专利名称：一种空气质量流量控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及自动控制领域中的一种空气质量流量控制装置。
背景技术：
空气质量流量控制器用于对空气质量流量进行精密测量、控制。它在特种化学材料、电路工业、化学工业、医药、真空和环保等多种领域的生产和科研中有着重要的作用。其典型应用场合包括:扩算、氧化、外延、等离子刻蚀、离子注入、镀膜设备、光纤、混气配气系统、毛细管测量及其它分析仪器。目前，国内空气质量流量控制器由于控制电路设计存在争议、算法、参数选择缺乏科学性、器件选择缺乏实践考证，质量流量控制极易受到温度、压强、电磁干扰等外界影响，导致质量流量波动幅度大、稳定性差。所以如何设计流量波动小、稳定性好、精度高、响应速度快、稳定可靠、工作温度压力范围宽、重复性好、操作方便、便于与其它控制器或上位机连接的空气质量流 量控制器就非常必要。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种设计流量波动小、稳定性好、精度高、响应速度快、稳定可靠、工作温度压力范围宽、重复性好、操作方便、便于与其它控制器或上位机连接的空气质量流量控制器。本实用新型采用的技术方案是:一种空气质量流量控制装置，包括气体质量流量传感器和流量控制电磁比例阀，所述的气体质量流量传感器连接信号调理电路模块，所述的信号调理电路模块的端口 A连接信号控制算法电路模块的端口 D，所述的信号控制算法电路模块的端口 E连接信号输出驱动电路模块的端口 F，所述的信号输出驱动电路模块的端口 G连接流量控制电磁比例阀，所述的信号调理电路模块的端口 A连接信号输出电路模块的端口 B，所述的信号控制算法电路模块端口 C连接控制信号输入电路模块。考虑到系统的稳定性，每个部分都用螺丝固定在机械框架结构上，模块之间通过接插件进行电气连接。气流首先经过质量流量传感器，质量流量传感器输出监测电压信号至控制电路，由控制电路输出相应信号驱动流量控制电磁比例阀，通过控制流量控制电磁比例阀的不同开度大小，达到控制空气质量流量的目的。作为本实用新型的进一步改进，所述的信号调理电路模块的电阻R1并联电容C1,构成RC滤波电路；所述的RC滤波电路串联运算放大器LM324，构成缓冲电路；电阻R4、电容C2和运算放大器LM324并联，构成放大电路；电阻R7、滑动电阻R5和运算放大器LM324并联，构成凋零电路；所述的RC滤波电路、电阻R2、缓冲电路、电阻R6、凋零电路依次串联；所述的信号控制算法电路模块包括依次串联的减法电路、积分电路和加法求和电路；所述的积分电路并联比例放大电路；所述的减法电路包括并联的R1(l、C8和运算放大器LM324 ;所述的积分电路包括并联的R13、C3和运算放大器LM324 ;所述的比例放大电路包括并联的R15和运算放大器LM324 ;所述的加法求和电路包括并联的R22和运算放大器LM324 ；[0008]所述的信号输出驱动电路模块包括芯片U1-3524 ;电阻R24和电容C4并联接入到芯片U1-3524的8脚和9脚；电阻R25、R26和电容C7并联分别接入到芯片U1-3524的2脚、4脚和7脚；电阻R27接入到芯片U1-3524的14脚。本实用新型采用的有益效果是:本实用新型能够根据接收到的质量流量设定值，将装置的质量流量精确的控制为接收到的质量流量设定值，精度高、稳定性好、抗干扰能力强。能够输出所监测的质量流量的电压信号，便于传输至上位机或主控制器进行屏幕显示。
图1为本实用新型示意图。图2为信号调理电路模块的电路图。图3为信号控制算法电路模块的电路图。图4为信号输出驱动电路模块的电路图。图5为信号输出电路模块的电路图。图中所示:I信号输出电路模块，2信号调理电路模块，3气体质量流量传感器，4信号控制算法电路模块，5信号输入电路模块，6信号输出驱动电路模块，7流量控制电磁比例阀，9 端口 A, 12 端口 B, 13 端口 C，14 端口 D, 21 端口 E，23 端口 F，28 芯片 U1-3524，32 开关管，33端口 G0
具体实施方式
下面结合图，对本实用新型做进一步的说明。
如图所示，一种空气质量流量控制装置，包括气体质量流量传感器和流量控制电磁比例阀，所述的气体质量流量传感器连接信号调理电路模块，所述的信号调理电路模块的端口 A连接信号控制算法电路模块的端口 D，所述的信号控制算法电路模块的端口 E连接信号输出驱动电路模块的端口 F，所述的信号输出驱动电路模块的端口 G连接流量控制电磁比例阀，所述的信号调理电路模块的端口 A连接信号输出电路模块的端口 B，所述的信号控制算法电路模块端口 C连接控制信号输入电路模块；所述的信号调理电路的电阻R1并联电容C1，构成RC滤波电路；所述的RC滤波电路串联运算放大器LM324，构成缓冲电路；电阻R4、电容C2和运算放大器LM324并联，构成放大电路；电阻R7、滑动电阻R5和运算放大器LM324并联，构成凋零电路；所述的RC滤波电路、电阻R2、缓冲电路、电阻R6、凋零电路依次串联；所述的信号控制算法电路包括依次串联的减法电路、积分电路和加法求和电路；所述的积分电路并联比例放大电路；所述的减法电路包括并联的RltlX8和运算放大器LM324 ；所述的积分电路包括并联的R13、C3和运算放大器LM324 ;所述的比例放大电路包括并联的R15和运算放大器LM324 ;所述的加法求和电路包括并联的R22和运算放大器LM324 ;所述的信号输出驱动电路模块包括芯片U1-3524 ;电阻R24和电容C4并联接入到芯片U1-3524的8脚和9脚；电阻R25、R26和电容C7并联分别接入到芯片U1-3524的2脚、4脚和7脚；电阻R27接入到芯片U1-3524的14脚。气体质量流量传感器为气流进气口，并实时监测气体质量流量，输出相应1-5V的电压信号，质量流量传感器选用了 Honywell的热膜式气体质量流量传感器。控制电路采用自动控制原理设计了 PID控制电路，根据接收到的质量流量设定值与质量流量监测值进行PID运算，并输出相应占空比的PWM信号至流量控制电磁比例阀，流量控制电磁比例阀选用的是美国PARKER热补偿式电磁比例阀，通过阀的开度大小达到精确控制气体质量流量的目的。所述的信号调理电路模块，输入端为质量流量传感器的监测信号，电压范围为1-5V。由于所测的电压信号高频信号含量较多，所以设计了有R1与C1组成的RC滤波电路，滤波电路输出至由运算放大器LM324设计的缓冲电路，这样可以提高电路的输入电阻，增强信号的驱动的能力。同时为了将电压信号扩展为0-5V，又利用运算放大器LM324设计了相应信号放大电路，利用R4可以构成不同的放大系数，C2是为防止电路振荡而设计的。利用运算放大器LM324设计了信号调零电路，可以通过滑动变阻器R5调节信号的零点电压。经过调理的质量流量信号由端口 A输出。所述的端口 C接收主控制器或上位机的控制电压，为0-5V的电压信号。端口 D为输出信号，与端口 A相连。由运算放大器LM324与C8及其外围器件构成减法电路，输出设定值与监测值的差值电压。控制电路采用了并联式PID设计，由运算放大器LM324及其外围器件构成了积分电路，其中C3影响到积分系数的大小。运算放大器LM324及其外围器件构成了比例放大电路。比例放大电路与积分电路分别输出至由运算放大器LM324构成的加法求和电路。最终由端口 E输出电压信号。所述的信号输出驱动电路模块由芯片U1-3524及其附属电路构成了流量控制电磁比例阀的驱动电路。端口 F与端口 E相接，C4与R24是为U1-3524设计的温度补偿器件。通过调节R26值与(:7值，可以输出不同频率的PWM信号，本系统的频率范围为800-1000HZ。U1-3524的12脚、13脚、15 脚为电源+15V的输入端，C5与C6为+15V电源设计的滤波、退耦电容。MOSFET为开关管，R27为MOSFET的电荷泄放电阻。二极管Dl为流量控制电磁比例阀的续流二极管，防止流量控制电磁比例阀产生反向电动势损坏电路其它器件。端口 G为电路的最终输出信号，接至装置的流量控制电磁比例阀。
权利要求1.一种空气质量流量控制装置，包括气体质量流量传感器(3)和流量控制电磁比例阀(7)，其特征在于所述的气体质量流量传感器(3)连接信号调理电路模块(2)，所述的信号调理电路模块(2)的端口 A(9)连接信号控制算法电路模块(4)的端口 D(14)，所述的信号控制算法电路模块(4)的端口 E (21)连接信号输出驱动电路模块(6)的端口 F(23)，所述的信号输出驱动电路模块(6)的端口 G(33)连接流量控制电磁比例阀(7)，所述的信号调理电路模块(2)的端口 A(9)连接信号输出电路模块(I)的端口 B(12)，所述的信号控制算法电路模块(4)的端口 C(13)连接控制信号输入电路模块(5)。
2.根据权利要求1所述的一种空气质量流量控制装置，其特征在于所述的信号调理电路模块的电阻R1并联电容C1，构成RC滤波电路；所述的RC滤波电路串联运算放大器LM324，构成缓冲电路；电阻R4、电容C2和运算放大器LM324并联，构成放大电路；电阻R7、滑动电阻R5和运算放大器LM324并联，构成凋零电路；所述的RC滤波电路、电阻R2、缓冲电路、电阻R6、凋零电路依次串联。
3.根据权利要求1所述的一种空气质量流量控制装置，其特征在于所述的信号控制算法电路模块包括依次串联的减法电路、积分电路和加法求和电路；所述的积分电路并联比例放大电路；所述的减法电路包括并联的R1(l、C8和运算放大器LM324 ;所述的积分电路包括并联的R13、C3和运算放大器LM324 ;所述的比例放大电路包括并联的R15和运算放大器LM324 ;所述的加法求和电路包括并联的R22和运算放大器LM324。
4.根据权利要求1所述的一种空气质量流量控制装置，其特征在于所述的流量控制电磁比例阀驱动电路包括芯片U1-3524 (28);电阻R24和电容C4并联接入到芯片U1-3524的8脚和9脚；电阻R25、R26和电容C7并联分别接入到芯片U1-3524的2脚、4脚和7脚；电阻R27接入到芯片U1-3524·的14脚。
专利摘要本实用新型公开了一种空气质量流量控制装置，包括气体质量流量传感器和流量控制电磁比例阀，所述的气体质量流量传感器连接信号调理电路模块，所述的信号调理电路模块连接信号控制算法电路模块，所述的信号控制算法电路模块连接信号输出驱动电路模块，所述的信号输出驱动电路模块连接流量控制电磁比例阀，所述的信号调理电路模块连接信号输出电路模块，所述的信号控制算法电路模块连接控制信号输入电路模块。本实用新型能够根据接收到的质量流量设定值，将装置的质量流量精确的控制为接收到的质量流量设定值，精度高、稳定性好、抗干扰能力强。能够输出所监测的质量流量的电压信号，便于传输至上位机或主控制器进行屏幕显示。
文档编号G05D7/06GK203149414SQ20132017373
公开日2013年8月21日 申请日期2013年4月9日 优先权日2013年4月9日
发明者张帅, 鲁爱昕, 施一万, 施奇兵, 叶丛雷, 吴玉笛, 徐合林, 陆明霞 申请人:安徽省安光环境光学工程技术研究中心有限公司