一种防干扰的智能阀门定位器的制作方法

本发明涉及气动阀门调节装置领域，具体涉及一种防干扰的智能阀门定位器。
背景技术：
：定位器是调节阀的重要控制附件，智能阀门定位器，主要包括信号处理单元和阀门位置反馈单元(以下简称阀位反馈单元)两部分。信号处理单元接收外部定位信号(如4～20mA电流信号，HART数字信号等)，并根据阀位反馈单元提供的阀门当前位置采样信号，计算输出驱动电信号，经过I/P转换单元转换成相应的气动信号，驱动调节阀运动，调节阀位置的变化又被阀位反馈单元所感知，由系统实时的采集阀位信号并反馈给信号处理单元进行处理。目前国内外主要以西门子、山武等公司的产品为代表，这些定位器一种是基于非对称构造晶体的压电逆效应材料的压电阀技术，一种是基于电磁技术的气动喷嘴/挡板技术。前者受压电技术限制大多采用来自德国贺尔碧格(hoerbiger)自动化技术公司的压电阀，成本等无法控制，压电阀对气源要求高容易损坏且无法修复。所以为了降低成本提升竞争力，设计全新可靠的喷嘴挡板技术原理的定位器，该技术类型定位器基本都为全自主研发，做的可靠十分不容易。本发明就是喷嘴挡板技术智能型定位器，尤其在抗干扰方面有诸多可靠性设计，相比传统喷嘴挡板定位器具有一定的优势。定位器多用化工、煤炭、石油等各个行业，现场使用环境复杂，存在着多种干扰源，例如电磁干扰，气源不稳定波动干扰，振动干扰，输入电流不稳定输入过大等，会影响到定位器的使用效果和可靠性，严重的会导致定位器损坏。申请公布号为CN103727283A(申请号为201310653132.X)的中国发明专利申请公开了一种阀门定位器，包括壳体、转动设置于所述的壳体内的阀轴杆，所述的阀轴杆的下端部贯穿所述的壳体的底部，所述的阀轴杆的上端部连接有驱动其转动的气动组件以及检测其转动角度的行程检测传感器，所述的壳体上分别开设有气压输入口以及气压输出口，所述的壳体内设置有主控板、电气转换器以及压力传感器，所述的主控板上设有主控电路，所述的电气转换器连接所述的气压输入口，所述的气动组件连接所述的气压输口，所述的压力传感器分别与所述的气动组件以及所述的主控板相连接，所述的电气转换器分别与所述的主控板以及所述的气动组件相连接，所述的行程检测传感器与所述的主控板相连接，所述的壳体外包裹有不锈钢层。该不锈钢层提高了该智能阀门定位器的表面硬度，起到保护作用，同时能够减少环境对内部元器件的电磁干扰，具有更高的快速响应能力和控制精度。技术实现要素：本发明提供了一种防干扰的智能阀门定位器，具有抗气源波动干扰、抗振动干扰、防电磁干扰等特点，能够有效的保证定位器在复杂干扰工况下的可靠性和定位稳定性。一种防干扰的智能阀门定位器，包括：电气转换器，所述电气转换器的气路端用于与阀门执行器连接；与所述电气转换器的电路端连接的电路控制组件；与所述电路控制组件连接的位移检测反馈单元；所述的电气转换器包括气动放大器、设置在所述气动放大器的背压口的喷嘴(即气动放大器的气路控制输入端)、与所述喷嘴盖合的挡板以及驱动所述挡板与喷嘴盖合度大小的电磁驱动机构，所述的电磁驱动机构受控于所述电路控制组件发出的电流控制信号；所述的气动放大器的进气口设置有微型减压定值器，所述的微型减压定值器包括恒节流螺丝以及套在所述恒节流螺丝上的减压弹簧和密封圈，所述的恒节流螺丝与所述气动放大器设有的恒节流孔配合。本发明中，微型减压定值器可以有效防止气源波动带来的定位器不稳定漂移问题。该微型减压定值器是由具有气体节流降压功能的恒节流螺丝、减压弹簧、密封圈构成的微型装置，集成了减压阀和节流稳压设备的特点，且体积十分微小，不占用多余设计空间，并且可以方便旋出替换，在现场气源污染压缩空气中的粉尘颗粒堵塞的情况下可以方便的替换，提高维修效率和减少维修成本。在现场气源极度不稳定甚至前置减压阀损坏的情况下减压弹簧可以一定程度的前置减压保护定位器输入气源在合理工作压力范围内，从而保证气源稳定无波动的输入到气动执行器内部气缸和喷嘴挡板的间隙中，可以实现定位器定位稳定无飘移。以下作为本发明的优选技术方案：所述的电磁驱动机构包括：两组对称的电磁铁以及设置在所述两组对称的电磁铁中间的动铁，该动铁与所述挡板连接。所述的电磁铁包括线圈和永磁铁。所述的动铁的重心轴上设有支点轴，所述挡板在所述动铁的带动下绕所述支点轴转动，从而控制挡板与喷嘴盖合度大小。整体采用原理性的对称结构设计，特别是支点轴与动铁重心轴完全一致，即使加上振动也不产生旋转力矩，因此在高频振动条件下工作，也能得到稳定的输出。所述的位移检测反馈单元包括：与阀门连接的反馈杆、与所述反馈杆连接的反馈轴以及设置在所述反馈轴侧面的位移传感器，所述反馈轴设有主动齿轮，所述位移传感器上设有与所述主动齿轮配合的从动齿轮，使得位移传感器得到位移信号。所述的反馈轴上安装有机械夹紧间隙补偿装置，所述的机械夹紧间隙补偿装置包括套设在所述反馈轴上的环形基座、沿所述环形基座的径向设置的安装孔以及设置所述安装孔内用于向所述反馈轴顶紧的弹簧装置。所述的弹簧装置包括调节螺丝、与所述调节螺丝的杆部螺纹配合的钢珠以及套设在所述调节螺丝的杆部的压缩弹簧，所述的压缩弹簧的一端顶在所述钢珠上，所述的压缩弹簧的另一端顶在所述环形基座上，所述的钢珠顶在所述的反馈轴上。弹簧的初始压缩力可以通过调节螺丝调节。进一步优选，所述的弹簧装置为三个，成120度均匀分布在所述环形基座上。所述位移检测反馈单元中，该装置在长时间频繁振动的工况下可能产生微小间隙，此时间隙补偿装置中的3个成120度均匀分布的补偿弹簧会自动平衡调整间隙，并通过钢珠接触反馈轴，并且3个补偿弹簧的初始压缩力可以通过调节螺丝调节。该装置可以尽量减少定位器间隙误差导致的定位精度误差。所述位移检测反馈单元中，位移传感器采用抗干扰性能好的电阻式分压传感器，相比传统磁敏传感器从抗磁场干扰性和可靠性方面都有很大优势。所述电路控制组件包括CPU控制电路板和与所述CPU控制电路板连接的LCD显示电路板，所述CPU控制电路板中设有电流输入保护电路、电源电路、采样电路、电磁驱动电路等。在所述CPU控制电路板的信号输入的正极端设有三个串联的单向导通的二极管反接保护电路，在所述的CPU控制电路板的后端设有两组稳压二极管并联的双重稳压保护电路。在输入端做了多重保护，即使有一两个保护二极管损坏烧毁仍然可以保证在信号反接的情况下使整个电路不导通，从而对整个电路进行保护。后端还有两组稳压二极管并联的双重稳压保护电路，即使在输入电流大于最大额定输入电流40倍情况下，所述稳压电路依然可以使后端的主控制电路稳定在7.5V、同时采样电路稳定在3.3V的正常工作电压，大大增加了电流输入异常情况下产品使用的可靠性。该保护电路被用于本安防爆电路设计中，目前已经通过了国家级仪器仪表安全监督检验站(NEPSI)的各种电气可靠性试验，符合本安防爆要求，防爆合格证号：GYB16.1817X。所述的防干扰的智能阀门定位器，还包括：壳体组件，所述的壳体组件包括上盖和下壳体，所述上盖和下壳体内部喷有电磁干扰屏蔽漆，所述电气转换器和电路控制组件设置在所述壳体组件内，可以有效的阻挡外界环境中的电磁干扰对定位器的线圈磁场和电路等造成的影响。所述上盖中间配合透明视窗的结构采用下沉的凹面结构设计，避免外物碰撞造成透明视窗损坏。经过JB/T7368-1994标准中的外界磁场影响试验，在频率为50Hz，强度为400A/m的外界磁场下，本发明给出的智能阀门定位器在最大影响的相位和方向上，其行程变化不超过基本误差的绝对值0.5％。与现有技术相比，本发明具有如下优点：本发明给出的智能阀门定位器包括了带有微型减压定值器的电气转换器，防电磁干扰的电阻式位移检测反馈单元，且该位移检测反馈单元带有机械夹紧间隙补偿装置，该装置在长时间频繁振动的工况下可以对产生的微小间隙进行补偿和缓冲，避免传感器间隙误差导致的定位不准确问题。本发明防干扰的智能阀门定位器，具有抗气源波动干扰，抗振动干扰，防电磁干扰等特点，可以有效的保证定位器在复杂干扰工况下的可靠性和定位稳定性。本发明防干扰的智能阀门定位器性能稳定可靠，有利于市场化推广。附图说明图1为本发明防干扰的智能阀门定位器的内部结构示意图；图2为本发明中电气转换器的结构示意图；图3为本发明中气动放大器的结构示意图；图4为本发明中机械夹紧间隙补偿装置和位移传感器的结构示意图；图5为本发明中CPU控制电路板电流输入保护的电路示意图；其中，1上盖，2电磁干扰屏蔽漆，3气动放大器，4挡板，5透明视窗，6喷嘴，7LCD显示电路板，8CPU控制电路板，9塑料保护盖，10支架，11机械夹紧间隙补偿装置，12位移传感器，13反馈轴，14反馈杆，15线圈，16动铁，17永磁铁，18下壳体，19支点轴，20恒节流孔螺丝，21密封圈，22减压弹簧，23夹紧螺丝，24从动齿轮，25主动齿轮，26内六角调节螺丝，27补偿弹簧，28钢珠。具体实施方式如图1所示，一种防干扰的智能阀门定位器，包括：电气转换器，电气转换器的气路端用于与阀门执行器连接；与电气转换器的电路端连接的电路控制组件；与电路控制组件连接的位移检测反馈单元；电气转换器包括气动放大器3、设置在气动放大器3的背压口的喷嘴6、与喷嘴6盖合的挡板4以及驱动控制挡板4与喷嘴6盖合度大小的电磁驱动机构，电磁驱动机构受控于电路控制组件发出的电流控制信号。如图1、2、3所示，气动放大器3的进气口设置有微型减压定值器，微型减压定值器包括恒节流螺丝20以及套在恒节流螺丝20上的减压弹簧22和密封圈21，恒节流螺丝20与气动放大器3设有的恒节流孔配合。电磁驱动机构包括：两组对称的电磁铁以及设置在两组对称的电磁铁中间的动铁16，该动铁16与挡板4连接。电磁铁包括线圈15和永磁铁17。动铁16的重心轴上设有支点轴19，挡板4在动铁16的带动下绕支点轴19转动，从而控制挡板4与喷嘴6盖合度大小。整体采用原理性的对称结构设计，特别是支点轴19与动铁16重心轴完全一致，即使加上振动也不产生旋转力矩，因此在高频振动条件下工作，也能得到稳定的输出。如图1、图4所示，位移检测反馈单元包括：与阀门阀杆连接的反馈杆14、与反馈杆14连接的反馈轴13以及设置在反馈轴13侧面的位移传感器12，反馈轴13设有主动齿轮25，位移传感器12上设有与主动齿轮25配合的从动齿轮24，使得位移传感器12得到位移信号。反馈轴13上安装有机械夹紧间隙补偿装置11，机械夹紧间隙补偿装置11包括套设在反馈轴13上的环形基座、沿环形基座的径向设置的安装孔以及设置安装孔内用于向反馈轴13顶紧的弹簧装置。弹簧装置包括调节螺丝(即内六角调节螺丝26)、与调节螺丝的杆部螺纹配合的钢珠28以及套设在调节螺丝的杆部的压缩弹簧(即补偿弹簧27)，压缩弹簧的一端顶在钢珠28上，压缩弹簧的另一端顶在环形基座上，钢珠28顶在反馈轴13上。压缩弹簧的初始压缩力可以通过调节螺丝调节。弹簧装置为三个，成120度均匀分布在环形基座上。夹紧螺丝23用于将位移传感器12可靠固定在下壳体18上。位移传感器12采用抗干扰性能好的电阻式分压传感器，相比传统磁敏传感器从抗磁场干扰性和可靠性方面都有很大优势。如图1、图5所示，电路控制组件包括CPU控制电路板8和LCD显示电路板7，CPU控制电路板8电流输入保护的电路，包括单向导通的二极管为D18、D19、D20，电阻R58，稳压二极管D5、D6、D13、D14，在CPU控制电路板8的信号输入的正极端设有三个串联的单向导通的二极管反接保护电路，三个串联的单向导通的二极管为D18、D19、D20，在CPU控制电路板8的后端设有两组稳压二极管并联的双重稳压保护电路，并联的两组稳压二极管为D5、D6、D13、D14，其中A阳极，K为阴极。在输入端做了多重保护，即使有一两个保护二极管损坏烧毁任然可以保证在信号反接的情况下使整个电路不导通，从而对整个电路进行保护。后端还有两组稳压二极管并联的双重稳压保护电路，即使在输入电流大于最大额定输入电流40倍情况下，所述稳压电路依然可以使后端的主控制电路稳定在7.5V、同时采样电路稳定在3.3V的正常工作电压，大大增加了电流输入异常情况下产品使用的可靠性。防干扰的智能阀门定位器，还包括：壳体组件，壳体组件包括上盖1和下壳体18，下壳体18上固定有支架10，CPU控制电路板8安装在支架10上，CPU控制电路板8通过铜螺柱连接固定LCD显示电路板7，上盖1中间与LCD显示电路板7配合透明视窗5的结构采用下沉的凹面结构设计，避免外物碰撞造成透明视窗损坏。LCD显示电路板7装有塑料保护盖9。上盖1和下壳体18内部喷有电磁干扰屏蔽漆2，电气转换器和电路控制组件设置在所述壳体组件内，可以有效的阻挡外界环境中的电磁干扰对定位器的线圈磁场和电路等造成的影响。本发明的智能阀门定位器的工作原理如下：使用时当通过LCD显示电路板7输入(4-20mA)电流信号设定值增大时，此时CPU控制电路板8接收到增大的设定值信号并经过CPU运算处理输出电流到线圈15中，线圈15磁场发生变化，以支点轴19为支点的动铁16摆动。随着此动作，挡板4和喷嘴6的间隙打开(盖合度发生变化)，气源经过气动放大器3进气口的微型减压定值器中的恒节流螺丝20以及套在恒节流螺丝20上的减压弹簧22和密封圈21后从喷嘴稳定无波动喷出，喷嘴6内背压下降。此时气动放大器3中阀芯移动使得气源通过气动放大器3内部气路和下壳体18中的气路进入到气动执行器中，执行器内部气压升高，阀门移动打开，阀门阀杆随着移动，阀门阀杆和反馈杆14连接，反馈杆14转动一定的角度，经过反馈轴13和机械夹紧间隙补偿装置11的钢珠28以及套设在调节螺丝的杆部的压缩弹簧过滤缓冲后均匀无波动的传递到位移传感器12，CPU控制电路板8检测采样位移传感器12信号值和输入的设定值进行比较，经过CPU运算处理不断的增大或者减小线圈15中的电流大小，使喷嘴6挡板4之间的间隙、背压不断调节，控制执行器中气体进放气，往复上述过程使设定值和实际值最终一致。本发明中，在有无微型减压定值器的智能阀门定位器定位稳定性测试对比数据如下：一、漂移试验：输入信号为量程的50％时，经5min，1h和4h记录行程值，计算其行程变化百分比数据。结果如下，无微型减压定值器行程飘逸量1.1％，有微型减压定值器行程飘逸量0.5％。二、气源压力变化影响试验：1.将气源压力稳定在额定值上，输入信号为量程50％，记下行程值；2.分别改变气源压力±10kPa，再次记下行程值；计算。结果如下，无微型减压定值器行程变化量0.8％，有微型减压定值器行程变化量0.3％。本发明通过和其它品牌同类产品振动试验对比，抗振性能良好，对比试验数据如表1所示：表1智能阀门定位器品牌型号抗振性能ABBTZIDC(80Hz/10g)≤±1％FS万讯MVP3300(15-150Hz/2g)≤±0.5％FSYTCYT-3300(100Hz/6g)≤±0.5％FS(本发明涉及的定位器)IP4000(最大400Hz和10g)≤0.5％FS本发明给出的智能阀门定位器包括了带有微型减压定值器的电气转换器，防电磁干扰的电阻式位移检测反馈单元，且该位移检测反馈单元带有机械夹紧间隙补偿装置，该装置在长时间频繁振动的工况下可以对产生的微小间隙进行补偿和缓冲，避免传感器间隙误差导致的定位不准确问题。本发明防干扰的智能阀门定位器，具有抗气源波动干扰，抗振动干扰，防电磁干扰等特点，可以有效的保证定位器在复杂干扰工况下的可靠性和定位稳定性。当前第1页1 2 3