气体的高精度电子压力流量闭环控制系统的制作方法

1.本发明涉及气体流量压力控制技术领域，特别是涉及一种气体的高精度电子压力流量闭环控制系统。


背景技术：

2.电子压力流量控制部件(eelectric pressure controler，epc)是气相色谱仪(gas chromatography，gc)气路系统的核心关键部件，用于精确控制载气柱前压和流速，其性能直接决定了气相色谱仪的探测灵敏度、保留时间、出峰面积重复性等关键指标。
3.传统的电子压力流量控制器的控制精度较低，难以满足较高精度的控制要求。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种控制精度较高的气体的高精度电子压力流量闭环控制系统。
5.一种气体的高精度电子压力流量闭环控制系统，包括流量比例阀、流量传感器、adc芯片、mcu、dac芯片与可调电流源模块，所述流量传感器与所述adc芯片输入端电连接，所述mcu分别电连接所述adc芯片与dac芯片，所述dac芯片的输出端电连接所述可调电流源模块的输入端；所述流量比例阀具有电信号输入端与电信号反馈端，所述可调电流源模块的执行端电连接所述流量比例阀的电信号输入端，所述流量比例阀的电信号反馈端电连接所述可调电流源模块的反馈端；
6.所述流量传感器获取所述流量比例阀的气体输出流量并生成气流模拟信号，所述adc芯片将所述气流模拟信号转换成气流数字信号处理并输入mcu，所述mcu对所述气流数字信号进行处理并输出电压数字信号，所述dac将所述电压数字信号转换成电压模拟信号并输入所述可调电流源模块的输入端，所述可调电流源模块根据所述流量比例阀的电信号反馈端输出反馈电压与所述dac输出的电压模拟信号，输出电流控制信号并输入所述流量比例阀的电信号输入端，调整所述流量比例阀的气体输出流量。
7.进一步的，所述可调电流源模块包括运放芯片组和电流驱动芯片，所述电流驱动芯片与所述运放芯片组的执行端电连接。。
8.进一步的，还包括第一采样电阻，所述第一采样电阻的一端接所述流量比例阀的线圈的一端，另一端接地；所述反馈电压为所述第一采样电阻与所述流量比例阀的线圈的共接端的电压，所述流量比例阀的电信号输入端为所述流量比例阀的线圈的另一端。
9.进一步的，还包括压力比例阀发、压力传感器与另一可调电流源模块，所述压力比例阀连接于所述流量比例阀的下游，所述压力传感器与所述adc芯片的另一输入端电连接，所述dac芯片的另一输出端电连接所述另一可调电流源模块的输入端；所述另一可调电流源模块的输出端电连接所述压力比例阀的信号输入端，所述压力比例阀的反馈端电连接所述另一可调电流源模块的另一输入端；所述压力传感器检测所述压力比例阀与所述流量比例阀之间的气压。
10.进一步的，所述另一可调电流源模块包括另一运放芯片组和另一电流驱动芯片，所述另一电流驱动芯片与所述另一运放芯片组的执行端电连接。
11.进一步的，还包括第二采样电阻，所述第二采样电阻的一端接所述压力比例阀的线圈的一端，另一端接地；所述反馈电压为所述第一采样电阻与所述压力比例阀的线圈的共接端的电压，所述流量比例阀的电信号输入端为所述压力比例阀的线圈的另一端。
12.进一步的，所述adc芯片为24位芯片，所述dac芯片为16位芯片。
13.进一步的，所述流量比例阀的上游连接有稳压阀。
14.上述气体的高精度电子压力流量闭环控制系统，将流量模拟信号通过adc芯片传入mcu，经过数据处理，将电压数字信号送给dac芯片，dac生成相应的电压模拟信号输入可调电流源模块的控制端，可调电流源模块执行端电流驱动流量比例阀，流量比例阀输出反馈电压至可调电流源模块反馈端，于此就形成了一个用可调电流源模块控制气体流量的闭环系统，提高了气体流量的控制精度。
附图说明
15.图1为一个实施例的气体的高精度电子压力流量闭环控制系统原理图。
具体实施方式
16.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
17.如图1所示，在一个实施例中，一种气体的高精度电子压力流量闭环控制系统，包括流量比例阀110、流量传感器120、adc(analog-to-digital converter，模数转换器)芯片130、mcu(microcontroller unit，微控制单元)、dac(digital-to-analog converter，数模转换器)芯片140与可调电流源模块150。流量传感器120与adc芯片130输入端电连接，mcu分别电连接adc芯片130与dac芯片140，dac芯片140的输出端电连接所述可调电流源模块150的输入端。流量比例阀110具有电信号输入端与电信号反馈端，可调电流源模块150的执行端电连接流量比例阀110的电信号输入端，流量比例阀110的电信号反馈端电连接可调电流源模块150的反馈端。流量比例阀110的上游连接有稳压阀190。具体的，可调电流源模块150包括运放芯片组和电流驱动芯片，该电流驱动芯片与该运放芯片组的执行端电连接。adc芯片130与dac芯片140均为高精度芯片。
18.流量传感器120获取流量比例阀110的气体输出流量并生成气流模拟信号，adc芯片130将气流模拟信号转换成气流数字信号处理并输入mcu，mcu对气流数字信号进行处理并输出电压数字信号。dac将电压数字信号转换成电压模拟信号并输入可调电流源模块150的输入端。可调电流源模块150根据流量比例阀110的电信号反馈端输出反馈电压与dac输出的电压模拟信号，输出电流控制信号并输入流量比例阀110的电信号输入端，调整流量比例阀110的气体输出流量。
19.上述气体的高精度电子压力流量闭环控制系统，将流量模拟信号通过adc芯片130传入mcu，经过数据处理，将电压数字信号送给dac芯片140，dac生成相应的电压模拟信号输
入可调电流源模块150的控制端，可调电流源模块150执行端电流驱动流量比例阀110，流量比例阀110输出反馈电压至可调电流源模块150反馈端，于此就形成了一个用可调电流源模块150控制气体流量的闭环系统，提高了气体流量的控制精度。
20.在本实施例中，气体的高精度电子压力流量闭环控制系统，还包括第一采样电阻r1，第一采样电阻r1的一端接流量比例阀110的线圈的一端，另一端接地。反馈电压为第一采样电阻r1与流量比例阀110的线圈的共接端的电压，流量比例阀110的电信号输入端为流量比例阀110的线圈的另一端。第一采样电阻r1采用低阻值高精度低温漂电阻。
21.在本实施例中，气体的高精度电子压力流量闭环控制系统，还包括压力比例阀160、压力传感器170、另一可调电流源模块180与第二采样电阻r2，压力比例阀160连接于流量比例阀110的下游，压力传感器170与adc芯片130的另一输入端电连接，dac芯片140的另一输出端电连接另一可调电流源模块180的输入端。另一可调电流源模块180的输出端电连接压力比例阀160的信号输入端，压力比例阀160的反馈端电连接所述另一可调电流源模块180的另一输入端。压力传感器170检测压力比例阀160与流量比例阀110之间的气压。另一可调电流源模块180包括另一运放芯片组和另一电流驱动芯片，该另一电流驱动芯片与该另一运放芯片组的执行端电连接。第二采样电阻r2的一端接压力比例阀160的线圈的一端，另一端接地。反馈电压为第二采样电阻r2与压力比例阀160的线圈的共接端的电压，流量比例阀110的电信号输入端为压力比例阀160的线圈的另一端。第二采样电阻r2采用低阻值高精度低温漂电阻。流量比例阀110和压力比例阀170采用小口径比例阀。气体通过金属管路、机械块体紧固的流量比例阀110、流量传感器120、压力传感器170和压力比例阀160组成气流路径，并通过导线接入电路板。
22.将压力模拟信号通过adc芯片130传入mcu，经过数据处理，将气压的电压数字信号送给dac芯片140，dac生成相应的气压的电压模拟信号输入另一可调电流源模块180的控制端，另一可调电流源模块180执行端电流驱动电压比例阀，电压比例阀输出反馈电压至另一可调电流源模块180反馈端，于此就形成了一个用另一可调电流源模块180控制气体压力的闭环系统，提高了气体压力的控制精度。
23.工作流程：气流流经流量传感器120，流量传感器120输出一定电压值的电信号，电信号由adc芯片130采集后传入mcu，mcu根据设定值和实际值比较，通过预存的算法计算出调节值输送给dac芯片140，由dac值调节电流源电流大小以驱动控制流量的流量比例阀110。气流继续前进，经过色谱柱50，一部分气流进入色谱柱，剩余气流到达压力传感器170，压力传感器170输出一定的电压值由adc采集进入mcu，mcu根据设定值通过运算算法计算出相应的控制值，将控制值传入dac，由dac值调节电流源电流大小以驱动控制压力的压力比例阀160。通过双闭环，能极大的提高气体流量、压力的控制精度。本发明采用高精度ad和da芯片结合电流源组成的闭环控制电路大幅调高了比例阀控制的步进精度，将压力控制精度达到0.001psi，流量控制精度达0.01ml/min，而且极大的提高了气体流量、压力控制精度及范围。
24.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。