CN103742706B - 一种电热型流量智能调节阀及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电热型流量智能调节阀及其控制方法，属于自动控制技术领域。本发明包括电热执行器、控制装置和阀门，所述电热执行器包括石蜡驱动器、顶杆、固定螺母、电源线、位置固定弹簧、传力弹簧、运动片、塑料外壳、装置外壳，所述控制装置包括温度传感器、控制电路、控制面板、信号线，所述阀门包括阀杆、复位弹簧、固定阀座、入口腔、出口腔；控制方法为通过温度传感器检测石蜡驱动器温度，控制装置接收温度信号，石蜡驱动器顶杆行程模型计算控制决策来调节石蜡驱动器温度，从而控制顶杆行程实现流体介质流量调节。本发明具有结构紧凑、使用寿命高、能耗低、生产成本小和安装维护方便等特点。

Description

一种电热型流量智能调节阀及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种电热型流量智能调节阀及其控制方法，属于自动控制技术领域。

背景技术

流量智能调节阀是一种广泛应用于石化、冶金和电力等工业部门生产中对流体介质的流量进行控制的流量调节装置，也大量的在采暖和空调、制冷等系统的末端温度控制中采用。

现有技术中常用电动调节阀主要是应用电动机带动阀门对工业流程中的流体介质进行流量控制。其工作原理是：传感器将所检测到的流量信号，转换成开关量或标准模拟量控制信号反馈到控制器，控制器作出控制决策，使电动执行器作出相应的动作，带动阀门的阀芯产生位移来调节阀的开度，从而控制流体介质的流量。目前电动智能调节阀在技术上存在的问题是：由于电动执行器的电动机的长期旋转磨损，则此类调节阀则存在损耗大、能耗大、故障率及生产成本高等问题。

现有技术中对于供暖系统的温度控制采用的一种电热型温控阀，它是利用液态被控介质受热膨胀及不可压缩的原理实现自动调节。当被控介质温度高于设定值时，感温介质膨胀，推动阀芯关闭调节阀；当被控介质温度低于设定值时，感温介质收缩，复位弹簧推动阀芯开启。该种温控阀具有生产成本低、能耗小和使用寿命长的优点，但其流量控制精度低，且只能做开启和关闭的二元控制，无法实现流量连续调节。

发明内容

本发明提供了一种电热型流量智能调节阀及其控制方法，以用于调节阀由于电动机的长期旋转磨损造成的损耗大、能耗大、故障率及生产成本高及无法实现流量连续调节的问题。

本发明的技术方案是：一种电热型流量智能调节阀，包括电热执行器、控制装置和阀门，所述电热执行器包括石蜡驱动器1、顶杆3、固定螺母4、电源线5、位置固定弹簧7、传力弹簧10、运动片11、塑料外壳12、装置外壳13，所述控制装置包括温度传感器2、控制电路6、控制面板8、信号线9，所述阀门包括阀杆14、复位弹簧15、固定阀座16、入口腔17、出口腔18；其中石蜡驱动器1与顶杆3相连且放置于传力弹簧10的内部，通过塑料外壳12固定的温度传感器2紧贴石蜡驱动器1且通过信号线9与控制电路6相连，通过装置外壳13固定的控制电路6与嵌在装置外壳13表面的控制面板8利用排插相连放置于位置固定弹簧7的上端，运动片11放置于顶杆3的下端，固定阀座16攻螺纹，固定螺母4套在固定阀座16的螺纹上，阀杆14放置于复位弹簧15中，阀杆14上端紧贴运动片11，阀杆14下端与阀芯固连，电源线5通过装置下端的引出口引出与电源相连，入口腔17和出口腔18内部攻螺纹分别外接入口管道和出口管道。

所述控制电路6由控制器模块、网络通信模块、温度控制模块、存储器模块、温度传感器模块、时钟模块和晶振模块组成；其中网络通信模块一端与控制器模块的引脚相连，另一端通过串口与上位机相连；温度控制模块一端与控制器模块的引脚相连，另一端通过接线柱与电源线5相连；存储器模块与控制器模块的引脚相连；温度传感器模块利用插槽直接与温度传感器2连接且通过引脚与控制器模块相连；时钟模块与控制器模块的引脚相连；晶振模块与控制器模块的引脚相连。

所述控制面板8包括液晶数据显示屏19、“设置”键20、“背光”键21、“重启”键22、“自检”键23；其中液晶数据显示屏19、“设置”键20、“背光”键21、“重启”键22、“自检”键23通过排插与控制电路6中控制器模块的引脚相连。

一种电热型流量智能调节阀的控制方法，所述方法的具体步骤如下：

A、初始状态下阀门为常开状态，流体介质由入口腔17流入，经出口腔18流出，流量为L，石蜡驱动器1的温度为T：当需要对流体介质的流量实时流量L(t)进行调节时，首先通过电源线5为电热型流量智能调节阀接通电源，再根据实际所需流量，用控制面板8上面的“设置”键20为流体介质的流量设定一个具体值L′；

B、控制电路6首先启动控制器模块根据ΔL=L-L′计算出流体介质的流量变化量ΔL，再利用石蜡驱动器顶杆行程模型计算出石蜡驱动器1的温度设定值ΔT，最后由ΔT=T-T′得出温度设定值T′；同时控制电路6启动温度控制模块通过电源线5为石蜡驱动器1通电加热，启动温度传感器模块通过温度传感器2和信号线9实时检测石蜡驱动器1的实时温度值T(t)；

C、当石蜡驱动器1通电加热，其内部的感温介质受热膨胀，推动顶杆3和运动片11一起向下运动和传力弹簧10伸展；运动片11再推动阀杆14向下运动，并压缩复位弹簧15；阀杆14带动阀门内部阀芯运动，从而减少流经入口腔17和出口腔18的流体介质的流量L(t)，直到温度传感器2检测到石蜡驱动器1的实时温度值T(t)达到温度设定值T′，则控制电路6关闭温度控制模块，石蜡驱动器1断电停止加热，顶杆3、运动片11、阀杆14和阀芯停止运动，完成对流体介质实时流量L(t)的首次调节，并使流体介质的实时流量L(t)与流量的设定值L′相符，且通过液晶数据显示屏19显示温度的设定值T′初始值T和实时值T(t)，流体介质流量的设定值L′、初始值L和实时值L(t)；

D、当石蜡驱动器1的实时温度值T(t)达到温度设定值T′时，石蜡驱动器1的温度开始下降，石蜡驱动器1内的感温介质收缩；复位弹簧15伸展复位，推动阀杆14和阀芯向上运动，从而增加流经入口腔17和出口腔18的流体介质的流量；阀杆14再推动顶杆3和运动片11一起向上运动，并压缩传力弹簧10；

F、石蜡驱动器1的温度开始下降后，当满足石蜡驱动器1的实时温度值T(t)超出温度设定值T′的误差范围，控制电路6再次启动温度控制模块通过电源线5为石蜡驱动器1通电加热；

G、按照步骤A-F重复不断地对流经入口腔17和出口腔18流体介质的实时流量L(t)进行动态调节。

所述石蜡驱动器顶杆行程模型为：

式中，a ₀,a ₁…a _m ，b ₀,b ₁…b _n 均为系统结构参数所决定的实常数；m、n分别为T(t)、L(t)多项式最高次的次数；s为复变量。

本发明的工作原理是：

所述石蜡驱动器顶杆行程模型是一个利用石蜡驱动器1的温度变化量ΔT来计算流经阀门入口腔17和出口腔18的流体介质的流量调节量ΔL的数学表达式，描述的是石蜡驱动器1的温度变化ΔT与阀门开度Δx的关系。由于阀门内部机械结构的限制，阀门开度Δx很难精确测量，在应用过程中可以用流体介质的流量变化ΔL代替阀门开度Δx，因此最终建立的顶杆行程模型所表达的是石蜡驱动器1的温度变化量ΔT与流体介质的流量调节量ΔL之间的传递函数关系。

一种电热型流量智能调节阀的石蜡驱动器顶杆行程模型具体建立过程如下：

设在不同时刻t，相应的石蜡驱动器1的实时温度为T(t)、流体介质的实时流量为L(t)；针对不同的时间点t，具体可测得不同的实时温度T(t)和实时流量L(t)；则可分别绘制实时温度T(t)、实时流量L(t)与时间t的曲线图。利用多项式的最小二乘法对曲线进行拟合，可得如下关系式：

（1）

（2）

式（1）（2）中a ₀,a ₁…a _m ，b ₀,b ₁…b _n 均为系统结构参数所决定的实常数，针对不同的系统，具体数值可通过曲线拟合得到；m、n分别为T(t)、L(t)多项式最高次的次数。分别对式（1）和式（2）进行拉普拉斯变换可得：

（3）

（4）

式（3）（4）中s=j×w，为复变量，又称“复频率”；其中，j为复数单位，w为实数，表示系统的震荡重复频率，T(s)、L(s)分别表示实时温度T(t)和实时流量L(t)从时间域对映到s域中的形式。将式（3）和式（4）用增量形式表达，则可得:

（5）

（6）

式（5）（6）中ΔT(s)、ΔL(s)分别表示T(s)、L(s)的增量形式。

在初始状态下，设流经入口腔17和出口腔18的流体介质的流量为L、流量的设定值为L′，当前石蜡驱动器1的温度值为T、温度设定值为T′，流体介质的流量变化量为ΔL，石蜡驱动器1的温度变化量为ΔT，则可得:

ΔL=L-L′（7）

ΔT=T-T′（8）

根据传递函数的定义，由式（5）（6）（7）（8）可得系统输入量ΔT（石蜡驱动器1的温度变化量）与输出量ΔL（流体介质的流量变化量）之间的关系，即石蜡驱动器顶杆行程模型为：

（9）

由式（9）可知，该数学模型是一个高阶非线性系统，它揭示了石蜡驱动器在通电状态下温度变化量ΔT与流体介质流量变化量ΔL之间的内在联系。当需要对该数学模型进行微机控制时，首先对式（9）进行离散化，再将其写成差分方程的形式，最后通过计算机语言编程将该数学模型写入微机中即可。

本发明的有益效果是：

通过采用对感温元件（石蜡驱动器1）热胀冷缩的控制实现电热执行器阀门的开度调节，从而避免同类流量调节阀由于电动机的长期旋转磨损造成的损耗大、能耗大、故障率及生产成本高等问题；通过利用石蜡驱动器顶杆行程模型把调节阀开度的控制转化为流体介质的流量变化的控制的方式，解决了传统方法下阀门开度很难精确测量的问题，使石蜡驱动器顶杆行程模型能作出精确的控制决策计算；结合石蜡驱动器顶杆行程模型精确的控制决策指令和石蜡驱动器上的检测温度构成反馈控制，所述电热型流量智能调节阀能通过精确的温度控制来调节石蜡驱动器的顶杆行程，以实现阀门开度的双向连续调节功能；所述电热型流量智能调节阀具有结构紧凑、使用寿命长、生产成本低廉、能耗较小和安装维护方便的特点。

附图说明

图1为本发明的械结构图；

图2为本发明的阀门外观示意图；

图3为本发明的控制面板示意图；

图4是本发明的控制电路原理图；

图中各标号：1为石蜡驱动器、2为温度传感器、3为顶杆、4为固定螺母、5为电源线、6为控制电路、7为位置固定弹簧、8为控制面板、9为信号线、10为传力弹簧、11为运动片、12为塑料外壳、13为装置外壳、14为阀杆、15为复位弹簧、16为固定阀座、17为入口腔、18为出口腔、19为液晶数据显示屏、20为“设置”键、21为“背光”键、22为“重启”键、23为“自检”键。

具体实施方式

实施例1：如图1-4所示，一种电热型流量智能调节阀，包括电热执行器、控制装置和阀门，所述电热执行器包括石蜡驱动器1、顶杆3、固定螺母4、电源线5、位置固定弹簧7、传力弹簧10、运动片11、塑料外壳12、装置外壳13，所述控制装置包括温度传感器2、控制电路6、控制面板8、信号线9，所述阀门包括阀杆14、复位弹簧15、固定阀座16、入口腔17、出口腔18；其中石蜡驱动器1与顶杆3相连且放置于传力弹簧10的内部，通过塑料外壳12固定的温度传感器2紧贴石蜡驱动器1且通过信号线9与控制电路6相连，通过装置外壳13固定的控制电路6与嵌在装置外壳13表面的控制面板8利用排插相连放置于位置固定弹簧7的上端，运动片11放置于顶杆3的下端，固定阀座16攻螺纹，固定螺母4套在固定阀座16的螺纹上，阀杆14放置于复位弹簧15中，阀杆14上端紧贴运动片11，阀杆14下端与阀芯固连，电源线5通过装置下端的引出口引出与电源相连，入口腔17和出口腔18内部攻螺纹分别外接入口管道和出口管道。

所述控制电路6由控制器模块、网络通信模块、温度控制模块、存储器模块、温度传感器模块、时钟模块和晶振模块组成；其中网络通信模块一端与控制器模块的引脚相连，另一端通过串口与上位机相连；温度控制模块一端与控制器模块的引脚相连，另一端通过接线柱与电源线5相连；存储器模块与控制器模块的引脚相连；温度传感器模块利用插槽直接与温度传感器2连接且通过引脚与控制器模块相连；时钟模块与控制器模块的引脚相连；晶振模块与控制器模块的引脚相连。

所述控制面板8包括液晶数据显示屏19、“设置”键20、“背光”键21、“重启”键22、“自检”键23；其中液晶数据显示屏19、“设置”键20、“背光”键21、“重启”键22、“自检”键23通过排插与控制电路6中控制器模块的引脚相连。

一种电热型流量智能调节阀的控制方法，所述方法的具体步骤如下：

A、初始状态下阀门为常开状态，流体介质由入口腔17流入，经出口腔18流出，流量为L，石蜡驱动器1的温度为T：当需要对流体介质的流量实时流量L(t)进行调节时，首先通过电源线5为电热型流量智能调节阀接通电源，再根据实际所需流量，用控制面板8上面的“设置”键20为流体介质的流量设定一个具体值L′；

B、控制电路6首先启动控制器模块根据ΔL=L-L′计算出流体介质的流量变化量ΔL，再利用石蜡驱动器顶杆行程模型计算出石蜡驱动器1的温度设定值ΔT，最后由ΔT=T-T′得出温度设定值T′；同时控制电路6启动温度控制模块通过电源线5为石蜡驱动器1通电加热，启动温度传感器模块通过温度传感器2和信号线9实时检测石蜡驱动器1的实时温度值T(t)；

C、当石蜡驱动器1通电加热，其内部的感温介质受热膨胀，推动顶杆3和运动片11一起向下运动和传力弹簧10伸展；运动片11再推动阀杆14向下运动，并压缩复位弹簧15；阀杆14带动阀门内部阀芯运动，从而减少流经入口腔17和出口腔18的流体介质的流量L(t)，直到温度传感器2检测到石蜡驱动器1的实时温度值T(t)达到温度设定值T′，则控制电路6关闭温度控制模块，石蜡驱动器1断电停止加热，顶杆3、运动片11、阀杆14和阀芯停止运动，完成对流体介质实时流量L(t)的首次调节，并使流体介质的实时流量L(t)与流量的设定值L′相符，且通过液晶数据显示屏19显示温度的设定值T′初始值T和实时值T(t)，流体介质流量的设定值L′、初始值L和实时值L(t)；

D、当石蜡驱动器1的实时温度值T(t)达到温度设定值T′时，石蜡驱动器1的温度开始下降，石蜡驱动器1内的感温介质收缩；复位弹簧15伸展复位，推动阀杆14和阀芯向上运动，从而增加流经入口腔17和出口腔18的流体介质的流量；阀杆14再推动顶杆3和运动片11一起向上运动，并压缩传力弹簧10；

F、石蜡驱动器1的温度开始下降后，当满足石蜡驱动器1的实时温度值T(t)超出温度设定值T′的误差范围，控制电路6再次启动温度控制模块通过电源线5为石蜡驱动器1通电加热；

G、按照步骤A-F重复不断地对流经入口腔17和出口腔18流体介质的实时流量L(t)进行动态调节。

所述石蜡驱动器顶杆行程模型为：

式中，a ₀,a ₁…a _m ，b ₀,b ₁…b _n 均为系统结构参数所决定的实常数；m、n分别为T(t)、L(t)多项式最高次的次数；s为复变量。

实施例2：如图1-4所示，一种电热型流量智能调节阀，包括电热执行器、控制装置和阀门，所述电热执行器包括石蜡驱动器1、顶杆3、固定螺母4、电源线5、位置固定弹簧7、传力弹簧10、运动片11、塑料外壳12、装置外壳13，所述控制装置包括温度传感器2、控制电路6、控制面板8、信号线9，所述阀门包括阀杆14、复位弹簧15、固定阀座16、入口腔17、出口腔18；其中石蜡驱动器1与顶杆3相连且放置于传力弹簧10的内部，通过塑料外壳12固定的温度传感器2紧贴石蜡驱动器1且通过信号线9与控制电路6相连，通过装置外壳13固定的控制电路6与嵌在装置外壳13表面的控制面板8利用排插相连放置于位置固定弹簧7的上端，运动片11放置于顶杆3的下端，固定阀座16攻螺纹，固定螺母4套在固定阀座16的螺纹上，阀杆14放置于复位弹簧15中，阀杆14上端紧贴运动片11，阀杆14下端与阀芯固连，电源线5通过装置下端的引出口引出与电源相连，入口腔17和出口腔18内部攻螺纹分别外接入口管道和出口管道。

所述控制电路6由控制器模块、网络通信模块、温度控制模块、存储器模块、温度传感器模块、时钟模块和晶振模块组成；其中网络通信模块一端与控制器模块的引脚相连，另一端通过串口与上位机相连；温度控制模块一端与控制器模块的引脚相连，另一端通过接线柱与电源线5相连；存储器模块与控制器模块的引脚相连；温度传感器模块利用插槽直接与温度传感器2连接且通过引脚与控制器模块相连；时钟模块与控制器模块的引脚相连；晶振模块与控制器模块的引脚相连。

所述控制面板8包括液晶数据显示屏19、“设置”键20、“背光”键21、“重启”键22、“自检”键23；其中液晶数据显示屏19、“设置”键20、“背光”键21、“重启”键22、“自检”键23通过排插与控制电路6中控制器模块的引脚相连。

一种电热型流量智能调节阀的控制方法，所述方法的具体步骤如下：

A、初始状态下阀门为常开状态，流体介质由入口腔17流入，经出口腔18流出，流量为L，石蜡驱动器1的温度为T：当需要对流体介质的流量实时流量L(t)进行调节时，首先通过电源线5为电热型流量智能调节阀接通电源，再根据实际所需流量，用控制面板8上面的“设置”键20为流体介质的流量设定一个具体值L′；

B、控制电路6首先启动控制器模块根据ΔL=L-L′计算出流体介质的流量变化量ΔL，再利用石蜡驱动器顶杆行程模型计算出石蜡驱动器1的温度设定值ΔT，最后由ΔT=T-T′得出温度设定值T′；同时控制电路6启动温度控制模块通过电源线5为石蜡驱动器1通电加热，启动温度传感器模块通过温度传感器2和信号线9实时检测石蜡驱动器1的实时温度值T(t)；

C、当石蜡驱动器1通电加热，其内部的感温介质受热膨胀，推动顶杆3和运动片11一起向下运动和传力弹簧10伸展；运动片11再推动阀杆14向下运动，并压缩复位弹簧15；阀杆14带动阀门内部阀芯运动，从而减少流经入口腔17和出口腔18的流体介质的流量L(t)，直到温度传感器2检测到石蜡驱动器1的实时温度值T(t)达到温度设定值T′，则控制电路6关闭温度控制模块，石蜡驱动器1断电停止加热，顶杆3、运动片11、阀杆14和阀芯停止运动，完成对流体介质实时流量L(t)的首次调节，并使流体介质的实时流量L(t)与流量的设定值L′相符，且通过液晶数据显示屏19显示温度的设定值T′初始值T和实时值T(t)，流体介质流量的设定值L′、初始值L和实时值L(t)；

D、当石蜡驱动器1的实时温度值T(t)达到温度设定值T′时，石蜡驱动器1的温度开始下降，石蜡驱动器1内的感温介质收缩；复位弹簧15伸展复位，推动阀杆14和阀芯向上运动，从而增加流经入口腔17和出口腔18的流体介质的流量；阀杆14再推动顶杆3和运动片11一起向上运动，并压缩传力弹簧10；

F、石蜡驱动器1的温度开始下降后，当满足石蜡驱动器1的实时温度值T(t)超出温度设定值T′的误差范围，控制电路6再次启动温度控制模块通过电源线5为石蜡驱动器1通电加热；

G、按照步骤A-F重复不断地对流经入口腔17和出口腔18流体介质的实时流量L(t)进行动态调节。

所述石蜡驱动器顶杆行程模型为：

式中，a ₀,a ₁…a _m ，b ₀,b ₁…b _n 均为系统结构参数所决定的实常数；m、n分别为T(t)、L(t)多项式最高次的次数；s为复变量。

如图3所示，控制面板8置于装置外壳13的上端，并嵌在装置外壳13的表面，由数据显示界面和按键两部分组成，并通过排插与控制电路6中控制器模块的P0.0—P0.7引脚相连；其中数据显示界面为液晶数据显示屏19，按键包括：“设置”键20、“背光”键21、“重启”键22、“自检”键23。液晶数据显示屏19所显示的数据内容有温度的设定值T′初始值T和实时值T(t)，流体介质流量的设定值L′、初始值L和实时值L(t)等；“设置”键20用于设定流体介质的流量值L′，“背光”键21用于调节液晶数据显示屏19的亮度、便于节能，“重启”键22用于系统内部出现故障时的重新启动，“自检”键23用于人工启动系统运行状态的巡回检测。

如图4所示，控制电路6包括控制器模块、网络通信模块、温度控制模块、存储器模块、温度传感器模块、时钟模块和晶振模块。具有低功耗、高可靠性、抗静电、抗干扰等特点。控制器模块采用的是STC12C5A60S2单片机芯片，它支持ISP，可以通过串口进行在线编程，省去了编程器/仿真器，并且内部ROM足够大，不用扩展外部ROM，指令代码和常用的51单片机兼容，控制起来方便简单；该模块通过自身引脚与其它各模块连接，用于对整个控制装置的控制。网络通信模块一端与控制器模块P3.0和P3.1引脚连接，另一端通过J-232串口与上位机相连，用于与上位机通信，对电热型流量智能调节阀进行监控。温度控制模块一端与控制器模块P1.6引脚连接，另一端通过P3的三个接线柱与电源线5相连，用于控制电热执行器动作，调节流体介质的流量。存储器模块与控制器模块P2.5和P2.7引脚连接，用于存储控制装置的内部信息。温度传感器模块利用插槽直接与温度传感器2连接，并通过P2.0引脚与控制器模块相连，用于检测石蜡驱动器1的温度并反馈给控制电路6便于执行相应动作。时钟模块与控制器模块P1.3和P1.4引脚连接，为系统提供精确的时间、日期以保证系统正常运行。晶振模块与控制器模块XTAL1和XTAL2引脚连接，用于给控制器模块提供正常工作时的稳定时钟信号。

实施例3：如图1-4所示，

所述石蜡驱动器顶杆行程模型具体用于供暖控制过程时，选取实验对象（房间）尺寸为100cm×100cm×100cm，且根据最小二乘法曲线拟合可得m，n，的具体取值为m=1；n=3；a ₀=0.2，a ₁=55.6；b ₀=-0.0002，b ₀=0.0013，b ₂=-0.0673，b ₃=6.8971。

一种电热型流量智能调节阀，包括电热执行器、控制装置和阀门，所述电热执行器包括石蜡驱动器1、顶杆3、固定螺母4、电源线5、位置固定弹簧7、传力弹簧10、运动片11、塑料外壳12、装置外壳13，所述控制装置包括温度传感器2、控制电路6、控制面板8、信号线9，所述阀门包括阀杆14、复位弹簧15、固定阀座16、入口腔17、出口腔18；其中石蜡驱动器1与顶杆3相连且放置于传力弹簧10的内部，通过塑料外壳12固定的温度传感器2紧贴石蜡驱动器1且通过信号线9与控制电路6相连，通过装置外壳13固定的控制电路6与嵌在装置外壳13表面的控制面板8利用排插相连放置于位置固定弹簧7的上端，运动片11放置于顶杆3的下端，固定阀座16攻螺纹，固定螺母4套在固定阀座16的螺纹上，阀杆14放置于复位弹簧15中，阀杆14上端紧贴运动片11，阀杆14下端与阀芯固连，电源线5通过装置下端的引出口引出与电源相连，入口腔17和出口腔18内部攻螺纹分别外接入口管道和出口管道。

所述控制电路6由控制器模块、网络通信模块、温度控制模块、存储器模块、温度传感器模块、时钟模块和晶振模块组成；其中网络通信模块一端与控制器模块的引脚相连，另一端通过串口与上位机相连；温度控制模块一端与控制器模块的引脚相连，另一端通过接线柱与电源线5相连；存储器模块与控制器模块的引脚相连；温度传感器模块利用插槽直接与温度传感器2连接且通过引脚与控制器模块相连；时钟模块与控制器模块的引脚相连；晶振模块与控制器模块的引脚相连。

所述控制面板8包括液晶数据显示屏19、“设置”键20、“背光”键21、“重启”键22、“自检”键23；其中液晶数据显示屏19、“设置”键20、“背光”键21、“重启”键22、“自检”键23通过排插与控制电路6中控制器模块的引脚相连。

一种电热型流量智能调节阀的控制方法，所述方法的具体步骤如下：

A、初始状态下阀门为常开状态，流体介质由入口腔17流入，经出口腔18流出，流量为L=6.65L/min，石蜡驱动器1的温度为T=56℃：当需要对流体介质的流量实时流量L(t)进行调节时，首先通过电源线5为电热型流量智能调节阀接通电源，再根据实际所需流量，用控制面板8上面的“设置”键20为流体介质的流量设定一个具体值L′=3.61L/min；

B、控制电路6首先启动控制器模块根据ΔL=L-L′计算出流体介质的流量变化量ΔL=3.04L/min，再利用石蜡驱动器顶杆行程模型计算出石蜡驱动器1的温度设定值ΔT=4℃，最后由ΔT=T-T′得出温度设定值T′=60℃；同时控制电路6启动温度控制模块通过电源线5为石蜡驱动器1通电加热，启动温度传感器模块通过温度传感器2和信号线9实时检测石蜡驱动器1的实时温度值T(t)；

C、当石蜡驱动器1通电加热，其内部的感温介质受热膨胀，推动顶杆3和运动片11一起向下运动和传力弹簧10伸展；运动片11再推动阀杆14向下运动，并压缩复位弹簧15；阀杆14带动阀门内部阀芯运动，从而减少流经入口腔17和出口腔18的流体介质的流量L(t)，直到温度传感器2检测到石蜡驱动器1的实时温度值T(t)达到温度设定值T′=60℃，则控制电路6关闭温度控制模块，石蜡驱动器1断电停止加热，顶杆3、运动片11、阀杆14和阀芯停止运动，完成对流体介质实时流量L(t)的首次调节，并使流体介质的实时流量L(t)与流量的设定值L′=3.61L/min相符，且通过液晶数据显示屏19显示温度的设定值T′初始值T和实时值T(t)，流体介质流量的设定值L′、初始值L和实时值L(t)；

D、当石蜡驱动器1的实时温度值T(t)达到温度设定值T′时，石蜡驱动器1的温度开始下降，石蜡驱动器1内的感温介质收缩；复位弹簧15伸展复位，推动阀杆14和阀芯向上运动，从而增加流经入口腔17和出口腔18的流体介质的流量；阀杆14再推动顶杆3和运动片11一起向上运动，并压缩传力弹簧10；

F、石蜡驱动器1的温度开始下降后，当满足石蜡驱动器1的实时温度值T(t)超出温度设定值T′的误差范围(误差范围为±0.5℃)，控制电路6再次启动温度控制模块通过电源线5为石蜡驱动器1通电加热；

G、按照步骤A-F重复不断地对流经入口腔17和出口腔18流体介质的实时流量L(t)进行动态调节。

所述石蜡驱动器顶杆行程模型为：

式中，a ₀,a ₁…a _m ，b ₀,b ₁…b _n 均为系统结构参数所决定的实常数；m、n分别为T(t)、L(t)多项式最高次的次数；s为复变量。

实施例4：如图1-4所示，一种电热型流量智能调节阀，包括电热执行器、控制装置和阀门，所述电热执行器包括石蜡驱动器1、顶杆3、固定螺母4、电源线5、位置固定弹簧7、传力弹簧10、运动片11、塑料外壳12、装置外壳13，所述控制装置包括温度传感器2、控制电路6、控制面板8、信号线9，所述阀门包括阀杆14、复位弹簧15、固定阀座16、入口腔17、出口腔18；其中石蜡驱动器1与顶杆3相连且放置于传力弹簧10的内部，通过塑料外壳12固定的温度传感器2紧贴石蜡驱动器1且通过信号线9与控制电路6相连，通过装置外壳13固定的控制电路6与嵌在装置外壳13表面的控制面板8利用排插相连放置于位置固定弹簧7的上端，运动片11放置于顶杆3的下端，固定阀座16攻螺纹，固定螺母4套在固定阀座16的螺纹上，阀杆14放置于复位弹簧15中，阀杆14上端紧贴运动片11，阀杆14下端与阀芯固连，电源线5通过装置下端的引出口引出与电源相连，入口腔17和出口腔18内部攻螺纹分别外接入口管道和出口管道。

所述控制电路6由控制器模块、网络通信模块、温度控制模块、存储器模块、温度传感器模块、时钟模块和晶振模块组成；其中网络通信模块一端与控制器模块的引脚相连，另一端通过串口与上位机相连；温度控制模块一端与控制器模块的引脚相连，另一端通过接线柱与电源线5相连；存储器模块与控制器模块的引脚相连；温度传感器模块利用插槽直接与温度传感器2连接且通过引脚与控制器模块相连；时钟模块与控制器模块的引脚相连；晶振模块与控制器模块的引脚相连。

所述控制面板8包括液晶数据显示屏19、“设置”键20、“背光”键21、“重启”键22、“自检”键23；其中液晶数据显示屏19、“设置”键20、“背光”键21、“重启”键22、“自检”键23通过排插与控制电路6中控制器模块的引脚相连。

上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (5)

1.一种电热型流量智能调节阀，其特征在于：包括电热执行器、控制装置和阀门，所述电热执行器包括石蜡驱动器（1）、顶杆（3）、固定螺母（4）、电源线（5）、位置固定弹簧（7）、传力弹簧（10）、运动片（11）、塑料外壳（12）、装置外壳（13），所述控制装置包括温度传感器（2）、控制电路（6）、控制面板（8）、信号线（9），所述阀门包括阀杆（14）、复位弹簧（15）、固定阀座（16）、入口腔（17）、出口腔（18）；其中石蜡驱动器（1）与顶杆（3）相连且放置于传力弹簧（10）的内部，通过塑料外壳（12）固定的温度传感器（2）紧贴石蜡驱动器（1）且通过信号线（9）与控制电路（6）相连，通过装置外壳（13）固定的控制电路（6）与嵌在装置外壳（13）表面的控制面板（8）利用排插相连放置于位置固定弹簧（7）的上端，运动片（11）放置于顶杆（3）的下端，固定阀座（16）攻螺纹，固定螺母（4）套在固定阀座（16）的螺纹上，阀杆（14）放置于复位弹簧（15）中，阀杆（14）上端紧贴运动片（11），阀杆（14）下端与阀芯固连，电源线（5）通过装置下端的引出口引出与电源相连，入口腔（17）和出口腔（18）内部攻螺纹分别外接入口管道和出口管道。

2.根据权利要求1所述的电热型流量智能调节阀，其特征在于：所述控制电路（6）由控制器模块、网络通信模块、温度控制模块、存储器模块、温度传感器模块、时钟模块和晶振模块组成；其中网络通信模块一端与控制器模块的引脚相连，另一端通过串口与上位机相连；温度控制模块一端与控制器模块的引脚相连，另一端通过接线柱与电源线（5）相连；存储器模块与控制器模块的引脚相连；温度传感器模块利用插槽直接与温度传感器（2）连接且通过引脚与控制器模块相连；时钟模块与控制器模块的引脚相连；晶振模块与控制器模块的引脚相连。

3.根据权利要求1所述的电热型流量智能调节阀，其特征在于：所述控制面板（8）包括液晶数据显示屏（19）、“设置”键（20）、“背光”键（21）、“重启”键（22）、“自检”键（23）；其中液晶数据显示屏（19）、“设置”键（20）、“背光”键（21）、“重启”键（22）、“自检”键（23）通过排插与控制电路（6）中控制器模块的引脚相连。

4.一种电热型流量智能调节阀的控制方法，其特征在于：所述方法的具体步骤如下：

A、初始状态下阀门为常开状态，流体介质由入口腔（17）流入，经出口腔（18）流出，流量为L，石蜡驱动器（1）的温度为T：当需要对流体介质的流量实时流量L(t)进行调节时，首先通过电源线（5）为电热型流量智能调节阀接通电源，再根据实际所需流量，用控制面板（8）上面的“设置”键（20）为流体介质的流量设定一个具体值L′；

B、控制电路（6）首先启动控制器模块根据ΔL=L-L′计算出流体介质的流量变化量ΔL，再利用石蜡驱动器顶杆行程模型计算出石蜡驱动器（1）的温度设定值ΔT，最后由ΔT=T-T′得出温度设定值T′；同时控制电路（6）启动温度控制模块通过电源线（5）为石蜡驱动器（1）通电加热，启动温度传感器模块通过温度传感器（2）和信号线（9）实时检测石蜡驱动器（1）的实时温度值T(t)；

C、当石蜡驱动器（1）通电加热，其内部的感温介质受热膨胀，推动顶杆（3）和运动片（11）一起向下运动和传力弹簧（10）伸展；运动片（11）再推动阀杆（14）向下运动，并压缩复位弹簧（15）；阀杆（14）带动阀门内部阀芯运动，从而减少流经入口腔（17）和出口腔（18）的流体介质的流量L(t)，直到温度传感器（2）检测到石蜡驱动器（1）的实时温度值T(t)达到温度设定值T′，则控制电路（6）关闭温度控制模块，石蜡驱动器（1）断电停止加热，顶杆（3）、运动片（11）、阀杆（14）和阀芯停止运动，完成对流体介质实时流量L(t)的首次调节，并使流体介质的实时流量L(t)与流量的设定值L′相符，且通过液晶数据显示屏（19）显示温度的设定值T′初始值T和实时值T(t)，流体介质流量的设定值L′、初始值L和实时值L(t)；

D、当石蜡驱动器（1）的实时温度值T(t)达到温度设定值T′时，石蜡驱动器（1）的温度开始下降，石蜡驱动器（1）内的感温介质收缩；复位弹簧（15）伸展复位，推动阀杆（14）和阀芯向上运动，从而增加流经入口腔（17）和出口腔（18）的流体介质的流量；阀杆（14）再推动顶杆（3）和运动片（11）一起向上运动，并压缩传力弹簧（10）；

F、石蜡驱动器（1）的温度开始下降后，当满足石蜡驱动器（1）的实时温度值T(t)超出温度设定值T′的误差范围，控制电路（6）再次启动温度控制模块通过电源线（5）为石蜡驱动器（1）通电加热；

G、按照步骤A-F重复不断地对流经入口腔（17）和出口腔（18）流体介质的实时流量L(t)进行动态调节。

5.根据权利要求4所述的电热型流量智能调节阀的控制方法，其特征在于：所述石蜡驱动器顶杆行程模型为：

式中，a ₀,a ₁…a _m ，b ₀,b ₁…b _n 均为系统结构参数所决定的实常数；m、n分别为T(t)、L(t)多项式最高次的次数；s为复变量。