CN203286094U - 陶瓷密封电动阀全电子控制电路 - Google Patents

Abstract

一种陶瓷密封电动阀全电子控制电路，通过驱动阀门内置减速电机的正、反转向，使陶瓷密封阀芯形成90°扇形往返转动，实现阀门开启与关闭。电路由整流稳压、供断电识别、法拉电容充电延时、阀门开启与关闭状态触发器、正反向堵转电流延迟采样及正反向电流放大电路所组成，该控制电路板装置在阀门主体的密封盒内。通电后，控制电路向减速电机提供正向电流驱动阀门开启，当阀芯转至开启限位点时，减速电机因无法继续旋转进而产生堵转电流，经电流采样后控制电路自动终止正向电流的输出；断电后，电路中的法拉电容接续供电，并向减速电机输出反向电流驱动阀门关闭，当阀芯转至关闭限位点时，因反向堵转电流的产生，电路自动终止反向电流的输出。

Description

陶瓷密封电动阀全电子控制电路

技术领域

本实用新型涉及一种陶瓷密封电动阀全电子控制电路，该控制电路可根据外部供电状态的变化输出正向或反向电流，改变阀门内置减速电机与陶瓷密封阀芯的转动方向，实现阀门的开启或关闭。 

背景技术

传统电磁阀的动态密封介质均采用橡胶材料，阀门的开启依靠外部的供电，开启后电磁线圈中始终通有几百毫安的电流，其电磁线圈中的功耗与阀门的耐压与流量及通径成正比(脉冲电磁阀开启后虽没有持续电流，但却要降低阀门的耐压与流量，当在“零”供水压力的条件下使用，阀门通常不能正常开启)，阀门的关闭则是借力于弹簧的复位，因此应用中可靠性低、功率消耗大。 

常规的电动阀则以球阀、碟阀、活塞阀的形式出现，其球阀的密封介质为高分子材料，球阀能耐压高，但不耐高温，且使用寿命短。碟阀、活塞阀能耐温高，但耐压低，密封特性差，以上阀门通常需要配备与阀门主体分离的执行器，所以在应用上还存在一定的局限性。 

发明内容

陶瓷密封技术作为动态密封装置具有耐高温、耐高压、长寿命以及不惧水质条件等优势，因此陶瓷密封电动阀的结构设计(机械结构实用新型的申请另行提交)是作为本实用性型的基础方案，本实用新型提供一种可驱动陶瓷密封阀芯实现90°角扇形往返转动的陶瓷密封电动阀全电子控制电路。该控制电路分别由桥式整流器、集成稳压器、供电与断电识别电路、法拉电容充电延时电路、阀门开启与关闭状态触发器、正反向堵转电流延迟采样电路以及为减速电机提供的正、反向电流放大电路所组成。该控制电路板安装在电动阀主体的密封盒内，控制电路板的输入端连接外部电源，控制电路板的输出端与阀门内置的减速电机相连接。通电后，控制电路向减速电机提供正向电流，阀门内置减速电机顺时针旋转，经主、从齿轮的扭力传递陶瓷密封阀芯逆时针转动，阀门开启。断电后，控制电路中的法拉电容接续向电路供电，控制电路向减速电机输出反向电流，阀门内置减速电机逆时针旋转，陶瓷密封阀芯则呈顺时针转动，阀门关闭。控制电路中的正、反向电流放大电路设有减速电机正、反向堵转电流采样与复位控制单元，当电动阀门完全开启或完全关闭后，控制电路将自动终止正、反向电流的输出。 

本实用新型解决其技术问题所采用的方案是：采用逆时针90°角开启的陶瓷密封阀芯作为电动阀门的动态密封部件，选用5V直流电压的微型减速电机作为陶瓷密封阀芯的驱动组件。控制电路板设有大、小两个通孔，陶瓷密封阀芯转动主轴穿过其中的大孔，减速电机上 的主动齿轮占用小孔，并带动连接在陶瓷密封阀芯转动主轴上的扇形从动齿轮实现阀门的开启或关闭。控制电路的电源输入单元由桥式整流器和集成稳压器LM7805组成，其中桥式整流器具有双重功能，当外加电源输入为交流电压时可视为整流电路，当外加电源输入为直流电压时可实现输入电压正、负极性的自动转换。电路采用四与非门CD4011构成供电与断电识别电路及法拉电容充电延时电路，供电与断电识别电路会自动甄别外加电压的变化，分别向两个状态触发器输出“开启”或“关闭”的逻辑电平。由于本电动阀门的关闭电流是由法拉电容提供的，为确保电路断电后阀门能够彻底关闭，法拉电容必须储有足够的电量，为此电路中设置了法拉电容充电延时电路，即法拉电容上的电压低于1.4V时，通电后与非门CD4011的二门4脚，则不会有“开启”电平输出，当法拉电容上的电压值充电至1.4V时，与非门CD4011才会输出“开启”电平。控制电路设有“开启”与“关闭”两个D触发器CD4013，分别受控于CD4011输出“开启”或“关闭”电平的触发，并向减速电机正、反向电流放大电路分别提供相应的驱动电平。为了克服减速电机在正、反转启动时，初始峰值电流对堵转电流采样产生影响，控制电路设置了由双D触发器CD4013组成的正、反向堵转电流延迟采样电路。通电后，控制电路向减速电机输出正向电流，经主、从齿轮的扭力驱动陶瓷密封阀芯逆时针旋转1秒钟延时后(阀门完全开启的时间约为2秒)，电路开始对输出级的正向堵转电流进行采样，待陶瓷密封阀芯逐渐转至“开启”限位点时(不同角度开启的陶瓷密封阀芯均有开、关终止的限位点)，减速电机因无法继续转动进而产生堵转电流(减速电机的动态等效电阻突降为减速电机的静态直流电阻)，经正、反向电流放大电路中的减速电机正、反向堵转电流采样与控制单元取样后的高电平将“开启”状态触发器置零，电流放大电路自动终止正向电流的输出，减速电机停止正向转动控制电路随即进入休眠状态。断电时，电路中的法拉电容则向控制电路继续供电，供电与断电识别电路随即启动“关闭”状态触发器，电流放大电路向减速电机输出反向电流，减速电机开始逆时针旋转，经主、从齿轮的扭力驱动陶瓷密封阀芯顺时针转动1秒钟后，电路开始对输出级的反向堵转电流进行采样，当陶瓷密封阀芯旋转至“关闭”限位点时，同样也因减速电机停转引发堵转电流的产生，经正、反向堵转电流采样与控制单元取样后的高电平将“关闭”状态触发器清零，电流放大电路自动终止反向电流的输出，减速电机停止逆向转动控制电路处于待机状态。 

本实用新型的有益效果是：与常规先导式电磁阀相比具有耐高压、耐高温、阀门可在“0”压力的供水条件下彻底开启。控制电路具有很宽泛的电压适应范围，在9V至20V交、直流的供电条件下均可稳定工作，由于控制电路板集成在电动阀门的主体内部，因此可直接替换12V至24V的直流先导式电磁阀，当阀门开启后该电路的静态持续电流只有先导式电磁阀的百分 之一。对比与其它类型的电动阀，具有密封性能好、使用寿命长、体积小流量大、无须配置电动阀门专用的执行器、并且具有断电阀门自动关闭的功能。由于控制电路利用减速电机从转动运行到旋转停止时形成的正、反向堵转电流特性，采用了全电子的陶瓷密封阀芯正、反向旋转限位控制电路。因此，不仅可以降低对陶瓷密封阀芯开启角度及在阀门主体中安装位置的精度要求，更重要的是真正实现了陶瓷密封阀芯旋转式开、关的无触点全电子动态控制。 

附图说明：

图1是陶瓷密封电动阀的机电结构俯视图 

图2是陶瓷密封电动阀的剖面结构分布图 

图3是本实用新型的电路原理图 

图1、图2中的各部件是：1.电源输入插头，2.电源输入插头，3.减速电机接插座，4.电源接口接插座，5.减速电机主动齿轮，6.扇形从动齿轮，7.阀门进水活接口，8.阀门出水活接口，9.控制电路板定位销10.阀体防水密封橡胶垫，11.陶瓷密封阀芯，12.阀芯压盖及控制电路板支架，13.控制电路板，14.减速电机，15.密封盒盖，C13.电源滤波电容，C14.法拉电容。 

在图3中，J1为电源接口接插头，J2为减速电机接插头，MB6S为桥式整流器，C1为1uF法拉电容充电延时电路的常数电容，C2、C3、C5、C7为1uF触发电平耦合电容，C4为0.1uF(1/IC2)触发器的加电清零电容，C6、C8为1uF堵转电流延迟采样充电常数电容，C9、C10、C11、C12为0.1uF旁路电容，C13为220uF/35V电源滤波电容，C14为0.22F/5.5V法拉电容，R1为3.3M法拉电容充电延时电路的限流电阻，R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8为510K电阻，R9、R10为1.2M堵转电流延迟采样充电限流电阻，R11、R12、R21、R22为10K电阻，R13、R14、R15、R16、R17、R18为390Ω电阻，R19为2.7Ω减速电机正向堵转电流采样电阻，R20为2.7Ω减速电机反向堵转电流采样电阻，D1、D2、D3、D4、D5、D6为1N4148开关二极管，D7为RS1B整流二极管，T1为7805集成稳压器，T2、T5(PNP8550)、T3(NPN8050)正向电流输出三极管，T8、T10(PNP8550)、T9(NPN8050)为反向电流输出三极管，T4(PNP8550)为减速电机正向堵转电流采样三极管，T6、T7(PNP8550)为正向启动电流旁路三极管，T11(PNP8550)为减速电机反向堵转电流采样三极管，T12、T13正、反向启动电流旁路三极管，IC1为四与非门(CD4011)，IC2、IC3为双D触发器(CD4013)。 

具体实施方式

在图1中，通过电源输入插头(1)、(2)外接电源进入电动阀主体，经电源接口插座(4)后送入控制电路板，电路的正、反向驱动电流经减速电机接插座(3)送至减速电机。减速电机主动齿轮(5)与陶瓷密封阀芯转动主轴上的扇形从动齿轮(6)实现扭力放大。 

在图2中，陶瓷密封阀芯压盖及控制电路板支架(12)与控制电路板(13)实现架空固定。 

图3中的电路工作原理如下：当电源接口插头(J1)加有9至20V的交流电压时，桥式整流器(MB6S)起到整流作用，若(J1)加有9至24V的直流电压时，桥式整流器(MB6S)则起到输入电源正、负极性自动转换的功能。电源经过集成稳压器(T1)7805及整流二极管(D7)向控制电路提供工作电压的同时并向法拉电容(C10)进行充电。控制电路通电后，四与非门CD4011第四门(4/IC1)的12、13脚与电阻(R2)构成供、断电识别电路，当集成稳压器(T1)有5V电压输出时，12、13脚即变为高电平，四门输出端11脚为低电平，由于11脚与1、2脚同为低电平，一门输出端3脚为高电平，3脚的输出电平一路接到第二与非门(2/IC1)的5脚，法拉电容充电延时电路被开启；一路通过(D2)接至“关闭”状态触发器(2/IC2)的(R端10脚)将(2/IC2)Q端13脚置零。当限流电阻(R1)将(C1)两端的电压充电至1.4V时，(2/IC1)的5脚与6脚同为高电平时，(2/IC1)二门输出端4脚变为低电平，经第三与非门(3/IC1)8、9脚输入并反相后从10脚分两路输出的高电平，一路通过电容(C5)连接正向堵转电流延迟采样触发器(1/IC3)的S端6脚输出计时启动电平，(1/IC3)的Q端1脚翻转为高电平，并通过(R9)向(C6)充电，此时(1/IC3)的Q非端2脚从高电平翻转为低电平，(T6、T7)饱和导通，由于三极管(T6)的发射极和集电极并联在电阻(R19)2.7Ω的两端其等效电阻为零，因此在电容(C6)充电过程中减速电机的正向启动电流在电阻(R9)上不会形成电压降。当(1/IC3)的Q端1脚向(C6)充电至2V(约1秒钟)达到(1/IC3)R端4脚清零电平后，(1/IC3)的Q非端2脚从低电平翻转为高电平，(T6、T7)截止，(T4)开始对电阻(R9)两端的电压变化值进行采样，进而达到采样电路不被减速电机正向启动电流干扰的目的。另一路通过电容(C2)向“开启”状态触发器(1/IC2)S端6脚提供“开启”指令的逻辑电平，(1/IC2)的Q端1脚从低电平翻转为高电平，(电路初始通电后由于电容(C4)的充电过程将(1/IC2)的1脚Q端置零)。Q非端2脚从高电平变为低电平后(T2)从截至变为导通，(T3)进入饱和，(T5)随即饱和导通，减速电机(14)在正向电流的驱动下开始顺时针转动，并通过主动齿轮(5)与扇形从动齿轮(6)的扭力传递，陶瓷密封阀芯(11)呈逆时针转动。当陶瓷密封阀芯(11)旋转至阀芯“开启”限位终点时，减速电机因无法继续转动进而产生正向堵转电流并在电阻(R9)上形成0.6V电压时，(T4)导通并通过开关二极管(D3)向(1/IC2)的R端4脚输出高电平，“开启”状态触发器(1/IC2)Q端1脚即被置零，Q非端2脚从低电平翻转为高电平后，(T2)、(T3)、(T5)随即截止，减速电机(14)停止正向旋转，控制电路处于微功耗的休眠状态。当断开外部供电 后，集成稳压器(T1)7805输出端的电压从5V变为零，由于整流二极管(D1)具有止逆与隔离的作用，法拉电容(C10)仍存有4.3V的电压，并接续向控制电路供电。当集成稳压器(T1)7805输出电压为零时，与非门(4/IC1)四门的输入端12、13脚即变为低电平，输出端11脚转为高电平，由于11脚与第一与非门(1/IC1)1、2脚相连经反相后3脚变为低电平，当外部供电断开时，与非门(1/IC1)一门的输出端3脚通过二极管(D2)接至“关闭”状态触发器(2/IC2)R端10脚的高电平同时被解除。与非门(4/IC1)四门输出端11脚的高电平将送往三个触发器，第一路通过(D1)将(1/IC2)的R端4脚锁定在高电位。确保“开启”状态触发器(1/IC2)Q端1脚始终置零。第二路通过电容(C7)向(2/IC3)反向堵转电流延迟采样触发器的S端8脚输出计时启动电平，(2/IC3)的Q端13脚从低电平翻转为高电平，并通过电阻(R10)向电容(C8)充电，此时(2/IC3)的Q非端12脚从高电平翻转为低电平，(T12、T13)饱和导通，由于(T12)的发射极和集电极并联在电阻(R20)2.7Ω的两端其等效电阻为零，因此在(C8)充电过程中减速电机的反向启动电流在(R20)上不会形成电压降。当(2/IC3)的Q端13脚向(C8)充电至2V(约1秒钟)达到(2/IC3)R端10脚的置零点平后，(2/IC3)的Q非端12脚从低电平翻转为高电平，(T12、T13)截止，(T11)开始对电阻(R20)两端的电压变化值进行采样，进而达到电流采样电路不被减速电机反向启动电流干扰的目的。第三路通过(C3)向“关闭”状态触发器(2/IC2)的S端8脚提供“关闭”指令的触发电平，(2/IC2)的Q端13脚从低电平翻转为高电平，12脚从高电平翻转为低电平后(T8)导通，(T9)进入饱和，(T10)随即饱和导通，减速电机(14)在反向电流的驱动下开始逆时针转动，陶瓷密封阀芯(11)则呈顺时针转动。当陶瓷密封阀芯(11)旋转至阀芯关闭限位终点时，减速电机也因无法继续逆时针旋转进而产生反向堵转电流并在电阻(R20)上形成0.6V电压时，(T11)导通，并经开关二极管(D4)向“关闭”状态触发器(2/IC2)的R端10脚输出高电平，(2/IC2)的Q端13脚即被置零，(2/IC2)的Q非端12脚从低电平翻转为高电平，(T8)、(T9)、(T10)截止，减速电机(14)停止逆时针旋转，控制电路进入待机状态。 

Claims (7)

1.一种陶瓷密封电动阀全电子控制电路，它由桥式整流器、集成稳压器、供电与断电识别电路、法拉电容充电延时电路、“开启”与“关闭”状态触发器、正、反向堵转电流延迟采样电路及为减速电机提供的正、反向电流放大器所组成，其特征是：控制电路板装置在陶瓷密封电动阀主体的密封盒内，控制电路输入端连接电动阀门的外接电源，控制电路的输出端与电动阀门内置的减速电机相连接。 

2.根据权利要求1所述的陶瓷密封电动阀全电子控制电路，其特征是：控制电路中的供电与断电识别电路由四与非门CD4011的第四门所组成，在CD4011的输入端12、13脚一路经电阻与地相接，一路连接在集成稳压器7805的输出端。 

3.根据权利要求1所述的陶瓷密封电动阀全电子控制电路，其特征是：控制电路中集成稳压器7805的输出端通过整流二极管与法拉电容相接。 

4.根据权利要求1所述的陶瓷密封电动阀全电子控制电路，其特征是：控制电路中的法拉电容充电延时电路由四与非门CD4011的第二门组成，其中CD4011第二门的输入端6脚一路通过限流电阻连接至法拉电容的正极，另一路通过充电电容与地相接。 

5.根据权利要求1所述的陶瓷密封电动阀全电子控制电路，其特征是：控制电路中的“开启”与“关闭”状态触发器选用双D触发器CD4013，其芯片的第3、5、9、11脚均与地连接，第4、6、8、10脚分别通过电阻与地连接。 

6.根据权利要求1所述的陶瓷密封电动阀全电子控制电路，其特征是：控制电路中的正、反向堵转电流延迟采样电路由双D触发器CD4013组成，芯片第3、5、9、11脚均与地连接，6、8脚分别通过电阻与地连接，芯片4脚与1脚之间接有二极管，1脚经电阻与电容串联后接地，其串连点处与4脚相接，10脚与13脚之间接有二极管，13脚经电阻与电容串联后接地，其串连点处与10脚相接。 

7.根据权利要求1所述的陶瓷密封电动阀全电子控制电路，其特征是：控制电路板设有大、小两个通孔，陶瓷密封阀芯转动主轴穿过其中的大孔，减速电机上的主动齿轮占用小孔，并与固定在陶瓷密封阀芯转动主轴上的扇形从动齿轮实现铰链。 

Images