CN109189109A - 一种精密气体流量自动控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种精密气体流量自动控制系统，包括气源、控制模块、舵机、齿轮组和与所述气源连通的管道，所述管道上自气源始依次设置有手动控制阀、自动控制阀以及旋进旋涡流量计，所述旋进旋涡流量计的信号端与所述控制模块连接，所述控制模块的输出端通过所述舵机与所述齿轮组连接，所述齿轮组的输出轴与所述自动控制阀连接。本发明提供的一种精密气体流量自动控制系统，其结构简单、成本低廉且控制精度高，以适用于小流量气体的测量与控制。

Description

一种精密气体流量自动控制系统
技术领域
本发明涉及气体流量控制领域，具体涉及一种精密气体流量自动控制系统。
背景技术
气体流量控制装置主要是用于控制输出的气体流量，目前能够实现气体流量的自动控制装置较多，但大多针对大流量气体的控制，存在结构组件多、连接关系混乱、结构复杂、加工装配困难、成本较高的缺点；并且由于主要是针对大流量气体设计，因此大流量气体控制装置的管道口径较大，如用于控制小流量气体，则存在控制精度差、容易产生较大误差的不足，因此普通的气体流量控制装置不适用于小流量气体的测量与控制。
发明内容
本发明提供了一种精密气体流量自动控制系统，其结构简单、成本低廉且控制精度高，以适用于小流量气体的测量与控制。
为实现上述目的，本发明提供了一种精密气体流量自动控制系统，包括气源、控制模块、舵机、齿轮组和与所述气源连通的管道，所述管道上自气源始依次设置有手动控制阀、自动控制阀以及旋进旋涡流量计，所述旋进旋涡流量计的信号端与所述控制模块连接，所述控制模块的输出端通过所述舵机与所述齿轮组连接，所述齿轮组的输出轴与所述自动控制阀连接；所述旋进旋涡流量计包括流量计本体和控制器，所述流量计本体包括壳体、起旋器、设置于壳体内并用于检测通过壳体的气体流量的流量探头和设置于壳体内并用于控制流量计本体开启和关闭的开关阀，所述壳体包括进气口和出气口，所述起旋器设置于所述壳体的进气口处，所述流量探头和开关阀分别与所述控制器电连接，所述壳体内设有容置腔室，所述流量探头设置于所述容置腔室内，所述流量探头包括两块固定极板和一块设置于两块固定极板之间的活动极板，两块所述固定极板和所述动极板均平行设置。
作为优选方案，所述控制模块包括单片机、按键操作模块、蓄电池和液晶显示屏，所述旋进旋涡流量计的信号端、按键操作模块和蓄电池分别与所述单片机的输入端连接，所述单片机的输出端分别连接所述液晶显示屏和所述舵机。
作为优选方案，所述蓄电池与所述单片机之间设置有稳压电路。
作为优选方案，所述齿轮组包括相互啮合的齿轮一和齿轮二，所述齿轮一的转轴与舵机轴连接，齿轮二的转轴与自动控制阀连接。
作为优选方案，所述流量探头还包括由一块横版和两块竖板组成的截面呈“U”形的底座，两块所述固定极板固定设置于所述底座的两个内侧面上，所述活动极板设置于两块所述固定极板的中间位置，所述动极板通过悬丝与所述壳体连接并可靠近或远离任意一块所述固定极板运动。
作为优选方案，所述起旋器与所述壳体的内壁可转动连接，所述起旋器包括导芯和多个沿所述导芯的侧壁的周向均布的螺旋叶片。
作为优选方案，所述流量探头设置于所述起旋器与开关阀之间，所述出气口处设有后整流器，所述后整流器与所述控制器电连接。
作为优选方案，所述开关阀为球形控制阀，所述球形控制阀与所述壳体的内壁可转动连接，所述控制器还包括显示屏和用于手动控制所述开关阀开启和关闭的紧急按钮。
作为优选方案，所述旋进旋涡流量计还包括设置于所述壳体内并用于检测壳体内气体的压力的压力传感器，所述压力传感器与所述控制器电连接。
作为优选方案，所述旋进旋涡流量计还包括设置于所述壳体内并用于检测壳体内气体的温度的温度传感器，所述温度传感器与所述控制器电连接。
上述技术方案所提供的一种精密气体流量自动控制系统，采用单片机作为微控制器，对小流量气体进行实时监测与控制，具有控制精度高、实时性好、反应速度快的优点，特别适用于小流量气体的测量与控制，此外，旋进旋涡流量计对通入流量计的气体进行流量测量的过程为：气体从进气口进入流经起旋器转化为强劲的旋涡状的气体，然后流经流量探头对旋涡状的气体的流量进行检测，本发明通过将检测探头设置于位于壳体内部的容置腔室腔室内，实现了与外界相对隔离的效果、从而有效的降低寄生电容的影响，进一步地，通过在两个固定极板之间设置一个动极板，在对流量进行检测时，所述动极板与其中一个固定极板的极矩减小、与另一个固定极板的极矩增大、形成差动输出，从而实现对流量的检测、同时可以进一步降低寄生电容的影响，进而提高旋进旋涡流量计的检测精度。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为旋进旋涡流量计的结构示意图；
图3为流量传感器的结构示意图。
其中：1、气源；2、手动控制阀；3、自动控制阀；4、旋进旋涡流量计；5、控制模块；6、舵机；7、齿轮组；41、控制器；42、紧急按钮；43、壳体；44、后整流器；45、球形控制阀；46、起旋器；47、流量探头；48、显示屏；471、悬丝；472、固定极板；473、动极板；474、底座。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1-3所示为本发明所提供的一种精密气体流量自动控制系统，包括气源1、控制模块5、舵机6、齿轮组7和与所述气源1连通的管道，所述管道上自气源1始依次设置有手动控制阀2、自动控制阀3以及旋进旋涡流量计4，所述旋进旋涡流量计4的信号端与所述控制模块5连接，所述控制模块5的输出端通过所述舵机6与所述齿轮组7连接，所述齿轮组7的输出轴与所述自动控制阀3连接；所述旋进旋涡流量计4包括流量计本体和控制器，所述流量计本体包括壳体、起旋器、设置于壳体内并用于检测通过壳体的气体流量的流量探头和设置于壳体内并用于控制流量计本体开启和关闭的开关阀，所述壳体包括进气口和出气口，所述起旋器设置于所述壳体的进气口处，所述流量探头和开关阀分别与所述控制器电连接，所述壳体内设有容置腔室，所述流量探头设置于所述容置腔室内，所述流量探头包括两块固定极板和一块设置于两块固定极板之间的活动极板，两块所述固定极板和所述动极板均平行设置。
具体地，本实施例采用单片机作为微控制器，对小流量气体进行实时监测与控制，具有控制精度高、实时性好、反应速度快的优点，特别适用于小流量气体的测量与控制，此外，旋进旋涡流量计4对通入流量计的气体进行流量测量的过程为：气体从进气口进入流经起旋器转化为强劲的旋涡状的气体，然后流经流量探头对旋涡状的气体的流量进行检测，本发明通过将检测探头设置于位于壳体内部的容置腔室腔室内，实现了与外界相对隔离的效果、从而有效的降低寄生电容的影响，进一步地，通过在两个固定极板之间设置一个动极板，在对流量进行检测时，所述动极板与其中一个固定极板的极矩减小、与另一个固定极板的极矩增大、形成差动输出，从而实现对流量的检测、同时可以进一步降低寄生电容的影响，进而提高旋进旋涡流量计4的检测精度。
进一步地，所述控制模块5包括单片机、按键操作模块、蓄电池和液晶显示屏，所述旋进旋涡流量计4的信号端、按键操作模块和蓄电池分别与所述单片机的输入端连接，所述单片机的输出端分别连接所述液晶显示屏和所述舵机6，所述蓄电池与所述单片机之间设置有稳压电路。具体地，所述蓄电池提供的电源经稳压电路调解后为单片机供电；单片机根据旋进旋涡流量计4测量的信号进行分析计算，然后控制舵机6的转向以及转角的大小，舵机6带动齿轮组7转动，将电信号转换为机械传动，以控制自动控制阀3的开度大小；按键操作模块用于手动设定瞬时流量值等；液晶显示屏用于显示瞬时流量、累积流量以及设定值等。优选地，本实施例中，所述齿轮组7包括相互啮合的齿轮一和齿轮二，所述齿轮一的转轴与舵机6轴连接，齿轮二的转轴与自动控制阀3连接。
本实施例中，所述流量探头47还包括由一块横版和两块竖板组成的截面呈“U”形的底座474，两块所述固定极板472固定设置于所述底座474的两个内侧面上，所述活动极板473设置于两块所述固定极板472的中间位置，所述动极板473通过悬丝471与所述壳体43连接并可靠近或远离任意一块所述固定极板472运动。具体地，当被测平面有一定倾角时，由于重力作用，动极板473始终保持竖直状态，与一固定极板472的极距减小，而与另一极板极距增大，形成差动输出，由于所测倾角变化极小，可认为动极板473与固定极板472始终平行，气流通过时，电容流量探头47就会连续输出，从而测量出流经流量计的气体的流量值。
进一步地，由于通入壳体43内的气体不一定处于标况下(标况下的气体参数为：压力为101.325kPa，温度为0℃)，为使采用本实施例所提供的流量计所测流量为标况下的流量值，本实施例中，所述旋进旋涡流量计4还包括设置于所述壳体43内并用于检测壳体43内气体的压力的压力传感器，所述压力传感器与所述控制器41电连接，所述旋进旋涡流量计4还包括设置于所述壳体43内并用于检测壳体43内气体的温度的温度传感器，所述温度传感器与所述控制器41电连接，通过压力传感器和温度传感器分别检测壳体43内部的气体的实际压力和温度，并将检测结果反馈至控制器41，控制器41自动换算出在标况下通入壳体43内部气体的流量值。
本实施例中，所述起旋器46与所述壳体43的内壁可转动连接，所述起旋器46包括导芯和多个沿所述导芯的侧壁的周向均布的螺旋叶片，通过起旋器46实现对将从进气口进入壳体43的气体的转化为强劲的旋涡状的气体，使得流量探头47得到的信号更强，有效的提高了流量探头47对流体的测量下限，相应的提高了量程范围。
进一步地，所述流量探头47设置于所述起旋器46与开关阀之间，所述出气口处设有后整流器44，所述后整流器44与所述控制器41电连接，通过设置后整流器44，使得壳体43内气体与出气口一端的外界气体相对隔离、进而保证所述起旋器46和后整流器44之间的气体呈旋涡状。
本实施例中，所述开关阀为球形控制阀45，所述球形控制阀45与所述壳体43的内壁可转动连接并设置于所述流量探头47与出气口之间，通过选用球形控制阀45可与壳体43的内壁完全贴合，防止漏气的问题。
更进一步地，所述控制器41还包括显示屏48，所述显示屏48可动态显示剩余可用气量和剩余金额以及所有的测量参数等信息，当可用气量为零(即金额为零)时，所述流量计自动断气。为进一步提高包含该流量计的安全性，所述控制器41还包括用于手动控制所述开关阀开启和关闭的紧急按钮42，当发生紧急情况(如漏气)时，可通过所述紧急按钮42，手动控制所述开关阀开启和关闭流量计。
本发明的工作过程如下所述：
首先，将手动控制阀2关闭，通过按键操作模块输入瞬时流量设定值b，设定完毕后，打开手动控制阀2，使气体流过。旋进旋涡流量计4实时采集流量信号，并将流量信号a传递给单片机，单片机将流量信号a和设定值b进行比较，如果a＞b，且超过了允许的误差范围，单片机就会发出控制指令，控制舵机6的旋转方向和转角大小，通过齿轮组7传动，使自动控制阀3关小；同时流量传感器又会向单片机输入新的数据，单片机再将该数据与设定值b进行比较，若还不相等，单片机会继续发出控制命令，让自动控制阀3进一步关小，直到瞬时测量值与设定值达到允许的误差内为止。如果a＜b，且超过了允许的误差范围，则说明此刻流经管道的流量偏小，这时单片机就会发出控制指令，控制舵机6反向旋转，并给定转角大小，进一步通过齿轮组7来控制自动控制阀3向着开大的方向旋转，直到瞬时测量值与给定值达到允许的误差内为止。在变化的过程中可以通过液晶显示屏观察到瞬时流量不断变化，最终向设定值逼近的过程。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种精密气体流量自动控制系统，其特征在于，包括气源、控制模块、舵机、齿轮组和与所述气源连通的管道，所述管道上自气源始依次设置有手动控制阀、自动控制阀以及旋进旋涡流量计，所述旋进旋涡流量计的信号端与所述控制模块连接，所述控制模块的输出端通过所述舵机与所述齿轮组连接，所述齿轮组的输出轴与所述自动控制阀连接；所述旋进旋涡流量计包括流量计本体和控制器，所述流量计本体包括壳体、起旋器、设置于壳体内并用于检测通过壳体的气体流量的流量探头和设置于壳体内并用于控制流量计本体开启和关闭的开关阀，所述壳体包括进气口和出气口，所述起旋器设置于所述壳体的进气口处，所述流量探头和开关阀分别与所述控制器电连接，所述壳体内设有容置腔室，所述流量探头设置于所述容置腔室内，所述流量探头包括两块固定极板和一块设置于两块固定极板之间的活动极板，两块所述固定极板和所述动极板均平行设置。
2.根据权利要求1所述的精密气体流量自动控制系统，其特征在于，所述控制模块包括单片机、按键操作模块、蓄电池和液晶显示屏，所述旋进旋涡流量计的信号端、按键操作模块和蓄电池分别与所述单片机的输入端连接，所述单片机的输出端分别连接所述液晶显示屏和所述舵机。
3.根据权利要求2所述的精密气体流量自动控制系统，其特征在于，所述蓄电池与所述单片机之间设置有稳压电路。
4.根据权利要求3所述的精密气体流量自动控制系统，其特征在于，所述齿轮组包括相互啮合的齿轮一和齿轮二，所述齿轮一的转轴与舵机轴连接，齿轮二的转轴与自动控制阀连接。
5.根据权利要求1所述的精密气体流量自动控制系统，其特征在于，所述流量探头还包括由一块横版和两块竖板组成的截面呈“U”形的底座，两块所述固定极板固定设置于所述底座的两个内侧面上，所述活动极板设置于两块所述固定极板的中间位置，所述动极板通过悬丝与所述壳体连接并可靠近或远离任意一块所述固定极板运动。
6.根据权利要求1所述的精密气体流量自动控制系统，其特征在于，所述起旋器与所述壳体的内壁可转动连接，所述起旋器包括导芯和多个沿所述导芯的侧壁的周向均布的螺旋叶片。
7.根据权利要求1所述的精密气体流量自动控制系统，其特征在于，所述流量探头设置于所述起旋器与开关阀之间，所述出气口处设有后整流器，所述后整流器与所述控制器电连接。
8.根据权利要求1所述的精密气体流量自动控制系统，其特征在于，所述开关阀为球形控制阀，所述球形控制阀与所述壳体的内壁可转动连接，所述控制器还包括显示屏和用于手动控制所述开关阀开启和关闭的紧急按钮。
9.根据权利要求1所述的精密气体流量自动控制系统，其特征在于，所述旋进旋涡流量计还包括设置于所述壳体内并用于检测壳体内气体的压力的压力传感器，所述压力传感器与所述控制器电连接。
10.根据权利要求1所述的精密气体流量自动控制系统，其特征在于，所述旋进旋涡流量计还包括设置于所述壳体内并用于检测壳体内气体的温度的温度传感器，所述温度传感器与所述控制器电连接。
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