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Contrôle ultra-précis de la pression micro positive et du vide dans le système d'échantillonnage du dispositif de détection de cellules tumorales circulantes (CTC)

Résumé : Dans les systèmes de tri et d'échantillonnage de cellules tels que les cellules tumorales en circulation, il est nécessaire de contrôler avec précision la pression dans une petite plage de pression positive et négative autour de la pression atmosphérique standard pour proposer des exigences plus élevées. Au vu de ces problèmes techniques, cet article propose une solution de contrôle de précision des pressions positives et négatives de haute précision utilisantvanne de régulation de débit proportionnelle (vanne à pointeau proportionnelle),présente en détail la méthode de contrôle ainsi que les fonctions et indicateurs techniques du logiciel et du matériel, afin qu'une précision de contrôle de 0,5 % puisse être atteinte.

1. Question

Le tri des cellules tumorales circulantes (CTC) a été reconnu comme un outil efficace pour le diagnostic et le pronostic du cancer, nécessitant des dispositifs de détection correspondants capables d'effectuer toutes les procédures expérimentales automatiquement, rapidement et avec sensibilité, sans aucune intervention manuelle. Pour certains systèmes d'échantillonnage basés sur le principe du débit de liquide piloté par la pression, il est nécessaire de contrôler avec précision la pression du gaz pour garantir un débit stable pendant le processus d'échantillonnage et atteindre un ajustement automatique de la rétroaction sur l'action de la pompe et de la vanne.

2. Solutions

La solution proposée dans cet article est d'atteindre un contrôle précis de la pression positive et négative dans la plage de ±10ps (i ou ±700mbar) près d'une pression atmosphérique standard, et la précision du contrôle atteint 0,5 %. Il s'agit de fournir une solution de source de pression d'air contrôlable, utilisant la méthode d'équilibre dynamique du mode de contrôle bidirectionnel, combinée à un moteur pas à pas de haute précision et à un micro-débit.vanne de régulation de débit proportionnelle, capteur de pression de haute précision et contrôleur PID à double canal, la source de pression d'air peut être utilisée pour un contrôle de haute précision et des sorties programmables pour une pression positive, négative et une pression atmosphérique.

Le principe de base du contrôle de précision des pressions micro positives et négatives est illustré à la figure 1. Le contenu spécifique est le suivant :

(1) Le principe de contrôle est basé sur la méthode d'équilibre dynamique de l'entrée et de la sortie d'air dans une cavité fermée. Il s'agit d'une boucle de contrôle typique en boucle fermée, le contrôleur PID à 2 canaux collecte le signal du capteur de pression à vide et le compare à la valeur définie, puis ajuste l'ouverture de l'admission.vanne de régulation de débit proportionnelleet échappementcontrôle de débit proportionnelVannes, et enfin rend la valeur mesurée du capteur égale à la valeur définie pour atteindre la pression de vide d'un contrôle précis.

(2) La boucle de contrôle est équipée d'une pompe à air (source de pression négative) et d'une source d'air (source de pression positive) pour améliorer la capacité de pression négative et positive suffisante.

(3) Afin de couvrir la plage de pression de vide requise, de la pression négative à la pression positive (telle que -10 psi à +10 psi), configuration d'un capteur de pression absolue de haute précision avec une plage de test couvrant la plage requise. Le capteur de pression absolue correspond à la sortie d'une plage de pression de vide supérieure à un signal analogique CC avec des valeurs allant de petite à grande (telles que 0 ~ 10 V CC). Ce signal analogique est entré dans le contrôleur PID, et le contrôleur PID ajuste l'ouverture de la soupape d'admission et de la soupape d'échappement pour atteindre un contrôle précis de la pression. L'avantage d'utiliser un capteur de pression absolue est qu'il n'est pas affecté par les changements de pression atmosphérique locale et ne nécessite pas de correction de pression, ce qui peut garantir la précision et la répétabilité du test.

(4) Lorsque le contrôle passe d'une pression négative à une pression positive, l'ouverture de la soupape de commande d'admission (débit d'admission) au début est beaucoup plus petite que l'ouverture de la soupape de commande d'échappement (débit d'extraction), et en ajustant automatiquement l'admission et l'échappement. air.Le débit atteint différents états d'équilibre pour atteindre différents contrôles de pression négative, et finalement l'ouverture de la soupape de commande d'admission est progressivement beaucoup plus grande que l'ouverture de la soupape de commande d'échappement, atteignant ainsi une série de points de consigne ou de pentes dans la plage allant de la pression négative à la pression positive. pression de contrôle de précision continu. Pour le contrôle du changement de pression positive à pression négative, le processus ci-dessus est inversé.

3. Le contenu spécifique

La structure spécifique du minuscule générateur de pression positive et négative impliqué dans la solution est illustrée à la figure 2, qui comprend principalement une source de gaz haute pression, unvanne de régulation de débit proportionnelle, une cavité fermée, un capteur de pression, un contrôleur PID de haute précision et une pompe à air.

Dans le système de contrôle de pression micro positive et négative illustré à la figure 2, la sortie de pression de travail sur la cavité fermée est connectée à l'instrument de détection et à deux moteurs pas à pas de la série FC.vannes de régulation de débit proportionnellessont installés à gauche et à droite de la cavité fermée. Levanne de régulation de débit proportionnelleelle-même est une vanne de régulation à double usage à pression négative positive, sa plage de pression de vide absolue est de 0,0001 mbar ~ 7 bar, le débit maximum est de 40 ml/min et la taille en un seul pas du moteur pas à pas est de 12,7 microns, ce qui peut pleinement répondre aux exigences précises. contrôle de la pression positive et négative dans les petites cavités.

Dans le système de contrôle illustré à la figure 2, deuxvannes de régulation de débit proportionnellessont utilisés pour atteindre un contrôle précis de tout point de consigne de pression positive et négative, et ils peuvent également être contrôlés linéairement de la pression positive à la pression négative, ou de la pression négative à la pression positive du contrôle de changement linéaire.

Pour le petit contrôle de pression positive et négative dans le système d’échantillonnage des instruments de détection de cellules tumorales circulantes (CTC), l’exigence est de contrôler avec précision la pression du vide proche de la pression atmosphérique standard. Le mode dynamique bidirectionnel de la vanne, c'est-à-dire via le contrôleur PID à double canal, un canal est utilisé pour maintenir l'ouverture duvanne de régulation de débit proportionnelleAu port d'admission pratiquement inchangé, et l'autre canal est utilisé pour ajuster l'ouverture duvanne de régulation de débit proportionnelleà l'orifice d'échappement selon l'algorithme PID. Dépenser.

En plus de la méthode de contrôle mentionnée ci-dessus du débit d'admission constant pour ajuster le débit d'échappement, la précision du contrôle des minuscules pressions positives et négatives dans le système d'échantillonnage de l'instrument de détection de cellules tumorales circulantes (CTC) est principalement déterminée par le capteur de pression, PID. contrôleur etvanne de régulation de débit proportionnelle. Le contrôleur PID de cette solution utilise AD 24 bits et DA 16 bits, et levanne de régulation de débit proportionnelleest un moteur pas à pas de haute précision, donc la précision du test de cette solution dépend principalement de la précision du capteur de pression, généralement au moins 0,1 % de la précision du capteur de pression.

Pour le contrôle de la micropression dans le système d'échantillonnage, le récipient fermé est souvent nécessaire pour effectuer de multiples changements alternatifs dans la plage de pression positive et négative. Par conséquent, un contrôleur PID pouvant stocker plusieurs programmes d'édition est utilisé et le degré de réglage est composé d'un ou plusieurs segments de polyligne. La courbe peut atteindre le contrôle automatique du programme de changement alternatif de pression positive et négative.

Dans la solution décrite dans cet article, afin d'obtenir un contrôle précis de la pression positive et négative, comme le montre la figure 2, une pompe à air est configurée pour la formation d'une pression négative. La pompe d'aspiration équivaut à une source de pression négative, mais l'utilisation d'un générateur de vide peut également atteindre l'effet d'une source de pression négative. L'avantage d'utiliser un générateur de vide comme source de pression négative est que l'ensemble du système doit uniquement être équipé d'une source de gaz haute pression, ce qui réduit le coût de l'ensemble du système, le volume et le poids, le générateur de vide peut être connecté à un Source de gaz à haute pression pour atteindre le même effet de pompage.

4. Conclusion

La solution décrite dans cet article peut atteindre pleinement le contrôle précis de n'importe quel point de consigne et forme de programme continu de pression micro positive et négative dans le système d'échantillonnage de l'instrument de détection de cellules tumorales circulantes (CTC), et peut atteindre une précision et une vitesse de contrôle élevées, et l'ensemble du processus peut être automatisé.

En plus du contrôle automatique et précis des petites pressions positives et négatives, une autre caractéristique de cette solution est que le système est simple, la plage de contrôle des pressions positives et négatives peut être relativement large et l'ensemble du système est petit et intégré, ce qui Il est pratique de former un petit instrument de test.

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