CN110056766A - 一种气体储存单元用稳压装置及其稳压方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气体储存单元用稳压装置及其稳压方法，属于稳压设备。包括：设置在气体储存单元外部的压力传感器，与所述气体储存单元相连接的压力调节组件，设置在所述压力调节组件的内的温度控制组件，以及与所述压力传感器、压力调节组件和温度控制组件相连接的控制模块。本发明通过压力传感器检测到外界环境水压或气压变化，然后控制模块按照预定算法控制温度控制组件加热和气缸推动活动板，改变充气气囊和气体储存单元的温度和体积大小，以保证气体储存单元内气压与外界执行单元气压差值的稳定，解决了现有的气压传动机构随着外界环境的变化，导致气源单元与执行单元之间的压力差不稳定，影响执行单元的精度问题。

Description

一种气体储存单元用稳压装置及其稳压方法

技术领域

本发明属于稳压设备，尤其是一种气体储存单元用稳压装置及其稳压方法。

背景技术

气压传动是以压缩空气为工作介质进行能量和信号传递的一种传动方式，被运用于各种以大气为环境的许多应用领域，一般气压传动机构由气源单元、执行单元、控制模块和辅助单元组成。也就是说气压传动机构的动力主要来自于气源单元与执行单元两者之间的压力差。

但是当现有的气压传动机构用于与水下、高原和高空时，执行单元与外界环境直接接触，其收到的大气压力或者水压随着外界环境的变化，而时刻变化着，这也导致气源单元与执行单元之间的压力差处于波动状态，会导致执行单元的输出力不够稳定，对执行单元的精度有严重影响；当气压传动机构在水下工作时，严重时，甚至会出现输出力为负值的情况。

发明内容

发明目的：提供一种气体储存单元用稳压装置，以解决现有的气压传动机构随着外界环境的变化，导致气源单元与执行单元之间的压力差不稳定，影响执行单元的精度问题。

技术方案：一种气体储存单元用稳压装置，包括：设置在气体储存单元外部的压力传感器，与所述气体储存单元相连接的压力调节组件，设置在所述压力调节组件的内的温度控制组件，以及与所述压力传感器、压力调节组件和温度控制组件相连接的控制模块。

在进一步的实施例中，所述压力调节组件包括：立方体形状的刚性压缩腔，密封安装在所述刚性压缩腔内可上下滑动的活动板，固定安装在所述刚性压缩腔上顶部、且与所述活动板相连接的气缸，固定连接在所述活动板和压缩腔上顶部之间的伸缩导柱，以及设置在所述刚性压缩腔底部、且与气体储存单元相连接的橡胶气囊。

在进一步的实施例中，所述橡胶气囊所为层叠结构，包括：至少两层橡胶层，设置在所述橡胶层之间的至少一层热塑性树脂层，设置在内侧橡胶层与热塑性树脂层之间的玻璃纤维布，以及设置在所述橡胶层与热塑性树脂层之间多个高弹性的加强筋。

在进一步的实施例中，所述刚性压缩腔上顶部和活动板上分别设置有光电感应器的发生装置和接收装置。

在进一步的实施例中，所述温度控制组件包括：分别设置在所述橡胶气囊内部和储存单元内部以及气体储存单元外部的多个温度传感器，以及设置在所述橡胶气囊内部的加热组件和降温组件。

在进一步的实施例中，所述加热组件包括：设置在所橡胶气囊外部、且与所述控制模块相连接的电源和智能开关，编织在所述玻璃纤维布内的多个电加热丝；其中多个电热丝之间相互并联，然后通过电线与充电电池和智能开关连接。

在进一步的实施例中，所述降温组件包括：编织固定在玻璃纤维布内、且与电加热丝交叉排列的冷却网管，设置在与所述刚性压缩腔的外部的贮液器，与所述贮液器的相连接、且与所述控制模块相连接的制冷压缩机，冷却网管和制冷压缩之间通过蒸汽通道软管和液体通道软管连接形成环路。

在进一步的实施例中，所述稳压装置主要应用于水下用于气动设备供气的气体储存单元的稳压，还可以用于高原、高空等场合用于气动设备供气的气体储存单元的稳压。

另一方面，一种气体储存单元用稳压装置的稳压方法，包括：

S1、温度传感器检测橡胶气囊和气体储存单元的温度，压力传感器检测水底压力控制模块或空气大气压，并将压力、温度数据传输至控制模块；

S2、控制模块控制温度控制组件，加热或降温橡胶气囊和气体储存单元内的气体至周围环境中的温度；

S3、控制模块控制根据压力传感器上的压力变化，控制气缸推动或拉回活动板，压缩或扩大所述橡胶气囊的体积；

S4、通过改变橡胶气囊的体积，保证气体储存单元与外界压力差值的恒定，达到稳压的作用。

在进一步的实施例中，所述控制模块的采用的算法包括以下步骤：

A1、控制模块接收到水底压力或空气大气压P数据，并对P采用以下公式进行处理：

；

其中，t为当前时间点；为当前时间点的外界环境中的压强；k为设置时间长，为定值；f为采样频率；K为压力修正系数，为常数；v为此时压力传感器相对于外界环境的瞬时速度；

A2、控制模块接收到橡胶气囊和气体储存单元的温度T数据，并对T采用以下公式进行处理：

；

其中，为橡胶气囊和气体储存单元内的平均温度；N为虚拟腔室的样本个数；为虚拟腔室的温度加权系数；

A3、控制模块控制温度控制组件，加热或降温橡胶气囊和气体储存单元内的气体至周围环境中的温度；此时采用以下公式计算出水底压力或空气大气压与橡胶气囊、气体储存单元内的压力差：

；

其中，n、R均为常数；V橡胶气囊和气体储存单元体积，为常数；P ₀ 为气体储存单元内的初始气压；T ₀ 为气体储存单元内的初始温度；

A4、控制模块控制气缸推动活动板移动，其中移动的距离L，采用以下公式进行处理计算出位移距离L：

；

其中，S为刚性压缩腔或活动板的截面面积。

有益效果：本发明涉及一种气体储存单元用稳压装置及其稳压方法，通过压力传感器检测到外界环境水压或气压变化，温度传感器检测充气气囊和气体储存单元的温度，然后控制模块按照预定算法控制温度控制组件加热和气缸推动活动板，改变充气气囊和气体储存单元的温度和体积大小，以保证气体储存单元内气压与外界执行单元气压差值的稳定，解决了现有的气压传动机构随着外界环境的变化，导致气源单元与执行单元之间的压力差不稳定，影响执行单元的精度问题。

附图说明

图1是本发明的原理示意图。

图2是本发明中压力调节组件的结构示意图。

图3是本发明的橡胶气囊的截面示意图。

图4是本发明的玻璃纤维布的结构示意图。

附图标记为：压力传感器1、压力调节组件2、温度控制组件3、控制模块4、刚性压缩腔5、活动板6、气缸7、伸缩导柱8、橡胶气囊9、气体储存单元10、温度传感器11、光电感应器12、橡胶层901、热塑性树脂层902、玻璃纤维布903、加强筋904、电加热丝905、冷却网管906。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如附图1所示，一种气体储存单元10用稳压装置，包括：压力传感器1、压力调节组件2、温度控制组件3设置和控制模块4。压力传感器1在气体储存单元10外部，优选为所述执行单元附近，这样检测所得的数据更能趋向于真实值；压力调节组件2与所述气体储存单元10相连接，用于调整气体储存单元10内气体的压力大小；温度控制组件3设置在所述压力调节组件2的内部，以保证压力调节组件2和气体储存单元10内气体温度的恒定；控制模块4与所述压力传感器1、压力调节组件2和温度控制组件3电连接。

作为一个优选方案，如附图2所示，所述压力调节组件2包括：刚性压缩腔5、活动板6、气缸7、伸缩导柱8、橡胶气囊9。刚性压缩腔5为一个立方体形状，采用刚性材料制成；活动板6密封安装在所述刚性压缩腔5内，可沿着刚性压缩腔5的侧壁上下滑动；气缸7的一端固定安装在所述刚性压缩腔5上顶部，另一端与所述活动板6相连接，伸缩导柱8固定连接在所述活动板6和压缩腔上顶部之间，起支撑固定作用；其中，在所述刚性压缩腔5上顶部和活动板6上分别设置有光电感应器12的发生装置和接收装置，用于测量气缸7推动活动板6的位移变化量。橡胶气囊9设置在所述刚性压缩腔5底部，且与气体储存单元10相连接。可在橡胶气囊9和气体储存单元10的连接通道之间设置一个风机，加快气体流动性。通过气缸7带动活动板6，上下滑动，压缩橡胶气囊9，改变橡胶气囊9和气体储存单元10的总体积，实现改变气体储存单元10的压力。在现有技术中存在一种通过周围环境中的水压或者气压调整活动板6的位置，以改变气体储存单元10的内的气体压力的。但是当气体储存单元10和外界环境之间存在相对移动时，周围环境中对活动板6的作用力，就不再是其水压或者是大气压力了。而通过气缸7调整活动板6的位置，其精度要远大于上述现有技术。

其中，如附图3所示，所述橡胶气囊9所为层叠结构，包括：至少两层橡胶层901，设置在所述橡胶层901之间的至少一层热塑性树脂层902，设置在内侧橡胶层901与热塑性树脂层902之间的玻璃纤维布903，以及设置在所述橡胶层901与热塑性树脂层902之间多个高弹性的加强筋904。由于橡胶气囊9包含多层结构，所以不仅能够具备热塑性树脂的优异的耐空气透过性，还具有橡胶层901所具有的缓冲功能和耐磨损性，以及玻璃纤维布903的耐高温和保温性能。因此能够防止橡胶气囊9因与活动板6发生挤压使其表面产生裂纹。所述加强筋904不仅能够提高橡胶气囊9的结构稳定性，而且提高橡胶气囊9与刚性压缩腔5之间的贴合程度，需要说明的是，橡胶气囊9外部与刚性压缩腔5之间一直为真空状态。

如附图4所示，所述温度控制组件3包括：分别设置在所述橡胶气囊9内部和储存单元内部以及气体储存单元10外部的多个温度传感器11，以及设置在所述橡胶气囊9内部的加热组件和降温组件。其中，设置在所述橡胶气囊9内部和储存单元内部的温度传感器11，在安装过程中，将橡胶气囊9内部和储存单元进行数学建模，按照体积大小、腔室的形状和气体流动性等参数划分为多个虚拟腔室，在每个虚拟腔室内设置有一个温度传感器11，以此测出来的温度传感器11检测的温度更具有代表性。所述加热组件包括：设置在所橡胶气囊9外部、且与所述控制模块4相连接的电源和智能开关，编织在所述玻璃纤维布903内的多个电加热丝905；其中多个电热丝之间相互并联，然后通过电线与充电电池和智能开关连接；控制模块4通过控制智能开关闭合，控制电加热丝905的工作温度。所述降温组件包括：编织固定在玻璃纤维布903内、且与电加热丝905交叉排列的冷却网管906，用于热交换的冷却网管906采用耐高压 PC 毛细管组成，设置在与所述刚性压缩腔5的外部的贮液器，与所述贮液器的相连接、且与所述控制模块4相连接的制冷压缩机，冷却网管906和制冷压缩之间通过蒸汽通道软管和液体通道软管连接形成环路。控制模块4通过控制制冷压缩机，控制冷却网管906的温度变化。控制模块4通过加热组件或者降温组件，将所橡胶气囊9和气体储存单元10内的气体至周围环境中的温度与环境温度一致，能够避免气体在执行单元处由于温度差的原因，引起的压力变化，从而影响执行单元的输出精度。

需要说明的是，所述稳压装置主要应用于水下用于气动设备供气的气体储存单元10的稳压，还可以用于高原、高空等场合用于气动设备供气的气体储存单元10的稳压。但不仅局限于此，在常压场合中，周围环境压力与标准大气压有较大差别时，均能采用所述稳压装置，对气体储存单元10进行稳压。具体再如：气体储存单元10在具有较大的移动速度、温度过高或过低等异常情况。

另一方面，一种气体储存单元10用稳压装置的稳压方法，包括：

S1、温度传感器11检测橡胶气囊9和气体储存单元10的温度，压力传感器1检测水底压力控制模块4或空气大气压，并将压力、温度数据传输至控制模块4；

S2、控制模块4控制温度控制组件3，加热或降温橡胶气囊9和气体储存单元10内的气体至周围环境中的温度；

S3、控制模块4控制根据压力传感器1上的压力变化，控制气缸7推动或拉回活动板6，压缩或扩大所述橡胶气囊9的体积；

S4、通过改变橡胶气囊9的体积，保证气体储存单元10与外界压力差值的恒定，达到稳压的作用。

作为一个优选方案，所述控制模块4的采用的算法包括以下步骤：

A1、控制模块4接收到水底压力或空气大气压P数据，并对P采用以下公式进行处理：

；

其中，t为当前时间点； 为当前时间点的外界环境中的压强；k为设置时间长，为定值；f为采样频率；K为压力修正系数，为常数；v为此时压力传感器1相对于外界环境的瞬时速度；

A2、控制模块4接收到橡胶气囊9和气体储存单元10的温度T数据，并对T采用以下公式进行处理：

；

其中， 为橡胶气囊9和气体储存单元10内的平均温度；N为虚拟腔室的样本个数； 为虚拟腔室的温度加权系数，其基准为1；

A3、控制模块4控制温度控制组件3，加热或降温橡胶气囊9和气体储存单元10内的气体至周围环境中的温度；此时采用以下公式计算出水底压力或空气大气压与橡胶气囊9、气体储存单元10内的压力差：

；

其中，n、R均为常数；V橡胶气囊9和气体储存单元10体积，为常数；P0为气体储存单元10内的初始气压；T0为气体储存单元10内的初始温度；

A4、控制模块4控制气缸7推动活动板6移动，其中移动的距离L，采用以下公式进行处理计算出位移距离L：

；

其中，S为刚性压缩腔5或活动板6的截面面积，由于橡胶气囊9相对于所述刚性压缩腔5的体积可忽略不计；但为提高精准性，S也可以为刚性压缩腔5或活动板6的截面面积减去所述橡胶气囊9的截面积。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (10)

1.一种气体储存单元用稳压装置，其特征在于，包括：设置在气体储存单元外部的压力传感器，与所述气体储存单元相连接的压力调节组件，设置在所述压力调节组件的内的温度控制组件，以及与所述压力传感器、压力调节组件和温度控制组件相连接的控制模块。

2.根据权利要求1所述的气体储存单元用稳压装置，其特征在于，所述压力调节组件包括：立方体形的刚性压缩腔，密封安装在所述刚性压缩腔内可上下滑动的活动板，固定安装在所述刚性压缩腔上顶部、且与所述活动板相连接的气缸，固定连接在所述活动板和压缩腔上顶部之间的伸缩导柱，以及设置在所述刚性压缩腔底部、且与气体储存单元相连接的橡胶气囊。

3.根据权利要求2所述的气体储存单元用稳压装置，其特征在于，所述橡胶气囊所为层叠结构，包括：至少两层橡胶层，设置在所述橡胶层之间的至少一层热塑性树脂层，设置在内侧橡胶层与热塑性树脂层之间的玻璃纤维布，以及设置在外层橡胶层与热塑性树脂层之间多个高弹性的加强筋。

4.根据权利要求2所述的气体储存单元用稳压装置，其特征在于，所述刚性压缩腔上顶部和活动板上分别设置有光电感应器的发生装置和接收装置。

5.根据权利要求1所述的气体储存单元用稳压装置，其特征在于，所述温度控制组件包括：分别设置在所述橡胶气囊内部和储存单元内部以及气体储存单元外部的多个温度传感器，以及设置在所述橡胶气囊内部的加热组件和降温组件。

6.根据权利要求3或5所述的气体储存单元用稳压装置，其特征在于，所述加热组件包括：设置在所橡胶气囊外部、且与所述控制模块相连接的电源和智能开关，编织在所述玻璃纤维布内的多个电加热丝；其中多个电热丝之间相互并联，然后通过电线与充电电池和智能开关连接。

7.根据权利要求3或5所述的气体储存单元用稳压装置，其特征在于，所述降温组件包括：编织固定在玻璃纤维布内、且与电加热丝交叉排列的冷却网管，设置在与所述刚性压缩腔的外部的贮液器，与所述贮液器的相连接、且与所述控制模块相连接的制冷压缩机，冷却网管和制冷压缩之间通过蒸汽通道软管和液体通道软管连接形成环路。

8.根据权利要求1所述的气体储存单元用稳压装置，其特征在于，所述稳压装置主要应用于水下用于气动设备供气的气体储存单元的稳压，还可以用于高原、高空等场合用于气动设备供气的气体储存单元的稳压。

9.一种气体储存单元用稳压装置的稳压方法，其特征在于，包括：

S1、温度传感器检测橡胶气囊和气体储存单元的温度，压力传感器检测水底压力控制模块或空气大气压，并将压力、温度数据传输至控制模块；

S2、控制模块控制温度控制组件，加热或降温橡胶气囊和气体储存单元内的气体至周围环境中的温度；

S3、控制模块控制根据压力传感器上的压力变化，控制气缸推动或拉回活动板，压缩或扩大所述橡胶气囊的体积；

S4、通过改变橡胶气囊的体积，保证气体储存单元与外界压力差值的恒定，达到稳压的作用。

10.根据权利要求9所述的气体储存单元用稳压装置的稳压方法，其特征在于，所述控制模块的采用的算法包括以下步骤：

A1、控制模块接收到水底压力或空气大气压P数据，并对P采用以下公式进行处理：

；

其中，t为当前时间点；为当前时间点的外界环境中的压强；k为设置时间长，为定值；f为采样频率；K为压力修正系数，为常数；v为此时压力传感器相对于外界环境的瞬时速度；

A2、控制模块接收到橡胶气囊和气体储存单元的温度T数据，并对T采用以下公式进行处理：

；

其中，为橡胶气囊和气体储存单元内的平均温度；N为虚拟腔室的样本个数；为虚拟腔室的温度加权系数；

A3、控制模块控制温度控制组件，加热或降温橡胶气囊和气体储存单元内的气体至周围环境中的温度；此时采用以下公式计算出水底压力或空气大气压与橡胶气囊、气体储存单元内的压力差：

；

其中，n、R均为常数；V橡胶气囊和气体储存单元体积，为常数；P ₀ 为气体储存单元内的初始气压；T ₀ 为气体储存单元内的初始温度；

A4、控制模块控制气缸推动活动板移动，其中移动的距离L，采用以下公式进行处理计算出位移距离L：

；

其中，S为刚性压缩腔或活动板的截面面积。