Автоматизированная барометрическая камера для энтомологических экспериментов: точное контрольное решение положительного и отрицательного давления

1. Почему окружающая среда влияет на насекомых?

Среда, в которой обитают различные организмы, влияет и меняет их образ жизни. Эти условия окружающей среды в основном включают такие факторы, как ветер, дождь, состав почвы, радиация, температура и атмосферное давление. Многочисленные исследования показали, что неблагоприятные погодные условия, часто связанные с изменением атмосферного давления, могут влиять на размножение, питание и среду обитания. Другими факторами являются поведение насекомых. Давление воздуха влияет на полет, нерест, паразитизм, спаривание и пение.

Для изучения корреляции между моделями поведения насекомых и давлением воздуха в настоящее время широко используется метод наблюдения и записи в естественных условиях, который имеет такие проблемы, как низкая эффективность, длинный цикл и неточность.

В некоторых лабораториях используются камеры давления воздуха с ручным управлением, но существуют такие проблемы, как неточный контроль давления воздуха, невозможность точно имитировать процесс медленного изменения естественного давления в течение длительного времени, а диапазон контролируемого изменения давления воздуха очень узок. Недавно один из наших клиентов надеется автоматически контролировать положительное и отрицательное давление в камере воздушного давления, используемой для исследования насекомых. Конкретные требования заключаются в следующем:

1. Диапазон регулирования давления воздуха: на основе стандартного атмосферного давления он может обеспечить точный контроль давления воздуха в камере воздушного давления в диапазоне положительного и отрицательного давления. То есть абсолютное давление в камере воздушного давления можно точно контролировать в диапазоне 90–110 кПа.
2. Форма управления давлением воздуха: он может автоматически моделировать процесс медленного изменения естественного атмосферного давления, что означает, что изменением давления воздуха можно управлять в соответствии с произвольно установленным направлением и скоростью изменения. Давление воздуха может быть точным и постоянным в любой заданной точке. Одним словом, весь процесс изменения давления воздуха можно точно контролировать в соответствии с произвольно заданной формой ломаной линии.
3. Точность регулирования давления воздуха: в диапазоне 90–110 кПа точность регулирования при любом давлении составляет менее ± 0,1%.

Чтобы удовлетворить вышеуказанные требования, выдвинутые клиентами, в этой статье будет предложено соответствующее высокоточное решение для программного управления давлением воздуха. В решении будет использован метод динамического баланса газа внутри и снаружи закрытого контейнера, будут использоваться газовые баллоны высокого давления в качестве источника газа высокого давления, вакуумный насос для откачки, а также будет использоваться двухканальный программный контроллер вакуумного давления для сбора данных датчиков давления. и одновременно контролировать открытие впускного и выпускного отверстийПропорциональный регулятор давления. Таким образом, можно достичь точного управления и долгосрочной стабильной работы любой программы изменения заданного давления.

2. Как решить проблему?

Из приведенных выше требований, выдвинутых заказчиком, видно, что регулирование давления воздушной камеры для изучения поведения насекомых является типичной задачей автоматического регулирования положительного и отрицательного давления.
Этот автоматический контроль положительного и отрицательного давления должен решить следующие проблемы:

1. Как образуется положительное давление (давление) и отрицательное давление (вакуум)
2. Методы автоматического контроля положительного и отрицательного давления и приборы контроля
3. Выбор датчика давления
4. Выбор пропорционального регулятора давления

Для решения вышеуказанных проблем конкретное решение, предложенное в этой статье, показано на рисунке 1.

Во-первых, решение использует метод динамической балансировки для создания положительного и отрицательного давления в воздушной камере. Как показано на рисунке 1, источник газа высокого давления расположен на конце впуска воздуха с левой стороны камеры воздушного давления. Вакуумный насос расположен на конце выхода воздуха с правой стороны камеры воздушного давления. Если поток всасываемого воздуха превышает поток выхлопных газов, будет формироваться положительное и отрицательное давление. Затем поток впускного и выпускного воздуха регулируется впускными и выпускными клапанами.

Регулировка и контроль положительного и отрицательного давления воздушной камеры представляют собой типичный случай управления с разделенным диапазоном. Выход одного регулятора используется для одновременного управления несколькими исполнительными механизмами с разными рабочими диапазонами. Регулятор здесьПропорциональный регулятор давления KAOLUпоказано на рисунке 1, а приводами с разными рабочими диапазонами являются впускной клапан и выпускной клапан.

Видно, чтоПропорциональный регулятор давленияТребуется наличие функции управления разделенным диапазоном.Пропорциональный регулятор давлениянеобходимо иметь функцию одновременной регулировки открытия впускного и выпускного клапана для разных рабочих диапазонов (диапазон положительного давления или диапазона отрицательного давления)

Кроме того, для обеспечения точности управления выбранПропорциональный регулятор давленияпредставляет собой ПИД-регулятор сверхвысокой точности с 24-битным АЦП и 16-битным DA-преобразователем, а также арифметическими функциями двойной точности с плавающей запятой, а минимальный процент выходного сигнала может достигать 0,01%.

Чтобы изменение давления в воздушной напорной камере достигало точности регулирования, предложенной заказчиком, необходимо также подобрать высокоточный датчик давления. Если необходимо достичь точности регулирования ±0,1%, точность измерения датчика давления должна достигать ±0,05%. Точно так же точность регулирования давления также зависит от точности регулировки и скорости срабатывания клапанов впуска и выпуска воздуха.

Для камер давления воздуха, используемых в энтомологических экспериментах с меньшими объемами, клапаны должны иметь сверхвысокую скорость срабатывания. Здесь мы используемKAOLU Пропорциональный регулятор давленияприводится в движение шаговым двигателем. Полная скорость открытияПропорциональный регулятор давлениясоставляет 0,8 секунды, со сверхнизкой скоростью утечки вакуума и сопротивлением положительному давлению 7 бар. СерииПропорциональный регулятор давленияДоступны порты разного диаметра для установки автоматических камер давления воздуха различных характеристик и размеров. Самое главное, чтоПропорциональный регулятор давленияможет напрямую управляться аналоговым сигналом 0–10 В, 4–20 мА или RS485 и имеет высокую линейность, повторяемость и высокую скорость.

После вышеуказанного выбора и настройки, согласно решению, показанному на рисунке 1, настроенныйПропорциональный регулятор давленияпоказано на рисунке 2.Пропорциональный регулятор давленияпоказанный на рисунке 2, представляет собой интегрированный прибор, и все компоненты, включая числовойПропорциональный регулятор давления, контроллер, источник питания и т. д. интегрированы и установлены в контроллер. На обеих сторонах контроллера имеются вставные разъемы для подключения воздушного/воздушного насоса. На задней панели контроллера имеется быстросъемный разъем для подключения входа/выхода воздуха из камеры давления воздуха. Также имеются специальные интерфейсы для подключения датчика давления, связи с компьютером и рабочего источника питания.

Датчик давления установлен непосредственно на боковой стенке камеры давления воздуха во внешней форме, что позволяет более точно определять изменение вакуумного давления в камере давления воздуха. Сигнальные и силовые провода от датчика давления подключаются к соответствующим разъемам на задней панели регулятора вакуумного давления. Эта форма внешнего датчика давления более расширяема, и различные датчики давления могут быть выбраны в соответствии с диапазоном регулирования вакуумного давления различных воздушных камер или герметичных контейнеров, и их легко заменить и установить.

Компьютерная связь использует интерфейс RS 485 со стандартным протоколом MODBUS, поэтому его можно подключить к компьютеру. С помощью управляющего программного обеспечения, поставляемого с ПИД-регулятором, компьютер может напрямую управлять ПИД-регулятором и использовать программный интерфейс для настройки и запуска программы управления, а также собирать, хранить и отображать всю кривую результатов процесса управления.

3. Заключение

Являясь стандартным инструментом контроля вакуумного давления, вышеупомянутое решение для прецизионного контроля положительного и отрицательного давления не только отвечает требованиям автоматических камер давления воздуха для энтомологических экспериментов, но также имеет широкую применимость и масштабируемость, что в основном отражается в следующих нескольких аспектах:

1. Можно осуществлять контроль вакуумного давления в более широком диапазоне, диапазон регулирования абсолютного давления может охватывать 0,1 Па ~ 0,5 МПа, и он имеет очень широкий диапазон регулирования положительного и отрицательного давления.
2. В диапазоне положительного и отрицательного давления могут быть достигнуты различные формы управления, такие как раздельный контроль положительного давления, отдельный контроль отрицательного давления (степени вакуума) и непрерывный контроль положительного и отрицательного давления. Все элементы управления могут управляться с помощью фиксированных точек или с помощью автоматического управления программами программирования полилиний.
3. Дополнительные функции могут быть расширены, например, контроль давления воздуха в различных газах или газовых смесях с различным содержанием газа, а также могут использоваться для одновременного управления другими переменными окружающей среды, такими как температура, влажность и освещенность.

Короче говоря, стандартизированный контроллер вакуумного давления может соответствовать программному управлению давлением в различных лабораторных воздушных камерах и имеет точность управления более ± 0,1%. В то же время,Пропорциональный регулятор давления KAOLUтакже подходит для точного контроля давления воздуха в различных вакуумных сосудах под давлением (таких как климатические камеры, камеры для испытаний на климатические условия, печи с вакуумной атмосферой, вакуумные сушильные шкафы, ротационные испарители, прецизионные низкотемпературные контейнеры, печи для сублимационной сушки и различные спектрометры и т. д.). ) Это может значительно повысить степень автоматизации и точность управления.

Хотите узнать больше оПропорциональный регулятор давления KAOLU? Посетите наш сайт для получения более подробной информации!