角行程阀门电动装置

[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]

[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]

[size=16px][color=#333399][b]摘要：针对目前国内外各种质谱仪压差法进样装置无法准确控制进气流量，且无相应配套产品的问题，本文提出了相应的解决方案和配套部件。解决方案主要解决了制作更小流量毛细管和毛细管进气端真空压力精密控制问题，微流量毛细管的真空漏率可在-8至-3Pa.m[font='times new roman'][sup]3[/sup][/font]/s范围内定制，毛细管进样端的真空压力可在10Pa~133kPa范围内采用电动针阀调节控制，控制精度优于±1%，此解决方案的最大特点是具有很强的灵活性和适用性可满足不同的应用场合。[/b][/color][/size][align=center][b]~~~~~~~~~~~~~~~[/b][/align][size=18px][color=#333399][b]1. 问题的提出[/b][/color][/size][size=16px] 质谱仪进样常用的一种方法是采用毛细管，毛细管进样端连接待测环境中，毛细管出样端连接高真空状态下的质谱仪，利用毛细管两端的压力差将被测气体注入质谱仪而又不破坏质谱仪的高真空度，同时还要保证进样气体的流量以产生足够的离子数量而不影响质谱仪的灵敏度。另外，为实现精确监测与控制，需要质谱仪能够对不同的样品进行分析，但对于毛细管进样方式来说，其进样量会受到样品在毛细管流导的影响，因此当测试环境压力或待测组分发生变化时，进样流速会发生改变，从而影响了仪器的定量效果。由此可见，现有各种质谱仪的气体进样需要解决的是毛细管流量的可调节和控制和问题，关键是要解决以下两个问题：[/size][size=16px] （1）制造孔径更小的毛细管以减少流导，或制造进气流量更小的泄漏阀。[/size][size=16px] （2）实现毛细管进样端的真空压力精密调节和控制，为毛细管提供可调节和可恒定控制的压力差，通过不同的进样气体压差来精密控制毛细管的进样气体流量。[/size][size=16px] 为了解决质谱仪进样装置中毛细管的进气流量精密调节和控制问题，特别是解决微流量泄漏阀和压差精密控制问题，本文提出了一种可行的解决方案。[/size][size=18px][color=#333399][b]2. 解决方案[/b][/color][/size][size=16px] 解决方案所涉及的质谱仪气体进样装置结构如图1所示，整个进样装置主要由低漏率毛细管和真空压力控制装置两部分组成，其中毛细管提供超低流量的进气通道，真空压力控制装置则在毛细管的进样端提供真空压力P1的精密恒定控制，由于P1压力远大于质谱仪真空度P2，由此在毛细管进样端形成可调的压差（P1-P2），通过控制不同的压差可实现质谱仪进气流量的精密调节和控制。[/size][align=center][size=16px][color=#333399][b][img=真空压力控制法质谱仪气体进样装置结构示意图,600,407]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/11/202311221029389376_9858_3221506_3.jpg!w690x469.jpg[/img][/b][/color][/size][/align][align=center][size=16px][color=#333399][b]图1 压差法质谱仪气体进样装置结构示意图[/b][/color][/size][/align][size=16px] 解决方案中的关键技术之一是制作低漏率的毛细管（或泄漏阀），可以根据需要设计和定制相应漏率的毛细管，漏率范围为1×10[/size]-8[size=16px]Pa.m3/s~1×10-3Pa.m3/s（1个大气压下），由此，通过所确定的漏率可准确知道毛细管的最大流量。另外，毛细管的接口形式同样可以根据需要进行定制以满足不同气体发生器和质谱仪的接口。[/size][size=16px] 解决方案中的另一个关键技术是真空压力的精密控制，其目的是调节和控制毛细管进样端的真空压力，真空压力的调节范围为10Pa~133kPa（绝对压力），由此形成可任意设定和精密恒定控制的压力差，控制流入质谱仪进样气体的精密气体流量。[/size][size=16px] 图1所示是一个典型的进样端真空压力控制装置结构，主要由四通管件、电容真空计、电动针阀、真空压力控制器和真空泵组成，但在实际应用中还需根据不同要求明确以下配置：[/size][size=16px] （1）四通管件的作用是为毛细管进气端提供一个真空压力可控的小腔室，同时提供真空计、进气端、真空泵和质谱仪的连接口。[/size][size=16px] （2）四通管件内的真空压力控制范围为10Pa~133kPa，基本包括了负压和正压范围。如果进行如此宽量程范围的真空压力控制，则需要至少两只不同量程的电容真空计，如10Torr和1000Torr，由此可实现宽量程范围的真空度测量，测量精度可以达到读数的±0.25%。[/size][size=16px] （3）图1所示的控制装置中只显示了四通管件进气端处的NCNV系列电动针阀，通过开启真空泵和调节此NCNV系列电动针阀的开度可实现10Pa~1kPa范围内的真空度精密控制。而在1kPa~133kPa真空压力范围内则需要真空泵前增加一个NCNV系列电动针阀，通过调节此电动针阀开度可实现上述低真空范围内精密控制，但同时要保持进气电动针阀为某一固定开度。[/size][size=16px] （4）图1所示的控制装置配备了一个VPC2021系列双通道真空压力控制，可同时连接两只真空计和两只电动针阀，由此可组成进气和排气流量的PID自动控制回路。同时控制器具有24位AD、16位DA和0.01%最小输出百分比，可有效保证真空压力控制精度优于读数的±1%。[/size][size=18px][color=#333399][b]3. 总结[/b][/color][/size][size=16px] 本解决方案彻底解决了质谱仪压差法气体进样的精密控制问题，并具有以下特点：[/size][size=16px] （1）质谱仪压差法是典型的气体进样控制方法，但并未见到成熟的解决方案和具体配套产品，本文解决方案可以很好实现产品化。[/size][size=16px] （2）本解决方案具有很强的灵活性和适用性，通过设计制作不同漏率的泄漏阀，或者采用不同漏率泄漏阀的并联结构，可组成灵活的进样装置和适用于不同的具体测量应用。[/size][size=16px] （3）真空压力控制装置可进行负压和微正压范围内的精密调节和控制，可以满足不同产气装置与质谱仪的连接。[/size][size=16px] （4）本解决方案的重要特点之一是真空压力的高精度控制，由此可实现压差的精密控制，从而实现质谱仪进样气体流量的准确控制，更有效的保证了质谱仪的测量灵敏度。[/size][align=center][/align][align=center][/align][size=16px][/size][align=center][b][color=#333399]~~~~~~~~~~~~~~~[/color][/b][/align]

[size=16px][color=#339999]摘要：为了解决室温至液氮温区温控系统中需要昂贵的低温电动阀门进行液氮介质流量调节的问题，本文提供了三种不同精度的液氮温区内的低温温度控制解决方案。解决方案的技术核心是通过采用电动针阀和电气比例阀在室温环境下来快速调节外部气源流量或压力大小以实现低温温度的精准控制，不再需要具备耐低温性能的低温阀门。同时，在上述两种技术方案的基础上增加了电加热形式的第三种解决方案，可实现更高精度的低温温度快速控制。[/color][/size][size=16px][/size][align=center][size=16px][img=电动针阀和电气比例阀在流动液氮气体低温温度控制中的应用,600,336]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/02/202302270648384200_9124_3221506_3.jpg!w690x387.jpg[/img][/size][/align][b][size=24px][color=#339999]1. 问题的提出[/color][/size][/b][size=16px] 对于液氮温度范围内的低温温度控制， 目前常用的方法为以下两种：[/size][size=16px] （1）直接浸泡式：即试验件完全浸泡在液氮内进行降温冷却和相应的温度控制，但采用这种方式时试验件的冷却温度无法在较宽泛的低温温区内进行控制和调节，只能在接近-196℃的温度附近通过控制液氮气压来进行小范围的调节和控制。另外，直接浸泡法往往未等试验件达到冷却保温时间，液氮已基本完全挥发。同时，这种操作方式较为简陋，对实际操作人员要求较高，稍有不慎将会有安全事故发生。[/size][size=16px] （2）液氮吹扫法：即直接采用流量可控的液氮或液氮气体进行吹扫来进行试验件低温温度调节和控制。在采用吹扫法进行低温温度控制时，液氮或液氮气体的流量大小直接关系到试验件温度的稳定性和可靠性。同时，低温介质的流量控制一直是行业的难点和痛点，这要求低温管路上的流量控制阀内的各个元器件均需要很好的耐低温特性，且价格十分昂贵。有些简陋的低温控制采用了低温开关阀进行通断式控制，尽管降低了阀门成本，但这种开关控制模式的控制精度极差。另外，低温介质的出口与试验件或热交换器内的空气直接接触，空气中的水蒸气遇冷急剧结冰，随着降温时间增长，低温介质的出口很容易被结冰堵塞。现亟需研发一种核心控制器件在常温状态下便可实现超低温控制的试验装置。[/size][size=16px] 为了解决上述液氮吹扫法中存在的问题，本文提供了三种不同精度的液氮温区宽量程温度控制解决方案。解决方案的技术核心是通过调节室温环境下的气源流量或压力大小来实现低温温度的精准控制，不再需要控制阀门具有耐低温性能。同时，在上述两种技术方案的基础上将增加电加热形式的第三种解决方案，由此可实现更高精度的低温温度控制。[/size][size=24px][color=#339999][b]2. 原理和分析[/b][/color][/size][size=16px] 在传统液氮低温温度控制的吹扫法中，普遍是直接调节液氮低温介质的吹扫流量，同时结合温度传感器和PID控制器形成闭环控制回路，通过对流量的控制最终实现低温温度控制。[/size][size=16px] 通过分析上述的传统液氮吹扫法可以发现，实现低温介质吹扫的基本原理是在液氮罐（杜瓦瓶）内形成较高的气压迫使液氮或液氮气体溢出到设定管路内形成低温介质流动，最终再通过调节流动速度来进行低温温控。因此，液氮罐中的高压气体是所有这些的关键，只要能调节气体压力，同样能在固定管路内形成不同流速的低温介质而达到控温目的。同时，这种调节液氮罐内气体压力的方式可在室温环境中实现，这样就可以避免在直接低温介质流量控制中需要使用特殊且昂贵的电动低温调节阀。[/size][size=16px] 基于上述分析，本文设计了以下三种低温温度控制方案，并可实现不同的控制精度。[/size][size=24px][color=#339999][b]3. 进气流量控制方案[/b][/color][/size][size=16px] 对于任何具有一定空间大小的容器而言，其内部压力都可以归结为进气和出气流量所达到的一种动态平衡状态。因此，如果要对液氮罐内的气体压力进行控制，有效的方法之一就是对液氮罐的进出气体流量分别进行调节使其达到动态平衡。[/size][size=16px] 需要注意的是，在实际低温温度控制系统中，液氮罐的出液口或出气口往往直接与试验件的冷却管路连接，若在液氮罐出口处对低温介质流量进行直接控制又会需要使用低温阀门，因此这时可以基出口孔径不变而不对流量进行调节，只调节液氮罐的进气流量。具体方案如图1所示。[/size][align=center][size=16px][color=#339999][b][img=采用电动针阀调节流量的低温冷却试验装置温控系统结构示意图,690,354]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/02/202302270650154160_155_3221506_3.jpg!w690x354.jpg[/img][/b][/color][/size][/align][align=center][size=16px][color=#339999][b]图1 采用电动针阀调节流量的低温冷却试验装置温控系统结构示意图[/b][/color][/size][/align][size=16px] 从图1可以看出，高压气体（一般为氮气）经过减压阀形成固定压力的气体，此室温高压气体流经电动针阀和进气管进入杜瓦瓶中的液氮中。室温高压气体进入液氮后使液氮形成蒸发而挥发为气体，挥发气体在使密闭杜瓦瓶中压力逐渐升高的同时，通过出气管流经试验装置中的热交换器后排出。由此可见，通过调节安装在进气管路上的电动针阀，针阀开度越大，进气口流速越快，液氮挥发越激烈，杜瓦瓶中的压力越高，最终使得流经热交换器的低温介质流速越快，相应的降温速度也越快。此方案的另一个主要特点是电动针阀可以在室温下工作。[/size][size=16px] 由此可见，这种在室温下通过调节进气流量的解决方案是通过电动针阀、温度传感器和PID程序控制器构成了一个低温闭环控制回路，从而可实现低温温度的定点控制或程序控制。但这种方案存在的问题是控温精度较差，一般会有2~5℃的温度波动，主要原因如下：[/size][size=16px] （1）由于一定流量的高压气体使得杜瓦瓶内的压力产生变化，压力的改变又使得冷却介质的流量发生改变，这个升华过程和压力变化过程比较复杂，这使得进气流量与压力以及压力与温度并不是一个简单的线性关系，这都是造成温度控制不准的主要因素。除非整个调节过程的速度非常快，但实际往往是个慢速过程。[/size][size=16px] （2）这种仅仅采用低温介质进行温度控制的技术手段存在降温快而升温慢的弊端，一旦实际温度超过设定点温度，往往需要试验件缓慢散冷才能实现回温，这也是造成低温温度控制很难实现较高精度的另一个主要原因。[/size][size=24px][color=#339999][b]4. 进气压力控制方案[/b][/color][/size][size=16px] 为了解决上述流量控制过程中存在的压力不稳定问题，本文提出的另一个解决方案就是直接对杜瓦瓶中的压力进行控制，即采用对高压气体进气口压力的调节和控制来实现杜瓦瓶内部压力的精确控制。具体方案如图2所示。[/size][align=center][size=16px][color=#339999][b][img=采用电气比例阀调节压力的低温冷却试验装置温控系统结构示意图,690,358]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/02/202302270651039090_5722_3221506_3.jpg!w690x358.jpg[/img][/b][/color][/size][/align][align=center][size=16px][color=#339999][b]图2 采用电气比例阀调节压力的低温冷却试验装置温控系统结构示意图[/b][/color][/size][/align][size=16px] 从图2可以看出，高压气体经电气比例阀在进气口处按照设定值进行压力控制，由此保证杜瓦瓶中的压力始终处于准确受控状态。通过电气比例阀、温度传感器和PID程序控制器构成的双闭环串级控制回路（其中电气比例阀为辅助控制回路，PID控制器与温度传感器和电气比例阀构成主控回路），通过调节比例阀的输出压力进而控制杜瓦瓶内的气体压力，杜瓦瓶中的压力越大，使得流经热交换器的低温介质流速越快，相应的降温速度也越快。由此，通过PID控制器自动根据设定点或设定程序来调节杜瓦瓶中的气体压力，从而可实现低温温度的更准确控制，规避了复杂得升华过程带来的控制不确定性。[/size][size=16px] 与前述流量控制方案相比，压力控制方案的结构同样十分简单，提高了温控系统的控温精度，同时还保留了可在室温下进行调节的优势。[/size][size=16px] 压力控制方案的另一个突出优势是可以进行大尺寸试验件的低温控制，这主要是由于大尺寸液氮杜瓦瓶内的压力控制要远比流量控制更为简便和准确，而流量控制方案会受到电动针阀口径大小对流量调节范围的限制，大口径针阀较慢的响应速度也会给温度控制带来误差。[/size][size=16px] 尽管压力控制方案是流量控制方案的升级，也提高了控温精度，但还是没有解决单一冷却方式存在的冷却快但回温慢的弊端，还存在控温精度比较有限和控温速度较慢的问题。[/size][size=24px][color=#339999][b]5. 电加热辅助进气压力控制方案[/b][/color][/size][size=16px] 为了彻底解决单一冷却方式存在的冷却块但回温慢造成控温精度不高和速度较慢的问题，本文提出了另一个优化方案，即在进气压力控制方案的基础上，在试验件上增加电热器以提供加热功能，由此提供一个主动加热装置配合冷却系统形成冷热双作用系统，在试验件温度低于设定值时自动主动加热形成微调，这样既可以实现温度快速回温达到设定值提高控制速度，同时还可以大幅度提高控温精度。具体方案如图3所示。[/size][align=center][size=16px][color=#339999][b][img=采用电气比例阀调节压力以及辅助电热器的低温冷却试验装置温控系统结构示意图,690,387]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/02/202302270651428613_3754_3221506_3.jpg!w690x387.jpg[/img][/b][/color][/size][/align][align=center][size=16px][color=#339999][b]图3 辅助电加热式电气比例阀调节压力的低温冷却试验装置温控系统结构示意图[/b][/color][/size][/align][size=16px] 如图3所示，优化方案是在图2所示方案的基础上增加了电热器，即增加了一路纯加热功能的温度控制。同时，为了配套此加热功能的实现，除增加了一只温度传感器之外，另外还采用了VPC2021-2系列的双通道PID调节器。由此形成了两个独立控制回路，一个回路控制进气压力实现低温温度的粗调，另一回路控制加热实现低温温度的细调，由此同时保证控温速度和精度。[/size][size=24px][color=#339999][b]6. 总结[/b][/color][/size][size=16px] 本文提出的解决方案，彻底解决了以往液氮温区低温控制中需要配备昂贵电动低温调节阀的问题，也解决了低温开关阀控温精度很差的问题。[/size][size=16px] 本文所述的三个解决方案，可适用和满足液氮温区内宽量程范围内不同要求的温度控制，在实际应用中可根据具体情况选择使用。其中控制流量和控制压力的方案可适用的温度控制范围为0℃~-150℃，而辅助加热器功能后控制压力方案的可控温度范围为150℃~-150℃，这里的上限温度主要受加热器耐低温特性决定。[/size][size=16px] 上述所有低温控温方案仅适用于液氮气体的吹扫形式，因此温度不是很低，但为更低温度的液氮介质直接流动冷却以及温度控制提供了技术上的借鉴。[/size][size=16px][/size][align=center][size=16px]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/size][/align]

[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]

[size=14px][color=#ff0000]摘要：本文针对目前国内呼吸阀在线检验装置中存在的正负压连续校准自动化能力差等问题，详细介绍呼吸阀检验过程中正负压连续精密控制的解决方案，并详细介绍其中的各种调节阀和控制器配置，由此可实现各种规格尺寸呼吸阀在连续正负压条件下的全自动化检验。[/color][/size][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align][size=18px][color=#ff0000]一、问题的提出[/color][/size][size=14px]呼吸阀是指既保证密闭容器和贮罐空间在一定压力范围内与大气隔绝、又能在超过或低于此压力范围时与大[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相[/color][/url]通（呼吸）的一种阀门。其作用是防止容器和贮罐因超压或真空导致破坏，同时可减少贮液的蒸发损失。[/size][size=14px]呼吸阀作为石油、化工、燃气行业常压储罐的重要附件，对安全生产及环保等都起着至关重要的作用，对运输危险物品罐式车辆的年检中对呼吸阀的检验也是其中重要一环，对于保有量大的呼吸阀在线检测装置及方法提出了越来越高的要求，需要免拆装、方便、快捷、高效的呼吸阀在线检测装置及方法。目前在用的各种呼吸阀检验装置还存在以下问题：[/size][size=14px]（1）现有方法中，一般都是现场安装一块压力表，仅能在正压条件下测量阀门的密封性能和正压开启值，无法确定阀门负压开启功能是否完好，这对于埋地油罐运行存在安全风险。[/size][size=14px]（2）为安全起见，呼吸阀的呼吸与泄放压力范围较小，如-30.0Kpa至+50Kpa，常规检测装置难以在高精度条件下完成检验和校准。[/size][size=14px]（3）呼吸阀的规格种类很多，口径不一，通经范围一般为DN20~DN300mm，现有的呼吸阀检测校准装置很难覆盖如此宽泛的呼吸阀。[/size][size=14px]（4）目前已有的呼吸阀校验装置自动化水平较低，正负压不能连续自动精密控制，很多装置现场调压依靠人的经验，容易发生超压，损坏设备，严重时对油罐的运行安全造成影响；此外，很多测试记录依靠人工填写，容易出错，不利于归档保存。[/size][size=14px]本文将针对上述国内目前呼吸阀在线检验装置中存在的问题，详细介绍呼吸阀检验过程中正负压连续精密控制的解决方案，并详细介绍其中的各种调节阀和控制器配置，由此可实现各种规格尺寸呼吸阀在连续正负压条件下的全自动化检验。[/size][size=18px][color=#ff0000]二、解决方案[/color][/size][size=14px]呼吸阀的检验校准原理是完全模拟呼吸阀的真空压力使用工况，在呼吸阀的测量端口处准确模拟出相应的正压和负压，同时监测呼吸阀动作时所处的真空压力值。多次重复此测试过程，由此来检验和校准呼吸阀。[/size][size=14px]为实现呼吸阀的全自动化检验，最好使正负压的模拟变化是一连续精密可控的往返过程，如在-30.0Kpa至+50Kpa真空压力范围内，从负压至正压，再从正压至负压，如此自动循环往复，由此可得到呼吸阀重复性检验结果。另外，呼吸阀的检验装置能满足各种规格尺寸呼吸阀的检验需要和精度要求。根据此设计要求，本文提出的解决方案基本原理如图1所示。[/size][align=center][size=14px][img=呼吸阀正负压控制,550,344]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/06/202206201647139497_1994_3384_3.png!w690x432.jpg[/img][/size][/align][size=14px][/size][align=center]图1 呼吸阀检验装置正负压控制系统原理示意图[/align][size=14px]呼吸阀正负压精密连续控制的基本原理具体内容为：[/size][size=14px]（1）控制原理基于密闭容器进气和出去的动态平衡法，这是一个典型的闭环控制回路。 PID控制器采集真空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等而实现真空压力的准确控制。[/size][size=14px]（2）控制回路分别配备了真空泵（负压源）和气源（正压源），以提供足够的低压和高压能力。[/size][size=14px]（3）为了覆盖负压到正压的整个真空压力范围（如-30.0Kpa至+50Kpa），可以配置一个测试量程在要求范围内的高精度绝对压力传感器，绝对压力传感器对应上述真空压力范围输出数值从小到大的直流模拟信号（如0~10VDC）。此模拟信号输入给PID控制器，由PID控制器调节进气阀和排气阀的开度而实现压力精确控制。采用绝对压力传感器的优势是不受当地大气气压变化的影响，也不用采取气压修正，更能保证检验的准确性。[/size][size=14px]（4）当控制是从负压到正压进行变化时，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负压控制，最终进气调节阀开度逐渐要远大于抽气调节阀开度，由此实现负压到正压范围内一系列设定点或斜线的连续精密控制。对于从正压到负压压的变化控制，上述过程正好相反。[/size][size=18px][color=#ff0000]三、方案具体内容[/color][/size][size=14px]本文方案的具体实施内容如图2所示，主要包括高压气源、电动针阀、密闭容器或管路、压力传感器、高精度PID控制器和真空泵或真空发生器几个部分。[/size][align=center][size=14px][img=呼吸阀正负压控制,550,392]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/06/202206201647374707_7821_3384_3.png!w690x492.jpg[/img][/size][/align][size=14px][/size][align=center]图2 呼吸阀在线检验校准装置正负压控制系统结构示意图[/align][size=14px]在图2所示的控制系统中，密闭容器或管路可以直接采用现场容器和管理，也可以采用独立的密闭容器或管路并安装上被检呼吸阀。独立的密闭容器尺寸以满足最大口径呼吸阀为准，由此同时可用来进行其他小口径呼吸阀的检验校准。[/size][size=14px]正负压精密控制采用了两个NCNV系列的电动针阀，此电动针阀本身就是正负压两用调节阀，其绝对真空压力范围为0.01Pa~0.7MPa，完全能满足绝大多数呼吸阀的正负压检验要求。[/size][size=14px]在图2所示的控制系统中使用了两个电动针阀来实现正负压的连续调节和控制，如可以从正压到负压的压力线性变化控制，也可以从负压到正压的压力线性变化控制。如果在真空压力线性变化过程中，呼吸阀的反应动作都会在压力控制曲线上产生突变而得到体现，由此可根据突变点位置自动判断出呼吸阀是否满足使用要求。[/size][size=14px]对于很多在用的呼吸阀，其工作压力基本都在一个标准大气压附近。对于标准大气压附近的真空压力精确控制，如控制精度为±1%甚至更小，一般都需要采用调节抽气阀的双向动态模式，即通过双通道PID控制器，一个通道用来恒定进气口处电动针阀的开度基本不变，另一个通道根据PID算法来调节排气口处的电动针阀开度。[/size][size=14px]呼吸阀检验校准过程中的正负压控制精度，主要由压力传感器、PID控制器和电动针阀的精度决定。其中的PID控制器采用的是24位AD和16位的DA，电动针阀则是高精度步进电机，因此此解决方案的测试精度主要取决于压力传感器精度。压力传感器可根据呼吸阀检验校准要求进行选择。[/size][size=14px]对于呼吸阀的检验校准，要实现密闭容器内正负压范围内的多次往复变化，可以在PID控制器中进行程序设定，设定程度是一条从正压到负压（或负压到正压）的斜线以及重复次数，由此可实现正负压往复变化的自动控制。[/size][size=14px]在本文所述的解决方案中，为实现正负压的精密控制，如图2所示，针对负压的形成配置了真空泵。真空泵相当于一个负压源，但采用真空发生器同样可以达到负压源的效果，因此图2中也给出了真空发射器的具体配置。负压源采用真空发生器的优点是整个系统只需配备一个高压气源，减少了整个系统的造价、体积和重量，真空发生器连接高压气源即可达到相同的抽气效果。[/size][size=18px][color=#ff0000]四、总结[/color][/size][size=14px]本文所述解决方案，完全可以实现呼吸阀检验校准过程中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，全程完全自动化。[/size][size=14px]本方案除了正负压的自动精密控制之外，另外一个特点是可以满足多种规格尺寸呼吸阀的检验校准，真空压力范围也比较宽泛，整个系统小巧和集成化，便于形成便携式在线检验装置。[/size][size=14px]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，其他的压力传感器、真空泵、真空发生器和高压气源等也是目前市场上常见的标准产品。[/size][size=14px]本文所述解决方案，同样可以适用于各种管端式呼吸阀、管道式呼吸阀、单呼阀和单吸阀等多种形式呼吸阀和安全阀。[/size][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align][size=14px][/size]

[color=#ff0000]摘要：针对便携式真空计校准装置以实现真空计的现场校准，基于静态比对法校准技术，本文提出了一种采用微型数字针阀和上下游双向气体流量调控模式的技术方案，结合双通道高精度的真空度PID控制器，可在真空度精密控制的前提下解决现场校准和便携性问题。[/color][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align][size=18px][color=#ff0000]一、问题的提出[/color][/size]真空计作为一种真空度传感器在众多领域应用普遍，并需要进行定期校准。而真空计校准装置是包含了真空标准器、真空泵、真空阀门及连接管路在内的一整套测量系统，一般体积较大，不便移动，多在实验室内固定使用。现有的真空计校准方式大多是将现场使用的真空计拆下送检。为满足现场校准的需求，需要解决以下几方面的问题：（1）减小相关部件的尺寸，使真空计校准装置便于携带。（2）采用数控和电动阀门，提高气体流量调节的精密度。（3）改进真空度控制方式，提高真空度控制精度和稳定性。为实现真空计 现场校准和校准装置的便携性，基于静态比对法校准技术，本文将提出采用微型数字针阀和上下游双向气体流量调控模式的技术方案，结合高精度的真空度PID控制器，可在真空度精密控制的前提下解决现场校准和便携性问题，真空度的波动可控制在±1%以内。[size=18px][color=#ff0000]二、便携式真空计校准装置技术方案[/color][/size]便携式真空计校准装置的整个结构如图1所示，这里示出的是0.1~760Torr真空度范围内的校准装置典型结构示意图。方案具体内容如下：[align=center][img=真空计校准,600,596]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/05/202205261606551375_610_3384_3.png!w690x686.jpg[/img][/align][align=center]图1 便携式真空计校准装置结构示意图[/align]（1）采用静态比对法，将被校准真空计与参考标准真空计比对。参考标准真空计采用两个电容薄膜真空计以覆盖整个真空度校准范围，参考标准真空计也同时作为真空度控制传感器。（2）真空度控制器采用二通道高精度真空度控制器，控制器的A/D为24位，D/A为16为，可对应电容薄膜真空计的高精度信号输出和满足真空度控制精度要求。控制器的两个通道分别对应于两个真空计的输入信号、两路数字针阀的进气和抽气流量的精密调节。在真空度控制过程中两路传感器信号可根据需要自动切换，以实现全量程范围内的可编程自动控制。控制器带PID自整定功能和标准的MODBUS通讯协议。（3）采用两个数字针阀分别调节进气和抽气流量，控制器采用双向模式分别对两个针阀进行调节。在粗真空范围内主调节进气针阀，在高真空范围内主调节进气针阀，全量程范围内的真空度恒定控制时，真空度波动率可控制在±1%以内。[align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align]

[color=#990000]摘要：本文针对目前PVT法SiC单晶生长过程中真空压力控制存在的问题，进行了详细的技术分析，提出了相应的解放方案。解决方案的核心方法是采用上游和下游同时控制方式来大幅提高全压力范围内的控制精度和稳定性，关键装置是低漏率和高响应速度的电动针阀、电动球阀和超高精度的工业用PID控制器。通过此解决方案可实现对相应进口产品的替代。[/color][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align] [size=18px]一、问题的提出[/size]碳化硅单晶材料，作为宽带隙半导体材料，具有优异的物理特性和电学性能，特别适合于制造高温、高频、大功率、抗辐射、短波长发光及光电集成器件，因此被广泛应用于航空、航天、雷达、通讯等领域。目前，碳化硅单晶的生长一般采用PVT法工艺。由于碳化硅单晶生长的最终目的是为了获取大尺寸、低缺陷的碳化硅单晶，随着碳化硅单晶的尺寸增大，对单晶炉内的真空压力控制要求极高，工艺气体的压力变化对SiC晶体的生长速度和晶体质量产生极大影响。图1所示为一典型SiC单晶生长工艺中压力、温度和工艺气体随时间的变化曲线。[align=center][color=#990000][img=01.碳化硅生长中随时间的压力、温度和气体变化过程,690,242]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/09/202209161032399187_2475_3221506_3.png!w690x242.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图1 PVT法碳化硅单晶生长过程中压力、温度和气体的随时间变化过程[/color][/align]从图1所示的工艺曲线可以看出，晶体生长炉内的压力控制是一个全真空度范围的精密变化过程，整个真空度变化范围横跨低真空和高真空（10-4Pa~105Pa），特别是在10-1Pa~105Pa的低真空范围内需要精密控制。目前在利用PVT法制备SiC单晶时，普遍还存在以下几方面问题。（1）普遍采用下游模式（调节出气速率）控制全过程的真空度变化，在0.1~1000Pa的较高真空区间控制精度极差，晶体生长容器内的压力波动大（约±10%）。（2）真空控制装置所采用的调节阀和PID控制器基本都采用MKS、VAT和CKD等公司的上游流量控制阀（Upstream Flow Control Valves）、下游排气节流阀（Downstream Exhaust Throttle Valves）及其配套的PID阀门控制器（PID Valve Controllers）。尽管为了降低成本目前已有多种集成了PID控制器的一体式结构的下游排气节流阀，但整体造价还是较高。（3）真空压力国产化替代产品也在逐步兴起，但普遍还存在阀门漏率大、阀门调节响应时间长和不同量程真空计无法自动切换等问题，致使无法同时采用上游和下游控制模式实现全量程范围内的真空压力高精度控制。本文将针对上述PVT法SiC单晶生长过程真空压力控制存在的问题，进行详细的技术分析，并提出相应的解放方案。解决方案的核心是采用上游和下游同时控制方式来大幅度提高全压力范围内的控制精度和稳定性，并介绍相应的低漏率和高响应速度的真空用电动针阀、电动球阀和超高精度的工业用PID控制器，由此实现对相应进口产品的替代。[size=18px][color=#990000]二、碳化硅晶体生长的压力变成过程分析[/color][/size]图1所示为目前PVT法第三代碳化硅单晶生长过程中的压力、温度和气体流量变化曲线，其中红线表示了非常典型的真空压力变化过程。通过对真空压力各个阶段的变化过程进行分析，以期深入理解PVT法SiC单晶生长过程中对真空压力变化的要求。如图1所示，SiC单晶生长过程中真空压力的变化分为以下几个阶段：（1）高真空阶段：在高真空阶段，需要通过机械泵和分子泵在晶体生长容器内形成高真空（1×10-3Pa~1×10-5Pa），以清除容器和物料内的空气和水分。此高真空阶段要求气压需要以较慢的恒定速率进行降压，由此来避免碳化硅粉料形成扬尘。（2）预生长阶段：同理，在预生长阶段，随着工艺气体的充入和温度的逐渐升高，也要求容器内的气压按照恒定速率逐渐升至常压或微正压，此烘烤和气体置换进一步清除空气和水分。（3）生长阶段：在晶体生长阶段要求容器气压按照恒定速度逐渐降低到某一设定值（生长压力），并保持长时间恒定。不同的生长设备和工艺一般会采用不同的生长压力，专利“一种碳化硅晶体的破碎晶粒用于再生长碳化硅单晶的方法”CN114182357A中，生长压力为200~ 2000Pa；专利CN114214723A“一种准本征半绝缘碳化硅单晶的制备方法”中，生长压力为10000～80000Pa；专利CN215404653U“碳化硅单晶生长控制装置”中，生长压力控制在0.2~0.7Pa范围内；专利CN217231024U“一种碳化硅晶体生长炉的压力串级控制系统”中，生长压力范围为100~500Pa。由此可见，所涉及的生长压力是一个从0.2Pa至80kPa的宽泛区间。（4）冷却阶段：在冷却阶段，随着温度的逐渐降低，要求容器内的气压按照恒定速率逐渐升至常压或微正压。从上述单晶生长过程中气压变化的几个阶段可以看出，真空压力控制装置要达到以下主要技术指标，而这些也基本都是进口产品已经达到的技术指标。（1）漏率：小于1×10-7Pa.m3/s（2）控制精度和长期稳定性：在任意真空压力下，控制精度优于1%（甚至0.5%），长期稳定性优于1%（甚至0.1%）。（3）响应速度：小于1s。响应速度往往也决定了控制精度和长期稳定性，特别是在温度和流量的共同影响下，真空压力会产生快速波动，较快的响应速度是保证精密控制的关键。（4）连接不同量程真空计：可连接2只不同量程电容真空计以覆盖整个真空压力测量控制范围，并可根据相应真空度进行传感器的自动切换和控制。（5）可编程控制：可编程进行任意压力控制曲线的设置，并可存储多条控制曲线以便不同工艺控制的调用。（6）PID参数：可自整定，并可存储和调用多组PID参数。（7）上位机通讯：与上位机（如PLC和计算机）进行通讯，并具有标准通讯协议。[size=18px][color=#990000]三、高精度真空压力控制解决方案[/color][/size]从上述分析可以得知，不同的碳化硅晶体生长工艺所需的压力是一个从0.2Pa至80kPa的宽泛区间，目前国内外在晶体生长工艺压力过程中普遍都采用下游控制模式，即在真空泵和生长容器之间安装节流阀，通过恒定上游进气流量，通过节流阀调节下游排气流量来实现真空压力控制。对于大于1kPa的高气压区间，这种下游控制模式十分有效可实现压力精密控制，但对于低压区间（0.1Pa~1kPa），下游模式的控制效果极差，必须要采用调节进气流量和恒定下游抽气流量的上游控制模式。上游模式控制方法在碳化硅单晶生长工艺中应用的一个典型案例是专利 CN217231024U“一种碳化硅晶体生长炉的压力串级控制系统”，其中生长阶段的压力范围为100~500Pa，可将压力稳定控制在±0.3Pa。另外，上游控制模式已经广泛应用在真空控制领域，我们在以往的实际应用和验证试验中也都证实过上游模式可实现1kPa以下低气压的精确控制。综上所述，要实现0.2Pa至80kPa全范围内的真空压力精密控制，需要分别采用上游和下游模式。由此，我们提出了可同时实施上游和下游模式的真空压力高精度控制解决方案，这种上下游同时进行控制的真空压力控制系统结构如图2所示。[align=center][color=#990000][img=02.上下游双向真空压力控制系统结构示意图,550,375]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/09/202209161032552585_1956_3221506_3.png!w690x471.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图2 上下游双向真空压力控制系统结构示意图[/color][/align]在图2所示的解决方案中，采用了两只电容真空计来覆盖0.2Pa至80kPa的全真空量程，真空计的测量信号传送给PID控制器，由PID控制器分别驱动上游的电动针阀和下游的电动球阀，由此闭环控制回路实现全量程范围内的真空压力精密控制。真空压力的具体控制过程是：（1）当压力控制设定值位于大于1kPa的高气压范围时，PID控制器处于下游控制模式，PID控制器调节上游的电控针阀为恒定开度，并对下游的电控球阀进行PID自动调节，通过快速调整电控球阀的开度变化使生长容器内的压力测量值快速等于设定值。（2）当压力控制设定值位于小于1kPa的低气压范围时，PID控制器处于上游控制模式，PID控制器调节下游的电控球阀为恒定开度，并对上游的电控针阀进行PID自动调节，通过快速调整电控针阀的开度变化使生长容器内的压力测量值快速等于设定值。[size=18px][color=#990000]四、配套装置的国产化替代[/color][/size]本文提出的解决方案，在真空计、电控阀门和PID控制器满足技术指标要求的前提下，可实现高精度的真空压力控制，通过实际应用和考核试验都验证了控制精度可以达到真空计的最高精度，稳定性可以轻松达到设定值的±0.5%，甚至在大部分真空压力量程内稳定性可以达到设定值的±0.1%。在进行0.1Pa~100kPa范围内的真空度控制过程中，目前真空技术应用领域普遍采用是国外产品，比较典型的有INFICON、MKS、VAT和CKD等公司的薄膜电容真空计、上游流量控制阀、下游排气节流阀及其配套的PID阀门控制器。随着国产化技术的发展，除了薄膜电容真空计和高速低漏率电动蝶阀之外，其他真空压力控制系统的主要配套装置已经完全实现了国产化，低漏率和快速响应等关键技术的突破，使整体技术指标与国外产品近似，PID控制器与国外产品相比具有更高的测控精度，并且还具有国外产品暂时无法实现的双向模式控制功能，真空压力控制比国外产品具有更高的控制精度和稳定性。国产化替代的关键配套装置包括高速低漏率真空用电控针阀和电控球阀，以及多功能超高精度通用型PID控制器，如图3所示。[align=center][color=#990000][img=03.真空控制系统国产化替代装置,690,354]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/09/202209161033165839_1676_3221506_3.png!w690x354.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图3 国产化的电动针阀、电动球阀和高精度PID控制器[/color][/align]图3所示的国产化配套装置都达到了第2节中的技术指标要求，特别是高精度的工业用PID控制器更是具有优异性能，其中的24位模数转换、16位数模转换和双精度浮点运算的0.01%最小输出百分比是目前国内外工业用PID控制器的顶级指标，可实现压力、温度和流量等工艺参数的超高精度控制。[size=18px][color=#990000]五、总结[/color][/size]针对PVT法单晶生长工艺，本文提出的上下游双向控制解决方案可实现全量程范围内真空压力的快速和高精度控制，此解决方案已在众多真空技术领域内得到了应用，相应配套的电动针型阀和电动球形阀具有国外产品近似的技术指标，工业用超高精度PID控制器更是具有优异的性能。这些配套装置结合各种真空压力传感器和双向控制方法可实现真空压力的高精度控制。[align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align]

[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]

[color=#000099]摘要：真空低温烹饪法作为已经经典的高品质烹饪方法，并未得到广泛的应用，主要问题是无法针对各种食材进行真空度的准确设定和控制。本文将针对低温烹饪目前存在的真空度控制问题，提出相应的解决方案。解决方案的核心是采用动态平衡法进行真空压力控制，真正解决真空度精密控制难题，同时采用智能控制器兼顾温度控制，使得真空低温烹饪技术及其相应装置真正实用化，特别是满足大型低温烹饪装置和实验室研究设备的需求。[/color][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[img=低温慢煮中真空度的准确控制方法,500,379]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/11/202211301033507148_223_3221506_3.jpg!w690x524.jpg[/img][/align][size=18px][color=#000099][b]1. 真空低温烹饪技术现状和存在的问题[/b][/color][/size] 真空低温烹饪法（Sous Vide）作为一种经典的食品高品质烹饪方法，是基于气压越低加热介质的液体沸点越低这一基本物理原理，通过控制气压来实现加热介质较低的沸点温度，最终达到食品低温烹饪的目的。在食品发生热交换过程中，根据热力学定律，食品周围加热介质的压力、温度和体积彼此相关。温度的增加会使得压力升高和体积变大，并且压力的增加会使得沸点升高。因此，真正的真空低温烹饪法应该是能消除由于加热介质引起的压力以及控制体积变化，以便能更好地了解和控制食品烹饪温度，即完美的实现真空低温烹饪，需要准确控制真空压力、温度和时间这三个变量。根据烹饪形式的不同，真空低温烹饪法可以分为几个大类：[b][color=#000099]1.1 密封袋浸泡式低温烹饪法[/color][/b] 密封袋浸泡式低温烹饪法是将食品放入特制塑料袋后抽真空并密封，然后将此内部装有食品并具有一定真空度的密封袋浸泡在温度受控的水中进行烹饪，水温需要精确控制在55~70℃范围内的某个设定温度点上，由此通过水对密封袋内食品的低温加热，实现食品的真空低温烹饪。 密封袋浸泡式低温烹饪法具有较长的历史，因造价低和便于实现，是目前低温烹饪的主流技术，市场上也有众多相应产品和装置。尽管近年来也有不少技术试图进行改进，但绝大多数主要都聚焦在如何提高温度控制精度、改进搅拌加热均匀性和替换升级真空密封袋结构。 现有真空密封袋式低温烹饪法及其装置中，普遍存在以下几方面的不足： （1）抽真空时真空密封塑料袋的内部气压并不准确已知，不同真空泵和不同抽气时间会造成密封袋内的气压差别很大，由此使得外部加热液体的温度设置很难达到准确，往往需要操作人员根据具体装置和食品最终口感来进行摸索和粗略确定。如果要进行不同食品的不同真空度和不同温度下的烹饪，这就显着尤为不便和难以准确把控，这是限制真空低温烹饪法在家庭中普遍应用的主要因素。 （2）密封袋抽取真空后，真空密封食品的塑料袋中并不是没有一点气体，残存气体会随着烹饪过程中的温度升高而使得真空塑料袋中的压力变大，密封袋产生膨胀，从而使得沸点温度逐渐升高，造成采用密封塑料袋的真空低温烹饪法无法准确确定合理的烹饪温度，很难形成真空度和加热温度的准确对应关系。 总之，这种烹饪过程中的真空度不稳定和难以准确控制问题，是目前真空低温烹饪法采用塑料密封袋形式存在的主要缺陷，因此也限制了真空低温烹饪法的普及和应用。[b][color=#000099]1.2 开放浸泡式低温烹饪法[/color][/b] 为了解决真空密封袋浸泡式低温烹饪法存在的不足，近几年来开发了各种开放浸泡式低温烹饪法，即将食品直接放置在浸泡在水中，用传统烧、煮、炖方法和燃烧、电阻、电磁和微波等加热方式的条件下，增加了真空度控制技术，以真正有效和便捷的实现低温烹饪。 通过对众多相关技术的分析发现，现有各种开放浸泡式低温烹饪法和装置中，在真空度控制方面存在以下严重问题： （1）大多数技术只是涉及了真空度控制的原理性方案，具体方案都是静态模式形式，仅对真空泵端的抽气流量进行调节和控制。在实际低温烹饪过程中如果应用这种静态控制模式，在控制真空泵抽气流量的同时，需要等待密闭烹饪容器的自然漏气来缓慢补充进气，这种静态控制模式会使得真空度达到设定值的过程非常缓慢，基本都无法实现对真空度的准确控制。 （2）实际低温烹饪中的真空度控制需要很快的速度，对于低温烹饪中所用的密闭式器皿，需要采用动态控制模式，即分别调节进气流量和出气流量才能实现真空度的快速准确控制，由此需要配备传感器、进出气调节装置和PID控制器。很多现有技术明显缺少这方面的内容，如有些技术没有使用真空度传感器，或没有将进气口和出气口独立分开，或没有对进气口和出气口进行独立控制，控制器也多为简单的开关控制而不是精密的PID控制。 （3）在有些低温烹饪过程中，如蒸米饭和煮粥等，必须控制执行不同的真空度变化速度程序，以避免真空度突变所带来的爆沸、液体溢出和噪音大等问题。这些真空度程序化控制方面的高级功能，现有技术都无法实现。 （4）在食物真空低温烹饪过程中，很容易有溢出的汤水进入抽真空管路和器件中而造成堵塞和出现故障。现有技术明显缺少这些防堵塞的技术手段，同时也缺少维护维修堵塞的结构设计。 总之，缺乏真空度精密控制技术以及合理的辅助功能和结构设计，是这种开放浸泡式低温烹饪技术和装置目前存在的主要缺陷，也限制了这种真正实用且有发展前景的真空低温烹饪法的普及应用。[b][color=#000099]1.3 蒸烤烘焙炸熏式低温烹饪法[/color][/b] 除了上述烧、煮、炖形式的开放浸泡式低温烹饪法之外，通过增加真空度控制技术，也能在蒸、烤、烘、焙、炸和熏等常用烹饪方式中有效应用真空低温烹饪法。同时，真空度对面团制作中也起着重要作用，一定真空度的混合还可以使面团的微观结构更加连续和致密，并增加面条的断裂力和延伸率。 与上述开放浸泡式低温烹饪法一样，蒸烤烘焙炸熏式低温烹饪法现有技术存在同样的共性问题，同样缺乏动态真空度精密控制技术以及合理的辅助功能和结构设计。[b][color=#000099]1.4 腌制和卤制低温烹饪法[/color][/b] 腌制和卤制是传统的常温常压下美食制作方法，采用真空低温烹饪技术可以大幅提高传统腌制和卤制方法的效率和效果，可使入味速度更快和更深。 与上述现有低温烹饪技术一样，腌制和卤制低温烹饪法的现有技术存在同样的共性问题，同样缺乏动态真空度精密控制技术以及合理的辅助功能和结构设计。另外，腌制和卤制低温烹饪法的不同之处是需要采用真空脉冲技术，而真空脉冲技术更需要真空度的精确控制才能实现对不同食品的腌制和卤制。 从上述几种真空低温烹饪技术可以看出，应用和改进的重要方向之一就是解决真空度的精密控制问题，设法将目前的真空度静态控制技术升级为更准确的动态控制技术，而这恰恰是当前针对低温烹饪装置需要解决的难题之一。更有意义的是，真空度精密控制也是今后人们饮食习惯向着低温、低醇和低农残等方面发展的重要技术保障。 本文将针对真空低温烹饪目前存在的上述问题，提出相应的解决方案。解决方案的核心是采用动态平衡法进行真空压力控制，真正解决真空度精密控制难题，同时采用智能控制器同时兼顾温度的准确控制，使得真空低温烹饪技术及其相应装置真正实用化。[b][color=#000099][size=18px]2. 解决方案[/size]2.1 解决方案的工作原理[/color][/b] 任何烹饪装置或器皿都可以设定为具有一定气密性的容器，其内部真空压力的控制可采用静态和动态两种控制模式，其基本原理如图 1所示。[align=center][color=#000099][img=真空度控制中的静态和动态模式示意图,690,331]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/11/202211301035266906_5954_3221506_3.jpg!w690x331.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#000099]图1 真空度控制中的静态和动态模式示意图[/color][/align] （1）静态模式 控制原理：采用静态模式对密闭容器真空度进行控制时，控制器首先关闭进气阀门并打开抽气阀门，开启真空泵对容器进行抽气，同时真空度传感器监测容器内的真空度变化。当真空度达到设定值时，关闭抽气阀门或真空泵，停止对密闭容器，理想情况下此时密闭容器内的真空度应保持稳定而实现真空度的恒定控制。如果要打开密闭容器进行操作，需要开启进气阀门通入外部大气。 控制结果：在实际真空度控制中，任何密闭容器都存在漏气现象。由于存在漏气，密闭容器的真空度会发生改变，漏气越严重这种变化速度越快，停止抽气后真空度会发生改变。当真空度由于漏气而超过设定值时，控制器自动再开启抽气阀门或真空泵进行抽气，达到设定值后停止抽气，由此循环往复使真空度在设定值上下波动，如图1所示。 适用范围：静态模式是一种开关式简单控制形式，因此静态模式比较适用于漏气比较严重、低真空度且对控制精度要求不高的情况，特别是无法应用于密闭容器内存在热源和内部物体会产热气体时的真空压力控制。 （2）动态模式 控制原理：动态模式是静态模式的一种自动化升级，在静态模式基础上给控制器增加了PID控制算法，并将静态模式中的进气和抽气阀门改变为开度可渐变控制的数字阀门，PID控制器根据真空度传感器采集数据和设置值，自动调节进气阀和出气阀开度，使得进气与出气流量达到动态平衡，由此实现真空度的准确控制。 控制结果：动态模式的真空度控制精度和速度要远优于静态模式，采用PID参数自整定功能可以根据设定值自动确定控制参数，采用不同精度的真空度传感器和PID控制器，可以实现高精度和高稳定性的真空度控制，如图1所示。 适用范围：动态模式是一种数字化的高级控制形式，控制过程中无需考虑密闭容器的漏气速度，可以覆盖整个真空度范围的控制，对于小体积密闭容器的真空度控制具有很高的相应速度，更适用于密闭容器内存在热源和内部物体会产热气体时的真空度控制，而且PID控制器还可以同时兼顾各种加热方式的温度控制。[b][color=#000099]2.2 解决方案[/color][/b] 真空低温烹饪法解决方案基于上述的动态模式的真空度控制方法，并考虑了其他实用性功能。解决方案的整体结构如图2所示。[align=center][color=#000099][img=真空低温烹饪压力控制系统结构示意图,690,438]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/11/202211301035575049_4516_3221506_3.jpg!w690x438.jpg[/img][/color][/align][color=#000099][/color][align=center][color=#000099]图2 真空低温烹饪压力控制系统结构示意图[/color][/align] 在图2所示的解决方案中，使用真空泵作为真空源，进气和排气分别通过卫生级电动阀调节进气和排气流量。采用一个双通道的真空控制器来采集烹饪器皿中的气压信号，并根据所采集的气压信号来快速控制两个电动阀的开度，使烹饪器皿内的压力快递恒定在设定值上。为了避免高温蒸汽对压力传感器和电动阀的影响，在排气口处配置了一个冷凝器以降低排气气体温度。 在真空低温烹饪中，另一个重要控制参数是温度，且真空控制通常伴随着温度控制功能一起使用。本解决方案中的真空控制器可以很容易增加温度控制功能，只需在图2所示的PID控制器中增加一路用于温度控制，由此可实现真空度和温度的同时控制。 温度和真空压力控制的工作过程完全一样，可以根据需要按照图3所示的设定曲线进行程序设定，只是设定量分别是温度和真空度。[align=center][color=#000099][img=真空度控制设定曲线,450,277]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/11/202211301038053568_7396_3221506_3.jpg!w690x425.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#000099]图3 真空度程序控制设定曲线[/color][/align] 本解决方案的真空压力精密控制装置，主要特点就是可以实现密闭容器内真空度的快速和准确控制，此特点非常便于满足低温烹饪中对各种真空度复杂变化的要求，最典型的应用是可以实现精确的真空脉冲控制，即控制真空度严格按照设定的脉冲幅度、脉冲周期和不同斜率进行变化，可完美实现不同品类食物的低温烹饪、不同咖啡和茶叶的快速冷冲泡、以及不同食材的腌制和卤制等。 真空脉冲控制方法的使用首先是要在真空度控制器中输入控制程序，典型的真空脉冲控制程序如 所示。按照实际烹饪、冲泡和腌制卤制等应用中的真空脉冲过程要求，真空脉冲控制程序一般包括脉冲过程、恒定过程和脉冲恒定过程的组合形式，不同食材和烹饪过程需要不同的真空脉冲参数和程序。在实际应用中，将设计好的控制程序输入到真空度控制器后既可自动运行，也可调用存储在真空度控制器中验证过的真空脉冲控制程序。[align=center][color=#000099][img=真空脉冲控制设定曲线,500,315]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/11/202211301036559194_9044_3221506_3.jpg!w690x436.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#000099]图4 真空脉冲控制设定曲线[/color][/align] 真空低温烹饪真空度和温度同时控制的典型应用之一是咖啡和茶叶的快速冷泡过程，冷泡过程采用真空脉冲法。由于在真空度变化过程中，冲泡水的沸点会随之发生变化，因此在冷泡过程中需要设置精确的真空度和温度控制程序才能在较短时间内得到满意的饮品。典型的冷泡控制程序如图5所示。[align=center][color=#000099][img=快速冷泡过程中的真空度和温度控制设定曲线示意图,550,320]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/11/202211301037374359_9780_3221506_3.jpg!w690x402.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#000099]图5 快速冷泡过程中的真空度和温度控制设定曲线[/color][/align][b][size=18px][color=#000099]3. 总结[/color][/size][/b] 真空低温烹饪中的关键技术是准确的真空控制，本文提出的解决方案可以完美解决真空压力控制问题，非常适用于各种大型低温烹饪装置和实验室研究设备。由于真空度的精确、快速和可编程控制控制，此解决方案可在多种食品低温食品烹饪、饮品冲泡和腌制卤制中得到应用。[align=center][/align][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align]

[align=center][size=16px][img=新型低成本低压电子束焊接技术及其精密真空控制装置,550,337]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/03/202303270934409402_5689_3221506_3.jpg!w690x423.jpg[/img][/size][/align][size=16px][color=#339999]摘要：新型低压电子束焊接加工技术具有凹型阴极、自聚焦和低造价的突出特点，不再需要高真空系统，也无需磁透镜和磁线圈进行电子束的聚焦和偏转，可进行微零件焊接和低熔点材料表面微结构改性。但这种新型技术对氩气工作气压的要求较高，需要在7~12Pa的低真空范围实现高精度的调节和控制。本文针对此高精度控制提出了解决方案，即在电容真空计作为传感器的基础上，采用了电动针阀和超高精度压力控制器，控制精度可达±1%。[/color][/size][align=center][size=16px][color=#339999]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/color][/size][/align][size=18px][color=#339999][b]1. 问题的提出[/b][/color][/size][size=16px] 电子束焊是指利用加速和聚焦的电子束轰击置于真空或非真空中的焊接面，使被焊工件熔化实现焊接。目前，电子束焊通常分为高真空、低真空和非真空三种类型，但无论是那种类型，电子束都需要在高真空条件下产生，且还需要磁透镜和磁线圈系统用于聚焦和偏转电子束，这使得高真空装置是电子束焊接设备中的重要且高成本的部件。[/size][size=16px] 最近，波兰研究人员Aleksander Zawada和Piotr Konarski介绍了一种真正低压环境且无需磁透镜和磁线圈的电子束焊接技术[1,2]，这种新的低压电子束焊接技术具有以下特点：[/size][size=16px] （1）采用凹形阴极作为电子束源，直接在氩气环境中产生并聚焦电子束。工作气体的存在和伴随辉光放电的发生允许表面电荷中和，这使得电子束可以直接轰击绝缘材料。[/size][size=16px] （2）可直接采用微波炉用变压器，电压输出为1~3kV，就能建立一个以凹形阴极作为电子源的低压电子束加工装置。[/size][size=16px] （3）阴极和阳极之间的间隙约为25mm，氩气气体绝对压力可在0.05~0.09Torr范围内调节，采用机械泵就可在此真空度范围内可以获得了稳定的辉光放电进行焊接和加工。通过改变阴极电压以及选择合适的真空度，实现电子束电流的调节，以满足不同工具加工和焊接需要。[/size][size=16px] （4）通过使用凹面阴极可直接获得直径1~3mm的聚焦点。虽然与很多高端的电子束加工设备相比，它的尺寸似乎太大，但它可用于微零件焊接和表面改性。[/size][size=16px] （5）由于采用微波炉小功率电源和旋片泵，使得整个装置结构简单和非常便宜，同时可用于微零件焊接和低熔点材料表面微结构改性，如不锈钢、铜、铝、氧化铝、氧化硅和玻璃等材料。如果加大功率，可实现更大功率的电子束焊机。[/size][size=16px] 从上述这种真正低压电子束焊接加工技术的特点中可以看出，这种技术对真空度的要求很高，需要在很窄的气压范围内（约5Pa）进行调节以满足不同的焊接加工要求，而相关文献也未涉及气压精密控制的具体内容。为此，本文将针对此问题提出相应的具体解决方案。[/size][size=18px][color=#339999][b]2. 解决方案[/b][/color][/size][size=16px] 波兰学者提出的新型低压电子束焊接加工装置结构如图1所示[1,2]，其真空室只有5升的体积。真空系统包括了真空计、机械泵和泄漏阀三部分，进气用了高压氩气气瓶，还配备了一个气阀用来加工完成后导入空气打开腔门。[/size][align=center][size=16px][color=#339999][b][img=01.新型低压电子束焊机原理图,650,409]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/03/202303270937189274_6985_3221506_3.jpg!w690x435.jpg[/img][/b][/color][/size][/align][align=center][size=16px][color=#339999][b]图1 新型低压电子束焊接机结构示意图[/b][/color][/size][/align][size=16px] 从图1所示结构可以看出，所进行的真空度控制应该还是手动调节方式，即固定机械泵抽速（一般是全开状态），然后通过调节泄漏阀的开度来达到不同的真空度，但这种手动控制方式很难保证真空度控制的准确性和稳定性，完全不能按照设计好的不同设定值对真空度进行控制。[/size][size=16px] 为此，本解决方案的目的是进行真空度控制的自动化改造，改造方案的具体结构如图2所示。解决方案是在原有的电容真空计基础上，增加了电动针阀和高精度的真空压力PID控制器，由真空计、电动针阀和真空压力控制器组成一个典型的闭环控制系统。其中各个部件的具体内容如下。[/size][align=center][size=16px][color=#339999][b][img=02.新型低压电子束焊机和真空控制装置原理图,650,401]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/03/202303270937405037_1825_3221506_3.jpg!w690x426.jpg[/img][/b][/color][/size][/align][align=center][size=16px][color=#339999][b]图2 包含真空度自动控制的电子束焊接机结构示意图[/b][/color][/size][/align][size=16px][color=#339999][b]2.1 真空计的选择[/b][/color][/size][size=16px] 方案中选择1Torr量程的薄膜电容真空计覆盖0.05~0.09Torr工作压力范围，这种电容真空计具有0.25%的高精度。[/size][size=16px] 除了高精度之外，这种电容真空计还具有线性的0~10V直流电压信号输出，即真空度测量值与输出电压值呈线性关系，这非常有利于数据采集和处理，更能保证控制的准确性。[/size][size=16px] 对于0.05~0.09Torr的工作压力范围，尽管在理论上也可以选择0.1Torr量程的真空计，但实际真空度控制范围已接近真空计上限，这使得对0.09Torr附近的真空度较难控制，实际真空度稍微过冲就超出真空计量程，这很容易造成真空控制失效。[/size][size=16px][color=#339999][b]2.2 电动针阀[/b][/color][/size][size=16px] 工作压力自动控制的关键技术之一是图1中的泄漏阀要具备电动调节能力，这时的电动调节阀门就相当于一个电动执行器来根据要求调节进气流量的大小。[/size][size=16px] 解决方案是采用电动针阀代替图1中的泄漏阀。电动针阀是一种步进电机驱动的针型阀，阀门位移分辨率可达到12.7um，并具有很小的真空漏率和线性度，可直接用直流0~10V模拟电压进行调节，很适合真空度控制过程中的进气流量调节。[/size][size=16px][color=#339999][b]2.3 超高精度真空压力控制器[/b][/color][/size][size=16px] 对于低压电子束焊接加工装置的真空度控制而言，另一项关键技术就是需要解决超高精度的PID控制问题。如在选择1Torr真空计时，对应的电压输出为0~10V，那在实际测量0.05Torr真空度过程中所对应的电压输出则为0.5V。如果要达到±1%的控制精度，则需要PID真空度控制器具有5mV的测量精度，这是目前绝大多数工业用真空度控制器无法达到的精度要求。[/size][size=16px] 为了在0.05~0.09Torr范围内实现±1%的真空度控制精度，解决方案选用了VPC 2021系列超高精度真空压力控制器。此控制器的主要特点如下：[/size][size=16px] （1）超高性能指标：24位AD、16位DA和0.01%最小输出百分比，同时采用的是双精度浮点运算，这是目前国际上工业用控制器最高的性能指标。[/size][size=16px] （2）多功能：具有程序控制、PID参数自整定、RS485通讯、标准MODBUS通讯协议和多条设定曲线以及多组PID参数存储等功能。[/size][size=16px] （3）丰富的扩展能力：控制器带有远程设定能力，即通过外接可变电位器旋钮实现真空度设定值的手动调节和设定，为现场真空度的随时调节和控制提供了极大便利。[/size][size=16px] （4）配套软件：配套有计算机软件，可通过计算机进行控制器的所有设置和运行，并可直观显示和存储多个过程参数随时间变化的实时曲线，[/size][size=16px] （5）体积小巧：具有常用工业用控制器典型的小巧尺寸（面板尺寸96mm×96mm）。[/size][size=18px][color=#339999][b]3. 总结[/b][/color][/size][size=16px] 在波兰学者提出的低造价低压电子束焊接和加工新技术基础上，本文对此新技术中未涉及到的真空度精密控制技术进行了分析，并提出了实现真空度高精度控制的解决方案。解决方案以及所涉及到的电动针阀和超高精度PID真空压力控制器，经过了大量试验验证考核，并已经在多个领域内得到了广泛应用，技术成熟度很高，可为这种新型电子束焊接和加工技术的推广应用提供有效的技术保障。[/size][size=18px][color=#339999][b]4. 参考文献[/b][/color][/size][size=16px][1] Zawada A, Konarski P. Electron beam generated in low pressure noble gas atmosphere–Compact device construction and applications[J]. 2013.[/size][size=16px][2] Chien C H, Zawada A, Konarski P, et al. Developing a desk-top electron beam micro-machining system in the low-pressure argon atmosphere[J]. Procedia CIRP, 2020, 95： 950-953.[/size][align=center][size=16px][color=#339999]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/color][/size][/align]