2022.02.17
저온 유지 장치의 진공 압력 제어
공유하다
자세한 세부 사항
Abstract: 본 논문에서는 저온 유지 장치의 저온 매체의 고정밀 제어에 초점을 맞춰 저온 매체의 감압 및 온도 제어 방법과 기압 제어 정확도가 저온 안정성에 미치는 영향을 주로 소개합니다. 가열, 유량 제어, 압력 제어의 세 가지 모드는 물론 전기 공압식 유량 제어 밸브와 세부 사항을 통합하는 해당 특정 작업 조건도 있습니다.
1. 소개
저온 유지 장치에서 극저온 매체(액체 헬륨 및 액체 질소 등)의 온도 변동의 주요 원인은 끓는 극저온 매체 상단의 압력(진공) 변화입니다. 따라서 극저온 매체 내부의 안정된 온도에 도달하기 위해서는 극저온 매체 상부의 공기압력을 정확하게 제어할 필요가 있습니다.
저온 유지 장치의 국제적 및 지역적 온도 제어는 대부분 다음과 같은 세 가지 기술적 접근 방식을 채택합니다.
(1) 능동 제어 방식: 가열 회로는 저온 매체에 담긴 진공 챔버로 직접 연결되며, 진공 챔버의 온도 실시간 모니터링 데이터는 목표 온도 값과 비교한 후 가열 회로에 추가되는 전류를 제어하는 데 사용됩니다. .
(2) 수동 제어 방식: 저온 매체 상단의 공기 압력을 제어하여 저온 매체의 온도를 안정화시킵니다.
(3) 복합 제어 방법: 위의 두 가지 제어 방법이 결합되어 가열 제어 회로가 저온 매체에 잠긴 진공 챔버로 직접 연결되고 저온 매체 이상의 공기 압력도 동시에 제어됩니다. 저항 가열 온도 제어 방법은 이미 매우 성숙한 기술입니다. 이 기사에서는 주로 저온 매체 상단의 압력 제어 방법에 중점을 두고 압력 제어 정확도가 저온 안정성에 미치는 영향과 고정밀 압력 제어의 구현 방법 및 구체적인 방식을 소개합니다.
2. 공기압 제어 정확도와 온도 안정성의 관계
액체수소를 예로 들면, 액체수소의 포화증기압과 그에 따른 온도 변화 곡선이 그림 1에 나와 있습니다.
그림 1에서 볼 수 있듯이 매우 작은 온도 범위에서 위 곡선은 직선으로 설명할 수 있으므로 약 4K의 온도 범위에서 얻을 수 있습니다. 약 100Pa의 기압 변동으로 인해 약 1mK의 온도 변동이 발생할 수 있습니다. 따라서 1mK 미만의 변동에 도달하면 공기압 변동은 100Pa를 초과할 수 없다고 간주할 수 있습니다.
3. 최고 공기압 제어의 세 가지 모드
극저온 매체 상단에는 일반적으로 저항 가열, 흐름 제어 및 압력 제어의 세 가지 공기압 제어 모드가 있습니다.
3.1 저항 가열 모드
저온 유지 장치의 항온 제어 과정에서 저항 가열 모드는 저항선 히터를 저온 매체에 배치하는 것입니다. 그림 2와 같이 진공 게이지는 상단 공기압의 변화를 감지하고 PID 컨트롤러는 가열 전류를 변경하여 상단 공기압을 조정 및 제어하여 상단 공기압을 설정 값으로 일정하게 유지합니다. 그림 2에서 알 수 있듯이 저항 가열 모드는 상단의 압력을 높이는 온도 제어 방법에 더 적합하지만 압력과 냉각을 줄일 수는 없습니다.
3.2 흐름 제어 모드
유량 제어 모드는 일반적인 감압 및 냉각 모드입니다. 그림 3에서 보는 바와 같이, 진공펌프는 일정 펌핑속도로 지속적으로 저온유지장치를 추출하여 상부공기압력을 감소시킨다. 진공 게이지, 전자식 공압 유량 제어 밸브 및 PID 컨트롤러는 폐쇄 루프 제어 루프를 형성합니다. FC 시리즈 전자 공압 유량 제어 밸브는 공기 흐름을 조정하여 진공도에서 최고 공기 압력을 정확하고 일정하게 유지합니다. 유량 제어 모드는 냉각 및 최고 기압을 낮추는 온도 제어 방법에 더 적합하지만 과급 및 난방에는 도달할 수 없음을 알 수 있습니다.
또한 유량 제어 모드에서는 진공 펌프의 연속 펌핑으로 인해 저온 매체의 비효율적인 소산이 더욱 심각해집니다.
FC 시리즈 전자 공압 유량 제어 밸브에 대한 자세한 내용을 보려면 다음 사이트를 방문하십시오.https://www.genndih.com/ko/proportional-flow-control-valve.htm
3.3 압력 제어 모드
압력 제어 모드는 압력을 높이거나 낮출 수 있는 온도 제어 모드입니다. 그림 4에서 볼 수 있듯이 진공 펌프를 채택하여 진공을 배출하는 것은 압력을 감소시키는 모드입니다. 부스터 펌프를 채택할 때 압력을 높이는 모드입니다. 넓은 온도 영역에서 지속적인 온도 제어에 도달할 수 있도록 합니다. 사용되는 비례 압력 조절기는 공기 흡입구(대기압)가 1개와 함께 제공됩니다. 진공 펌프와 결합하면 일정한 압력에서 최고 압력을 제어하면서 저온 매체의 비효율적인 대량 소실을 효과적으로 방지할 수 있습니다.
또한 여기서의 과급 방법은 저온 매체에 전기 히터를 추가함으로써 도달할 수도 있습니다.
4.추가 작업 세부정보
위의 세 가지 제어 모드를 구현하는 동안 다음 세부 사항에 특히 유의해야 합니다.
(1) 진공게이지의 선정 진공게이지는 상부 공기압력의 변화를 측정하는 센서입니다. 저온 유지 장치의 온도 제어 안정성을 결정하는 열쇠이므로 고정밀 진공 게이지를 선택하십시오. 현재 고정밀 진공 게이지는 일반적으로 용량성 필름 게이지이며 일반적인 전체 정확도는 0.2%입니다. 위에서 언급한 바와 같이 4K 부근의 액체수소의 정온제어 공정에서는 공기압 변동폭이 100Pa, ±50Pa를 넘지 않도록 요구된다. 100kPa의 공기압 제어에 해당하는 경우 진공 게이지의 정확도는 ±0.05%보다 높아야 합니다. 온도 변동이 1mK 미만인 일정한 온도 제어가 필요하다는 것을 알 수 있으며, 더 높은 정밀도의 진공 게이지도 필요합니다.
(2) PID 제어기의 선택 항온 제어 과정에서 PID 제어기는 A/D 변환기를 통해 진공 게이지의 측정값을 수집한 후 구동기(전동 니들 밸브, 압력 조절기, 가열 전원 공급 장치 등)에 제어 신호를 보냅니다. ) 계산 후 D/A 변환기를 통해. ). 이러한 이유로 진공 게이지의 고정밀도 및 제어 정확도를 전자식 공압식 유량 제어 밸브로 최대한 활용하고 조절할 수 있도록 하려면 A/D 및 D/A 변환기의 정밀도가 높을수록 최소 16비트가 더 좋습니다. 24비트 고정밀 PID 컨트롤러를 적극 권장합니다.
(3) 전압조정기의 배치 압력조정기는 진공압력센서와 컨트롤러, 밸브를 일체화한 압력제어장치이지만 진공압력센서의 정확도는 박막콘덴서에 비해 훨씬 떨어지며 컨트롤러의 정확도도 떨어진다. 상대적으로 낮습니다. 따라서 전압 조정기를 사용할 경우에는 외부 제어 모드, 즉 제어 센서로 박막 커패시터를 사용하는 모드를 선택해야 합니다.
또한, 레귤레이터 컨트롤러의 A/D 및 D/A 컨버터는 정밀도가 낮다는 점에 유의해야 합니다. 따라서 고정밀도, 안정성이 높은 상부 공기압 제어를 위해서는 특별히 제작된 고정밀도 전압 조정기를 사용하지 않는 한 압력 제어 모드를 권장하지 않습니다.
1. 소개
저온 유지 장치에서 극저온 매체(액체 헬륨 및 액체 질소 등)의 온도 변동의 주요 원인은 끓는 극저온 매체 상단의 압력(진공) 변화입니다. 따라서 극저온 매체 내부의 안정된 온도에 도달하기 위해서는 극저온 매체 상부의 공기압력을 정확하게 제어할 필요가 있습니다.
저온 유지 장치의 국제적 및 지역적 온도 제어는 대부분 다음과 같은 세 가지 기술적 접근 방식을 채택합니다.
(1) 능동 제어 방식: 가열 회로는 저온 매체에 담긴 진공 챔버로 직접 연결되며, 진공 챔버의 온도 실시간 모니터링 데이터는 목표 온도 값과 비교한 후 가열 회로에 추가되는 전류를 제어하는 데 사용됩니다. .
(2) 수동 제어 방식: 저온 매체 상단의 공기 압력을 제어하여 저온 매체의 온도를 안정화시킵니다.
(3) 복합 제어 방법: 위의 두 가지 제어 방법이 결합되어 가열 제어 회로가 저온 매체에 잠긴 진공 챔버로 직접 연결되고 저온 매체 이상의 공기 압력도 동시에 제어됩니다. 저항 가열 온도 제어 방법은 이미 매우 성숙한 기술입니다. 이 기사에서는 주로 저온 매체 상단의 압력 제어 방법에 중점을 두고 압력 제어 정확도가 저온 안정성에 미치는 영향과 고정밀 압력 제어의 구현 방법 및 구체적인 방식을 소개합니다.
2. 공기압 제어 정확도와 온도 안정성의 관계
액체수소를 예로 들면, 액체수소의 포화증기압과 그에 따른 온도 변화 곡선이 그림 1에 나와 있습니다.
그림 1에서 볼 수 있듯이 매우 작은 온도 범위에서 위 곡선은 직선으로 설명할 수 있으므로 약 4K의 온도 범위에서 얻을 수 있습니다. 약 100Pa의 기압 변동으로 인해 약 1mK의 온도 변동이 발생할 수 있습니다. 따라서 1mK 미만의 변동에 도달하면 공기압 변동은 100Pa를 초과할 수 없다고 간주할 수 있습니다.
3. 최고 공기압 제어의 세 가지 모드
극저온 매체 상단에는 일반적으로 저항 가열, 흐름 제어 및 압력 제어의 세 가지 공기압 제어 모드가 있습니다.
3.1 저항 가열 모드
저온 유지 장치의 항온 제어 과정에서 저항 가열 모드는 저항선 히터를 저온 매체에 배치하는 것입니다. 그림 2와 같이 진공 게이지는 상단 공기압의 변화를 감지하고 PID 컨트롤러는 가열 전류를 변경하여 상단 공기압을 조정 및 제어하여 상단 공기압을 설정 값으로 일정하게 유지합니다. 그림 2에서 알 수 있듯이 저항 가열 모드는 상단의 압력을 높이는 온도 제어 방법에 더 적합하지만 압력과 냉각을 줄일 수는 없습니다.
3.2 흐름 제어 모드
유량 제어 모드는 일반적인 감압 및 냉각 모드입니다. 그림 3에서 보는 바와 같이, 진공펌프는 일정 펌핑속도로 지속적으로 저온유지장치를 추출하여 상부공기압력을 감소시킨다. 진공 게이지, 전자식 공압 유량 제어 밸브 및 PID 컨트롤러는 폐쇄 루프 제어 루프를 형성합니다. FC 시리즈 전자 공압 유량 제어 밸브는 공기 흐름을 조정하여 진공도에서 최고 공기 압력을 정확하고 일정하게 유지합니다. 유량 제어 모드는 냉각 및 최고 기압을 낮추는 온도 제어 방법에 더 적합하지만 과급 및 난방에는 도달할 수 없음을 알 수 있습니다.
또한 유량 제어 모드에서는 진공 펌프의 연속 펌핑으로 인해 저온 매체의 비효율적인 소산이 더욱 심각해집니다.
FC 시리즈 전자 공압 유량 제어 밸브에 대한 자세한 내용을 보려면 다음 사이트를 방문하십시오.https://www.genndih.com/ko/proportional-flow-control-valve.htm
3.3 압력 제어 모드
압력 제어 모드는 압력을 높이거나 낮출 수 있는 온도 제어 모드입니다. 그림 4에서 볼 수 있듯이 진공 펌프를 채택하여 진공을 배출하는 것은 압력을 감소시키는 모드입니다. 부스터 펌프를 채택할 때 압력을 높이는 모드입니다. 넓은 온도 영역에서 지속적인 온도 제어에 도달할 수 있도록 합니다. 사용되는 비례 압력 조절기는 공기 흡입구(대기압)가 1개와 함께 제공됩니다. 진공 펌프와 결합하면 일정한 압력에서 최고 압력을 제어하면서 저온 매체의 비효율적인 대량 소실을 효과적으로 방지할 수 있습니다.
또한 여기서의 과급 방법은 저온 매체에 전기 히터를 추가함으로써 도달할 수도 있습니다.
4.추가 작업 세부정보
위의 세 가지 제어 모드를 구현하는 동안 다음 세부 사항에 특히 유의해야 합니다.
(1) 진공게이지의 선정 진공게이지는 상부 공기압력의 변화를 측정하는 센서입니다. 저온 유지 장치의 온도 제어 안정성을 결정하는 열쇠이므로 고정밀 진공 게이지를 선택하십시오. 현재 고정밀 진공 게이지는 일반적으로 용량성 필름 게이지이며 일반적인 전체 정확도는 0.2%입니다. 위에서 언급한 바와 같이 4K 부근의 액체수소의 정온제어 공정에서는 공기압 변동폭이 100Pa, ±50Pa를 넘지 않도록 요구된다. 100kPa의 공기압 제어에 해당하는 경우 진공 게이지의 정확도는 ±0.05%보다 높아야 합니다. 온도 변동이 1mK 미만인 일정한 온도 제어가 필요하다는 것을 알 수 있으며, 더 높은 정밀도의 진공 게이지도 필요합니다.
(2) PID 제어기의 선택 항온 제어 과정에서 PID 제어기는 A/D 변환기를 통해 진공 게이지의 측정값을 수집한 후 구동기(전동 니들 밸브, 압력 조절기, 가열 전원 공급 장치 등)에 제어 신호를 보냅니다. ) 계산 후 D/A 변환기를 통해. ). 이러한 이유로 진공 게이지의 고정밀도 및 제어 정확도를 전자식 공압식 유량 제어 밸브로 최대한 활용하고 조절할 수 있도록 하려면 A/D 및 D/A 변환기의 정밀도가 높을수록 최소 16비트가 더 좋습니다. 24비트 고정밀 PID 컨트롤러를 적극 권장합니다.
(3) 전압조정기의 배치 압력조정기는 진공압력센서와 컨트롤러, 밸브를 일체화한 압력제어장치이지만 진공압력센서의 정확도는 박막콘덴서에 비해 훨씬 떨어지며 컨트롤러의 정확도도 떨어진다. 상대적으로 낮습니다. 따라서 전압 조정기를 사용할 경우에는 외부 제어 모드, 즉 제어 센서로 박막 커패시터를 사용하는 모드를 선택해야 합니다.
또한, 레귤레이터 컨트롤러의 A/D 및 D/A 컨버터는 정밀도가 낮다는 점에 유의해야 합니다. 따라서 고정밀도, 안정성이 높은 상부 공기압 제어를 위해서는 특별히 제작된 고정밀도 전압 조정기를 사용하지 않는 한 압력 제어 모드를 권장하지 않습니다.