一种机电一体化数控调压器.pdf

一种机电一体化数控调压器，它用在各种输气、液管路中，用于调节输气、液管路的输送压力，特别适用于石油化工以及实验室等需要经常调节其压力值的地方。
    现在在各种应用领域所用的压力调节器（俗称减压阀）多是弹簧式压力调节器。使用一个压缩弹簧顶住一个可动阀芯，在气体或液体压力的平衡作用下，阀芯有一定的开口量。通过开口量的节流减压，保持输出压力值的衡定，而输出压力值的设定，是通过调节压缩弹簧的预紧来实现的。由于弹簧预紧力是通过手工调节的，每次改变压力值都必须重新调整，在需要经常调节时，有较大的工作量，同时也不适应自动化操作。此外，调整量与压力的改变值不是线性关系，需要一定的技巧。

    本发明的目的是发明一种机电一体化数控调压器，它采用弹簧调压器原理，使用机电一体化技术，可以通过数字控制改变调压器的输出压力值，操作方便。

    本发明如附图1所示，它有阀体1、阀芯2、压缩弹簧3和调节压缩弹簧3压缩量的滑块4，其特征在于：在滑块轴线上有螺纹，该螺纹与螺杆5相配，螺杆5上端连有大速比减速器6和数控电机7，在阀体1近旁有标准工业控制介面11，在阀体1出口装有压力传感器12，在标准工业控制介面11内插有对数控电机7进行控制的适配模块8和连接于压力传感器12的测量适配模块9，标准工业制介面6通过标准串行接口与可为其它测量控制系统所共有的中央控制计算机10相连。

    本发明保持压力的方法是：当输出压力降低时，阀芯2底面所受压力减小，与压缩弹簧3的压力不平衡，在压缩弹簧3地作用下，阀芯2下移使其进口开度增加，节流压差减小，输出压力恢复，重新保持与压缩弹簧3的平衡。反之，当输出压力升高时，阀芯2底面所受压力增大，大于压缩弹簧3的压力，使阀芯2上移，从而使进口开度减小，节流压差增大，输出压力得以减小，重新保持与弹簧弹性力平衡。在需要调节输出压力时，中央控制计算机10通过标准串行通讯接口发出地址选通信号，标准工业控制介面11收到地址选通信号后，选通相应的控制电机的适配模块8。在需要增加其输出压力时，中央控制计算机10发出电机正转信号，由适配模块7锁存并控制数控电机7正转。在适配模块8锁存后，中央控制计算机10发出新的地址选通信号，通过标准工业控制介面11选通测量适配模块9，测量适配模块9不断把压力传感器12测得的输出压力值经A/D变换后送回给中央控制计算机10，通过中央控制计算机10的处理与要求调整值比较，在满足需要后，重新发出选通适配模块8的地址选通信号，选通适配模块8，给出电机停转信号，通过适配模块8控制电机停转。由于在调节过程中，数控电机7正向转动时，通过减速器6带动螺杆5正向转动，使滑块4向下移动，增加压缩弹簧3的预压力，从而增大了本发明输出口边的设定压力。反之，在需要降低本发明输出口边的设定压力时，中央控制计算机10与控制增压过程相仿，只是把控制数控电机7正转改为控制其反转，螺杆5带动滑块4向上移动，减小了压缩弹簧的预紧压力，使输出口压力降低。

    本发明使用中央控制计算机加标准工业控制介面这种机电一体化的方法，可以通过数字化技术对其进行压力的调节控制，从而解决了人工调定的操作困难问题。在调节过程中，通过直接测量输出口的压力值进行调节控制，也解决了输出压力与滑块位移的非线性问题。由于压力传感器的测量精度很高，因此本发明有较高的设定精度。

    在本发明中，用于直接调节压力的阀芯2、阀体1与普通弹簧式压力调节阀一样，可以使用现有调节阀进行改型设计或直接改造。可以使用如本发明附图1所给出的移动阀芯的形式。其阀芯也可以是变形薄膜形式。

    在本发明中，减速器6可以使用多级普通减速器，也可以使用谐波齿轮减速器，有较大的减速比。还可以使用如专利申请号为CN91103847的“一种大速比差动减速器”，有很大的减速比和很小的体积。在本发明中的数控电机7，可以使用普通的步进电机，但为简化电机控制与驱动系统，也可以采用用稀土永磁材料做转子的交流同步电动机。如使用变频电源进行驱动，可以通过调整变频电源的频率来调整电动机的转速，例如专利号为CN89209067的专利。或使用以霍尔元件为无机械接触同步换向控制器的检测元件的随机同轴换向电动机，例如专利号为CN89215098的专利。和普通直流电机一样，可以通过输入电压控制电机工作工况，也可以用数控方法对其控制。采用稀土材料的永磁转子，可以比感应电机有更大的起动力矩，制造简单。本发明还可以把电机与减速器做成一个整体，例如专利申请号为CN91103795的“一种差动减速电动伺服单元”的专利，有更小的组合结构尺寸。

    在本发明中，标准工业控制介面11可以选用美国ME公司（MECHATRONIC    EQUIPMENT    INC.）的I/O    K    32，或是美国OPTO    22公司的PB16AH，适配模块8和9可以选用美国OPTO    22公司的OAC5和AD3模块。中央控制计算机10可以选用美国OPTO    22公司的LC4控制器，也可以选用ME公司的PCS-1工业过程工作站。