一种气体流量的比例阀可控电流源驱动系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种气体流量的比例阀可控电流源驱动系统，第一级采用数模转换器产生模拟控制信号，第二级采用负反馈放大器产生恒流源，第三级通过恒流源驱动比例阀输出固定气体流量，第四级采用流量传感器和模数转换器组成的气体流量采集电路，采集比例阀输出气体的实际流量值并馈送到主控器，经PID数字算法及时调整数字信号值，进而调整恒流源值，最终使得气体流量实际值与气体流量设定值相同。本实用新型专利技术的有益效果是通过负反馈形成精密恒流源驱动比例阀输出固定的气体流量，再经气体流量采集电路将采集到的气体实际流量值送到主控器，主控器把实际流量值与设定流量值比较，经PID数字算法及时调整数字输出信号值来稳定输出气体流量，输出的气体流量具有精度可调，调整速度快等优点。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及气体流量控制领域，尤其是涉及一种气体流量的比例阀驱动系统。
技术介绍
气体流量的控制通常是利用调节比例阀两端的电压值来控制输出的气体流量，但是一般情况下，比例阀的驱动电流较大，于是电源电压稳定性变差，因而比例阀两端的电压受电源电压的波动影响较大，最终输出气体流量的精度受到供电电源稳定性的限制。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术的不足，为了提高输出气体流量的精度，提供一种气体流量的比例阀可控电流源驱动系统。为达到上述技术目的，提供一种气体流量的比例阀可控电流源驱动系统，包括四级电路结构，第一级为模拟信号电路，主控器U4通过第一连接器J1连接数模转换器U1产生模拟控制信号；第二级为恒流源电路，采用负反馈放大电路产生恒流源，第一级输出的模拟信号输送到第二级电路输出数控恒流源；第三级为输出电路，包括比例阀U5，第二级输出的恒定电流驱动比例阀输出固定气体流量；第四级为气体流量采集电路，由流量传感器U6和模数转换器U3组成，采集第三级比例阀实际输出的气体的流量，并将采集到的流量信号反馈给主控器U4，主控器U4将实际输出流量与预设流量进行比较，进而调整数字信号值输出来调整恒流源值。优选的，所述的第一级中，主控器U4以SPI接口形式通过第一连接器J1和数模转换器U1输出模拟信号到第二级；所述的第二级中，由第一集成运算放大器U2A、场效应功率管Q1及第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第九电容C9、第十二电容C12和第十三电容C13组成，其中第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3及场效应管Q1组成负反馈支路；所述的第三级中，第三连接器J3连接比例阀U5，场效应功率管Q1输出恒定电流驱动比例阀输出固定气体流量；所述的第四级中，第四连接器J4连接流量传感器U6，流量传感器U6输出信号经模数转换器U3以SPI接口形式通过第一连接器J1馈送到主控器U4。优选的，所述的数模转换器U1为12位数模转换器。优选的，所述的模数转换器U3为12位模数转换器。本技术的气体流量的比例阀可控电流源驱动系统，采用数字信号控制产生精密电流源来驱动比例阀输出气体固定流量值。第一级输入端采用12位数模转换器产生模拟控制信号，第二级采用集成运算放大器和场效应功率管为主要元件组成的负反馈放大器产生恒流源，第三级采用恒流源驱动比例阀输出固定气体流量，第四级采用流量传感器和12位模数转换器组成的气体流量采集电路，采集比例阀输出气体的实际流量值并馈送到主控器，主控器将气体流量的实际值与设定值进行比较，经PID数字算法及时调整数字信号值，进而调整恒流源值，最终使气体流量实际值与气体流量设定值相同。所述比例阀驱动电路采用数控恒流源结构。如果仪器设备中含有多路气体流量控制，其每路气体流量控制部分均采用类似比例阀可控电流源驱动系统。本技术的有益效果是通过负反馈形成精密恒流源驱动比例阀输出固定的气体流量，再经气体流量采集电路将采集到的气体实际流量值馈送到主控器，主控器把流量实际值与设定值进行比较，经PID数字算法及时调整数字输出信号来稳定输出气体流量，输出的气体流量具有精度可调，调整速度快等优点。附图说明图1为
技术介绍
中传统的气体流量的比例阀电压源驱动部分结构示意图；图2为一种气体流量的比例阀可控电流源驱动系统结构示意图；图3为PID控制系统原理结构示意图；图4为气体流量的比例阀可控电流源驱动系统的PCB线路板顶层结构示意图；具体实施方式以下结合附图和具体实施例，对本技术做进一步说明。根据图2至图4所示的气体流量的比例阀可控电流源驱动系统，包括四级电路结构，第一级为模拟信号电路，主控器U4通过连接数模转换器U1产生模拟控制信号；第二级为恒流源电路，采用负反馈放大电路产生恒流源，第一级输出的模拟信号输送到第二级电路输出数控恒流源；第三级为输出电路，包括比例阀U5，第二级输出的恒流源驱动比例阀U5输出固定气体流量；第四级为气体流量采集电路，由流量传感器U6和模数转换器U3组成，采集第三级比例阀U5实际输出的气体的流量，并将采集到的流量信号反馈给主控器U4，主控器U4将实际输出流量与预设流量进行比较，进而调整数字输出信号值来调整恒流源值。比例阀驱动电路采用数控恒流源结构，第一级采用12位数模转换器U1产生模拟控制信号，第二级采用集成运算放大器和场效应功率管为主要元件组成的负反馈放大器产生恒流源，第三级采用恒流源驱动比例阀U5输出固定气体流量，第四级采用流量传感器U6和12位模数转换器U3组成的气体流量采集电路，采集比例阀输出气体的实际流量值并馈送到主控器U4，主控器U4将气体流量的实际值与设定值进行比较，经PID数字算法及时调整数字信号值，进而调整恒流源值，最终使得气体流量实际值与设定值相同。参见图2，本部分为气体流量的比例阀可控电流源驱动电路，电路原理分析如下：在第一级(输入端)，主控器U4以SPI接口形式通过第一连接器J1和数模转换器U1输出模拟信号UDA送到恒流源电路。下面分析一下如何实现恒流源：在第二级，第一集成放大器U2A、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4及场效应管Q1(NMOS:30N02)组成恒流源，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3及场效应管Q1组成负反馈支路，以稳定恒流源，恒流源电流Iconstant＝UDA/R2(UDA为数模转换器的输出模拟电压)，其中第二电阻R2选精密电阻，由于UDA的大小受主控器控制，所以电流Iconstant为数控恒流源。在第三级，第三连接器J3外接比例阀U5，数控稳恒电流Iconstant通过NMOS管Q1为比例阀U5供电。第一二极管D1的作用是为比例阀U5提供续流通路,当场效应管Q1由导通转变到截止时，由于比例阀中的初始电流Iinitial≠0,且比例阀内部为线圈结构，线圈含有电感成分，而电感中的电流不能突变，Iinitial可通过第一二极管D1泄放掉，以免比例阀两端由于自感而产生瞬时高压与电源电压一起同向叠加施加在NMOS管Q1上，可以避免Q1被击穿。在第四级，第四连接器J4外接流量传感器U6，流量传感器U6输出信号UAIRFLOW(即气体流量的实际值)经12位模数转换器U3(ADC121S051)以SPI接口形式通过第一连接器J1馈送到主控器U4，主控器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气体流量的比例阀可控电流源驱动系统，其特征在于，包括四级电路结构，第一级为模拟信号电路，主控器U4通过第一连接器J1连接数模转换器U1产生模拟控制信号；第二级为恒流源电路，采用负反馈放大电路产生恒流源，第一级输出的模拟信号输送到第二级电路输出数控恒流源；第三级为输出电路，包括比例阀U5，第二级输出的恒定电流驱动比例阀输出固定气体流量；第四级为气体流量采集电路，由流量传感器U6和模数转换器U3组成，采集第三级比例阀实际输出的气体的流量，并将采集到的流量信号反馈给主控器U4，主控器U4将实际输出流量与预设流量进行比较，进而调整数字信号值输出来调整恒流源值。

【技术特征摘要】
1.一种气体流量的比例阀可控电流源驱动系统，其特征在于，包括四级电路
结构，
第一级为模拟信号电路，主控器U4通过第一连接器J1连接数模转换器
U1产生模拟控制信号；
第二级为恒流源电路，采用负反馈放大电路产生恒流源，第一级输出
的模拟信号输送到第二级电路输出数控恒流源；
第三级为输出电路，包括比例阀U5，第二级输出的恒定电流驱动比例
阀输出固定气体流量；
第四级为气体流量采集电路，由流量传感器U6和模数转换器U3组成，
采集第三级比例阀实际输出的气体的流量，并将采集到的流量信号反馈给
主控器U4，主控器U4将实际输出流量与预设流量进行比较，进而调整数字
信号值输出来调整恒流源值。
2.根据权利要求1所述的气体流量的比例阀可控电流源驱动系统，其特征在
于，
所述的第一级中，主控器U4以SPI接口形式通过第一连接器J1和数模转
换器U1输出模拟信...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐辉，宋智广，张政先，
申请(专利权)人：上海力申科学仪器有限公司，
类型：新型
国别省市：上海;31