一种8421编码可控流量高压气体压力精确控制结构的制作方法

本发明属于压力计量技术领域，具体涉及一种8421编码可控流量高压气体压力精确控制结构。

背景技术

目前，常见的自动压力调节方式为pid调节，由调节器将生产过程参数的测量值与给定值进行比较，得出偏差后根据一定的调节规律产生输出信号推动执行器消除偏差量，使该参数保持在给定值附近或按预定规律变化。一般情况调节器输出的是一个阶跃控制信号来控制调节阀等执行设备。为了使调节响应时间快速，将比例积分微分相结合整定一个合理的参数来达到控制的目的。在调压过程中，无论参数设置的多么合理，pid调节方式都会在调节过程达到设定值前经历一个振荡过程，目标压力存在超调现象。当被试验产品容积较小时，该超调现象尤为严重。由于大多数情况被试验的设备内都是由零压力开始增加的，在设定目标压力后，这时反馈信号值为零，比较偏差为最大值。于是调节器输出很大，调节阀与其他执行器此时会开到最大开度。然后反馈压力有可能会快速上升，在瞬间就达到目标压力值。调节器输出立即输出为零，但是由于执行器的响应速度又达不到，反馈压力快速上升，于是就会出现压力超调。

在航天领域，某些产品在进行气密试验时，产品是不允许超压的，否则会由于对产品质量造成隐患，导致产品报废。因此现有技术不能满足某些航天产品试验需求，迫切需要新的高压气体压力精确控制结构来适应新的试验需求。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种8421编码可控流量高压气体压力精确控制结构，可有效避免系统超压，并且具有调压精度高，响应速度快等优点。

为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种8421编码可控流量高压气体压力精确控制结构，包括气源入口、入口压力传感器、高压连接管路、出口压力传感器、高压输出口、4#节流孔板、4#高频电磁阀、3#节流孔板、3#高频电磁阀、2#节流孔板、2#高频电磁阀、1#节流孔板、1#高频电磁阀和控制器；高压连接管路的两端分别为气源入口和高压输出口，气源入口处设置有入口压力传感器，高压输出口处设置有出口压力传感器，高压连接管路上设置有4#高频电磁阀和4#节流孔板，另外还设置有三组高频电磁阀和节流孔板与4#高频电磁阀和4#节流孔板并联，分别为3#高频电磁阀和3#节流孔板、2#高频电磁阀和2#节流孔板、1#高频电磁阀和1#节流孔板，控制器通过控制4#高频电磁阀、3#高频电磁阀、2#高频电磁阀和1#高频电磁阀来调节流量和压力。

进行流量调节时，将介质气源与气源入口连接，将试验产品与高压输出口连接，启动控制器，并设定调节目标标况流量，控制器根据4#节流孔板、3#节流孔板、2#节流孔板和1#节流孔板的节流面积及气源入口压力计算控制编码，发送4#高频电磁阀、3#高频电磁阀、2#高频电磁阀和1#高频电磁阀动作指令，调节过程中，控制器根据入口压力传感器及出口压力传感器的变化实时调整控制编码，实现高压气体流量稳定控制。

进行压力调节时，将介质气源与气源入口连接，将试验产品与高压输出口连接，启动控制器，并设定调节目标压力，开始调压时，控制器根据调节目标压力、入口压力传感器和出口压力传感器的检测值计算控制编码，当出口压力传感器压力为零时，控制编码为0001，此时仅1#高频电磁阀动作，动作时间为高频电磁阀最小响应时间t，在此过程中，气体由高压端流向低压端，即由左侧经1#高频电磁阀和1#节流孔板流向右侧；控制器通过出口压力传感器的变化量和1#高频电磁阀动作时间t进行编码计算，获得阀组动作编码，并对4#高频电磁阀、3#高频电磁阀、2#高频电磁阀和1#高频电磁阀发送动作指令，直至出口压力传感器检测值达到设定调节目标压力，实现高压气体快速响应，无超调量控制。

所述的控制器控制阀组动作具体如下：第一步，1#高频电磁阀以高频电磁阀最小响应时间t动作一次，此时数字编码为0001，控制器根据高压输出口压力变化进行数字编码计算，获取第二步阀组动作编码；第二步，根据上一步计算获取的阀组动作编码，操作相应高频电磁阀动作，一个扫描周期后，控制器根据高压输出口压力变化进行数字编码计算，获取第三步阀组动作编码；第n步，根据第(n-1)步计算获取的阀组动作编码，操作相应高频电磁阀动作，一个扫描周期后，控制器根据高压输出口压力变化进行数字编码计算，获取第(n+1)步阀组动作编码；重复以上过程，直至高压输出口压力值达到调节目标压力要求，此时数字编码应为0000，调压过程结束。

本发明所取得的有益效果为：

本发明在调节过程中可实现高压气体流量控制稳定，重复性好；压力控制精度高，无超调量，响应速度快。

附图说明

图1为8421编码可控流量高压气体压力精确控制结构示意图；

图中：1、气源入口；2、入口压力传感器；3、高压连接管路；4、出口压力传感器；5、高压输出口；6、4#节流孔板；7、4#高频电磁阀；8、3#节流孔板；9、3#高频电磁阀；10、2#节流孔板；11、2#高频电磁阀；12、1#节流孔板；13、1#高频电磁阀；14、控制器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

如图1所示，本发明所述8421编码可控流量高压气体压力精确控制结构包括气源入口1、入口压力传感器2、高压连接管路3、出口压力传感器4、高压输出口5、4#节流孔板6、4#高频电磁阀7、3#节流孔板8、3#高频电磁阀9、2#节流孔板10、2#高频电磁阀11、1#节流孔板12、1#高频电磁阀13、控制器14；高压连接管路3的两端分别为气源入口1和高压输出口5，气源入口1处设置有入口压力传感器2，高压输出口5处设置有出口压力传感器4，高压连接管路3上设置有4#高频电磁阀7和4#节流孔板6，另外还设置有三组高频电磁阀和节流孔板与4#高频电磁阀7和4#节流孔板6并联，分别为3#高频电磁阀9和3#节流孔板8、2#高频电磁阀11和2#节流孔板10、1#高频电磁阀13和1#节流孔板12，控制器14通过控制4#高频电磁阀7、3#高频电磁阀9、2#高频电磁阀11和1#高频电磁阀13来调节流量和压力。

设高频电磁阀最小响应时间为t，设4#节流孔板6的截面积为s4，3#节流孔板8的截面积为s3，2#节流孔板10的截面积为s2，1#节流孔板12的截面积为s1，应存在关系式：

s4＝2×s3＝4×s2＝8×s1

1、进行流量调节时，节流孔板前后压差需满足临界流要求，使得通过截流孔板的气体流速达到音速。此时流量满足以下公式：

q＝s×v

其中：q——工况流量；s——截流孔板流通面积；v——临界流速，340m/s。首先，将介质气源与气源入口1连接，将试验产品与高压输出口5连接。启动控制器14，并设定调节目标标况流量。控制器14根据4#节流孔板6、3#节流孔板8、2#节流孔板10和1#节流孔板12的节流面积及气源入口压力计算控制编码，发送4#高频电磁阀7、3#高频电磁阀9、2#高频电磁阀11和1#高频电磁阀13动作指令。调节过程中，控制器14根据入口压力传感器2及出口压力传感器4的变化实时调整控制编码，实现高压气体流量稳定控制。

2、进行压力调节时，气源压力需满足调节目标压力要求。

首先，将介质气源与气源入口1连接，将试验产品与高压输出口5连接。启动控制器14，并设定调节目标压力。开始调压时，控制器14根据调节目标压力、入口压力传感器2和出口压力传感器4检测值计算控制编码，当出口压力传感器4压力为零时，控制编码为0001，此时仅1#高频电磁阀13动作，动作时间为高频电磁阀最小响应时间t。在此过程中，气体由高压端流向低压端，即如图1所示，由左侧经1#高频电磁阀13和1#节流孔板12流向右侧。其次，控制器14通过出口压力传感器4的变化量和1#高频电磁阀13动作时间t进行编码计算，获得阀组动作编码，并对4#高频电磁阀7、3#高频电磁阀9、2#高频电磁阀11和1#高频电磁阀13发送动作指令，直至出口压力传感器4检测值达到设定调节目标压力，实现高压气体快速响应，无超调量控制。

第一步，1#高频电磁阀13以最小响应时间t动作一次，此时数字编码应为0001，控制器14根据高压输出口5压力变化进行数字编码计算，获取第二步阀组动作编码。

第二步，根据上一步计算获取的阀组动作编码，操作相应高频电磁阀动作，一个扫描周期后，控制器14根据高压输出口5压力变化进行数字编码计算，获取第三步阀组动作编码。

……

第n步，根据第(n-1)步计算获取的阀组动作编码，操作相应高频电磁阀动作，一个扫描周期后，控制器14根据高压输出口5压力变化进行数字编码计算，获取第(n+1)步阀组动作编码。

重复以上过程，直至高压输出口5压力值达到调节目标压力要求，此时数字编码应为0000，调压过程结束。