阀门电动执行器也称之为阀门电动装置，是用于操作阀门并且与阀门相连接的装置之一。该装置由电力来驱动，其运动过程可由行程、转矩或轴向推力的大小来控制。由于阀门电动执行器应有的工作特性和利用率取决于阀门的种类、装置的工作规范及阀门在管线或设备上的位置。因此掌握阀门电动执行器的正确选择；考虑防止超负荷（工作转矩高于控制转矩）的发生就成为至关重要的一环。阀门电动执行器的正确选择应依据：1．操作力矩：操作力矩是选择阀门电动执行器的最主要的参数。电动执行器的输出力矩应为阀门操作最大力矩的1.2～1.5倍。2．操作推力：阀门电动执行器的主机结构有两种，一种是不配置推力盘的，此时直接输出力矩；另一种是配置有推力盘的，此时输出力矩通过推力盘中的阀杆螺母转换为输出推力。3．输出轴转动圈数：阀门电动执行器输出轴转动圈数的多少与阀门的公称通径、阀杆螺距、螺纹头数有关，按M=H/ZS计算（式中：M为电动执行器应满足的总转动圈数；H为阀门的开启高度，mm；S为阀杆传动螺纹的螺距，mm；Z为阀杆螺纹头数。）4．阀杆直径：对于多回转类的明杆阀门来说，如果电动执行器允许通过的最大阀杆直径不能通过所配阀门的阀杆，便不能组装成电动阀门。因此，电动执行器空心输出轴的内径必须大于明杆阀门的阀杆外径。对于部分回转阀门以及多回转阀门中的暗杆阀门，虽不用考虑阀杆直径的通过问题，但在选配时亦应充分考虑阀杆直径与键槽的尺寸，使组装后能正常工作。5．输出转速：阀门的启、闭速度快，易产生水击现象。因此，应根据不同的使用条件，选择恰当的启、闭速度。6．安装、连接方式：电动执行器的安装方式有垂直安装、水平安装、落地安装；连接方式为：推力盘；阀杆通过（明杆多回转阀门）；暗杆多回转；无推力盘；阀杆不通过；部分回转电动装置的用途很广，是实现阀门程控、自控和遥控不可缺少的设备，其主要用在闭路阀门上。但不能忽视阀门电动装置的特殊要求——必须能够限定转矩或轴向力。通常阀门电动执行器采用限制转矩的连轴器。当电动执行器的规格确定之后，其控制转矩也确定了。当其在预先确定的时间内运行时，电机一般不会超负荷。但如出现下列情况便可使其超负荷：1．电源电压低，得不到所需的转矩，使电机停止转动。2．错误地调定了转矩限制机构，使其大于停止的转矩，而造成连续产生过大的转矩，使电机停止转动。3．如点动那样断续使用，产生的热量积蓄起来，超过了电机的容许温升值。4．因某种原因转矩限制机构电路发生故障，使转矩过大。5．使用环境温度过高，相对地使电机的热容量下降。以上是出现超负荷的一些原因，对于这些原因产生的电机过热现象应预先考虑到，并采取措施，防止过热。过去对电机进行保护的办法是使用熔断器、过流继电器、热继电器等，但这些办法也都各有利弊，对于电动装置这种变负荷的设备，绝对可靠的保护办法是没有的。因此必须采取各种方法组合的方式。但由于每台电动装置的负荷情况不同，难以提出一个统一的办法。但概括多数情况，也可以从中找到共同点。采取的过负荷保护方式，归纳为两种：1．对电机输入电流的增减进行判断；2．对电机本身发热进行判断。上述两种方式，无论那种都要考虑电机热容量给定的时间余量。如果用单一方式使之与电机的热容量特性一致是困难的。所以应选择根据过负荷的原因能可靠的动作的方法——组合复合方式，以实现全面的过负荷保护作用。罗托克电动装置的电机，因其在绕组中埋入了与电机绝缘等级一致的恒温器，当到达额定温度时，电机控制回路便会切断。恒温器本身热容量是较小的，而且其限时特性是由电机的热容量特性决定的，因此这是一个可靠的方法。过负荷的基本保护方法是：1．对电机连续运转或点动操作的过负荷保护采用恒温器；2．对电机堵转的保护采用热继电器；3．对短路事故采用熔断器或过流继电器。阀门电动执行器的正确选择和超负荷的防止是戚戚相关的，应引起重视。
阀门电动执行器指的是以电能为主要能量来源，用来驱动阀门的机械。 根据其工作特性可分为如下类别： 多回转（适用于闸阀、截止阀等需要多次旋转手柄进行启、闭作业的阀门，或通过蜗轮传动装置驱动蝶阀、球阀、旋塞阀等部分回转阀门。）部分回转（一般用于蝶阀、球阀、旋塞阀等只需旋转90度即可完成启、闭的阀门）直通式（执行器的传动轴与阀门阀杆方向一致）角通式（执行器的传动轴与阀门阀杆垂直）等。其他分类由于是精密电器元件，一般需要对其有一定的防护（防水）要求；根据适用工况，又分为防爆型与普通型；根据电压，在我国主要分为AC380V与AC220V；又根据执行器动作模式，分为开关型与调节型。
FCHⅠ经济型电动阀门手操器概述FCHⅠ经济型电动阀门手操器是与电动阀门配合使用的产品，用以控制电动阀门的开启和关闭。主要特点：1．控制电路采用直流低压控制，调试、操作安全，控制可靠，4位数码管开度指示准确直观。2．机壳采用标准的仪表机箱，体积小重量轻，便于安装在控制屏上。3．指示灯指示开阀、关阀、阀全开、阀全关、事故、保护、现场、远控等状态。4．提供现场控制可能。5．电动阀门发生过力矩（事故）或过热（保护）时声光报警，便于及时排除故障。6．智能校准：对阀位开度的“调零”和“调满”校准时，无需标定电位器、无需用基准测量仪表进行复杂的调试，只要在阀门实际的“全关”和“全开”位置各按一次标定按键，便以新设定的区间自动准确的修正为000.0和100.0。7．相位保护：以前，在现场接线，必须保证提供给执行器的交流电的相序正确，因为一旦相序错误，就会造成电机不正确的转动，进而损伤阀门和执行器。现在用户完全可以省去这一烦恼，接线时不再需要考虑相序的问题。当现场接线相位颠倒时，相同步器会自动地改正相位，以确保阀门按指令的方向来执行。即执行器接到开命令时总是按预先设置的开方向转动，不会因为相序调换而向相反方向运行。8．电机为AC220V的执行机构直接控制，电机为AC380V的执行机构需加AC380V的功率驱动装置。技术数据1．工作电压：220V/50Hz2．控制电压：220V/50Hz3．控制功率：继电器输出。容量：10A4．工作环境：l环境温度：-20~40℃l相对湿度：不大于80%（20±5℃）l周围不含有强腐蚀型、易燃易爆介质。l外形及安装尺寸：160mm*80mm*125mm(W*H*L)l屏装开孔尺寸：152ˉ¹ mm*76ˉ¹ mm(W*H)前面板功能部件说明l开度显示—指示阀门开度0~100%l标定—阀门全开时“开”（红色）指示灯常亮，按下“标定”键1秒，以此时的检测数据作为一个开度初值（最大值），同时开度表指示为100.0，阀门全关时“关”（绿色）指示灯常亮，按下“标定”1秒，以此时的检测数据作为另一个开度初值（最小值），同时开度表指示为000.0，其它状态下此按键不起作用，标定后的开度初值断电保持l“现场”（红色）指示灯点亮，表示现场控制工作方式，此时，控制器面板上的“开”键、“关”键、“停”键均不起作用，可由“选择”键切换至“远程”控制工作方式l“远程”（绿色）指示灯点亮，表示远程（控制器面版）控制工作方式，可由“选择”键切换至“现场”控制工作方式l“开”（红色）指示灯闪动，表示正在开阀；亮起时表示阀全开l“关”（绿色）指示灯闪动，表示正在关阀；亮起时表示阀全关l“事故”（红色）指示灯点亮，表示事故—电动装置过力矩，灯亮同时控制器内蜂鸣器发声l“保护”（红色）指示灯点亮，表示保护—过电流，灯亮同时控制器内蜂鸣器发声l“选择”—“现场”或“远程”控制工作方式选择按键，持续按下1秒，“现场”“远程”工作方式进行切换，“远程”或“现场”状态断电保持l“开”—在“远程”控制方式中，按下“开”键，可控制电动阀门由停止向全开方向运行直至按下“停”键或到阀全开位l“关”—在“远程”控制方式中，按下“关”键，可控制电动阀门由停止向全关方向运行直至按下“停”键或到阀全关位后面板功能部件说明l1~3端为二组现场控制输入连接端，其中1端为控制输入公共端，2端(常开)为现场开阀控制输入端，3端(常开)为现场关阀控制输入端，在“现场”控制方式下，分别控制开阀和关阀操作l4~8端为五组检测输入连接端，其中4端为检测输入公共端，5端(常开)为开到位检测输入端，6端(常开)为关到位检测输入端，7端(常开)为事故检测输入端，8端(常闭)为保护检测输入端l10~12端为开度检测连接端，其中12端为最大开度运行方向，10端为最小开度运行方向，11端为开度检测抽头端l13~14端为4-20mA阀位输入连接端，其中13端为4-20mA阀位正端，14端为4-20mA阀位负端l19~24端为电动阀门电机控制输出和电源连接端，其中22端为电源的保护接地端，23端、24端分别为AC220V电源中性线和火线输入端，21端为开阀和关阀控制的公共端，19端、20端分别为用于开阀和关阀控制的火线输出端特别说明如果没有外加热继电器（常闭）输出，请将4和8短接。否则蜂鸣器误报警，仪表不工作。单相AC220V 应注意区分零线和火线，三相AV380V接触器应与仪表供电同相。仪表背后端子接线FCH端子电动装置端子名称1现场控制开关公共端2现场控制开阀常开端3现场控制关阀常开端4微动开关组公共端5开限位微动开关常开端6关限位微动开关常开端7力矩微动开关常开端8为保护检测常闭端10阀位电位器最小开度运行方向端11阀位电位器中心端12阀位电位器最大开度运行方向端134-20mA阀位正端144-20mA阀位负端19开阀控制的常开输出端20关阀控制的常开输出端21开阀和关阀控制的公共端22电源的保护接地端23AC220V电源中性线N端24AC220V电源火线输入L端电机为AC220V的执行机构直接控制接线图电机为AC380V的执行机构需加AC380V的功率驱动装置接线图注：开限位微动开关、关限位微动开关通过内部跳线可选常开、常闭。[img]http://www.instrument.com.cn/bbs/images/affix.gif[/img][url=http://www.instrument.com.cn/bbs/download.asp?ID=20262]FCHⅠ经济型电动阀门手操器[/url]
[font=微软雅黑][font=微软雅黑]对于[/font][/font][b][font=微软雅黑][font=微软雅黑]电动执行器[/font][/font][/b][font=微软雅黑][font=微软雅黑]的机构，这种最广义的定义就是通过直线或者旋转的驱动方式，将驱动的能源，并且在信号的控制作用下，能够直观的进行使用，这种执行器能够对于液体气体，甚至是电力或者其他能源作出一定的规划，这样才能够保证其装置的驱动作用，不会出现任何的麻烦。基本的原理就是，通过回转功能或者多回转的方式，进行驱动相信在现在电动执行机构以及特殊的机构选购当中，整体的使用以及执行器的操作方式将会变得更加便捷，现在基本的[/font][/font][b][font=微软雅黑][font=微软雅黑]电动执行器[/font][/font][/b][font=微软雅黑][font=微软雅黑]首先执行就是要通过阀门的驱动，让全开或者全关的方式更加方便，在控制阀的执行过程。[/font][/font][font=微软雅黑][/font][font=微软雅黑][font=微软雅黑]必须要通过精确的控制阀门的位置，避免因为控制不足，或者需要自动化采用控制的技术。在人工的操作，逐渐的被机械或者自动化的设备逐渐代替这种对于电动控制器的使用也将变得更加的突破。[/font][/font][font=微软雅黑][/font][url=http://www.bellaut.com/][font=微软雅黑][color=#000000][font=微软雅黑]电动执行器[/font][/color][/font][/url][font=微软雅黑][font=微软雅黑]的优点，就是高度的稳定，现在很多用户在高度的稳定以及推进力方面有很好的使用效果，能够达到这么大的推进力，必须要使用电动类型才能够做到。[img=,690,690]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/03/202203301126033625_5179_5379467_3.jpg!w690x690.jpg[/img][/font][/font][font=微软雅黑][/font]
[b][font=微软雅黑][color=#333333][font=微软雅黑]阀门电动执行器[/font][/color][/font][/b][font=微软雅黑][color=#333333][font=微软雅黑]是实现阀门程控、自控和遥控不可缺少的驱动设备，其运动过程可由行程、转矩或轴向推力的大小来控制。工作特性和利用率取决于阀门的种类、装置工作规范及阀门在管线或设备上的位置。[/font][/color][/font][font=微软雅黑][color=#333333][/color][/font][font=微软雅黑][color=#333333][font=微软雅黑] 阀门电动执行器工作原理：[/font][/color][/font][font=微软雅黑][color=#333333][/color][/font][font=微软雅黑][color=#333333][font=微软雅黑] 该执行器由电动机驱动，通过蜗轮蜗杆减速，带动空心输出轴转动。在该减速箱中，具有手动[/font]/自动机构（手动机构可独立进行操作）。当切换手柄处于手动位置时，操作手轮，带动空心输出轴转动。当电动操作执行机构时，手动机构处于断开状态，由电动机驱动空心输出轴。阀门电动执行器基本上是一个减速电机。电机可以具有各种电压，并且是主要的转矩产生部件。为防止因过度劳动或过度耗电而造成的热损伤，电机通常配有嵌入电机绕组的热过载传感器。该传感器与电源串联，并在电机过热时打开电路，然后在电机达到安全工作温度时关闭电路。电动机由电枢，电气绕组和齿轮组组成。当向绕组供电时，产生磁场，引起电枢旋转。只要有绕组通电，电枢就会转动 当电源切断时，电机停止。行程限位开关的标准末端，这是电动执行器所必需的，可以处理这个任务。[/color][/font][font=微软雅黑][color=#333333][/color][/font][font=微软雅黑][color=#333333][font=微软雅黑] 阀门电动执行器依靠直接连接到电动机的齿轮系来增强电动机转矩并决定致动器的输出速度。改变输出速度的一个方法是安装周期长度控制模块。该模块只允许增加周期时间。如果需要减少循环时间，则必须使用具有所需循环时间和适当输出扭矩的备用执行机构。[/font][/color][/font][font=微软雅黑][color=#333333][/color][/font][font=微软雅黑][color=#333333][font=微软雅黑] 阀门电动执行器的优势：[/font][/color][/font][font=微软雅黑][color=#333333][/color][/font][font=微软雅黑][color=#333333][font=微软雅黑] [/font]1.功能强劲：智能调节型、开关型、各类信号输出型应有尽有；[/color][/font][font=微软雅黑][color=#333333][/color][/font][font=微软雅黑][color=#333333][font=微软雅黑] [/font]2.体小量轻：[/color][/font][b][font=微软雅黑][color=#333333][font=微软雅黑]阀门电动执行器[/font][/color][/font][/b][font=微软雅黑][color=#333333][font=微软雅黑]体积和重量仅相关于传统产品的[/font]35%左右；[/color][/font][font=微软雅黑][color=#333333][/color][/font][font=微软雅黑][color=#333333][font=微软雅黑] [/font]3.美观大方：铝合金压铸外壳、精美流畅、且可减少电磁干扰；[/color][/font][font=微软雅黑][color=#333333][/color][/font][font=微软雅黑][color=#333333][font=微软雅黑] [/font]4.性能可靠：轴承和电气元件竺关键零部件采用进口品牌平品；[/color][/font][font=微软雅黑][color=#333333][/color][/font][font=微软雅黑][color=#333333][font=微软雅黑] [/font]5.高标防护：IP68高标准防护等级；[/color][/font][font=微软雅黑][color=#333333][/color][/font][font=微软雅黑][color=#333333][font=微软雅黑] [/font]6.精密耐磨：蜗轮部件采用特殊合金材料锻造；[/color][/font][font=微软雅黑][color=#333333][/color][/font][font=微软雅黑][color=#333333][font=微软雅黑] [/font]7.回差极小：结构无间隙联结、传动精度高；[/color][/font][font=微软雅黑][color=#333333][/color][/font][font=微软雅黑][color=#333333][font=微软雅黑] [/font]8.安全保证：通过1500V耐压检测、F级绝缘电机，安全有保障；[/color][/font][font=微软雅黑][color=#333333][/color][/font][font=微软雅黑][color=#333333][font=微软雅黑] [/font]9.配套简单：采用单相电源、外接线路简单、也可做380V和直流电源；[/color][/font][font=微软雅黑][color=#333333][/color][/font][font=微软雅黑][color=#333333][font=微软雅黑] [/font]10.使用方便：免加油、免点检、防水防锈、任意角度安装；[/color][/font][font=微软雅黑][color=#333333][/color][/font][font=微软雅黑][color=#333333][font=微软雅黑] [/font]11.多种速度：全程时间9秒、13秒、15秒、30秒、50秒、100秒、150秒（出厂前已设定）；[/color][/font][font=微软雅黑][color=#333333][/color][/font][font=微软雅黑][color=#333333][font=微软雅黑] [/font]12.智能数控：智能数控模块集成于[/color][/font][b][font=微软雅黑][color=#333333][font=微软雅黑]阀门电动执行器[/font][/color][/font][/b][font=微软雅黑][color=#333333][font=微软雅黑]本体内，无需外接定位器，数字设定，数字整定，高定，自我诊断，一机多能。[/font][/color][/font][font=微软雅黑][color=#333333][/color][/font]
[font=微软雅黑]1、[/font][font=微软雅黑][font=微软雅黑]转矩限制机构的调定值不对，停止的转矩小于其调定值，从而造成连续产生过大转矩，使电机停止转动。[/font]2、由于一些原因使转矩限制机构电路发生故障，导致转矩过大。[/font][font=微软雅黑]3、使用环境温度偏高，相对使电机热容量下降。[/font][font=微软雅黑]4、电源的电压过低，使其不能获得所需的转矩，造成电机停止转动。[/font][font=微软雅黑]5、持续的使用，产生的热量积蓄超过了电机的允许温升值。[/font][font=微软雅黑]一般在预先确定的时间内运行，电机是不会出现超负荷的情况的。对于电动执行器出现负荷情况的保护措施主要有以下几个：[/font][font=微软雅黑]1、通过采用热继电器从而对电机堵转进行保护。[/font][font=微软雅黑] [/font][font=微软雅黑]2、[/font][font=微软雅黑]通过采用恒温器来对电机连续运转或者电动操作的过负荷进行保护。[/font][font=微软雅黑]3、通过采用熔断器或过流继电器可以有效避免短路事故。[img=,690,690]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/03/202203301247316598_6883_5379467_3.jpg!w690x690.jpg[/img][/font]
电动执行器电动执行器，又称为电动执行机构。它是一种能提供直线或旋转运动的驱动装置，它利用某种驱动能源并在某种控制信号作用下工作。 电动执行器的优点是能源取用方便，信号传输速度快，传输距离远，便于集中控制，灵敏度和精度较高，与电动调节仪表配合方便，安装接线简单。缺点是结构复杂，推力小，平均故障率高于气动执行机构，适用于防爆要求不高，气源缺乏的场所。 电动执行机构的缺点主要有： 结构较复杂，更容易发生故障，且由于它的复杂性，对现场维护人员的技术要求就相对要高一些；电机运行要产生热，如果调节太频繁，容易造成电机过热，产生热保护，同时也会加大对减速齿轮的磨损；另外就是运行较慢，从调节器输出一个信号，到调节阀响应而运动到那个相应的位置，需要较长的时间，这是它不如气动、液动执行器的地方。
太阳能无线电动执行器技术参考文献太阳能无线电动执行机构监控系统是由经过多年的实践经验及工程应用，为满足市场需求而开发的集数据接收器与无线发射通讯为一体的终端产品。该产品包括: 太阳能无线电动执行机构等远程无线数据传输，具有定点数据上传功能，以无线发射电台为通信平台，具有不受地理限制、稳定、可靠和成本低等优点。适用于短距离、小型化、低成本要求的无线监控、无线数据采集和无线报警系统。广泛适用于业自动化控制、电力调度、水利工程施工、大型建筑工地、采油输油测控、油井水井计量、水情水文监测、气象资料传输、环保监测设备、地震监视网络、无线信标、江河航运、地质勘探、交通运输、移动定位、军事训练、公安报警、医疗监护、公用设施、自动抄表、遥控遥测等领域。太阳能无线电动执行机构监控系统是由经过多年的实践经验及工程应用，为满足市场需求而开发的集数据接收器与无线发射通讯为一体的终端产品。该产品包括: 太阳能无线电动执行机构等远程无线数据传输，具有定点数据上传功能，以无线发射电台为通信平台，具有不受地理限制、稳定、可靠和成本低等优点。适用于短距离、小型化、低成本要求的无线监控、无线数据采集和无线报警系统。广泛适用于业自动化控制、电力调度、水利工程施工、大型建筑工地、采油输油测控、油井水井计量、水情水文监测、气象资料传输、环保监测设备、地震监视网络、无线信标、江河航运、地质勘探、交通运输、移动定位、军事训练、公安报警、医疗监护、公用设施、自动抄表、遥控遥测等领域。太阳能无线电动执行器技术参考文献详细技术资料请浏览：中国传感器交易网chinasensor.cn，如需转载请注明出处：中国传感器交易网chinasensor.cn，本文为原创技术资料。关键词：太阳能，无线，电动执行器，技术，参考文献
[color=#990000]摘要：真空浓缩过程中，浓缩温度和压强是核心控制参数。本文针对目前浓缩仪器和设备中压强控制存在精度差、波动性大等问题，提出了详细解决方案，并提出采用新型双通道超高精度多功能PID控制器和高速电动阀门来实现浓缩过程中温度和压强的同时准确测量和控制。[/color][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align] [size=18px][color=#990000]1、问题提出[/color][/size] 真空浓缩的工作原理是将样品在冷冻干燥、离心浓缩和旋转蒸发等状态下，同时采用真空和加热技术使样品中的溶剂快速蒸发、样品体系得到快速浓缩或干燥。由于不同样品对温度有不同的敏感性，同时压强与温度之间存在强相关性，所以在真空浓缩过程中，如何准确控制浓缩温度和压强，就成了使用者最关心的问题。在目前各种常用的真空浓缩设备中，普遍还存在以下几方面问题： （1）压强测量和控制精度普遍不高，特别是低压情况下更是如此，这主要是所采用的传感器和控制器精度不够。压强控制精度不高同时会对温度带来严重影响。 （2）浓缩仪器和设备普遍采用的是下游压强控制方式，即在容器和真空泵之间安装调节阀来实时调控容器的排气速率。这种下游方式适用于较高压强的准确控制，但对10mbar以下的低压则很难实现控制的稳定准确。 （3）目前绝大多数电动调节阀采用的是电动执行机构，从闭合到全开的时间基本都在10秒以上，这种严重滞后的阀门调节速度也很难保证控制精度和稳定性。 （4）由于浓缩过程中有水汽两相介质排出，很多时候介质还带有腐蚀性，这就对下游调节阀耐腐蚀性提出了很高的要求。[size=18px][color=#990000]2、解决方案[/color][/size][color=#990000]2.1 采用高精度压强传感器[/color] 对于真空浓缩过程，压强传感器是保证整个浓缩过程可控性的核心，强烈建议采用高精度压强传感器以保证真空度的测量和控制准确性。一般真空浓缩过程基本都采用机械式真空泵，低压压强（绝压）不会超过0.01mbar，高压压强接近一个大气压，因此高精度压强传感器建议采用电容薄膜规，如图1所示，其绝对测量精度可以达到±0.2%。 如果浓缩仪器和设备使用的压强范围比较宽，建议采用两只不同量程的传感器进行覆盖，如10Torr和1000Torr。[align=center][color=#990000][img=真空浓缩,600,450]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/12/202112041456355439_1975_3384_3.png!w600x450.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图1 电容薄膜式真空压力计[/color][/align] 如果采用其他类型的真空度传感器，也需要达到一定的精度要求。[color=#990000]2.2 采用高精度双通道PID控制器[/color] 在真空压力测量和控制中，为了充分利用上述电容薄膜压力计的测量精度，控制器的数据采集和控制至少需要16位的模数和数模转化器。目前已经推出了测控精度为24位的通用性PID控制器，如图2所示。[align=center][color=#990000][img=真空浓缩,690,358]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/12/202112041457090941_3284_3384_3.png!w690x358.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图2 国产VPC-2021系列温度/压力控制器[/color][/align] 对于真空浓缩的过程控制，此系列PID控制器具有以下特点： （1）高精度：24位A/D采集，16位D/A输出。 （2）多通道：独立的1通道和2通道。2通道可实现温度和压强的同时测量及控制。 （3）多功能：47种（热电偶、热电阻、直流电压）输入信号，可实现不同参量的同时测试、显示和控制，可进行正反向控制（双向控制模式）。 （4）PID控制：改进型PID算法，支持PV微分和微分先行控制。20组分组PID。 （5）双传感器切换：每一个通道都可支持温度高低温和高低真空度的双传感器切换，两通道可形成总共接入四只传感器的控制组合。 （6）程序控制：可自行建立和存储最多20种浓缩程序，进行浓缩时只需选择调用即可开始（程序控制模式）。[color=#990000]2.3 增加上游进气控制和双向控制模式[/color] 目前普遍采用的下游控制模式比较适合压强接近大气压的浓缩过程，但对10mbar以下的低压浓缩过程，就需要引入上游进气控制模式，即在浓缩容器上增加进气通道，通过电子针阀控制进气通道的进气流量来实现压强的准确控制。 如图3所示，目前已有各种流量的国产电子针阀可供选择，结合下游的真空泵抽气，通过上游模式可实现高真空（低压）的精确控制。[align=center][color=#990000][img=真空浓缩,599,513]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/12/202112041457210338_3059_3384_3.png!w599x513.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图3 国产NCNV系列电子针阀[/color][/align] 为同时满足低压和高压全量程准确控制，可以采用如图4所示的双传感器和双向控制模式。 在图4所示的控制模式中，就需要用到上述VPC-2021系列双通道控制器的正反向控制和双传感器自动切换功能，即在不同气压控制过程中，控制器自动切换相应量程的真空计，并选择相应的电子针阀和高速电动球阀进行控制。[align=center][img=真空浓缩,690,548]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/12/202112041457335020_3012_3384_3.png!w690x548.jpg[/img][/align][align=center][color=#990000]图4 双向控制和双传感器自动切换模式示意图[/color][/align][color=#990000][/color][color=#990000]2.4 采用高速电动球阀[/color] 所谓高速阀门一般是指阀门从全闭到全开的动作时间小于1s，这对于气体流量和压力控制非常重要。特别是对于真空浓缩过程，气压控制的快速响应可保证浓缩的准确性、安全性和提高蒸发速率。 目前已经开发出国产高速电动球阀，如图5所示。NCBV系列微型化的高速电动球阀和蝶阀，是目前常用慢速电动阀门的升级产品，与VPC2021系列温度/压力控制器相结合，可构成快速准确的真空压力闭环控制系统。[align=center][img=真空浓缩,377,500]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/12/202112041457527127_514_3384_3.png!w377x500.jpg[/img][/align][align=center][color=#990000]图5 国产NCBV系列高速电动球阀[/color][/align][color=#990000][/color][color=#990000]2.5 采用真空控压型调节器[/color] 在目前的真空浓缩仪器和设备中，浓缩是在密闭容器中发生，通过加热和真空手段将蒸发气体冷凝和排出，真空泵是对一个密闭容器进行抽气，并通过抽气流量调节来实现密闭容器内的气压恒定在设定值，这是一个典型的流量控制型恒压模式。这种控流型调压方式相当于一个开环控制方式，容器内部自生气体，且自生气体并没有很明显的规律（如线性变化），这非常不利于容器内部压强的准确控制。对于这种控流型调压方式，如图2所示，会在浓缩容器的前端增加一个进气通道，并对进气流量进行调节以使容器内部真空度控制在稳定的设定值。 对于有些真空浓缩仪器和设备，并不允许增加额外的进气通道，这里就可以用到如图6所示的控压型调节器。[align=center][img=真空浓缩,690,372]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/12/202112041458102995_3900_3384_3.png!w690x372.jpg[/img][/align][align=center][color=#990000]图6 控压型调节器在浓缩过程真空度控制中的应用[/color][/align] 控压型真空压力调节器实际上一个内置真空压力传感器、微控制器、空腔和两个电动阀门的集成式装置。在真空压力控制过程中，内置传感器测量空腔内压力，如果压力小于设定值，则进气口处阀门打开直到等于设定值，如果压力大于设定值则抽气口处阀门打开直到等于设定值，从而始终保证空腔内压力始终保持在设定值上，而调节器空腔与浓缩容器连通，即调节器空腔压力始终等于浓缩容器压力。 由此可见，控压型调节器是一个自带进气阀的独立真空压力调节装置。如图6所示，控压型调压器也可以外接传感器，设定值可以手动设置，也可以通过PID控制器设置。[align=center]=======================================================================[/align]
（1）执行器按所用驱动能源分为气动、电动和液压执行器三种。 （2）按输出位移的形式，执行器有转角型和直线型两种。 （3）按动作规律，执行器可分为开关型、积分型和比例型三类。 （4）按输入控制信号，执行器分为可以输入空气压力信号、直流电流信号、电接点通断信号、脉冲信号等几类。
液动执行器，主要是阀门驱动装置、驱动能源、液压执行器。液动执行器结构简单、紧凑、体积小。传动平稳可靠，有缓冲无撞击现象。可根据需要采用不同的液压油，可在-45℃~+120℃温度范围内工作，能防爆。可以获得很大的输出力矩，适合任何规格。输出力矩可以通过定压溢流阀得到精确的调整，包括开启和关闭力矩的调整，甚至可以通过液压仪表直接反映出来。在突然发生事故动力终断时，仍可利用蓄能器进行一次或数次动力操作，这对长输管线自动紧急切断阀和进口喷放阀有特殊意义。
气动执行器的执行机构和调节机构是统一的整体，其执行机构有薄膜式、活塞式、拨叉式和齿轮齿条式。活塞式行程长，适用于要求有较大推力的场合；而薄膜式行程较小，只能直接带动阀杆。拨叉式气动执行器具有扭矩大、空间小、扭矩曲线更符合阀门的扭矩曲线等特点，但是不很美观；常用在大扭矩的阀门上。齿轮齿条式气动执行机构有结构简单，动作平稳可靠，并且安全防爆等优点，在发电厂、化工，炼油等对安全要求较高的生产过程中有广泛的应用。
操作的设计和原理电动气动定位器已安装在气动控制阀上并用于分配阀门位置（控制变量x）到控制信号（设定点w）。萨姆森定位器比较电控信号控制系统到旅行或开幕控制阀的角度并发出信号压力（输出变量y）用于气动执行器。萨姆森定位器的设计取决于哪些配件选择直接附件SAMSON 3277型执行器或按照附件与执行器连接到NAMUR（IEC 60534-6）。此外，还包括一个耦合轮配件需要转移旋转根据的旋转执行机构的运动VDI / VDE 3845。无弹簧旋转执行器需要倒车放大器包含在附件中允许任何方向的动力操作。萨姆森定位器由一个行程传感器系统组成与电阻成比例，模拟具有下游空气容量的I / P转换器增压器和带微控制器的电子器件。萨姆森定位器配有两个可调节的软件限制联系人作为标准指示阀门的最终位置。阀杆的位置被传送作为旋转角度或行程通过拾取杆到达行程传感器并提供给模拟PD控制器。A / D转换器发送该位置的阀连接到微控制器。PD控制器比较这个实际情况位置为4至20 mA直流控制信号（参考变量）被转换后通过A / D转换器。在系统偏差的情况下，激活i / p模块的状态被改变，控制阀的致动器被加压或相应地在下游排气助推器。这导致了阀门插头移动到确定的位置设定点。供气被提供给助推器压力调节器。一个中间人使用具有固定设置的流量调节器清除定位器，并在同一时间，保证无故障运行助推器。输出信号由压力传感器提供助推器可以通过激活限制在2.4巴P9参数。体积限制用于优化[url=http://www.samson-china.com/]萨姆森定位器[/url]通过使其适应执行器尺寸。紧闭功能：气动执行器完全充满用空气或一旦设定点排气低于1％或超过99％。
[font=微软雅黑][color=#333333][font=微软雅黑]电动闸阀正确选择电动执行器是有依据可循的，如下几点大家可以参考：[/font][/color][/font][font=微软雅黑][color=#333333][font=微软雅黑]1.[/font][/color][/font][font=微软雅黑][color=#333333][font=微软雅黑]操作力矩：操作力矩是选择闸阀电动装置的最主要参数，电动执行器输出力矩应为闸阀操作最大力矩的[/font][font=微软雅黑]1.2～1.5倍。 [/font][/color][/font][font=微软雅黑][color=#333333][font=微软雅黑]2.[/font][/color][/font][font=微软雅黑][color=#333333][font=微软雅黑]操作推力闸阀电动装置的主机结构有两种：一种是不配置推力盘，直接输出力矩；另一种是配置推力盘，输出力矩通过推力盘中的阀杆螺母转换为输出推力。 [/font][font=微软雅黑]3.输出轴转动圈数：电动装置输出轴转动圈数的多少与闸阀的公称通径、阀杆螺距、螺纹头数有关，要按M＝H／ZS计算（M为电动装置应满足的总转动圈数，H为闸阀开启高度，S为阀杆传动螺纹螺距，Z为阀杆螺纹头数）。 [/font][/color][/font][font=微软雅黑][color=#333333][font=微软雅黑]4.[/font][/color][/font][font=微软雅黑][color=#333333][font=微软雅黑]阀杆直径对多回转类明杆闸阀，如果电动装置允许通过的最大阀杆直径不能通过所配闸阀的阀杆，便不能组装成电动闸阀。因此，电动装置空心输出轴的内径必须大于明杆闸阀的阀杆外径。对部分回转闸阀以及多回转闸阀中的暗杆闸阀，虽不用考虑阀杆直径的通过问题，但在选配时亦应充分考虑阀杆直径与键槽的尺寸，使组装后能正常工作。[/font][/color][/font][font=微软雅黑][color=#333333][font=微软雅黑]5.[/font][/color][/font][font=微软雅黑][color=#333333][font=微软雅黑]输出转速：闸阀的启闭速度若过快，易产生水击现象。因此，应根据不同使用条件，选择恰当的启闭速度。 [/font][/color][/font][font=微软雅黑][color=#333333][font=微软雅黑]6.[/font][/color][/font][font=微软雅黑][color=#333333][font=微软雅黑]闸阀电动执行器有其特殊要求，即必须能够限定转矩或轴向力。通常闸阀电动装置采用限制转矩的连轴器。当电动装置规格确定之后，其控制转矩也就确定了。[/font][/color][/font][font=微软雅黑][color=#333333] [/color][/font][font=微软雅黑][color=#333333][font=微软雅黑]一般在预先确定的时间内运行，电机不会超负荷。但如出现下列情况便可能导致超负荷：[/font][/color][/font][font=微软雅黑][color=#333333][font=微软雅黑]一、[/font][/color][/font][font=微软雅黑][color=#333333][font=微软雅黑]是电源电压低，得不到所需的转矩，使电机停止转动； [/font][/color][/font][font=微软雅黑][color=#333333][font=微软雅黑]二、[/font][/color][/font][font=微软雅黑][color=#333333][font=微软雅黑]是错误地调定转矩限制机构，使其大于停止的转矩，造成连续产生过大转矩，使电机停止转动； [/font][/color][/font][font=微软雅黑][color=#333333][font=微软雅黑]三、[/font][/color][/font][font=微软雅黑][color=#333333][font=微软雅黑]是断续使用，产生的热量积蓄，超过了电机的允许温升值； [/font][/color][/font][font=微软雅黑][color=#333333][font=微软雅黑]四、[/font][/color][/font][font=微软雅黑][color=#333333][font=微软雅黑]是因某种原因转矩限制机构电路发生故障，使转矩过大； [/font][/color][/font][font=微软雅黑][color=#333333][font=微软雅黑]五、[/font][/color][/font][font=微软雅黑][color=#333333][font=微软雅黑]是使用环境温度过高，相对使电机热容量下降。 [/font][/color][/font][font=微软雅黑][color=#333333][font=微软雅黑]六、[/font][/color][/font][font=微软雅黑][color=#333333][font=微软雅黑]过负荷的基本保护方法是： [/font][/color][/font][font=微软雅黑][color=#333333][font=微软雅黑]1.[/font][/color][/font][font=微软雅黑][color=#333333][font=微软雅黑]对电机连续运转或点动操作的过负荷保护，采用恒温器； [/font][/color][/font][font=微软雅黑][color=#333333][font=微软雅黑]2.[/font][/color][/font][font=微软雅黑][color=#333333][font=微软雅黑]对电机堵转的保护，采用热继电器； [/font][/color][/font][font=微软雅黑][color=#333333][font=微软雅黑]3[/font][/color][/font][font=微软雅黑][color=#333333][font=微软雅黑].[/font][/color][/font][font=微软雅黑][color=#333333][font=微软雅黑]对短路事故，采用熔断器或过流继电器[/font][font=微软雅黑].[/font][/color][/font][img=,690,690]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/06/202206111708539908_9161_5379467_3.jpg!w690x690.jpg[/img]
自动化技术工具中接受控制信息并对受控对象施加控制作用的装置。在过程控制系统中，执行器由执行机构和调节机构两部分组成。调节机构通过执行元件直接改变生产过程的参数，使生产过程满足预定的要求。执行机构则接受来自控制器的控制信息把它转换为驱动调节机构的输出（如角位移或直线位移输出）。它也采用适当的执行元件，但要求与调节机构不同。执行器直接安装在生产现场，有时工作条件严苛。能否保持正常工作直接影响自动调节系统的安全性和可靠性。执行器按所用驱动能源分为气动、电动和液压执行器3类。
正确选择阀门电动装置防止超负荷现象 阀门电动装置是实现阀门程控、自控和遥控不可缺少的设备，其运动过程可由行程、转矩或轴向推力的大小来控制。由于阀门电动装置的工作特性和利用率取决于阀门的种类、装置工作规范及阀门在管线或设备上的位置，因此，正确选择阀门电动装置，对防止出现超负荷现象（工作转矩高于控制转矩）至关重要。 通常，正确选择阀门电动装置的依据如下： 操作力矩操作力矩是选择阀门电动装置的最主要参数，电动装置输出力矩应为阀门操作最大力矩的1．2～1．5倍。 操作推力阀门电动装置的主机结构有两种：一种是不配置推力盘，直接输出力矩；另一种是配置推力盘，输出力矩通过推力盘中的阀杆螺母转换为输出推力。 输出轴转动圈数阀门电动装置输出轴转动圈数的多少与阀门的公称通径、阀杆螺距、螺纹头数有关，要按M＝H／ZS计算（M为电动装置应满足的总转动圈数，H为阀门开启高度，S为阀杆传动螺纹螺距，Z为阀杆螺纹头数）。 阀杆直径对多回转类明杆阀门，如果电动装置允许通过的最大阀杆直径不能通过所配阀门的阀杆，便不能组装成电动阀门。因此，电动装置空心输出轴的内径必须大于明杆阀门的阀杆外径。对部分回转阀门以及多回转阀门中的暗杆阀门，虽不用考虑阀杆直径的通过问题，但在选配时亦应充分考虑阀杆直径与键槽的尺寸，使组装后能正常工作。 输出转速阀门的启闭速度若过快，易产生水击现象。因此，应根据不同使用条件，选择恰当的启闭速度 阀门电动装置有其特殊要求，即必须能够限定转矩或轴向力。通常阀门电动装置采用限制转矩的连轴器。当电动装置规格确定之后，其控制转矩也就确定了。一般在预先确定的时间内运行，电机不会超负荷。但如出现下列情况便可能导致超负荷：一是电源电压低，得不到所需的转矩，使电机停止转动；二是错误地调定转矩限制机构，使其大于停止的转矩，造成连续产生过大转矩，使电机停止转动；三是断续使用，产生的热量积蓄，超过了电机的允许温升值；四是因某种原因转矩限制机构电路发生故障，使转矩过大；五是使用环境温度过高，相对使电机热容量下降。 过去对电机进行保护的办法是使用熔断器、过流继电器、热继电器、恒温器等，但这些办法各有利弊。对电动装置这种变负荷设备，绝对可靠的保护办法是没有的。因此，必须采取各种组合方式，归纳起来有两种：一是对电机输入电流的增减进行判断；二是对电机本身发热情况进行判断。这两种方式，无论那种都要考虑电机热容量给定的时间余量。 通常，过负荷的基本保护方法是：对电机连续运转或点动操作的过负荷保护，采用恒温器；对电机堵转的保护，采用热继电器；对短路事故，采用熔断器或过流继电器。就阀门市场的分布，主要是依据工程项目的建设，阀门的最大用户是石化行业、电力部门、冶金部门、化工行业和城市建设部门。石化行业主要应用API标准的闸阀、截止阀和止回阀；电力部门主要采用电站用高温压闸阀、截止阀、止回阀和安全阀及一部分给排水阀的低压蝶阀、闸阀；化工行业主要采用不锈钢闸阀、截止阀、止回阀；冶金行业主要采用低压大口径蝶阀、氧气截止阀和氧气球阀；城市建设部门主要采用低压阀，如城市自来水管道主要采用大口径闸阀，楼寓建设主要采用中线蝶阀，城市供热主要采用金属密封蝶阀；输油管线主要采用平板闸阀和球阀；制药行业主要采用不锈钢球阀；食品行业主要采用不锈钢球阀等。
1、何为“执行机构”？ 对于执行机构最广泛的定义是：一种能提供直线或旋转运动的驱动装置，它利用某种驱动能源并在某种控制信号作用下工作。 执行机构使用液体、气体、电力或其它能源并通过电机、[color=#0000ff]气缸[/color][color=#0000ff]大型气缸SC[/color]或其它装置将其转化成驱动作用。基本的执行机构用于把阀门驱动至全开或全关的位置。用与控制阀的执行机构能够精确的使阀门走到任何位置。尽管大部分执行机构都是用于开关阀门，但是如今的执行机构的设计远远超出了简单的开关功能，它们包含了位置感应装置，力矩感应装置，电极保护装置，逻辑控制装置，数字通讯模块及PID控制模块等，而这些装置全部安装在一个紧凑的外壳内。 因为越来越多的工厂采用了自动化控制，人工操作被机械或自动化设备所替代，人们要求执行机构能够起到控制系统与阀门机械运动之间的界面作用，更要求执行机构增强工作安全性能和环境保护性能。在一些危险性的场合，自动化的执行机构装置能减少人员的伤害。某些特殊阀门要求在特殊情况下紧急打开或关闭，阀门执行机构能阻止危险进一步扩散同时将工厂损失减至最少。对一些高压大口径的阀门，所需的执行机构输出力矩非常大，这时所需执行机构必须提高机械效率并使用高输出的电机，这样平稳的操作大口径阀门。 2、阀门与自动化 为了成功的实现过程自动化，最重要的是要确保阀门自身能够满足过程及管道内介质的特殊要求。通常生产过程和工艺介质能够决定阀门的种类，阀芯的类型以及阀内件和阀门的结构和材料。 阀门选择好后接下来就要考虑自动化的要求即执行机构的选择。可以简单的按两种基本的阀门操作类型来考虑执行机构。 .旋转式阀门（单回转阀门） 这类阀门包括：旋塞阀、球阀、蝶阀以及风门或挡板。这类阀门需要已要求的力矩进行90度旋转操作的执行机构 2.多回转阀门 这类阀门可以是非旋转提升式阀杆或旋转非提升式杆，或者说是他们需要多转操作去驱动阀门到开或关的位置。这类阀门包括：直通阀（截止阀）、闸阀、刀闸阀等。作为一种选择，直线输出的气动或液动气缸或薄膜执行机构也开来驱动上述阀门。 目前共有四种类型的执行机构，它们能够使用不同的驱动能源，能够操作各种类型的阀门。 1.电动多回转式执行机构 电力驱动的多回转式执行机构是最常用、最可靠的执行机构类型之一。使用单相或[color=#000000]三相电动机高压防爆式电动机355-710驱动齿轮或蜗轮蜗杆最后驱动阀杆螺母，阀杆螺母使阀杆产生运动使阀门打开或关闭。 多回转式电动执行机构可以快速驱动大尺寸阀门。为了保护阀门不受损坏，安装在在阀门行程的终点的限位开关多功能限位器DXZ 会切断电机电源，同时当安全力矩被超过时，力矩感应装置也会切断电机电源，位置开关用于指示阀门的开关状态，安装离合器装置的手轮机构可在电源故障时手动[/color]操作阀门。 这种类型执行机构的主要优点是所有部件都安装在一个壳体内，在这个防水、防尘、防爆的外壳内集成了所有基本及先进的功能。主要缺点是，当电源故障时，阀门只能保持在原位，只有使用备用电源系统，阀门才能实现故障安全位置（故障开或故障关） 2.电动单回转式执行机构 这种执行机构类似于电动多回转执行机构，主要差别是执行机构最终输出的是1/4转记90度的运动。新一代电动单回转式执行机构结合了大部分多回转执行机构的复杂功能，例如：使用非进入式用户友好的操作界面实现参数设定与诊断功能。 单回转执行机构结构紧凑可以安装到小尺寸阀门上，通常输出力矩可达800公斤米，另外应为所需电源较小，它们可以安装电池来实现故障安全操作。 3.流体驱动多回转式或直线输出执行机构 这种类型执行机构经常用于操作直通阀（截止阀）和闸阀，它们使用气动或液动操作方式。结构简单，工作可靠，很容易实现故障安全操作模式。 通常情况下人们使用电动多回转执行机构来驱动闸阀和截止阀，只有在无电源时才考虑使用液动或气动执行机构。 4.流体驱动单回转式执行机构 气动、液动单回转执行机构非常通用，它们不需要电源并且结构简单，性能可靠。它们应用的领域非常广泛。通常输出从几公斤米到几万公斤米。它们使用气缸及传动装置将直线运动转换为直角输出，传动装置通常有：拨叉、齿轮齿条，杠杆。齿轮齿条在全行程范围内输出相同力矩，它们非常适用于小尺寸阀门，拨叉具有较高效率在行程起点具有高力矩输出非常适合于大口径阀门。气动执行机构一般安装[color=#810081]电磁阀[/color] [color=#810081]2W系列电磁阀[/color] 、或位置开关等附件来实现对阀门的控制和监测。 这种类型执行机构很容易实现故障安全操作模式。
3、执行机构选择要素 选择一台合适的阀门执行机构类型和规格时必须考虑下列要素： 1.驱动能源 最常用的驱动能源是电源或流体源，如果选择电源为驱动能源，对于大尺寸阀门一般选用三相电源，对于小尺寸阀门可选用单相电源。一般电动执行机构可有多种电源类型供选择。有时也可选直流供电，此时可通过安装电池实现电源故障安全操作。 流体源种类很多，首先可以是不同的介质如：压缩空气、氮气、天然气、液压流体等，其次它们可以具备各种压力，第三执行机构具有各种尺寸以提供输出力活力矩。 2.阀门类型 当选择阀门用执行机构时，必须要知道阀门的种类，这样才可以选择正确的执行机构类型。有些阀门需要多回转驱动，有些需要单回转驱动，有些需要往复式驱动，它们影响了执行机构类型的选择。 通常多回转的气动执行机构比电动多回转执行机构价格要贵，但是往复式直行程输出的气动执行机构价格比电动多回转执行机构便宜。 3.力矩大小 对于90度回转的阀门如：球阀、碟阀、旋塞阀，最好通过阀门厂商获得相应阀门力矩大小，大部分阀门厂商是通过测试阀门在额定压力下阀门所需的操作力矩，他们将这一力矩提供给客户。对于多回转的阀门情况有所不同，这些阀门可分为：往复式（提升式）运动-阀杆不旋转、往复式运动-阀杆旋转、非往复式-阀杆旋转，必须测量阀杆的直径，阀杆连接螺纹尺寸已决定执行机构规格。 4.执行机构选型 一旦执行机构类型和阀门所需驱动力矩确定了，就可以使用执行机构厂商提供的数据表或选型软件进行选型。有时还需考虑阀门操作的速度和频率。 流体驱动的执行机构可调节行程速度，但是三相电源的电动执行机构只有固定的行程时间。 部分小规格的直流电动单回转执行机构可调节行程速度。 开关控制 自动控制阀最大的好处是可以远距离的操作阀门，这就意味着操作人员可以坐在控制室控制生产过程而不需要亲临现场去人工操作阀门的开和关。人们只需铺设一些管线连接控制室和执行机构，驱动能源通过管线直接激励电动或气动执行机构，通常用的4-20mA信号来反馈阀门的位置。 连续控制 如果执行机构被要求用于控制过程系统的液位、流量或压力等参数，这是要求执行机构频繁动作的工作，可以用4-20mA信号作为控制信号，然而这个信号可能会和过程一样频繁的改变。如果需要非常高频率动作的执行机构，只有选择特殊的能频繁启停的调节型执行机构。当一个过程中需要多台执行机构时，可以通过使用数字通讯系统将各个执行机构连接起来，这样可大大降低安装费用。数字通讯回路可以快速高效的传递指令和收集信息。目前有多种通讯方式如：FOUNDATIONFIELDBUS、PROFIBUS、DEV[color=#810081]IC[/color][color=#810081]集成电路PI5V330SQ[/color]ENET、HART和专为阀门执行机构设计的PAKSCAN等。数字通讯系统不单单可以降低投资费用，它们还可以收集大量阀门信息，这些信息对于阀门的预测性维护程序非常有价值。 4、预测性维护 操作人员可以借助内置的数据存储器来记录阀门每次动作时力矩感应装置测得的数据，这些数据可以用来监测阀门运行的状态，可以提示阀门是否需要维修，也可以用这些数据来诊断阀门。 针对阀门可以诊断如下数据： 1.阀门密封或填料摩擦力 2.阀杆、阀门[color=#810081]轴承[/color] [color=#810081]齿轮旋转式[/color] 的摩擦力矩 3.阀座摩擦力 4.阀门运行中的摩擦力 5.阀芯的所受的动态力 6.阀杆螺纹摩擦力 7.阀杆位置 上述大部分数据存在于所有种类的阀门，但着重点不同，例如：对于蝶阀，阀门运行中的摩擦力是可以忽略的，但对于旋塞阀这个力数值却很大。 不同的阀门具有不同的力矩运行曲线，例如：对于楔式闸饭，开启和关闭力矩都非常大，其它行程时只有填料摩擦力和螺纹摩擦力，关闭时，液体静压力作用在闸板上增加了阀座摩擦力，最终楔紧效应使力矩迅速增大直到关闭到位。所以根据力矩曲线的变化可以预测出将会发生的故障，可以对预测性维护提供有价值的信息。 智能变频控制 执行机构在工作过程中，由于电机的频繁启动，导致工作时额定频率的变化，通过智能变频控制可使频率达到额定值 例如：由于电阻或外力原因，电机启动速度变慢，导致执行机构行程控制的误差，运用智能变频控制，可以改变输入转速，从而使执行机构的工作更可靠和稳定。
执行器单作用执行机构的选用： 单作用执行机构的选用以SR系列气动执行机构为例在弹簧复位的应用中，输出力矩是在两个不同的操作过程中所得，根据行程位置，每一次操作产生两个不同的力矩值。弹簧复位执行机构的输出力矩由力(空气压力或弹簧作用力)乘上力臂所得第一种状况：输出力矩是由空气压力进入中腔压缩弹簧后所得，称为"空气行程输出力矩"在这种情况下，气源压力迫使活塞从0度转向90度位置，由于弹簧压缩产生反作用力，力矩从起点时最大值逐渐递减直至到第二种状况：输出力矩是当中腔失气时弹簧恢复力作用在活塞上所得，称为"弹簧行程输出力矩"在这种情况下，由于弹簧的伸长，输出力矩从90度逐渐递减直0度如以上所述，单作用执行机构是根据在两种状况下产生一个平衡力矩的基础上设计而成的。
执行器的工作原理： 在齿轮级，发动机的转速可通过两套齿轮传送到输出杆上。主减速器由行星齿轮完成，副减速器由蜗轮实现，它被一套绷紧的弹簧固定在中心位置。在发生过载的情况下，也就是输出杆超过了弹簧的设定转矩时，中央蜗轮会发生轴向位移，对开关及信号装置进行微调，为系统提供保护。 受由外部变化控制杆操纵的耦合的作用，输出杆在发动机工作时与蜗轮耦合，在手动操作时与手轮耦合。当发动机不工作时，可以很容易地断掉电机驱动，并且只需压一下控制杆即可连上手轮。由于电机驱动优先于手动操作，因此当发动机再次启动时，会自动发生反向动作。这样就可以避免当发动机运转时还开启手轮，有利于保护系统。
[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]常用执行器[/font][font=宋体]——步进电机[/font][/font][/align][align=center][font=宋体]概述[/font][/align][font=宋体]步进电机可以将数字脉冲信号直接转换为固定数值的机械角位移，并可以自动产生定位转矩使转轴锁定的机电转换执行装置。其结构简单、使用方便、容易控制、无位置误差的积累，适用于低速、小功率的数字化驱动系统。现代[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]的自动进样器、柱箱门控制等部件单元中，较多使用步进电机进行机械部件的驱动和定位。[/font][align=center][font=宋体]简介[/font][/align][font=宋体][font=宋体]步进电机是一种将电脉冲转换为角位移的执行器，向其输入一个脉冲信号时，步进电机就会按照该设定的方向移动一个确定的角度，步进电机的旋转是以固定角度[/font][font=宋体]“一步一步”运行。日常生活中使用的石英表的指针就是靠一种微型的步进电机进行驱动。[/font][/font][font=宋体][font=宋体]目前常用的步进电机分为反应式步进电机（[/font][font=宋体]VR）、永磁式步进电机（PM）和混合式步进电机（HB）和单向式步进电机等。[/font][/font][font=宋体][font=宋体]图[/font][font=宋体]1为三相反应式步进电机的原理图，定子安装有星形连接方式的A-A`\B-B`\C-C`三相绕组，转子为磁性材料制成。[/font][/font][align=center][img=,445,182]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/07/202307192302060299_9313_1604036_3.jpg!w690x282.jpg[/img][font=宋体] [/font][/align][align=center][font=宋体][font=宋体]图[/font][font=宋体]1 三相反应式步进电机原理图[/font][/font][/align][font=宋体][font=宋体]当仅有[/font][font=宋体]A相绕组供电时，气隙磁场与A相绕组重合，如图1左所示，转子受磁场作用下，旋转至与A相绕组轴线对齐的位置，此时转子亦具有自锁功能。如果系统由A相供电转换为B相供电，转子即旋转至与B绕组轴线对齐的位置，如图1右所示。三相绕组轮流通电，定子磁场轴线延A-B-C方向依次旋转60°，步进电机的转子也跟随磁场转过同样角度，该角度称为步距角。如果三相绕组通电的顺序发生改变，步进电机即可反向发生旋转。[/font][/font][font=宋体][font=宋体]步进电机靠转子和定子的两个磁极之间的吸引力实现转动，定子和转子的磁极事先错开一定角度，如图[/font][font=宋体]2所示。实际的步进电机可以采用增加电机相数和电路细分等辅助手段，实现步距角的进一步缩小（可以小于1°），以实现更为精密的角度位移控制。[/font][/font][align=center][img=,234,252]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/07/202307192302193847_4963_1604036_3.jpg!w351x378.jpg[/img][font=宋体] [/font][/align][align=center][font=宋体][font=宋体]图[/font][font=宋体]2 步进电机的转子和定子示意图[/font][/font][/align][font=宋体]步进电机一般采用开环方式控制，系统向步进电机发出确定的脉冲信号，如果由于外界因素（例如负载较重）发生电机与脉冲不同步现象，电机的转动角度就会发生错误，最终造成步进电机所驱动部件的位置或者位移错误。步进电机作为仪器系统的驱动部件，一般情况下需要与位置传感器共同构成反馈系统，以实现精确可靠的机械运动控制。[/font][font=宋体][font=宋体]自动进样器的传动螺杆、光杠、导轨等部件长期运行后会由于灰尘、油污、腐蚀等原因造成出传动机构阻力较大，可能会导致步进电机驱动中的[/font][font=宋体]“失步”现象。[/font][/font][font=宋体]常用的位置传感器有微动开关、光电传感器、霍尔元件等，用来确定步进电机运行系统的原点或终点。光电码盘、滑动变阻器等传感器与步进电机联合使用，可以实现步进电机的更加精细和精确的运行。[/font][font=宋体] [/font][align=center][font=宋体]小结[/font][/align][font=宋体]简单叙述步进电机工作原理和使用特点。[/font]
[align=center][font=宋体][size=18px][font=宋体][/font][/size][/font][/align][align=center][font=宋体][font=宋体]分析仪器中常用的控制器件[/font][font=宋体]——电磁阀[/font][/font][/align][align=center][font=宋体]概述[/font][/align][font=宋体]电磁阀是采用电磁原理进行流体控制的基本控制元件，在气相色谱仪和色谱仪外围设备（例如气体发生器、各类型进样器等）中，常用来控制气体或者液体的运行。电磁阀配合气动式活塞执行器等元件，可以实现阀或者其他执行部件的机械运动。[/font][align=center][font=宋体]电磁阀的结构原理[/font][/align][font=宋体][font=宋体]电磁阀广泛应用于工业自动控制系统中，结构如图[/font][font=Calibri]1[/font][font=宋体]所示。电磁阀由线圈、固定铁芯、可动铁芯、弹簧和阀体组成。当线圈不通电时，可动铁芯在弹簧作用下与固定铁芯脱离，阀门关闭（以常闭型号的电磁阀为例），阀入口的气体（或者液体）不能从阀出口流出。当线圈通电时，可动铁芯受到磁力的吸引力大于弹簧的作用力，可动铁芯将向上移动与固定铁芯吸合，阀门开启，阀入口的气体（或液体）即可从阀出口流出。[/font][/font][font=宋体][font=宋体]气相色谱仪进样口或检测器中一般装配有电磁阀实现载气控制，比较典型的是分流出口的开关控制，用以实现分流或者不分流进样。气相色谱电子流量控制器内装配的比例电磁阀属于微型、高频率、高精度、高可靠性的电磁阀，用以实现高精度和良好重现性的气体流量[/font][font=Calibri]/[/font][font=宋体]压力控制。[/font][/font][font=宋体]电磁阀也常见于顶空进样器、吹扫捕集进样器、热解析进样器、氢气空气发生器等色谱仪外围设备中，用来控制辅助气体流向。[/font][font=宋体]电磁阀控制气体（或液体）配合气缸（或油缸）协同工作，可以控制部件的机械运动。吹扫捕集进样器、顶空进样器、热解析进样器中运动部件的机械控制，例如样品瓶转移、样品管运输等环节都会应用到电磁阀。[/font][align=center][img=,424,178]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/07/202307112151258120_8197_1604036_3.jpg!w690x290.jpg[/img][font=Calibri] [/font][/align][align=center][font=宋体][font=宋体]图[/font][font=Calibri]1[/font][/font][/align][font=Calibri] [/font][font=宋体][font=宋体]电磁阀有交流供电和直流供电之分，交流电磁阀使用方便，但容易产生机械颤动，启动电流较大，容易引起发热。直流电磁阀工作可靠，但需要专门直流电源，常见的供电电压为[/font][font=Calibri]12V[/font][font=宋体]、[/font][font=Calibri]24V[/font][font=宋体]和[/font][font=Calibri]48V[/font][font=宋体]。[/font][/font][align=center][font=宋体]电磁阀在色谱系统中的典型应用[/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两通阀、两位三通阀、两位四通阀、两位五通阀等。在气相色谱仪以及外围设备中的典型应用如下：[/font][font=宋体][font=Calibri]1 [/font][font=宋体]气相色谱仪的分流[/font][font=Calibri]/[/font][font=宋体]不分流控制[/font][/font][font=宋体][font=宋体]如图[/font][font=Calibri]2[/font][font=宋体]所示，某型号气相色谱仪的分流[/font][font=Calibri]/[/font][font=宋体]不分流控制单元使用了两位三通电磁阀。[/font][/font][align=center][img=,458,188]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/07/202307112151436889_7141_1604036_3.jpg!w690x282.jpg[/img][font=Calibri] [/font][/align][align=center][font=宋体][font=宋体]图[/font][font=Calibri]2 [/font][font=宋体]进样口气体流路结构图[/font][/font][/align][font=宋体][font=Calibri]2 [/font][font=宋体]气体发生器中的泄压[/font][font=Calibri]/[/font][font=宋体]排水控制中一般使用两位两通电磁阀，在发生器工作中实现压力控制和排出气体发生器气缸中的水。[/font][/font][font=宋体][font=Calibri]3 [/font][font=宋体]顶空或其他进样器中的气流方向控制[/font][/font][font=宋体][font=宋体]如图[/font][font=Calibri]3[/font][font=宋体]所示，顶空进样过程中的辅助气体加压、样品放空、系统吹扫等动作都通过不同电磁阀的开关以实现。[/font][/font][align=center][img=,260,253]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/07/202307112151516996_6136_1604036_3.jpg!w362x353.jpg[/img][font=Calibri] [/font][/align][align=center][font=宋体][font=宋体]图[/font][font=Calibri]3 [/font][font=宋体]顶空进样器原理结构图[/font][/font][/align][font=宋体][font=Calibri]4 [/font][font=宋体]复杂系统的切换阀控制[/font][/font][font=宋体]两位四通阀和两位五通阀常用于色谱仪进样阀（切换阀）的控制，电磁阀与其共同构成复杂色谱分析系统。[/font][align=center][font=宋体]小结[/font][/align][font=宋体]气相色谱仪和附属设备中常用的电磁阀的工作原理介绍。[/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]
一、控制阀的选择问题： 更多阀门选型知识请点击进入：阀门选型专题。 目前，工程中普遍使用的控制阀主要是：电磁阀系列电磁阀 和电动阀。但在使用中它们均有缺陷，如电磁阀易被异物堵塞、水阻大，须长期专人维护等；而电动阀虽然无水阻，但由于需有必要的控制电路，所以，防水汽侵蚀影响使用寿命也是困扰推广的主要问题。 二、如何解决控制阀性能差的问题 无论是电磁阀还是电动阀，水垢不但会造成阀门泄漏，严重时甚至会影响阀门的正常工作，所以如何消除水垢的影响，已是业内人士普遍关注的问题。 控制阀的工艺要涉及的范围实在太广,不能在这里一一给你说清楚,有关这方面的内容还的自己亲自去查资料了。不过由于设计执行机构和使用填充材料不同造成控制阀性能差还是可以总结出其规律的: 1、工艺过程里死区的存在会使过程变量偏离原设定点。所以控制器凸轮控制器 的输出必须增大到足于克服死区,只有这一纠正性的动作才会发生。 2、 ①影响死区的主要因素。摩擦力、游移、阀轴扭转、放大器的死区。各种控制阀对摩擦里敏感是不一样的,比如旋转阀对于由高的阀座负载引起的摩擦力就非常敏感,故使用时注意到这一点。但是对于有些密封型式,高的阀座负载是为了获得关闭等级所必须的。哈哈,这样,这种阀设计出来就非常差,容易引起很大的死区,这对过程偏差度的影响是显而易见的,简直是决定性的。 ②磨损。阀门在正常使用时出现磨损是在所难免的,但是润滑层的磨损是最厉害的的,根据我们实验证实,润滑旋转阀只经过几百次循环动作,润滑层差不多可以刚刷子使用(夸张点,不然写文章很郁闷)。另外压力引起的负载也会导致密封层的磨损,这些都是导致摩擦力增加主要因素。结果呢?就是给控制阀的性能于毁灭性! ③、填料摩擦力是控制阀摩擦力的主要来源,使用的填料不同,造成的摩擦力有很大的差别。 ④,执行机构的类型不同也对摩擦力有根本性的影响,一般来说弹簧薄膜执行机构比活塞执行机构好。 3、定位器电气动定位器 的设计问题。 从设计的最初思维着想,执行机构与定位器设计必须一起考虑的。怎么来设计一个好的定位器呢?从他的重要特性就知道,必须是个高增益装置。其增益是由两部分组成的:静态增益和动态增益。提高静态增益的方法是设计一个前置放大器。例如喷嘴--挡板装置。那么有朋友要问动态增益怎么获得?是通过一个动力放大器获得的,这个动力放大器是滑阀(一般)。现在有人已经利用微处理器来设置定位器了。看样子阀门以后还会说话告诉咱们他哪里坏了。那时侯做维修的就简单了。言归正传。同时具有高静态和高动态增益的高性能定位器能为任何一个给定的阀门组件提供降低过程偏差度方面的最佳总体性能。
[size=14px][color=#cc0000]摘要：相对于手动针阀和比例阀，数控电动针阀具有数字控制、高灵敏度、快速响应和磁滞小等特点。本文介绍了对标国外产品开发的灵巧型数控电动针阀国产化替代产品，产品具有相同的技术指标性能，但性价比更高。与国内类似数控电动针阀相比，具有体积小巧的特点，更具有二次开发应用的灵活性。同时结合24位高精度控制器，可以充分发挥数控电动针阀的精细调节能力。[/color][/size][size=14px][color=#cc0000][/color][/size][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align][size=18px][color=#cc0000]1. 概述[/color][/size][size=14px] 针阀是一种微调阀，其阀塞为针形，主要用作调节气流量。针阀中的针型阀塞能使得阀口开启逐渐变大，从关闭到最大开启能连续细微地调节。针阀做为一种可以精确调节的阀门，用途较广，主要用于气体流量、真空度和压力的精细调节和控制。[/size][size=14px] 常用针阀的调节形式一般是手轮、手柄，但在实验室和工业自动化生产过程中往往需要可连接计算机和其他控制仪器的数字控制式针阀，针阀的开度可进行数字编程控制，如各种高精度分析仪器、半导体工艺设备、真空工艺设备和高精度流量控制等众多领域都会使用到数控电动针阀。[/size][size=14px] 另外，相对于比例阀，数控电动针阀具有灵敏度高和磁滞小的特点。因此针对数控电动针阀的市场需求，上海依阳实业有限公司开发了步进电机驱动的数控电动针阀系列产品，对标国外相应的数控电动针阀产品，具有相同的技术指标性能，但具有更高的性价比。与国内类似数控电动针阀相比，具有体积小巧的特点，更具有二次开发应用的灵活性。同时结合24位高精度控制器，可以充分发挥数控电动针阀的精细调节能力。[/size][color=#cc0000][size=18px]2. 国内外现有数控电动针阀[/size][size=16px]2.1. 国内产品[/size][/color][size=14px] 目前国产数控电动针阀普遍采用在标准针阀上增加常规电动执行器的结构形式，这种结构的典型产品如图2-1所示。采用电动执行器结构的数控电动针阀具有以下特点：[/size][size=14px]（1） 电源电压普遍为交流220V（或直流24V），控制信号为直流0~10V（或4~20mA）.[/size][size=14px]（2） 普遍借鉴了用于球阀和蝶阀的电动执行器，造成体积庞大。[/size][size=14px]（3） 固有可调比一般为50:1，调节和控制精度较差。[/size][size=14px]（4） 调节响应时间较慢，存在严重的滞后现象，开关时间至少5秒以上。[/size][size=14px]（5） 阀门口径普遍较大，最小也只能达到1/4”，比较适合较大流量的调节和控制。[/size][size=14px]（6） 整体耐压较高，比较适合高压大流量的调节和控制。[/size][align=center][size=14px][img=,690,416]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/06/202106101115042592_8525_3384_3.png!w690x416.jpg[/img][/size][/align][color=#cc0000][/color][align=center][color=#cc0000]图2-1 典型国产电动执行器结构数控电动针阀[/color][/align][size=16px][color=#cc0000]2.2. 国外产品[/color][/size][size=14px] 国外典型的数控电动针阀是英福康公司和MKS公司产品，如图2-2所示，其中英福康公司产品的型号为VDE016，MKS公司产品是“上游流量控制阀”系列（包括148J、154B和248D）。[/size][align=center][color=#cc0000][size=14px][img=,690,223]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/06/202106101115181789_3450_3384_3.png!w690x223.jpg[/img][/size][/color][/align][color=#cc0000][/color][align=center][color=#cc0000]图2-2 典型国外电动针阀[/color][/align][size=14px] 国外电动针阀的显著特点是体积小，驱动控制采用独立的模块，这非常便于二次开发使用，图2-3是国外电动针阀的主要技术指标。[/size][align=center][size=14px][color=#cc0000][img=,690,390]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/06/202106101115283911_9315_3384_3.png!w690x390.jpg[/img][/color][/size][/align][size=14px][/size][align=center][color=#cc0000]图2-3 国外典型电动针阀技术指标[/color][/align][size=14px] 从上述技术指标可以看出，仅英福康电动针阀采用了步进电机控制方式，而MKS公司的产品基本都是典型的针型电磁阀，而电磁阀一般都具有较大的磁滞现象。[/size][size=14px] 以目前价格进行比较，英福康电动针阀自身已配备驱动电路模块，整体价格在2万人民币左右，而MKS公司目前主推的产品是248D，价格在8千人民币左右，还需配备驱动电路模块（约5千人民币左右），合计价格在1.3万人民币左右。[/size][size=18px][color=#cc0000]3. 上海依阳数控电动针阀[/color][/size][size=14px] 上海依阳实业有限公司开发的数控电动针阀是一种灵巧型的电子式双向计量针阀，更改了传统手动针阀的直通式结构，并采用了高精度直线步进电机驱动阀轴。数控电动针阀及其内部结构如图3-1所示。[/size][size=14px] 步进电机驱动针的分辨率为0.0127mm/步进和0.0254/步进两种标准。低压差阀门可以连续运行（100%占空比）。断电是针阀处于常闭位置。[/size][size=14px] 与电磁阀相比，步进电机驱动模式的最大优势是冷却操作，即没有因线圈加热而导致的控制操作问题、极高的分辨率、极低的压差和高操作压力。阀门可由直流12 VDC兼容逻辑电平和模拟0至2.5 VDC信号控制，也可采用RS485接口直接进行通讯控制。由此带来的好处是磁滞滞后小于2%，小于满量程的2.5%的出色线性度、2毫秒反应时间和数百万次的使用寿命。[/size][align=center][img=,690,409]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/06/202106101115396538_3429_3384_3.png!w690x409.jpg[/img][/align][size=14px][/size][align=center][color=#cc0000]图3-1 数控电动针阀内部结构示意图[/color][/align][size=14px] 上海依阳实业有限公司的NCNV系列数控电动针阀的技术指标如图3-2所示。[/size][align=center][color=#cc0000][size=14px][img=,690,411]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/06/202106101115509360_6271_3384_3.png!w690x411.jpg[/img][/size][/color][/align][color=#cc0000][/color][align=center][color=#cc0000]图3-2 数控电动针阀技术指标[/color][/align][size=14px] NCNV系列数控电动针阀配备了一个步进电机驱动电路模块，以提供了所需电源和控制信号，並以将直流信号转换为双极步进电机的步进控制，同时也可提供RS485串口通讯的直接控制。驱动电路模块、接线方式及其尺寸如图3-3所示。[/size][align=center][size=14px][color=#cc0000][img=,690,219]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/06/202106101116026977_6875_3384_3.png!w690x219.jpg[/img][/color][/size][/align][size=14px][/size][align=center][color=#cc0000]图3-3 数控电动针阀驱动电路模块[/color][/align][size=14px] NCNV系列中各个型号的尺寸如图3-4所示。[/size][align=center][size=14px][img=,690,422]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/06/202106101116117396_5838_3384_3.png!w690x422.jpg[/img][/size][/align][color=#cc0000][/color][align=center][color=#cc0000]图3-4 数控电动针阀系列尺寸图[/color][/align][size=18px][color=#cc0000]4. 总结[/color][/size][size=14px] 综上所述，上海依阳实业有限公司开发的数控电动针阀，采用了最先进的步进电机驱动技术，技术指标达到和超过国外产品，并具有较高的性价比。[/size][size=14px][/size][hr/][size=14px][/size]
[align=center][img=电动针阀（电动针型阀）,599,513]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/06/202106212250264749_7239_3384_3.gif!w599x513.jpg[/img][/align][size=18px][color=#990000]一、简介[/color][/size] 用于比例流量调节的NCNV系列数控电动针阀将步进电机的精度和可重复性优势与针阀的线性和分辨率相结合，其结果是具有小于2%滞后、2%线性、1%重复性和0.2%分辨率的可调流量控制，使这些电动阀门成为医疗、生命科学和高级自动化应用中一致、高性能气体传输和控制的理想选择，是目前常用电磁比例阀的升级产品。与依阳公司VPC2021系列真空压力控制器相结合，可构成快速准确的闭环控制系统。[size=18px][color=#990000]二、特点和优势[/color][/size] （1）多规格节流面积：从低流量的直径0.9mm（0~50L/min气体）到高流量的直径4.10mm（0到660 L/min气体）的多种规格针阀节流面积，可满足不同的应用需要。 （2）高度线性：小于2%的线性度，简化了查表或外部控制硬件和软件的配套，简化了命令输入和流量输出之间的关系。 （3）高重复性：通过每次达到0.1%的相同流量，NCNV系列电动针阀可提供长期稳定的一致性。 （4）宽压力范围：通过5或7bar巴的真空，取决于孔的大小，入口环境可覆盖宽泛的压力范围。电机的刚度和功率确保阀门在相同的输入指令下打开，与压力无关。 （5）低迟滞：小于2%的迟滞使积分和编程变得简单，在增加和减少达到设定点时能提供一致的流量。 （6）高分辨率：0.2%的分辨率允许NCNV系列电动针阀根据调节指令的微小变化进行最小流量调整，提供了出色的可控性。 （7）快速响应：整个行程时间小于1秒，由此可提供及时快速的流量调节和控制。[size=18px][color=#990000]三、技术指标和尺寸[/color][/size][align=center][size=18px][color=#990000][img=电动针阀技术指标,690,452]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/06/202106212253271035_4363_3384_3.png!w690x452.jpg[/img][/color][/size][/align][align=center][size=18px][color=#990000][img=电动针阀外形尺寸,690,422]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/06/202106212253521961_2022_3384_3.png!w690x422.jpg[/img][/color][/size][/align][size=18px][color=#990000]四、驱动模块附件[/color][/size] NCNV 系列数控电动针阀配备了一个步进电机驱动电路模块，以提供了所需电源和控制信号，並以将直流信号转换为双极步进电机的步进控制，同时也可提供 RS485 串口通讯的直接控制。[align=center][img=电动针阀步进电机驱动模块和尺寸,690,219]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/06/202106212254366571_5829_3384_3.png!w690x219.jpg[/img][/align][size=18px][color=#990000]五、典型应用[/color][/size]（1）[url=https://bbs.instrument.com.cn/topic/7801687]用于小流量和真空压力高精度调节的灵巧型数控电动针阀[/url]
[align=center][img=真空控制系统中关键技术和产品的国产化替代现状,600,362]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/09/202309260956335616_6667_3221506_3.jpg!w690x417.jpg[/img][/align][size=16px][color=#990000][b]摘要：真空度控制技术关键部件主要有真空计、进气流量调节装置、排气流量调节装置和真空度控制器四大类。本文在真空度控制技术基本概念和技术要求基础上，详细介绍了真空度控制技术关键部件国外产品的分布和类型，特别介绍了相关的国产产品现状。总之，除了高端电容真空计之外，真空度控制技术中的绝大多数关键部件已实现了国产化，并已得到广泛应用，后续的国产化重点将主要集中在开发MOCVD工艺中的受控蒸发混合器。[/b][/color][/size][align=center][b][color=#990000]=============================[/color][/b][/align][size=18px][color=#990000][b]1. 真空度控制技术简述[/b][/color][/size][size=16px] 在长、热、力、电这些基本物理量中，真空度作为力学领域内的一个物理量通常是各种生产工艺和科学研究中的一个重要环境参数，真空度的控制也基本都采用闭环控制模式。典型的真空度控制系统结构如图1所示，其特征如下：[/size][align=center][size=16px][color=#990000][b][img=01.真空度控制系统典型结构,400,275]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/09/202309260959279297_7143_3221506_3.jpg!w690x476.jpg[/img][/b][/color][/size][/align][align=center][size=16px][color=#990000][b]图1 真空度控制系统典型结构[/b][/color][/size][/align][size=16px] （1）系统构成：如其他物理量的闭环控制回路一样，真空度控制回路由传感器、控制器和执行器三部分组成。对于真空度控制，执行器还包括进气流量调节装置和排气流量调节装置两部分。[/size][size=16px] （2）控制方法：真空度的控制方法一般都采用动态平衡法，即使得进气流量和出气流量达到某一平衡状态，从而实现不同真空度的准确控制。[/size][size=16px] （3）控制模式：真空度的具体控制模式有上游控制和下游控制之分。在绝对压力1kPa~100kPa的低真空度范围内，需采用下游控制模式，即恒定进气流量的同时，调节排气流量。在绝对压力小于1kPa的高真空度和超高真空度范围内，需采用上游控制模式，即恒定排气流量的同时，调节进气流量。[/size][size=16px] 在真空度控制技术的具体应用中，很多生产工艺和科学实验要求真空度控制需要达到一定的控制精度和响应速度，这些技术要求往往由以下几方面的综合精度和速度决定：[/size][size=16px] （1）传感器精度和速度：具体测量中会根据真空度工作范围选择不同测量原理的真空度传感器，如电容真空计、皮拉尼计和电离规等。其中电容真空计的精度最高，一般为0.2%或更高0.01%精度，且真空度和输出信号为线性关系。皮拉尼计和电离规的精度较差，最高精度一般也只能达到15%，且真空度和输出信号为非线性关系。特别需要注意的是，在较高精度真空度控制过程中，需要对这些非线性信号进行线性处理。真空度传感器的响应速度普遍都很高，一般都在毫秒量级，基本都能满足测控过程中对响应速度的要求。[/size][size=16px] （2）执行器精度和速度：在真空度控制系统中，执行器一般是各种阀门以及集成了阀门的各种气体质量流量控制器，因此阀门的精度和速度是执行器的重要技术指标。执行器的精度和速度主要由真空工艺容器决定，对于小于1立方米的真空容器，一般要求执行器的精度较高，特别是要求具有小于5秒以内的开闭合速度，真空容器越小要求响应速度越快，在大多数半导体材料制备所用的高温和真空腔体的真空控制中，基本都要求响应速度小于1秒，由此来快速消除温度和气压波动带来的影响而实现真空度准确控制。[/size][size=16px] （3）控制器精度和速度：[/size][size=16px]控制器精度的速度是充分利用真空度传感器和执行器精度和速度的重要保证，因此要求控制器具有足够高的AD采集精度、DA输出精度和数值计算精度。一般要求是至少16位AD采集、16位DA输出和0.1%最小输出百分比，控制速度在50毫秒以内。[/size][size=18px][color=#990000][b]2. 真空度控制系统关键部件的主要国外产品介绍[/b][/color][/size][size=16px] 在真空度控制系统中，如图1所示，关键部件主要分为真空计、进气流量调节装置、排气流量调节装置和真空度控制器四大类别。这些关键部件很多都是国外产品，特别是一些高端部件基本都是国外产品，图2为这些关键部件的国外典型产品示意图。[/size][align=center][size=16px][color=#990000][b][img=02.国外真空度控制相关典型产品,690,491]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/09/202309260959592438_3991_3221506_3.jpg!w690x491.jpg[/img][/b][/color][/size][/align][align=center][size=16px][color=#990000][b]图2 国外真空度控制系统中的各种典型产品[/b][/color][/size][/align][size=18px][color=#990000][b]3. 真空度控制系统关键部件的国产化现状[/b][/color][/size][size=16px] 随着近几年的国产化浪潮的兴起，真空度控制系统关键部件的国产化进程也在快速发展，以下将按照四个大类对国产化现状进行详细介绍。[/size][size=16px][color=#990000][b]3.1 真空计的国产化现状[/b][/color][/size][size=16px] 真空计作为真空领域的传感器，多年来一直有大量的国产产品，但绝大多数集中在皮拉尼计和电离规等这些真空度测量精度较差的真空计领域，对于测量精度较高的薄膜电容真空计国内产品基本都是购买国外OEM核心部件后进行组装和拓展。国内目前只有个别机构开发出了薄膜电容核心探测部件并已能批量生产电容真空计，但存在成品率低和货期长问题，国内也有其他研究机构在进行薄膜电容真空计的技术攻关。[/size][size=16px] 如图3所示国内现状，国内真空计目前基本能够满足工业生产的需要，但对于一些需要高精度（0.01%）真空计的测量和控制场合，国内还无法生产，有些更高端的国外产品对国内还处于禁运状态。对于皮拉尼计和电离规这些大多已经国产化的真空计，国产真空计还缺乏具有线性处理能力的高级功能，这使得国产真空计普遍只能在真空度测控精度要求不高的场合下使用。[/size][align=center][size=16px][color=#990000][b][img=03.真空计国产化相关产品示意图,690,166]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/09/202309261000162441_9663_3221506_3.jpg!w690x166.jpg[/img][/b][/color][/size][/align][align=center][size=16px][color=#990000][b]图3 真空计国产化现状示意图[/b][/color][/size][/align][size=16px][color=#990000][b]3.2 进气流量调节装置的国产化现状[/b][/color][/size][size=16px] 进气流量调节装置主要用来调节真空容器的进气流量以实现不同工艺气体的流量要求和相应真空度的高精度控制。如图4所示，目前国外进气流量调节装置主要有电磁或电机型流量调节阀、气体质量流量控制器和微小流量控制器三大品类以满足从各种流量量程气体输入控制要求。[/size][size=16px] 在进气流量调节装置的国产化方面，目前国内产品无论在品类和技术指标方面都已达到国外产品水平，完全可以替代国外产品，并已开始得到广泛应用。[/size][align=center][size=16px][color=#990000][b][img=04.进气流量调节装置国产化相关产品示意图,690,164]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/09/202309261000271489_6174_3221506_3.jpg!w690x164.jpg[/img][/b][/color][/size][/align][align=center][size=16px][color=#990000][b]图4 进气流量调节装置国产化现状示意图[/b][/color][/size][/align][size=16px] 在小型快速电控调节阀门的国产化方面，国产产品已采用微型步进电机技术，直接跨越电磁阀结构，开发出了高精度、低磁滞和高线性度的系列规格的电控针型阀门，响应速度达到了1秒以内，具有超低漏率且阀门不受工作气体类型的限制，还可以用于液体流量的调节，同时还具有强耐腐蚀性。目前这种电控针阀已广泛用于真空度控制领域和流体流量精密控制领域，正逐步取代以INFICON、PFEIFFER、VAT和MKS公司为代表的进气流量调节阀产品。[/size][size=16px] 在气体质量流量控制器的国产化方面，近两年内已有许多国内公司完成了国产化，技术指标已于国外产品相差无几，目前已在各个领域内进行着国产化替代。[/size][size=16px] 微小流量控制器主要用于高真空和超高真空条件下的微小进气流量控制，且要求具有超低漏率，以往只有国外AGILENT和VATAGILENT公司生产这种可变泄漏阀，且价格昂贵和货期漫长。最近国内公司在微小流量控制方面已取得突破，采用了与国外产品不同的技术路线，在同样实现国外产品功能、技术指标和自动控制的前提下，大幅降低的成本，已可以完全替代进口产品。[/size][size=16px][color=#990000][b]3.3 排气流量调节装置的国产化现状[/b][/color][/size][size=16px] 排气流量调节装置主要用来调节真空容器的排气流量以实现相应真空度的高精度控制。如图5所示，目前国外排气流量调节装置主要有分体式和集成式电动蝶阀，其中集成式电动蝶阀（又称下游排气节流阀）是在蝶阀上集成了高速电机和PID控制器。[/size][size=16px] 在排气流量调节装置的国产化方面，目前国内产品无论在品类和技术指标方面都已达到国外产品水平，且更具有灵活的不同口径规格系列，完全可以替代国外产品，并已得到广泛应用。[/size][align=center][size=16px][color=#990000][b][img=05.排气流量调节装置国产化相关产品示意图,690,164]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/09/202309261000430375_6356_3221506_3.jpg!w690x164.jpg[/img][/b][/color][/size][/align][align=center][size=16px][color=#990000][b]图5 排气流量调节装置国产化现状示意图[/b][/color][/size][/align][size=16px] 在排气流量调节装置国产化过程中，我们发现绝大多数真空工艺腔体的体积较小，在真空度精密控制过程中无需使用较大口径的蝶阀结构，仅通过较小口径的电动球阀极可很好的进行控制。另外，很多工艺设备自带控制系统而无需在电动阀门再集成PID控制器。为此，国内公司在国产化过程中开发了独立结构的电动球阀，有7秒和1秒两种规格，如图5所示。这种独立结构的电动球阀可由任何外部PID调节器进行控制，具有很好的灵活性且降低成本，同时还具有极小的真空漏率，非常适合真空设备的排气流量和低真空度的精密控制，并已在各种真空工艺设备和科学仪器设备中得到了广泛应用。[/size][size=16px] 对于大口径蝶形压力控制阀，国内有机构也完成了国产化，模仿国外电动蝶阀结构将PID控制器与蝶阀进行了集成，并配有相应的计算机操作软件，但在价格上对国外产品的冲击有限。[/size][size=16px][color=#990000][b]3.4 真空度控制器的国产化现状[/b][/color][/size][size=16px] 真空度控制器作为一种典型的PID控制器，主要用来检测真空计的输出信号，并与设定值进行比较和PID计算后输出控制信号，驱动外部进气或排气调节阀开度进行快速变化，最终实现真空度测量值与设定值达到一致。目前国内外生产真空计的厂家普遍都提供真空度控制器产品，但这些真空度控制器普遍存在以下问题，而国内产品的问题则略显严重。[/size][size=16px] （1）国内外真空度控制器的共性问题是测量和控制精度不高，普遍采用较低精度的AD和DA转换器，无法发挥真空计（特别是电容真空计）的高精度优势，国内产品这方面的问题尤为严重。能实现高精度测量和控制的国外产品，则价格昂贵。[/size][size=16px] （2）国产真空度控制器大多为单通道形式，无法进行全真空度范围精密控制中进气和排气流量的同时调节，而国外的高端真空度控制器多为2通道以上结构。[/size][size=16px] （3）对于皮拉尼计和电离规这样的非线性输出信号，国产真空度控制器缺乏线性化处理功能，而国外高端真空度控制器基本都具有线性化处理功能，能更好保证真空度测量和控制精度。[/size][size=16px] （4）国产真空度控制器普遍缺乏计算机控制软件，无法简便和直观的进行过程参数的设置、显示、存储和调用。国外高端真空度控制器基本都配有相应的计算机软件。[/size][size=16px] 为了解决上述问题，目前新型的国产真空度控制器已经开发成功，如图6所示，已可以生产工业用单通道和双通道两个规格系列的多功能型真空压力控制器，基本可以替代国外高端产品。[/size][align=center][size=16px][color=#990000][b][img=06.真空度控制器国产化相关产品示意图,690,164]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/09/202309261000588787_2774_3221506_3.jpg!w690x164.jpg[/img][/b][/color][/size][/align][align=center][size=16px][color=#990000][b]图6 真空度控制器国产化相关产品示意图[/b][/color][/size][/align][size=16px] 在国产化的单通道和双通道系列控制器中，采用了目前国际上工业用控制器最高精度的芯片电路，即24位AD、16位DA和0.01%最小输出百分比，可充分发挥高精度真空计和精密电动阀门的测控优势，已实现0.1%的真空压力控制精度。这种新型真空压力控制器的重要特点之一是带有线性化处理功能，通过八点最小二乘法拟合来提高非线性信号的测量精度。[/size][size=16px] 这种新型真空压力控制器是一种多功能控制器，除了可以进行真空压力控制之外，更可以进行各种温度和张力控制，同时还具有串级控制、分程控制、比值控制和远程设定点等高级复杂控制功能。控制器系列具有标准的工业控制器小巧尺寸，面板安装方式，并配备了计算机软件。[/size][size=18px][color=#990000][b]4. 总结[/b][/color][/size][size=16px]综上所述，在真空度控制系统关键部件的国产产品中，除了高端电容真空计之外，绝大多数部件已实现了国产化。后续的国产化重点将主要集中在受控蒸发混合器的开发，以在各种化学[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相[/color][/url]沉积CVD工艺中，如ALD、APCVD、MOCVD和PECVD等，实现前驱体流量的精密控制。[/size][align=center][b][color=#990000][/color][/b][/align][align=center][b][color=#990000]~~~~~~~~~~~~~~~[/color][/b][/align][size=16px][/size]
[size=16px][color=#339999]摘要：针对晶体生长和CVD等半导体设备中对0.1%超高精度真空压力控制的要求，本文对相关专利技术进行了分析，认为采用低精度的真空度传感器、调节阀门和PID控制器，以及使用各种下游控制方法基本不太可能实现超高精度的长时间稳定控制。要满足超高精度要求，必须采用0.05%左右精度的传感器和相应精度的PID控制器，结合1s以内开合时间的高速电动针阀和电动球阀，同时还需采用上游进气控制模式。另外，本文提出的超高精度解决方案中，还创新性的提出了进气混合后的减压恒压措施，消除进气压力波动对超高精度控制的影响。[/color][/size][align=center][size=16px][img=彻底讲清如何实现各种单晶炉的0.1%超高精度真空压力控制,690,290]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/04/202304071124469579_383_3221506_3.jpg!w690x290.jpg[/img][/size][/align][size=18px][color=#339999][b]1. 问题的提出[/b][/color][/size][size=16px] 在晶体生长和CVD等半导体设备领域，普遍要求对反应腔室的真空压力进行快速和准确控制。目前许多半导体工艺设备的真空压力基本在绝对压力10~400Torr的真空度范围内，通过使用下游节流阀（电动球阀或电动蝶阀）的开度自动变化来调节抽气速率基本能达到1%以内的控制精度。但对于有些特殊晶体生长等生产工艺，往往会要求在0.1~10Torr真空度范围内进行控制，并要求实现0.1%的更高精度控制。[/size][size=16px] 最近有用户提出对现有晶体生长炉进行技术升级的要求，希望晶体炉的真空压力控制精度从当前的1%改造升级到0.1%，客户进行改造升级的依据是宁波恒普真空科技股份有限公司的低造价的压力控制系统，且技术指标是“公司研发的压力传感器和控制阀门及配套的自适应算法，可将压力稳定控制在±0.3Pa（设定压力在100~500Pa间）”。[/size][size=16px] 我们分析了宁波恒普在真空压力控制方面的两个相关专利，CN115113660A（一种通过多比例阀进行压力控制的系统及方法）和CN217231024U（一种碳化硅晶体生长炉的压力串级控制系统），认为采用所示的专利技术可能无法实现100~500Pa全量程范围内0.1%的长时间稳定的控制精度，最多只可能在个别真空点和个别时间段内勉强内达到。本文将对这两项专利所设计的控制方法进行详细技术分析说明无法达到0.1%控制精度的原因，并提出相应的解决方案。[/size][b][size=18px][color=#339999]2. 专利技术分析[/color][/size][/b][size=16px] 宁波恒普公司申报的发明专利“一种通过多比例阀进行压力控制的系统及方法”，其压力控制系统结构如图1所示，所采用的控制技术是一种真空压力动态平衡控制方法中典型的下游控制模式，即固定进气流量，通过调节排气流量实现真空压力控制。[/size][align=center][size=16px][color=#339999][b][img=01.通过双比例阀进行压力控制的系统的示意图,500,244]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/04/202304071128351485_5277_3221506_3.jpg!w690x338.jpg[/img][/b][/color][/size][/align][align=center][size=16px][color=#339999][b]图1 通过双比例阀进行压力控制的系统的示意图[/b][/color][/size][/align][size=16px] 在动态平衡法控制中，这种下游模式的特点是： （1）非常适用于10~760Torr范围内的高气压精确控制，抽气流量的变化可以很快改变真空腔体内部气压的变化，不存在滞后性，这对于高精度的高压气体控制非常重要，因此这种下游控制模式也是目前国内外绝大多数晶体炉的真空压力控制方法。 （2）并不适用于0.1~10Torr范围内低气压控制，这是因为在低气压控制过程中，抽气速率对低气压变化的影响较为缓慢，存在一定的滞后性，调节抽气速率很难实现低气压范围内的真空度高精度控制。因此，对于低气压高真空的精密控制普遍采用的是上游控制模式，即调节进气流量，利用了低气压对进气流量非常敏感的特性。 宁波恒普公司所申报的发明专利“一种通过多比例阀进行压力控制的系统及方法——CN 115113660A”，如图1所示，所采用的下游控制模式是通过分程（或粗调和细调）形式来具体实现，即通过次控制阀开度改变抽气口径大小后，再用主控制阀开度变化进行细调，本质还是为了解决抽气速率的精细化调节问题。 这种抽气速率分段调节的类似方法在国内用的比较普遍，较典型的如图2所示的浙江晶盛公司专利“一种用于碳化硅炉炉腔压力控制的控压装置——CN210089430U”，采用的就是多个分支管路进行下游模式控制，多个分支管路组合目的就是调节抽气口径大小。[/size][align=center][b][size=16px][color=#339999][img=02.下游控制整体结构示意图,500,450]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/04/202304071129101289_1324_3221506_3.jpg!w690x621.jpg[/img][/color][/size][/b][/align][align=center][b][size=16px][color=#339999]图2 下游多支路真空压力控制结构示意图[/color][/size][/b][/align][size=16px] 宁波恒普公司另一个实用新型专利CN217231024U（一种碳化硅晶体生长炉的压力串级控制系统），如图3所示，也是采用下游控制模式。[/size][align=center][b][size=16px][color=#339999][img=03.晶体生长炉的压力串级控制系统的结构示意图,450,361]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/04/202304071132344137_9996_3221506_3.jpg!w690x555.jpg[/img][/color][/size][/b][/align][align=center][b][size=16px][color=#339999]图3 下游串级控制系统结构示意图[/color][/size][/b][/align][size=16px] 在晶体生长和其他半导体工艺的真空压力控制中，国内外普遍都采用下游控制模式而很少用上游控制模式，主要原因如下：[/size][size=16px] （1）绝大多数工艺对气氛环境的要求是高气压（低真空）范围内控制，如10~500Torr（绝对压力），且控制精度能达到1%即可。这种要求，最适合的控制方法就是下游模式。[/size][size=16px] （2）绝大多数半导体工艺都需要输入多种工作气体，而且各种工作气体还要保持严格的质量和比例，所以进气控制基本都采用气体质量流量计。如果在质量和比例控制之后，再对进气流量进行控制，一是没有必要，二是会增加技术难度和设备成本。[/size][size=16px] （3）在下游控制模式中安装节流阀（电动蝶阀）比较方便，可以在真空泵和腔体之间的真空管路上安装节流阀，而且对节流阀的拆卸和清洗维护也较方便。[/size][size=16px] 国内有些厂家在下游模式中采用上述分程控制方法的动机主要是为了规避使用高速和高精度但价格相对较贵的下游节流阀（电动蝶阀），这种高速高精度下游节流阀主要是具有1秒以内的全程闭合时间，直接使用这种高速蝶阀就可以在高气压范围内实现低真空度控制。而绝大多数国产真空用电动球阀和电动蝶阀尽管价格便宜，但响应速度普遍在几十秒左右，这使得压力控制的波动性很大。所以为了使用国产慢速电动蝶阀，且保证控制精度，只能在下游管路上想办法。[/size][size=16px] 如果采用高速电动球阀或电动蝶阀，且真空计和控制器达到一定精度，则采用任何形式的下游模式控制方式都可以在低气压范围内轻松实现1%的控制精度，但无法达到0.1%的控制精度。而如果采用低速阀门和上述专利所述的控制方法，也有可能达到1%控制精度，但更是无法实现更高精度0.1%的真空压力控制。[/size][b][size=18px][color=#339999]3. 超高精度真空压力控制方法及其技术[/color][/size][/b][size=16px] 晶体生长炉的真空压力控制也是一种典型的闭环PID控制回路，回路中包括真空泵、真空计、电动阀门和PID控制器。其中真空泵提供真空源，真空计作为真空压力测量传感器，电动阀门作为执行器调节进气或出气流量，PID控制器接收传感器信号并与设定值进行比较和PID计算后输出控制信号给执行器。[/size][size=16px] 这里我们重点讨论在0.1~10Torr的低气压（高真空）范围内实现0.1%超高精度的控制方法和相关技术。依据动态平衡法控制理论以及大量的实际控制试验和成功应用经验，如果要实现上述低压范围内（0.1~10Torr）的高精度控制，必须满足以下几个条件，且缺一不可：[/size][size=16px] （1）真空泵要具备覆盖此真空度范围的抽取能力，并尽可能保持较大的抽速，由此在高温加热过程中的气体受热膨胀压力突增时，能及时抽走多余的气体。[/size][size=16px] （2）真空计和PID控制器要具有相应的测量和控制精度。[/size][size=16px] （3）采用上游控制模式，并需采用高速电动针阀自动和快速的调节进气流量大小。[/size][size=16px] 国内外晶体生长炉和半导体工艺的真空压力控制，普遍采用的是薄膜电容真空计，价格在一万元人民币左右的这种进口真空计，测量精度基本在0.25%左右。这种真空计完全可以实现0.5 ~ 1%的控制精度，但无法满足更高精度控制（如0.1%）中的测量要求，更高精度的真空度测量则需要采用0.05%以上精度的昂贵的薄膜电容真空计。[/size][size=16px] 同样，对于PID控制器，也需要相应的测量精度和控制精度。如对于0.25%精度的真空计，采用16位AD、12位DA和0.1%最小输出百分比的PID控制器，可以实现1%以内的控制精度，这在相关研究报告中进行过专门分析和报道。若要进行更高精度的控制，则在采用0.05%精度真空计基础上，还需采用24位AD、16位DA和0.01%最小输出百分比的PID控制器。[/size][size=16px] 宁波恒普公司在其官网的压力控制技术介绍中提到，采用恒普自己研发的压力传感器和控制阀门及配套的自适应算法，在绝对压力100~500Pa范围内可将国内外现有技术的±3Pa压力波动（控制精度在1%左右）提升到±0.3Pa（控制精度在0.1%左右），控制精度提高了一个数量级。我们分析认为：在绝对压力100~500Pa的低压范围内，如果不能同时满足上述的三个条件，基本不太可能实现0.1%的超高精度控制。[/size][b][size=18px][color=#339999]4. 超高精度真空压力控制技术方案[/color][/size][/b][size=16px] 对于超高精度真空压力控制解决方案，我们只关心前述条件的第二和第三点，不再涉及真空泵内容。[/size][b][color=#339999] （1）超高精度真空计的选择[/color][/b][size=16px] 目前国际上能达到0.05%测量精度的薄膜电容真空计有英福康和MKS两个品牌，如图4所示。这类超高精度的真空计都有模拟信号0~10V输出，数模转换是20位。[/size][align=center][b][size=16px][color=#339999][img=04.超高精度薄膜电容真空计,550,240]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/04/202304071130184466_8776_3221506_3.jpg!w690x302.jpg[/img][/color][/size][/b][/align][align=center][b][size=16px][color=#339999]图4 超高精度0.05%薄膜电容真空计 （a）INFICON Cube CDGsci；（b）MKS AA06A[/color][/size][/b][/align][size=16px][b][color=#339999] （2）超高精度PID控制器的选择[/color][/b] 从上述真空计指标可以看出，真空计的DAC输出是20位的0~10V模拟型号，那么真空压力控制器的数据采集精度ADC至少要20位。为此，解决方案选择了目前最高精度的工业用PID控制器，如图5所示，其中24位AD、16位DA和0.01%最小输出百分比。所选控制器具有单通道和双通道两种规格，这样可以分别用来满足不同真空度量程的控制，双通道控制器可以用来同时采集两只不同量程的真空计而分别控制进气阀和抽气阀实现真空压力全量程的覆盖控制。另外PID控制器还具有标准的RS485通讯和随机配套计算机软件。[/size][align=center][b][size=16px][color=#339999][img=05.高速电动阀门和超高精度PID调节器,650,237]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/04/202304071130375986_9640_3221506_3.jpg!w690x252.jpg[/img][/color][/size][/b][/align][align=center][b][size=16px][color=#339999]图5 超高精度PID真空压力控制器和高速电动阀门[/color][/size][/b][/align][size=16px][b][color=#339999] （3）高速电动阀门选择[/color][/b] 高速电动阀门主要包括了真空用电动针阀和电动球阀，都有极小的漏率。如图5所示，其中电动针阀用于微小进气流量的快速调节，电动球阀用于大排气流量的快速调节，它们的全程开启闭合速度都小于1s，控制电压都为0~10V模拟信号。[b][color=#339999] （4）超高精度0.1%压力控制技术方案[/color][/b] 基于上述关键部件的选择，特别是针对0.1~10Torr范围内的0.1%超高精度真空压力控制，本文提出的控制系统具体技术方案如图6所示。[/size][align=center][b][size=16px][color=#339999][img=06.超高精度真空压力控制系统结构示意图,600,325]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/04/202304071131004546_6716_3221506_3.jpg!w690x374.jpg[/img][/color][/size][/b][/align][align=center][b][size=16px][color=#339999]图6 超高精度真空压力控制系统结构示意图[/color][/size][/b][/align][size=16px] 如前所述，在0.1~760Torr的真空压力范围内，分别采用了量程分别为10Torr和1000Torr的两只超高精度真空计，并分别对应上游和下游控制模式来进行覆盖控制，真空源为真空泵。[/size][size=16px] 在10~750Torr范围内，采用下游控制模式，即控制器的第一通道用来控制电动针阀的进气开度保持固定，第二通道用来检测真空计信号，并根据真空压力设定值自动PID调节电动球阀的开度变化实现准确控制。[/size][size=16px] 在0.1~10Torr范围内，采用上游控制模式，即控制器的第二通道用来控制电动球阀的进气开度保持固定（一般为全开），第二通道用来检测真空计信号，并根据真空压力设定值自动PID调节电动针阀的开度变化实现准确控制。[/size][size=16px] 由于电动针阀调节的是总进气流量，所以在具体工艺中需要将多种工作气体先进行混合后再流经电动针阀，而且多种工作气体通过相应的气体质量流量计（MFC）来控制各种气体所占比例，然后进入混气罐。在0.1~10Torr范围内的超高精度控制中，进气压力的稳定是个关键因素。为此，解决方案中增加了一个减压恒压罐，并采用正压控制器对混合后的气体进行减压，使恒压罐内的压力略高于一个大气压且恒定不变。[/size][size=16px] 解决方案中的超高精度PID控制器具有RS485接口并采用标准的MODBUS通讯协议，可以通过配套的计算机软件直接对控制器进行各种设置和操作运行，并显示、存储和调用各种控制参数的变化曲线，这非常便于整个工艺控制过程的调试。工艺参数和过程调试完毕后，可连接PLC上位机进行简单的编程就能与工艺设备控制软件进行集成。[/size][size=16px] 综上所述，本文设计的解决方案，结合相应的超高精度和高速的传感器、电动阀门和PID控制器，能够彻底解决超高精度且长时间的真空压力控制难题，可以满足生产工艺需要。[/size][b][size=18px][color=#339999]5. 总结[/color][/size][/b][size=16px] 晶体生长和半导体材料的生产过程往往需要较长的时间，工艺过程中的真空压力控制精度必须还要考虑长时间的控制精度，仅仅某个真空度下或短时间内达到控制精度并不能保证工艺的稳定和产品质量。[/size][size=16px] 在本文的解决方案中，特别强调了一是必须采用相应高精度和高速的传感器、执行器和控制器，二是必须采用相应的上游或下游控制方式，否则，如果仅靠复杂PID控制算法根本无法通过低精度部件实现高精度控制，特别是在温度对真空压力的非规律性严重影响下更是如此，这在太多的温度和正压控制中得到过证明，也是一个常识性概念。[/size][size=16px] 对于超高精度的真空压力控制，本文创新性的提出了稳定进气压力的技术措施，其背后的工程含义也是先粗调后细调，尽可能消除外界波动对控制精度的影响，这在长时间内都要求进行超高精度稳定控制中尤为重要。[/size][size=16px] 这里需要说明的是，实现超高精度控制的代价就是昂贵的硬件装置，如超高精度的电容真空计。尽管在高速电动阀门和超高精度PID控制器上已经取得技术突破并降低了价格，但在薄膜电容真空计方面国内基本还处于空白阶段。除非在超高精度电容真空计上的国内技术取得突破，可以使得造价大幅降低，否则将不可避免使得真空压力控制系统的成本增大很多，而目前在国内还未看到这种迹象。[/size][align=center][size=16px]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/size][/align]
《中国机械工业标准汇编——阀门卷（第二版）》是由中国标准出版社于2006年12月出版发行。该阀门标准汇编收集了常用阀门的标准，涉及到阀门的材料、设计、制造、检验、供货等各个方面。该标准汇编在阀门行业中得到了广泛的使用，是从事阀门设计、制造、生产及检验人员必备工具书。该标准汇编共分：阀门基础、阀门材料、阀门产品以及阀门的检验等四个部分。目录如下:一、阀门基础GB/T 1047-2005 管道元件 DN(公称尺寸)的定义和选用GB/T1048-2005 管道元件 PN(公称尺寸)的定义和选用GB/T12220-1989 通用阀门 标志GB/T12221-2005 金属阀门 结构长度GB/T12222-2005 多回转阀门驱动装置的连接GB/T12223-2005 部分回转阀门驱动装置的连接GB/T12224-2005 钢制阀门 一般要求GB/T12247-1989 蒸汽疏水阀 分类GB/T12250-2005 蒸汽疏水阀 术语、标志、结构长度GB/T12712-1991 蒸汽供热系统凝结水回收及蒸汽疏水阀技术管理要求JB/T74-1994 管路法兰 技术条件JB/T7928-1999 通用阀门 供货要求JB/T8530-1997 阀门电动装置型号编制方法二、阀门材料GB/T12225-2005 通用阀门 铜合金铸件技术条件GB/T12226-2005 通用阀门 灰铸铁件技术条件GB/T12227-2005 通用阀门 球墨铸铁件技术条件GB/T12228-2005 通用阀门 碳素钢锻件技术条件GB/T12229-2005 通用阀门 碳素钢铸件技术条件GB/T12230-2005 通用阀门 不锈钢铸件技术条件JB/T 5300-1991 通用阀门 材料JB/T 6438-1992 阀门密封面等离子弧堆焊技术要求JB/T 7248-1994 阀门用低温钢铸件技术条件JB/T 7744-1995 阀门密封面等离子弧堆焊用合金粉末三、阀门产品GB/T 4213-1992 气动调节阀GB 7512-2006 液化石油气瓶阀GB/T 8464-1998 水暖用内螺纹连接阀门GB 10877-1989 氧气瓶阀GB 10879-1992 溶解乙炔气瓶阀GB/T 12232-2005 通用阀门 法兰连接铁制闸阀 GB/T 12233-1989 通用阀门 铁制截止阀与升降式止回阀GB/T 12234-1989 通用阀门 法兰和对焊连接钢制闸阀GB/T 12235-1989 通用阀门 法兰连接钢制截止阀和升降式止回阀GB/T 12236-1989 通用阀门 钢制旋启式止回阀GB/T 12237-1989 通用阀门 法兰和对焊连接钢制球阀GB/T 12238-1989 通用阀门 法兰和对夹连接蝶阀GB/T 12239-1989 通用阀门 隔膜阀GB/T 12240-1989 通用阀门 铁制旋塞阀GB/T 12241-2005 安全阀 一般要求GB/T 12243-2005 弹簧直接载荷式安全阀GB/T 12244-1989 减压阀一般要求GB/T 12246-1989 先导式减压阀GB 13438-1992 氩气瓶阀GB 13439-1992 液氯瓶阀GB/T 13932-1992 通用阀门 铁制旋启式止回阀GB/T 14173-1993 平面钢闸门 技术条件GB/T 15185-1994 铁制和铜制球阀GB 15382-1994 气瓶阀通用技术条件GB/T 19672-2005 管线阀门 技术条件JB/T 450-1992 PN16.0~32.0MPa锻造角式高压阀门、管件、紧固件技术条件JB/T 2766-1992 PN16.0~32.0MPa锻造高压阀门结构长度JB/T 2768-1992 PN16.0~32.0MPa管子、管件、阀门端部尺寸JB/T 2769-1992 PN16.0~32.0MPa螺纹法兰JB/T 2770-1992 PN16.0~32.0MPa接头螺母JB/T 2771-1992 PN16.0~32.0MPa接头JB/T 2772-1992 PN16.0~32.0MPa盲板JB/T 2773-1992 PN16.0~32.0MPa双头螺柱JB/T 2774-1992 PN16.0~32.0MPa阶端双头螺柱及螺孔尺寸JB/T 2775-1992 PN16.0~32.0MPa螺母JB/T 2776-1992 PN16.0~32.0MPa透镜垫JB/T 2777-1992 PN16.0~32.0MPa无孔透镜垫JB/T 2778-1992 PN16.0~32.0MPa管件和紧固件温度标记JB/T 3595-2002 电站阀门 一般要求JB/T 5298-1991 管线用钢制平板闸阀JB/T 5299-1999 液控止回阀JB/T 6441-1992 压缩机用安全阀JB/T 6900-1993 排污阀JB/T 6901-1993 封闭式眼镜阀JB/T 7245-1994 制冷装置用截止阀JB/T 7352-1994 工业过程控制系统用电磁阀JB/T 7376-1994 气动空气减压阀技术条件JB/T 7387-1994 工业过程控制系统用电动控制阀JB/T 7550-1994 空气分离设备用切换蝶阀JB/T 7745-1995 管线球阀JB/T 7746-1995 缩径锻钢阀门JB/T 7747-1995 针形截止阀JB/T 7749-1995 低温阀门技术条件JB/T 8219-1999 工业过程测量和控制系统用电动执行机构JB/T 8527-1997 金属密封蝶阀JB/T 8528-1997 普通型阀门电动装置技术条件JB/T 8529-1997 隔爆型阀门电动装置技术条件JB/T 8531-1997 阀门手动装置技术条件JB/T 8691-1998 对夹式刀型闸阀JB/T 8692-1998 烟道蝶阀JB/T 8937-1999 对夹式止回阀JB/T 9081-1999 空气分离设备用低温截止阀和节流阀技术条件JB/T 9093-1999 蒸汽疏水阀 技术条件JB/T 9094-1999 液化石油气设备用紧急切断阀 技术条件JB/T 10529-2005 陶瓷密封阀门 技术条件JB/T 10530-2005 氧气用截止阀四、阀门试验和检验GB/T 12242-2005 压力释放装置性能试验规范GB/T 12245-1989 减压阀性能试验方法GB/T 12251-2005 蒸汽疏水阀试验方法GB/T 13927-1992 通用阀门压力试验JB/T 5296-1991 流量系数和流阻系数的试验方法JB/T 6439-1992 阀门受压铸钢件磁粉探伤检验JB/T 6440-1992 阀门受压铸钢件射线照相检验JB/T 6899-1993 阀门的耐火试验JB/T 6902-1993 阀门铸钢件液体渗透检查方法JB/T 6903-1993 阀门锻钢件超声波检查方法JB/T 7748-1995 阀门清洁度和测定方法JB/T 7927-1999 阀门铸钢件外观质量要求JB/T 9092-1999 阀门的检验与试验=====================================================================下载地址:http://www.instrument.com.cn/download/shtml/059818.shtml
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