專利名稱：高壓氣體容積膨脹減壓自動控制裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種高壓氣體容積膨脹減壓控制方法和自動控制裝置。
背景技術：
在背景技術領域中，與本發明的功能最為接近的是節流型的壓力調節裝置，即各種氣體減壓閥。盡管目前減壓閥技術比較成熟，而且能夠滿足間歇工作、只對功能性有要求的氣動系統的應用，但它是通過節流控制實現壓力調節的。而節流控制是一種不可逆的能量變化過程，對于連續工作、動力性能要求高的氣動動力系統，存在較大的能量損失，因此不利于系統的高效利用。
容積膨脹減壓所應用的元件是膨脹容器。其工作原理是通過氣動開關閥和膨脹容器調節高壓氣動系統的輸出壓力。容積膨脹減壓原理是根據氣體的狀態方程工作的，在一定條件下，一定量的氣體的壓力與其充滿的容積成反比，即容積增大，壓力降低。膨脹容器的作用是通過增大容積將上游的高壓氣體降為工作所要求的低壓氣體。若在等溫和等熵狀態下膨脹，它是一可逆過程，基本上不損失能量。通過PLC控制方式和PID調節控制開關閥，膨脹器可以精確控制常規氣動系統的輸出壓力，控制方式靈活，控制精度可在1.0kPa之內。與之相比，在常規氣動系統中，節流調節壓力要損失系統能量的5～10％來克服摩擦阻力；在高壓氣動系統中，節流造成的能量損失將會更大。容積膨脹減壓控制還在于過程和狀態上與節流減壓不同，容積膨脹減壓過程中沒有節流損失；減壓后的低壓氣體可以儲存在低壓儲氣罐中經歷一段時間與外界進行熱補償。在這一過程中，只要外界能量足夠高，并有足夠的時間對系統進行能量補充，就可以使損失的能量得到部分補充和恢復，從而保證了系統能量的高效利用。理論分析已經證明，將30MPa壓力的超高壓氣體減低到1.0～5.0MPa的壓力，容積減壓控制方式比節流減壓控制方式可減少能量損失10～35％。
發明內容
本發明的目的是提供一種集高壓氣動控制閥、壓力傳感器、流量傳感器、控制器、容積膨脹容器于一體的高壓氣體容積膨脹減壓自動控制裝置，實現對高壓氣體容積膨脹減壓的自動控制。
本發明采用的技術方案如下它包括氣源壓力傳感器及顯示儀表，高壓截止閥，高壓氣動開關閥，控制器，容積膨脹容器，減壓壓力傳感器及顯示儀表，減壓溫度傳感器及顯示儀表，低壓截止閥；高壓氣動開關閥的進氣口通過高壓管線和接頭與高壓截止閥相連，出氣口通過高壓管線和接頭與容積膨脹容器的進氣口相連，控制端接線與控制器的輸出端口連接；容積膨脹容器的出氣口通過接頭與低壓截止閥的一端相連，低壓截止閥的另一端與低壓管線和接頭相連；減壓壓力傳感器及顯示儀表和減壓和溫度傳感器及顯示儀表均安裝在容積膨脹容器上，它們的信號輸出引線與控制器的輸入端端口連接。
控制器設有數據采集、數據處理和控制輸出模塊；氣源壓力傳感器及顯示儀表、減壓壓力傳感器及顯示儀表、減壓溫度傳感器及顯示儀表輸出引線分別接入各自的由采樣/保持電路和A/D轉換電路組成的數據采集模塊、進入由CPU、程序和數據存儲器組成的數據處理模塊、進入由功率放大電路組成的控制輸出模塊后，接在高壓氣動開關閥的控制端。
壓力傳感器和溫度傳感器分別提供高壓氣源和容積膨脹減壓狀態的壓力和溫度數據；控制器設有數據采集、數據處理和控制輸出等功能模塊，可實時采集所需的壓力和溫度數據，并根據設定的控制要求和控制算法對高壓氣動開關閥的開關時間進行控制；容積膨脹容器保證進入的高壓氣體實現容積膨脹減壓過程；減壓狀態的參數值可以被控制器實時采集和運算，從而實現對高壓氣體的容積減壓過程的自動控制。
本發明具有的優點是裝置組成簡單，具有自動控制功能，在高壓氣體的容積膨脹減壓控制過程中沒有節流損失，與節流減壓相比，在減壓過程中可以節能10～35％，能量利用率高。本發明將機械、電子和流體控制集于一體，是典型的機電一體化自動控制系統。本發明可以方便的安裝或連接入高壓氣體動力系統的能量控制環節中，實現對高壓氣體容積膨脹減壓的自動控制，從而達到高效利用高壓氣體動力系統能量的目的，它可應用在以壓縮空氣為動力的能量控制系統等領域，特別是壓縮空氣為動力的氣動汽車的能量控制系統中。
圖1是本發明的結構原理示意圖；圖2是本發明的控制器原理的方框圖。
具體實施例方式
如圖1所示，所述的高壓氣體容積減壓裝置由高壓氣動開關閥4、控制器5、容積膨脹容器6、高壓截止閥2、壓力傳感器及顯示儀表1和7、溫度傳感器及顯示儀表8、低壓截止閥9、高壓管線和接頭3、低壓管線和接頭10等組成。
高壓氣動開關閥4的進氣口通過接頭和高壓管線與高壓截止閥2相連，出氣口通過接頭和高壓管線與容積膨脹容器6的進氣口相連，控制端接線與控制器5的輸出端口連接。高壓氣動開關閥4受控于控制器5發出的控制信號，用于控制高壓氣體進入膨脹容器6的周期和時間，并使氣體通過高壓氣動開關閥4時產生較小的壓力降，不可逆的能量損失小，有利于節能。
容積膨脹容器6的進氣口通過接頭和高壓管線與高壓氣動開關閥4的出氣口相連，出氣口通過接頭與低壓截止閥9相連。容積膨脹容器6是一個能承受高壓，并具有設定容積的氣罐，其作用是使進入的高壓氣體按絕熱過程或多變過程在罐內膨脹，使氣體壓力降低，實現減壓，從而消除節流減壓過程中的不可逆能量損失。
壓力傳感器及顯示儀表7安裝在容積膨脹容器6上，它的信號輸出引線與控制器5的輸入端口聯接。壓力傳感器及顯示儀表7將容積膨脹容器的氣體壓力值顯示出來并傳輸到控制器，便于監控，并為控制器實現對開關閥的控制提供信息和數據。
壓力傳感器及顯示儀表1安裝在高壓氣源的出口處，即高壓氣體容積減壓裝置的進口處，它的信號輸出引線與控制器5的輸入端口聯接。壓力傳感器及顯示儀表1將高壓氣源的氣體壓力值顯示出來并傳輸到控制器，便于監控，并為控制器實現對開關閥的控制提供信息和數據。
溫度傳感器及顯示儀表8安裝在容積膨脹容器6上，它的信號輸出引線與控制器5的輸入端口聯接。溫度傳感器及顯示儀表8將容積膨脹容器的氣體溫度值顯示出來并傳輸到控制器，便于監控，并為控制器實現對開關閥的控制提供信息和數據如圖2所示，控制器5設有數據采集、數據處理和控制輸出等功能模塊。數據采集模塊由采樣保持電路和A/D轉換電路組成，用于采集高壓氣源的壓力、容積膨脹減壓氣體的壓力和溫度等工作參數值；數據處理模塊包括CPU程序和數據存儲器，可按照控制要求和算法對采樣數據進行處理，并送到控制輸出的放大電路輸入端；控制輸出模塊主要是驅動開關閥工作的功率放大電路，用來控制高壓氣動開關閥的開啟和關閉時間和周期，以實現對容積減壓系統的控制。
高壓截止閥2用于保證高壓氣體容積減壓裝置的靜態密封和安全；低壓截止閥9用于調節用氣元件或系統的氣體輸出量。
所述的高壓氣體容積減壓裝置一般安裝在高壓氣源與氣動發動機(氣動執行元件)之間。工作時，首先將高壓截止閥2打開到最大開口狀態，使高壓氣體無阻礙的到達高壓氣動開關閥4的進氣口，然后可根據系統的減壓控制要求，由控制器5對高壓氣動開關閥4進行開啟和關閉狀態的控制，從而控制高壓氣體在容積膨脹容器中的減壓過程和減壓指標，以滿足氣動發動機的動力需要。
權利要求
1.高壓氣體容積膨脹減壓自動控制裝置，其特征在于它包括氣源壓力傳感器及顯示儀表(1)，高壓截止閥(2)，高壓氣動開關閥(4)，控制器(5)，容積膨脹容器(6)，減壓壓力傳感器及顯示儀表(7)，減壓溫度傳感器及顯示儀表(8)，低壓截止閥(9)；高壓氣動開關閥(4)的進氣口通過高壓管線和接頭(3)與高壓截止閥(2)相連，出氣口通過高壓管線和接頭與容積膨脹容器(6)的進氣口相連，控制端接線與控制器(5)的輸出端口連接；容積膨脹容器(6)的出氣口通過接頭與低壓截止閥(9)的一端相連，低壓截止閥(9)的另一端與低壓管線和接頭(10)相連；減壓壓力傳感器及顯示儀表(7)和減壓和溫度傳感器及顯示儀表(8)均安裝在容積膨脹容器(6)上，它們的信號輸出引線與控制器(5)的輸入端端口連接。
2.根據權利要求1所述的高壓氣體容積膨脹減壓自動控制裝置，其特征在于所說的控制器(5)設有數據采集、數據處理和控制輸出模塊；氣源壓力傳感器及顯示儀表(1)、減壓壓力傳感器及顯示儀表(7)、減壓溫度傳感器及顯示儀表(8)輸出引線分別接入各自的由采樣/保持電路和A/D轉換電路組成的數據采集模塊、進入由CPU、程序和數據存儲器組成的數據處理模塊、進入由功率放大電路組成的控制輸出模塊后，接在高壓氣動開關閥(4)的控制端。
全文摘要
本發明公開了一種高壓氣體容積膨脹減壓自動控制裝置。它是集高壓氣動控制閥、傳感器、控制器、容積膨脹容器于一體的超高壓氣動減壓系統。通過實時采集低壓容積膨脹容器的壓力數據,根據一定的控制要求和控制算法,由控制器發出指令來控制高壓氣動開關閥的開關時間,從而實現高壓或超高壓氣體的容積減壓過程的自動控制。通過對高壓或超高壓氣體進行減壓控制,與節流減壓相比,在減壓過程中可以節能10～35%。本發明裝置組成簡單,可以方便的安裝或連接入高壓氣體動力系統的能量控制環節中,實現對高壓氣體容積膨脹減壓的自動控制,從而達到高效利用高壓氣體動力系統能量的目的。它可應用在以壓縮空氣為動力的能量控制系統等領域,特別是壓縮空氣為動力的氣動汽車的能量控制系統中。
文檔編號G05D16/00GK1383042SQ0211184
公開日2002年12月4日 申請日期2002年5月24日 優先權日2002年5月24日
發明者王宣銀, 賈光政, 陳鷹, 陶國良, 許宏, 劉昊, 吳根茂 申請人:浙江大學