，K_I为积分常数，K_D为微分常数，k为大于1的整数。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

（1）利用压力计与气体质量流量计的反馈信号控制空气压缩机的启停以及节流阀的开度，实现对输出气体压力与流量的高精度控制;

（2）本发明提供了一套组合装置，不仅可以精确调节供应气体的流量，还能够精确控制供应气体的压力。

附图说明

图1为本发明的控制流程图。

具体实施方式

本发明的基本思路为利用高精度调压的无油空气压缩机控制气体压力、通过高精度空气质量流量控制器精确控制气体流量，从而实现对输出气体压力与流量的精确控制。

本发明所采用的技术方案：

如图1，一种高精度气体定量定压供应装置，其特征在于该装置包括高精度可调压无油空气压缩机1、节流阀2、压力计3、气体质量流量计4和控制器5；空气经空气压缩机1压缩后通过气体输送软管送至节流阀2；节流阀2将空气压缩机1压缩后的气体通过气体输送软管送至压力计3，压力计3一路将气体送至气体质量流量计4，另一路将压力计3采集来的气体压力信号通过信号线输送给控制器5，气体质量流量计4收到压力计3输送来的气体一路输出，另一路将气体质量流量计4采集到的气体流量值通过信号线输送至控制器5，控制器5利用压力计3采集到的气体压力信号反馈控制空气压缩机1的启停，来实现输出气体压力的控制，利用气体质量流量计4采集到的气体流量值采用数字PID控制方法反馈控制节流阀2的开度，以控制气体流量；所述控制器5采用比较法控制气体压力，即将采集到的气体压力值与设定值进行比较，如果气体压力值大于或等于设定值，则控制器5发送指令让空气压缩机1停止工作，如果气体压力值小于设定值，则控制器5发送指令让空气压缩机1开始工作，以控制气体压力；

所述控制器5对气体流量控制方法如下:

1)将气体质量流量计4采集到得气体实际流量值L_S(t)离散化得到气体实际流量离散形式L_S(k)；

2)利用步骤1)得到的气体实际流量离散形式L_S(k)与设定流量值L_g(t)的离散形式L_g(k)通过计算式E(k)=L_S(k)-L_g(k)计算得到流量误差E(t)的离散形式E(k)；

3)利用步骤2)得到的流量误差离散形式E(k)，采用数字PID控制方法反馈控制节流阀2的开度，控制方程如下：

U(k)=K_PE(k)+K_I∑E(k)+K_DEC(k)

式中U(k)为节流阀开度U(t)的离散形式，误差微分项EC(k)由公式EC(k)=E(k)-E(k-1)计算得出，E(k-1)为上一次采集到的流量值，K_p为比例常数，K_I为积分常数，K_D为微分常数，k为大于1的整数。

本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。

Claims (2)

1.一种高精度气体定量定压供应装置，其特征在于该装置包括高精度可调压无油空气压缩机(1)、节流阀(2)、压力计(3)、气体质量流量计(4)和控制器(5)；空气经空气压缩机(1)压缩后通过气体输送软管送至节流阀(2)；节流阀(2)将空气压缩机(1)压缩后的气体通过气体输送软管送至压力计(3)，压力计(3)一路将气体送至气体质量流量计(4)，另一路将压力计(3)采集来的气体压力信号通过信号线输送给控制器(5)，气体质量流量计(4)收到压力计(3)输送来的气体一路输出，另一路将气体质量流量计(4)采集到的气体流量值通过信号线输送至控制器(5)，控制器(5)利用压力计(3)采集到的气体压力信号反馈控制空气压缩机(1)的启停，来实现输出气体压力的控制，利用气体质量流量计(4)采集到的气体流量值采用数字PID控制方法反馈控制节流阀(2)的开度，以控制气体流量；所述控制器(5)采用比较法控制气体压力，即将采集到的气体压力值与设定值进行比较，如果气体压力值大于或等于设定值，则控制器(5)发送指令让空气压缩机(1)停止工作，如果气体压力值小于设定值，则控制器(5)发送指令让空气压缩机(1)开始工作，以控制气体压力。

2.根据权利要求1所述的一种高精度气体定量定压供应装置，其特征在于所述控制器(5)对气体流量控制方法如下:

1)将气体质量流量计(4)采集到得气体实际流量值L_S(t)离散化得到气体实际流量离散形式L_S(k)；

2)利用步骤1)得到的气体实际流量离散形式L_S(k)与设定流量值L_g(t)的离散形式L_g(k)通过计算式E(k)＝L_S(k)-L_g(k)计算得到流量误差E(t)的离散形式E(k)；

3)利用步骤2)得到的流量误差离散形式E(k)，采用数字PID控制方法反馈控制节流阀(2)的开度，控制方程如下：

U(k)＝K_PE(k)+K_I∑E(k)+K_DEC(k)

式中U(k)为节流阀开度U(t)的离散形式，误差微分项EC(k)由公式EC(k)＝E(k)-E(k-1)计算得出，E(k-1)为上一次采集到的流量误差值的离散形式，K_p为比例常数，K_I为积分常数，K_D为微分常数，k为大于1的整数。