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仪器精度理论-7.2二级串联闭环稳压气源技术

来源:  | 作者: | 更新时间:2019年11月21日 18:01 | 阅读:

7.2二级串联闭环稳压气源技术

主讲人:禹静

仪用高准确度二级串联闭环稳压气源

1. 仪用高准确度二级串联闭环稳压气源系统组成及工作原理

随着气动系统的广泛应用,高精度气体压力信号的产生与控制技术日渐成熟,气压伺服系统的结构也较为固定,现有的气压伺服系统难以达到高精度的实时控制,因此提出了“双气罐结构”,即通过双循环控制,减小气压波动。系统的双闭环控制原理图如图7-28所示。

图7-23  系统控制原理图

仪用高准确度二级串联闭环稳压气源的作用是产生一个可供仪器设备使用的精度高、响应快、稳定性好的气体压力信号。根据课题组现有条件,空气压缩机最大输出气压为0.8MPa,压缩机所在泵房距离实验设备所在地距离较远且管路较为复杂,管道中的压力损耗使得压缩空气传送到设备所在地时气压约为0.6MPa,因此需加入精密调压阀和空气增压泵将源头压力值增加到一个确定数值。由于气体在压缩过程中其压力值呈较大非线性状态,加之增压泵工作过程中的排气和放气对气压影响较大,若仅采用一个闭环控制回路,即使采用较大的储气罐,也难以消除前端供气系统和增压设备工作时对气体压力产生的波动。本文设计的气压源系统将两个闭环反馈控制环节串联,控制回路1可将压力稳定在一个较高数值上,并为后续回路提供足够的用气量;控制回路2则可根据需要目标压力值对气压进行调节并输出信号平稳的压缩空气。两个系统独立完成相应的控制工作,减少计算机的工作量,完成对气压的准确调节。整个系统分为气体净化、气压加载和软件控制三个部分,通过实时压力反馈和控制器动作达到控制气压的目的。系统的工作原理如下:假设系统开始处于平衡状态,若设定目标压力值小于储气罐内气体实测压力值,计算机控制器输出相应电信号并输出给伺服阀,使得伺服阀阀芯向排气方向运动,储气罐内气体排出,导致其内部气体压力减小,压力反馈电信随之减小,最终与设定目标压力值偏差趋于零。反之,如果设定目标压力值大于储气罐内气体实测压力值,计算机控制器输出电信号使伺服阀阀芯向进气方向运动,气源向储气罐充气,导致其内部气体压力增大,压力反馈信号也增大,最终偏差减小并趋于零。由于气体始终处于流动状态,所以该系统是对储气罐中气体压力的连续调节,或者说储气罐内气体压力实时跟踪设定的目标压力值。

2.  二级串联闭环稳压气源系统组成的研究

高准确度二级串联闭环稳压气源实际上是两个串联密闭气腔各自实现控制的伺服系统,建立的系统的气路图,如图7-32所示。

元件图2

图7-32  高准确度二级串联闭环稳压气源的系统气路图

由图7-32可看出,稳压气源控制系统包括两个控制回路。工作时,气源供给装置提供0.6MPa左右的压缩空气,经油水分离器和空气干燥机的作用后滤除水、油雾、灰尘等杂质,然后经过标准方向控制阀1进入储气罐1。气压传感器1通过螺纹连接安装在储气罐1的引压口上,其敏感元件与储气罐内压缩空气相通,可实时检测储气罐内部的压力信号变化。压力传感器1的信号输出端与数据采集卡的输入端相连,将模拟压力信号输入给计算机。计算机将实测压力信号与设定目标值进行比较,计算出两者之间的偏差,按照一定的控制规律计算出所需控制量后,转化为模拟控制信号并由数据采集卡的输出端发送至标准方向控制阀的信号输入端。这样实现了储气罐1中的压缩空气气压大小的连续控制,控制回路2则是同样的工作原理。系统末端连接第三支气压传感器,用于监测系统气路出口处的气压,之后连接两个球阀,通过球阀7可直接输出稳定压力的压缩空气,通过球阀8则可在给供气设备使用前实现其流量的测量。

 


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