CN211042693U - 一种两线控制阀耐用性的检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种两线控制阀耐用性的检测装置。其特征在于数据交互与控制接口与阀门驱动模块、电流检测模块、阀门选择模块和行程检测模组连接，阀门驱动模块与被测控制阀接口连接，电流检测模块与被测控制阀接口连接，阀门选择模块与被测控制阀接口和待测控制阀选择接口连接，行程检测模组与待测控制阀连接，待测控制阀选择接口与待测控制阀连接。本实用新型通过增加阀门驱动模块，实现了直接对控制阀开阀、关阀和刹车动作的操作；通过采用电流检测进行堵转判断并配合行程检测的方式，实现对两线控制阀的到位检测；通过增加阀门选择模块，实现多个待测控制阀交替进行测试，重新利用了空闲等待的时间，使同样的时间内可以测试更多的控制阀。

Description

一种两线控制阀耐用性的检测装置

技术领域

本实用新型涉及一种两线控制阀耐用性的检测装置。

背景技术

控制阀实现了智能燃气表开启或切断气路的控制功能，提升了智能燃气表整体的安全性，是智能燃气表的重要部件。在国标GB/T 6968-2019《膜式燃气表》中明确提到：控制阀应按照附录C.3.2.5.2‘控制阀耐用性’的试验方式进行试验。其试验过程主要包括有：在低温-10℃下开关阀400次，高温40℃下开关阀400次，实验室环境下开关3200次。

目前，主流的控制阀可以分为两线控制阀和四线控制阀，但随着技术的日趋成熟以及出于对成本的考量，两线控制阀得到了越来越广泛使用。除了都具有开阀控制线和关阀控制线的共同点外，两种控制阀的区别在于四线控制阀比两线控制阀多了两条可用于检测阀门运行是否到位的到位信号检测线。两线控制阀由于没有到位信号检测线，因此在耐用性测试中，无法像四线控制阀一样通过到位信号检测线判断每一次开关阀是否成功。因此，耐用性测试中，两线控制阀如何判断到位是最大的技术难题。

除了通过到位信号检测线判断是否到位外，比较常见的两线控制阀到位判断是通过密封性测试间接测量的，即若密封性检测合格则一定是关阀到位的。具体做法如下，一般先将两线控制阀与燃气表装配成整机，接着关闭两线控制阀，并将燃气表进气口处的压力调节在4.5 kPa~ 5 kPa，检查控制阀的内泄漏量不大于0.55 L/h，则认为密封性合格，即关阀到位。

现有的技术方案，有以下缺点：

由于两线控制阀没有到位信号检测线，因此无法像四线控制阀一样通过到位信号来判断是否到位。通过密封性测试间接测量的方式需要将控制阀与燃气表装配成整机测试，无法单独对两线控制阀进行检测，且测试设备繁多，测试过程复杂，费时费力，不易操作。

另外，在GB/T 6968-2019《膜式燃气表》控制阀耐用性测试中，还要求开关阀速率要小于10次/min，即不能对同一个控制阀连续进行检测。为满足总体开关频次的要求，目前普遍做法是通过电路控制，执行开阀动作后等待一段时间再进行关阀动作。一般来说，开阀动作与关阀动作本身持续时长约1~3秒，而等待时间一般也是持续约1~3秒。因此，在一次开关阀检测中就会造成1~3秒时间的浪费，而耐用性测试需要开关阀4000次，这样的做法就变相的延长了整体测试的时长，增加了测试成本。

实用新型内容

针对现有技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种两线控制阀耐用性的检测装置的技术方案。

所述的一种两线控制阀耐用性的检测装置，其特征在于包括数据交互与控制接口、阀门驱动模块、电流检测模块、阀门选择模块、行程检测模组、被测控制阀接口、待测控制阀选择接口和待测控制阀，数据交互与控制接口与阀门驱动模块、电流检测模块、阀门选择模块和行程检测模组连接，阀门驱动模块与被测控制阀接口连接，电流检测模块与被测控制阀接口连接，阀门选择模块与被测控制阀接口和待测控制阀选择接口连接，行程检测模组与待测控制阀连接，待测控制阀选择接口与待测控制阀连接。

所述的一种两线控制阀耐用性的检测装置，其特征在于所述数据交互与控制接口内部由驱动模块控制接口、电流检测控制接口、电流检测数据接口、阀门选择控制接口、行程检测控制接口、行程检测数据接口组成；所述的数据交互与控制接口为一个电路接口，接收外部的控制信号同时也作为数据的输入及输出接口；

所述驱动模块控制接口通过驱动模块控制总线与阀门驱动模块连接；所述电流检测控制接口通过电流检测控制总线与电流检测模块连接；所述电流检测数据接口通过电流检测数据总线与电流检测模块连接；所述阀门选择控制接口通过阀门选择控制总线与阀门选择模块连接；所述行程检测控制接口通过行程检测控制总线与行程检测模组连接；所述行程检测数据接口通过行程检测数据总线与行程检测模组连接。

所述的一种两线控制阀耐用性的检测装置，其特征在于所述阀门驱动模块用于接收驱动模块控制总线的信号，并产生相应的驱动信号，驱动信号通过驱动信号总线传递至被测控制阀驱动接口，使待测控制阀执行开阀动作、关阀动作和刹车动作。

所述的一种两线控制阀耐用性的检测装置，其特征在于所述电流检测模块用于接收电流检测控制总线的信号，并通过电流数据总线从被测控制阀电流检测接口获得电流数据，然后将电流数据转化为电流检测数据，并通过电流检测数据总线发送到电流检测数据接口。

所述的一种两线控制阀耐用性的检测装置，其特征在于所述阀门选择模块用于接收阀门选择控制总线的信号，并根据阀门选择控制总线信号选择一个待测控制阀与被测控制阀选择接口连接。

所述的一种两线控制阀耐用性的检测装置，其特征在于所述行程检测模组用于接收行程检测控制总线的信号，并根据行程检测控制总线信号启用相应的行程检测模组，然后行程检测模组对相应的待测控制阀进行行程检测，再将检测到的行程数据通过行程检测数据总线发送给行程检测数据接口。

所述的一种两线控制阀耐用性的检测装置，其特征在于所述被测控制阀接口内部由被测控制阀驱动接口、被测控制阀电流接口和被测控制阀选择接口组成，所述的被测控制阀接口为一个电路接口，主要作用是模块之间信号和数据的传递与连接；所述被测控制阀驱动接口与阀门驱动模块连接，通过驱动信号总线接驱动信号；所述被测控制阀电流接口与电流检测模块连接，将电流数据通过电流数据总线发送给电流检测模块；所述被测控制阀选择接口与阀门选择模块连接，用于连接阀门选择模块。

所述的一种两线控制阀耐用性的检测装置，其特征在于所述待测控制阀选择接口作为一个电路接口，用于连接阀门选择模块和待测控制阀。

本实用新型主要的优点是通过行程检测的方式代替传统到位信号检测的方式进行到位与否的判断，尤其是，针对1-7mm的测量范围，创新的设计了基于红外一体收发管的行程检测电路，建立了反射距离和接收管负载电压的数学模型，实现了对控制阀开阀（关阀）到位与否的判断，具体为：

1. 为提高行程检测的可靠性，采用阀门驱动模块，直接对控制阀进行开阀、关阀、刹车的操作，简化了测试过程，方便操作；引入刹车操作的目的在于锁定控制阀位置，避免开阀（关阀）驱动信号使控制阀产生抖动，减小了行程检测的误差；

2. 为提高行程检测的可靠性，采用电流检测模块，解决了何时进行行程检测的问题；如果采用实时检测，行程距离会因开阀（关阀）过程的不确定性而产生误差；因此，通过判断控制阀是否进入堵转状态，提供了行程检测的时机，减小了行程检测的误差；

3. 采用行程检测模组，创新的采用红外收发一体管行程检测电路，通过检测R2上的电压获得反射面与行程检测模组之间的距离，从而实现了对控制阀是否到位的判断；

4. 采用阀门选择模块，使待测控制阀交替进行检测，重新利用了空闲等待的时间，使同样的时间内可以测试更多的控制阀，提高了测试的效率。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为阀门驱动模块电路图；

图3为电流检测模块示意图；

图4为开阀过程电流变化曲线；

图5为阀门选择模块示意图；

图6为阀门选择模块电路图；

图7为行程检测电路图；

图8为行程距离示意图；

图9为行程距离L与行程检测R2上电压的关系。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型作进一步说明：

如图1所示，本实用新型由数据交互与控制接1、阀门驱动模块2、电流检测模块3、阀门选择模块4、行测检测模组5、被测控制阀接口6、待测控制阀选择接口7和待测控制阀8组成。数据交互与控制接口1与阀门驱动模块2、电流检测模块3、阀门选择模块4和行程检测模组5连接。阀门驱动模块2与被测控制阀接口6连接；电流检测模块3与被测控制阀接口6连接；阀门选择模块4与被测控制阀接口6和待测控制阀选择接口7连接；行程检测模组5与待测控制阀8连接；待测控制阀选择接口 7与待测控制阀8连接。所述数据交互与控制接口1内部由驱动模块控制接口11、电流检测控制接口12、电流检测数据接口13、阀门选择控制接口14、行程检测控制接口15、行程检测数据接口16组成。数据交互与控制接口1为一个电路接口，接收外部的控制信号同时也作为数据的输入及输出接口。其中驱动模块控制接口11通过驱动模块控制总线112与阀门驱动模块2连接。阀门驱动模块2收到驱动控制信号后产生相应的驱动信号，并通过驱动信号总线261传递给被测控制阀接口6中的被测控制阀驱动接口61。电流检测控制接口12通过电流检测控制总线123与电流检测模块连接。电流检测模块3收到电流检测控制信号后，从被测控制阀电流接口62通过电流数据总线623获取电流检测数据，并将电流检测数据通过电流检测数据总线313发送至电流检测数据接口13。阀门选择控制接口14通过阀门选择控制总线144与阀门选择模块4连接。阀门选择模块4收到阀门选择控制信号后，通过待测控制阀选择总线47连接待测控制阀选择接口7选择待测控制阀8。同时阀门选择模块4通过被测控制阀选择总线463连接被测控制阀选择接口63，从而使被选中的待测控制阀8和被测控制阀接口6连接。待测控制阀8包括4组，即待测控制阀A81、待测控制阀B82、待测控制阀C83、待测控制阀D84。行程检测控制接口15通过行程检测控制总线155与行程检测模组5连接。行程检测模组5根据收到的行程检测控制信号启用相应的行程检测模组（以行程检测模组A51为例），并通过行程数据总线851从待测控制阀（以待测控制阀A81为例）获取行程数据，并将获取的行程数据通过行程检测数据总线516发送至行程检测数据接口16。

本实用新型阀门驱动模块内部核心是一个H桥电路。如附图2所示，采用低电压H桥IC芯片DRV8837，其中CTRL_EN、CTRL_OPEN、CTRL_CLOSE为控制端，受驱动模块控制信号控制；VAL+和VAL-是驱动输出端，作用是输出驱动信号；POWER2是驱动端电源，+3V为控制端电源，GND为接地端，三者的作用是为模块供电。其具体操作如下：当驱动模块控制信号使CTRL_EN与CTRL_OPEN有效、CTRL_CLOSE无效，则VAL+和VAL-输出开阀驱动信号；当驱动模块控制信号使CTRL_EN与CTRL_CLOSE有效，CTRL_OPEN无效，则VAL+和VAL-输出关阀驱动信号；当驱动模块控制信号使CTRL_EN、CTRL_OPEN、CTRL_CLOSE同时有效，则VAL+和VAL-输出刹车驱动信号。所述开阀驱动信号用于驱动待测控制阀执行开阀动作。所述关阀驱动信号用于驱动待测控制阀执行关阀动作。所述刹车驱动信号用于锁定待测控制阀当前位置，避免因控制阀动作造成位置偏移，进而增加行程检测的误差。

本实用新型电流检测模块内部核心是一个标准电阻、一个放大器AD620和一个ADC采样芯片。如附图3所示，标准采样电阻R_S串联在被测控制阀电流接口中，其作用是将待测控制阀运行中的电流量转化为标准采样电阻R_S上的电压量；由于标准采样电阻R_S的阻值较小，因此需要放大器AD620与增益电阻R_G配合将标准采样电阻R_S产生的电压量进行放大；ADC芯片将被放大器AD620放大后的电压量转化成数字信号，即为电流检测数据。

引入电流检测的目的是确定行程检测的时机。典型的开阀电路检测数据如附图4所示，关阀电路检测数据也是相似的。当控制阀在开阀到位、关阀到位或者发生故障时侯，电流都会持续保持在一个较大的数值，此时即进入堵转状态。因此，出现堵转状态是控制阀到位的必要不充分条件，需要开展行程检测判断究竟是控制阀到位引起的堵转还是故障引起的堵转，从而判断是否到位。

本实用新型阀门选择模块内部核心是4个阀门选择电路，如附图5所示。所述阀门选择电路，其内部是一个光耦器件和一个继电器，如附图6所示。SELECT_VAL阀门选择控制端，用于控制当前阀门选择电路启用或者不启用；D_VAL+为待测控制阀正向端，用于连接待测控制阀的正向端；B_VAL+为被测控制阀选择接口正向端，用于连接被测控制阀的正向端。具体操作如下：当SELECT_VAL信号有效时，当前阀门选择电路启用，光耦U1进入导通状态，进而继电器JDQ1工作，使D_VAL+和B_VAL+两者进入连接状态，即当前待测控制阀被选择；当SELECT_VAL信号无效时，当前阀门选择电路不启用，光耦U1进入非导通状态，进而继电器JDQ1不工作，D_VAL+和B_VAL+两者断开，即当前待测控制阀没有被选择。

本实用新型行程检测模组的内部核心是4个行程检测模组（行程检测模组A51、行程检测模组B52、行程检测模组C53、行程检测模组D54），且每个行程检测模组都单独检测一个控制阀的行程。所述的行程检测模组，其内部核心是一个红外收发一体管IRT8037，如附图7所示。CTRL为行程检测模组控制端，用于启动或停止行程检测模组；ADC为行程数据测量端，用于测量R2电阻上的电压。具体操作如下：当CTRL端信号有效时，启动行程检测模组。红外收发一体管IRT8037的红外发射管发射红外光，红外光经反射面反射后，被红外收发一体管IRT8037的红外接收管接收。由于反射面与红外收发一体管IRT8037之间存在一定的距离，使红外接收管只能接收特定强度的红外光并生成特定大小的电流流过电阻R2。通过检测R2上的电压，即可得到对应的行程检测距离。

为了更好的说明行程检测模组的测试原理，具体操作如下：控制阀的行程具体是指行程检测模组到控制阀阀盖的顶端，如附图8所示，其中行程检测模组距离在关阀状态下阀盖的距离为

；控制阀阀盖12的表面从开阀状态到关阀状态的行程为

；实际行程检测模组检测的行程距离为

，而三者关系可以如下表示：

。通过在阀盖上贴加反射面11，使红外发光管的发射管9发射红外光后，红外光被反射面反射至红外接收管10。红外接收管根据接收到反射光的强度产生相应大小的电流，进而使R2上产生相应的电压。经过测试汇总得到电阻R2上的电压与行程距离

两者关系如附图9所示，两者函数关系可以近似表达为：

其中

为电阻R2上的电压，

为行程距离。由此就可以通过检测电阻R2上的电压得到对应的行程距离

。

下面以对待测控制阀A81进行开阀检测为例，进行说明：

外部控制器通过阀门选择控制接口14输入与待测控制阀A81相应的阀门选择控制信号。阀门选择控制信号通过阀门选择控制总线144传递至阀门选择模块4。阀门选择模块4根据收到阀门选择控制信号产生相应的待测控制阀选择信号，并将待测控制阀选择信号通过待测控制阀选择总线47传递至待测控制阀选择接口7，使待测控制阀选择接口7与待测控制阀A81连接。同时，阀门选择模块4产生被测控制阀选择信号，通过被测控制阀选择总线463传递至被测控制阀选择接口63，从而使待测控制阀A81与被测控制阀选择接口63连接。然后外部控制器通过驱动模块控制接口11输入开阀驱动模块控制信号，开阀驱动模块控制信号通过驱动模块控制总线112传递给阀门驱动模块2。阀门驱动模块2根据收到的开阀驱动模块控制信号产生相应的开阀驱动信号。开阀驱动信号通过驱动信号总线261连接被测控制阀驱动接口61，从而驱动待测控制阀A81进行开阀动作。同时，外部控制器通过电流检测控制接口12输入电流检测控制信号。电流检测控制信号通过电流检测控制总线123传递至电流检测模块3。电流检测模块3收到电流检测控制信号后，启动电流检测，并在被测控制阀电流接口62通过电流数据总线623获取电流数据，然后将电流数据经电流检测数据总线313发送至电流检测数据接口13。外部控制器从电流检测数据接口13获得电流数据后，若检测到阀门进入堵转时，则通过驱动模块控制接口11输入执行刹车驱动控制信号，刹车驱动模块控制信号通过驱动模块控制总线112传递给阀门驱动模块2。阀门驱动模块2根据收到的执行刹车的驱动模块控制信号产生相应的刹车驱动信号。刹车驱动信号通过驱动信号总线261连接被测控制阀驱动接口61，从而驱动待测控制阀A81执行刹车动作。接着，外部控制器通过行程检测控制接口15输入与待测控制阀A81相应的行程检测控制信号。行程检测控制信号通过行程检测控制总线155传递至行程检测模组5。行程检测模组5收到与待测控制阀A81相应的行程检测控制信号后，启用行程检测模组A51，并从待测控制阀A81通过行程数据总线851获取行程数据。行程检测模组5将行程数据转换行程检测数据后，通过行程检测数据总线516发送至行程检测数据接口16。外部控制器通过行程检测数据接口16可以判断控制阀是否开阀到位，从而完成了对待测控制阀的开阀检测。

下面以对待测控制阀A81进行关阀检测为例，进行说明：

外部控制器通过阀门选择控制接口14输入与待测控制阀A81相应的阀门选择控制信号。阀门选择控制信号通过阀门选择控制总线144传递至阀门选择模块4。阀门选择模块4根据收到阀门选择控制信号产生相应的待测控制阀选择信号，并将待测控制阀选择信号通过待测控制阀选择总线47传递至待测控制阀选择接口7，使待测控制阀选择接口7与待测控制阀A81连接。同时，阀门选择模块4产生被测控制阀选择信号，通过被测控制阀选择总线463传递至被测控制阀选择接口63，从而使待测控制阀A81与被测控制阀选择接口63连接。然后外部控制器通过驱动模块控制接口11输入关阀驱动模块控制信号，关阀驱动模块控制信号通过驱动模块控制总线112传递给阀门驱动模块2。阀门驱动模块2根据收到的关阀驱动模块控制信号产生相应的关阀驱动信号。关阀驱动信号通过驱动信号总线261连接被测控制阀驱动接口61，从而驱动待测控制阀A81进行关阀动作。同时，外部控制器通过电流检测控制接口12输入电流检测控制信号。电流检测控制信号通过电流检测控制总线123传递至电流检测模块3。电流检测模块3收到电流检测控制信号后，启动电流检测，并在被测控制阀电流接口62通过电流数据总线623获取电流数据，然后将电流数据经电流检测数据总线313发送至电流检测数据接口13。外部控制器从电流检测数据接口13获得电流数据后，若检测到阀门进入堵转时，则通过驱动模块控制接口11输入执行刹车驱动控制信号，刹车驱动模块控制信号通过驱动模块控制总线112传递给阀门驱动模块2。阀门驱动模块2根据收到的执行刹车的驱动模块控制信号产生相应的刹车驱动信号。刹车驱动信号通过驱动信号总线261连接被测控制阀驱动接口61，从而驱动待测控制阀A81执行刹车动作。接着，外部控制器通过行程检测控制接口15输入与待测控制阀A81相应的行程检测控制信号。行程检测控制信号通过行程检测控制信号总线155传递至行程检测模组5。行程检测模组5收到与待测控制阀A81相应的行程检测控制信号后，启用行程检测模组A51，并从待测控制阀A81通过行程数据总线851获取行程数据。行程检测模组5将行程数据转换行程检测数据后，通过行程检测数据总线516发送至行程检测数据接口16。外部控制器通过行程检测数据接口16可以判断控制阀是否关阀到位，从而完成了对待测控制阀的关阀检测。

本实用新型通过增加阀门驱动模块，实现了直接对控制阀开阀、关阀和刹车动作的操作；通过采用电流检测进行堵转判断并配合行程检测的方式，实现对两线控制阀的到位检测；通过增加阀门选择模块，实现多个待测控制阀交替进行测试，重新利用了空闲等待的时间，使同样的时间内可以测试更多的控制阀。

Claims (8)

1.一种两线控制阀耐用性的检测装置，其特征在于包括数据交互与控制接口、阀门驱动模块、电流检测模块、阀门选择模块、行程检测模组、被测控制阀接口、待测控制阀选择接口和待测控制阀，数据交互与控制接口与阀门驱动模块、电流检测模块、阀门选择模块和行程检测模组连接，阀门驱动模块与被测控制阀接口连接，电流检测模块与被测控制阀接口连接，阀门选择模块与被测控制阀接口和待测控制阀选择接口连接，行程检测模组与待测控制阀连接，待测控制阀选择接口与待测控制阀连接。

2.根据权利要求1所述的一种两线控制阀耐用性的检测装置，其特征在于所述数据交互与控制接口内部由驱动模块控制接口、电流检测控制接口、电流检测数据接口、阀门选择控制接口、行程检测控制接口、行程检测数据接口组成；所述的数据交互与控制接口为一个电路接口，接收外部的控制信号同时也作为数据的输入及输出接口；

所述驱动模块控制接口通过驱动模块控制总线与阀门驱动模块连接；所述电流检测控制接口通过电流检测控制总线与电流检测模块连接；所述电流检测数据接口通过电流检测数据总线与电流检测模块连接；所述阀门选择控制接口通过阀门选择控制总线与阀门选择模块连接；所述行程检测控制接口通过行程检测控制总线与行程检测模组连接；所述行程检测数据接口通过行程检测数据总线与行程检测模组连接。

3.根据权利要求2所述的一种两线控制阀耐用性的检测装置，其特征在于所述阀门驱动模块用于接收驱动模块控制总线的信号，并产生相应的驱动信号，驱动信号通过驱动信号总线传递至被测控制阀驱动接口，使待测控制阀执行开阀动作、关阀动作和刹车动作。

4.根据权利要求2所述的一种两线控制阀耐用性的检测装置，其特征在于所述电流检测模块用于接收电流检测控制总线的信号，并通过电流数据总线从被测控制阀电流检测接口获得电流数据，然后将电流数据转化为电流检测数据，并通过电流检测数据总线发送到电流检测数据接口。

5.根据权利要求2所述的一种两线控制阀耐用性的检测装置，其特征在于所述阀门选择模块用于接收阀门选择控制总线的信号，并根据阀门选择控制总线信号选择一个待测控制阀与被测控制阀选择接口连接。

6.根据权利要求2所述的一种两线控制阀耐用性的检测装置，其特征在于所述行程检测模组用于接收行程检测控制总线的信号，并根据行程检测控制总线信号启用相应的行程检测模组，然后行程检测模组对相应的待测控制阀进行行程检测，再将检测到的行程数据通过行程检测数据总线发送给行程检测数据接口。

7.根据权利要求2所述的一种两线控制阀耐用性的检测装置，其特征在于所述被测控制阀接口内部由被测控制阀驱动接口、被测控制阀电流接口和被测控制阀选择接口组成，所述的被测控制阀接口为一个电路接口，主要作用是模块之间信号和数据的传递与连接；所述被测控制阀驱动接口与阀门驱动模块连接，通过驱动信号总线接驱动信号；所述被测控制阀电流接口与电流检测模块连接，将电流数据通过电流数据总线发送给电流检测模块；所述被测控制阀选择接口与阀门选择模块连接，用于连接阀门选择模块。

8.根据权利要求2所述的一种两线控制阀耐用性的检测装置，其特征在于所述待测控制阀选择接口作为一个电路接口，用于连接阀门选择模块和待测控制阀。

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