CN113514116A - 一种表阀一体式流量监控装置及控制方法 - Google Patents

一种表阀一体式流量监控装置及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及流量监控技术领域，尤其涉及一种表阀一体式流量监控装置及控制方法，包括：壳体、流量检测机构、先导阀、主阀和控制器，壳体中设有进气通道和内腔，进气通道的出口与内腔连通，流量检测机构设置在内腔中，流量检测机构的入口和内腔连通，流量检测机构的出口与主阀进口连通，主阀设置在壳体底座上，先导阀设置在主阀上；控制器与流量检测机构和先导阀电性连接，控制器通过先导阀控制主阀的开度。通过超声传感器实时监控装置内气体流量值，通过PID控制算法，实现主阀输出气体流量精准控制；阀表一体式设置解决中间反馈时间长，响应时间慢的问题。

Description

一种表阀一体式流量监控装置及控制方法
技术领域
本发明涉及流量监控技术领域，尤其涉及一种表阀一体式流量监控装置及控制方法。
背景技术
超声波流量仪表是以"速度差法"为原理，测量圆管内液体流量的仪表，现有技术中的表阀一体式流量监控装置和控制阀都是单独运作，需要人工根据流量计的数据来调节控制阀，但流量计中产生数据与控制阀的调节具有一定的时间差，调节十分不准确，需要多次调节控制阀来达到需要的流量，十分麻烦。
在先专利CN202020139536提及了表阀一体式流量监控装置，通过球阀与超声波传感器配合但其主要目的是解决信号衰减问题，缺少控制单元，无法对流量进行控制，
而专利201010266959.1提出了一种在液压上使用的先导流量闭环控制的比例流量阀，但检测的效率和精度较差。
现有技术中阀结合流量计，一般的阀和流量计分开设置，中间反馈时间长，而且现有的阀以电磁阀为主，响应时间慢，同时，分开设计占用空间大且安装繁琐；另外，阀和流量计分开设置占用空间大，阀和流量计间隔的那段管路无法控制压力，造成整体精确度差，气压波动较大。
发明内容
针对现有技术存在的问题：本发明提供了表阀一体式流量监控装置及控制方法，通过超声传感器实时监控装置内气体流量值，通过PID控制算法，实现主阀输出气体流量精准控制；阀表一体式设置使阀和表的中间反馈时间短、响应时间快、且占用空间小和安装简单。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种表阀一体式流量监控装置，包括：壳体、流量检测机构、先导阀、主阀和控制器，壳体具有内腔，内腔通过进气通道与壳体外侧连通，流量检测机构设置在内腔中，流量检测机构的入口和内腔连通，流量检测机构的出口与主阀进口连通，主阀设置在壳体上，先导阀设置在主阀上；
控制器与流量检测机构和先导阀电性连接，控制器通过驱动先导阀控制主阀的开度。
进一步的，壳体设有底座，主阀设置在底座上。
进一步的，进气通道、内腔和流量检测机构设置为迷宫型流道，使得气流平滑经过流量检测机构，提高检测精度，进气通道包括依次连通的第一通道、第二通道和第三通道，第一通道与壳体外侧连通，第三通道与内腔连通。
进一步的，第二通道与第一通道和第三通道相互垂直。
进一步的，第三通道的出口朝向与流量检测机构入口朝向相反。
进一步的，检测通道入口处设有喇叭状开口。
进一步的，流量检测机构还包括检测通道和设置在检测通道上的两个超声波传感器，检测通道的入口与内腔连通，检测通道的出口与主阀入口连通，两个超声波传感器固定在检测通道上。
进一步的，两个超声波传感器对称设置在检测通道上且检测轴线与检测通道的轴线呈45°夹角。
进一步的，检测通道内有两个隔板，将检测通道分隔为3个区域，防止气流混乱。
一种表阀一体式流量监控装置的控制方法，包括以下步骤：
S1：在控制器中预设主阀需输出气体流量值；
S2：超声波传感器实时监控检测通道内气体流量，并将气体流量反馈给控制器；
S3：判断超声波传感器反馈气体流量值与S1的预设主阀需输出气体流量值是否相等；
如果否，计算反馈气体流量值与预设输出气体流量值的流量差值，控制器将流量差值转为电压信号值反馈给先导阀3，控制先导阀3内的压电片开合，从而控制主阀4的输出流量，然后返回步骤S2；
如果是，无需对先导阀进行电压调整。
进一步的，控制器采用PID控制算法将流量差值转为电压信号值，算法公式为
Figure BDA0003083289060000031
其中，Kp比例系数，Tt积分时间常数，TD微分时间常数，Y(t)输出控制电压信号，e(t)为流量值偏差值。
本发明的有益效果是：
1、控制器根据超声波传感器监测的气体流量与预设气体流量的偏差值，通过PID控制输出控制电压信号，从而控制先导阀气流能驱动主阀阀芯升降，阀芯升降时阀芯与密封件间的间隙会发生变化，实现对流量的实时精准控制，保证输出气流的流量维持一个固定值。
2、阀直接装在流量计出口处，流量反馈距离短，控制响应时间快、调节快，精度高。
3、表阀一体设计占用空间小，安装方便。
附图说明
图1为本发明表阀一体式流量监控装置俯视图；
图2为本发明表阀一体式流量监控装置主视图；
图3为图1中A-A向剖视示意图；
图4为图1中B-B向剖视示意图；
图5为本发明关闭状态的主阀剖面图；
图6为本发明打开状态的主阀剖面图；
图7为本发明表阀一体式流量监控装置的控制方法流程图；
图中，1、壳体，2、流量检测机构，3、先导阀，4、主阀，11、进气通道，12、内腔，21、检测通道，22、超声波传感器，111、第一通道。112、第二通道，113、第三通道，411、密封件，412、阀芯，413、稳压件。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的实施例作进一步的详细说明。
如图1、2、3为本发明的一种表阀一体式流量监控装置，包括：壳体1、流量检测机构2、先导阀3和主阀4，壳体1中设有进气通道11和内腔12，进气通道11与内腔12连通，流量检测机构2设置在内腔12中，流量检测机构2入口和内腔12连通，流量检测机构2的出口与主阀4进口连通，主阀4设置在壳体1底座上，先导阀3设置在主阀4上。
控制器与流量检测机构2和先导阀3电性连接，控制器通过先导阀3控制主阀4的开度，如图5和6分别为通过先导阀3控制的关闭和打开状态下的主阀4。
如图2本发明的一种表阀一体式流量监控装置的控制方法，包括以下步骤：
S1：在控制器中预设主阀4需输出气体流量值；
S2：超声波传感器实时监控检测通道内气体流量，并将气体流量反馈给控制器；
S3：判断超声波传感器22反馈气体流量值与S1的预设主阀4需输出气体流量值是否相等；
如果否，控制器将流量差值转为电压信号值反馈给先导阀3，控制先导阀3内的压电片开合，从而控制主阀4的输出流量，然后返回步骤S2；
如果是，无需对先导阀3进行电压调整。
工作原理：表阀一体式流量监控装置与需监控的管道连接，需要监控的气体通过进气通道11的入口进入表阀一体式流量监控装置，气体分别通过进气通道11的第一通道111、第二通道112和第三通道113进入内腔12，内腔12设置气流道，进气通道11的第一通道111、第二通道112和第三通道113依次连接形成迷宫型流道，这样气体进入后不会直接流入流量检测机构2，气流波动小，超声波传感器22检测准确性高；检测通道211内具有隔板，将气流分层三个区域，防止气流混乱，气体到达主阀4入口，经过主阀4内部通道到达输出端。
假定流量监控装置的控制器中预设主阀4的输出流量A，当主阀4处于关闭状态时，此时超声波传感器22检测到主阀4入口流量为零，超声波传感器22将实际监测的流量值反馈给控制器，控制器计算实测流量值与预设流量的偏差值，并根据流量偏差值通过PID控制算法计算出控制电压值，控制器将控制电压信号反馈给先导阀3，先导阀3输出的气体配合主阀4阀芯下部的弹簧实现主阀4阀芯的升降，阀芯升降从而改变其与主阀内侧台阶的距离即改变气流通道的大小，从而改变输出的气体流量；超声波传感器22检测主阀4入口流量变化，控制器不断循环判断超声波传感器22采集到的主阀4入口流量与预设流量是否相同，直到超声波传感器22采集到的主阀4入口流量与预设流量相等，流量偏差值为零，不再调整先导阀3的控制电压值。
本发明的有益效果是：控制器根据超声波传感器监测的气体流量与预设气体流量的偏差值，通过PID控制输出控制电压信号，从而控制先导阀气流能驱动主阀阀芯升降，阀芯升降时阀芯与密封件间的间隙会发生变化，实现对流量的实时精准控制，保证输出气流的流量维持一个固定值。阀直接装在流量计出口处，流量反馈距离短，控制响应时间快。进气通道出口、内腔与流量检测机构设置为迷宫型流道，使得气流平滑经过流量检测机构，提高检测精度。现有技术中常用在一个管路上串联设置流量计和控制阀来实现对管路流量的控制，但是这种结构由于流量计和控制阀间存在一段间隔的管路，所以初始调试和中间过程调试的时间都较长，而本发明由于流量检测机构和控制阀部分直接连接，所以装置的开始调试只需3秒可达到设定值，而中间过程控制时可以达到1-2秒；而且现有的分开设置一方面占空间大，另外阀和流量计间间隔的那段管路无法控制流量，造成整体精确度差，流量波动较大。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种表阀一体式流量监控装置，其特征在于，包括：壳体(1)、流量检测机构(2)、先导阀(3)、主阀(4)和控制器，所述壳体(1)具有内腔(11)，所述内腔(11)通过进气通道(11)与所述壳体(1)外侧连通，所述流量检测机构(2)设置在所述内腔(12)中，所述流量检测机构(2)的入口和所述内腔(12)连通，所述流量检测机构(2)的出口与所述主阀(4)进口连通，所述主阀(4)设置在所述壳体(1)上，所述先导阀(3)设置在所述主阀(4)上；
所述控制器与所述流量检测机构(2)和所述先导阀(3)电性连接，所述控制器通过驱动所述先导阀(3)控制所述主阀(4)的开度。
2.如权利要求1所述的表阀一体式流量监控装置，其特征在于：所述壳体(1)设有底座，所述主阀(4)设置在底座上。
3.如权利要求1所述的表阀一体式流量监控装置，其特征在于：所述进气通道(11)包括依次连通的第一通道(111)、第二通道(112)和第三通道(113)，所述第一通道(111)与所述壳体(1)外侧连通，所述第三通道(113)与所述内腔(12)连通。
4.如权利要求3所述的表阀一体式流量监控装置，其特征在于：所述第二通道(112)与所述第一通道(111)和所述第三通道(113)相互垂直。
5.如权利要求1所述的表阀一体式流量监控装置，其特征在于：所述流量检测机构(2)包括检测通道(21)和设置在检测通道(21)上的两个超声波传感器(22)，所述检测通道(21)的入口与所述内腔(12)连通，所述检测通道(21)的出口与所述主阀(4)入口连通，两个所述超声波传感器(22)固定在所述检测通道(21)上。
6.如权利要求5所述的表阀一体式流量监控装置，其特征在于：所述检测通道(21)入口处设有喇叭状开口。
7.如权利要求5所述的表阀一体式流量监控装置，其特征在于：两个所述超声波传感器(22)对称设置在所述检测通道(21)上且检测轴线与所述检测通道(21)的轴线呈45°夹角。
8.如权利要求7所述的表阀一体式流量监控装置，其特征在于：所述检测通道(21)内有两个隔板，将所述检测通道(21)分隔为三个区域。
9.一种如权利要求1-8任一项所述表阀一体式流量监控装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在所述控制器中预设所述主阀(4)需输出气体流量值；
S2：所述超声波传感器(22)实时监控所述检测通道(21)内气体流量，并将气体流量反馈给所述控制器；
S3：判断所述超声波传感器(22)反馈气体流量值与所述S1的预设所述主阀(4)输出气体流量值是否相等；
如果否，所述控制器将流量差值转为电压信号反馈给所述先导阀(3)，控制所述先导阀(3)内的压电片开合，从而控制所述主阀(4)的输出流量，然后返回步骤S2；
如果是，无需对先导阀3进行电压调整。
10.如权利要求1所述的表阀一体式流量监控装置的控制方法，其特征在于：所述控制器采用PID控制算法将流量差值转为电压信号值，算法公式为
Figure FDA0003083289050000021
其中，Kp比例系数，Tt积分时间常数，TD微分时间常数，Y(t)输出控制电压信号，e(t)为流量值偏差值。
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