CN116045048B - 一种调节电磁控制燃气恒压的阀和方法 - Google Patents

Abstract

一种调节电磁控制燃气恒压的阀，涉及电磁阀技术领域，执行器上盖和阀的主体之间，设置橡胶膜片分隔燃气，执行器上盖和橡胶膜片组成密闭空间，所述密闭空间填充惰性气体，阀的主体和橡胶膜片形成燃气通道；含音叉的压力传感器、调节弹簧、托盘、调节杆、电磁铁铁芯、衔铁、线圈、线圈架、位移传感器位于执行器上盖和橡胶膜片之间，用于检测和控制阀杆运动，阀杆贯穿橡胶膜片和托盘形成一体化连接，阀杆连接阀芯，用阀芯控制燃气通道；一种调节电磁控制燃气恒压的阀的方法，涉及电磁阀技术领域，通过电磁铁铁芯、衔铁、线圈和线圈架产生动态的电磁力，动态的电磁力给调节弹簧的弹力提供补偿。

Description

一种调节电磁控制燃气恒压的阀和方法

技术领域

本发明涉及电磁阀的技术领域，具体为一种调节电磁控制燃气恒压的阀和方法。

背景技术

现有的燃气调压器或者燃气指挥器，是以橡胶膜片，作为感压元件，橡胶膜片的一侧承受燃气的压力，以弹簧，作为蓄力驱动单元，弹力作用于橡胶膜片的另一侧，通过弹簧的弹力控制橡胶膜片和阀杆的位置，进而控制燃气的压力；燃气调压器或者燃气指挥器，在调压或者稳压过程中，弹簧的弹簧刚度处于非线性变化，橡胶膜片位移，造成弹簧压缩量减小而使驱动力下降，不能把输送燃气的压力，精准控制在恒定状态。

发明内容

针对以上问题，本发明的目的在于通过调节电磁变量，对调节弹簧的弹力进行微调，达到输出恒定状态的力，进而将输送燃气的压力精准控制在恒定状态，提供一种调节电磁控制燃气恒压的阀和方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种调节电磁控制燃气恒压的阀，包括：阀的主体、执行器上盖、橡胶膜片、含音叉的压力传感器、调节弹簧、托盘、调节杆、电磁铁铁芯、衔铁、线圈、线圈架、位移传感器、阀杆和阀芯，执行器上盖设置在阀的主体上，执行器上盖和阀的主体之间，设置橡胶膜片分隔燃气，执行器上盖和橡胶膜片组成密闭空间，所述密闭空间填充惰性气体，阀的主体和橡胶膜片形成燃气通道；含音叉的压力传感器、调节弹簧、托盘、调节杆、电磁铁铁芯、衔铁、线圈、线圈架、位移传感器位于执行器上盖和橡胶膜片之间，用于检测和控制阀杆运动，阀杆贯穿橡胶膜片和托盘形成一体化连接，阀杆连接阀芯，用阀芯控制燃气通道；需要说明的是，执行器上盖和橡胶膜片组成的密闭空间，用于设置包括调节弹簧和调节电磁力的机构，为了平衡燃气的压力差，因此，在所述密闭空间填充惰性气体，且对所述密闭空间采用密闭的方式，第一个作用是控制橡胶膜片的变形幅度，降低橡胶膜片破损的几率，提高橡胶膜片的使用寿命，减小燃气泄漏的几率，第二个作用是预防电火花引起燃气的爆炸，由于，在执行器上盖和橡胶膜片组成的密闭空间内有电流存在，不断控制电流，就有产生电火花的几率，让所述密闭空间不存在氧气，也不存在燃气，将爆炸的几率不断降低；

进一步地，将含音叉的压力传感器的基座固定于橡胶膜片发生形变的位置，检测燃气的压力；需要说明的是，含音叉的压力传感器的基座固定于橡胶膜片发生形变的位置，音叉的的基座跟随橡胶膜片发生形变，而发生形变，音叉的的固定频率发生改变，燃气压力使橡胶膜片发生形变，橡胶膜片发生形变使音叉的频率改变，通过检测音叉的频率，达到检测燃气压力的目的，音叉的频率与燃气压力之间的一一对应关系，需要根据具体的对应关系进行参数修正，比如橡胶膜片的厚度、橡胶膜片的弹性和音叉的规格，都会影响音叉的频率与燃气压力之间的参数对应关系；

更进一步地，电磁铁铁芯、衔铁、线圈和线圈架产生动态的电磁力，动态的电磁力给调节弹簧的弹力提供补偿；需要说明的是，电磁铁铁芯、衔铁、线圈和线圈架产生动态的电磁力，是在调节弹簧的基础上，对调节弹簧的弹力进行修正，给阀杆提供恒定的力；

一种调节电磁控制燃气恒压的方法，是以调节电磁控制燃气恒压的阀为基础，实现所述方法的具体步骤如下：

步骤一、单片机采集燃气的压力参数和位移传感器参数作为基础提供电磁力的基础，计算补偿调节弹簧的电磁力，单片机控制线圈电流的大小；需要说明的是，单片机是调节电磁控制燃气恒压的阀的控制中枢，负责参数的采集，比如含音叉的压力传感器3的压力参数，位移传感器17的位移参数，位移传感器17的位移参数反应了托盘4、阀杆7和阀芯的位移参数；由于阀杆7控制阀芯，结合图1，阀杆7向下，执行开阀动作，在这个过程中执行阀的开大，阀杆7向上，执行闭阀动作，在这个过程中执行阀的开小；电磁铁铁芯8、衔铁12、线圈9和线圈架11产生动态的电磁力，使阀杆7向下运动，调节弹簧5的弹力使阀杆7向下运动，橡胶膜片2下方的燃气产生的气压，使得阀杆7向上运动；以阀杆7为界，气压P₁和气压P₂在通常情况下是不相等的，一般情况下，进气一侧的气压大于出气一侧的气压，以气压P₁为进气一侧，以气压P₂为出气一侧，当下游供气需求增大时，P₂气压值有下降趋势，调节弹簧5的弹力大于燃气的压力，调节弹簧5驱动橡胶膜片2向下运动，从而带动阀杆7向下做开阀动作，开阀后更多气体通向下游，提升P₂气压值，开阀动作发生了向下的位移，造成调节弹簧5伸长，弹簧刚度处于非线性变化，则其压缩量减小，从而弹簧力减小，在电磁铁铁芯8、衔铁12、线圈9和线圈架11产生动态的电磁力，使阀杆7继续向下运动，对调节弹簧5的弹力补充电磁力；电磁力的调节是以调节弹簧5的弹力为基础，因此，要不断采集含音叉的压力传感器3的压力参数和位移传感器17的位移参数；

步骤二、单片机动态控制电磁力，动态补偿调节弹簧的弹力，将燃气的输出气压稳定在恒定的状态；需要说明的是，由于燃气的使用处于非线性变化，因此，需要单片机动态控制电磁力，动态补偿调节弹簧的弹力，达到使燃气的输出气压稳定在恒定的状态。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

（1）、在执行器上盖和橡胶膜片组成的密闭空间内，减低电火花产生的几率，降低燃气和氧气进入的几率，提高橡胶膜片的使用寿命，防止爆炸，提高安全能力；

（2）、在橡胶膜片上，设置可活动的环形对称面域具有三个方面的作用，第一个作用是，便于检测燃气产生的压力，第二个作用是，保证受力均衡，阀杆的位置移动处于中心位置，减小阀杆发生位置偏转的几率，第三个作用是，使得阀杆在调节方向上具有自由移动的结构，保证了动态的电磁力和调节弹簧的弹力作用到阀杆，阀杆控制阀芯的运动；

（3）、电磁铁铁芯、衔铁、线圈和线圈架产生动态的电磁力，动态的电磁力给调节弹簧的弹力提供补偿，动态补偿调节弹簧的弹力，达到使燃气的输出气压稳定在恒定的状态。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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是一种调节电磁控制燃气恒压的阀的结构剖视图；

图2是图1中A的放大结构示意图；

图3是图1中B的放大结构示意图。

附图中的标记及对应零部件的名称：1—执行器上盖、 2—橡胶膜片、3—含音叉的压力传感器、4—托盘、5—调节弹簧、6—阀杆卡环、7—阀杆、8—电磁铁铁芯、9—线圈、10—执行器上盖圆台内壁、11—线圈架、12—衔铁、13—弹簧座、14—通孔、15—调节杆、16—带通孔的螺帽、17—位移传感器、101—穿线孔、201—凹槽。

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，下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

因此，以下对本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的部分实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征和技术方案可以相互组合。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1：

如图1至图3所示，一种调节电磁控制燃气恒压的阀，包括：阀的主体、执行器上盖、橡胶膜片、含音叉的压力传感器、调节弹簧、托盘、调节杆、电磁铁铁芯、衔铁、线圈、线圈架、位移传感器、阀杆和阀芯，执行器上盖设置在阀的主体上，执行器上盖和阀的主体之间，设置橡胶膜片分隔燃气，执行器上盖和橡胶膜片组成密闭空间，所述密闭空间填充惰性气体，阀的主体和橡胶膜片形成燃气通道；含音叉的压力传感器、调节弹簧、托盘、调节杆、电磁铁铁芯、衔铁、线圈、线圈架、位移传感器位于执行器上盖和橡胶膜片之间，用于检测和控制阀杆运动，阀杆贯穿橡胶膜片和托盘形成一体化连接，阀杆连接阀芯，用阀芯控制燃气通道；将含音叉的压力传感器的基座固定于橡胶膜片发生形变的位置，检测燃气的压力；电磁铁铁芯、衔铁、线圈和线圈架产生动态的电磁力，动态的电磁力给调节弹簧的弹力提供补偿。

进一步地，结合图1，执行器上盖1与橡胶膜片2采用胶合一体化，采用螺纹方式将执行器上盖1紧固到阀的主体上，将橡胶膜片2的边缘面域，以挤压方式，与执行器上盖1和阀的主体一体化，需要说明的是，橡胶膜片2在动态的电磁力和调节弹簧的弹力作用下，橡胶膜片2一直处于受力状态，保证橡胶膜片2的边缘面域处于固定状态是非常关键的，因此，采用胶合固定和挤压固定相组合的方式，同时，也是为了密封然气，让然气不进入执行器上盖1和橡胶膜片2组成的密闭空间，降低燃气进入所述密闭空间的几率，确保燃气的安全；阀杆7贯穿橡胶膜片2和托盘4形成一体化连接，阀杆卡环6与阀杆7是一体的，需要说明的是，阀杆卡环6与阀杆7的材质是一样的，在生产环节就是一体化的，阀杆7、橡胶膜片2和托盘4是采用胶合一体化的，阀杆卡环6增加了与托盘4胶合的面积，增强了阀杆7与托盘4在结构上的牢固性；在执行器上盖1与托盘4之间，在橡胶膜片2上，设置可活动的环形对称面域，且在可活动的环形对称面域设置含音叉的压力传感器3，含音叉的压力传感器3检测燃气产生的压力P，需要说明的是，在橡胶膜片2上，设置可活动的环形对称面域具有三个方面的作用，第一个作用是，用于检测燃气产生的压力，第二个作用是，保证受力均衡，阀杆7的位置移动处于中心位置，减小阀杆7发生位置偏转的几率，第三个作用是，使得阀杆7在调节方向上具有自由移动的结构，在图1中是纵向自由移动，保证了动态的电磁力和调节弹簧的弹力作用到阀杆，阀杆控制阀芯的运动；阀杆7的施力一端连接阀芯，控制阀芯的运动，包括开阀、闭阀、阀的开大和阀的开小，阀杆7的受力一端的顶端设置衔铁12，在衔铁12与阀杆卡环6之间，阀杆7的外侧依次设置电磁铁铁芯8、线圈架11和线圈9，并内置于调节弹簧5中段，电磁铁铁芯8与阀杆7有间隙，且电磁铁铁芯8的长度，小于阀杆7在衔铁12与阀杆卡环6之间的长度，使得电磁铁铁芯8与阀杆7之间能够发生相对运动，实现电磁力对阀杆7的控制，需要说明的是，电磁铁铁芯8、线圈架11和线圈9产生电磁力，吸合衔铁12，产生具有调节作用的电磁力，使得阀杆7具有运动的空间，保证了动态的电磁力和调节弹簧的弹力作用到阀杆，作为优选的，阀杆7和阀芯杆卡环6采用非铁质材料，其目的在于减少阀杆7和阀芯杆卡环6对电磁力的干扰，使得参数的采集更简单和正确，更有利于对阀杆7的精准控制；调节弹簧5的弹簧座13一侧置于通孔14内，弹簧座13和调节杆15采用抵接，带通孔的螺帽16与通孔14采用螺纹方式紧配合，密封执行器上盖1和橡胶膜片2组成的密闭空间，带通孔的螺帽16与调节杆15采用螺纹方式紧配合，密封执行器上盖1和橡胶膜片2组成的密闭空间，需要说明的是，通孔14对调节弹簧5的弹簧座13一侧起到定位和控制运动轨迹的作用；在执行器上盖圆台内壁10设置位移传感器17，用于检测托盘4的位置变化，进而判断阀杆7的位置变化；结合图2，穿线孔101设置在执行器上盖1，优选的位置是在执行器上盖圆台内壁10的位置，执行器上盖1内所有进出的电线或者数据线，都经过穿线孔101，并对穿线孔101采用密封胶密封，密封执行器上盖1和橡胶膜片2组成的密闭空间。

更进一步地，线圈9的导体外层采用绝缘体，所述绝缘体采用软体材料，在执行器上盖1内，线圈9的导体是没有接头，线圈9的导体接头设置在执行器上盖1外，需要说明的是，这是为了避免线圈9的导体在执行器上盖1内产生电火花，因为控制的是燃气，所以保证燃气的安全是非常关键的。

更进一步地，线圈9的导体在离开线圈架11，采用螺旋结构，这是为了更好地配合调节弹簧5的运动；由于线圈9的导体要穿越调节弹簧5，预防调节弹簧5挤压线圈9的螺旋导体，产生变形，防止电火花的产生，靠近橡胶膜片2一侧，托盘4靠近调节弹簧5一面设置凹槽201，托盘4的凹槽201内放置线圈9的螺旋导体；

优选的，密封执行器上盖1和橡胶膜片2组成的密闭空间，填充惰性气体，需要说明的是，采用惰性气体的目的在于，第一个目的是，平衡燃气对橡胶膜片2产生的压力，控制橡胶膜片2发生形变的幅度，降低橡胶膜片破损的几率，第二个目的是，预防线圈9和位移传感器17等产生电火花，防止产生爆炸。

实施例2：

如图1至3所示，本发明提供了一种调节电磁控制燃气恒压的方法，是以一种调节电磁控制燃气恒压的阀为基础，实现所述方法的具体步骤如下：

是以调节电磁控制燃气恒压的阀为基础，实现所述方法的具体步骤如下：

步骤一、单片机采集燃气的压力参数和位移传感器参数作为基础提供电磁力的基础，计算补偿调节弹簧的电磁力，单片机控制线圈电流的大小；

步骤二、单片机动态控制电磁力，动态补偿调节弹簧的弹力，将燃气的输出气压稳定在恒定的状态。

其中，步骤一, 单片机采集燃气的压力参数和位移传感器参数作为基础提供电磁力的基础，计算补偿调节弹簧的电磁力，单片机控制线圈电流的大小。

进一步地，其中，在步骤一中，

根据电磁吸力公式：

式1

Ф表示通过电磁铁铁芯8极化面的磁通量，δ表示衔铁12的下表面和电磁铁铁芯8上表面之间未吸合时的间距，单位是cm，α表示修正系数，通常为[3，4]之间取值，S表示电磁铁铁芯8极化面面积，单位是cm²，F表示电磁吸力，，

可得：

式2

式中：

π表示常数；D₀表示电磁铁铁芯8的最大直径，如图1中，电磁铁铁芯8上端的直径为最大，D₁表示阀杆7的直径；

式3

IW表示线圈的安匝值，I表示线圈的电流值，单位是A，W表示线圈匝数，G_δ表示工作磁通的磁导，

式4

r表示衔铁12的外径到电磁铁铁芯8中心线的距离，为线圈磁极的物理内边界的半径，单位是cm；μ₀表示空气中的磁导率，常数0.4π×10^-8；R₀表示线圈架11的外径到电磁铁铁芯8中心线的距离，是极化面的半径，单位是cm；

因此，可得：

式5

根据式2和式5可得：

因此得：

式6

因电磁吸力是用于补偿弹簧力的损失，故电磁吸力F应等于弹簧力的下降值，因此，可得：

式中：K为弹簧刚度，单位是N/mm， ∆L表示调节弹簧5压缩量的减小值，通过位移传感器17测量，

由此可得：

式7

I表示线圈的电流值，通过式7，根据位移传感器17测量橡胶膜片2位移量，以确定调节弹簧5伸长长度，即调节弹簧5的压缩量减小值，即可计算出电磁吸力补偿调节弹簧5的弹力损失，确定线圈9的电流值I。

为了更好的实现本发明的目的，步骤二、单片机动态控制电磁力，动态补偿调节弹簧的弹力，将燃气的输出气压稳定在恒定的状态；由于燃气的使用，处于非线性变化，因此，需要单片机动态控制电磁力，动态补偿调节弹簧的弹力，达到使燃气的输出气压稳定在恒定的状态，需要不断重复步骤一。

以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但本发明不局限于上述具体实施方式，因此任何对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种调节电磁控制燃气恒压的阀，包括：阀的主体、执行器上盖、橡胶膜片、含音叉的压力传感器、调节弹簧、托盘、调节杆、电磁铁铁芯、衔铁、线圈、线圈架、位移传感器和阀杆，执行器上盖（1）设置在阀的主体上，其特征在于，执行器上盖（1）和阀的主体之间，设置橡胶膜片（2）分隔燃气，执行器上盖（1）和橡胶膜片（2）组成密闭空间，所述密闭空间填充惰性气体，阀的主体和橡胶膜片（2）形成燃气通道；含音叉的压力传感器（3）、调节弹簧（5）、托盘（4）、调节杆（15）、电磁铁铁芯（8）、衔铁（12）、线圈（9）、线圈架（11）、位移传感器（17）位于执行器上盖（1）和橡胶膜片（2）之间，用于检测和控制阀杆（7）运动，阀杆（7）、橡胶膜片（2）和托盘（4）是采用胶合一体化的，阀杆（7）贯穿橡胶膜片（2）和托盘（4）形成一体化连接，阀杆（7）的受力一端的顶端设置衔铁（12），在衔铁（12）与阀杆卡环（6）之间，阀杆（7）的外侧依次设置电磁铁铁芯（8）、线圈架（11）和线圈（9），并内置于调节弹簧（5）中段，阀杆（7）的施力一端连接阀芯，用阀芯控制燃气通道；将含音叉的压力传感器（3）的基座固定于橡胶膜片（2）发生形变的位置。

2.根据权利要求1所述的一种调节电磁控制燃气恒压的阀，其特征在于：在橡胶膜片（2）上，设置可活动的环形对称面域。

3.根据权利要求1所述的一种调节电磁控制燃气恒压的阀，其特征在于：执行器上盖（1）与橡胶膜片（2）采用胶合一体化。

4.根据权利要求1所述的一种调节电磁控制燃气恒压的阀，其特征在于：电磁铁铁芯（8）与阀杆（7）有间隙。

5.根据权利要求1所述的一种调节电磁控制燃气恒压的阀，其特征在于：线圈（9）的导体外层采用绝缘体。

6.根据权利要求1所述的一种调节电磁控制燃气恒压的阀，其特征在于：线圈（9）的导体在离开线圈架（11）后采用螺旋结构。

7.根据权利要求1所述的一种调节电磁控制燃气恒压的阀，其特征在于：托盘（4）的凹槽（201）内放置线圈（9）的螺旋导体。

8.根据权利要求1至7任意一项所述的一种调节电磁控制燃气恒压的阀的方法，其特征在于：是以调节电磁控制燃气恒压的阀为基础，实现所述方法的具体步骤如下：

步骤一、单片机采集燃气的压力参数和位移传感器参数作为基础提供电磁力的基础，计算补偿调节弹簧的电磁力，单片机控制线圈电流的大小；

步骤二、单片机动态控制电磁力，动态补偿调节弹簧的弹力，将燃气的输出气压稳定在恒定的状态。

9.根据权利要求8所述的一种调节电磁控制燃气恒压的阀的方法，其特征在于：在步骤一中，确定线圈（9）的电流值为

，I表示线圈的电流值，δ表示衔铁（12）的下表面和电磁铁铁芯（8）上表面之间未吸合时的间距，K表示弹簧刚度，∆L表示弹簧（5）压缩量的减小值，π表示常数，D₀表示电磁铁铁芯（8）的最大直径，D₁表示阀杆（7）的直径，α表示修正系数，通常为[3，4]之间取值，W表示线圈匝数，r表示衔铁（12）的外径到电磁铁铁芯（8）中心线的距离，R₀表示线圈架（11）的外径到电磁铁铁芯（8）中心线的距离。

Images