專利名稱：數(shù)字式閥門驅(qū)動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通用閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)，特別是一種采用數(shù)字電路控制閥門驅(qū)動的裝置。
1988年6月8日公告的實(shí)用新型專利“閥門電腦電動裝置”(CN87214208U)是一種采用微機(jī)為控制核心，按照行程傳感器和力矩傳感器送出的信息，實(shí)現(xiàn)閥門的開啟、關(guān)閉及停止的裝置。該裝置采用無觸點(diǎn)傳感器來獲得結(jié)構(gòu)簡單的閥門驅(qū)動裝置。然而，該裝置尚存一些缺陷，主要有它缺少行程方向傳感器，不能在驅(qū)動裝置的各種工作狀態(tài)下(如，自動、點(diǎn)動狀態(tài))顯示閥門開度的真實(shí)數(shù)值;該裝置中只有一個力矩傳感器，只能在開(關(guān))過程中保護(hù)閥門在某一運(yùn)動方向上的力矩過載，不能滿足實(shí)際需要;另外，該裝置沒有位置傳感裝置，不能利用真實(shí)的位置信息在驅(qū)動裝置的各種運(yùn)行情況下(如，閥門受阻時)及時修正顯示誤差。
本發(fā)明的目的在于改善先有技術(shù)中存在的缺陷，提供一種顯示精確的、具有雙向過力矩保護(hù)并適應(yīng)各種工作狀態(tài)的閥門驅(qū)動裝置。
本發(fā)明的目的是通過以下方式實(shí)現(xiàn)的該數(shù)字式閥門驅(qū)動裝置包括電機(jī)，連接于電機(jī)的減速裝置蝸輪和蝸桿，與蝸輪連接的輸出軸，與蝸桿相連的力矩傳感裝置，與輸出軸相連的行程傳感裝置，及控制電路，它還包括與輸出軸相連的方向傳感裝置和位置傳感裝置，控制電路為一個具有分別與方向傳感裝置和位置傳感裝置相連接的輸入端和控制電機(jī)的輸出端的，并在方向傳感裝置和位置傳感裝置輸出信號時控制電機(jī)運(yùn)動狀態(tài)的電路。
該驅(qū)動裝置的位置傳感裝置和方向傳感裝置還可安裝于蝸桿上。
該驅(qū)動裝置的位置傳感裝置和方向傳感裝置均由帶標(biāo)跡的圓盤及傳感器組成，用于方向傳感的傳感器至少由兩個傳感器組成。
該驅(qū)動裝置的控制電路由計(jì)數(shù)器，方向判別邏輯電路，比較器和控制邏輯電路構(gòu)成，方向傳感裝置的輸出連接于方向判別邏輯電路的輸入，計(jì)數(shù)器具有至少兩個輸入端，其一與方向判別邏輯電路的輸出連接，另一端與行程傳感裝置的輸出連接，計(jì)數(shù)器的輸出與比較器的輸入相連，控制邏輯電路具有分別與比較器、位置傳感裝置和力矩傳感裝置的輸出相連接的輸入端，用于控制電機(jī)開/關(guān)的輸入端和一個與電機(jī)相連接的輸出端。
該驅(qū)動裝置的比較器的輸出為開到位信號，位置傳感裝置的輸出為關(guān)到位信號，力矩傳感裝置具有兩輸出端，其一的輸出為開過力矩信號，另一個的輸出為關(guān)過力矩信號，控制邏輯電路為一個在收到開到位信號和開過力矩信號之一時輸出停和關(guān)信號之一以控制電機(jī)以及在收到關(guān)到位信號和關(guān)過力矩信號之一時輸出停和開信號之一以控制電機(jī)的邏輯電路。
該驅(qū)動裝置的力矩傳感裝置具有用于傳感閥門開和關(guān)兩方向上力矩的傳感器，其輸出分別與控制邏輯電路的輸入端相連接。
該驅(qū)動裝置的計(jì)數(shù)器還有一個與位置傳感裝置輸出相連接的輸入端，用于將位置傳感裝置輸出的信號設(shè)置到計(jì)數(shù)器中去。
該驅(qū)動裝置的比較器還有一個輸入中間閥位數(shù)值信號的輸入端。
本發(fā)明說明書


如下圖1為本發(fā)明閥門驅(qū)動裝置的機(jī)械原理圖;
圖2為本發(fā)明行程傳感裝置的俯視圖;
圖3為本發(fā)明方向傳感裝置的俯視圖;
圖4為本發(fā)明行程和方向傳感裝置的側(cè)視圖;
圖5為本發(fā)明力矩傳感裝置的機(jī)械原理圖;
圖6為本發(fā)明左力矩傳感器的俯視圖;
圖7為本發(fā)明右力矩傳感器的俯視圖;
圖8為本發(fā)明用于轉(zhuǎn)動軸的位置傳感裝置的原理圖;
圖9為本發(fā)明用于轉(zhuǎn)動軸的位置傳感裝置的俯視圖;
圖10為本發(fā)明閥門驅(qū)動裝置的控制電路原理框圖;
圖11為本發(fā)明方向傳感裝置輸出的正轉(zhuǎn)(反轉(zhuǎn))脈沖序列圖;
圖12為本發(fā)明方向傳感裝置輸出的反轉(zhuǎn)(正轉(zhuǎn))脈沖序列圖;
圖13為本發(fā)明直線運(yùn)動軸或桿的方向和行程傳感裝置原理圖;
圖14為本發(fā)明直線運(yùn)動軸或桿的方向和行程傳感裝置俯視圖;
圖15為本發(fā)明直線運(yùn)動軸或桿的位置傳感裝置原理圖;
圖16為本發(fā)明使用兩個傳感器的方向傳感裝置原理圖;
圖17為本發(fā)明使用兩個傳感器的方向傳感裝置輸出的脈沖序列圖。
本發(fā)明的閥門驅(qū)動裝置的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，用于驅(qū)動閥門的電機(jī)1(也可用其它方式驅(qū)動)通過花鍵2與蝸桿5相接。蝸桿5和蝸輪6配合形成一級減速器(該減速器可以是多級減速器)。蝸桿5的另一端和力矩傳感裝置7相接。蝸輪6與輸出軸10相接，該軸與閥門12相連，用以控制閥門運(yùn)動，同時，該軸上還安裝著用于測量閥門開度的行程傳感裝置8，用于傳感閥門運(yùn)動方向的方向傳感裝置9，以及用于傳感閥門所在位置的位置傳感裝置11。傳感裝置8、9、11還可以安置在蝸桿5上。所有的軸通過與外箱體固聯(lián)的軸3來定位。
行程傳感裝置8見圖2，它由圓盤14和傳感器15組成。該傳感器和將在下面敘述的傳感器均是不接觸傳感器，可使用光電式的，磁電式的;外形為槽式，反射式的，等等。圓盤14固聯(lián)在輸出軸10上，盤上有傳感器可識別的標(biāo)跡，如穿孔，黑色點(diǎn)等，它們分為兩排，沿盤圓周均勻分布，分別用于正反方向傳感。傳感器15與這些標(biāo)跡的半徑位置對準(zhǔn)。當(dāng)圓盤轉(zhuǎn)動時，傳感器15將輸出脈沖信號。
方向傳感裝置9見圖3，它由圓盤13，傳感器16、17、18組成。圓盤13固聯(lián)在軸10上，三組不同半徑且不同數(shù)碼的標(biāo)跡被標(biāo)在圓盤13上。傳感器16、17、18分別對準(zhǔn)在這三組標(biāo)跡的半徑位置上。
圖4為行程傳感裝置8、方向傳感裝置9的側(cè)視圖。
力矩傳感裝置7見圖5，它用于控制閥門在開和關(guān)過程中的兩個方向的過力矩。在蝸桿5上依次設(shè)有左方向力矩測量尺19、擋塊21、擋塊32和右力矩測量尺30。左方向傳感器20和右方向傳感器31分別套在測量尺19和30上。右方向力矩控制彈簧24、左方向力矩控制彈簧27套在蝸桿5上，它們分別通過擋片23和擋片24抵壓在擋塊21和擋塊32上。
蝸桿5在閥門受到阻力而產(chǎn)生向左(可設(shè)為開方向)移動的趨勢時，彈簧27將通過擋片28、擋塊32傳遞一個阻止這一移動的力，但當(dāng)閥門受到很大阻力進(jìn)而使蝸桿5向左移動的力足夠克服彈簧27的彈力時，蝸桿5將向左移動，從而傳感器20將讀到測量尺19上的標(biāo)跡而輸出脈沖信號。力矩傳感裝置7傳感右方向(設(shè)為關(guān)方向)過力矩的原理與上述的相同。擋片23、擋塊21和彈簧24用于提供阻止蝸桿5右移的力。由于在該傳感裝置中使用了兩個彈簧，因而可選用不同彈力的彈簧，以根據(jù)需要分別限定閥門開和關(guān)過程中的過力矩極限。
圖6、圖7分別為左、右方向的力矩測量尺和與之對應(yīng)的傳器的視圖。
圖8、圖9分別為位置傳感裝置11的原理圖和俯視圖。它由圓盤33和傳感器34組成。圓盤固聯(lián)在輸出軸10上，在該圓盤上套有傳感器34，在圓盤33上有傳感器可識別的標(biāo)跡，如黑道，開口，等等。
圖10為本發(fā)明的閥門驅(qū)動裝置控制電路4的電路框圖。當(dāng)電機(jī)1轉(zhuǎn)動時，帶動方向傳感裝置9和行程傳感裝置8的圓盤13、14轉(zhuǎn)動。方向傳感裝置9中的三個傳感器16、17、18輸出脈沖序列信號D1、D2、D3，見圖11和圖12，它們分別表示電機(jī)兩個不同轉(zhuǎn)向時的方向脈沖序列信號。該信號進(jìn)入方向判別邏輯電路36與事先設(shè)置在該電路中的判別邏輯(與圖11和圖12的脈沖序列相同)相比較，當(dāng)與圖11所述的序列相同時，邏輯電路36輸出高電平，當(dāng)與圖12所示的相同時，邏輯電路36輸出低電平。該信號送入計(jì)數(shù)器37的正/反向計(jì)數(shù)端，控制它的正/反向計(jì)數(shù)狀態(tài)。
計(jì)數(shù)器37對行程傳感裝置8中的傳感器15發(fā)出的脈沖串進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而測出閥門開度值，該值被送到顯示器40加以顯示。
行程予置信號送入計(jì)數(shù)器37的分頻比予置端，以控制計(jì)數(shù)器37的分頻比，使閥門的最大開度(行程)等于顯示器的滿量程。如，顯示器滿量程為100、閥門的最大行程對應(yīng)1000個脈沖時，則分頻比為10。
開度值和中間閥位予置信號均被送入比較器41，當(dāng)二者相同時，就發(fā)出開到位信號。
開到位信號和位置傳感裝置11發(fā)出的關(guān)到位信號送入控制邏輯電路38，以限定閥門的上、下運(yùn)動范圍限。
力矩傳感裝置7在閥門受到開過力矩和關(guān)過力矩作用時，分別由二根線發(fā)出開、關(guān)過力矩信號。該信號送入控制邏輯電路38，以限定開和關(guān)過程的過力矩上限。
手動開、關(guān)信號也送入控制邏輯電路38作為閥門開、關(guān)動作的操縱信號。
控制邏輯電路38的邏輯功能為開到位信號和開過力矩信號有一個出現(xiàn)時，控制邏輯電路38對電機(jī)1發(fā)出停信號或關(guān)信號。關(guān)到位信號和關(guān)過力矩信號有一個出現(xiàn)時，控制邏輯電路38對電機(jī)1發(fā)出停信號或開信號。上述控制電機(jī)1的開(關(guān))信號只有在手動開關(guān)處于開(關(guān))狀態(tài)時才有效。
位置傳感裝置11發(fā)出到位信號時，送給計(jì)數(shù)器37的復(fù)位端使之復(fù)位，同時顯示器40顯示零，用以修正顯示誤差。這是將位置傳感裝置11設(shè)置在閥門完全關(guān)閉時的情況。還可以將位置傳感裝置11設(shè)置在閥門的某一位置，使其在運(yùn)動到這一位置時停止下來，在這種情況下，用于修正顯示誤差的信號將是一個與該閥門位置相對應(yīng)的數(shù)字，該信號可通過一個數(shù)字電路送到計(jì)數(shù)器37中，由位置傳感裝置11來啟動這個數(shù)字電路工作。
控制邏輯電路38的輸出信號為高電平、零電平和低電平，送給可控硅組以分別控制電機(jī)1的正轉(zhuǎn)、停止和反轉(zhuǎn)。
上述結(jié)構(gòu)形式的行程傳感裝置、方向傳感裝置和位置傳感裝置適用于轉(zhuǎn)動式的軸，對于直線運(yùn)動的軸或桿傳感裝置可采用以下的形式。
如圖13、圖14所示，在輸出軸10上設(shè)置傳感器可識別的4組編碼標(biāo)跡(如黑道、凹印等)以及4個設(shè)置在同一橫向位置上的傳感器15、16、17、18，以用于行程和方向傳感。
如圖15所示，在輸出軸10上標(biāo)上傳感器可識別的標(biāo)跡，在該標(biāo)跡的位置設(shè)置傳感器34，用于位置傳感。
方向傳感裝置9也可只采用兩個傳感器，傳感器識別標(biāo)跡的編碼方式如圖16所示，當(dāng)輸出軸10運(yùn)動時，傳感器16、17輸出的脈沖序列D1、D2如圖17所示。相應(yīng)地，在控制電路4中的方向判別邏輯電路中，所設(shè)置的判別邏輯是圖17所示的脈沖序列。
雖然本發(fā)明的控制電路4是采用數(shù)字邏輯電路構(gòu)成的，然而顯然也可使用微機(jī)技術(shù)，特別是單片機(jī)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的控制電路功能。
本發(fā)明適用于蝶閥、閘閥、調(diào)節(jié)閥，等等。
本發(fā)明的數(shù)字式閥門驅(qū)動裝置具有如下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明的驅(qū)動裝置能顯示閥門開度的精確數(shù)值。精度能優(yōu)于千分之一。
手動操縱閥門時，該系統(tǒng)仍能顯示閥門的開度值。
該驅(qū)動裝置在閥門開和關(guān)過程中，具有雙向過力矩保護(hù)功能。能在調(diào)試和正常工作中對閥門及驅(qū)動裝置全面保護(hù)。
開度顯示誤差可以被及時而且是自動地修正。
在閥門，或者驅(qū)動裝置發(fā)生故障之后，重新啟動該驅(qū)動裝置而無須人工調(diào)整，它可以自動轉(zhuǎn)入正常工作狀態(tài)。
它能夠靈活、快速地予置和調(diào)節(jié)中間閥位。予置精度和顯示精度處于同等數(shù)量級。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)字式閥門驅(qū)動裝置，包括電機(jī)(1)，連接于電機(jī)(1)的減速裝置蝸輪(6)和蝸桿(5)，與蝸輪(6)連接的輸出軸(10)，與蝸桿(5)相連的力矩傳感裝置(7)，與輸出軸(10)相連的行程傳感裝置(8)，及控制電路(4)，其特征在于該驅(qū)動裝置還包括與所述輸出軸(10)相連的方向傳感裝置(9)和位置傳感裝置(11)，所述控制電路(4)為一個具有分別與所述方向傳感裝置(9)和位置傳感裝置(11)相連接的輸入端和控制所述電機(jī)(1)的輸出端的，并在所述方向傳感裝置(9)和位置傳感裝置(11)輸出信號時控制電機(jī)(1)運(yùn)動狀態(tài)的電路。
2.如權(quán)利要求1的驅(qū)動裝置，其特征在于所述的位置傳感裝置(11)和方向傳感裝置(9)還可安裝于蝸桿(5)上。
3.如權(quán)利要求2的驅(qū)動裝置，其特征在于所述的位置傳感裝置(11)和方向傳感裝置(9)均由帶標(biāo)跡的圓盤及傳感器組成，用于方向傳感的傳感器至少由兩個傳感器(16)，(17)組成。
4.如權(quán)利要求3的驅(qū)動裝置，其特征在于所述控制電路(4)由計(jì)數(shù)器(37)，方向判別邏輯電路(36)，比較器(41)和控制邏輯電路(38)構(gòu)成，所述的方向傳感裝置(9)的輸出連接于所述方向判別邏輯電路(36)的輸入，，所述計(jì)數(shù)器(37)具有至少兩個輸入端，其一與所述方向判別邏輯電路(36)的輸出連接，另一端與所述行程傳感裝置(8)的輸出連接，所述計(jì)數(shù)器(37)的輸出與所述比較器(41)的輸入相連，所述控制邏輯電路(38)具有分別與所述比較器(41)、所述位置傳感裝置(11)和所述力矩傳感裝置(7)的輸出相連接的輸入端，用于控制所述電機(jī)(1)開/關(guān)的輸入端和一個與所述電機(jī)(1)相連接的輸出端。
5.如權(quán)利要求4的驅(qū)動裝置，其特征在于所述比較器(41)的輸出為開到位信號，所述位置傳感裝置(11)的輸出為關(guān)到位信號，所述力矩傳感裝置(7)具有兩個輸出端，其一的輸出為開過力矩信號，另一個的輸出為關(guān)過力矩信號，所述控制邏輯電路(38)為一個在收到開到位信號和開過力矩信號之一時輸出停和關(guān)信號之一以控制所述電機(jī)(1)以及在收到關(guān)到位信號和關(guān)過力矩信號之一時輸出停和開信號之一以控制所述電機(jī)(1)的邏輯電路。
6.如權(quán)利要求5的驅(qū)動裝置，其特征在于所述的力矩傳感裝置(7)具有用于傳感閥門開和關(guān)兩方向上力矩的傳感器(20)、(31)，其輸出分別與所述控制邏輯電路(38)的輸入端相連接。
7.如權(quán)利要求6的驅(qū)動裝置，其特征在于所述計(jì)數(shù)器(37)還有一個與所述位置傳感裝置(11)輸出相連接的輸入端，用于將所述位置傳感裝置(11)輸出的信號設(shè)置到所述計(jì)數(shù)器(37)中去。
8.如權(quán)利要求7的驅(qū)動裝置，其特征在于所述比較器(41)還有一個輸入中間閥位數(shù)值信號的輸入端。
全文摘要
本發(fā)明的數(shù)字式閥門驅(qū)動裝置設(shè)有采用不接觸傳感器構(gòu)成的方向傳感裝置8、行程傳感裝置9、位置傳感裝置11及雙向的力矩傳感裝置7，通過這些傳感裝置對閥門的行程、閥位、運(yùn)動方向及力矩狀態(tài)進(jìn)行傳感，通過由數(shù)字電路構(gòu)成的控制電路4對用于閥門驅(qū)動的電機(jī)1加以控制。該驅(qū)動裝置在電動或手動操縱閥門時均能精確顯示閥門開度值，它具有雙向過載力保護(hù)功能，且開度顯示誤差可以自動修正。
文檔編號G05B1/03GK1057514SQ9010428
公開日1992年1月1日 申請日期1990年6月18日 優(yōu)先權(quán)日1990年6月18日
發(fā)明者鄭正, 郭振興, 張希誠 申請人:鄭正, 郭振興, 張希誠