高低压智控仪

近年来,随着高低温交变实验箱等试验箱技术的不断改进,市场竞争的激烈。环境试验箱厂家和购买客户对试验箱的技术要求也越来越高。环境试验箱作为环境试验设备,在电工、电子产品、元器件、零部件及其材料检测试验中发挥着重要的作用。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/04/201604111003_589924_2930782_3.jpg　　高低温交变实验箱技术要求只要是高温加热系统和低温制冷系统。设备加热器采用瓷架镍铬丝电加热器,此加热器热惰性小,寿命长。由仪表输出可控脉冲占空比PID信号,通过固态继电器来控制,控制平稳、可靠。低温制冷采用法国泰康全封闭式压缩机机组。其它制冷部件如美国RANCO、SPORLAN、瑞士ALFALAVAL、丹麦DANFOSS、意大利CASTEL等原装进口名牌产品。使用R404A环保型制冷剂。为确保系统安全运行,在系统中需设置高低压控制、超压、过载等保护系统。同时为了监测系统运行情况,在高低压端均需设有高低压表监测系统运行情况。

[b][url=http://www.linpin.com/]高低温低压试验箱[/url][/b]是模拟高海拔地区压力的一种.温度.湿度等环境参数的试验设备。航空航天广泛应用于工业领域，但目前生产制造的高低温低压环境设备普遍存在温度均匀性等技术指标偏差较大，难以更准确.理想的测试结果。如何有效地解决这一困难？通过大量的试验和探索，探索了高低温低压试验设备温度均匀性和技术指标参数差的有效方法。　　在高低温低压试验设备的实际生产加工中，由于承压体应承受足够的压力，无论是内部压力还是外部压力，都有承压体负荷（负荷）.温度传导慢的特点，我们现在以内压模式为例。正常情况下，内压承压体采用内压承压体δ4～5mm钢板加工，压力钢筋根据试验要求的尺寸选择型钢焊接。其该设备的环境条件如下：[align=center][img=,348,348]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/07/202207141654275058_1534_1037_3.jpg!w348x348.jpg[/img][/align]　　1.温度:15°C~35°C；相对湿度：不超过85%；大气压：80%；kPe8t190kPa 　　2.周围无强振动、无腐蚀性气体，且无阳光直射或其他冷光.热源直接辐射；　　3.周围无强气流。当周围空气需要强制流动时，气流不应直接吹到箱体上；无干扰试验箱控制电路的磁场影响；无高浓度粉尘和腐蚀性物质。　　根据真空（或低压）工作区等压区的特点，将真空热层技术应用于高低温低压试验箱的设计，在等压区增加固定薄金属板加工的多面辐射体，辐射体采用δ0.6～0.8不锈钢加工；制冷盘管和加热板布置在辐射体周围，制冷盘管和加热板必须紧密贴合.固定在辐射体表面，在辐射体各表面设置一组独立的制冷盘管。制冷盘管采用薄壁黄铜管加工，用薄铜板加工成夹具固定，然后与制冷系统连接，加热板通过接线柱或航空插队座与控制系统连接。这样可以增加辐射体的制冷或加热的传导面积。同时，辐射体内表面用航空黑漆喷涂成黑色。增加辐射面积。充分利用辐射体作为载体，达到辅助制冷加热的目的(或预热)，彻底克服了真空或低压设备技术指标参数差的困难。

膨胀阀是高低温箱制冷系统的四大组件之一，是调节和控制制冷剂流量和压力进入蒸发器的重要装置，也是高低压侧的“分界线”。它的调节，不仅关系到整个高低温箱制冷系统能否正常运行，而且也是衡量操作工技术高低的重要标志。[align=center][img=,348,348]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/02/202102201553151257_4148_1037_3.jpg!w348x348.jpg[/img][/align]　　高低温箱调整空调膨胀阀务必细心耐心地开展，调整工作压力务必历经空调蒸发器热交换器烧开(挥发)后，再根据管道进到制冷压缩机呼吸腔体现到气压表上的，必须一个時间全过程。每激发空调膨胀阀一次，一般需10—15分钟后才可以将空调膨胀阀的调整工作压力平稳在呼吸气压表上。　　高低温箱制冷压缩机的呼吸工作压力，是空调膨胀阀调整工作压力的关键参照主要参数。空调膨胀阀的打开度小，冷媒根据的总流量就少，工作压力也低:空调膨胀阀的打开度大，冷媒根据的总流量就多，工作压力也高。依据冷媒的供热特性，工作压力越低，相对性应的溫度就越低工作压力越高，相对性应的溫度也就越高。依照这一基本定律，假如空调膨胀阀出入口工作压力过低，相对的挥发工作压力和溫度也过低。但因为进到空调蒸发器总流量的降低，工作压力的减少，导致挥发速率缓减，企业容量(時间)空调制冷量降低，致冷高效率减少。　　高低温箱为减小膨胀阀调节后的压力及温度损失，膨胀阀尽可能安装在入口处的水平管道上，感温包应包扎在回气管(低压管)的侧面中央位置。膨胀阀在正常工作时，阀体结霜呈斜形，入口侧不应结霜，否则应视为入口滤网存在冰堵或脏堵。正常情况下，膨胀阀工作时是很幽静的，如果发出较明显的“丝丝”声，说明系统中制冷剂不足。当膨胀阀出现感温系统漏气节失灵等故障时应予更换。

基本“气泡问题”的解决方案 （第一部分) 跟踪观察流体中的空气含量有很多方法：水中溶氧度计，醇类液体中可看到的溶剂与氧的相互作用以及一些用于测量气体本身氧含量的溶剂和传感器。 根据溶解氧含量，可推断出流体系统中溶解空气的总量。 很早以前工程师就发现许多不同系统受到水中溶解氧含量或氧与氮含量的不良影响。 蒸汽机的问世使对锅炉管腐蚀的研究成为必要，深海潜水员必须解决血液里氮麻醉和气泡形成的问题。 生物学家需要了解水温与水生物种鲤鱼和鳟鱼所喜好的环境之间的关系。 随着工程学的进步，了解气蚀和气泡的影响越来越重要。 潜艇螺旋浆已经过特殊加工来消除螺旋浆表面上的压降，从而不会形成气泡，而且当气泡离开低压区时会破裂。 这些破裂气泡发出的声音会彻底暴露潜水艇的位置。 在实验室中，使用高压液相色谱法（HPLC）时必须致力于避免仪器所使用的溶剂发生气蚀现象。这些物理相互作用对单向阀、柱塞杆、管道和接头的设计极其重要，在70年代后期，当工程师开始设计一种需要将两种或更多溶剂在进入HPLC泵之前进行混合的系统时，产生了新的问题。 已退休的Rheodyne公司科学家， Steve Bakalyar博士定义并阐释了用于HPLC脱气的“黄金法则”：用氦气吹扫流体。 Tokunaga于1976年进行了开创性的工程研究，在研究中分析了醇、水及其混合物中的空气浓度，清楚地表明需要将空气从将要混合的溶剂中去除以消除气泡。Bakalyar博士采用的“脱气”方法是在溶剂进入HPLC泵之前，利用阀门按比例地混合溶剂。Bakalyar博士将他的这一发现申请了专利，即我们所知的氦气吹扫技术。 简而言之，醇类的含气量可高达水含气量的7倍，但水与醇的混合物中的含气量却将低于各溶剂带入混合物中的含气量的总和。 Tokunaga发现，在常压下将30%和70%的甲醇溶液进行混合，得到的水/甲醇混合溶液只能溶解其各自带入的空气总含量的38%。关于其它溶剂相互机械作用的研究也表明，沿混合曲线溶解度也发生类似的下降。 空气在水和甲醇混合液中的溶解性(HPLC梯度混合过程）基于Tokunaga, J Chem & Eng Vol 20 No 11975 的数据 http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2010/12/201012171713_267706_1587_3.jpg 图：阐释为何水和甲醇混合过程中会形成气泡（版权归IDEX Health & Science所有） 在上图中，混合物中的过量空气在HPLC

[align=center][color=#ff0000][img=,690,368]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/06/202206130915093546_2463_3384_3.png!w690x368.jpg[/img][/color][/align][color=#ff0000]摘要：低压缓冲罐广泛应用于各种真空工艺和设备中，本文主要针对缓冲罐在全量程内的真空度精密控制，并根据不同真空度范围和缓冲罐体积大小，提出了相应的解决方案，以满足不同低压过程对缓冲罐真空压力精密控制的不同要求。[/color][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align][size=18px][color=#ff0000]一、背景介绍[/color][/size]低压缓冲罐是真空系统中常用的一种真空容器，主要通过提供真空“储存”来防止真空泵的过度循环，其基本原理是利用滞留量（体积）来提供更平稳的真空度操作。在真空工艺过程中，低压缓冲罐主要有以下两种结构形式：（1）真空度波动衰减：缓冲罐安装在真空单元之间，避免连续过程中真空度的波动传播。（2）独立操作：缓冲罐安装在单元之间以允许独立操作，例如在临时关闭期间以及连续和批处理单元之间。低压缓冲罐在独立操作形式中，一般需要具备以下功能：（1）对于小尺寸空间的工艺容器，很难实现真空度的高精度恒定或程序控制，真空度的波动和不准确很难达到工艺要求。为此在工艺容器上串接一个容积较大的低压缓冲罐，通过对缓冲罐真空度的精密控制，则可以完美解决此问题。（2）提供气液分离功能，防止工作液体直接倒灌入真空泵。（3）提供冷凝功能，避免反应容器内的部分溶剂转化为气态直接进入真空泵，由此降低真空泵的故障率和提高真空泵的使用寿命。本文主要针对缓冲罐在全量程内的真空度精密控制，提出相应的解决方案，以满足不同低压过程对缓冲罐真空压力精密控制的不同要求。[size=18px][color=#ff0000]二、解决方案[/color][/size]在低压缓冲罐真空度精密控制过程中，基本控制方法是调节缓冲罐的进气和出气流量，并通过进出气流量的动态平衡来实现缓冲罐内部气压的准确控制，即所谓的动态平衡法。但在不同真空工艺和设备中，对低压缓冲罐的真空度范围会有不同的要求，相应的动态控制模式也不尽相同。而且，不同体积大小的低压缓冲罐，为实现缓冲罐内真空度的快速准确控制，则需要不同的调节装置。以下将针对这些不同要求，提出相应的具体解决方案和相关装置细节。[color=#ff0000]2.1 低真空（高压）和高真空（低压）控制方式[/color]一般我们将低于一个大气压下（760Torr）的绝对压力称之为真空（或低压），而整个真空范围又分为低真空（10-760Torr）、高真空（0.01~10Torr）和超高真空（0.01Torr）三部分。本文将只涉及低真空和高真空这两个范围内的真空度精密控制，对于超高真空，目前还没有很好的技术手段进行精密控制，基本还都是仅靠真空泵的抽气能力来实现数量级级别的控制。低真空和高真空缓冲罐真空度的动态平衡法控制中，为达到快速和准确的控制效果，必须分别采用上游和下游两种控制模式，通过上下游这两种模式及其两种模式之间的切换，可以实现真空度全量程内的精确控制。低压缓冲罐动态平衡法真空度控制系统的整体结构如图1所示。整个缓冲罐真空度控制系统主要由进气阀、抽气阀、真空泵、真空传感器和PID控制器组成，它们各自的功能如下：[align=center][color=#ff0000][img=低压缓冲罐真空度控制,500,400]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/06/202206130911289636_8164_3384_3.png!w690x553.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#ff0000]图1 低压缓冲罐真空度控制系统结构示意图[/color][/align]（1）进气阀的作用是调节进气流量。在缓冲罐真空度控制过程中，进气流量一般在较小的范围内进行调节，因此进气阀一般为电动针阀。（2）抽气阀的作用是调节出气流量。在缓冲罐真空度控制过程中，进气流量一般在较大的范围内进行调节，因此进气阀的口径大小一般需根据需要进行配置，后面还会进行详细介绍。（3）真空泵的作用是提供真空源。在缓冲罐真空度控制过程中，真空泵要根据真空度要求和缓冲罐体积大小来进行选配。（4）真空传感器的作用是实时测量缓冲罐的真空度并将测量信号反馈给PID控制。在缓冲罐真空度控制过程中，要根据缓冲罐真空度量程和精度要求选配传感器，一般是低真空和高真空范围内各配一个真空计。为保证测量精度，一般会选择电容式真空计。也可以根据需要只选择一个精度较差的皮拉尼计来实现整个高低真空范围内的测量。（5）PID控制器的作用是通过接受到的真空度信号来分别调节进气阀和出气阀，使得缓冲罐内的真空度达到设定值或按照设定程序进行变化。在全量程范围内的真空度控制时，如果需要采用两只不同量程真空计进行全量程覆盖，就需要具有传感器自动切换功能的双通道PID控制器，以便在不同量程范围内的控制过程中进行自动切换。如果采用电容式真空计来实现高精度的真空度控制，相应的PID控制器则需要具有24位A/D和16位D/A的高精度。在缓冲罐的不同真空度范围内，需要采用以下不同的控制模式才能达到满意的控制精度。（1）上游控制模式：上游控制模式也叫进气调节模式，主要适用于高真空范围内的精密控制。在上游控制模式中，抽气阀门基本是全开方式全速抽气，通过调节进气流量来实现缓冲罐内高真空的精密控制。（2）下游控制模式：下游控制模式也叫出气调节模式，主要适用于低真空范围内的精密控制。在下游控制模式中，进气阀门基本是某一固定开度，即固定进气流量，通过调节抽气流量来实现缓冲罐内低真空的精密控制。另外需要特别注意的是，不论采取上述哪一种控制模式，控制精度还受到真空度传感器和PID控制精度的限制。因此，除了选择合理的上下游控制模式之外，还需要根据不同精度要求选择合理的传感器和控制器。[color=#ff0000]2.2 不同缓冲罐体积的真空度控制[/color]缓冲罐真空度精密控制中，除了涉及上述的控制模式选择之外，还涉及控制速度问题，即根据缓冲罐的容积大小和真空度控制范围来确定合理的真空度准确控制速度。这方面主要涉及以下两方面的内容和基本原则：（1）对于小容积的缓冲罐，可以选择具有小流量调节能力的进气阀、排气阀和真空泵。（2）对于较大容积的缓冲罐，可能就需要配备较大流量调节能力的进气阀、排气阀和真空泵。其中进气阀和排气阀需要配备电动球阀等大口径阀门，具体情况还需根据所控真空度范围来进行进一步的合理选择。[align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align]

[b]淋雨试验箱[/b]主要用于对外部照明灯具和数据信号装制以及汽车灯具壳子进行防范的作用，可以细腻的模拟出数码产品以及电子器件在运送和使用的过程中可能遭遇到的雨淋和喷淋头等各类环境条件。进而达到检验各类产品防潮性能的一些效果。[align=center][img=,348,348]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/05/202105111519177776_1054_1037_3.jpg!w348x348.jpg[/img][/align]　　雨试验箱的常见问题：机器设备在运作的时候倘若听得见意外事故的响声就要马上关机检查，待查出来常见故障并处理过后才能重新开关机使用，防止影响到机器设备的使用期。传动系统组织必须要按时进行给油，减速器加的油为20#汽车机油。机器设备位置定位过后需要把托架扛起，为了防止机器设备在实验的过程中受到颤动而挪动。淋雨试验箱使用的时间长了过后，倘若发现喷水孔阻塞就需将管道卸下来，用纯净水清洗过后再零件加工上来。　　淋雨试验箱的清洗工作：高低压配电室内的清洗：试验箱一段时间的外露在环境中，高低压配电室内的仪表盘、供电系统板以及水回路等都会积攒很多的尘土，当气体湿气大的时候就会导致机器设备的常见故障，为了确保机器设备长时间平稳的运作，每月要对高低压配电室进行一次清洗。

制冷压缩机是[b][url=http://www.linpin.com]高低温试验箱[/url][/b]的核心部件之一，该元件的选择与试验效果有着密切的关系，其实高低温试验箱制冷压缩机通常使用的是半封闭式的，这是什么原因呢？今天就和大家探研一下它的是三个原因。[align=center][img=,348,348]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/02/202202161645485512_3345_1037_3.jpg!w348x348.jpg[/img][/align]　　一、可以减小设备的噪音：这是因为这种制冷压缩机的电机是在其内部，而且采用的是特别设计的排气腔和分离器还有使用了双层设计结构的模式。　　二、可以让压缩机更可靠的运行：因为半封闭制冷压缩机的吸气口都有滤清装置可以将系统里面的杂质过滤出来，以便设备可以更好的运行。　　三、半封闭制冷压缩机里凡是有润滑的地方，都是将其设计成供油特殊起动给油的高低压差方式，这样可以保障压缩机在没有用驱动电机、油压调整阀和油泵的条件下，供油充足，运行可靠同时还减少了故障率。　　以上是高低温试验箱用半封闭制冷压缩机的优点，这也是大家使用的这种压缩机的原因之一，如果想让试验设备性能好的话，一定要为其选择性能比较好的压缩机，试验设备的制冷方式其实有两种，除了半封闭活塞式压缩制冷方式，也还有其他类型的压缩制冷方式，为客户选择适合的压缩设备，才能提高其产品性能。通常厂家在为客户制作设备的时候，会从客户的需求出发，为客户配置性能好的压缩机，其实压缩机的好坏这个也是前期客户在选购设备的时候可以关注的要素，如果设备使用的劣质压缩机，那么这个设备可能在性能方面就不能达到预期，客户就可以另做其他选择，当然如果客户对压缩机有足够的了解，可以指定相应的压缩机，来提高设备整体的效率等性能。

[align=center][img=负压到正压之间的真空压力控制,550,322]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/06/202206150930277204_2781_3384_3.png!w690x405.jpg[/img][/align][color=#000099]摘要：针对一些真空压力应用场合需要实现低压到高压（或负压到正压）之间的单向或交替连续精密控制，本文提出了相应的解决方案。并针对不同的真空压力范围，详细介绍了不同的调节阀配置和技术参数。[/color][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align] [size=18px][color=#000099]一、背景介绍[/color][/size]在一些真空压力应用场合，常需要气压在低压和高压（负压到正压）之间进行单向或交替变化，且整个变化过程需要精密控制。这方面的典型应用场合主要有：（1）压力传感器的校准装置：对于一些测量范围覆盖负压到正压的压力传感器，其校准就需要相应的校准腔室，校准腔室需要模拟出相应的负压到正压的真空压力环境。并且在校准过程中，需在低压到高压范围内设置多个校准点，并按照从高到低（或从低到高）连续控制和测量，并进行校准。（2）人体肺器官性能研究装置：通过正压和负压变化控制模拟呼吸过程以研究肺器官的动力学特性，由此来指导和改进呼吸机和相关仪器。（3）大气气压环境模拟装置：在各种航空飞行器、机动车辆和电器仪表等行业，都需要在大气气压模拟环境下进行考核测试，相应的大气气压模拟腔室也需要正负压范围内的连续控制，有时甚至要求在正负压之间快速变化以模拟飞行器高度快速变化的动态特性。（4）医院隔离房间的正负压转换：很多医院的手术室等多为正压房间，随着新型冠状病毒出现以后，需要将正压室改造为负压室，甚至要求可以按照需要在正压和负压之间进行转换。（5）闪蒸工艺：闪蒸工艺是使液体在正负压快速变化环境中形成过热并快速挥发成蒸汽而起到快速干燥作用，同时可用来增加液体对固体的渗透。（6）机械手用软气动致动器：大多数用于产生弯曲致动的软气动致动器都利用了正压或负压，正负压致动器的弯曲力组合成单个致动结构，并产生较大的阻挡力并仍然能够产生较大的弯曲变形，为软机器人夹具在需要细腻触感的应用中提高了有效的技术手段。本文将针对上述应用场合中需要实现低压到高压（或负压到正压）之间的单向或交替连续精密控制，提出相应的解决方案。并针对不同的真空压力范围，详细介绍不同的调节阀配置和技术参数。[size=18px][color=#000099]二、技术方案[/color][/size]正负压区间连续控制的基本原理如图1所示，其目的是精密控制真空压力容器内的气压从低压到高压（或从高压到低压）的连续单调变化（或往复交变）。以下为控制原理的具体内容：[align=center][img=负压到正压之间的真空压力控制,550,264]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/06/202206150934002513_5809_3384_3.png!w690x332.jpg[/img][/align][align=center]图1 正负压区间真空压力连续控制原理图[/align]（1）控制原理基于真空压力容器进气和出去的动态平衡法，是一个典型的闭环控制回路。PID控制器采集压力传感器信号并与设定值进行比较并调节进气和抽气调节阀的开度，最终使传感器测量值与设定值相对而实现真空压力准确控制。（2）为了覆盖低压到高压的整个真空压力范围，至少配置两个真空压力传感器分别负责负压和正压。PID控制器为双通道同时控制以对应低压和高压区间的控制，并且PID控制器能根据不同的真空压力范围对传感器进行自动切换。（3）控制回路中分别配备了真空泵（负压源）和高压气源（正压源），以提供足够的低压和高压能力。（4）当控制是从低压到高压进行变化时，一开始的进气调节阀开度（进气流量）要远小于抽气调节阀开度（抽气流量），通过自动调节进出气流量达到不同的平衡状态来实现不同的真空压力控制，最终进气调节阀开度逐渐要远大于抽气调节阀开度，由此实现低压到高压范围内一系列设定点的连续精密控制。对于从高压到低压的变化控制，上述过程正好相反。[size=18px][color=#000099]三、方案具体配置[/color][/size]本文所提出的技术方案包括了两个部分，以覆盖以下两个不同的真空压力范围。（1）绝对压力最高7bar至最低0.01mbar（1Pa）。此真空压力范围内的控制系统结构如图2所示。[align=center][img=,550,324]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/06/202206150934256923_4766_3384_3.png!w690x407.jpg[/img][/align][align=center]图2 绝对压力0.01mbar~7bar范围内的控制系统结构示意图[/align]在图2所示的控制系统中，由于对高真空进行精密控制而采用了电动针阀，电动针阀的正压耐压仅为7bar，因此决定了此种配置的控制系统高压控制范围不超过7bar。图2所示的控制系统中使用了通径较大电动球阀作为排气调节阀，主要是用于容积较大的密闭容器的真空压力控制。如果要在较小体积密闭容器内实现真空压力的连续控制，则排气调节阀可采用通径较小的电动针阀。另外，对于要求正负压快速交变控制的应用场合，要求进气和排气调节阀具有很高的响应速度，这时就需要采用响应速度更快的电动针阀。（2）绝对压力最高15bar至最低15mbar（1.5kPa）为满足更高压力的需要，就需要解决图2方案中的高压瓶颈，因此将图2中的高压耐压差的电动针阀更换为真空型气控背压阀，由此可大幅度拓宽高压区间，但相应地要在低压范围内做出牺牲。此高压型的控制系统结构如图3所示。[align=center][img=负压到正压之间的真空压力控制,557,324]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/06/202206150934440387_9047_3384_3.png!w690x401.jpg[/img][/align][align=center]图3 绝对压力15mbar~15bar范围内的控制系统结构示意图[/align]图3所示的负压至正压的控制系统中，采用了真空型背压阀来对进出气流量进行调节，对背压阀的驱动则使用了气控先导阀。由于采用了气控式真空型背压阀，可将高压控制范围提升到了15bar，但相应的负压同样也被提升到了15mbar。如果需要，还可以进一步抬高高压上限，但低压下限也会随之提升。在图3所示的这种先导阀驱动背压阀控制方法中，除了将整个控制区间向高压端平移之外，还具有两个特点，一是背压阀可制作成较大通径而适用于较大容器的真空压力控制，二是背压阀的响应速度很快可满足正负压往复交变的快速控制。[size=18px][color=#000099]四、总结[/color][/size]通过上述技术方案，完全可以实现正负压范围内真空压力的连续控制和往复交变控制，并且可以达到很高的控制精度和速度。本文解决方案的技术成熟度很高，方案中所涉及的电动针阀、电动球阀、背压阀和PID控制器，都是目前上海依阳实业有限公司特有的标准产品，其他的真空计、压力计、先导阀、真空泵和高压起源等也是目前市场上的标准产品。本文技术方案仅是对技术路线的详细内容进行了介绍，在具体实施过程中，还需根据具体应用中的技术指标要求来进行搭配和细化，如采用PLC控制和增加防护用的截止阀等。[align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align]

[color=#ff0000]摘要：为了满足低压渗碳工艺中对真空度精密控制的要求，本文提出了相应的解决方案，其中包括增加一个混气罐用于渗透气体混合、采用上游和下游形式的动态控制方法和真空度与温度同时配合控制方法，由此可实现渗透工艺中真空度和温度的快速和精密控制。[/color][size=18px][color=#ff0000]一、问题的提出[/color][/size]低压渗碳又称为真空渗碳，是在低压真空状态下，向高温炉内通入渗碳介质进行快速渗碳的工艺过程。真空渗碳工艺可分为一段式、脉冲式、摆动式几种形式，其中真空度、温度和渗碳时间等随具体要求的不同会发生相应变化，特别是真空度会随着温度变化发生剧烈变化。因此在真空渗碳工艺中，真空度控制方面需要解决以下几方面的问题：（1）真空度的快速精确控制问题，如定点控制、程序控制和快速脉冲控制，都要求真空控制系统具有较高的响应速度和控制精度。特别是在真空度全量程范围实现精密控制，势必要根据不同量程采用不同的真空度传感器和相应的上游和下游控制模式。（2）真空度和温度的同时控制问题，这是渗碳是在高温环境下进行，要求真空度和温度的同时协调控制。为满足低压渗碳工艺中对真空度精密控制的要求，本文提出了真空度精密控制解决方案，并采用双通道PID控制实现温度的同步控制。[size=18px][color=#ff0000]二、解决方案[/color][/size]低压渗透工艺中的真空度和温度控制系统，其整体结构如图1所示。[align=center][color=#ff0000][img=低压渗碳中的真空度控制,690,482]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/04/202204260835413442_9140_3384_3.png!w690x482.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#ff0000]图1 低压渗碳工艺中的真空度和温度控制系统结构示意图[/color][/align]真空度精密控制的基本原理是动态控制方法，即根据控制设定值和真空计测量值，分别调整渗碳室的进气流量和排气流量，使这进出流量达到动态平衡。如果要进行自动化控制，则需采用PID控制算法和相应控制器。如图1所示，本文提出的真空度精密控制解决方案就是采用了动态控制方法，采用电动针阀调节进气流量，采用电动球阀或电动针阀调节抽气流量，真空泵用作真空源，整个真空度的自动控制采用了PID控制器。对于不同的低压渗碳工艺，其真空度的控制范围为1Pa~100kPa范围。因此在具体工艺中，不同真空度范围内的控制需要采用不同的动态控制模式。对于1Pa~1kPa高真空区间内的真空度控制，采用固定抽气流量、调节进气流量的上游控制模式；对于1kPa~100kPa低真空区间内的真空度控制，采用固定进气流量、调节抽气流量的下游控制模式。如图1所示，为了实现对进气流量的调节和控制，在渗碳室的进气端增加一个混气罐，采用气体质量流量计分配各种渗透气体进入混气罐，混合后的渗透气体再通过电动针阀进行流量调节和控制。为了同时实现温度控制功能，本方案采用了双通道的PID控制器，一个通道用来控制真空度，另一个通道用来控制温度。此双通道PID控制器如图2所示。此PID控制具有24位A/D和16位D/A，具有47种（热电偶、热电阻、直流电压）输入信号形式，可连接各种真空度和温度传感器进行测量、显示和控制。2路独立测量控制通道，两线制RS485，标准MODBUSRTU 通讯协议。[align=center][color=#ff0000][img=低压渗碳中的真空度控制,363,400]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/04/202204260836105451_4665_3384_3.png!w515x567.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#ff0000]图2 VPC2021系列双通道PID控制器[/color][/align]为实现真空度控制过程中的高精度调节，采用了数控步进电机进行精细调节的电子针阀，如图3所示。此系列数控针阀的磁滞远小于电磁阀，并具有1秒以内的高速响应，特别是采用了氟橡胶（FKM）密封技术，使阀具有超强的耐腐蚀性。与数控电子针阀配备有一个步进电机驱动电路模块，给数控针阀提供了所需电源（24VDC）和控制信号（0~10VDC），同时也可提供 RS485 串口通讯的直接控制。[align=center][color=#ff0000][img=低压渗碳中的真空度控制,182,400]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/04/202204260836266795_6061_3384_3.png!w275x604.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#ff0000]图3 NCNV系列电动针阀[/color][/align]对于较大口径的抽气管路，本方案采用了微型电动球阀，如图4所示。此系列的电动球阀是一种小型电动阀门，阀门开度可根据控制信号（0~10VDC）的变化连续调节，最快开启闭合时间小于7秒，也可达到小于1秒的开启闭合时间，其执行器和阀体的一体化设计，减小了外形体积，价格低廉，常安装在密封容器和真空泵之间用于调节抽气速率。[align=center][color=#ff0000][img=低压渗碳中的真空度控制,309,400]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/04/202204260836408860_4144_3384_3.png!w521x673.jpg[/img][/color][/align][color=#ff0000][/color][align=center]图4 LCV-DS系列电动球阀[/align]总之，通过本文所述的解决方案，低压渗碳工艺中的真空度控制精度在全量程范围都可以达到1%，同时还可以进行相应的温度控制。[align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align]

续接我们上个月贴出的关于“气泡问题” 的第一部分探讨文章，早期HPLC工程师显然已明白，溶剂的混合对这些系统的设计而言是个问题。 对于纯水或水性流体系统而言，也许并不真正需要排除系统流体和试剂中的空气。事实上，早期生物分析仪利用空气将液体流分段后流经内径较大的管道——称为分段流动分析法。 这类系统一般通过各种机理消除气泡，或干脆忽略与气泡相关的检测信号部分。 然而，随着连续流动分析仪的引入，不再采用气泡分段流动，流体中气泡的随机干扰变成一个问题。 在现代的医疗分析仪中，气泡在流动系统中会产生以前不曾遇到过的的干扰。 抽吸的液体样品中带有空气时，气泡会干扰分配，造成直接剂量误差。 夹带在分配系统中的一个气泡在样品抽吸和分配时，会因压力变化而导致间接剂量误差。 http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/01/201101141519_274118_1732309_3.jpg图 1：用单一注射泵，抽取和分配含有饱和空气的水。 取样管的内径足够小，可以产生适中的限流。 出现分配异常（误差）的概率大约为2%。 由于空气的疏水性，气泡将附着在分配系统的几乎每个部位上，要求非常高的速度或湍流才能冲走流体中的气泡，从而经废液排出。 这个过程耗时长、不可预测，而且可能需要对系统进行设计，使之能识别出气泡存在。 只需简单地数数用于检测气泡的传感器数量，就能证明这个问题的深度。 光学传感器、超声传感器、视频传感器和热传感器都可用于检测流体中的气泡。 无论设计如何，由于温度、压力的变化，或在与其它流体混合时，水性溶液仍要进行脱气处理。 在这些情况下，流体脱气可能是消除气泡成形的唯一可靠方法。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/01/201101141523_274120_1732309_3.jpg图2：水经过脱气后，气蚀形成的气泡不再导致分配误差。 流体的脱气的确会增加分配系统的成本，但仅仅发生一次取样和分配误差，可能比添加脱气环节的代价更高。HPLC应用要求必须进行脱气处理，这是由于空气在混合溶液中的溶解度不同造成的。对于HPLC来说，工程师很容易验证，相对于添加另一台溶剂泵进行混合的成本而言，使用比例阀和脱气器的合理性。 即使需要第二台高压泵，如UHPLC系统，对溶剂的脱气也可防止因随机气泡导致的泵送故障。 正如我们在本文中了解到的，我们可看到分析液中气泡的随机性。 由于诊断IVD仪器有可能在相对封闭的环境下操作，流入仪器的流体与环境及仪器本身能达到完全平衡，因此在这些条件下可能不需要对冲洗水或其它流体进行脱气。 但当环境条件发生变化，不再保持平衡时，对仪器中的流体进行脱气可确保仪器的正常操作，并确保患者样本的分析误差可能性降至最低。 在接下来发布的第三部分内容中，我们将举例介绍一个客户的实际应用，在此应用中工程师诊断出IVD诊断仪器内的流体需要进行脱气处理，尽管该系统设计非常优秀，但额外的脱气处理仍是必要的。

[b][url=https://www.instrument.com.cn/netshow/SH101036/]高低温湿热试验箱[/url][/b]在工作阶段，由于高低温会多少产生一些水分，为了避免影响试验结果，所以要保持设备的干燥，需要做好的高低温湿热试验箱除湿工作有哪些，可以通过以下方法进行除湿。[align=center][img=,690,690]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/03/202303011547304830_405_5295056_3.jpg!w690x690.jpg[/img][/align]　　除了使用干燥装置除湿，还有机械制冷除湿的方法也适用于高低温湿热试验箱的除湿工作，干燥除湿是使用干燥器进行除湿，这种方法比较适合一些特别要求的地方来使用，此方法需要专门的干燥器除湿，所以造价比较高，该方法除湿的主要流程是：使用气泵把气体从箱内抽出来,与其同时把干燥的空气送进箱体内,再把湿空气送进干燥装置（该装置可循环利用）进行干燥,干燥完后再把气体送入箱内,这样反复的循环操作进行除去水分。这类除湿方法可以使露点温度达到零度以下。机械制冷除湿的工作原理是将空气温度降低到露点温度以下,使大于饱和含湿量的水汽凝结析出,这样就可以降低湿度。这类除湿的费用比干燥除湿费用低，所以很多试验设备采用了这类除湿方法，大家可以根据自己需要选用适合的除湿方法。　　在高低温湿热试验箱设备中不仅要除湿，其实还需要加湿，加湿和除湿分别是其湿度系统的两个子系统，平时湿度系统的加湿工作也是很重要的，试验机的加热方式通常使用的蒸汽加热的方法，这类方法是低压蒸气直接被灌入试验空间内加湿，此类加湿方法的加湿速度快，加湿控制很敏锐，当出现降温的时候非常容易实现强制加湿，这也是该方法加湿的优势，当然加湿的方式不仅仅只有这种方法，还有其他方式加湿，小编之后会陆续为大家介绍，想了解更多关于试验设备知识大家可登录林频仪器网站。

你的[b][url=https://www.instrument.com.cn/netshow/SH101036/]高低温湿热试验箱[/url][/b]在工作阶段，由于高低温会多少产生一些水分，为了避免影响试验结果，所以要保持设备的干燥，需要做好的高低温湿热试验箱除湿工作有哪些，可以通过以下方法进行除湿。[align=center][img=,690,690]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/04/202304131520210699_9014_5295056_3.jpg!w690x690.jpg[/img][/align]　　除了使用干燥装置除湿，还有机械制冷除湿的方法也适用于高低温湿热试验箱的除湿工作，干燥除湿是使用干燥器进行除湿，这种方法比较适合一些特别要求的地方来使用，此方法需要专门的干燥器除湿，所以造价比较高，该方法除湿的主要流程是：使用气泵把气体从箱内抽出来,与其同时把干燥的空气送进箱体内,再把湿空气送进干燥装置（该装置可循环利用）进行干燥,干燥完后再把气体送入箱内,这样反复的循环操作进行除去水分。这类除湿方法可以使露点温度达到零度以下。机械制冷除湿的工作原理是将空气温度降低到露点温度以下,使大于饱和含湿量的水汽凝结析出,这样就可以降低湿度。这类除湿的费用比干燥除湿费用低，所以很多试验设备采用了这类除湿方法，大家可以根据自己需要选用适合的除湿方法。　　在高低温湿热试验箱设备中不仅要除湿，其实还需要加湿，加湿和除湿分别是其湿度系统的两个子系统，平时湿度系统的加湿工作也是很重要的，试验机的加热方式通常使用的蒸汽加热的方法，这类方法是低压蒸气直接被灌入试验空间内加湿，此类加湿方法的加湿速度快，加湿控制很敏锐，当出现降温的时候非常容易实现强制加湿，这也是该方法加湿的优势，当然加湿的方式不仅仅只有这种方法，还有其他方式加湿，小编之后会陆续为大家介绍，想了解更多关于试验设备知识大家可登录林频仪器网站。

[color=#990000]摘要：针对上一代探空仪检定用低压环境模拟舱压力控制系统控制精度和稳定性差、压力传感器和控制系统配置不合理等问题，用户提出升级改造要求。本文介绍了新一代低压环境模拟舱压力控制系统的实施方案，采用了双向控制模式，进行了方案验证试验，试验结果证明控制精度和稳定性都大幅提高。关键词：低压模拟舱,探空仪,压力控制,电动针阀,电动球阀,上游模式,下游模式,PID控制器[/color][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align] [size=18px][color=#990000]一、问题的提出[/color][/size]检定探空仪的重要手段之一是在地面进行低压环境模拟舱的测试，在用的低压环境模拟舱结构如图1所示。[align=center][color=#990000][img=低气压环境模拟舱压力控制,550,376]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/01/202201061504557090_7216_3384_3.jpg!w690x472.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图1 低压环境模拟舱结构示意图[/color][/align]此低压环境模拟舱使用过程中存在压力控制波动较大的问题，越靠近1个大气压时波动越大，通过分析认为主要是以下几方面原因引起：（1）压力传感器选择不合理，在全量程压力范围内传感器误差所占比例并不相同，从而显示出靠近1个大气压时波动大和远离1个大气压时波动小的现象，但实际上整体都存在较大波动，只是压力传感器在1个大气压附近精度最高，而在远离1个大气压处压力传感器误差已经完全涵盖了压力波动范围。（2）压力控制采用的是开关控制模式，真空泵和电磁阀根据压力设定值大小同时开启或关闭，尽管增加了储气罐作为缓冲，但这种半自动控制模式很难实现压力的准确恒定。（3）控制器并没有采用PID自动控制方式，也是影响压力控制精度的主要原因。综上分析，针对上一代探空仪检定用低压环境模拟舱压力控制系统控制精度和稳定性差、压力传感器和控制系统配置不合理等问题，用户提出升级改造要求。本文将介绍新一代低压环境模拟舱压力控制系统的实施方案，拟采用双向控制模式，并进行方案验证试验，由此证明控制精度和稳定性能大幅提高。[size=18px][color=#990000]二、压力控制系统升级改造方案[/color][/size]探空仪检定用低压环境模拟舱工作的绝对压力范围为1torr~760torr，要求在此范围内模拟舱的压力可以在任意设定点上准确恒定，甚至要求可以按照设定变压速率进行控制。为此，具体的升级改造方案是在原压力控制系统的基础上，保留真空泵和真空电磁阀，更换压力传感器和控制器，去掉储能罐，增加数控的进气阀和排气阀，具体方案如下：（1）采用10torr和1000torr两个不同量程的电容压力计来覆盖整个低气压范围的测量，从而保证全量程的测量精度。（2）采用高精度PID真空压力控制器，以匹配电容压力计的测量精度和保证控制精度。（3）分别真空腔体的进气口和排气口安装电动针阀和电动球阀，电动针阀直接安装在进气口处，电动球阀安装在排气口和真空泵的电磁阀之间。（4）控制方式分别采用上游模式和下游模式，上游模式用来控制10torr以下气压，下游控制用来控制10~760torr范围气压。（5）如图2所示，上游模式是维持上游压力和出气口流量恒定，通过调节进气口流量控制仓室压力。（6）如图3所示，下游模式是维持上游压力和进气口流量恒定，通过调节排气口流量控制仓室压力。[align=center][color=#990000][img=低气压环境模拟舱压力控制,400,421]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/01/202201061506055621_2789_3384_3.jpg!w400x421.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图2 低气压上游控制模式[/color][/align][align=center][color=#990000][img=低气压环境模拟舱压力控制,450,393]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/01/202201061506206214_771_3384_3.jpg!w450x393.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图3 低气压下游控制模式[/color][/align][size=18px][color=#990000]三、方案验证试验[/color][/size]针对上述两种控制模式，分别采用1torr和1000torr两只电容压力计、电动针阀、电动球阀和24位高精度压力控制器进行了考核试验，试验用的真空腔体内部空间为400×400×500mm，试验装置如图4和图5所示。[align=center][color=#990000][img=低气压环境模拟舱压力控制,550,369]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/01/202201061506318858_3696_3384_3.jpg!w690x464.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图4 低气压上游控制模式考核试验装置[/color][/align][align=center][color=#990000][img=低气压环境模拟舱压力控制,550,339]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/01/202201061506474377_3818_3384_3.jpg!w690x426.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图5 低气压下游控制模式考核试验装置[/color][/align]在上游模式试验过程中，首先开启真空泵后使其全速抽气，然后在 68Pa 左右对控制器进行 PID参数自整定。自整定完成后，分别对 12、27、40、53、67、80、93 和 107Pa共8个设定点进行了控制，整个控制过程中的气压变化如图6所示。在下游模式试验过程中，首先开启真空泵后使其全速抽气，并将进气阀调节到微量进气的位置，然后在300torr左右对控制器进行PID参数自整定。自整定完成后，分别对 70、 200、 300、450 和 600Torr 共5个设定点进行了控制，整个控制过程中的气压变化如图7所示。 [align=center][color=#990000][img=低气压环境模拟舱压力控制,550,333]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/01/202201061507110485_1025_3384_3.jpg!w690x418.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图6 上游模式低气压定点控制考核试验曲线[/color][/align][align=center][color=#990000][img=低气压环境模拟舱压力控制,550,327]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/01/202201061507246957_2391_3384_3.jpg!w690x411.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图7 下游模式低气压定点控制考核试验曲线[/color][/align]将上述不同低气压恒定点处的控制效果以波动率来表示，则得到图8和图9所示的整个范围内的波动率分布。从波动率分布图可以看出，在整个低气压的全量程范围内，波动率可以精确控制在±1%范围，在12Pa处出现的较大波动，是因为采用 68Pa处自整定获得的PID参数并不合理，需进行单独的PID参数自整定。 [align=center][color=#990000][img=低气压环境模拟舱压力控制,550,309]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/01/202201061507435250_4590_3384_3.jpg!w690x388.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图8 上游模式低气压定点控制考核试验曲线[/color][/align][align=center][color=#990000][img=低气压环境模拟舱压力控制,550,340]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/01/202201061507565906_1701_3384_3.jpg!w690x427.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图9 下游模式低气压定点控制考核试验曲线[/color][/align]从上述考核试验结果可以看出，升级改造后的控制方法可以将压力控制精度和稳定性提高五倍以上，并大幅提高了低压环境模拟仓自动化水平和可靠性。[align=center]=======================================================================[/align]