本发明设计控制阀，具体来说，是一种高精度流量伺服控制阀。
背景技术：
流量控制阀是在一定的入口压力下，依靠改变节流口液阻的大小来控制节流孔的流量，保证流通的流量符合设计要求。
在火箭推进领域，流量控制阀用于调节贮箱内氧化剂和燃料向燃烧室供给的流量，由于对火箭的变推力等要求，需要对供给流量进行一定的控制，以实现预期的功能，如果对流量的调节达不到一定的要求，会影响到火箭发动机的设计性能。
对于挤压式固液火箭发动机输送系统，一般通过文氏管进行流量的控制，但是由于文氏管的作用原理是通过上下游的压差来控制流量，而一般情况下上下游压差虽然可以通过一定的结构加以控制，但精度不高。在实际工作中流量控制阀要求有一定的结构强度和较高的精度。
技术实现要素：
为了解决上述问题，本发明专利提供了一种高精度流量伺服控制阀，包括外壳、伺服电机、滚珠丝杆、调节锥、阀体、文氏管、传感器。其中，外壳底端、阀体与文氏管由下至上依次固定；伺服电机固定于外壳底端。
所述滚珠丝杆设置于外壳内，滚珠丝杆上安装上部为锥形段的调节锥；调节锥的锥形段位于文氏管的液体通道内；阀体内部设置有液腔，且开有进液通道；推进剂经进液通道进入液腔，通过伺服电机驱动滚珠丝杆中丝杆转动，进而带动调节锥沿轴向移动，调节文氏管内的液体通道流通面积，使推进剂进入液体通道并由文氏管出口端流出；当调节锥位于向上的极限位置时，调节锥将文氏管的进液端封堵。
Dsp开发板获得流量传感器输入后，根据测得的实时流量，使用PID算法控制伺服电机的运动，伺服电机的转动经过滚珠丝杆的传动变为直动，从而改变调节锥的位置，使得文氏管中的流动面积改变，起到流量控制的作用。
本发明专利的优点在于：
1、本发明高精度流量伺服控制阀，采用流量传感器、Dsp主板和伺服电机的组合可以实现对文氏管内实时流量的检测和控制，Dsp主板强大的数据处理功能，结合高精度的伺服电机，使得伺服电机带动滚珠丝杆以及调节锥的速度处在0.01mm的量级，再加上调节锥以及文氏管的组合，可以得到较高的流量控制精度。
2、本发明高精度流量伺服控制阀，可以通过Dsp主板处理设定或监控数据，控制电机转动，依靠引起文氏管流动面积的可以满足流量变化场合的要求；
3、本发明高精度流量伺服控制阀，使用增量PID控制算法，保证伺服电机工作的稳定，进而保证流量调节调节的稳定。
4、本发明高精度流量伺服控制阀，文氏管流量只跟入口压力有关，使得在控制流量供应的时候更加简便有效。
附图说明
图1为本发明高精度流量伺服控制阀结构图；
图2为本发明高精度流量伺服控制阀中调节锥结构示意图。
图中：
1-外壳2-伺服电机3-滚珠丝杆
4-调节锥5-阀体6-文氏管
7-传感器8-Dsp主板9-电机驱动器
10-液腔11-橡胶密封圈12-橡胶密封垫
101-环形定位凸台A301-丝杆302-螺母
401-圆柱段402-锥形段403-底座
404-连接法兰501-环形定位凸台B502-出液通道
具体实施方案
下面结合附图对本发明专利做进一步说明。
本发明高精度流量伺服控制阀，包括外壳1、伺服电机2、滚珠丝杆3、调节锥4、阀体5、文氏管6、传感器7、Dsp主板8与电机驱动器9，如图1所示。
所述外壳1为筒状结构，采用LY12铝合金制作；伺服电机2与外壳1同轴设置，前端周向固定安装在外壳1末端，使伺服电机2的输出轴位于外壳1内。滚珠丝杆3设置于外壳1内，滚珠丝杆3的丝杆301通过联轴器与伺服电机2的输出轴同轴相连。滚珠丝杆3的螺母302周向与外壳1前端内壁上设计的环形定位凸台A101内环侧壁配合，限制滚珠丝杆3的径向移动。
所述调节锥4整体为杆状结构，采用强度高、耐腐蚀的316不锈钢制作，下部为圆柱段401，上部为锥形段402，如图2所示。调节锥4底端设计有底座403，底座403具有凹进腔，整体截面为倒U型。底座403周向上设计有连接法兰404。调节锥4与滚珠丝杆3同轴设置，通过连接法兰404固定于滚珠丝杆3的螺母302上。由此通过滚珠丝杆3中丝杆301的转动可带动螺母302与调节锥4一同移动，且在螺母302向下运动时，丝杆3会伸入到底座403的凹进腔内，且通过凹进腔还实现对调节锥4移动的限位。
阀体5为筒状结构，内径大于调节锥4的直径，同轴套在调节锥4外部，底端固定于外壳1的前端面上。阀体5内部设计有环形定位凸台B501，环形定位凸台B501内环侧壁与调节锥4中部外壁周向配合，且两者间设置橡胶密封垫12实现密封；通过环形定位凸台B501限制调节锥4的径向移动。文氏管6采用强度高、耐腐蚀的316不锈钢制作，内部同轴设计有液体通道；文氏管6同轴插接在阀体5上部，文氏管6通过其进液端端部与阀体5内壁上设计的环形台肩配合定位，且两者间设置橡胶密封圈11实现密封。由于阀体5内径大于调节锥4的直径，因此文氏管6的进液端、阀体5内部的环形定位凸台B501与阀体5内壁间形成液腔7，液腔7与阀体5上设计的进液通道502连通。
上述伺服控制阀中，当滚珠丝杆3中螺母302位于丝杆301顶端时，调节锥4的锥形段402位于文氏管6的液体通道内，同时使圆柱段403上端位于文氏管6的液体通道内，通过圆柱段403将文氏管6的进液端封堵。过氧化氢推进剂经阀体5上的进液通道502进入液腔7，通过控制伺服电机2运动，带动丝杆301转动，使螺母302沿丝杆301向下移动，调节锥4一并向下移动，此时调节锥4的圆柱段401逐渐脱离文氏管6的进液端，由此液腔7内的过氧化氢推进剂经调节锥4的锥形段402侧壁与文氏管6的进液端间的缝隙进入文氏管6的液体通道，最终由文氏管的出液端流出。通过控制伺服电机2反向运动，带动滚珠丝杆3中丝杆301反向转动，使螺母302沿丝杆向上运动，调节锥4一并向上运动，此时调节锥4的圆柱段401插入文氏管6的进液端，将文氏管6的进液端封堵，此时，过氧化氢推进剂的供给停止。综上，通过控制调节锥4的上下运动，可实现过氧化氢推进剂的供给与停止供给的功能；同时在过氧化氢推进剂进行供给时，通过控制调节锥4的上下运动的位移，可实现锥形段402侧壁与文氏管6进液端间的缝隙大小调节，进而实现过氧化氢推进剂在文氏管6的液体通道内的流通面积调节，最终实现过氧化氢推进剂的流量调节。
所述传感器7为流量传感器，安装在推进剂的供给管路上，用来实时采集流经阀体5液腔的推进剂的质量流量数据；DPS主板8用来接收传感器采集的质量流量数据，判断其与设定流量的差值，进而根据该差值，使用PID算法控制伺服电机2的运动，调整调节锥4的位置，增加或减小文氏管6的流通面积，使得流量值向设定流量值靠近。
上述传感器7采用四线制，其中1、2端子为24V电压输入端子，3、4端子为RS-485数据输出端子，可以直接由Dsp主板8采集流量数据。
Dsp主板8以数字信号处理为基础，数据接口为RS-485，通过该接口将分析处理后的数据传递给电机驱动器9，由电机驱动器9发出脉冲信号驱动伺服电机2工作，伺服电机2的角位移量可以受到脉冲信号的精准控制，单步精度可在0.01mm左右。
本发明中，文氏管6的液体通道包括扩张段与收缩段，扩张段的扩张角为6°～10°，扩张端为出液端；收缩段的收敛角为25°～40°，收缩一端为进液端，且上述扩张段与收缩短相接，相接处直径为4～6mm。文氏管6内过氧化氢推进剂在上游压力为5Mpa的时候，过氧化氢推进剂的最大质量流率为767g/s。同时设计调节锥4的锥形段402锥角为8°～10°，锥高5～8mm。此时流经文氏管6的流量和调节锥4的行程有着相当好的线性关系，并且在来流压力变化时，流量系数几乎不发生变化，有利于提高流量调节的精度。