2022.02.24
Метод контроля уровня вакуума и температуры в перчаточном боксе
доля
БОЛЕЕ ДЕТАЛЬНО
Подробное руководство по методу контроля степени вакуума и температуры в перчаточном боксе
Аннотация: Чтобы достичь мощных функций перчаточного ящика для двух переменных окружающей среды: вакуума и температуры в перчаточном ящике. В этой статье основное внимание уделяется комплексному решению для точного измерения и контроля вакуума и температуры, а также описаны восходящие, нисходящие и двунаправленные методы. Также рассказывается о конкретном применении режима управления переключением в различных диапазонах степени вакуума и демонстрируется новый пропорциональный клапан регулирования расхода и 24-битный сверхточный ПИД-регулятор, используемый в управлении.
1. Вопросы
Вакуумные перчаточные боксы часто используются для легкоокисляющихся и расплывающихся веществ. Химические реакции, обработка материалов и тестирование производительности, требующие ручных операций в анаэробной и безводной среде, очень полезны. Основная функция перчаточного ящика заключается в обеспечении вакуумной среды и простоте использования, но в современных практических приложениях большинство перчаточных ящиков используют только анаэробную среду и функции ручного управления перчаточным ящиком и не обеспечивают полную мощность перчаточного ящика. Более мощное применение перчаточного ящика также отражается в следующих двух аспектах:
(1) Вакуумный перчаточный бокс представляет собой герметичный экологический бокс, а предельная степень вакуума обычно может достигать около 10 Па, так что степень вакуума в перчаточном боксе можно контролировать при любой заданной точке между 10 Па и атмосферным давлением по мере необходимости. Можно проводить различные химические реакции, эксперименты и тесты, чувствительные к вакууму; также можно выполнять различные ручные операции без изменения и разрушения вакуумной среды.
(2) Помимо вакуума, температура является еще одной важной переменной окружающей среды для многих реакций, экспериментов и тестов. Поместив соответствующее нагревательное устройство в перчаточный бокс, можно проводить различные экспериментальные исследования в условиях комбинированной температуры и степени вакуума. И так далее, другие условия окружающей среды, связанные с физическими величинами, также могут быть настроены для формирования условий испытаний на связь нескольких физических величин при различных граничных условиях. Чтобы добиться полной производительности вакуумного перчаточного бокса, основное внимание уделяется двум переменным окружающей среды: степени вакуума и температуре в перчаточном боксе. В этой статье подробно представлено интегрированное решение для точного измерения и контроля степени вакуума и температуры, а также представлены различные диапазоны степени вакуума для режимов управления вверх по потоку, вниз по потоку и двунаправленного управления в процессе управления вакуумом.
2. Контроль вакуумавбардачок
Перчаточный ящик относится к полости с низким вакуумом. Степень вакуума в перчаточном ящике с помощью механического насоса обычно может достигать абсолютного давления около 10 Па. Путем вакуумирования и наполнения инертным газом степень вакуума в перчаточном боксе можно регулировать от 10Па до одной атмосферы (абсолютное давление 0,1МПа). Для управления в таком диапазоне вакуума, охватывающем четыре порядка, будут использоваться датчики вакуума с различной точностью в зависимости от реальных потребностей и соответственно будут разные режимы управления. Ниже приводится конкретное содержание каждого режима управления.
2.1 Режим управления вверх по потоку
Как показано на рисунке 1, при условии, что скорость откачки последующего вакуумного насоса поддерживается постоянной. Режим управления на входе предназначен для регулировки открытия пропорционального клапана регулирования расхода впускного отверстия для воздуха на входе через ПИД-регулятор вакуумного давления в соответствии с сигналом измерения вакуумметра, то есть путем управления потоком на впуске для поддержания давления в перчаточном ящике на заданном уровне. . Режим восходящего потока часто используется для управления высоким вакуумом.
2.2 Режим управления нисходящим потоком
Как показано на рисунке 2, при условии, что скорость откачки последующего вакуумного насоса поддерживается постоянной, режим управления на выходе заключается в регулировке открытия пропорционального клапана регулирования расхода на выходе воздуха на выходе через ПИД-регулятор вакуумного давления в соответствии с сигналом измерения вакуумметр, то есть, контролируя скорость потока воздуха, давление в перчаточном баке поддерживается на заданном значении. Мы видим, что нисходящий режим часто используется для контроля низкого вакуума.
2.3ДвунаправленныйРежим управления
Вышеупомянутые режимы управления выше и ниже по потоку имеют свои преимущества и редко используются отдельно в практических приложениях. Как правило, режимы восходящего и нисходящего потока объединяются вместе, что представляет собой так называемый режим двунаправленного управления, как показано на рисунке 3. В режиме двунаправленного управления регулятор вакуумного давления должен иметь функции прямого и обратного управления. то есть обратное управление для пропорционального клапана регулирования расхода на входе и обратное управление для пропорционального клапана регулирования расхода на выходе.
2.4 Режим автоматического переключения двойного датчика
Как упоминалось выше, если точное измерение и контроль степени вакуума осуществляется в полном диапазоне 10 Па ~ 0,1 МПа, обычно необходимо автоматически настроить два высокоточных мембранных манометра 1000 Торр и 10 Торр с переключателем. Как показано на рисунке 4, верхняя точка переключения (2-3) — это верхняя точка, при которой работает датчик низкого вакуума, а нижняя точка переключения (1-2) — это нижняя точка, при которой работает датчик высокого вакуума. Контроллер выполняет расчет сглаживания между этими двумя точками. Когда непрерывный отбор проб при измерении низкого вакуума PV1 и измерении высокого вакуума PV2 ниже нижней точки переключения, происходит переключение на датчик грубого вакуума. Когда непрерывная выборка измеренного значения низкого вакуума PV1 и измеренного значения высокого вакуума PV2 превышает верхнюю точку переключения, происходит переключение на датчик высокого вакуума.
3. Выбор вакуумметра, клапана и контроллера.
3.1 Выбор датчика вакуума
Как и другие датчики, различные датчики вакуума также имеют определенный диапазон измерения и точность. Основное правило заключается в том, что датчик с широким диапазоном измерения имеет низкую точность; датчик с высокой точностью измерения имеет более узкий диапазон измерения. Для перчаточного бокса, как показано на рисунке 5, используемые вакуумные датчики обычно делятся на следующие три категории:
(1) Обычный вакуумметр: вакуумметр Пирани, точность составляет ±(15~50)% от полной шкалы, но один вакуумметр может покрыть всю шкалу.
(2) Высокоточный вакуумметр: диафрагменный манометр, точность составляет ± 2,5% от полной шкалы. Если он охватывает диапазон 10 Па ~ 0,1 МПа, обычно требуются два вакуумметра на 1000 Торр и 10 Торр.
(3) Сверхточный вакуумметр: полупроводниковый вакуумметр, точность составляет ± 0,05% от полной шкалы, эффективный диапазон составляет 50 Па ~ 0,1 МПа, что не позволяет охватить более высокий вакуум.
3.2 Выбор электрического клапана
В перчаточном ящике с вакуумным контролем обычно задействованы два типа клапанов: один — впускной клапан, регулирующий поток воздуха на впуске, а другой — выпускной клапан, регулирующий поток выхлопных газов. Клапаны впуска воздуха в основном используются для регулирования небольшого расхода, поэтому обычно выбирают игольчатые клапаны. Выпускные клапаны в основном используются для вакуумирования, поэтому обычно требуются шаровые краны большего диаметра. Из-за автоматического управления как игольчатые, так и шаровые клапаны должны управляться постоянным напряжением, постоянным током или цифровым сигналом (RS485), который представляет собой так называемый пропорциональный клапан регулирования расхода. Пропорциональный клапан регулирования расхода выбирает небольшой пропорциональный клапан регулирования расхода с шаговым двигателем, как показано на рисунке 6. Этот пропорциональный клапан регулирования расхода имеет высокую скорость срабатывания (в пределах 1 с) и линейность (в пределах 1%). Информацию о пропорциональном регулирующем клапане серии FC см. на страницеhttps://www.genndih.com/ru/proportional-flow-control-valve.htm
3.2 Выбор контроллера
Из приведенных выше различных режимов управления степенью вакуума перчаточного ящика видно, что процесс управления степенью вакуума выдвигает высокие требования к контроллеру. Как показано на рисунке 7, выбранный контроллер должен соответствовать следующим критериям:
(1) По крайней мере, это ПИД-регулятор и имеет функцию самонастройки ПИД-параметров.
(2) Точность самого вакуумметра высока. Чтобы в полной мере реализовать точность измерений вакуумметра, ПИД-регулятор, которому требуется сбор данных и управление, должен иметь высокую точность. Рекомендуется, чтобы контроллер имел 24-битный аналого-цифровой преобразователь и 16-битный цифро-аналоговый выход. (3) Требуется как минимум 2 канала для одновременного измерения и контроля температуры и степени вакуума, а также для уменьшения места для установки.
(4) Несколько функций доступа к входным сигналам, которые могут напрямую подключать входные сигналы различных типов датчиков, таких как термопара, термосопротивление, напряжение постоянного тока и т. д., для одновременного тестирования, отображения и управления различными параметрами.
(5) Функция прямого и обратного управления для достижения режима двустороннего управления.
(6) Благодаря функции переключения двойного датчика каждый канал может поддерживать переключение двойного датчика высокой и низкой температуры, а также высокого и низкого вакуума. Два канала могут образовывать комбинацию управления с четырьмя подключенными датчиками.
(7) Функция управления программой: вы можете самостоятельно создавать и сохранять несколько программ управления, и вам нужно только выбрать и вызвать их для запуска (режим управления программой).
(8) Он имеет интерфейс связи для подключения к компьютеру, например интерфейс RS485 стандартного протокола MODBUS.
4. Контроль температуры перчаточного ящика.
Помимо создания вакуумной среды, в перчаточном ящике также можно разместить нагревательное устройство для проведения различных экспериментов и испытаний при разных температурах, поэтому необходимо внедрить функцию контроля температуры в перчаточный ящик. Регулирование температуры — это очень зрелая и классическая технология, которая обычно реализуется с помощью ПИД-регулятора в сочетании с датчиком температуры. Чтобы снизить стоимость и объем установки, обычно используется многоканальный ПИД-регулятор для одновременного контроля температуры и степени вакуума. Контроллер взаимодействует с компьютером для отображения и хранения данных и кривых контроля измерений. Рабочая температура в перчаточном боксе, как правило, не должна быть слишком высокой, но если тепловая защита и охлаждение выполнены правильно, можно также достичь диапазона рабочих температур выше 1000°C. В качестве датчика измерения температуры обычно используется термопара. Если точность измерения высокая, можно также выбрать термосопротивление и термисторный датчик температуры. Эти датчики могут быть напрямую подключены к вышеупомянутому высокоточному ПИД-регулятору.
5. Вывод
Благодаря представлению вышеизложенного содержания в основном объясняются различные методы управления степенью вакуума и температурой в перчаточном ящике, а также основные датчики, пропорциональный клапан регулирования потока и ПИД-регуляторы. В конкретных приложениях могут быть внесены частичные улучшения в конкретную структуру и функцию перчаточного ящика, а также общая конструкция, установка и интеграция перчаточного ящика также могут быть выполнены в соответствии с фактическими требованиями.
Хотя в этой статье представлены только измерения и контроль степени вакуума и температуры в перчаточном боксе, эти методы и конкретное содержание реализации также могут быть расширены и применены для контроля параметров испытаний в других областях, которые более чувствительны к атмосферной среде, таких как низкая температура, геометрическая величина, оптика и акустика.
Аннотация: Чтобы достичь мощных функций перчаточного ящика для двух переменных окружающей среды: вакуума и температуры в перчаточном ящике. В этой статье основное внимание уделяется комплексному решению для точного измерения и контроля вакуума и температуры, а также описаны восходящие, нисходящие и двунаправленные методы. Также рассказывается о конкретном применении режима управления переключением в различных диапазонах степени вакуума и демонстрируется новый пропорциональный клапан регулирования расхода и 24-битный сверхточный ПИД-регулятор, используемый в управлении.
1. Вопросы
Вакуумные перчаточные боксы часто используются для легкоокисляющихся и расплывающихся веществ. Химические реакции, обработка материалов и тестирование производительности, требующие ручных операций в анаэробной и безводной среде, очень полезны. Основная функция перчаточного ящика заключается в обеспечении вакуумной среды и простоте использования, но в современных практических приложениях большинство перчаточных ящиков используют только анаэробную среду и функции ручного управления перчаточным ящиком и не обеспечивают полную мощность перчаточного ящика. Более мощное применение перчаточного ящика также отражается в следующих двух аспектах:
(1) Вакуумный перчаточный бокс представляет собой герметичный экологический бокс, а предельная степень вакуума обычно может достигать около 10 Па, так что степень вакуума в перчаточном боксе можно контролировать при любой заданной точке между 10 Па и атмосферным давлением по мере необходимости. Можно проводить различные химические реакции, эксперименты и тесты, чувствительные к вакууму; также можно выполнять различные ручные операции без изменения и разрушения вакуумной среды.
(2) Помимо вакуума, температура является еще одной важной переменной окружающей среды для многих реакций, экспериментов и тестов. Поместив соответствующее нагревательное устройство в перчаточный бокс, можно проводить различные экспериментальные исследования в условиях комбинированной температуры и степени вакуума. И так далее, другие условия окружающей среды, связанные с физическими величинами, также могут быть настроены для формирования условий испытаний на связь нескольких физических величин при различных граничных условиях. Чтобы добиться полной производительности вакуумного перчаточного бокса, основное внимание уделяется двум переменным окружающей среды: степени вакуума и температуре в перчаточном боксе. В этой статье подробно представлено интегрированное решение для точного измерения и контроля степени вакуума и температуры, а также представлены различные диапазоны степени вакуума для режимов управления вверх по потоку, вниз по потоку и двунаправленного управления в процессе управления вакуумом.
2. Контроль вакуумавбардачок
Перчаточный ящик относится к полости с низким вакуумом. Степень вакуума в перчаточном ящике с помощью механического насоса обычно может достигать абсолютного давления около 10 Па. Путем вакуумирования и наполнения инертным газом степень вакуума в перчаточном боксе можно регулировать от 10Па до одной атмосферы (абсолютное давление 0,1МПа). Для управления в таком диапазоне вакуума, охватывающем четыре порядка, будут использоваться датчики вакуума с различной точностью в зависимости от реальных потребностей и соответственно будут разные режимы управления. Ниже приводится конкретное содержание каждого режима управления.
2.1 Режим управления вверх по потоку
Как показано на рисунке 1, при условии, что скорость откачки последующего вакуумного насоса поддерживается постоянной. Режим управления на входе предназначен для регулировки открытия пропорционального клапана регулирования расхода впускного отверстия для воздуха на входе через ПИД-регулятор вакуумного давления в соответствии с сигналом измерения вакуумметра, то есть путем управления потоком на впуске для поддержания давления в перчаточном ящике на заданном уровне. . Режим восходящего потока часто используется для управления высоким вакуумом.
2.2 Режим управления нисходящим потоком
Как показано на рисунке 2, при условии, что скорость откачки последующего вакуумного насоса поддерживается постоянной, режим управления на выходе заключается в регулировке открытия пропорционального клапана регулирования расхода на выходе воздуха на выходе через ПИД-регулятор вакуумного давления в соответствии с сигналом измерения вакуумметр, то есть, контролируя скорость потока воздуха, давление в перчаточном баке поддерживается на заданном значении. Мы видим, что нисходящий режим часто используется для контроля низкого вакуума.
2.3ДвунаправленныйРежим управления
Вышеупомянутые режимы управления выше и ниже по потоку имеют свои преимущества и редко используются отдельно в практических приложениях. Как правило, режимы восходящего и нисходящего потока объединяются вместе, что представляет собой так называемый режим двунаправленного управления, как показано на рисунке 3. В режиме двунаправленного управления регулятор вакуумного давления должен иметь функции прямого и обратного управления. то есть обратное управление для пропорционального клапана регулирования расхода на входе и обратное управление для пропорционального клапана регулирования расхода на выходе.
2.4 Режим автоматического переключения двойного датчика
Как упоминалось выше, если точное измерение и контроль степени вакуума осуществляется в полном диапазоне 10 Па ~ 0,1 МПа, обычно необходимо автоматически настроить два высокоточных мембранных манометра 1000 Торр и 10 Торр с переключателем. Как показано на рисунке 4, верхняя точка переключения (2-3) — это верхняя точка, при которой работает датчик низкого вакуума, а нижняя точка переключения (1-2) — это нижняя точка, при которой работает датчик высокого вакуума. Контроллер выполняет расчет сглаживания между этими двумя точками. Когда непрерывный отбор проб при измерении низкого вакуума PV1 и измерении высокого вакуума PV2 ниже нижней точки переключения, происходит переключение на датчик грубого вакуума. Когда непрерывная выборка измеренного значения низкого вакуума PV1 и измеренного значения высокого вакуума PV2 превышает верхнюю точку переключения, происходит переключение на датчик высокого вакуума.
3. Выбор вакуумметра, клапана и контроллера.
3.1 Выбор датчика вакуума
Как и другие датчики, различные датчики вакуума также имеют определенный диапазон измерения и точность. Основное правило заключается в том, что датчик с широким диапазоном измерения имеет низкую точность; датчик с высокой точностью измерения имеет более узкий диапазон измерения. Для перчаточного бокса, как показано на рисунке 5, используемые вакуумные датчики обычно делятся на следующие три категории:
(1) Обычный вакуумметр: вакуумметр Пирани, точность составляет ±(15~50)% от полной шкалы, но один вакуумметр может покрыть всю шкалу.
(2) Высокоточный вакуумметр: диафрагменный манометр, точность составляет ± 2,5% от полной шкалы. Если он охватывает диапазон 10 Па ~ 0,1 МПа, обычно требуются два вакуумметра на 1000 Торр и 10 Торр.
(3) Сверхточный вакуумметр: полупроводниковый вакуумметр, точность составляет ± 0,05% от полной шкалы, эффективный диапазон составляет 50 Па ~ 0,1 МПа, что не позволяет охватить более высокий вакуум.
3.2 Выбор электрического клапана
В перчаточном ящике с вакуумным контролем обычно задействованы два типа клапанов: один — впускной клапан, регулирующий поток воздуха на впуске, а другой — выпускной клапан, регулирующий поток выхлопных газов. Клапаны впуска воздуха в основном используются для регулирования небольшого расхода, поэтому обычно выбирают игольчатые клапаны. Выпускные клапаны в основном используются для вакуумирования, поэтому обычно требуются шаровые краны большего диаметра. Из-за автоматического управления как игольчатые, так и шаровые клапаны должны управляться постоянным напряжением, постоянным током или цифровым сигналом (RS485), который представляет собой так называемый пропорциональный клапан регулирования расхода. Пропорциональный клапан регулирования расхода выбирает небольшой пропорциональный клапан регулирования расхода с шаговым двигателем, как показано на рисунке 6. Этот пропорциональный клапан регулирования расхода имеет высокую скорость срабатывания (в пределах 1 с) и линейность (в пределах 1%). Информацию о пропорциональном регулирующем клапане серии FC см. на страницеhttps://www.genndih.com/ru/proportional-flow-control-valve.htm
3.2 Выбор контроллера
Из приведенных выше различных режимов управления степенью вакуума перчаточного ящика видно, что процесс управления степенью вакуума выдвигает высокие требования к контроллеру. Как показано на рисунке 7, выбранный контроллер должен соответствовать следующим критериям:
(1) По крайней мере, это ПИД-регулятор и имеет функцию самонастройки ПИД-параметров.
(2) Точность самого вакуумметра высока. Чтобы в полной мере реализовать точность измерений вакуумметра, ПИД-регулятор, которому требуется сбор данных и управление, должен иметь высокую точность. Рекомендуется, чтобы контроллер имел 24-битный аналого-цифровой преобразователь и 16-битный цифро-аналоговый выход. (3) Требуется как минимум 2 канала для одновременного измерения и контроля температуры и степени вакуума, а также для уменьшения места для установки.
(4) Несколько функций доступа к входным сигналам, которые могут напрямую подключать входные сигналы различных типов датчиков, таких как термопара, термосопротивление, напряжение постоянного тока и т. д., для одновременного тестирования, отображения и управления различными параметрами.
(5) Функция прямого и обратного управления для достижения режима двустороннего управления.
(6) Благодаря функции переключения двойного датчика каждый канал может поддерживать переключение двойного датчика высокой и низкой температуры, а также высокого и низкого вакуума. Два канала могут образовывать комбинацию управления с четырьмя подключенными датчиками.
(7) Функция управления программой: вы можете самостоятельно создавать и сохранять несколько программ управления, и вам нужно только выбрать и вызвать их для запуска (режим управления программой).
(8) Он имеет интерфейс связи для подключения к компьютеру, например интерфейс RS485 стандартного протокола MODBUS.
4. Контроль температуры перчаточного ящика.
Помимо создания вакуумной среды, в перчаточном ящике также можно разместить нагревательное устройство для проведения различных экспериментов и испытаний при разных температурах, поэтому необходимо внедрить функцию контроля температуры в перчаточный ящик. Регулирование температуры — это очень зрелая и классическая технология, которая обычно реализуется с помощью ПИД-регулятора в сочетании с датчиком температуры. Чтобы снизить стоимость и объем установки, обычно используется многоканальный ПИД-регулятор для одновременного контроля температуры и степени вакуума. Контроллер взаимодействует с компьютером для отображения и хранения данных и кривых контроля измерений. Рабочая температура в перчаточном боксе, как правило, не должна быть слишком высокой, но если тепловая защита и охлаждение выполнены правильно, можно также достичь диапазона рабочих температур выше 1000°C. В качестве датчика измерения температуры обычно используется термопара. Если точность измерения высокая, можно также выбрать термосопротивление и термисторный датчик температуры. Эти датчики могут быть напрямую подключены к вышеупомянутому высокоточному ПИД-регулятору.
5. Вывод
Благодаря представлению вышеизложенного содержания в основном объясняются различные методы управления степенью вакуума и температурой в перчаточном ящике, а также основные датчики, пропорциональный клапан регулирования потока и ПИД-регуляторы. В конкретных приложениях могут быть внесены частичные улучшения в конкретную структуру и функцию перчаточного ящика, а также общая конструкция, установка и интеграция перчаточного ящика также могут быть выполнены в соответствии с фактическими требованиями.
Хотя в этой статье представлены только измерения и контроль степени вакуума и температуры в перчаточном боксе, эти методы и конкретное содержание реализации также могут быть расширены и применены для контроля параметров испытаний в других областях, которые более чувствительны к атмосферной среде, таких как низкая температура, геометрическая величина, оптика и акустика.