CN106370875A - 一种压力体积控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种压力体积控制器，它包括箱体(1)、进出水口(2)、拉杆(3)、封闭压力缸(4)、压力缸推进系统(5)和控制面板(6)，所述的拉杆(3)、封闭压力缸(4)、压力缸推进系统(5)和控制面板(6)安装在箱体(1)上，封闭压力缸(4)的一端与压力缸推进系统(5)相连，封闭压力缸(4)另一端设置有进出水口(2)。本发明所述的压力体积控制器结构设计合理，体积小，操作简单，应用范围广，自动化程度高，可实现压力的全过程自动化控制以及体积变化的测量，稳定性能高，使用寿命长，可作为土体、沥青、岩石和土壤等多种介质试验研究中的压力控制设备，以及试验中体积变化的量测装置，实用性强。
Description
技术领域
本发明涉及一种压力体积控制器，尤其涉及一种能精确自动控制压力和测量体积变化，并实时显示加载数据的控制系统。
背景技术
通常在多种试验研究中，往往需要对土体、沥青、岩石、土壤等介质施加稳定、持久的压力来模拟实际工况中介质的应力状态和应力历史，故能提供精确、高效、稳定的压力源，对于科学研究以及土木工程设计具有重要意义。
目前试验中广泛采用的压力源多为电液伺服加载装置、水压控制器等设备，这些设备在工作介质、自动化程度、稳定性、运营成本等方面或多或少均存在着一些弊端，例如现在多采用的电液伺服加载装置因其能够提供的压力源较大而得到广泛的应用，但是其体积大，采用油作为工作介质，较为单一，对加载装置和工作环境的要求较高，如要求无尘工作，消耗功率大，且为防止漏油需经常更换过滤器及涂抹抗磨油，精度较低，无法满足科学需要，等等，这些都将增大对仪器的维护成本以及试验的运营成本。
查阅相关专利，现有技术在控制器的功能、稳定性方面进行了进一步地改善，如：侧向变形控制器(中国专利申请号为200910056261.4)，对常规控制器进行改进，使其能够进行侧向变形量及侧向压力的控制，但是其自动化程度较低、体积较大，同时，其采用指针式压力表进行压力输出控制，进而压力在一定范围内实现波动控制，基于此，压力等信息不能进行及时的伺服反馈，且波动控制将影响压力输出的准确性，不具备自动稳压功能，故控制精度差，且使用价值较为局限，试验的可靠性较低。
发明内容
发明目的；本发明的目的是为了解决现有技术存在的可供应压力值偏小，工作介质单一，效率低，测量精度不够高，结构复杂，维护成本和运营成本高等缺陷，提供一种结构设计合理，操作方便，尤其是自动化程度高，工作效率高，能够精确、稳定控制压力并测量体积变化的用于多种试验的压力体积控制器。
技术方案：为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种压力体积控制器，它包括箱体、进出水口、拉杆、封闭压力缸、压力缸推进系统和控制面板，所述的拉杆、封闭压力缸、压力缸推进系统和控制面板安装在箱体上，封闭压力缸的一端与压力缸推进系统相连，封闭压力缸另一端设置有进出水口；
所述的箱体内安装有电机驱动器和电源，箱体的底板上安装有地脚；
所述的封闭压力缸包括缸底、缸体和缸盖，所述的缸底和缸盖固定在缸体的两端，缸底和缸盖之间通过拉杆连接，所述缸体中安装有活塞；
所述的压力缸推进系统包括与活塞相连的滚珠丝杆、连接在滚珠丝杆上的联轴器、固定在联轴器上的减速器、与减速器相连接的电机(当压力量程≤6MPa时可采用步进电机，当压力量程＞6MPa时可采用伺服电机)，所述的电机安装在导轨上，可沿着导轨移动；导轨固定在箱体内的安装板上；
所述的压力缸推进系统上面罩有罩壳，罩壳通过罩壳连接件固定在箱体的安装板上；
所述的导轨左右两端均安装有限位开关壳，左右二个限位开关壳内分别安装有限位片和超微开关；
所述的控制面板下方设置有LCD显示屏，LCD显示屏固定在箱体的安装板上。
作为优选方案，以上所述的压力体积控制器，所述的封闭压力缸内安装有压力传感器。
作为优选方案，以上所述的压力体积控制器，所述的压力体积控制器通过超微开关和限位片对超过预设体积进行自动保护。
作为优选方案，以上所述的压力体积控制器，所述的压力体积控制器内部安装有微控制单元，根据压力传感器反馈得到的压力值，微控制单元MUC系统(即嵌入式系统)将对压力传感器提供超预设压力保护功能。
作为优选方案，以上所述的压力体积控制器，所述的压力体积控制器通过电机驱动器接收到的脉冲信号测量体积变化。
作为优选方案，以上所述的压力体积控制器，所述的压力体积控制器，通过电机和减速机驱动滚珠丝杠，从而使滚珠丝杠推动活塞输出压力，并通过微控制单元内部的MCU系统(嵌入式系统)和压力传感器进行压力的伺服反馈和控制。
作为优选方案，以上所述的压力体积控制器，所述的压力体积控制器通过控制面板设置线性加载/卸载、线性蠕变和循环压力。
作为优选方案，以上所述的压力体积控制器，所述的压力体积控制器通过通讯协议(如RS232、TCP/IP、USB、CAN等)与计算机相连，实现压力体积全自动控制和压力体积变化的自动采集。
作为优选方案，以上所述的压力体积控制器，所述的缸体采用高精度磨床打磨，缸体直径一致、误差小，从而提高了压力体积控制的精度。
以上所述的压力体积控制器，所述的压力体积控制器通过数据线与计算机相连，压力体积控制器的压力输出可根据需要配置不同的内置压力传感器，实现不同压力的量程，如0.1MPa、2MPa、3MPa、6MPa、20MPa、100MPa等，压力精度为≤±0.1％·F.S(F.S为全量程)，分辨率为1kPa；体积容量可根据需要的不同定制，如100ml、250ml、3000ml等，体积精度为≤±0.1％·F.S，体积分辨率为0.001ml。
与现有技术对比，本发明的有益效果是：
1、本发明可采用无气水、油和气体等流体作为工作介质。
2、本发明可作为多种介质试验的压力源，压力输出可根据不同需要进行定制，分辨率为1kPa。
3、本发明在进行压力输出的同时，还可以测量体积变化。
4、本发明能够形成独立的闭环回路控制，数据采集精度和控制精度更高。
5、本发明可独立使用，也可与电脑直接相连，进行全自动控制和压力体积变化的自动采集，自动化程度高。
6、本发明结构简单、体积小、重量轻、适用范围广、使用寿命长可靠性高、稳定性好。
附图说明
图1是压力体积控制器的结构示意图。
图2是压力体积控制器的俯视图。
图3是图2压力体积控制器沿A-A方向的剖面图。
图4是压力体积控制器的工作原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
参见图1至图3，一种压力体积控制器，它包括箱体1、进出水口2、拉杆3、封闭压力缸4、压力缸推进系统5和控制面板6，所述的拉杆3、封闭压力缸4、压力缸推进系统5和控制面板6安装在箱体1上，封闭压力缸4的一端与压力缸推进系统5相连，封闭压力缸4另一端设置有进出水口2；
所述的箱体1内安装有电机驱动器23和电源24，箱体1的底板上安装有地脚25；
所述的封闭压力缸4包括缸底7、缸体8和缸盖9，所述的缸底7和缸盖9固定在缸体8的两端，缸底7和缸盖9之间通过拉杆3连接，所述缸体8中安装有活塞10；
所述的压力缸推进系统5包括与活塞10相连的滚珠丝杆11、连接在滚珠丝杆11上的联轴器16、固定在联轴器16上的减速器17、与减速器17相连接的电机18，所述的电机18安装在导轨12上，导轨12固定在箱体1内的安装板上；
所述的压力缸推进系统5上面罩有罩壳19，罩壳19通过罩壳连接件20固定在箱体1的安装板上；
所述的导轨12左右两端均安装有限位开关壳13，左右二个限位开关壳13内分别安装有限位片15和超微开关14；
所述的控制面板6下方设置有LCD显示屏21，LCD显示屏21固定在箱体1的安装板上。
以上所述的压力体积控制器，通过数据线与电脑相连，控制压力体积控制器的压力输出，其中压力输出可根据需要配置不同的内置压力传感器26，实现不同压力的量程，如0.1MPa、2MPa、3MPa、6MPa、20MPa、100MPa等，压力精度为≤±0.1％·F.S(F.S为全量程)，分辨率为1kPa；体积容量可根据需要的不同定制，如100ml、250ml、3000ml等，体积精度为≤±0.1％·F.S，体积分辨率为0.001ml。
以上所述的压力体积控制器，通过电机18和减速机17驱动滚珠丝杠11，从而推动活塞10输出压力，并通过微控制单元22((嵌入式MCU系统)和压力传感器26进行压力的伺服反馈和控制。
以上所述的超微开关14和限位片15分别对应于导轨12的两端，在封闭压力缸4注满水后，电机18会触动限位片15，此时压力体积控制器将会自动停止注水工作；如果封闭压力缸4内的水完全排空时，电机18将触动超微开关14，此时压力体积控制器也将自动停止排水工作。
以上所述的压力体积控制器，控制面板6内部安装有微控制单元22((嵌入式MCU系统)，根据压力传感器26反馈得到的压力值，微控制单元22内部的MUC系统(即嵌入式系统)将对压力传感器26提供超预设压力保护功能。
以上所述的压力体积控制器通过电机驱动器23接收到的脉冲信号测量体积变化。
以上所述的压力体积控制器通过控制面板6可设置线性加载/卸载、线性蠕变和循环压力。
以上所述的压力体积控制器可通过不同的通讯协议(如RS232、TCP/IP、USB、CAN等)与计算机相连，实现压力体积全自动控制和液体体积变化的自动采集。
以上所述的压力体积控制器的缸体8采用高精度磨床打磨，缸体直径一致、误差小，从而可提高压力体积控制的精度。
本发明所述的压力体积控制器，如图4所示，工作运行指令(注水、排水、加压)通过计算机或者控制面板6输入MCU系统(嵌入式系统)，MCU系统控制电机18的速度及转向，并启动电机内部的A/D转换器(模数转换器)，A/D转换器将采集到的压力模拟信号转换成数字信号发送给MCU系统，同时将采集到的压力与设置的目标压力值进行不断比较，不断反馈逐渐向目标值逼近，并将采集到的传感器值用LCD显示屏显示；同时利用脉冲信号测量体积变化。
本发明的工作过程如下：压力体积控制器根据用户在电脑或控制面板6中设定的目标压力或者体积目标值，MCU系统(嵌入式系统)接到指令后，通过启动电机18和减速器17，带动联轴器16使得滚珠丝杠11能够精确地旋转一定的圈数或角度，推动压力缸4中的活塞10产生相应的压力，并通过电机驱动器23接收到的脉冲信号测量体积变化。
以上所述，仅为本发明最佳具体实施方法，但本发明的构造特征并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员，在本发明领域内，可轻易思及的变化或修饰，皆可涵盖在权利要求范围内。
Claims (8)
1.一种压力体积控制器，其特征在于，它包括箱体(1)、进出水口(2)、拉杆(3)、封闭压力缸(4)、压力缸推进系统(5)和控制面板(6)，所述的拉杆(3)、封闭压力缸(4)、压力缸推进系统(5)和控制面板(6)安装在箱体(1)上，封闭压力缸(4)的一端与压力缸推进系统(5)相连，封闭压力缸(4)另一端设置有进出水口(2)；
所述的箱体(1)内安装有电机驱动器(23)和电源(24)，箱体(1)的底板上安装有地脚(25)；
所述的封闭压力缸(4)包括缸底(7)、缸体(8)和缸盖(9)，所述的缸底(7)和缸盖(9)固定在缸体(8)的两端，缸底(7)和缸盖(9)之间通过拉杆(3)连接，所述缸体(8)中安装有活塞(10)；
所述的压力缸推进系统(5)包括与活塞(10)相连的滚珠丝杆(11)、连接在滚珠丝杆(11)上的联轴器(16)、固定在联轴器(16)上的减速器(17)、与减速器(17)相连接的电机(18)，所述的电机(18)安装在导轨(12)上，导轨(12)固定在箱体(1)内的安装板上；
所述的压力缸推进系统(5)上面罩有罩壳(19)，罩壳(19)通过罩壳连接件(20)固定在箱体(1)的安装板上；
所述的导轨(12)左右两端均安装有限位开关壳(13)，左右二个限位开关壳(13)内分别安装有限位片(15)和超微开关(14)；
所述的控制面板(6)下方设置有LCD显示屏(21)，LCD显示屏(21)固定在箱体(1)的安装板上。
2.根据权利要求1所述的压力体积控制器，其特征在于，所述的封闭压力缸(4)内安装有压力传感器(26)。
3.根据权利要求1所述的压力体积控制器，其特征在于，压力体积控制器通过超微开关(14)和限位片(15)对超过预设体积进行自动保护。
4.根据权利要求2所述的压力体积控制器，其特征在于，控制面板(6)内部安装有微控制单元(22)，根据压力传感器(26)反馈得到的压力值，微控制单元(22)对压力传感器(26)提供超预设压力保护功能。
5.根据权利要求1所述的压力体积控制器，其特征在于，压力体积控制器通过电机驱动器(23)接收到的脉冲信号测量体积变化。
6.根据权利要求4所述的压力体积控制器，其特征在于，通过电机(18)和减速机(17)驱动滚珠丝杠(11)，从而使滚珠丝杠(11)推动活塞(10)输出压力，并通过微控制单元(22)和压力传感器(26)进行压力的伺服反馈和控制。
7.根据权利要求1所述的压力体积控制器，其特征在于，压力体积控制器通过控制面板(6)可设置线性加载/卸载、线性蠕变和循环压力。
8.根据权利要求1所述的压力体积控制器，其特征在于，压力体积控制器可通过RS232、TCP/IP、USB或CAN通讯协议与计算机相连，实现压力体积全自动控制和液体体积变化的自动采集。
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