专利名称：新型电气阀门定位器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及到工业自动化仪表—气动调节阀的定位器，特别是一种基于电子电路，单片机程序控制的智能型电气阀门定位器。
中国专利CN2429673Y即公开了这样一种电气阀门定位器。这种传统的机械式阀门定位器，结构复杂，对零件加工要求精度高，抗振性差(低于1g以下)，控制精度低，人工调试困难，特别是当现场介质波动、阀门填料磨损后，不能自动适应上述变化(无智能性)；这种阀门定位器通用性也不好，在不同的气压条件下需要更换零部件，这种功耗高、抗振性差的传统仪表，不能适应现代工业仪表智能化的要求。
实现本发明的技术方案如下一种新型电气阀门定位器，包括壳体、在壳体内的由输入电信号控制的微位移控制组件、微位移控制组件所连接的喷嘴挡板、气动放大器组件及其所连接的喷嘴，用于检测外接之气动执行器行程的反馈信号组件，其特征在于在所述输入电信号和微位移控制组件之间有一电控单元，所述反馈信号组件是一种可将外接执行器的行程转化为电信号的变送单元，经其变送后的反馈信号输出给电控单元；电控单元内设有可将所述输入电信号与反馈信号比较、计算并可根据设定的控制模式控制微位移控制组件动作的电子电路。
所述气动放大器组件是一种膜式气动放大器，其包括上腔盖、下腔盖、与下腔盖内腔相连的气体输出口、上膜片、中膜片、在周边上留有排气口的用于联接上、中膜片的排气件、位于上、中膜片中间的可将其隔开且周边留有通气孔的支撑件、与之相通且阀嘴位于下腔盖之内的排气阀座、位于下腔盖之底部中间的输入气源入口、位于该气源入口和排气阀座之阀嘴之间的截面呈近似“I”字状的一体式双头阀芯、弹性元件、以及与上腔盖之内腔相通的控制气源入口，在所述中膜片之下还设有一下膜片，其间设有隔离件，所述排气阀座穿连与其间，所述弹性元件的上端顶在阀芯的顶头底侧，其下端卡在下腔盖内腔的底面上，与所述输入气源相连，在下腔盖上还设有一通向中、下膜片所隔成的内腔的另一输入气源入口。
所述气体输出口输出的压力Pout与所述输入气源的压力Pin以及所述控制气源压力Pb之间符合如下方程Pout＝[Pb×S1-Pin(S2+S4-S3)]/S3；其中S1代表所述上膜片的有效面积；S2代表所述中膜片的有效面积；S3代表所述下膜片的有效面积；S4代表所述阀芯的有效底面积。
所述弹性元件为一种仅对阀芯起复位作用而不参于力比较作用的复位弹簧或弹簧片。
所述微位移控制组件包括一电磁线圈，其固定在第一导磁片上，在第一导磁片的两侧上方联接有一对导磁柱，在两导磁柱的顶部对应联接有第二、第三导磁片，在这两个导磁片的中间设有一动片，动片的上、下两面固定连接有一对导磁板，其中上导磁板的一侧与所述挡板相连；所述第二、三导磁片非接触式夹于这一对导磁板之间；与所述动片相对，在导磁板的外侧非接触式设有一对永久磁铁。
构成所述电控单元的电子电路的核心元件是单片机，单片机上有两个模拟/数字信号转换接口，其分别与所述输入电信号以及所述反馈信号组件所输出的反馈信号相连接；单片机上还有一路数字/模拟信号转换输出接口，其与所述微位移控制组件的控制信号输入端相连；该单片机内存储有可控制所述微位移控制组件动作的控制程序。
所述反馈信号组件是一种电位器组件。
本实用新型不仅结构简单、紧凑、加工容易、精度容易保证，抗振性好、功耗低，控制精度高，调试方便，而且能实现仪表的智能化在计算机(PID，自适应等)控制软件的控制下，当现场介质压力产生波动或阀门填料产生磨损时，能够自适应这些变化而实现智能控制。另外，本定位器在不同的工作气压下适应性强，用不着更换零部件，具有通用性好的优点。
图4是本实用新型微移控制组件的结构示意图。
如图2-4所示，输入电信号6和微位移控制组件3之间设有电控单元7。所述反馈信号组件5是一种可将外接执行器的行程转化为电信号的变送单元，具体来说其是一种电位器(可以是接触式或非接触式的，最好是采用磁敏的)，经其变送后的反馈信号输出给电控单元7；电控单元7内设有可将所述输入电信号6与反馈信号比较、计算及输出可根据设定的控制模式控制微位移控制组件3动作的电子电路。具体来说，电控单元7的电子电路的核心元件是一单片机。单片机上的两个模拟信号接口分别与所述输入电信号6以及所述反馈信号组件5所输出的反馈信号相连接；单片机上的一路信号输出接口与所述微位移控制组件3的控制信号输入端相连；单片机内还存储有可控制所述微位移控制组件3动作的控制程序(如自适应控制程序软件)。
气动放大器组件4具体来说是一种膜式气动放大器，其包括上腔盖41、下腔盖42、与下腔盖42内腔相连的气体输出口49、上膜片43、中膜片44、在周边上留有排气口45的用于联接上、中膜片43、44的排气件46、位于上、中膜片中间的可将其隔开且周边留有通气孔47的支撑件48、与之相通且阀嘴位于下腔盖42之内的排气阀座49、位于下腔盖42之底部中间的输入气源入口410、位于该气源入口和排气阀座49之阀嘴之间的截面呈近似“I”字状的一体式双头阀芯411、弹性元件412、以及与上腔盖41之内腔相通的控制气源入口413。在中膜片44之下还设有一下膜片414，其间设有隔离件418，排气阀座49穿连与其间。弹性元件412的上端顶在阀芯411的顶头底侧415，其下端卡在下腔盖42内腔的底面上。与输入气源相连，在下腔盖42上还设有一通向中、下膜片44、414所隔成的内腔416的另一输入气源入口417。中膜片44、下膜片414及隔离件418是铆接为一体的。弹性元件412为一种仅对阀芯起复位作用而不参于力比较作用的微弹力式复位细弹簧或弹簧片。
这种结构的气动放大器组件4其气体输出口410输出的压力Pout与输入气源的压力Pin以及控制气源压力Pb之间符合如下方程Pout＝[Pb×S1-Pin(S2+S4-S3)]/S3；其中S1代表所述上膜片43的有效面积；S2代表所述中膜片44的有效面积；S3代表所述下膜片414的有效面积；S4代表所述阀芯411的有效底面积。
本气动放大器组件，当上、中、下三个膜片在输入气源和控制气源压力作用下产生向上或向下的作用力差后，带动中、下膜片向上离开阀芯而排气或向下压阀芯而控制输入气源入口向气体输出口输出气体。由方程式可以看出，输出气体的压力只取决于输入气源和控制气源的压力。因而无论输入气源的压力增大或减小，无需调整其它零件，只须调整控制气源的大小，便可以保持输入与输出的平衡关系。由于输入气源在此起到了比较弹簧的作用，参与了阀芯动作力的比较，从而克服了传统弹簧易于产生机械疲劳的问题，提高了其工作的稳定性和可靠性，同时在输入气源压力变化时，只要调整控制气源的压力就可实现输入、输出的平衡，保证了输出的稳定而无须更换零件就可实现很大的放大比—输出可达7Kgf/cm2。
微位移控制组件3具体来说其内有一电磁线圈39，电磁线圈39固定在第一导磁片38上，在第一导磁片38的两侧上方联接有一对导磁柱37、311，在两导磁柱37、311的顶部对应联接有第二、第三导磁片34、310，在这两个导磁片34、310的中间设有一动片32，动片32的上、下两面固定连接有一对导磁板33、35，其中上导磁板33的一侧与所述喷嘴挡板8相连；第二、三导磁片34、310非接触式夹于这一对导磁板33、35之间；与动片32相对，在两导磁板的外侧非接触式设有一对永久磁铁31、36。
本微位移控制组件3采用的是模块化的设计结构，它巧妙的利用了两个不同方向、不同大小的磁场的相互作用来实现微位移控制的功能，其工作原理是这样的电磁线圈39通电后，在第一导磁片38和导磁柱37、311的作用下，在导磁片34、310处产生随电流可变的弱磁场；由于永久磁铁31、36的作用，在导磁板33、35处形成了恒强磁场。当电磁线圈39中有定值电流流过时，经过导磁柱37、311和导磁片34、38、310的作用，在动片32的一个方向产生与电流强度对应强度的弱磁场(相对于永久磁铁所产生的外加磁场而言)。在动片32的另一方向上则有另一方向的恒磁场。动片32在这两个磁场的作用下可产生偏转(单边最大0.3mm)。改变电磁线圈中电流的大小，可改变弱磁场的场强，从而可改变动片32的偏转量，进而可以改变设在导磁板33上的喷嘴挡板8与气动放大器组件的喷嘴9的距离。依据喷嘴背压原理，两者距离的改变，会改变气动放大器组件背压腔的压力(即气动放大器组件的控制气源压力)，从而实现定位器对阀门的定位控制)。
如上所述，本发明采用了电平衡原理当定位器正常工作时，电控单元7之单片机首先将输入电信号6(4-20mA电流信号)及反馈信号组件5的行程反馈信号进行采样及运算处理，然后通过控制电磁线圈中电流的变化来调节喷嘴挡板与喷嘴的距离，从而将电流变化转化为气信号的变化。气动放大器组件4则通过背压腔将该气信号变化进行放大而最终控制执行器10的行程。
权利要求1.一种新型电气阀门定位器，包括壳体(1)、在壳体(1)内的由输入电信号(6)控制的微位移控制组件(3)、微位移控制组件(3)所连接的喷嘴挡板(8)、气动放大器组件(4)及其所连接的喷嘴(9)，用于检测外接之气动执行器(10)行程的反馈信号组件(5)，其特征在于在所述输入电信号(6)和微位移控制组件(3)之间有一电控单元(7)，所述反馈信号组件(5)是一种可将外接执行器(10)的行程转化为电信号的变送单元，经其变送后的反馈信号输出给电控单元(7)；电控单元(7)内设有可将所述输入电信号(6)与反馈信号比较、计算并可根据设定的控制模式控制微位移控制组件(3)动作的电子电路。
2.根据权利要求1所述的定位器，其特征在于所述气动放大器组件(4)是一种膜式气动放大器，其包括上腔盖(41)、下腔盖(42)、与下腔盖(42)内腔相连的气体输出(419)、上膜片(43)、中膜片(44)、在周边上留有排气口(45)的用于联接上、中膜片(43、44)的排气件(46)、位于上、中膜片中间的可将其隔开且周边留有通气孔(47)的支撑件(48)、与之相通且阀嘴位于下腔盖(42)之内的排气阀座(49)、位于下腔盖(42)之底部中间的输入气源入口(410)、位于该气源入口和排气阀座(49)之阀嘴之间的截面呈近似“I”字状的一体式双头阀芯(411)、弹性元件(412)、以及与上腔盖(41)之内腔相通的控制气源入(413)，在所述中膜片(44)之下还设有一下膜片(414)，其间设有隔离件(418)，所述排气阀座(49)穿连与其间，所述弹性元件(412)的上端顶在阀芯(411)的顶头底侧(415)，其下端卡在下腔盖(42)内腔的底面上，与所述输入气源相连，在下腔盖(42)上还设有一通向中、下膜片(44、414)所隔成的内腔(416)的另一输入气源入口(417)。所述气体输出口(410)输出的压力Pout与所述输入气源的压力Pin以及所述控制气源压力Pb之间符合如下方程Pout＝[Pb×S1-Pin(S2+S4-S3)]/S3；其中S1代表所述上膜片(43)的有效面积；S2代表所述中膜片(44)的有效面积；S3代表所述下膜片(414)的有效面积；S4代表所述阀芯(411)的有效底面积。
3.根据权利要求2所述的定位器，其特征在于所述中膜片(44)、下膜片(414)及所述隔离件(418)铆接为一体。
4.根据权利要求3所述的定位器，其特征在于所述弹性元件(412)为一种仅对阀芯起复位作用而不参于力比较作用的复位弹簧或弹簧片。
5.根据权利要求1所述的定位器，其特征在于所述微位移控制组件(3)包括一电磁线圈(39)，其固定在第一导磁片(38)上，在第一导磁片(38)的两侧上方联接有一对导磁柱(37、311)，在两导磁柱(37、311)的顶部对应联接有第二、第三导磁片(34、310)，在这两个导磁片(34、310)的中间设有一动片(32)，动片(32)的上、下两面固定连接有一对导磁板(33、35)，其中上导磁板(33)的一侧与所述挡板(8)相连；所述第二、三导磁片非接触式夹于这一对导磁板(33、35)之间；与所述动片(32)相对，在导磁板(3、5)的外侧非接触式设有一对永久磁铁(31、36)。
6.根据权利要求1至4所述的任一种定位器，其特征在于构成所述电控单元(7)的电子电路的核心元件是单片机，单片机上有两个模拟/数字信号转换接口，其分别与所述输入电信号(6)以及所述反馈信号组件(5)所输出的反馈信号相连接；单片机上还有一路数字/模拟信号转换输出接口，其与所述微位移控制组件(3)的控制信号输入端相连；该单片机内存储有可控制所述微位移控制组件(3)动作的控制程序。
7.根据权利要求6所述的定位器，其特征在于所述反馈信号组件(5)是一种电位器组件。
专利摘要一种新型电气阀门定位器，包括壳体、微位移控制组件、喷嘴挡板、反馈信号组件、气动放大器组件及其喷嘴。输入电信号和微位移控制组件之间有一电控单元。反馈信号组件是一种可将外接执行器的行程转化电信号的变送单元，经其变送后的反馈信号输出给电控单元。电控单元内设有可将输入电信号与反馈信号比较、计算及输出可根据设定的控制模式控制微位移控制组件动作的单片机。本实用新型结构简单、易加工、精度高、抗振性好、功耗低，通用性强，满足了智能化的要求。
文档编号F16K31/02GK2547983SQ0223887
公开日2003年4月30日 申请日期2002年6月13日 优先权日2002年6月13日
发明者赵广生, 党李军, 余少华, 田毅 申请人:吴忠仪表股份有限公司