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数字阀创新设计
控制阀的创新设计
--- 数 字 阀
班级: 机械班
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数 字 阀
摘要:随着电子计算机应用技术的发展,特别是单板机、单片机低廉的价格,使其越来越广泛地用于工业设备和自动化系统的控制。为了使液压系统更好地与电子计算机接口,实现液压传动控制系统的微处理机控制,各种数字式液压控制元件相继得到发展。本文主要从数字阀的流口进行研究,分析其工作原理和结构及其特点。
关键词:数字阀 单片机
工作原理和结构
图1 二进制数字调节阀原理图(8位式)
数字阀是一种位式的数字执行器。它由一系列并联安装而且按二进制排列的阀门所组成。图1表示一个8位数字阀的控制原理。从图中可以看出:阀体内有一系列开闭式的流孔,这些流孔的大小按照二进制的顺序排列。例如,对这个8位式的数字阀,每个流孔的流量是按、、、、、、、来设计的。也就是说,是按1、2、4、8、16、32、64、128的比例来设计的。如果所有的流孔都关闭时,流量为0,如果所有的流孔都开启,则流量为255(流量单位),分辨率为1(流量单位)。只要保证每一个流孔的精度,就可以保证总的流量误差。所以,这样的调节阀能在很大的范围内(对于8位,则为255到1)精密调节流量。图1表示的二进制数字阀是8位式。它的数字输入信号与阀开度之间的关系如表1所示。
表1 信号与开度关系表
二进制数字信号十进制数阀开度,%0000000100000011┆111111110
1
2
3
4
┆
254
2550
0.39
0.78
1.18
1.57
┆
99.61
100.00数字式调节阀的开度按步进式变化,每步的大小随位数的增加而减少。从理论上讲,位数可以无限增加,但实际应用中只需10位就完全可以满足精度的要求,因为分辨率已经达到1/1023。数字阀的操作可由调节器或计算机的二进制信号直接驱动。当操作信号为模拟信号时,可借助模/数转换器来进行。
数字式调节阀主要由气孔、阀体和执行机构三部分组成。每一流孔都有自己的阀芯和阀座,可以排列成同心圆形状。为了配管后维修方便,进气孔可以设计成锥形。执行机构部分可以用电磁线圈,也可以用装有弹簧的活塞执行机构。使用弹簧复位式的执行机构提高了可靠性。
图2 数字阀的剖面示意图
1-入口装置;2-调节孔;3-执行机构组件;4-电磁线圈;5-三通阀;6-套筒;7-阀芯;8-出口管;9-入口支管;10-在此中心线有六个二进制控制元件,位于0°、60°、120°、180°、240°、300°;11-气体支管;12-在此中心线有六个二进制控制元件,位于30°、90°、150°、210°、270°、330°
图2表示一个数字阀阀体的结构,这是一种径向结构的数字阀。为了缩小执行机构的尺寸,如图3所示。最大的两个孔中较小的孔被分成2个(32+32),而最大孔被分成4个(32+32+32+32)。由于最大的流孔被分割开,因此缩小了执行机构的可靠性。这样,一个8位数字阀就有12个控制元件,每6个一组,在圆周上沿径向错开。为了使结构更合理,有一组在0°、60°、120°、180°、240°、300°错开。为使结构更合理,有一组在30°、90°、150°、210°、270°、330°错开排列。
图3 最大流孔被分割开
二、数字阀的特点
(1)高分辨率
数字阀的位数各不相同。位数增加时,分辨率提高。位数的选择可以根据实际需要来确定,8位、10位的分辨率已经比模拟式调节阀高得多。
(2)高精度
由于所使用的进气管或每个流孔都装有预先矫正流量特性的喷管和文丘里管,精度都很高(达±0.15%),因此可以用作校准器或流量计。在用作流量计时每一个流孔都要校准。在流孔的入口处常常装有流量调节装置来确定流速,流孔的出口处也有开关控制。计算机能绘出畅通的流孔信号并将其记录下来。被控制的信号是十分准确的。在满量程时几乎没有误差,其显示值就是流量的真值。由于有这种优点,在用于小流量控制时更为优越。
(3)反应速度快,关闭特性好
数字阀的开启速度很快,用电磁圈驱动时为25ms,用气动执行机构时为50~100ms。阀从全开到半闭的时间几乎是相等的。反应速度快的特点也保证了阀的关闭动作。关闭特性和控制特性一样,都是选择阀的关键项目。特别是对数字阀,绝对好的关闭特性很必要的。
(4) 直接与单片机连接
数字式调节
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