一種電熱型流量智能調(diào)節(jié)閥及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電熱型流量智能調(diào)節(jié)閥及其控制方法，屬于自動(dòng)控制【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明包括電熱執(zhí)行器、控制裝置和閥門，所述電熱執(zhí)行器包括石蠟驅(qū)動(dòng)器、頂桿、固定螺母、電源線、位置固定彈簧、傳力彈簧、運(yùn)動(dòng)片、塑料外殼、裝置外殼，所述控制裝置包括溫度傳感器、控制電路、控制面板、信號(hào)線，所述閥門包括閥桿、復(fù)位彈簧、固定閥座、入口腔、出口腔；控制方法為通過(guò)溫度傳感器檢測(cè)石蠟驅(qū)動(dòng)器溫度，控制裝置接收溫度信號(hào)，石蠟驅(qū)動(dòng)器頂桿行程模型計(jì)算控制決策來(lái)調(diào)節(jié)石蠟驅(qū)動(dòng)器溫度，從而控制頂桿行程實(shí)現(xiàn)流體介質(zhì)流量調(diào)節(jié)。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)緊湊、使用壽命高、能耗低、生產(chǎn)成本小和安裝維護(hù)方便等特點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】一種電熱型流量智能調(diào)節(jié)閥及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電熱型流量智能調(diào)節(jié)閥及其控制方法，屬于自動(dòng)控制【技術(shù)領(lǐng)域】。【背景技術(shù)】
[0002]流量智能調(diào)節(jié)閥是一種廣泛應(yīng)用于石化、冶金和電力等工業(yè)部門生產(chǎn)中對(duì)流體介質(zhì)的流量進(jìn)行控制的流量調(diào)節(jié)裝置，也大量的在采暖和空調(diào)、制冷等系統(tǒng)的末端溫度控制中采用。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中常用電動(dòng)調(diào)節(jié)閥主要是應(yīng)用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)閥門對(duì)工業(yè)流程中的流體介質(zhì)進(jìn)行流量控制。其工作原理是:傳感器將所檢測(cè)到的流量信號(hào)，轉(zhuǎn)換成開關(guān)量或標(biāo)準(zhǔn)模擬量控制信號(hào)反饋到控制器，控制器作出控制決策，使電動(dòng)執(zhí)行器作出相應(yīng)的動(dòng)作，帶動(dòng)閥門的閥芯產(chǎn)生位移來(lái)調(diào)節(jié)閥的開度，從而控制流體介質(zhì)的流量。目前電動(dòng)智能調(diào)節(jié)閥在技術(shù)上存在的問(wèn)題是:由于電動(dòng)執(zhí)行器的電動(dòng)機(jī)的長(zhǎng)期旋轉(zhuǎn)磨損，則此類調(diào)節(jié)閥則存在損耗大、能耗大、故障率及生產(chǎn)成本高等問(wèn)題。
現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)于供暖系統(tǒng)的溫度控制采用的一種電熱型溫控閥，它是利用液態(tài)被控介質(zhì)受熱膨脹及不可壓縮的原理實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)。當(dāng)被控介質(zhì)溫度高于設(shè)定值時(shí)，感溫介質(zhì)膨脹，推動(dòng)閥芯關(guān)閉調(diào)節(jié)閥；當(dāng)被控介質(zhì)溫度低于設(shè)定值時(shí)，感溫介質(zhì)收縮，復(fù)位彈簧推動(dòng)閥芯開啟。該種溫控閥具有生產(chǎn)成本低、能耗小和使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，但其流量控制精度低，且只能做開啟和關(guān)閉的二元控制，無(wú)法實(shí)現(xiàn)流量連續(xù)調(diào)節(jié)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供了一種電熱型流量智能調(diào)節(jié)閥及其控制方法，以用于調(diào)節(jié)閥由于電動(dòng)機(jī)的長(zhǎng)期旋轉(zhuǎn)磨損造成的損耗大、能耗大、故障率及生產(chǎn)成本高及無(wú)法實(shí)現(xiàn)流量連續(xù)調(diào)節(jié)的問(wèn)題。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種電熱型流量智能調(diào)節(jié)閥，包括電熱執(zhí)行器、控制裝置和閥門，所述電熱執(zhí)行器包括石蠟驅(qū)動(dòng)器1、頂桿3、固定螺母4、電源線5、位置固定彈簧7、傳力彈簧10、運(yùn)動(dòng)片11、塑料外殼12、裝置外殼13，所述控制裝置包括溫度傳感器2、控制電路
6、控制面板8、信號(hào)線9，所述閥門包括閥桿14、復(fù)位彈簧15、固定閥座16、入口腔17、出口腔18 ;其中石蠟驅(qū)動(dòng)器I與頂桿3相連且放置于傳力彈簧10的內(nèi)部，通過(guò)塑料外殼12固定的溫度傳感器2緊貼石蠟驅(qū)動(dòng)器I且通過(guò)信號(hào)線9與控制電路6相連，通過(guò)裝置外殼13固定的控制電路6與嵌在裝置外殼13表面的控制面板8利用排插相連放置于位置固定彈簧7的上端，運(yùn)動(dòng)片11放置于頂桿3的下端，固定閥座16攻螺紋，固定螺母4套在固定閥座16的螺紋上，閥桿14放置于復(fù)位彈簧15中，閥桿14上端緊貼運(yùn)動(dòng)片11，閥桿14下端與閥芯固連，電源線5通過(guò)裝置下端的引出口引出與電源相連，入口腔17和出口腔18內(nèi)部攻螺紋分別外接入口管道和出口管道。
[0006]所述控制電路6由控制器模塊、網(wǎng)絡(luò)通信模塊、溫度控制模塊、存儲(chǔ)器模塊、溫度傳感器模塊、時(shí)鐘模塊和晶振模塊組成；其中網(wǎng)絡(luò)通信模塊一端與控制器模塊的引腳相連，另一端通過(guò)串口與上位機(jī)相連；溫度控制模塊一端與控制器模塊的引腳相連，另一端通過(guò)接線柱與電源線5相連；存儲(chǔ)器模塊與控制器模塊的引腳相連；溫度傳感器模塊利用插槽直接與溫度傳感器2連接且通過(guò)引腳與控制器模塊相連；時(shí)鐘模塊與控制器模塊的引腳相連；晶振模塊與控制器模塊的引腳相連。
[0007]所述控制面板8包括液晶數(shù)據(jù)顯示屏19、“設(shè)置”鍵20、“背光”鍵21、“重啟”鍵22、“自檢”鍵23 ;其中液晶數(shù)據(jù)顯示屏19、“設(shè)置”鍵20、“背光”鍵21、“重啟”鍵22、“自檢”鍵23通過(guò)排插與控制電路6中控制器模塊的引腳相連。
[0008]一種電熱型流量智能調(diào)節(jié)閥的控制方法，所述方法的具體步驟如下:
A、初始狀態(tài)下閥門為常開狀態(tài)，流體介質(zhì)由入口腔17流入，經(jīng)出口腔18流出，流量為Z，石蠟驅(qū)動(dòng)器I的溫度為當(dāng)需要對(duì)流體介質(zhì)的流量實(shí)時(shí)流量Z (?)進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，首先通過(guò)電源線5為電熱型流量智能調(diào)節(jié)閥接通電源，再根據(jù)實(shí)際所需流量，用控制面板8上面的“設(shè)置”鍵20為流體介質(zhì)的流量設(shè)定一個(gè)具體值Z ,；
B、控制電路6首先啟動(dòng)控制器模塊根據(jù)NL二L-L'計(jì)算出流體介質(zhì)的流量變化量ΛΖ,再利用石蠟驅(qū)動(dòng)器頂桿行程模型計(jì)算出石蠟驅(qū)動(dòng)器I的溫度設(shè)定值△/，最后由^T=T- V得出溫度設(shè)定值T' ;同時(shí)控制電路6啟動(dòng)溫度控制模塊通過(guò)電源線5為石蠟驅(qū)動(dòng)器I通電加熱，啟動(dòng)溫度傳感器模塊通過(guò)溫度傳感器2和信號(hào)線9實(shí)時(shí)檢測(cè)石蠟驅(qū)動(dòng)器I的實(shí)時(shí)溫度值r(i)；
C、當(dāng)石蠟驅(qū)動(dòng)器I通電加熱，其內(nèi)部的感溫介質(zhì)受熱膨脹，推動(dòng)頂桿3和運(yùn)動(dòng)片11一起向下運(yùn)動(dòng)和傳力彈簧10伸展；運(yùn)動(dòng)片11再推動(dòng)閥桿14向下運(yùn)動(dòng)，并壓縮復(fù)位彈簧15 ；閥桿14帶動(dòng)閥門內(nèi)部閥芯運(yùn)動(dòng)，從而減少流經(jīng)入口腔17和出口腔18的流體介質(zhì)的流量L (?)，直到溫度傳感器2檢測(cè)到石蠟驅(qū)動(dòng)器I的實(shí)時(shí)溫度值Tif)達(dá)到溫度設(shè)定值T'，則控制電路6關(guān)閉溫度控制模塊，石蠟驅(qū)動(dòng)器I斷電停止加熱，頂桿3、運(yùn)動(dòng)片11、閥桿14和閥芯停止運(yùn)動(dòng)，完成對(duì)流體介質(zhì)實(shí)時(shí)流量Z (?)的首次調(diào)節(jié)，并使流體介質(zhì)的實(shí)時(shí)流量Z (?)與流量的設(shè)定值廠相符，且通過(guò)液晶數(shù)據(jù)顯示屏19顯示溫度的設(shè)定值L'初始值L和實(shí)時(shí)值r(i)，流體介質(zhì)流量的設(shè)定值Z'、初始值Z和實(shí)時(shí)值Z (?)；
D、當(dāng)石蠟驅(qū)動(dòng)器I的實(shí)時(shí)溫度值T{t)達(dá)到溫度設(shè)定值T'時(shí)，石蠟驅(qū)動(dòng)器I的溫度開始下降，石蠟驅(qū)動(dòng)器I內(nèi)的感溫介質(zhì)收縮；復(fù)位彈簧15伸展復(fù)位，推動(dòng)閥桿14和閥芯向上運(yùn)動(dòng)，從而增加流經(jīng)入口腔17和出口腔18的流體介質(zhì)的流量；閥桿14再推動(dòng)頂桿3和運(yùn)動(dòng)片11 一起向上運(yùn)動(dòng)，并壓縮傳力彈黃10 ；
F、石蠟驅(qū)動(dòng)器I的溫度開始下降后，當(dāng)滿足石蠟驅(qū)動(dòng)器I的實(shí)時(shí)溫度值T(t)超出溫度設(shè)定值r'的誤差范圍，控制電路6再次啟動(dòng)溫度控制模塊通過(guò)電源線5為石蠟驅(qū)動(dòng)器I通電加熱；
G、按照步驟A-F重復(fù)不斷地對(duì)流經(jīng)入口腔17和出口腔18流體介質(zhì)的實(shí)時(shí)流量Z(?)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。
[0009]所述石蠟驅(qū)動(dòng)器頂桿行程模型為:
【權(quán)利要求】
1.一種電熱型流量智能調(diào)節(jié)閥，其特征在于:包括電熱執(zhí)行器、控制裝置和閥門，所述電熱執(zhí)行器包括石蠟驅(qū)動(dòng)器(I)、頂桿(3)、固定螺母(4)、電源線(5)、位置固定彈簧(7)、傳力彈簧(10)、運(yùn)動(dòng)片(11)、塑料外殼(12)、裝置外殼(13)，所述控制裝置包括溫度傳感器(2)、控制電路(6)、控制面板(8)、信號(hào)線(9)，所述閥門包括閥桿(14)、復(fù)位彈簧(15)、固定閥座(16)、入口腔(17)、出口腔(18);其中石蠟驅(qū)動(dòng)器(I)與頂桿(3)相連且放置于傳力彈簧(10 )的內(nèi)部，通過(guò)塑料外殼(12 )固定的溫度傳感器(2 )緊貼石蠟驅(qū)動(dòng)器(I)且通過(guò)信號(hào)線(9)與控制電路(6)相連，通過(guò)裝置外殼(13)固定的控制電路(6)與嵌在裝置外殼(13)表面的控制面板(8)利用排插相連放置于位置固定彈簧(7)的上端，運(yùn)動(dòng)片(11)放置于頂桿(3)的下端，固定閥座(16)攻螺紋，固定螺母(4)套在固定閥座(16)的螺紋上，閥桿(14)放置于復(fù)位彈簧(15)中，閥桿(14)上端緊貼運(yùn)動(dòng)片(11)，閥桿(14)下端與閥芯固連，電源線(5)通過(guò)裝置下端的引出口引出與電源相連，入口腔(17)和出口腔(18)內(nèi)部攻螺紋分別外接入口管道和出口管道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電熱型流量智能調(diào)節(jié)閥，其特征在于:所述控制電路(6)由控制器模塊、網(wǎng)絡(luò)通信模塊、溫度控制模塊、存儲(chǔ)器模塊、溫度傳感器模塊、時(shí)鐘模塊和晶振模塊組成；其中網(wǎng)絡(luò)通信模塊一端與控制器模塊的引腳相連，另一端通過(guò)串口與上位機(jī)相連；溫度控制模塊一端與控制器模塊的引腳相連，另一端通過(guò)接線柱與電源線(5)相連；存儲(chǔ)器模塊與控制器模塊的引腳相連；溫度傳感器模塊利用插槽直接與溫度傳感器(2)連接且通過(guò)引腳與控制器模塊相連；時(shí)鐘模塊與控制器模塊的引腳相連；晶振模塊與控制器模塊的引腳相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電熱型流量智能調(diào)節(jié)閥，其特征在于:所述控制面板(8)包括液晶數(shù)據(jù)顯示屏(19)、“設(shè)置”鍵(20)、“背光”鍵(21)、“重啟”鍵(22)、“自檢”鍵(23);其中液晶數(shù)據(jù)顯示屏(19)、“設(shè)置”鍵(20)、“背光”鍵(21)、“重啟”鍵(22)、“自檢”鍵(23)通過(guò)排插與控制電路(6)中控制器模塊的引腳相連。
4.一種電熱型流量智能調(diào)節(jié)閥的控制方法，其特征在于:所述方法的具體步驟如下: A、初始狀態(tài)下閥門為常開狀態(tài)，流體介質(zhì)由入口腔(17)流入，經(jīng)出口腔(18)流出，流量為Z，石蠟驅(qū)動(dòng)器(I)的溫度為當(dāng)需要對(duì)流體介質(zhì)的流量實(shí)時(shí)流量Z (?)進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，首先通過(guò)電源線(5)為電熱型流量智能調(diào)節(jié)閥接通電源，再根據(jù)實(shí)際所需流量，用控制面板(8)上面的“設(shè)置”鍵(20)為流體介質(zhì)的流量設(shè)定一個(gè)具體值Z'； B、控制電路(6)首先啟動(dòng)控制器模塊根據(jù)NL二L-V計(jì)算出流體介質(zhì)的流量變化量ΛΖ，再利用石蠟驅(qū)動(dòng)器頂桿行程模型計(jì)算出石蠟驅(qū)動(dòng)器(I)的溫度設(shè)定值△/，最后由^T=T- V得出溫度設(shè)定值廣；同時(shí)控制電路(6)啟動(dòng)溫度控制模塊通過(guò)電源線(5)為石蠟驅(qū)動(dòng)器(I)通電加熱，啟動(dòng)溫度傳感器模塊通過(guò)溫度傳感器(2 )和信號(hào)線(9 )實(shí)時(shí)檢測(cè)石蠟驅(qū)動(dòng)器(I)的實(shí)時(shí)溫度值r(i)； C、當(dāng)石蠟驅(qū)動(dòng)器(I)通電加熱，其內(nèi)部的感溫介質(zhì)受熱膨脹，推動(dòng)頂桿(3)和運(yùn)動(dòng)片(11)一起向下運(yùn)動(dòng)和傳力彈簧(10)伸展；運(yùn)動(dòng)片(11)再推動(dòng)閥桿(14)向下運(yùn)動(dòng)，并壓縮復(fù)位彈簧(15);閥桿(14)帶動(dòng)閥門內(nèi)部閥芯運(yùn)動(dòng)，從而減少流經(jīng)入口腔(17)和出口腔(18)的流體介質(zhì)的流量Z⑴，直到溫度傳感器(2)檢測(cè)到石蠟驅(qū)動(dòng)器(I)的實(shí)時(shí)溫度值⑴達(dá)到溫度設(shè)定值T'，則控制電路(6)關(guān)閉溫度控制模塊，石蠟驅(qū)動(dòng)器(I)斷電停止加熱，頂桿(3)、運(yùn)動(dòng)片(11)、閥桿(14)和閥芯停止運(yùn)動(dòng)，完成對(duì)流體介質(zhì)實(shí)時(shí)流量Z(?)的首次調(diào)節(jié)，并使流體介質(zhì)的實(shí)時(shí)流量Z (t)與流量的設(shè)定值廠相符，且通過(guò)液晶數(shù)據(jù)顯示屏(19)顯示溫度的設(shè)定值T'初始值T和實(shí)時(shí)值T(t)，流體介質(zhì)流量的設(shè)定值Z'、初始值Z和實(shí)時(shí)值L⑴； D、當(dāng)石蠟驅(qū)動(dòng)器(I)的實(shí)時(shí)溫度值T(t)達(dá)到溫度設(shè)定值T時(shí)，石蠟驅(qū)動(dòng)器(I)的溫度開始下降，石蠟驅(qū)動(dòng)器(I)內(nèi)的感溫介質(zhì)收縮；復(fù)位彈簧(15)伸展復(fù)位，推動(dòng)閥桿(14)和閥芯向上運(yùn)動(dòng)，從而增加流經(jīng)入口腔(17)和出口腔(18)的流體介質(zhì)的流量；閥桿(14)再推動(dòng)頂桿(3)和運(yùn)動(dòng)片(11) 一起向上運(yùn)動(dòng)，并壓縮傳力彈簧(10)； F、石蠟驅(qū)動(dòng)器(I)的溫度開始下降后，當(dāng)滿足石蠟驅(qū)動(dòng)器(I)的實(shí)時(shí)溫度值T(t)超出溫度設(shè)定值T'的誤差范圍，控制電路(6 )再次啟動(dòng)溫度控制模塊通過(guò)電源線(5 )為石蠟驅(qū)動(dòng)器(I)通電加熱； G、按照步驟A-F重復(fù)不斷地對(duì)流經(jīng)入口腔(17)和出口腔(18)流體介質(zhì)的實(shí)時(shí)流量Lit)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電熱型流量智能調(diào)節(jié)閥的控制方法，其特征在于:所述石蠟驅(qū)動(dòng)器頂桿行程模型為:
【文檔編號(hào)】F16K31/66GK103742706SQ201410009844
【公開日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2014年1月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月9日
【發(fā)明者】楊承志, 張興超, 孫浩, 劉賀 申請(qǐng)人:昆明理工大學(xué)