2022.03.10
Contrôle précis de la température et de la pression dans le processus de concentration sous vide grâce au nouveau contrôleur PID et à la vanne à pointeau électrique rapide
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Contrôle précis de la température et de la pression dans le processus de concentration sous vide grâce au nouveau contrôleur PID et à la vanne à pointeau électrique rapide
Résumé : Dans le processus de concentration sous vide, la température et la pression de concentration sont les principaux paramètres de contrôle. Cet article se concentre sur une approche détaillée pour améliorer la faible précision et les grandes fluctuations du contrôle de pression dans les instruments et équipements de concentration actuels, et propose un nouveau contrôleur PID multifonction à ultra haute précision à double canal et une vanne à pointeau électronique à grande vitesse pour atteindre température cible dans le processus de concentration.
1. Question
Le principe de fonctionnement de la concentration sous vide consiste à utiliser la technologie du vide et du chauffage pour vaporiser rapidement le solvant d'un échantillon et le concentrer ou un système d'échantillon sec sous lyophilisation rapide, concentration centrifuge et évaporation rotative. Étant donné que différents échantillons ont une valeur d'entropie différente par rapport à la température et qu'il existe une forte corrélation entre la pression et la température, la capacité de contrôler avec précision la température et la pression de concentration pendant le processus de concentration sous vide est devenue le problème le plus préoccupant pour les utilisateurs. Dans les équipements de concentration sous vide couramment utilisés actuellement, les problèmes suivants subsistent :
(1) La précision de la mesure et du contrôle de la pression n'est généralement pas élevée, en particulier dans le cas de basses pressions, ce qui est principalement dû à la précision insuffisante des capteurs utilisés par les contrôleurs. La précision du contrôle de la pression n'est pas élevée et aura un impact sérieux sur la température.
(2) La méthode de contrôle de la pression en aval est généralement adoptée dans les instruments et équipements de concentration, c'est-à-dire qu'une vanne à pointeau électronique est installée entre le conteneur et la pompe à vide pour contrôler le taux d'échappement du conteneur en temps réel. Cette méthode en aval convient au contrôle précis de pressions plus élevées, mais il est difficile d’obtenir un contrôle stable et précis pour les basses pressions inférieures à 10 mbar.
(3) À l'heure actuelle, la grande majorité des vannes à pointeau électroniques utilisent des actionneurs électriques, et le temps entre la fermeture et l'ouverture complète est fondamentalement supérieur à 10 secondes. Il est difficile d'assurer la précision du contrôle et la stabilité de la vitesse de réglage des vannes avec une hystérésis aussi importante.
(4) En raison de l'évacuation du milieu biphasique eau et vapeur lors du processus de concentration, le milieu est souvent corrosif, ce qui impose des exigences élevées en matière de résistance à la corrosion de la vanne de régulation en aval.
2. Solutions
2.1 Adoption d'un capteur de pression de haute précision
Pour le processus de concentration sous vide, le capteur de pression doit garantir que l’ensemble du processus de concentration est contrôlable. Il est fortement recommandé d'utiliser un capteur de pression de haute précision pour garantir la mesure du degré de vide, de la quantité et de la précision du contrôle. Le processus général de contrôle du vide adopte essentiellement une pompe à vide mécanique qui, à basse pression (pression absolue), ne dépasse pas 0,01 mbar, tandis qu'à haute pression, elle peut atteindre près d'une pression atmosphérique. Il est donc recommandé d'utiliser des jauges à film capacitif pour les hautes pressions. -des capteurs de pression de précision, comme le montre la figure 1. La précision absolue des mesures peut atteindre ±0,2 %. Si la plage de pression utilisée par l'instrument et l'équipement de concentration est relativement large, il est recommandé d'utiliser deux capteurs avec des plages différentes à couvrir, telles que 10 Torr et 1 000 Torr. Si d’autres types de capteurs de vide sont utilisés, cela devrait nécessiter un certain degré de précision.
2.2 Adoption d'un contrôleur PID double canal de haute précision
Dans la mesure et le contrôle de la pression du vide, afin d'utiliser pleinement la précision de mesure du manomètre à membrane mentionné ci-dessus, il nécessite au moins des convertisseurs analogique-numérique et numérique-analogique de 16 bits pour l'acquisition de données et le contrôle du contrôleur. . À l'heure actuelle, le contrôleur PID commun avec une précision de mesure et de contrôle de 24 bits a été lancé, comme le montre la figure 2. Pour le contrôle du processus de concentration sous vide, cette série de contrôleurs PID présente les caractéristiques suivantes :
(1) Haute précision : acquisition A/D 24 bits, sortie D/A 16 bits.
(2) Multicanal : 1 canal et 2 canaux indépendants. 2 canaux peuvent atteindre une mesure et un contrôle simultanés de la température et de la pression.
(3) Multifonction : 47 types de signaux d'entrée (thermocouple, résistance thermique, tension CC) peuvent atteindre des tests, un affichage et un contrôle simultanés de différents paramètres. Peut également effectuer un contrôle avant et arrière (mode de contrôle bidirectionnel).
(4) Contrôle PID : L'algorithme PID amélioré peut prendre en charge le contrôle différentiel PV et l'avance différentielle. Il existe 20 groupes de PID de groupe.
(5) Commutation à double capteur : chaque canal peut prendre en charge la commutation à double capteur de haute et basse température et de vide élevé et faible. Deux canaux peuvent former une combinaison de commande avec un total de quatre capteurs connectés.
(6) Contrôle du programme : Jusqu'à 20 types de programmes de concentration peuvent être établis et stockés par eux-mêmes. Lorsque vous vous concentrez, sélectionnez et appelez simplement pour démarrer (mode de contrôle du programme).
2.3 Augmentation du contrôle d'admission d'air en amont et du mode de contrôle bidirectionnel
Le mode de contrôle en aval actuellement courant est plus adapté au processus de concentration où la pression est proche de la pression atmosphérique, mais pour le processus de concentration à basse pression inférieure à 10 mbar, il est nécessaire d'introduire le mode de contrôle d'admission d'air en amont, c'est-à-dire d'augmenter le canal d'admission en fonction de la concentration. Récipient et contrôle de l'admission d'air via la vanne à pointeau électronique. Le débit d'admission d'air du passage d'air peut être utilisé pour obtenir un contrôle précis de la pression.
Comme le montre la figure 3, des vannes à pointeau électroniques fabriquées localement avec différents débits sont actuellement disponibles. Combiné avec une pompe à vide en aval, un contrôle précis du vide poussé (basse pression) peut être atteint via le mode en amont. Afin de satisfaire simultanément au contrôle précis de la pleine échelle basse et haute pression, le double capteur et le mode de contrôle bidirectionnel, comme indiqué sur la figure 4, peuvent être utilisés. Dans le mode de contrôle illustré à la figure 4, il est nécessaire d'utiliser les fonctions de commande avant et arrière et de commutation automatique à double capteur du contrôleur à double canal de la série VPC-2021 mentionné ci-dessus, c'est-à-dire que pendant différents processus de contrôle de la pression d'air, le Le contrôleur commute automatiquement la plage correspondante de la jauge à vide et sélectionne la vanne à pointeau électronique correspondante et la vanne à bille électrique à grande vitesse pour le contrôle.
2.4 Adoption d'une vanne à pointeau électronique à grande vitesse
La vanne dite à grande vitesse signifie généralement que le temps d'action de la vanne à pointeau électronique de complètement fermée à ouverte est inférieur à 1 seconde, ce qui est très important pour le contrôle du débit de gaz et de la pression. En particulier pour le processus de concentration sous vide, la réponse rapide du contrôle de la pression atmosphérique peut garantir la précision, la sécurité et augmenter le taux d'évaporation de la concentration.
À l'heure actuelle, des vannes à pointeau électroniques localisées à grande vitesse ont été développées, comme le montre la figure 5. La série FC miniaturisée à grande vitesse est un produit amélioré de la vanne papillon électrique actuellement couramment utilisée. Combiné avec le contrôleur de température/pression de la série VPC2021, il peut former un système de contrôle en boucle fermée de pression sous vide rapide et précis. Veuillez visiterhttps://www.genndih.com/fr/valve-de-contrôle-de-débit-proportionnel.htm
2.5 Adoption d'un régulateur de contrôle du vide
Dans les instruments et équipements de concentration sous vide actuels, la concentration s'effectue dans un récipient hermétique. La pompe à vide est utilisée pour extraire l'air du récipient hermétique, et la pression de l'air dans le récipient hermétique peut être maintenue constante à une valeur définie en ajustant le débit d'air. Il s’agit d’un mode de pression constante typique de type contrôle de débit. Cette méthode de régulation de pression à débit contrôlé est équivalente à une méthode de contrôle en boucle ouverte. Il y a un gaz auto-généré à l'intérieur du conteneur, et le gaz auto-généré ne présente aucune régularité évidente (telle qu'un changement de linéarité), ce qui nuit au contrôle précis de la pression interne du conteneur. Pour ce type de régulation de pression à débit contrôlé, comme le montre la figure 2, un canal d'admission d'air est ajouté à l'extrémité avant du récipient de concentration, et le débit d'air d'admission d'air est ajusté pour contrôler le vide interne du récipient à une valeur de consigne stable.
Pour certains instruments et équipements de concentration sous vide, il n'est pas autorisé d'ajouter des canaux d'entrée d'air supplémentaires, et le régulateur à pression contrôlée illustré à la figure 6 peut être utilisé ici.
Un régulateur de vide électronique est en fait une unité intégrée avec un capteur de pression de vide intégré, un microcontrôleur, une chambre et deux vannes à pointeau électroniques. Dans le processus de contrôle de la pression sous vide, le capteur intégré mesure la pression dans la chambre. Si la pression est inférieure à la valeur définie, la vanne au port d'admission d'air sera ouverte jusqu'à ce qu'elle soit égale à la valeur définie. Si la pression est supérieure à la valeur définie, la vanne au niveau de l'orifice d'échappement sera ouverte jusqu'à ce qu'elle soit égale à la valeur définie. Il convient de garantir que la pression dans la chambre est toujours maintenue à la valeur définie et que la cavité du régulateur communique avec le récipient de concentration, c'est-à-dire que la pression de la cavité du régulateur est toujours égale à la pression du récipient de concentration.
On peut voir que le régulateur à pression contrôlée est un régulateur de pression à vide indépendant avec sa propre soupape d'admission d'air. Comme le montre la figure 6, le régulateur de pression à pression contrôlée peut également être connecté à un capteur externe, et la valeur définie peut être définie manuellement ou via un contrôleur PID. Pour plus de références sur le régulateur de vide électronique, veuillez visiterhttps://www.genndih.com/fr/régulateur de pression proportionnelle/Electronic-Vacuum-Regulator-1-0bar.html
Résumé : Dans le processus de concentration sous vide, la température et la pression de concentration sont les principaux paramètres de contrôle. Cet article se concentre sur une approche détaillée pour améliorer la faible précision et les grandes fluctuations du contrôle de pression dans les instruments et équipements de concentration actuels, et propose un nouveau contrôleur PID multifonction à ultra haute précision à double canal et une vanne à pointeau électronique à grande vitesse pour atteindre température cible dans le processus de concentration.
1. Question
Le principe de fonctionnement de la concentration sous vide consiste à utiliser la technologie du vide et du chauffage pour vaporiser rapidement le solvant d'un échantillon et le concentrer ou un système d'échantillon sec sous lyophilisation rapide, concentration centrifuge et évaporation rotative. Étant donné que différents échantillons ont une valeur d'entropie différente par rapport à la température et qu'il existe une forte corrélation entre la pression et la température, la capacité de contrôler avec précision la température et la pression de concentration pendant le processus de concentration sous vide est devenue le problème le plus préoccupant pour les utilisateurs. Dans les équipements de concentration sous vide couramment utilisés actuellement, les problèmes suivants subsistent :
(1) La précision de la mesure et du contrôle de la pression n'est généralement pas élevée, en particulier dans le cas de basses pressions, ce qui est principalement dû à la précision insuffisante des capteurs utilisés par les contrôleurs. La précision du contrôle de la pression n'est pas élevée et aura un impact sérieux sur la température.
(2) La méthode de contrôle de la pression en aval est généralement adoptée dans les instruments et équipements de concentration, c'est-à-dire qu'une vanne à pointeau électronique est installée entre le conteneur et la pompe à vide pour contrôler le taux d'échappement du conteneur en temps réel. Cette méthode en aval convient au contrôle précis de pressions plus élevées, mais il est difficile d’obtenir un contrôle stable et précis pour les basses pressions inférieures à 10 mbar.
(3) À l'heure actuelle, la grande majorité des vannes à pointeau électroniques utilisent des actionneurs électriques, et le temps entre la fermeture et l'ouverture complète est fondamentalement supérieur à 10 secondes. Il est difficile d'assurer la précision du contrôle et la stabilité de la vitesse de réglage des vannes avec une hystérésis aussi importante.
(4) En raison de l'évacuation du milieu biphasique eau et vapeur lors du processus de concentration, le milieu est souvent corrosif, ce qui impose des exigences élevées en matière de résistance à la corrosion de la vanne de régulation en aval.
2. Solutions
2.1 Adoption d'un capteur de pression de haute précision
Pour le processus de concentration sous vide, le capteur de pression doit garantir que l’ensemble du processus de concentration est contrôlable. Il est fortement recommandé d'utiliser un capteur de pression de haute précision pour garantir la mesure du degré de vide, de la quantité et de la précision du contrôle. Le processus général de contrôle du vide adopte essentiellement une pompe à vide mécanique qui, à basse pression (pression absolue), ne dépasse pas 0,01 mbar, tandis qu'à haute pression, elle peut atteindre près d'une pression atmosphérique. Il est donc recommandé d'utiliser des jauges à film capacitif pour les hautes pressions. -des capteurs de pression de précision, comme le montre la figure 1. La précision absolue des mesures peut atteindre ±0,2 %. Si la plage de pression utilisée par l'instrument et l'équipement de concentration est relativement large, il est recommandé d'utiliser deux capteurs avec des plages différentes à couvrir, telles que 10 Torr et 1 000 Torr. Si d’autres types de capteurs de vide sont utilisés, cela devrait nécessiter un certain degré de précision.
2.2 Adoption d'un contrôleur PID double canal de haute précision
Dans la mesure et le contrôle de la pression du vide, afin d'utiliser pleinement la précision de mesure du manomètre à membrane mentionné ci-dessus, il nécessite au moins des convertisseurs analogique-numérique et numérique-analogique de 16 bits pour l'acquisition de données et le contrôle du contrôleur. . À l'heure actuelle, le contrôleur PID commun avec une précision de mesure et de contrôle de 24 bits a été lancé, comme le montre la figure 2. Pour le contrôle du processus de concentration sous vide, cette série de contrôleurs PID présente les caractéristiques suivantes :
(1) Haute précision : acquisition A/D 24 bits, sortie D/A 16 bits.
(2) Multicanal : 1 canal et 2 canaux indépendants. 2 canaux peuvent atteindre une mesure et un contrôle simultanés de la température et de la pression.
(3) Multifonction : 47 types de signaux d'entrée (thermocouple, résistance thermique, tension CC) peuvent atteindre des tests, un affichage et un contrôle simultanés de différents paramètres. Peut également effectuer un contrôle avant et arrière (mode de contrôle bidirectionnel).
(4) Contrôle PID : L'algorithme PID amélioré peut prendre en charge le contrôle différentiel PV et l'avance différentielle. Il existe 20 groupes de PID de groupe.
(5) Commutation à double capteur : chaque canal peut prendre en charge la commutation à double capteur de haute et basse température et de vide élevé et faible. Deux canaux peuvent former une combinaison de commande avec un total de quatre capteurs connectés.
(6) Contrôle du programme : Jusqu'à 20 types de programmes de concentration peuvent être établis et stockés par eux-mêmes. Lorsque vous vous concentrez, sélectionnez et appelez simplement pour démarrer (mode de contrôle du programme).
2.3 Augmentation du contrôle d'admission d'air en amont et du mode de contrôle bidirectionnel
Le mode de contrôle en aval actuellement courant est plus adapté au processus de concentration où la pression est proche de la pression atmosphérique, mais pour le processus de concentration à basse pression inférieure à 10 mbar, il est nécessaire d'introduire le mode de contrôle d'admission d'air en amont, c'est-à-dire d'augmenter le canal d'admission en fonction de la concentration. Récipient et contrôle de l'admission d'air via la vanne à pointeau électronique. Le débit d'admission d'air du passage d'air peut être utilisé pour obtenir un contrôle précis de la pression.
Comme le montre la figure 3, des vannes à pointeau électroniques fabriquées localement avec différents débits sont actuellement disponibles. Combiné avec une pompe à vide en aval, un contrôle précis du vide poussé (basse pression) peut être atteint via le mode en amont. Afin de satisfaire simultanément au contrôle précis de la pleine échelle basse et haute pression, le double capteur et le mode de contrôle bidirectionnel, comme indiqué sur la figure 4, peuvent être utilisés. Dans le mode de contrôle illustré à la figure 4, il est nécessaire d'utiliser les fonctions de commande avant et arrière et de commutation automatique à double capteur du contrôleur à double canal de la série VPC-2021 mentionné ci-dessus, c'est-à-dire que pendant différents processus de contrôle de la pression d'air, le Le contrôleur commute automatiquement la plage correspondante de la jauge à vide et sélectionne la vanne à pointeau électronique correspondante et la vanne à bille électrique à grande vitesse pour le contrôle.
2.4 Adoption d'une vanne à pointeau électronique à grande vitesse
La vanne dite à grande vitesse signifie généralement que le temps d'action de la vanne à pointeau électronique de complètement fermée à ouverte est inférieur à 1 seconde, ce qui est très important pour le contrôle du débit de gaz et de la pression. En particulier pour le processus de concentration sous vide, la réponse rapide du contrôle de la pression atmosphérique peut garantir la précision, la sécurité et augmenter le taux d'évaporation de la concentration.
À l'heure actuelle, des vannes à pointeau électroniques localisées à grande vitesse ont été développées, comme le montre la figure 5. La série FC miniaturisée à grande vitesse est un produit amélioré de la vanne papillon électrique actuellement couramment utilisée. Combiné avec le contrôleur de température/pression de la série VPC2021, il peut former un système de contrôle en boucle fermée de pression sous vide rapide et précis. Veuillez visiterhttps://www.genndih.com/fr/valve-de-contrôle-de-débit-proportionnel.htm
2.5 Adoption d'un régulateur de contrôle du vide
Dans les instruments et équipements de concentration sous vide actuels, la concentration s'effectue dans un récipient hermétique. La pompe à vide est utilisée pour extraire l'air du récipient hermétique, et la pression de l'air dans le récipient hermétique peut être maintenue constante à une valeur définie en ajustant le débit d'air. Il s’agit d’un mode de pression constante typique de type contrôle de débit. Cette méthode de régulation de pression à débit contrôlé est équivalente à une méthode de contrôle en boucle ouverte. Il y a un gaz auto-généré à l'intérieur du conteneur, et le gaz auto-généré ne présente aucune régularité évidente (telle qu'un changement de linéarité), ce qui nuit au contrôle précis de la pression interne du conteneur. Pour ce type de régulation de pression à débit contrôlé, comme le montre la figure 2, un canal d'admission d'air est ajouté à l'extrémité avant du récipient de concentration, et le débit d'air d'admission d'air est ajusté pour contrôler le vide interne du récipient à une valeur de consigne stable.
Pour certains instruments et équipements de concentration sous vide, il n'est pas autorisé d'ajouter des canaux d'entrée d'air supplémentaires, et le régulateur à pression contrôlée illustré à la figure 6 peut être utilisé ici.
Un régulateur de vide électronique est en fait une unité intégrée avec un capteur de pression de vide intégré, un microcontrôleur, une chambre et deux vannes à pointeau électroniques. Dans le processus de contrôle de la pression sous vide, le capteur intégré mesure la pression dans la chambre. Si la pression est inférieure à la valeur définie, la vanne au port d'admission d'air sera ouverte jusqu'à ce qu'elle soit égale à la valeur définie. Si la pression est supérieure à la valeur définie, la vanne au niveau de l'orifice d'échappement sera ouverte jusqu'à ce qu'elle soit égale à la valeur définie. Il convient de garantir que la pression dans la chambre est toujours maintenue à la valeur définie et que la cavité du régulateur communique avec le récipient de concentration, c'est-à-dire que la pression de la cavité du régulateur est toujours égale à la pression du récipient de concentration.
On peut voir que le régulateur à pression contrôlée est un régulateur de pression à vide indépendant avec sa propre soupape d'admission d'air. Comme le montre la figure 6, le régulateur de pression à pression contrôlée peut également être connecté à un capteur externe, et la valeur définie peut être définie manuellement ou via un contrôleur PID. Pour plus de références sur le régulateur de vide électronique, veuillez visiterhttps://www.genndih.com/fr/régulateur de pression proportionnelle/Electronic-Vacuum-Regulator-1-0bar.html