CN204028709U - 一种压力式电子流量控制器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种压力式电子流量控制器，包括气阻、第一压力调节组件及控制组件，所述第一压力调节组件安装于气阻的进气端，用来调节气阻上进气端的气体压力，还包括第二压力调节组件，所述第二压力调节组件与气阻的出气端相连，用来调节气阻上出气端的气体压力以保持出气端的气体压强恒定。本实用新型具有结构简单紧凑、能够提高其环境适应能力、进而提高控制精度等优点。
Description
技术领域
本实用新型主要涉及到精密分析仪器领域，特指一种适用于精密分析仪器的不受环境压力影响的压力式电子流量控制器。
背景技术
现有技术中，在众多的精密分析设备中常常要使用到对于流体进行控制的器件，比如流量控制器，其包括气阻1、比例阀41和压力传感器51。以色谱仪为例，如图1所示，当前应用于色谱中的压力式电子流量控制器，气体从进气端3进入后均采用对输入口的压力进行控制，然后通过一个气阻1，实现对流量的控制；其基本原理是基于泊肃叶方程，在不考虑温度的影响，其输出流量可简要的表示为：
Q=（P1-P2）/R
式中：Q为输出流量，R为气阻1的气体阻力值，P1和P2分别为气阻1的前端和后端压力。现有的技术方案中，气阻1的出气端2是直接接大气的，即P2实际为环境的大气压力。通常在环境较好的条件下，P2是随着时间有渐变的，所以传统设计中实际的流量控制会有一个专门针对大气的压力补偿。
采用上述传统结构的精密分析仪器（如色谱仪），在实验室内使用时，基本能够满足应用需要，达到分析精度的要求，这是因为实验室环境通常很好，不会出现仪器接口处大气压力瞬变的情况。但若应用于便携式设备的现场使用，由于现场环境复杂，随时可能因为现场的环境扰动，对流量控制模块输出口的气体压力值产生变化，进而影响到电子流量控制器的流量输出，对分析仪器的精度造成严重影响。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本实用新型提供一种结构简单紧凑、能够提高其环境适应能力、进而提高控制精度的压力式电子流量控制器。
为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：
一种压力式电子流量控制器，包括气阻、第一压力调节组件及控制组件，所述第一压力调节组件安装于气阻的进气端，用来调节气阻上进气端的气体压力，还包括第二压力调节组件，所述第二压力调节组件与气阻的出气端相连，用来调节气阻上出气端的气体压力以保持出气端的气体压强恒定。
作为本实用新型的进一步改进：所述第一压力调节组件包括第一比例调节阀和第一压力传感器，所述第一压力传感器用来实时监测气阻的进气端压力信号，并将压力信号传送给控制组件，所述控制组件根据压力信号输出控制指令至第一比例调节阀，由第一比例调节阀控制进入气阻的气体的实时压力值。
作为本实用新型的进一步改进：所述气阻的进气端设有进气气路模块，所述第一压力调节组件对进气气路模块的出气口气压进行控制。
作为本实用新型的进一步改进：所述第一压力传感器为高量程压力传感器。
作为本实用新型的进一步改进：所述第二压力调节组件包括第二比例调节阀和第二压力传感器，所述第二压力传感器用来实时监测气阻的出气端的实际压力信号并将实际压力信号传送给控制组件，所述控制组件根据压力信号输出控制指令至第二比例调节阀，由所述第二比例调节阀控制气阻的出口端的实时压力值。
作为本实用新型的进一步改进：所述气阻的出气端设有出气气路模块，所述第二压力调节组件对出气气路模块的出气口气压进行控制。
作为本实用新型的进一步改进：所述第二压力传感器为低量程压力传感器。
作为本实用新型的进一步改进：还包括一外壳，所述气阻、第一压力调节组件、控制组件及第二压力调节组件均安装于外壳内。
与现有技术相比，本实用新型的优点在于：本实用新型的压力式电子流量控制器，通过压力补偿的手段达到补偿环境压力变化对电子流量/压力控制器输出的影响，可以使流量输出不受环境气体压力瞬变或渐变的影响，有效解决现场环境压力易发生变化而造成控制流量发生变化的技术问题，从而提高了其环境适应能力和控制精度。
附图说明
图1是现有技术中电子流量控制器的原理示意图。
图2是本实用新型电子流量控制器的原理示意图。
图3是本实用新型电子流量控制器的结构原理示意图。
图4是本实用新型中控制组件的工作原理示意图。
图例说明：
1、气阻；2、出气端；3、进气端；4、第一比例调节阀；5、第一压力传感器；6、控制组件；7、第二比例调节阀；8、第二压力传感器；9、进气气路模块；10、出气气路模块；11、外壳； 21、信号调理电路；22、模数转换单元；23、数据处理单元；24、存储器；25、恒流驱动电路；26、数模转换单元；41、比例阀；51、压力传感器。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。
如图2和图3所示，本实用新型的压力式电子流量控制器，包括气阻1、第一压力调节组件、第二压力调节组件及控制组件6，第一压力调节组件安装于气阻1的进气端3，用来调节气阻1上进气端3的气体压力；第二压力调节组件与气阻1的出气端2相连，用来调节气阻1上出气端2的气体压力；在控制组件的控制下，令第二压力调节组件保持气阻1上出气端2的气体压强恒定。
第一压力调节组件包括第一比例调节阀4和第一压力传感器5，第一压力传感器5用来实时监测气阻1的进气端3压力信号，并将压力信号传送给控制组件6，控制组件6则根据压力信号输出控制指令至第一比例调节阀4，由第一比例调节阀4控制进入气阻1的气体的实时压力值。本实施例中，气阻1的进气端3设有进气气路模块9，第一压力调节组件对进气气路模块9的出气口气压进行控制，即可完成对气阻1进气压力的控制。
第二压力调节组件包括第二比例调节阀7和第二压力传感器8，第二压力传感器8用来实时监测气阻1的出气端2的实际压力信号，并将实际压力信号传送给控制组件6，控制组件6则根据压力信号输出控制指令至第二比例调节阀7，由第二比例调节阀7控制气阻1的出口端的实时压力值。本实施例中，气阻1的出气端2设有出气气路模块10，第二压力调节组件对出气气路模块10的出气口气压进行控制，即可完成对气阻1上出气端2压力的控制。
在具体使用过程中，第一压力传感器5采用高量程压力传感器，第二压力传感器8采用低量程压力传感器。使用大量程的压力传感器主要是为了满足宽流量控制输出的要求，因为气阻1的两端压差可允许的调节范围越大，其流过的流量范围必然越宽。
本实施例中，如图4所示，为控制组件6的工作原理示意图。压力传感器（第一压力传感器5和第二压力传感器8）检测到的压力信号经过信号调理电路21调理后进入模数转换单元22（ADC）进行采样，采样的压力信号传入到数据处理单元 23（MCU）中处理，MCU将此压力信号与存储器24中存储的设定目标值进行对比，通过计算其与目标设定值的差异进行调整数模转换单元26（DAC）的输出，以控制恒流驱动电路25的输出电流大小来控制比例电磁阀，由比例电磁阀调整流过其气体的流量，以达到控制压力传感器检测到的压力信号稳定在目标设定值，达到压力稳定控制的目的。
可以理解，在上述结构中，压力传感器进行实时气体压力监测为硬件的基本功能，比例调节阀根据控制组件6的控制信号进行流量控制也为硬件的基本功能，无需进行任何方法或软件上的重新设定。
本实施中，上述各个结构组件均安装于一外壳11内，该外壳11为整个电子流量控制器安装固定的金属结构外壳，并且起到对模块进行电磁屏蔽的作用，起到一定的抗电磁干扰的能力。
工作原理：样气先进入到进气气路模块9，由第一压力传感器5检测进气气路模块9中的气体压力大小并转化为电信号传输给控制组件6，再由控制组件6反馈控制第一比例调节阀4调节控制进气气路模块9内的气体压力，保证其气体压力为目标值并维持恒定。即，第一压力传感器5将监测的气体压强值传送给控制组件6，由控制组件6完成其对目标控制压力的差值计算，并依此使用PID调节驱动控制第一比例调节阀4的控制通过气流的流量大小，以达到对进气气路模块9内的气体压强恒定控制，设控制压强值为P1。
经进气气路模块9后的恒定压力的气体将会通过气阻1，进入到出气气路模块10中。
在出气气路模块10中，通过第二比例调节阀7和第二压力传感器8进行闭环控制，即：第二压力传感器8对出气气路模块10内的气体压强进行实时监测，并将监测的气体压强值传送给控制组件6，由控制组件6完成其对目标控制压力的差值计算，并依此使用PID调节驱动控制第二比例调节阀7的出气流量大小，以达到对出气气路模块10内的气体压强恒定控制。设控制的压强值为P2，此时P2是不受外界环境气压P0的影响的。换言之，第二压力调节组件能够令出气气路模块10出气端的压力为一恒定小值，这样就能使气阻1两端的气体压力大小固定，差值固定，不会再受到外界环境压力的影响，有利于提高精密分析仪器的环境适应能力，实现精密分析仪器的便携化。
此时，由泊肃叶方程可知，在气阻1的气体阻尼值大小已知为R的情况下，在不考虑环境温度的影响，就可以直接得到控制的流量值为Q=（P1-P2）/R。由于实际控制是需要准确获得流量的值，所以操作上是将P2设定为一个比环境大气压力略大，如15.5Psi的常量值，这样就可以直接将流量与前端入口处的压力对应起来，即P1=QR+P2。
以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，应视为本实用新型的保护范围。
Claims (8)
1.一种压力式电子流量控制器，包括气阻（1）、第一压力调节组件及控制组件（6），所述第一压力调节组件安装于气阻（1）的进气端（3），用来调节气阻（1）上进气端（3）的气体压力，其特征在于，还包括第二压力调节组件，所述第二压力调节组件与气阻（1）的出气端（2）相连，用来调节气阻（1）上出气端（2）的气体压力以保持出气端（2）的气体压强恒定。
2.根据权利要求1所述的压力式电子流量控制器，其特征在于，所述第一压力调节组件包括第一比例调节阀（4）和第一压力传感器（5），所述第一压力传感器5用来实时监测气阻（1）的进气端（3）压力信号，并将压力信号传送给控制组件（6），所述控制组件（6）根据压力信号输出控制指令至第一比例调节阀（4），由第一比例调节阀（4）控制进入气阻（1）的气体的实时压力值。
3.根据权利要求2所述的压力式电子流量控制器，其特征在于，所述气阻（1）的进气端（3）设有进气气路模块（9），所述第一压力调节组件对进气气路模块（9）的出气口气压进行控制。
4.根据权利要求2所述的压力式电子流量控制器，其特征在于，所述第一压力传感器（5）为高量程压力传感器。
5.根据权利要求1所述的压力式电子流量控制器，其特征在于，所述第二压力调节组件包括第二比例调节阀（7）和第二压力传感器（8），所述第二压力传感器（8）用来实时监测气阻（1）的出气端（2）的实际压力信号并将实际压力信号传送给控制组件（6），所述控制组件（6）根据压力信号输出控制指令至第二比例调节阀（7），由所述第二比例调节阀（7）控制气阻（1）的出口端的实时压力值。
6.根据权利要求5所述的压力式电子流量控制器，其特征在于，所述气阻（1）的出气端（2）设有出气气路模块（10），所述第二压力调节组件对出气气路模块（10）的出气口气压进行控制。
7.根据权利要求5所述的压力式电子流量控制器，其特征在于，所述第二压力传感器（8）为低量程压力传感器。
8.根据权利要求1～7中任意一项所述的压力式电子流量控制器，其特征在于，还包括一外壳（11），所述气阻（1）、第一压力调节组件、控制组件（6）及第二压力调节组件均安装于外壳（11）内。
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN105965138A (zh) * | 2016-06-21 | 2016-09-28 | 苏州多荣自动化科技有限公司 | 一种焊接过程气体流量节省装置 |
| CN107422754A (zh) * | 2017-09-01 | 2017-12-01 | 中国人民解放军军事医学科学院野战输血研究所 | 一种微量气体流速控制装置及控制方法 |
| CN114432916A (zh) * | 2021-12-30 | 2022-05-06 | 北京航天长峰股份有限公司 | 一种气体混合设备 |
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2014
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