CN109976402A - 一种压差自动控制装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

一种压差自动控制方法和装置，所述压差自动控制装置，包括泵体、活塞、活塞杆、电动执行机构、差压传感器或变送器、充气阀、放气阀、高压气源；差压传感器或变送器连接泵体和被测流体，其输出信号用作压差控制的反馈信号；放气阀连接泵体和环境大气，用于泵体快速降压；充气阀连接高压气源和泵体，用于泵体快速增压；可设置多组不同通径的充气阀和放气阀，实现不同的压差调节速率；活塞可在电动执行机构的控制下改变位置以改变泵体容积，进而改变泵体内气体压力。本发明同时实现了压差的快速调节和精密稳定控制，满足了压力高精度自动测量的需求。

Description

一种压差自动控制装置及控制方法

技术领域

本发明涉及压力自动控制和测量领域，具体涉及一种适用于差压传感器或变送器的压差自动控制方法及装置。

背景技术

流体热物性研究中为了获取不同状态下流体的热物理性质实验数据，需要将被测流体置于某一恒温环境（如液体恒温槽或者空气烘箱）内。高精度的压力测量设备（如活塞式压力计等）一般无法直接安装在恒温槽内，且使用温度有限（压力传感器的使用温度一般都低于100℃），因此，在压力测量中都使用了带远传装置的差压传感器或变送器实现被测压力的间接测量。其基本测量原理为在环境温度下人为构造一个压力源，通过差压传感器或变送器测量压力源与被测流体的压力差值，再由压力传感器或变送器测量得到压力源的绝对压力，最后计算得到被测压力值。

在实际测量过程中需要不断调节和控制压力源的压力，使其与被测流体的压差值位于有效量程范围内。目前通常的做法是通过高压气源向压力源的充气和压力源的放气来实现压差的调节和控制，这种开关控制方法使得压差的波动范围过大。一方面，当差压传感器或变送器的有效量程范围较小时会出现超量程的情况；另一方面，由于压力传感器的动态响应特性较差，快速的压力波动会引入额外的测量误差。因此，为了实现高精度的压力测量，需要一种更为精密的压差自动控制方法，并在此基础上建立一种压差自动控制装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种压差自动控制方法，同时实现压差的快速调节和稳定精密控制。

本发明的另一个目的在于提供一种压差自动控制装置，结合数字式压力传感器，可实现流体热物性实验研究中压力的全自动高精度测量。

本发明的技术实施方案为：通过压力源的充气和放气操作实现压差的快速控制和粗调；通过改变压力源的容积实现其与被测流体压差的精密控制和稳定调节。其中，充气和放气操作通过自动阀门（如电动、电磁、气动或者液压阀门）控制；压力源的主体为活塞泵，通过改变活塞的位置改变压力源的容积，进而达到压差的精密控制。

用于实现本发明的装置如下：

一种压差自动控制装置，包括泵体、活塞、活塞杆、一组或多组自动阀门、电动执行机构、高压气源、差压传感器或变送器；所述活塞插入泵体内，并与活塞杆一端相连，活塞杆另一端与电动执行机构相连；泵体的端部连接一组或多组自动阀门，每组自动阀门的通径不同；所述自动阀门两个为一组，一个是用于放气的放气阀，入口连接到泵体，出口连通环境，用于泵体向环境放气；另一个是用于充气的充气阀，入口连接到高压气源，出口连接到泵体，用于高压气源向泵体充气；所述电动执行机构包括步进电机或伺服电机、减速器、推力轴承、联轴器和滚珠丝杆传动结构；差压传感器或变送器一端连接被测压力，一端连接泵体。

所述自动阀门包括电动阀、电磁阀、气动阀、液压阀中的一种或任意几种。

本发明根据实际使用情况采用多组不同通径的自动阀门，可实现不同速率的压差控制，当压差需要快速调节时也能满足压力测量的要求；本发明将充放气的开关控制和活塞容积调节相结合，同时实现了压差的快速调节和精密稳定控制。

附图说明

图1为本发明中一种压差自动控制装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的说明：

泵体6为金属材料制成，具有一定的厚度和强度，能够承受所需的高压气体。

泵体6和被测流体2由差压传感器或变送器3相连，差压传感器或变送器3可输出泵体6内高压气体和被测流体2之间的压差信号；泵体6连接放气阀1的入口，放气阀1的出口通大气环境，打开放气阀1可实现泵体6向环境泄压，降低泵体6内气体压力；泵体6连接充气阀4的出口，充气阀4的入口连接高压气源5，打开充气阀4可实现高压气源5向泵体6充气，增加泵体6内气体压力；1个放气阀1和1个充气阀4为一组控制阀，泵体6上可连接多组不同通径的控制阀，以实现不同的充放气速率；泵体6内设置有活塞7，通过改变活塞7的位置改变泵体6内气体的容积，进而改变泵体6内气体的压力；活塞7通过活塞杆8连接到电动执行结构9，电动执行机构9包括步进电机或伺服电机、减速器、推力轴承、联轴器和滚珠丝杆传动机构，通过改变电动执行机构9中步进电机或伺服电机的转动方向、转动量和转动速度实现活塞7的位置变化方向、变化量和变化速率，进而调节泵体6内气体的压力变化。

放气阀1包括电动阀、电磁阀、气动阀、液压阀中的一种。

充气阀4包括电动阀、电磁阀、气动阀、液压阀中的一种。

步进电机或伺服电机输出轴插入减速器输入端，减速器输出端通过联轴器连接滚珠丝杆，滚珠丝杆由推力轴承进行单端固定，滚珠丝杠螺母连接活塞杆8。

一种压差自动控制方法，包括下述步骤：

1、检测差压传感器或变送器3测量得到的被测流体2和泵体6内气体的压差信号，根据压差的测量结果决定泵体6内气体压力的控制方向和控制量；

2、当压差信号在差压传感器或变送器3的量程范围以外或者所需控制量较大时，通过充放气操作快速调节压差：若泵体6内气体压力大于被测流体2的压力，打开放气阀1向环境泄压；若泵体6内气体压力小于被测流体2的压力，打开充气阀4通过高压气源5向泵体6充气；

3、当压差信号在差压传感器或变送器3的量程范围内或者所需控制量较小时，通过控制电动执行机构9中步进电机或伺服电机的转动方向、转动量和转动速度控制活塞7的移动方向、移动量和移动速度，精确控制泵体6内气体压力，实现压差的精确控制和稳定；

4、重复进行1、2、3过程实现压差的自动精确控制。

Claims (6)

1.一种压差自动控制装置，其特征在于包括泵体（6）；所述泵体（6）通过差压传感器或变送器（3）与被测流体（2）相连；所述泵体（6）通过放气阀（1）与环境大气相连，通过充气阀（4）与高压气源（5）相连；所述泵体（6）内设置可自由移动的活塞（7）；所述活塞（7）通过活塞杆（8）与电动执行机构（9）相连；所述电动执行机构（9）包括步进电机或伺服电机、减速器、推力轴承、联轴器和滚珠丝杆传动机构，步进电机或伺服电机输出轴插入减速器输入端，减速器输出端通过联轴器连接滚珠丝杆，滚珠丝杆由推力轴承进行单端固定，滚珠丝杠螺母连接活塞杆（8）。

2.根据权利要求1所述的一种压差自动控制装置，其特征在于：通过采集差压传感器或变送器（3）的压差信号作为控制的反馈信号。

3.根据权利要求1所述的一种压差自动控制装置，其特征在于：通过向泵体（6）内快速充气和泵体（6）向环境大气快速放气进行压差的快速调节和控制。

4.根据权利要求1所述的一种压差自动控制装置，其特征在于：所述放气阀（1）和充气阀（4）可以设置多组不同的通径。

5.根据权利要求1所述的一种压差自动控制装置，其特征在于：通过改变泵体（6）内活塞（7）的位置改变泵体（6）内气体的容积，进而改变泵体（6）内气体的压力，达到精确稳定控制压差的目的。

6.一种压差自动控制方法，其特征在于包括下述内容：

（1）权利要求1所述的检测差压传感器或变送器（3）测量得到的被测流体（2）和泵体（6）内气体的压差信号，根据压差的测量结果决定泵体（6）内气体压力的控制方向和控制量；

（2）当压差信号在差压传感器或变送器（3）的量程范围以外或者所需控制量较大时，通过充放气操作快速调节压差：若泵体（6）内气体压力大于被测流体（2）的压力，打开放气阀（1）向环境泄压；若泵体（6）内气体压力小于被测流体（2）的压力，打开充气阀（4）通过高压气源（5）向泵体（6）充气；

（3）当压差信号在差压传感器或变送器（3）的量程范围内或者所需控制量较小时，通过控制电动执行机构（9）中步进电机或伺服电机的转动方向、转动量和转动速度控制活塞（7）的移动方向、移动量和移动速度，精确控制泵体（6）内气体压力，实现压差的精确控制。