[发明专利]基于电磁阀的流量比例控制装置及其实现方法

说明书

技术领域

 本发明涉及一种阀门开度的比例控制原理和实现装置，具体涉及一种通过控制电磁阀在单位时间内的开启时间实现阀门开度的比例控制装置及其实现方法。

背景技术

在化工、波峰焊、回流焊、燃烧风量调节等行业，常常需要对气体流量进行控制，以节约资源及用气成本。目前，对气体流量的控制分为开关控制和连续控制，二者主要存在的缺陷如下：

开关控制要么全开、要么全关，没有中间状态，如电磁阀、节流阀；开关控制的缺点是所需元件多，成本高，构成系统复杂，智能性低，需要人工调节。连续控制是阀门可以根据需要打开任意一个开度，可以实现流量的连续控制。连续控制的输出量随输入量（电流值或电压值）的变化而变化，输出量与输入量之间存在一定的比例关系，具有智能性高、反应快等优点，与开关控制相比，其使用元件少，构造简单，成本低。这类阀有电磁比例阀、气动比例阀、电动球阀等。

电动球阀构造简单，只由少数几个零件组成，具有良好的流量调节功效。但是电动球阀反应慢，精度低，仅适用于大中口径、中低压力的应用范畴。

电磁比例阀在任何线圈电流下，使弹簧力与电磁力之间产生平衡。线圈电流的大小或电磁力的大小将影响阀门开度。但是电磁比例阀存在死区，而且当气压太低或太高时将失去功能：当气压太低时，电磁力不足以打开阀门；当气压太高时，弹簧力不能关闭阀门。

气动调节阀就是以压缩气体为动力源，以气缸为执行器，并借助于阀门定位器、转换器、电磁阀、保位阀、储气罐、气体过滤器等附件去驱动阀门，实现开关量或比例式调节。它与电磁比例阀一样存在死区，而且当气压太低或太高时将失去功能。

综上所述，应用于气流量控制行业的现有技术和产品，都难以满足市场对控制精度、可靠性的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种无死区、控制精度高、可靠性好，完全无需人工调节，可实现最小流量到最大流量连续控制的基于电磁阀的流量比例控制装置和方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

基于电磁阀的流量比例控制装置，包括具有进气口和出气口的流量比例控制装置主体，以及用于控制流量比例控制装置主体的电路控制系统；所述流量比例控制装置主体由至少一个电磁阀构成；所述电路控制系统包括供电的电源电路、驱动电路以及微控制器，所述微控制器通过所述驱动电路控制所述电磁阀的开关。

所述流量比例控制装置主体包括有一个以上的电磁阀，当电磁阀个数为两个及以上时，所有电磁阀的气路相互并联：所述电磁阀的气路入口相互连通并与所述进气口连通，所述电磁阀的气路出口相互连通并与所述出气口连通；所述驱动电路数量与所述电磁阀数量相同，并与所述电磁阀一一对应。

优选的，所述流量比例控制装置主体的电磁阀个数为10个，与之对应的驱动电路数量为10组。

所述驱动电路包括光耦IC1和IC2，场效应管IC3和IC4，二极管D1，发光二极管D2，TVS管D3，电阻R1、R2、R3、R4、R5和R6；

电阻R1的第一端为控制信号VCP的输入端，与所述微控制器的VCP输出端连接；电阻R1的第二端与IC1的信号输入端正极连接；电势U1与电阻R2的第一端、场效应管IC3的漏极连接；电阻R2的第二端与光耦IC1的电源端和场效应管IC3的栅极连接；场效应管IC3的源极与二极管D1的负极、电阻R3的第一端、TVS管D3的第一端、电磁阀线圈的正极连接；电阻R3的第二端与发光二极管D2的正极连接，发光二极管D2的负极与TVS管D3的第二端、场效应管IC4的漏极、电磁阀线圈的负极连接；电阻R4的第一端为控制信号VCN的输入端，与所述微控制器的VCN输出端连接；电阻R4的第二端与光耦IC2的信号输入端正极连接；电势U2与光耦IC2电源端、二极管D1的正极连接；光耦IC2的信号输出端与电阻R5的第一端连接，电阻R5的第二端与电阻R6的第一端、场效应管IC4的栅极连接；电阻R6的第二端与场效应管IC4的源极连接后接地；光耦IC1和IC2的信号输入端负极接地与地GND2连接，IC1的信号电源负极接地与地GND连接，电磁阀线圈的地线与大地FG连接。

在所述流量比例控制装置主体的进气口处还设置有过滤装置。

优选的，所述过滤装置为粉末冶金头。

所述流量比例控制装置在单位时间内的开度值满足以下关系：

                （1）

式中：

—流量比例控制装置在单位时间内的开度值；

—第个电磁阀在单位时间内的开度值；