CN109213213A - 一种气体流量调节方法 - Google Patents

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章荣平
王勋年
彭毅
晋荣超
何清
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    • G05D9/12—Level control, e.g. controlling quantity of material stored in vessel characterised by the use of electric means

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Abstract

本发明公开了一种气体流量调节方法，采用数字阀和针形阀对气体流量进行组合调节，数字阀开闭和针形阀开度通过PID算法控制，从而实现对气体流量的精确和稳定调节；该气体流量调节方法采用针形阀进行流量微调，能够在针形阀关闭和最大开度之间连续调节，从而避开数字阀不断进行进位和退位操作，能够消除数字阀的PID算法控制带来的控制振荡；能够提高流量控制分辨率，提高控制精度，采用本方法，利用针形阀流量控制的连续性，能够在有限的数字阀位数下，获得极高的控制分辨率，提高控制精度。

Description

一种气体流量调节方法
技术领域
本专利涉及实验空气动力学领域，尤其是涉及一种气体流量调节方法。
背景技术
在一些特种实验空气动力学领域，需要用到高压供气系统，要求流量控制精度高，调节响应时间快，同时要求流量调节范围宽。采用针形阀、球阀等传统的阀门调节流量，在流量控制精度、调节响应时间和流量调节范围等方面都无法完全满足要求。采用由电磁阀作为核心部件的数字阀来构建流量控制系统是近年来发展起来的一项新技术，具有调节范围宽、流量控制精度高和调节响应时间短等优点，但在实际使用中也发现了数字阀在不断进行进位和退位操作中，流量容易出现控制振荡现象，此外对于大范围、高精度的流量控制必须要使用很多位的数字阀，系统构建成本高。
发明内容
本发明的目的是为了消除传统数字阀在调节过程中产生的振荡现象，采用一种组合式阀门进行计算控制，实现气体流量的控制。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种气体流量调节方法，采用数字阀和针形阀对气体流量进行组合调节，数字阀开闭和针形阀开度通过PID算法控制，从而实现对气体流量的精确和稳定调节；
所述数字阀具有若干组，其并列连接在供气管路与流量计之间，每一组数字阀由电子阀和文氏管组成；
所述针形阀与数字阀并列连接在供气管路与流量计之间，针形阀采用针形阀塞，通过调节针形阀塞的位置，能够在关闭和最大开度之间连续调节针形阀。
在上述技术方案中，所述文氏管安装在电磁阀上，每一组数字阀上文氏管的喉道面积不相同。
在上述技术方案中，所述若干组的数字阀上文氏管的喉道面积成等比数列设置。
在上述技术方案中，所述针形阀塞的剖面为抛物线，阀门开度与针形阀塞位置呈线性关系。
在上述技术方案中，采用针形阀进行流量微调，通过PID算法控制，使得针形阀在关闭和最大开度之间连续调节，避开数字阀不断进行进位和退位操作。
具体的操作过程为：
1、将电磁阀和文氏管组成一组数字阀，电磁阀负责该路管道的开闭操作，文氏管始终工作在临界状态下，限制电磁阀打开后每路的流量；
2、将若干组数字阀并列连接在管道上，形成数字阀阵列，数字阀上文氏管的喉道面积按照1：2：4：8...的等比数列设置；
3、研制针形阀，针形阀塞的剖面为抛物线，阀门开度与针形阀塞位置呈线性关系，针形阀采用电机驱动，通过电机调节针形阀塞的位置，能够在关闭和最大开度之间连续调节针形阀；
4、将针形阀和与数字阀阵列并列连接；
5、在针形阀和与数字阀阵列的下游安装流量计；
6、将针形阀和与数字阀阵列的控制系统接入一台计算机，并将流量计的测量值接入该计算机。
7、通过计算机实时读取流量计的反馈值，通过PID算法控制，不断控制针形阀和数字阀阵列来调节流量大小，采用数字阀阵列进行快速流量粗调，到达目标给定流量附近时，采用针形阀进行流量微调。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
该气体流量调节方法采用针形阀进行流量微调，能够在针形阀关闭和最大开度之间连续调节，从而避开数字阀不断进行进位和退位操作，能够消除数字阀的PID算法控制带来的控制振荡。
该气体流量调节方法能够提高流量控制分辨率，提高控制精度。数字阀的控制分辨率由数字阀中最小一位决定的，当系统调节流量范围大时，需要不断增加数字阀的位数，也提高了系统研制成本。采用本方法，利用针形阀流量控制的连续性，能够在有限的数字阀位数下，获得极高的控制分辨率，提高控制精度。
该气体流量调节方法能够显著提高响应速度。和单纯采用针形阀、球阀等传统阀门控制流量方法相比，本方法采用数字阀进行快速流量粗调，能够显著提高响应速度。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1为气体流量调节方法示意图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
如图1 所示，整个供气管路上硬件部分为数字阀、针形阀和流量计，其中；
数字阀，由电磁阀和文氏管组成，并列安装在供气管道上；
针形阀，采用剖面线为抛物线的针形阀塞，阀门开度与针形阀塞位置呈线性关系，并列安装在供气管道上；
流量计，管道流量测量装置，用于实时反馈管道流量。
本例采用四组数字阀组成数字阀阵列，每组中的电磁阀上均安装文氏管，文氏管喉道面积每一组均不相同，采用等比数列的形式排列。本例中的四组按照1:2:4:8的比例关系分布，数字阀工作时，电磁阀通过计算机控制，具有开闭两种状态，文氏管工作在临界状态，可以通过文氏管精确计算流通气体的流量。
针形阀采用针形阀塞，通过调节针形阀塞的位置，能够在关闭和最大开度之间连续调节针形阀。针形阀塞采用抛物线作为剖面线，阀门开度与针形阀塞位置呈线性关系。针形阀的开度调节由电机驱动，通过计算机控制。
传统管路上只采用数字阀来控制流量时，经常会出现数字阀进位或退位的情况，使得数字阀许多低位阀状态同时由开转闭或反之，某个高位阀状态由闭转开或反之，大量数字阀同时进行开闭动作。在这种情况下，由于数字阀喉道面积加工误差或不同喉道数字阀的响应时间存在差异等因素的影响，系统会产生控制振荡，表现为反馈流量反复围绕某点波动，数字阀不断进行进位和退位操作。本例中采用针形阀进行流量微调，能够在针形阀关闭和最大开度之间连续调节，从而避开数字阀不断进行进位和退位操作，能够消除数字阀的PID算法控制带来的控制振荡该气体流量调节方法采用针形阀进行流量微调。
数字阀工作时，电磁阀通过计算机控制，具有开闭两种状态，文氏管工作在临界状态，可以通过文氏管计算流通气体的流量。针形阀采用针形阀塞，通过调节针形阀塞的位置，能够在关闭和最大开度之间连续调节针形阀。针形阀塞采用抛物线作为剖面线，阀门开度与针形阀塞位置呈线性关系。针形阀的开度调节由电机驱动，通过计算机控制。该气体流量调节方法采用数字阀进行快速流量粗调，到达目标给定流量附近时，根据流量计F1的反馈，控制计算机采用PID算法控制针形阀在针形阀关闭和最大开度之间连续调节，使得流量快速趋于目标值。在针形阀调节过程中，数字阀不进行进位和退位操作，消除控制振荡。采用本方法，利用针形阀流量控制的连续性，能够在有限的数字阀位数下，获得极高的控制分辨率，提高控制精度。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (5)

1.一种气体流量调节方法，其特征在于采用数字阀和针形阀对气体流量进行组合调节，数字阀开闭和针形阀开度通过PID算法控制，从而实现对气体流量的精确和稳定调节；
所述数字阀具有若干组，其并列连接在供气管路与流量计之间，每一组数字阀由电子阀和文氏管组成；
所述针形阀与数字阀并列连接在供气管路与流量计之间，针形阀采用针形阀塞，通过调节针形阀塞的位置，能够在关闭和最大开度之间连续调节针形阀。
2.根据权利要求1一种气体流量调节方法，其特征在于所述文氏管安装在电磁阀上，每一组数字阀上文氏管的喉道面积不相同。
3.根据权利要求2一种气体流量调节方法，其特征在于所述若干组的数字阀上文氏管的喉道面积成等比数列设置。
4.根据权利要求1一种气体流量调节方法，其特征在于所述针形阀塞的剖面为抛物线，阀门开度与针形阀塞位置呈线性关系。
5.根据权利要求4一种气体流量调节方法，其特征在于采用针形阀进行流量微调，通过PID算法控制，使得针形阀在关闭和最大开度之间连续调节，避开数字阀不断进行进位和退位操作。
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