CN218295338U - 一种微流量控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种微流量控制系统。该微流量控制系统至少包括通过管路依次连接的高压模块、bang‑bang调压模块、低压模块，以及分别与所述高压模块、所述bang‑bang调压模块和所述低压模块通信连接的控制单元。所述控制单元根据所述低压模块的反馈对所述bang‑bang调压模块进行开始或结束控制；所述高压模块用于贮存高压气体，并通过管路将高压气体输送至所述bang‑bang调压模块，所述bang‑bang调压模块降低高压气体的压力后能够向所述低压模块提供低压气体，所述低压模块将低压气体输送给下游装置。

Description

一种微流量控制系统

技术领域

本实用新型涉及供气技术领域，特别是一种微流量控制系统。

背景技术

商业低轨卫星的大规模应用，对小功率电推进系统的可靠性、低成本提出了更高的要求。与此量级的卫星相匹配的电推进系统往往为几十毫牛的推力，因此对于气体工质质量流量只有mg/s量级的需求。

目前，电推进系统主要通过电磁阀、自锁阀、减压阀等多种阀门的配合使用，实现微流量的供应。阀门种类多，因此导致阀门的控制难度较大，系统结构也比较复杂。

因此，亟需提供一种结构精简且易控制的微流量控制系统。

实用新型内容

针对相关技术中的上述技术问题，本实用新型提供了一种微流量控制系统，具有结构精简、制造成本低、控制精度高等优点，能够实现对气体流量的稳定控制。

本实用新型提供的一种微流量控制系统，至少包括：通过管路依次连接的高压模块、bang-bang调压模块、低压模块，以及分别与所述高压模块、所述bang-bang调压模块和所述低压模块通信连接的控制单元；所述控制单元根据所述低压模块的反馈对所述bang-bang调压模块进行开始或结束控制；所述高压模块用于贮存高压气体，并通过管路将高压气体输送至所述bang-bang调压模块，所述bang-bang调压模块降低高压气体的压力后能够向所述低压模块提供低压气体，所述低压模块将低压气体输送给下游装置。

在一个实施例中，所述高压模块包括高压气瓶和设置于所述高压气瓶出口的第一阀门。

在一个实施例中，所述bang-bang调压模块包括串联设置的第二阀门和第三阀门；所述第二阀门和所述第三阀门进行bang-bang控制。

在一个实施例中，所述低压模块包括通过管路依次连接的低压气瓶、压力传感器和节流器；所述第三阀门与所述低压气瓶的进口连接，所述节流器与所述低压气瓶的出口连接；所述压力传感器设置于所述低压气瓶，用于实时测量所述低压气瓶内的气体压力；其中，所述压力传感器用于检测所述低压气瓶的压力；所述控制单元根据所述压力传感器采集到的数据控制所述第二阀门与所述第三阀门bang-bang工作的开始与结束。

在一个实施例中，在所述节流器与所述低压气瓶之间还设有第四阀门；所述第四阀门用于控制所述低压气瓶对下游装置供气的通/断。

在一个实施例中，所述bang-bang调压模块还包括与所述第二阀门和所述第三阀门并联设置的第五阀门和第六阀门；所述第五阀门与所述第六阀门进行bang-bang控制，并与所述第二阀门和所述第三阀门互为冗余。

在一个实施例中，所述第一阀门、所述第二阀门、所述第三阀门、所述第四阀门、所述第五阀门和所述第六阀门为使用寿命达到百万次量级的电磁阀。

在一个实施例中，所述电磁阀采用高电压开启、低电压维持的电路进行控制。

在一个实施例中，所述第五阀门与所述第六阀门之间的容腔等于所述第二阀门与所述第三阀门之间的容腔。

在一个实施例中，所述低压模块包括多组通过管路依次连接的低压气瓶、压力传感器和节流器；各组的所述节流器分别用于与不同的下游装置连接。

本实用新型实施例提出的一种微流量控制系统，采用同一种类型的阀门进行相应地联合控制后实现降压、调压等功能。单一类型阀门的使用能够使微流量控制系统的结构更精简，制造成本及控制成本更低。而且，对同一类阀门进行调控相对比较简单精准，微流量控制系统的可靠性和鲁棒性也能够得到明显提升。

在阅读具体实施方式并且在查看附图之后，本领域的技术人员将认识到另外的特征和优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，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是根据本实用新型实施例的微流量控制系统的整体结构示意图。

图2是本实用新型实施例的阀门bang-bang控制流程示意图。

图3是本实用新型实施例的电磁阀控制电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。诸如“下面”、“下方”、“在…下”、“低”、“上方”、“在…上”、“高”等的空间关系术语用于使描述方便，以解释一个元件相对于第二元件的定位，表示除了与图中示出的那些取向不同的取向以外，这些术语旨在涵盖器件的不同取向。另外，例如“一个元件在另一个元件上/下”可以表示两个元件直接接触，也可以表示两个元件之间还具有其他元件。此外，诸如“第一”、“第二”等的术语也用于描述各个元件、区、部分等，并且不应被当作限制。类似的术语在描述通篇中表示类似的元件。

参见图1，本实用新型提供的一种微流量控制系统，至少包括通过管路依次连接的高压模块1、bang-bang调压模块2、低压模块3，以及分别与高压模块1、bang-bang调压模块2和低压模块3通信连接的控制单元4。控制单元4根据低压模块3的反馈对bang-bang调压模块2进行开始或结束控制，同时也可以控制高压模块1的开始供气和结束供气。

具体地，高压模块1用于贮存高压气体，在控制单元4的控制下，能够通过管路将高压气体输送至bang-bang调压模块2。在控制单元4的控制下，bang-bang调压模块2开始bang-bang工作，从而使高压气体的气压降低。经过bang-bang调压模块2降压后的低压气体通过管路进入低压模块3，并通过低压模块3将低压气体以额定流量输送给下游装置。

本实用新型实施例的微流量控制系统，通过bang-bang调压模块实现对高压模块中的高压气体的降压，进而实现mg/s级别的微流量控制。bang-bang控制的两个阀门为同一类型阀门，应用在系统中能够提高系统的自适应能力和控制精度，与此同时，还可以增加航天器系统的可靠性和鲁棒性。

在一个实施例中，高压模块1包括高压气瓶11和设置于高压气瓶11出口的第一阀门12。或者，第一阀门12可以设置于高压气瓶11与bang-bang控制模块2之间的管路上。高压气瓶11用于贮存高压气体，设置在高压气瓶11出口端的第一阀门12作为高压气瓶11的开关阀门。第一阀门12在控制单元4的控制下打开时，高压气瓶向下游(bang-bang控制模块方向)输送高压气体；第一阀门12在控制单元的控制下关闭时，高压气瓶停止向下游(bang-bang控制模块方向)输送高压气体。

本实用新型实施例的微流量控制系统，通过第一阀门控制高压气瓶的打开与关闭。当低压模块的气体压力高于额定值时，可以关闭第一阀门，停止对低压模块的充气，低压模块继续为下游装置提供稳定的微流量气体。当低压模块的气体压力低于额定值时，可以打开第一阀门并保持开启状态，为低压模块充气直到低压模块的气体压力高于额定值。

继续参见图1，在一个实施例中，bang-bang调压模块2包括串联设置的第二阀门21和第三阀门22。其中，第二阀门21和第三阀门22为同一种类型的阀门。本实用新型实施例的微流量控制系统，通过利用同一类型的两个阀门进行bang-bang控制，达到了对高压气体减压的效果。当低压模块的气体压力高于额定值时，可以通过控制单元控制bang-bang工作的两个阀门关闭，进而停止对低压模块的充气。当低压模块的气体压力低于额定值时，可以通过控制单元控制bang-bang工作的两个阀门开始工作，持续为低压模块充气直到低压模块的气体压力高于额定值。

参见图2，bang-bang控制的两个阀门工作顺序具体如下：t1时，第二阀门打开且第三阀门关闭，高压气体经过第二阀门储后存在第二阀门与第三阀门之间的高压腔；t2时，第二阀门与第三阀门均关闭；t3时，第二阀门关闭且第三阀门打开，高压腔内的气体通过第三阀门流入低压模块，从而使气体压力降低；t4时，第二阀门与第三阀门均关闭；接下来重复进行t1至t4的动作即可。

本实用新型实施例的微流量控制系统中的阀门寿命均为百万次量级，为防止阀门多次工作后密封面磨损导致的密封失效，可以对bang-bang工作的阀门冗余设置。额定状态下，第一阀门的功能为作为高压气瓶11的开关阀门，第二阀门和第三阀门进行Bang-Bang工作，以达到减压的效果。当本实用新型实施例中的第二阀门或第三阀门密封失效时，系统将进行切换，使密封效果良好的两个阀门继续进行bang-bang控制。例如，当第二阀门失效时，则切换为第一阀门与第三阀门进行bang-bang工作。或者，当第三电磁阀密封失效，则切换为第一阀门与第二阀门进行Bang-Bang工作。也就是说，控制第一阀门、第二阀门和第三阀门中的任意两个阀门进行bang-bang工作，均可以实现bang-bang调压模块的降压功能要求，使系统的可靠性和鲁棒性得到大幅提升。

继续参见图1，在一个实施例中，低压模块3包括通过管路依次连接的低压气瓶31、压力传感器32和节流器33。第三阀门22与低压气瓶31的进口连接，节流器33与低压气瓶31的出口连接，压力传感器32设置于低压气瓶31，或者设置于低压气瓶31与节流器33之间的管路上。压力传感器33用于实时检测低压气瓶31内的气体压力，并反馈给控制单元4，控制单元4根据压力传感器33采集到的测量值控制第一阀门、第二阀门和第三阀门的动作。低压气瓶用于贮存经过降压后的低压气体，节流器33通过大的流阻实现额定的微流量输出。

进一步地，低压气瓶31的容积与两个参与Bang-Bang工作的阀门之间的容腔体积共同决定了低压气瓶31的压力控制精度。例如，选取容积150ml的低压气瓶3，额定状态下第二阀门与第三阀门之间的容腔为0.05ml,如此可以保证为低压气瓶31稳定提供(0.2±2％)MPa的高精度压力。

在一个实施例中，为了进一步精准控制对下游装置的微流量输出，可以在节流器33与低压气瓶31之间设置第四阀门34。本实用新型实施例的微流量控制系统，可以利用第四阀门控制低压气瓶对下游装置供气的通/断。

在一个实施例中，bang-bang调压模块还包括与第二阀门和第三阀门并联设置的第五阀门和第六阀门。第五阀门与第六阀门也进行bang-bang控制，并与第二阀门和第三阀门互为冗余设置。也就是说，当第二阀门与第三阀门中有阀门出现故障时，可以停止第二阀门与第三阀门的工作，并保持阀门处于关闭状态，与此同时，使第五阀门和第六阀门代替第二阀门与第三阀门进行bang-bang工作。

进一步地，为保证微流量控制系统的控制精度，第五阀门与第六阀门之间的容腔等于第二阀门与第三阀门之间的容腔。

在一个实施例中，为便于控制单元对各个阀门的控制，同时也为了减轻航天器的体积和重量，第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门和第六阀门均为使用寿命达到百万次量级的电磁阀。电磁阀体积和重量普遍小于自锁阀和机械减压阀。

参见图3，进一步地，电磁阀采用高电压开启、低电压维持的电路进行控制，以降低系统的功耗。具体地，在控制单元的控制下，使K1为低电平、K2为低电平时，K1三级管导通，K2三级管导通，电磁阀实现高电压12V开启。在控制单元的控制下，使K1为高电平、K2为低电平时，K1三级管截止，K2三级管导通，此时电磁阀实现低电压5V维持。电阻R1实现两种电压的分配，电阻R2和二极管D实现阀门绕阻L的复位。

在一个实施例中，为减小航天器的体积与重量，低压模块可以包括多组通过管路依次连接的低压气瓶、压力传感器和节流器，且各组的节流器分别用于与不同的下游装置连接，从而使本实用新型实施例的微流量控制系统可以同时进行多路输出，能够同时为多个下游装置进行供气。

以上实施例可以彼此组合，且具有相应的技术效果。

本实用新型提供的一种微流量控制系统，采用同一种类型的电磁阀进行相应地联合控制后实现降压、调压等功能。单一类型电磁阀的使用能够使微流量控制系统的结构更精简，制造成本及控制成本更低。而且，对同一类阀门进行调控相对比较简单精准，微流量控制系统的可靠性和鲁棒性也能够得到明显提升。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种微流量控制系统，其特征在于，至少包括：通过管路依次连接的高压模块、bang-bang调压模块、低压模块，以及分别与所述高压模块、所述bang-bang调压模块和所述低压模块通信连接的控制单元；

所述控制单元根据所述低压模块的反馈对所述bang-bang调压模块进行开始或结束控制；

所述高压模块用于贮存高压气体，并通过管路将高压气体输送至所述bang-bang调压模块，所述bang-bang调压模块降低高压气体的压力后能够向所述低压模块提供低压气体，所述低压模块将低压气体输送给下游装置。

2.根据权利要求1所述的微流量控制系统，其特征在于，所述高压模块包括高压气瓶和设置于所述高压气瓶出口的第一阀门。

3.根据权利要求2所述的微流量控制系统，其特征在于，所述bang-bang调压模块包括串联设置的第二阀门和第三阀门；所述第二阀门和所述第三阀门进行bang-bang控制。

4.根据权利要求3所述的微流量控制系统，其特征在于，所述低压模块包括通过管路依次连接的低压气瓶、压力传感器和节流器；

所述第三阀门与所述低压气瓶的进口连接，所述节流器与所述低压气瓶的出口连接；所述压力传感器设置于所述低压气瓶，用于实时测量所述低压气瓶内的气体压力；

其中，所述压力传感器用于检测所述低压气瓶的压力；所述控制单元根据所述压力传感器采集到的数据控制所述第二阀门与所述第三阀门bang-bang工作的开始与结束。

5.根据权利要求4所述的微流量控制系统，其特征在于，在所述节流器与所述低压气瓶之间还设有第四阀门；所述第四阀门用于控制所述低压气瓶对下游装置供气的通/断。

6.根据权利要求5所述的微流量控制系统，其特征在于，所述bang-bang调压模块还包括与所述第二阀门和所述第三阀门并联设置的第五阀门和第六阀门；

所述第五阀门与所述第六阀门进行bang-bang控制，并与所述第二阀门和所述第三阀门互为冗余。

7.根据权利要求6所述的微流量控制系统，其特征在于，所述第一阀门、所述第二阀门、所述第三阀门、所述第四阀门、所述第五阀门和所述第六阀门为使用寿命达到百万次量级的电磁阀。

8.根据权利要求7所述的微流量控制系统，其特征在于，所述电磁阀采用高电压开启、低电压维持的电路进行控制。

9.根据权利要求7所述的微流量控制系统，其特征在于，所述第五阀门与所述第六阀门之间的容腔等于所述第二阀门与所述第三阀门之间的容腔。

10.根据权利要求3所述的微流量控制系统，其特征在于，所述低压模块包括多组通过管路依次连接的低压气瓶、压力传感器和节流器；各组的所述节流器分别用于与不同的下游装置连接。

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