CN109854560B - 一种高压电气比例阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压电气比例阀，包括外壳组件、电磁阀、第一活塞杆、气压传感器、第二活塞杆、按钮、电路板组件、显示屏和橡胶夹布膜片，外壳组件的后端设置有输入口，前端设置有输出口，按钮与电路板组件相连接，电路板组件通过单片机进行控制，气压传感器与电路板组件相连接，电磁阀与电路板组件相连接，第一活塞杆装设在外壳组件上，橡胶夹布膜片装设在外壳组件内部，第二活塞杆与橡胶夹布膜片相连接，显示屏装设在外壳组件上。本发明结构简单，电气比例阀的控制精确度能够达到10kPa级，控制及数显精度高，且功耗低、使用寿命长、体积小巧、温度系数稳定，同时，使用人员能够准确的掌握和控制输出气压的大小，并可了解对应的数显值。

Description

一种高压电气比例阀

技术领域

本发明及电气比例阀技术领域，更具体地说，是涉及一种高压电气比例阀。

背景技术

在工业气动设备上常常用到比例阀调节输出气压，方便控制气缸的行程。如，与气缸配套使用、与气动三联件配套使用、与压力容器配套使用等，比例阀广泛应用于各种气动系统的压力调节系统等工业气动设备上。然而，现有的比例阀大都无法使用在压力较高的场合上，普通的比例阀最高气压只能达到0.9Mpa，无法满足市场的需求，且现有的比例阀量程范围小、流量小、压力低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提供一种控制及数显精度高，且功耗低、使用寿命长、体积小巧、温度系数稳定，同时，使用人员能够准确的掌握和控制输出气压的大小，并可了解对应的数显值，有效解决工业控制与受控设备之间气压力值低、流量小、量程范围小的问题的高压电气比例阀。

为实现上述目的，本发明提供了一种高压电气比例阀，包括外壳组件、电磁阀、第一活塞杆、气压传感器、第二活塞杆、按钮、电路板组件、显示屏和橡胶夹布膜片，所述外壳组件的后端设置有输入口，前端设置有输出口，所述电磁阀、气压传感器和电路板组件均装设在外壳组件内，所述按钮装设在外壳组件上，并与电路板组件相连接，所述电路板组件通过单片机进行控制，所述气压传感器与电路板组件相连接，所述电磁阀与电路板组件相连接，所述第一活塞杆装设在外壳组件上，所述橡胶夹布膜片装设在外壳组件内部，所述第二活塞杆与橡胶夹布膜片相连接，并形成对外壳组件的输出口的封闭与开启结构，所述显示屏装设在外壳组件上，并与电路板组件相连接形成压力值显示结构。

作为优选的，所述外壳组件包括顶壳、前壳、后壳和底座，所述后壳装设在底座上，所述前壳装设在后壳上，所述顶壳装设在前壳上，所述橡胶夹布膜片装设在前壳和后壳之间，所述第一活塞杆装设在前壳上，所述第二活塞杆装设在后壳上，所述显示屏装设在顶壳的前方，所述按钮装设在顶壳上，所述电路板组件装设在顶壳内部。

作为优选的，还包括第一活塞杆支撑弹簧、第二活塞杆支撑弹簧和第一活塞杆调压弹簧，所述第一活塞杆装设在前壳内的一端设有第一活塞杆调压弹簧，另一端设有第一活塞杆支撑弹簧，所述第二活塞杆与底座之间设置有第二活塞杆支撑弹簧。

作为优选的，所述电路板组件包括信号输入模块、控制单元模块、信号反馈采集模块和电磁阀驱动模块，所述信号输入模块、信号反馈采集模块和电磁阀驱动模块均与控制单元模块相连接，所述电磁阀与电磁阀驱动模块相连接。

作为优选的，还包括膜片前保护片和膜片后保护片，所述膜片前保护片和膜片后保护片分别装设在橡胶夹布膜片的前后两面上。

作为优选的，还包括按钮支架，所述按钮通过按钮支架装设在顶壳上，并从顶壳的内部向外伸出。

作为优选的，还包括线路板支架，所述电路板组件通过线路板支架装设在顶壳的内部，所述电路板组件包括若干块电路板和电路板支架，所述电路板分别装设在电路板支架上。

作为优选的，所述显示屏上方设置有显示屏反光纸，下方设置有显示屏橡胶垫。

作为优选的，还包括若干个O型密封圈，所述第一活塞杆与前壳之间设置有O型密封圈，所述第二活塞杆与后壳之间设置有O型密封圈。

作为优选的，所述第一活塞杆的外部套设有第一活塞杆密封座，所述第二活塞杆的外部套设有第二活塞杆密封座。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明结构简单，包括外壳组件、电磁阀、第一活塞杆、气压传感器、第二活塞杆、按钮、电路板组件、显示屏和橡胶夹布膜片，外壳组件的后端设置有输入口，前端设置有输出口，电磁阀、气压传感器和电路板组件均装设在外壳组件内，按钮装设在外壳组件上，并与电路板组件相连接，电路板组件通过单片机进行控制，气压传感器与电路板组件相连接，电磁阀与电路板组件相连接，第一活塞杆装设在外壳组件上，橡胶夹布膜片装设在外壳组件内部，第二活塞杆与橡胶夹布膜片相连接，并形成对外壳组件的输出口的封闭与开启结构，显示屏装设在外壳组件上，并与电路板组件相连接形成压力值显示结构，采用PID控制算法，电气比例阀的控制精确度能够达到10kPa级，控制及数显精度高，且功耗低、使用寿命长、体积小巧、温度系数稳定，同时，使用人员能够准确的掌握和控制输出气压的大小，并可了解对应的数显值，且比例阀的压力值最高可达3.6MPa，有效解决工业控制与受控设备之间气压力值低、流量小、量程范围小的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的一种高压电气比例阀的结构示意图；

图2是本发明提供的一种高压电气比例阀的剖视图；

图3是本发明提供的一种高压电气比例阀的另一角度的剖视图；

图4是本发明提供的一种高压电气比例阀的分解结构示意图；

图5是本发明提供的一种高压电气比例阀的动作原理图；

图6是本发明提供的一种高压电气比例阀的信号采集电路的电路原理图；

图7是本发明提供的一种高压电气比例阀的电磁阀驱动的电路原理图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1、图2、图3和图4，本发明的实施例提供了一种高压电气比例阀，包括外壳组件1、电磁阀2、第一活塞杆3、气压传感器4、第二活塞杆5、按钮6、电路板组件7、显示屏8和橡胶夹布膜片9，外壳组件1的后端设置有输入口，前端设置有输出口，电磁阀2、气压传感器4和电路板组件7均装设在外壳组件1内，按钮6装设在外壳组件1上，并与电路板组件7相连接，电路板组件7通过单片机进行控制，气压传感器4与电路板组件7相连接，电磁阀2与电路板组件7相连接，第一活塞杆3装设在外壳组件1上，橡胶夹布膜片9装设在外壳组件1内部，第二活塞杆5与橡胶夹布膜片9相连接，并形成对外壳组件1的输出口的封闭与开启结构，显示屏8装设在外壳组件1上，并与电路板组件7相连接形成压力值显示结构，下面结合附图对本实施例进行详细说明。

如图2、图3和图4所示，外壳组件1的后端设置有输入口，前端设置有输出口，电磁阀2、气压传感器4和电路板组件7均装设在外壳组件1内，按钮6装设在外壳组件1上，并与电路板组件7相连接，电路板组件7通过单片机进行控制，气压传感器4与电路板组件7相连接，电磁阀2与电路板组件7相连接，第一活塞杆3装设在外壳组件1上，橡胶夹布膜片9装设在外壳组件1内部，第二活塞杆5与橡胶夹布膜片9相连接，并形成对外壳组件1的输出口的封闭与开启结构，显示屏8装设在外壳组件1上，并与电路板组件7相连接形成压力值显示结构，采用PID控制算法，电气比例阀的控制精确度能够达到10kPa级，控制及数显精度高，且功耗低、使用寿命长、体积小巧、温度系数稳定，同时，使用人员能够准确的掌握和控制输出气压的大小，并可了解对应的数显值，且比例阀的压力值最高可达3.6MPa，有效解决工业控制与受控设备之间气压力值低、流量小、量程范围小的问题。

具体而言，外壳组件1包括顶壳10、前壳11、后壳12和底座13，后壳12装设在底座13上，前壳11装设在后壳12上，顶壳10装设在前壳11上，橡胶夹布膜片9装设在前壳11和后壳12之间，第一活塞杆3装设在前壳11上，第二活塞杆5装设在后壳12上，显示屏8装设在顶壳10的前方，按钮6装设在顶壳10上，电路板组件7装设在顶壳10内部。

较佳的，还包括第一活塞杆支撑弹簧14、第二活塞杆支撑弹簧15和第一活塞杆调压弹簧16，第一活塞杆3装设在前壳11内的一端设有第一活塞杆调压弹簧16，另一端设有第一活塞杆支撑弹簧14，第二活塞杆5与底座之间设置有第二活塞杆支撑弹簧15。

较佳的，还包括膜片前保护片17和膜片后保护片18，膜片前保护片17和膜片后保护片18分别装设在橡胶夹布膜片9的前后两面上。

其中，还包括按钮支架19和线路板支架20，按钮6通过按钮支架19装设在顶壳10上，并从顶壳10的内部向外伸出，电路板组件7通过线路板支架20装设在顶壳10的内部，电路板组件7包括若干块电路板21和电路板支架22，电路板21分别装设在电路板支架22上。

其中，显示屏8上方设置有显示屏反光纸23，下方设置有显示屏橡胶垫24，第一活塞杆3的外部套设有第一活塞杆密封座26，第二活塞杆5的外部套设有第二活塞杆密封座27

较佳的，还包括若干个O型密封圈25，第一活塞杆3与前壳11之间设置有O型密封圈25，第二活塞杆5与后壳12之间设置有O型密封圈25。

其中，如图5、图6和图7所示，电路板组件7包括信号输入模块、控制单元模块、信号反馈采集模块和电磁阀驱动模块，信号输入模块、信号反馈采集模块和电磁阀驱动模块均与控制单元模块相连接，电磁阀2与电磁阀驱动模块相连接。

其中，电路板组件7具备以下功能设计：

防反接功能：通过电路硬件设计，在电路中连接二极管D1，使电路带有电源防止反接及输出信号反接功能，当电源反接后，二极管D1保护整个电路器件，当电路输出短路或过载时，由采样电阻上的信号变化得到是否短路或过载的信号，单片机输出保护信号，断开输出信号。

过压保护功能：通过检测输入电压的最大值，当电压下降到设定值以下时，自动连接电源工作，实现超压自动断开电源，保护后续电路。

模拟输出功能：通过输出的压力值得到反馈信号，单片机采集反馈信号输出对应的模拟电压或电流信号，给到控制端上位机，反馈是否已经完成控制要求。

LDO供电设计：采用LDO线性稳压器，采用两级稳压，第一级给运放、电磁阀、开关输出供电，第二级给单片机、采样转换芯片和显示器输出供电，使整体供电稳定性好，输出纹波小。

如图6所示为信号采集电路的电路原理图，传感器U5的引脚3连接电源正极，引脚1、6连接电源负极，受压力的大小变化输出可变的电压信号，经过运算放大器进行放大，输出1至3V的模拟电压。

如图7所示为电磁阀驱动的电路原理图，通过利用电磁阀2打开和关闭的长短实现控制气路流量的大小。工作时，控制单元模块输出脉冲宽度可调的方波经过三极管Q2控制电容C2的充放电时间长短，与电阻R21上的电压经运算放大器U3-A运放作比较，输出控制信号经电阻R28控制三极管Q10的导通或截止，以此控制导通或截止时间的长短，实现控制电磁阀2的打开和关闭时间长短，达到控制气路流量大小的目的。

工作时，当操作输入信号指令发出之后，气压传感器4按照电路参数成比例输出信号给控制回路，气压传感器4采集当前压力信号给控制单元模块，由控制单元模块根据用户输入的信号和当前压力信号对比判断，输出控制信号驱动供气电磁阀或排气电磁阀进行补偿或排出量，调节先导腔的气压大小，推动橡胶夹布膜片9带动第二活塞杆5顶开供气电磁阀的间隙大小控制输出端的压力值，压力值的控制范围为0至3.6MPa之间。

本发明结构简单，包括外壳组件1、电磁阀2、第一活塞杆3、气压传感器4、第二活塞杆5、按钮6、电路板组件7、显示屏8和橡胶夹布膜片9，外壳组件1的后端设置有输入口，前端设置有输出口，电磁阀2、气压传感器4和电路板组件7均装设在外壳组件1内，按钮6装设在外壳组件1上，并与电路板组件7相连接，电路板组件7通过单片机进行控制，气压传感器4与电路板组件7相连接，电磁阀2与电路板组件7相连接，第一活塞杆3装设在外壳组件1上，橡胶夹布膜片9装设在外壳组件1内部，第二活塞杆5与橡胶夹布膜片9相连接，并形成对外壳组件1的输出口的封闭与开启结构，显示屏8装设在外壳组件1上，并与电路板组件7相连接形成压力值显示结构，采用PID控制算法，电气比例阀的控制精确度能够达到10kPa级，控制及数显精度高，且功耗低、使用寿命长、体积小巧、温度系数稳定，同时，使用人员能够准确的掌握和控制输出气压的大小，并可了解对应的数显值，有效解决工业控制与受控设备之间气压力值低、流量小、量程范围小的问题。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本放的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种高压电气比例阀，其特征在于：包括外壳组件（1）、电磁阀（2）、第一活塞杆（3）、气压传感器（4）、第二活塞杆（5）、按钮（6）、电路板组件（7）、显示屏（8）和橡胶夹布膜片（9），所述外壳组件（1）的后端设置有输入口，前端设置有输出口，所述电磁阀（2）、气压传感器（4）和电路板组件（7）均装设在外壳组件（1）内，所述按钮（6）装设在外壳组件（1）上，并与电路板组件（7）相连接，所述电路板组件（7）通过单片机进行控制，所述气压传感器（4）与电路板组件（7）相连接，所述电磁阀（2）与电路板组件（7）相连接，所述第一活塞杆（3）装设在外壳组件（1）上，所述橡胶夹布膜片（9）装设在外壳组件（1）内部，所述第二活塞杆（5）与橡胶夹布膜片（9）相连接，并形成对外壳组件（1）的输出口的封闭与开启结构，所述显示屏（8）装设在外壳组件（1）上，并与电路板组件（7）相连接形成压力值显示结构；

所述电路板组件（7）包括信号输入模块、控制单元模块、信号反馈采集模块和电磁阀驱动模块，所述信号输入模块、信号反馈采集模块和电磁阀驱动模块均与控制单元模块相连接，所述电磁阀（2）与电磁阀驱动模块相连接；

所述信号反馈采集模块中：传感器U5的引脚3连接电源正极，传感器U5的引脚1和引脚6连接电源负极，受压力的大小变化输出可变的电压信号，经过运算放大器进行放大，输出1至3V的模拟电压；

所述电磁阀驱动模块中：通过利用电磁阀（2）打开和关闭的时间长短实现控制气路流量的大小；控制单元模块输出脉冲宽度可调的方波经过三极管Q2控制电容C2的充放电时间长短，与电阻R21上的电压经运算放大器U3-A运放作比较，输出控制信号经电阻R28控制三极管Q10的导通或截止，以此控制导通或截止时间的长短，实现控制电磁阀（2）的打开和关闭时间长短；

所述外壳组件（1）包括顶壳（10）、前壳（11）、后壳（12）和底座（13），所述后壳（12）装设在底座（13）上，所述前壳（11）装设在后壳（12）上，所述顶壳（10）装设在前壳（11）上，所述橡胶夹布膜片（9）装设在前壳（11）和后壳（12）之间，所述第一活塞杆（3）装设在前壳（11）上，所述第二活塞杆（5）装设在后壳（12）上，所述显示屏（8）装设在顶壳（10）的前方，所述按钮（6）装设在顶壳（10）上，所述电路板组件（7）装设在顶壳（10）内部；

还包括第一活塞杆支撑弹簧（14）、第二活塞杆支撑弹簧（15）和第一活塞杆调压弹簧（16），所述第一活塞杆（3）装设在前壳（11）内的一端设有第一活塞杆调压弹簧（16），另一端设有第一活塞杆支撑弹簧（14），所述第二活塞杆（5）与底座之间设置有第二活塞杆支撑弹簧（15）；

还包括若干个O型密封圈（25），所述第一活塞杆（3）与前壳（11）之间设置有O型密封圈（25），所述第二活塞杆（5）与后壳（12）之间设置有O型密封圈（25）；

所述第一活塞杆（3）的外部套设有第一活塞杆密封座（26），所述第二活塞杆（5）的外部套设有第二活塞杆密封座（27）。

2.根据权利要求1所述的一种高压电气比例阀，其特征在于：还包括膜片前保护片（17）和膜片后保护片（18），所述膜片前保护片（17）和膜片后保护片（18）分别装设在橡胶夹布膜片（9）的前后两面上。

3.根据权利要求1所述的一种高压电气比例阀，其特征在于：还包括按钮支架（19），所述按钮（6）通过按钮支架（19）装设在顶壳（10）上，并从顶壳（10）的内部向外伸出。

4.根据权利要求1所述的一种高压电气比例阀，其特征在于：还包括线路板支架（20），所述电路板组件（7）通过线路板支架（20）装设在顶壳（10）的内部，所述电路板组件（7）包括电路板支架（22）以及设置于电路板支架（22）上的若干块电路板（21）。

5.根据权利要求1所述的一种高压电气比例阀，其特征在于：所述显示屏（8）上方设置有显示屏反光纸（23），下方设置有显示屏橡胶垫（24）。