一种实现压力精确控制的方法与流程

本发明属于压力控制领域，涉及一种实现压力精确控制的方法。

背景技术：

现有的压力控制方法大体分为两种，一种是数字闭环控制方法，另一种是模拟闭环和数字闭环相结合的控制方法；模拟闭环控制方法主要应用在对过程控制要求较高的测试过程中，如飞机或飞行器的爬升率测试，高度爬升需要按照固定速率进行测试，操作控制器完成气压固定速率的控制，其对气路输出的流量要求极高，使用模拟闭环控制可以保证过程控制的准确度和安全性；数字闭环控制方法主要是依据采样控制理论，通过实时比较采集的压力传感器数据和设定压力值，调整阀门的流量，实现对被控压力的控制，数字闭环控制的硬件电路较模拟闭环控制电路要简单，以上两种方法通常均首选使用电磁阀作为执行机构来完成压力的自动控制；而电磁阀作为执行机构在控制流量时是无法提供恒定流量的。

技术实现要素：

本发明的目的就是提供一种实现压力精确控制的方法，通过在电磁阀入口和出口两端建立恒定压差的方法来实现电磁阀两端的恒定流量，解决电磁阀在压力控制中，不能提供恒定流量的问题。

本发明为了实现上述目的所采用的技术方案是：

一种实现压力精确控制的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1，在节流电磁阀的前端安装调压电磁阀；

步骤2，将差压传感器的两端分别连接到节流电磁阀的入口和出口；

步骤3，将差压传感器测量的压力差电信号反馈到前端的控制电路，控制电路把测得的压力差值与预先设定的压力值进行比较，其偏差通过控制电路调整节流电磁阀的开启来实现调压电磁阀的流量恒定。

所述步骤3中控制电路的调节过程是：节流电磁阀开启时，节流电磁阀两端连通，即压力差值为0，差压传感器反馈电压为0，通过比较放大电路，驱动节流电磁阀开启，并重新建立压力差，节流电磁阀开启后，节流电磁阀前端压力升高，差压传感器测得的压力差值与预先设定的压力值进行比较，当压力差值超过设定压力值时，通过比较放大电路，驱动调压电磁阀关闭。

本发明实现了运用电磁阀门进行压力控制时，对流量进行精准调整，可以将压力控制器的波动度指标，从之前的0.005%提高到0.002%，控制稳定时间提高到30分钟，降低了压力控制器产品的调试周期，降低了工人的劳动强度，缩短了生产周期，大大提高了生产效率，降低了劳动成本。

附图说明

图1是本发明方法的设计模型图；

图2是本发明方法的控制模型图；

图3是本发明方法实施例中的总体设计框图；

图4是本发明方法实施例中电路部分框图；

图5是本发明方法实施例电路中信号调理部分的示意图；

图6是本发明方法实施例电路中信号调理部分的电路图；

图7是本发明方法实施例电路中驱动控制部分的示意图；

图8是本发明方法实施例电路中驱动控制部分的电路图；

图9，10，11是本发明方法实施例用于安装压力传感器和电磁阀的封装结构示意图；

图12是本发明方法实施例总体结构示意图；

图13是本发明方法实施例中电磁阀结构示意图；

图14是本发明方法实施例中压力传感器结构示意图；

图15是本发明方法实施例中高精度压力传感器结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述：

一种实现压力精确控制的方法，通过差压传感器测量节流电磁阀两端的压力，再由反馈比较电路实现节流电磁阀两端的恒定差压，设计模型如图1所示，包括如下步骤：

步骤1，在节流电磁阀V12的前端设置调压电磁阀V11；

步骤2，将差压传感器的两端分别连接到节流电磁阀V12的入口和出口；

步骤3，将差压传感器测量的压力差电信号Vf反馈到前端的控制电路，控制电路把测得的压力差值与预先设定的压力值进行比较，其偏差通过控制电路调整调压电磁阀V11的开启来实现节流电磁阀V12的流量恒定。

控制过程如图2所示，压差传感器的“+”端连接节流电磁阀V12的入口，“-”端连接节流电磁阀V12的出口端；差压传感器测量节流电磁阀V12两端的压力差，将电信号Vf反馈到前端，与设定的压力值进行比较，其偏差通过控制电路A（s）调整调压电磁阀V11的开启来实现节流电磁阀V12的流量恒定；图中节流电磁阀V12两端的压力分别为P1、P2，P1为入口压力，P2为出口压力，P1-P2为节流电磁阀V12两端的差压，用ΔP表示；正常启动工作状态下，满足以下关系：P1 > P2；ΔP > 0；当节流电磁阀V12开启时，节流电磁阀V12两端连通，即ΔP＝0，差压传感器反馈电压为零，通过比较放大电路，驱动调压电磁阀V11开启，并重新建立ΔP压力，调压电磁阀V11开启后，使得P1点压力升高，当P1-P2压力超过设定压力时，即ΔP压力超过设定压力时，通过比较放大电路，驱动调压电磁阀V11关闭，并调整ΔP压力值。以上调整可以保持ΔP压力值在控制过程进入精确调整模式时，其两端压力差ΔP处于恒压状态，保证压力精确调整时，其流量恒定。

实施例

上述方法的实现需要进行包括结构设计和硬件电路设计两个方面结合的总体设计：

如图3所示；图中压力传感器M1连接于电磁阀V12的入口端，压力传感器M2连接于电磁阀V12的出口和电磁阀V22的入口端；压力传感器M3连接于电磁阀V22的入口端；压力传感器M1和M2输出电信号连接于调理电路1；压力传感器M2和M3输出电信号连接于调理电路2；压力传感器M1和M3输出电信号连接于调理电路3；驱动电路1控制信号连接电磁阀V11；驱动电路2控制信号连接电磁阀V21；驱动电路3控制信号连接电磁阀V31。

这其中电路部分如图4所示，包括信号调理部分和驱动控制部分，信号调理部分如图5所示，用于对模拟压力传感器M1、M2、M3的输出信号进行调理及放大，具体的电路如图6所示；驱动控制部分如图7所示，用于对电磁阀V1、V21、V31进行控制，差压反馈分别为M1和M2、M2和M3、M1和M3的差分电压值；三角波发生器用于产生所需频率的三角波形；差压反馈电压与设定压力电压信号进行比较，并经A(s)运算放大器进行信号放大，再与三角波发生信号进行混合产生标准PWM脉冲，完成对电磁阀的控制；具体的电路如图8所示；

结构的设计也是根据总体设计展开，主要分为三部分，第一部分用于安装压力传感器（M1、M2、M3）和电磁阀（V11、V21、V31），如图9所示；第二部分用于安装电磁阀V22和V12，如图10所示；第三部分用于安装高精度压力传感器，如图11所示；三个部分通过嵌入“O”型密封圈，并使用六角螺栓进行连接，其中压力传感器的封装、电磁阀的安装、内部连接管道的设计、高精度压力传感器的连接均保证无泄漏，其总体结构设计如图12所示；

电磁阀采用美国Cillparrd公司生产的电磁阀EP-12，其安装结构为底装结构，螺纹为#10-32美制，外形结构如图13所示。

压力传感器采用ICSensors生产的M47型压力传感器，其输出电压信号的最大电压值为100mV，其外形和封装结构如图14所示。

高精度压力传感器采用美国GE硅压力传感器，准确度0.01级，安装方式采用M10螺纹安装，密封方式采用“O”型圈密封，其外形如图15所示。