气动控制仪

[color=#ff0000]摘要：气动马达作为一种将压缩空气的压力能转换为旋转机械能的装置，其运行的关键是要进行驱动气体压力的控制。本文介绍了目前气动马达压力控制装置的技术现状，特别指出了现有技术中使用电空变换器存在的不足，介绍了电空变换器的更新换代产品——电气比例阀。本文对这两种新旧技术进行了详细比较，新一代的电气比例阀技术更能满足今后气动马达对小型化、集成化、智能化、精细化、高寿命和高可靠性等方面的需求。[/color][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align] 气动马达也称为风动马达，是指将压缩空气的压力能转换为旋转的机械能的装置。气动马达一般作为更复杂装置或机器的旋转动力源，它的作用相当于电动机或液压马达，即输出转矩以驱动机构作旋转运动。气动马达的主要特点有： （1）使用空气作为介质，无供应上的困难，用过的空气不需处理，放到大气中无污染 压缩空气可以集中供应，远距离输送。操纵方便，维护检修较容易。 （2）气马达具有结构简单，体积小，重量轻，马力大，操纵容易，维修方便。 （3）可以无级调速，只要控制进气阀或排气阀的开度，即控制压缩空气的流量，就能调节马达的输出功率和转速。即通过调节气源压力或者改变气流量，也可通过同时调节两者来实现。 （4）能够正转也能反转。大多数气马达只要简单地用操纵阀来改变马达进、排气方向，即能实现气马达输出轴的正转和反转，并且可以瞬时换向。在正反向转换时，冲击很小，而且不需卸负荷。 （5）工作安全，不受振动、高温、电磁、辐射等影响，适用于恶劣的工作环境，在易燃、易爆、高温、振动、潮湿、粉尘等不利条件下均能正常工作。 从上述气动马达的特点可以看出，气动马达运行的关键是压力控制。目前气动马达常用的压力控制装置如图1所，其中主要包括电空变换器（E/P或V/P转换器）和增压器，由此构成压力的开环控制，通过电流或电压信号输入就可以进行气动马达的调节。[align=center][color=#ff0000][img=气动马达常用压力控制装置结构示意图,500,359]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/11/202211301217044251_5561_3221506_3.jpg!w690x496.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#ff0000]图1 气动马达常用压力控制装置结构[/color][/align] 如果增加传感器（如旋转编码器）和PLC控制器，由此可构成闭环控制回路，传感器检测气动马达的转速等参量，PLC控制器通过检测传感器信号并与设定值比较可进行气动马达高精度的自动控制。另外，整个控制装置还可以通过增加双向阀来实现气动马达的正反转自动控制。 在图1所示的气动马达压力控制装置中，所用的电控变换器（电气转换器）是一种比较传统的压力调节装置，目前正逐渐被电气比例阀所代替。图2所示为这两种压力调节装置的对比。[align=center][color=#ff0000][img=电气比例阀和电气转换器比较表,690,520]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/11/202211301217340426_2793_3221506_3.jpg!w690x520.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#ff0000]图2 电气比例阀和电气转换器特性对比表[/color][/align] 从上述对比可以看出，电气比例阀采用了更新的技术，与传统的电气转换器相比具有更优异的性能，电气比例阀正在快速对电气转换器形成升级替换，特别是随着电气比例阀的价格逐渐降低，已逐渐成为电气压力控制领域内主要产品。 另外，由于电气比例阀内置了压力传感器和PID控制器，为很多压力和流量控制应用场合提供了极其丰富的拓展应用，即采用电气比例阀可很方便的与其他物理量（如温度、位移、出力等）的探测和控制组成更复杂的串级控制回路，实现更多工业应用领域中的精密控制功能。 特别是采用电气比例阀与超高精度PID控制器结合形成的串级控制回路，可实现超高精度定位、超低速度运转和细小载荷的控制。[align=center][/align][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align]

在气相色谱分析中，六通阀的使用非常的普遍，常见的对六通阀的控制方式有手动切换，电动切换和气动切换。电动切换主要是使用电机转动来带动阀的转动从而实现六通阀的切换；气动切换则是使用气体的压力变换来实现六通阀的切换。之前使用的一台用于做非甲烷总烃的仪器使用的是气动控制六通阀自动进样，但是由于用于气动控制的两位五通阀坏掉了，重新购买需要一定的时间，又急于做实验，刚好手头有一个平面四通阀，于是便暂时借用，用以维持实验。 为了便于说明仪器改装的具体内容，即使用平面四通控制气动六通阀——首先对六通阀、六通阀的气动控制做一个简单的说明。1 六通阀的工作原理 首先说明一下六通阀的工作原理，以平面六通为例： 下图是一个简单的平面六通的两种状态：http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/01/201701191701_668400_1856270_3.png 图示1 状态1和状态2的区别在哪里呢？平面六通的结构我们可以将其分为两部分：定子和转子。拆开来看，结构如下：http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/10/2016071818472272_01_1856270_3.png 图示2 定子上的六个孔与六通阀的六个气路接口是一一对应的，即一个孔对应一个气路；转子上则刻了三个槽，将转子放在定子上，定子上相邻的两个孔则通过一个槽连接相通。如果像以上所说切换六通阀，槽连接的两个孔发生变化，则六通阀的连接进行以下变换（图示3）http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/10/2016071818390515_01_1856270_3.png 图示3 六通阀的气路切换2 气动切换六通阀原理 了解到了六通阀的原理，接下来介绍气动切换六通阀的简单原理——气动切换六通阀，简单的说，就是使用气体压力代替人手动工作来切换六通阀。 如下图5所示，当气缸1或者气缸2分别进气或者出气时候，带动气缸中心的轴有一个运动距离，这个轴运动所带来的力可以使转子发生在平面的转动（如图4），从而带动六通阀的进行切换。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/10/2016071819391517_01_1856270_3.png 图示4 销子沉入转子的豁口后，轴的转动可以带动转子的转动http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/10/2016071819181235_01_1856270_3.png 图示5 六通阀气动气缸原理简图 在使用六通阀启动控制时候，一般都是采用自动控制的，即仪器设置程序到一定的时间来自动切换气体，这个时候就需要使用到两位五通阀，工作原理见下图6http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/10/2016071819212584_01_1856270_3.png 图示6 两位五通阀控制六通阀的气动切换 即气源接在两位五通阀的1位置，作为进气端；在初始状态下1、4连通，2、3排气或者1、2连通，4、5排气，从而带动传动轴的运动使六通阀切换。3 使用平面四通阀代替两位五通阀进行气动控制 两位五通阀坏掉之后，由于手头暂时没有新的两位五通，要继续进行实验，就需要寻找替代品，这个替代品就需要满足两个要求：（1）可以手动或者自动切换；（2）一端进气的同时，另外一端需要排气，而平面四通阀刚好可以满足以上要求，工作原理如下图7所示：http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/10/2016071819450736_01_1856270_3.png 图示7 平面四通进行气动切换的原理图 平面四通的原理就是相邻的两个相通，这种情况下如图所示，当两个孔相连进气时候，另外两个孔相连正好可以排气——唯一的不方便就是需要手动切换四通阀。平面四通的实物图如下图8：http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/07/201607181955_600988_1856270_3.png 图示8 平面四通实例 总结：从实际使用上来看，使用平面四通和使用两位五通阀所需要的气路是一样的，两者的共同点就是：在一端进气的同时，可以保证另外一端的出气。唯一的不同大概就是使用两位五通是自动控制的，使用平面四通则需要手动计时切换。

QSN750直读光谱仪控制器故障处理近日，我公司的直读光谱仪出现泵不启动现象，软件平台有信号，但泵不启动，经诊断，该仪器的控制器出现故障，导致控制器无输出电压。下面为该故障的处理过程。第一步、关电源http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/12/201512241105_579325_1630106_3.png

一台京产空气泵，供三台[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相[/url]，负载较大，几年下来，压力控制逐渐失灵。常会出现气压低了不启动，要更低时压缩机才突然动作，造成基线大的波动。该空气泵是通过两个压力开关分别控制气罐中气压的上，下限。气压达到上限值，上限开关断开，控制断电，压缩机停止工作。压力降至下限值，下限开关启动，压缩机工作。[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2010/04/201004131217_211801_1765472_3.jpg[/img]这种压力开关为密封型的，市场上找不到，估计内部为簧片式触点，工作时间一长，触点氧化，造成接触不良，导致控制失灵。最初在空气管线上加一压力表（因气源全部在墙后），将下限开关控制用两导线接一触控开关放在仪器旁，发现压力降低而空气泵未启动时，手动帮助启动。虽可解决一些问题，但遗漏难免，凑合着用。一次经过一气动另配件商店，买了一空压机用压力控制器（60多元），此种控制器为金属鼓膜式控制，控制可靠性高于原来的。按说明在气瓶上调整好控制上限（以空气泵原压力上限为准），下限是用压力差控制，调整为最小（约0.1Mpa），其实就两螺栓处调一下，不合适气路上还可微调整。连上气路，接好触控线。[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2010/04/201004131228_211806_1765472_3.jpg[/img]从此，此空气泵成为双自控+手动，原控制如未启动，则由此控制器启动，如需要，还可手动。使用至今一年多，控制灵敏可靠。

[align=center][font=宋体][font=宋体][url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]常用控制器件[/font][font=宋体]——方向控制阀[/font][/font][/align][align=center][font=宋体]概述[/font][/align][font=宋体]电磁阀分为单向阀、安全阀、方向控制阀、速度调节阀等种类，常用的方向控制阀有两位三通阀、两位四通阀、三位四通阀、两位五通阀等。方向控制阀又称换向阀，一般与气缸（油缸）等部件协同工作，实现对物体的旋转运动、直线运动和抓取等动作的控制。下文以气体两位五通阀为例，说明方向控制阀的工作原理。[/font][align=center][font=宋体]两位五通电磁阀的结构原理[/font][/align][font=宋体][font=宋体]图[/font][font=Calibri]1[/font][font=宋体]为两位五通阀的示意图，阀带有五个气体端口，[/font][font=Calibri]P[/font][font=宋体]、[/font][font=Calibri]R[/font][font=宋体]、[/font][font=Calibri]S[/font][font=宋体]、[/font][font=Calibri]A[/font][font=宋体]和[/font][font=Calibri]B[/font][font=宋体]。其中[/font][font=Calibri]P[/font][font=宋体]为系统的气体入口，[/font][font=Calibri]R[/font][font=宋体]、[/font][font=Calibri]S[/font][font=宋体]为泄压端口，[/font][font=Calibri]A[/font][font=宋体]、[/font][font=Calibri]B[/font][font=宋体]端口一般连接执行部件的气缸。[/font][/font][align=center][img=,238,136]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/07/202307122201497478_4227_1604036_3.jpg!w690x394.jpg[/img][font=Calibri] [/font][/align][align=center][font=宋体][font=宋体]图[/font][font=Calibri]1 [/font][font=宋体]两位五通阀示意图[/font][/font][/align][font=宋体][font=宋体]两位五通阀的结构原理如图[/font][font=Calibri]2[/font][font=宋体]所示，其由带有[/font][font=Calibri]3[/font][font=宋体]组环形密封的铁芯、供电线圈、复位弹簧和五个气体输入输出端口组成，其中端口[/font][font=Calibri]P[/font][font=宋体]为气体入口。当线圈未通电时，铁芯在弹簧的作用下向右移动，端口[/font][font=Calibri]P[/font][font=宋体]、[/font][font=Calibri]A[/font][font=宋体]连通，可以向受控部件提供压力，端口[/font][font=Calibri]B[/font][font=宋体]、[/font][font=Calibri]S[/font][font=宋体]连通，用以排放受控部件的压力。当线圈通电后，铁芯在磁力的作用下向左移动，使端口[/font][font=Calibri]P[/font][font=宋体]、[/font][font=Calibri]B[/font][font=宋体]连通，端口[/font][font=Calibri]A[/font][font=宋体]、[/font][font=Calibri]R[/font][font=宋体]连通。[/font][/font][align=center][img=,260,194]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/07/202307122202291356_1349_1604036_3.jpg!w642x478.jpg[/img][font=Calibri] [/font][/align][align=center][font=宋体][font=宋体]图[/font][font=Calibri]2 [/font][font=宋体]两位五通阀的结构原理[/font][/font][/align][align=center][font=宋体]两位五通阀与气缸的连用[/font][/align][font=宋体][font=宋体]两位五通阀一般与受控部件的气动执行器（气缸）连接，通过控制阀的线圈通电和断电，来控制气缸的机械运转，最终实现受控部件的直线或者旋转运动线运动的控制，其结构原理如图[/font][font=Calibri]3[/font][font=宋体]所示。[/font][/font][align=center][img=,422,204]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/07/202307122202388603_1512_1604036_3.jpg!w690x334.jpg[/img][font=Calibri] [/font][/align][align=center][font=宋体][font=宋体]图[/font][font=Calibri]3 [/font][font=宋体]两位五通阀和气缸的联合控制[/font][/font][/align][font=宋体][font=宋体]两位五通阀的端口[/font][font=Calibri]A[/font][font=宋体]、[/font][font=Calibri]B[/font][font=宋体]通过管路连接至气缸的两个入口，气缸内活塞随其两端的压力差变化而发生移动。当两位五通电磁阀未通电时，具有一定压力的气体由[/font][font=Calibri]P[/font][font=宋体]端口、[/font][font=Calibri]A[/font][font=宋体]端口进入气缸左侧，气缸右侧气体由端口[/font][font=Calibri]B[/font][font=宋体]、端口[/font][font=Calibri]S[/font][font=宋体]逸出，活塞左侧压力大于右侧，活塞将向右移动。当两位五通阀的线圈通电，活塞则向左移动。[/font][/font][align=center][font=宋体]两位五通阀在[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]及外设中的应用[/font][/align][font=宋体][font=宋体]复杂[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱[/color][/url]分析系统一般装备有多根色谱柱，通过各种阀的动作实现色谱柱在分析过程中的流路切换，实现单根色谱柱不能完成的分离分析工作。常见的切换阀带有两位五通阀[/font][font=Calibri]-[/font][font=宋体]旋转运动型气缸结构，驱动阀芯的迅速旋转。[/font][/font][font=宋体][font=宋体]某些型号的吹扫捕集自动进样器抓取进样瓶动作、热解析进样针的升降动作、热解析进样器加热器等动作也通过两位五通阀[/font][font=Calibri]-[/font][font=宋体]直线运动型结构来实现。[/font][/font][font=宋体]这些装置采用气动结构，驱动力量较大、速度快、动作可靠、维修方便。使用中需要注意气源的清洁、气源压力适度（过高压力会造成密封问题，过低压力会造成驱动速度降低）。[/font][font=宋体] [/font][align=center][font=宋体]小结[/font][/align][font=宋体]简介两位五通阀和气动执行器的结构原理与使用特点。[/font][align=center][font=宋体] [/font][/align][font=Calibri] [/font][font=Calibri] [/font][font=Calibri] [/font]

[align=center][img=饱和蒸汽温度精密控制,690,315]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/11/202211160915568591_8820_3221506_3.jpg!w690x315.jpg[/img][/align][size=14px][color=#000099]摘要：在目前的饱和蒸汽轮胎硫化工艺中，普遍还在采用电动定位器和电动执行器形式的减压阀进行温度控制。这种控温方式存在响应时间长、控温波动大和磨损引起寿命短等问题。本文介绍了采用电气比例阀和气动减压阀组合的替代方案，其中还采用了超高精度的串级PID控制器，此串级控制法替代方案可大幅提高蒸汽温度的控制精度和速度，并延长阀门的使用寿命和可在线维护。作为一种新技术，此解决方案还可推广应用到其它蒸汽加热领域。[/color][/size][size=14px][/size][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align][b][size=18px][color=#000099]一、问题的提出[/color][/size][/b][size=14px][/size][size=14px] 硫化是目前轮胎生产过程中的最后一道工序，一般通过热硫化将成型的胎胚变成了轮胎成品。目前的硫化方式基本都是根据硫化内温的介质不同来区分，而外温实现方式（或称热板温度、模温）一般都是注入一定压力的蒸汽进行温度控制。[/size][size=14px][/size][size=14px] 本文将主要讨论轮胎硫化过程中的外温变温控制技术，有关内温调控技术则将在后续报告中再进行详细阐述。[/size][size=14px][/size][size=14px] 外温和外压是轮胎硫化的主要工艺参数，其控制的好坏直接影响硫化轮胎的质量。外温的实现通常使用蒸汽作为加热介质，而蒸汽一般都是饱和蒸汽。饱和蒸汽的一个重要特性是其温度与压力之间一一对应，即饱和蒸汽的温度始终由其压力决定，而轮胎硫化外温蒸汽加热工艺就是利用此特征来调整蒸汽压力以实现对蒸汽温度的精密控制。[/size][size=14px][/size][size=14px] 在目前的大多数蒸汽温度控制过程中，如图1所示，基本都采用的是典型的单闭环PID控制方法，使用了复杂笨重的电动减压阀来控制饱和蒸汽温度，即采用一个温度传感器将信号发送给PID控制器，控制器向电动阀门定位器发送命令信号，阀门定位器控制阀门所需开度以使得温度接近设定温度。这种控制的结果是阀门必须一直工作以保持温度，循环打开和关闭等同于磨损阀门部件，最大的问题是这种带有阀门定位器形式的电动减压阀的运行速度很慢，对PID控制器的控制信号有很大的响应滞后，如果观察热电偶的信号输出，则会在目标温度周围出现正弦波形，而不会出现平滑、平坦的温度信号，因此这种控制方式往往呈现出蒸汽温度波动较大的现场。[/size][size=14px][/size][align=center][size=14px][color=#000099][img=传统单回路蒸汽温度控制结构示意图,690,170]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/11/202211160917432405_1591_3221506_3.jpg!w690x170.jpg[/img][/color][/size][/align][size=14px][/size][align=center][color=#000099]图1 采用阀门定位器形式的电动减压阀蒸汽温度控制结构及其温度波动[/color][/align][size=14px][/size][size=14px] 针对上述目前电动定位器和电动执行器结构形式的减压阀在轮胎硫化蒸汽温度控制中存在响应时间长、控温波动大和磨损引起寿命短等问题，本文将介绍采用电气比例阀和气动减压阀组合的替代方案，通过超高精度的串级控制PID控制器，此替代方案可大幅度提高蒸汽温度的控制速度和精度，并延长减压阀的使用寿命。此解决方案还可以推广应用到其它蒸汽加热设备。[/size][size=14px][/size][b][size=18px][color=#000099]二、解决方案[/color][/size][/b][size=14px][/size][size=14px] 在上述传统的饱和蒸汽温度控制过程中，采用的是一个典型的闭环控制回路，即作为执行机构的带阀门定位器的电动减压阀与PID控制器和温度传感器构成一个闭环控制。[/size][size=14px][/size][size=14px] 新的解决方案则是采用了双闭环PID控制回路组成的串级控制法，其结构如图2所示。[/size][size=14px][/size][align=center][size=14px][color=#000099][img=新型双回路串行控制法蒸汽温度控制结构示意图,690,223]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/11/202211160918269307_9385_3221506_3.jpg!w690x223.jpg[/img][/color][/size][/align][size=14px][/size][align=center][color=#000099]图2 采用超高精度PID控制器、电气比例阀和气动减压阀的串行控制结构及其温度波动[/color][/align][size=14px][/size][size=14px] 在图2所示解决方案中，采用了经典的串级控制结构，即温度传感器、气动减压阀、电气比例阀和串级PID调节器组成一个双回路闭环控制系统。其中自带压力传感器和PID控制板的电气比例阀与气动减压阀构成次回路，用于调节气动减压阀的开度；温度传感器、串级PID控制器和次级回路再构成主回路，主回路采集硫化箱温度，经PID计算后输出控制信号给次回路中的电气比例阀，这里的次回路此时相当于主回路的执行器。[/size][size=14px][/size][size=14px] 与传统单回路控制相比，这种结合了电气比例阀和高精度PID调节器，并采用了串级控制法的蒸汽温度控制系统，充分发挥了串级控制的特点，有以下几方面的优势：[/size][size=14px][/size][size=14px] （1）可明显改善蒸汽温度控制精度和速度，控制温度的变化曲线平摊且与设定曲线非常接近，蒸汽温度达到稳定可节省几十分钟。[/size][size=14px][/size][size=14px] （2）对于高压饱和蒸汽的压力扰动具有较迅速和较强的克服能力。[/size][size=14px][/size][size=14px] （3）可消除次回路（气动减压阀和电气比例阀）的非线性特性的影响。[/size][size=14px][/size][size=14px] （4）气动减压阀可采用不同规格的气动圆顶加载压力调节器，可与各种精度和流量的电气比例阀组合实现不同规格轮胎硫化中任意设定温度的自动控制。[/size][size=14px][/size][size=14px] （5）先进的电气比例阀替代了传统的电气转换器（I/P和E/P），不再需要定期重新校准的繁复操作，不再需要仪表空气而只需加装气体过滤器即可，也不会不断排放空气减少压缩控制的浪费，重要的是控制精度可以达到任何设定点的±0.1%。[/size][size=14px][/size][size=14px] 总之，上述解决方案是目前大多数蒸汽温度控制技术的升级换代，可大幅提高轮胎硫化过程中蒸汽温度的控制精度和速度，此解决方案完全可以推广应用到其它蒸汽加热领域。[/size][size=14px][/size][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align] [size=14px][/size]

[b]特种气体报警联动控制[/b]特种气体探测系统确认气体泄露时，应自动启动相应的事故排风装置，自动关闭相关部位的气体切断阀，并应能接受反馈信号。侦测到泄露时，应自动启动泄露泄露现场的声光报警装置，该声光报警应有别于火灾报警装置，并应自动启动应急广播系统。还应该关闭有关部位的电动防火门、防火卷帘门，自动释放门禁，可联动闭路电视监控系统，启动相应区域的摄像机并自动录像。泄露信号应传至安全显示屏，并用文字提示现场人员。以上所述，均属于特种气体报警联动控制。[img=,690,690]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/09/201909161545335134_8577_3989203_3.jpg!w690x690.jpg[/img][b]联动控制方案：[/b]泄漏侦测报警、欠压侦测报警、高温侦测报警、火焰侦测报警、烟雾侦测报警、地震侦测报警等报警信号均要远程发送到控制系统中心，控制系统中心根据所接收的信号，通过PLC或EDC程序判定要做出应对的动作，比如：启动现场的声光报警装置、开启控制中心的声光报警、开启消防广播、落下防火卷闸门、切断气瓶柜供气、关闭阀门箱供气、阀门盘的切断阀门、给相应的管理人员手机发送信息、发送信号给附近的消防管理站等等。

[color=#990000]摘要：针对高压电气比例阀压力控制精度较差的问题，特别是为了满足客户在超长管件注塑过程中提出的±1%压力控制稳定性要求，本文介绍了相应的解决方案，解决方案的核心技术是采用串级PID控制方法。方案一是基于现有精度较差的高压电气比例阀，通过外置高精度的压力传感器和压力调节器来提高压力控制稳定性；方案二是采用高精度的低压电气比例阀驱动背压阀来实现高压压力精密控制；方案三是在方案二基础上增加外置高精度的压力传感器和压力调节器来进一步提高压力控制稳定性。[/color][align=center][color=#990000]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/color][/align][size=18px][color=#990000][b]一、背景介绍[/b][/color][/size]作为一种先进的注塑成型方法，气体压力控制技术被逐步应用于塑料制品的成型，以解决常规注塑产品存在的尺寸精度差、表面凹痕及翘曲变形等缺陷，从而提高产品质量。在以往注塑成型工艺的气体压力控制中，普遍采用高压电气比例阀，但存在压力恒定控制稳定性较差的问题。最近有客户针对细管注塑成型提出了高精度气体压力控制要求，具体如下：（1）气体压力控制范围：1~3MPa。（2）控制方式：在任意设定压力点处进行长时间恒压控制。（3）长期压力稳定性：优于±1%。针对高压电气比例阀压力控制精度较差的问题，特别是为了满足客户在超长管件注塑过程中提出的±1%压力控制稳定性要求，本文将详细介绍相应的解决方案。[size=18px][color=#990000][b]二、高压压力精密控制解决方案[/b][/color][/size][size=18px][color=#990000]2.1 外置压力传感器和调节器的串级控制法[/color][/size]目前注塑工艺中所采用的高压电气比例阀为SMC ITVX2030，压力控制范围为0.01~3MPa，能够满足指标要求，但控制精度较差，为±3%FC。为了提高压力控制精度，方案之一是采用串级控制法，即通过外置高精度的压力传感器和压力控制器构成主控回路，由高压比例阀构成辅助回路。由此，通过这种两个串级PID控制回路，充分利用串级控制法具有高精度的特点，来实现高压压力的高精度稳定控制。此方案的结构布局如图1所示。[align=center][img=外置压力传感器和调节器的串级控制法示意图,500,308]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/09/202209282250456396_1585_3221506_3.png!w690x426.jpg[/img][/align][align=center]图1 外置压力传感器和调节器的串级控制法示意图[/align][size=18px][color=#990000]2.2 低压电气比例阀驱动高压背压阀[/color][/size]高压压力控制常用的另外一种控制方式是压力放大技术，即采用工作压力较低但精度较高的电气比例阀作为先导阀，驱动一个可工作在高压条件下的背压阀（或气动减压阀），其整体结构如图2所示。[align=center][img=低压电气比例阀驱动高压背压阀示意图,550,202]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/09/202209282248571168_9189_3221506_3.png!w690x254.jpg[/img][/align][align=center]图2 低压电气比例阀驱动高压背压阀示意图[/align]这里的背压阀相当于一个线性压力放大器，其放大倍数则是实际工艺压力除以比例阀工作压力。由此，可通过调节电气比例阀的驱动压力来控制背压阀的压力输出。如图2所示，这种背压阀高压压力控制方法是一种典型的开环控制，尽管背压阀是对比例阀的输出压力进行线性放大，但其线性度一般较差，这主要是受电气比例阀和背压阀的自身线性度影响。因此，为了实现高精度的压力控制，还需对此方案进行改进以形成闭环控制回路。[size=18px][color=#990000]2.3 高压背压阀串级控制法[/color][/size]为了解决上述比例阀作为先导阀驱动背压阀进行高压压力控制过程中存在的线性度和控制精度较差的问题，可以引入串级控制法，即在图2所示的控制系统中接入一个较高精度的压力传感器和PID控制器，如图3所示，由此对高压管件的压力控制形成一个闭环控制。[align=center][img=高压背压阀串级控制系统结构示意图,600,306]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/09/202209282249303319_6557_3221506_3.png!w690x353.jpg[/img][/align][align=center]图3 高压背压阀串级控制系统结构示意图[/align]在图3所示的串级控制法高压压力控制装置中，安装了一个外接压力传感器用于直接监测背压阀的输出压力，压力传感器检测到的压力信号传输给外置的PID控制器，外置PID控制器根据设定值或设定程序采用PID算法进行计算后将控制信号传送给电气比例阀，比例阀根据此控制信号再经其内部PID控制器来调节先导压力输出，从而使得背压阀的输出压力快速接近压力设定值并始终保持一致。[size=18px][color=#990000][b]三、总结[/b][/color][/size]从上述的高压压力控制方案中可以看出，所采用的串级控制是一个双控制回路，具有两个独立的PID控制回路。串级控制法（也称级联控制法）是一种有效提升控制精度的传统方法，但在具体实施过程中，需要满足的条件是：主控回路的压力传感器和PID控制器（这里是外置压力传感器和PID控制器）精度一般要比辅助回路的传感器（这里是电气比例阀内置的压力传感器和PID控制器）要高。因此，为了实现±1%以上精度的高压压力控制，我们推荐的配套方案是采用0.1%精度的外置压力传感器和超高精度PID控制器（技术指标为24位ADC、16位DAC和双浮点运算的0.01%最小输出百分比）。[align=center][/align][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align]

[font=&][color=#333333]自动水位控制器开关，也称为鱼缸自动补水器，是一种用于鱼缸或水族箱的设备，可以自动监测和控制水位，确保鱼缸中的水位始终保持在适当的范围内。它通常包括一个水位传感器和一个控制开关。[/color][/font][font=&][color=#333333][/color][/font][font=&][color=#333333]水位传感器是自动水位控制器的核心部件，它可以通过不同的原理来检测水位。其中，光电液位传感器是一种常用的水位传感器。它利用发射器和接收器之间的光束来检测水位。当水位低于设定值时，光束被阻挡，接收器接收到的光信号减弱，从而触发控制开关，启动补水装置。当水位达到设定值时，光束不再被阻挡，控制开关停止补水。[/color][/font][font=&][color=#333333][/color][/font][font=&][color=#333333]鱼缸自动补水器的工作原理如下：首先，将水位传感器安装在鱼缸中，确保传感器的位置能够准确地检测到水位。然后，将补水装置连接到自动水位控制器，并将补水管放入鱼缸中。当水位低于设定值时，光电液位传感器会触发控制开关，启动补水装置，补充鱼缸中的水。当水位达到设定值时，光电液位传感器会停止触发控制开关，补水装置停止工作。[/color][/font][font=&][color=#333333][/color][/font][font=&][color=#333333]选择合适的自动水位控制器开关时，需要考虑以下几个因素：首先，根据鱼缸的大小和水位需求，选择适当的控制开关和水位传感器。其次，考虑自动水位控制器的稳定性和可靠性，选择具有高品质和可靠性的产品。此外，还需要考虑自动水位控制器的安装和操作便捷性，以及价格和性价比。[/color][/font][font=&][color=#333333][/color][/font][align=center][img=鱼缸补水器,673,582]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/07/202307071357083064_4373_4008598_3.jpg!w673x582.jpg[/img][/align][font=&][color=#333333] [/color][/font][font=&][color=#333333]总之，自动水位控制器开关是一种方便实用的设备，可以帮助鱼缸或水族箱保持适当的水位。通过光电液位传感器的检测和控制，自动水位控制器可以自动补充鱼缸中的水，确保鱼类的生活环境稳定和舒适。选择合适的自动水位控制器开关时，需要考虑水位需求、稳定性、可靠性、安装便捷性和价格等因素，以确保其能够满足鱼缸的需求。[/color][/font][font=&][color=#333333][/color][/font]

[color=#990000]摘要：针对半导体低温工艺中制冷系统在高压防护和温度控制中存在的问题，本文将提出一种更简便有效的解决方案。解决方案的核心是在晶片托盘上并联一个流量可调旁路，使制冷剂在流入晶片托盘之前进行部分短路。即通过旁路流量的变化调节流出晶片托盘的制冷剂压力，一方面保证制冷剂低压工作状态，另一方面实现晶片温度的高精度控制。[/color][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align][b][size=18px][color=#990000]1. 问题的提出[/color][/size][/b] 随着新一代半导体工艺技术的发展，如低温刻蚀和沉积，需要晶片达到更低的温度。更低温度的实现目前可选的技术途径一般是采用循环流体介质直接作用在晶片卡盘，而介质可以是单一制冷剂（如液氮）和混合制冷剂。目前，更具有应用前景的是使用混合制冷剂的自复叠混合工质低温制冷技术，但在半导体低温工艺的具体应用中，需要处理好以下两方面的问题： （1）当制冷系统连接到晶片托盘后，混合工质就在一个容积固定管路内循环运行。在压缩机启动初期，整个系统基本处于较高温度，系统内大部分工质为[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相[/color][/url]，随着制冷温度的降低，除压缩机和冷凝器外的其他部件内的[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/5p][color=#3333ff]液相[/color][/url]工质含量逐渐增加，当制冷温度达到最低时，系统内的[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/5p][color=#3333ff]液相[/color][/url]工质含量达到最高。由于气液两相工质的比容相差较大，不同相态的工质通过节流单元的能力不同，工质间的沸点也不同，所以在制冷系统启动初期，通过节流单元的几乎全部为气态工质，压缩机的排气压力也将会很高。而在半导体工艺设备中，半导体晶片托盘及其回路部件的最大工作压力通常在1~1.4MPa范围内，那么在低温制冷过程中，冷却剂压力可能会超过晶片托盘冷却回路的最大操作压力而造成系统损坏。因此，要在晶片制冷系统中增加低温压力控制装置，避免出现高压问题，保证制冷系统在整个运行过程中制冷剂压力符合要求。 （2）晶片冷却温度是半导体低温工艺的一项重要技术参数，晶片冷却过程中的低温温度要求按照设定值进行准确控制。尽管大多数低温制冷系统都具有温度控制功能，可通过外部温度传感器、调节回路和控制器组成的闭环回路实现低温温度控制，调节回路基本都是通过调节制冷剂流量和膨胀方式，有些则通过辅助加热方式进行温度控制，但这些温控方式普遍结构复杂且控温精度不高，特别是在多个晶片同时冷却的半导体设备中这些问题更是突出。 针对上述半导体低温工艺中制冷系统在压力和温度控制中存在的问题，本文将提出一种更简便有效的解决方案。解决方案的核心是在晶片托盘上并联一个流量可调旁路，使制冷剂在流入晶片托盘之前进行部分短路。即通过旁路流量的变化调节流出晶片托盘的制冷剂压力，一方面保证制冷剂低压工作状态，另一方面实现晶片温度的高精度控制。[b][size=18px][color=#990000]2. 解决方案[/color][/size][/b] 对于半导体低温工艺中的晶片托盘进行冷却，一般所采用的技术方案是直接将自复叠混合工质制冷机与晶片托盘连接，其结构如图1所示。这种方案在温度控制时是在晶片托盘上安装温度传感器，并与控制器连接进行温度控制，但这种方案存在压力过高和温度控制不准确的问题。[align=center][color=#33ccff][size=14px][b][img=半导体晶片低温冷却实施方案示意图,400,235]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/12/202212270900279759_748_3221506_3.jpg!w690x406.jpg[/img][/b][/size][/color][/align][align=center][b][color=#990000]图1 半导体晶片低温冷却常规方案[/color][/b][/align][align=center][size=14px][b][img=半导体晶片低温冷却改进后方案,400,240]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/12/202212270900037860_9891_3221506_3.jpg!w690x414.jpg[/img][/b][/size][/align][b][/b][align=center][b][color=#990000]图2 半导体晶片低温冷却改进后方案[/color][/b][/align] 本文提出的改进方案如图2所示，为了使冷却过程中的混合工质压力始终处于安全工作范围，在图1所示的冷却管路上增加了一个短接旁路，通过一个调节阀控制此旁路中的工质流量可以降低晶片卡盘及其管路的内部压力达到安全范围。同时，此旁路调节阀具有高精度动态精密调节能力，可使晶片卡盘内部的制冷剂压力波动非常小而实现更准确的温度控制，由此可在制冷机现有温度控制能力的基础上，降低压力波动和提高温度稳定性。具体实施方案如图3所示。[align=center][size=14px][b][color=#33ccff][img=半导体晶片低温冷却实施方案示意图,690,266]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/12/202212270900506941_8802_3221506_3.jpg!w690x266.jpg[/img][/color][/b][/size][/align][align=center][b][color=#990000]图3 半导体晶片低温冷却系统压力和温度精密控制方案示意图[/color][/b][/align] 在图3所示的解决方案中，采用了以下几个控制部件： （1）气动调节阀：此气动调节阀也称之为背压阀，即通过较小的气体压力来驱动较大压力下流体介质中阀门的开度变化。通过此低温调节阀开度变化来改变旁路流量进而实现压力调节。 （2）先导阀：先导阀是一个低压气体压力调节阀，可对表压（如0.6MPa）的进气压力进行高精度减压调节，调节控制信号为模拟量（如4~20mA或0-10V），由此来驱动气动调节阀。 （3）传感器：晶片低温冷却系统包含了压力和温度传感器，以分别检测晶片冷却剂回路中的压力和晶片温度，并将检测信号传输给双通道PID控制器。压力传感器可根据实际需要布置在制冷剂管路中的不同位置，以提供合理和准确的压力监测。 （4）双通道控制器：此双通道控制器是具有两路独立控制通道且具有很高精度的PID控制器，一路通道与压力传感器和先导阀构成压力控制回路，另一通道与温度传感器和制冷机构成温度控制回路。 总之，通过这种增加旁路并进行压力精密调节的解决方案，即可满足降低制冷剂压力提供安全防护功能，又可以提高晶片温度控制精度，是一种可用于晶片低温工艺的更优化方案。[align=center]~~~~~~~~~~~~~~[/align]