高精度多通道自动气压流体控制系统及其控制方法与流程

本发明属于微流控气压流控技术领域，尤其涉及一种高精度多通道自动气压流体控制系统及其控制方法。

背景技术：

高精度气压流控控制技术已经广泛应用于微流控制，生物，化学检测等不同领域，而且其应用范围也有着不断扩大的趋势，因此对于该控制技术的研究显得尤为重要。目前市场上的气压控制系统功能单一，只能按照单一的输出预设值进行压力或流量控制输出，而且输出通道数也有限，如果需要多个通道的功能，通常只能用多个单通道的气压系统组装实现，单个通道的成本昂贵，多个单通道系统组装更是价格高昂。

随着技术发展进步，尤其是微流控等领域发展，需要实现更多的复杂功能控制，市场上现有产品很难满足其需求。另外市场上的普遍使用的蠕动泵和注射泵等微小流量控制系统存在响应速度慢、体积大，流量存在脉动，同时在生化医疗应用场合容易产出污染。

技术实现要素：

为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种高精度多通道自动气压流体控制系统及其控制方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

高精度多通道自动气压流体控制系统，包括外壳、设置于外壳一侧的气压接口及压力输出端口，所述外壳内设置有工控处理单元，及与所述工控处理单元连接的气压控制单元，所述气压控制单元与压力输出端进口联通，所述气压控制单元内设置有比例阀，所述比例阀与所述压力输出端之间设置有传感器。

优选地，所述外壳内还设置有内部气压泵，所述气压泵与所述比例阀通过二通阀连接。

优选地，所述传感器为压力传感器或流量传感器。

优选地，所述比例阀与压力输出端口之间设置有三通电磁阀。

优选地，所述系统还包括一用于提供外界气压的外置气压组件。

优选地，所述比例阀设置有两个，且每个比例阀与两个三通电磁阀连接。

优选地，所述外壳上还设置有一触控显示屏，所述触控显示屏与所述工控处理单元电性连接。

优选地，以上任意一所述高精度多通道自动气压流体控制系统的控制方法，包括如下步骤，

s1、系统初始化，设定输出气压目标值，再将操作指令发送至工控处理单元；

s2、工控处理单元接收指令后，控制气压控制单元先打开气压泵，然后再打开二通阀；

s3、最后分别打开比例阀和三通电磁阀进行气压的输出。

优选地，所述s3中，打开二通阀后，传感器接收到信号后，反馈给工控处理单元，工控处理单元接收信号，并进一步控制比例阀打开达到输出值与目标值对应。

本发明的有益效果体现在：实现了微流控过程中复杂、高精度、多通道的自动化的气压流控，同时克服了采用注射泵等调节流量时存在体积大，响应速度慢，调节精度低，流量有脉动性，样品使用效率低，易污染的问题。本系统仅使用单个气压源可以提供多通道精度受控气压，降低系统成本，满足微流系统中控制多路流路的需求，提高运行效率。

附图说明

图1：本发明的原理示意图。

图2：本发明的具体连接结构示意图。

图3：正负压切换时系统输出压力图。

图4：独立气源控制不同压力时，各输出压力的示意图。

图5：压力切换后，测量系统反应时间及过渡时间的示意图。

图6：仪器输出气压分辨率的测量示意图。

具体实施方式

以下结合实施例具体阐述本发明的技术方案，本发明揭示了一种高精度多通道自动气压流体控制系统，结合图1-图2所示，包括外壳、设置于外壳一侧的气压接口及压力输出端口，所述外壳上还设置有一触控显示屏，外壳内设置有工控处理单元，及与所述工控处理单元连接的气压控制单元，所述气压控制单元与压力输出端进口联通。所述触控显示屏与所述工控处理单元电性连接。所述系统还包括有一存储单元，所述存储单元与工控处理单元电性连接，且与外壳上的存储接口相对应。所述存储接口可以与外部存储设备进行连接，以对控制数据进行存储。

所述气压控制单元内设置有比例阀，所述比例阀与所述压力输出端之间设置有传感器。所述传感器可以为压力传感器或流量传感器。通过传感器和比例阀之间形成闭环的压力或者流量的输出控制，以更精确的对最后输出的值进行控制。

所述系统的气压可以通过所述外壳内设置的内部气压泵提供，也可以通过外部的外置气压源进行提供，即为更好的提供更快速的气压自动调节功能，气压控制可以与外部触发设备连接，可通过外部触发信号进行进一步的提供信号调节。

所述气压泵与所述比例阀通过二通阀连接。所述比例阀与压力输出端口之间设置有三通电磁阀。本实施例的方案中具体所述比例阀设置有两个，且每个比例阀与两个三通电磁阀连接，每个气压控制单元中可以设置有两个二通阀，从而真正实现多通道输出。而气源可以采用单个，此时，气压控制单元模块可以进行单独的控制，实现独立气压的调节，有效降低成本。当然，气源也可以采用多个进行控制，并不影响本系统中压力的多通道输出。

以上任意一所述高精度多通道自动气压流体控制系统的控制方法，包括如下步骤，

s1、系统初始化，设定输出气压目标值，再将操作指令发送至工控处理单元；

s2、工控处理单元接收指令后，控制气压控制单元先打开气压泵，然后再打开二通阀；

s3、最后分别打开比例阀和三通电磁阀进行气压的输出。为了更好的控制最后输出的流量或压力，打开二通阀后，传感器接收到信号后，反馈给工控处理单元，工控处理单元接收信号，并进一步控制比例阀打开达到输出值与目标值对应。

为了更好的验证本发明的有益效果，对本系统做了相应的测试，如图3所示，是正负压通过时序的控制进行切换的例子，从时间0时的-5psi到10s时，切换至13psi再到20s后切换到2psi最后到30s切换至5psi。

图4为两个独立气源分别控制两个不同的压力，单个气源的压力改变不会影响其他气源的压力。

图5显示的是压力从2psi切换至5psi后，系统的快速反应时间，过渡时间（从设置的时间到压力稳定在设置值上下1%以内）<0.5s。

图6为仪器输出气压分辨率的测量示意图，显示了系统可以很容易区分0.04psi的设置间隔，当压力稳定后压力的精度可以达到cv<0.025%。

当然本发明尚有多种具体的实施方式，在此就不一一列举。凡采用等同替换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

技术特征：

技术总结
本发明提供了高精度多通道自动气压流体控制系统，包括外壳、设置于外壳一侧的气压接口及压力输出端口，外壳内设置有工控处理单元，及与所述工控处理单元连接的气压控制单元，所述气压控制单元与压力输出端进口联通，所述气压控制单元内设置有比例阀，所述比例阀与所述压力输出端之间设置有传感器。本发明的有益效果体现在：实现了微流控过程中复杂、高精度、多通道的自动化的气压流控，同时克服了采用注射泵等调节流量时存在体积大，响应速度慢，调节精度低，流量有脉动性，样品使用效率低，易污染的问题。本系统仅使用单个气压源可以提供多通道精度受控气压，降低系统成本，满足微流系统中控制多路流路的需求，提高运行效率。

技术研发人员：凌云峰;李琛;房词锋;刘宇;张华;王雅琦
受保护的技术使用者：苏州锐讯生物科技有限公司
技术研发日：2018.10.29
技术公布日：2019.02.15