电子膨胀阀及其控制方法、控制装置与流程

1.本发明涉及电子膨胀阀的控制技术领域，尤其涉及一种电子膨胀阀及其控制方法、控制装置。


背景技术：

2.电子膨胀阀作为控制流体流量的节流元件，其可应用于空调制冷系统、冰箱制冷系统、水冷系统中，通常会采用相应的逻辑控制电子膨胀阀的开度，以控制流体的流量，从而达到相应的制冷效果。
3.当前，通过上位机实现对电子膨胀阀的逻辑控制，控制精度低，控制逻辑复杂，无法满足当前对电子膨胀阀的智能化需求。因此，如何提高电子膨胀阀的控制精度，简化电子膨胀阀的逻辑控制，以及提高电子膨胀阀的智能化程度，成为当前亟待改善的技术问题。


技术实现要素：

4.针对上述存在问题，本技术提供一种电子膨胀阀及其控制方法、控制装置，以提高电子膨胀阀的控制精度，简化电子膨胀阀的控制逻辑，以及提高电子膨胀阀的智能化程度。
5.第一方面，本技术提供了一种电子膨胀阀的控制方法，包括：
6.实时获取制冷机出水口的当前水温、电子膨胀阀进口的当前冷媒温度和当前冷媒压力、以及目标水温和目标过热度；
7.根据所述当前水温和所述目标水温，获取电子膨胀阀的第一开度；
8.根据所述当前冷媒温度、所述当前冷媒压力以及所述目标过热度，获取所述电子膨胀阀的第二开度；
9.以所述第一开度的比例系数为k以及所述第二开度的比例系数为1-k，计算所述电子膨胀阀的目标开度；其中，0＜k＜1；
10.根据所述目标开度，控制所述电子膨胀阀的阀芯运行至所述目标开度对应的位置。
11.本发明实施例的技术方案，通过将根据当前水温和目标水温，确定电子膨胀阀的第一开度，根据当前冷媒温度、当前冷媒压力以及目标过热度，确定电子膨胀阀的第二开度，第一开度和第二开度以一定的比例结合，计算出电子膨胀阀的目标开度，即综合考虑水温和过热度的情况获得电子膨胀阀的目标开度，能够提高电子膨胀阀的开度控制的准确性和实时性，从而有利于提高电子膨胀阀的智能化程度。
12.第二方面，本技术还提供了一种电子膨胀阀的控制装置，包括：
13.温度压力获取模块，用于实时获取制冷机出水口的当前水温、电子膨胀阀进口的当前冷媒温度和当前冷媒压力、以及目标水温和目标过热度；
14.开度获取模块，用于根据所述当前水温和所述目标水温，获取电子膨胀阀的第一开度；以及根据所述当前冷媒温度、所述当前冷媒压力以及所述目标过热度，获取所述电子膨胀阀的第二开度；
15.目标开度计算模块，用于以所述第一开度的比例系数为k以及所述第二开度的比例系数为1-k，计算所述电子膨胀阀的目标开度；其中，0＜k＜1；
16.阀芯控制模块，用于根据所述目标开度，控制所述电子膨胀阀的阀芯运行至所述目标开度对应的位置。
17.本技术的技术方案，通过开度获取模块根据温度压力获取模块所获取的当前水温和目标水温获取电子膨胀阀阀体的第一开度，以及根据温度压力获取模块所获取的当前冷媒温度、当前冷媒压力以及目标过热度，获取电子膨胀阀的第二开度，并采用目标开度计算模块将第一开度和第二开度以一定的比例结合，计算出电子膨胀阀的目标开度，即综合考虑水温和过热度的情况获得电子膨胀阀的目标开度，能够提高电子膨胀阀的开度控制的准确性和实时性，从而有利于提高电子膨胀阀的智能化程度。
18.第三方面，本技术还提供一种电子膨胀阀，包括：冷媒压力检测传感器、冷媒温度检测传感器、水温检测传感器、微处理器、驱动电机和阀芯；
19.所述冷媒压力检测传感器用于实时采集所述电子膨胀阀进口处的冷媒压力；
20.所述冷媒温度检测传感器用于实时采集所述电子膨胀阀进口处的冷媒温度；
21.所述水温检测传感器用于实时采集所述制冷机出水口处的水温；
22.所述微处理器分别与上位机、所述冷媒压力检测传感器、所述冷媒温度检测传感器、所述冷媒温度检测传感器和所述驱动电机电连接；所述微处理器用于执行权利要求上述电子膨胀阀的控制方法，以通过所述驱动电机驱动所述阀芯运行至所述目标开度对应的位置。
23.本技术的技术方案，通过集成于电子膨胀阀中的微处理器根据各传感器反馈的信息以及上位机提供的目标温度和目标过热度，即可对电子膨胀阀的开度进行控制，提高了电子膨胀阀的智能程度，减少了上位机的工作量，提高了电子膨胀阀的开度控制的实时性和准确性；同时，通过将根据水温获得的第一开度和根据过热度获得的第二开度以一定的比例结合计算目标开度，能够综合考虑水温和过热度的情况获得电子膨胀阀的目标开度，从而进一步提高电子膨胀阀的开度控制的准确性。
附图说明
24.图1是本发明实施例提供的一种电子膨胀阀的结构示意图；
25.图2是本发明实施例提供的又一种电子膨胀阀的结构示意图；
26.图3是本发明实施例提供的一种电子膨胀阀的控制方法的流程示意图；
27.图4是本发明实施例提供的又一种电子膨胀阀的控制方法的流程示意图；
28.图5为本发明实施例提供的一种开度控制的流程示意图；
29.图6是本发明实施例提供的一种电子膨胀阀的控制装置的结构框图。
具体实施方式
30.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
31.本发明实施例提供了一种电子膨胀阀，可应用于制冷系统中，用于调整制冷系统
中流体的流量以及通断控制。该电子膨胀阀内部的微处理器可用于执行本发明实施例提供的电子膨胀阀的控制方法，以控制电子膨胀阀的开度。图1是本发明实施例提供的一种电子膨胀阀的结构示意图。如图1所示，电子膨胀阀100包括冷媒压力检测传感器10、冷媒温度检测传感器20、水温检测传感器30、微处理器40、驱动电机50和阀芯60；其中，冷媒压力检测传感器10用于实时采集电子膨胀阀100进口处的冷媒压力；冷媒温度检测传感器20用于实时采集电子膨胀阀100进口处的冷媒温度；水温检测传感器30用于实时采集制冷机出水口处的水温；微处理器40分别与上位机200、冷媒压力检测传感器10、冷媒温度检测传感器20、水温检测传感器30和驱动电机50电连接；微处理器40用于本发明实施例提供的电子膨胀阀的控制方法，以通过驱动电机50驱动阀芯60运行至目标开度对应的位置。
32.现有技术中，温度检测单元和压力检测单元只是设置在阀体上，输出端与上位机电连接，因此，电子膨胀阀的开度控制只能依靠上位机，上位机的工作量比较大，使得电子膨胀阀的开度控制系统的实时性和准确性较差。
33.本发明实施例提供的技术方案，在电子膨胀阀中集成了冷媒压力检测传感器10、冷媒温度检测传感器20、水温检测传感器30，微处理器40可以基于水温检测传感器30采集制冷机出水口处的水温以及上位机200提供的目标水温确定出第一开度，以及基于冷媒压力检测传感器10采集的电子膨胀阀100进口处的冷媒压力、冷媒温度检测传感器20采集的电子膨胀阀100进口处的冷媒温度和上位机200提供的目标过热度确定出第二开度，并将第一开度和第二开度以一定的比例加和，计算出电子膨胀阀的目标开度，并根据该目标开度控制驱动电机50运行，进而通过驱动电机50驱动阀芯运行至目标开度所对应的位置。如此，通过集成于电子膨胀阀中的微处理器40根据各传感器反馈的信息以及上位机提供的目标温度和目标过热度，即可对电子膨胀阀100的开度进行控制，提高了电子膨胀阀100的智能程度，减少了上位机200的工作量，提高了电子膨胀阀的开度控制的实时性和准确性。同时，通过将根据水温获得的第一开度和根据过热度获得的第二开度以一定的比例结合计算目标开度，能够综合考虑水温和过热度的情况获得电子膨胀阀的目标开度，从而进一步提高电子膨胀阀的开度控制的准确性。
34.可选的，图2是本发明实施例提供的又一种电子膨胀阀的结构示意图。如图2所示，在上述实施例的基础上，电子膨胀阀100还包括连接器80、电源开关模块71和通讯开关模块72；微处理器40的电源信号输入端依次通过电源开关模块71和连接器80与供电电源300电连接；微处理器40的信号收发端依次通过通讯开关模块72和连接器80与上位机200电连接。
35.具体的，供电电源300可以为电子膨胀阀100的微处理40提供电能，以使微处理40能够正常运行，该供电电源300提供的电能可以包括供电电压power的电能和接地电压gnd的电能。电源开关模块71和通讯开关模块72可均由相应的有源元件和/或无源元件组成；其中，有源元件可以包括晶体管等，无源元件可以包括电容、电阻、电感等。在微处理器40需要供电电源300提供电能时，电源开关模块71处于导通状态，微处理器40的电源信号输入端与连接器80之间形成通路，使得供电电源300提供的电能传输至微处理器40的电源信号输入端；相反，电源开关模块71处于断开状态。相应的，当微处理器40需要与上位机200进行通讯时，通讯开关模块72处于导通状态，微处理40的信号收发端能够与上位机200连接，使得微处理器40能够接收上位机200提供的目标温度和目标过热度等，并反馈相应的信息，例如当前的异常信息等反馈至上位机200；反之，则通讯开关模块72会处于断开状态。其中，连接器
80可通过局域互联网络(local interconnect network，lin)总线与上位机200通信连接。
36.本发明实施例的技术方案，通过在电子膨胀阀中设置连接器和电源开关模块，能够按需对电子膨胀阀进行供电，有利于节省功耗；同时，电子膨胀阀中还设置有通讯开关模块，使电子膨胀阀的微处理模块能够与上位机实现通信连接，从而能够接收上位机提供的信号，并向上位机反馈相应的信息，以进一步提高电子膨胀阀的开度控制的实时性和准确性。
37.本发明实施例还提供了一种电子膨胀阀的控制方法，用于控制本发明实时例提供的电子膨胀阀的开度。本发明实施例提供的电子膨胀阀的控制方法由本发明实施例提供的电子膨胀阀的控制装置执行，该电子膨胀阀的控制装置可由软件和/或硬件组成，该电子膨胀阀的控制装置可集成于电子膨胀阀内部的微处理器中。图3是本发明实施例提供的一种电子膨胀阀的控制方法的流程示意图。如图3所示，该电子膨胀阀的控制方法包括：
38.s110、实时获取制冷机出水口的当前水温、电子膨胀阀进口的当前冷媒温度和当前冷媒压力、以及目标水温和目标过热度。
39.其中，通过电子膨胀阀的进口处设置的冷媒压力检测传感器实时采集电子膨胀阀进口处的冷媒压力，以获得当前时刻，电子膨胀阀进口处的当前冷媒压力；通过电子膨胀阀的进口处设置的冷媒温度检测传感器实时采集电子膨胀阀进口处的冷媒温度，以获得当前时刻，电子膨胀阀进口处的当前冷媒温度；通过电子膨胀阀中的水温检测传感器实时采集制冷机出水口的水温，以获取当前时刻，制冷机出水口的当前水温；而目标水温和目标过热度可由上位机提供。
40.s120、根据当前水温和目标水温，获取电子膨胀阀的第一开度；以及根据当前冷媒温度、当前冷媒压力以及目标过热度，获取电子膨胀阀的第二开度。
41.其中，电子膨胀阀的开度越大，冷媒的流量越大，制冷效果越好；但是，电子膨胀阀的开度过大时，会造成冷媒的浪费。过热度，即制冷循环中相同蒸发压力下冷媒的过热温度与饱和温度之差，而饱和温度可以根据蒸发压力查询可得；制冷剂蒸发的过程中吸收环境热量使得环境的温度降低，即过热度越大，制冷剂的制冷效果越好。
42.具体的，当所获取的当前水温与目标水温具有差异时，需要控制电子膨胀阀的开度，以使当前水温能够与目标水温相当，由此可根据当前水温和目标水温，获得电子膨胀阀的第一开度；同时，当前冷媒温度和当前冷媒压力所反映的当前过热度与目标过热度存在差异时，需要控制电子膨胀阀的开度，以使当前过热度能够与目标过热度相当，由此可根据当前冷媒温度、当前冷媒压力和目标过热度，获得电子膨胀阀的第二开度。
43.s130、以第一开度的比例系数为k以及第二开度的比例系数为1-k，计算电子膨胀阀的目标开度；
44.s140、根据目标开度，控制电子膨胀阀的阀芯运行至目标开度对应的位置。
45.具体的，根据水温获得的第一开度与根据过热度获得的第二开度可能为不同的开度，在对电子膨胀阀进行控制时，可结合该第一开度和第二开度，计算出电子膨胀阀的目标开度。其中，目标开度exv_step的具体计算公式可以为：
46.exv_step＝k
×
exv_step1+(1-k)
×
exv_step2
47.其中，exv_step1为第一开度；exv_step2为第二开度；k为比例系数，0＜k＜1，且k可根据实际需要进行选定。由此，结合由水温所获得的第一开度和由过热度所获得的第二
开度计算得到的目标开度，以在根据该目标开度控制电子膨胀阀的阀芯运行至目标开度所对应的位置时，能够提高对该电子膨胀阀的开度控制的准确性。
48.本发明实施例通过将根据当前水温和目标水温，确定电子膨胀阀的第一开度与根据当前冷媒温度、当前冷媒压力以及目标过热度，确定电子膨胀阀的第二开度以一定的比例结合，计算出电子膨胀阀的目标开度，即综合考虑水温和过热度的情况获得电子膨胀阀的目标开度，能够提高电子膨胀阀的开度控制的准确性和实时性，从而有利于提高电子膨胀阀的智能化程度。
49.可选的，第一开度和第二开度可采用pid控制器进行计算获得。图4是本发明实施例提供的又一种电子膨胀阀的控制方法的流程示意图。如图4所示，该电子膨胀阀的控制方法包括：
50.s210、实时获取制冷机出水口的当前水温、电子膨胀阀进口的当前冷媒温度和当前冷媒压力、以及目标水温和目标过热度。
51.s220、获取pid控制算法的比例系数、微分系数和积分系数。
52.s230、根据当前水温、所述目标水温、以及pid控制算法的比例系数、微分系数和积分系数，采用pid控制算法计算电子膨胀阀的第一开度；以及根据当前冷媒温度和当前冷媒压力，确定当前过热度，并根据当前过热度、目标过热度以及pid控制算法的比例系数、微分系数和积分系数，采用pid控制算法计算所述电子膨胀阀的第二开度。
53.s240、以第一开度的比例系数为k以及第二开度的比例系数为1-k，计算电子膨胀阀的目标开度。
54.s250、根据目标开度，控制电子膨胀阀的阀芯运行至目标开度对应的位置。
55.具体的，如图5所示，目标温度、目标过热度以及pid控制算法的比例系数kp、微分系数kd和积分系数ki均由上位机提供。示例性的，可通过lin总线获取上位机提供的目标温度、目标过热度以及pid控制算法的比例系数kp、微分系数kd和积分系数ki。此时，可由目标温度和制冷机出水口的当前温度通过pid控制算法确定电子膨胀阀阀芯的目标位置，即电子膨胀阀的第一开度；同时，由电子膨胀阀进口的当前冷媒温度和当前冷媒压力获得当前过热度，并由当前过热度和目标过热度通过pid控制算法确定电子膨胀阀阀芯的目标位置，即电子膨胀阀的第一开度；结合第一开度和第二开度计算出电子膨胀阀的目标开度，并根据该目标开度控制驱动电机运行，以驱动电子膨胀阀阀芯运行至目标开度所对应的位置。如此，综合考虑温度和过热度的情况获得电子膨胀阀的目标开度，能够提高电子膨胀阀的开度控制的准确性和实时性，从而有利于提高电子膨胀阀的智能化程度。
56.可选的，在计算电子膨胀阀的目标开度的同时，还可以实时监测当前过热度，并在当前过热度超出过热度预设范围时，可发送过热度异常信息至上位机，以使上位机能够及时获知电子膨胀阀的运行情况，从而能够及时获知电子膨胀阀的故障情况，及时应对。
57.在本发明实施例中，电子膨胀阀的故障情况，不限于上述过热度异常，还包括冷媒异常、水温异常、传感器异常、电源异常和电机异常等，其均会影响电子膨胀阀的运行，从而影响制冷效果。
58.可选的，当当前冷媒温度和/或当前冷媒压力为异常值时，发送冷媒异常信息至上位机；和/或，当当前水温为异常值时，发送水温异常信息至上位机。如此，可通过当前冷媒温度和当前冷媒压力，使上位机及时获得当前冷媒和/或冷媒检测传感器的异常情况，以及
通过当前水温，使上位机及时获得当前水温和/或水温检测传感器的异常情况，从而能根据故障情况及时应对，进一步提高电子膨胀阀的控制准确性和实时性。
59.可选的，通过实时获取电子膨胀阀的输入电源信号，以判断电源信号是否超出额定电源范围，并在电子膨胀阀的输入电源信号未在额定电源范围内时，发送电源异常信息至上位机。如此，能够使上位机及时获得电源的异常情况，从而能根据故障情况及时应对，进一步提高电子膨胀阀的控制准确性和实时性。
60.可选的，通过实时采集电子膨胀阀中驱动电机的线圈上的电信号，以判断该驱动电机的线圈上的电信号是否在电机运转电信号范围内，并在驱动电机的线圈上的电信号未在电机运转电信号范围内时，发送线圈异常信息至上位机。如此，能够使上位机及时获得驱动电机的异常情况，从而能根据故障情况及时应对，进一步提高电子膨胀阀的控制准确性和实时性。
61.基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种电子膨胀阀的控制装置，用于控制本发明实施例提供的电子膨胀阀的开度。本发明实施例提供的电子膨胀阀的控制装置能够执行本发明实施例提供的电子膨胀阀的控制方法，该电子膨胀阀的控制装置可由软件和/或硬件组成，该电子膨胀阀的控制装置可集成于电子膨胀阀内部的微处理器中。图6是本发明实施例提供的一种电子膨胀阀的控制装置的结构框图。如图6所示，该电子膨胀阀的控制装置包括温度压力获取模块61、开度获取模块62、目标开度计算模块63和阀芯控制模块64。
62.其中，温度压力获取模块61用于实时获取制冷机出水口的当前水温、电子膨胀阀进口的当前冷媒温度和当前冷媒压力、以及目标水温和目标过热度；开度获取模块62用于根据当前水温和目标水温，获取电子膨胀阀的第一开度，以及根据当前冷媒温度、当前冷媒压力以及目标过热度，获取电子膨胀阀的第二开度；目标开度计算模块63用于以第一开度的比例系数为k以及第二开度的比例系数为1-k，计算电子膨胀阀的目标开度；其中，0＜k＜1；阀芯控制模块64用于根据目标开度，控制电子膨胀阀的阀芯运行至目标开度对应的位置。
63.本发明实施例通过集成于电子膨胀阀中的微处理器40根据各传感器反馈的信息以及上位机提供的目标温度和目标过热度，即可对电子膨胀阀100的开度进行控制，提高了电子膨胀阀100的智能程度，减少了上位机200的工作量，提高了电子膨胀阀的开度控制的实时性和准确性；同时，通过将根据水温获得的第一开度和根据过热度获得的第二开度以一定的比例结合计算目标开度，能够综合考虑水温和过热度的情况获得电子膨胀阀的目标开度，从而进一步提高电子膨胀阀的开度控制的准确性。
64.可选的，开度获取模块62具体用于获取pid控制算法的比例系数、微分系数和积分系数；根据当前水温、目标水温、以及pid控制算法的比例系数、微分系数和积分系数，采用pid控制算法计算所述电子膨胀阀的第一开度。
65.可选的，开度获取模块62还用于获取pid控制算法的比例系数、微分系数和积分系数；根据＝当前冷媒温度和＝当前冷媒压力，确定当前过热度；根据＝当前过热度＝目标过热度以及pid控制算法的比例系数、微分系数和积分系数，采用＝pid控制算法计算＝电子膨胀阀的第二开度。
66.可选的，电子膨胀阀的控制装置还包括异常信息发送模块；该异常信息发送模块用于当当前过热度超出过热度预设范围时，发送过热度异常信息至上位机。
67.可选的，异常信息发送模块还用于当当前冷媒温度和/或当前冷媒压力为异常值时，发送冷媒异常信息至上位机；和/或，当当前水温为异常值时，发送水温异常信息至上位机。
68.可选的，异常信息发送模块还用于实时获取电子膨胀阀的输入电源信号；当电子膨胀阀的输入电源信号未在额定电源范围内时，发送电源异常信息至上位机。
69.本发明实施例提供的电子膨胀阀的控制装置可执行本发明任意实施例提供的电子膨胀阀的控制方法，具备执行电子膨胀阀的控制方法相应的功能模块和有益效果。
70.注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。