2022.03.10
Точный контроль температуры и давления в процессе вакуумной концентрации с помощью нового ПИД-регулятора и быстрого электрического игольчатого клапана
доля
БОЛЕЕ ДЕТАЛЬНО
Точный контроль температуры и давления в процессе вакуумной концентрации с помощью нового ПИД-регулятора и быстрого электрического игольчатого клапана
Аннотация: В процессе вакуумного концентрирования основными регулирующими параметрами являются температура и давление концентрирования. В этой статье рассматривается подробный подход к повышению низкой точности и больших колебаний давления в современных приборах и оборудовании для концентрации, а также предлагается новый двухканальный сверхвысокоточный многофункциональный ПИД-регулятор и высокоскоростной электронный игольчатый клапан для достижения целевая температура в процессе концентрации.
1. Вопрос
Принцип работы вакуумной концентрации заключается в использовании технологии вакуума и нагрева для быстрого испарения растворителя в образце и его концентрации или в системе сухого образца при быстрой лиофилизации, центробежном концентрировании и ротационном испарении. Поскольку разные образцы имеют разное значение энтропии по отношению к температуре и существует сильная корреляция между давлением и температурой, возможность точного контроля температуры и давления концентрации в процессе вакуумной концентрации стала наиболее важным вопросом для пользователей. В обычно используемом в настоящее время вакуумном концентрационном оборудовании все еще существуют следующие проблемы:
(1) Точность измерения и контроля давления, как правило, невысока, особенно в случае низкого давления, что в основном связано с недостаточной точностью датчиков, используемых контроллерами. Точность регулирования давления невысока и окажет серьезное влияние на температуру.
(2) В приборах и оборудовании для концентрации обычно применяется метод контроля давления на выходе, то есть между контейнером и вакуумным насосом устанавливается электронный игольчатый клапан для контроля скорости выхлопа контейнера в режиме реального времени. Этот метод ниже по потоку подходит для точного контроля более высоких давлений, но трудно добиться стабильного и точного контроля при низких давлениях ниже 10 мбар.
(3) В настоящее время в подавляющем большинстве электронных игольчатых клапанов используются электрические приводы, а время от закрытия до полного открытия обычно составляет более 10 секунд. При таком серьёзном гистерезисе сложно обеспечить точность регулирования и стабильность скорости регулировки клапана.
(4) Из-за выделения двухфазной воды и пара в процессе концентрирования среда часто бывает коррозионной, что предъявляет высокие требования к коррозионной стойкости нижнего регулирующего клапана.
2. Решение
2.1 Использование высокоточного датчика давления
В процессе вакуумной концентрации датчик давления должен гарантировать, что весь процесс концентрации находится под контролем. Настоятельно рекомендуется использовать высокоточный датчик давления, чтобы обеспечить измерение степени вакуума, количества и точности контроля. В общем процессе контроля вакуума в основном используется механический вакуумный насос, который при низком давлении (абсолютном давлении) не превышает 0,01 мбар, а при высоком давлении может достигать давления, близкого к одному атмосферному, поэтому для высоких значений рекомендуется использовать емкостные пленочные манометры. -прецизионные датчики давления, как показано на рисунке 1. Абсолютная точность измерения может достигать ±0,2%. Если диапазон давления, используемый прибором и оборудованием для концентрации, относительно широк, рекомендуется использовать два датчика с разными диапазонами, например 10 Торр и 1000 Торр. Если используются другие типы вакуумных датчиков, это требует определенной степени точности.
2.2 Использование высокоточного двухканального ПИД-регулятора
При измерении и контроле вакуумного давления, чтобы в полной мере использовать точность измерения вышеупомянутого мембранного манометра, требуются как минимум 16-битные аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи для сбора данных и управления контроллером. . В настоящее время выпущен унифицированный ПИД-регулятор с точностью измерения и регулирования 24 бита, как показано на рисунке 2. Для управления процессом концентрации вакуума данная серия ПИД-регуляторов имеет следующие характеристики:
(1) Высокая точность: 24-битный аналого-цифровой сигнал, 16-битный цифро-аналоговый выход.
(2) Многоканальный: независимые 1-канальный и 2-канальный. 2-канальный может обеспечить одновременное измерение и контроль температуры и давления.
(3) Многофункциональность: 47 видов входных сигналов (термопара, термосопротивление, напряжение постоянного тока) позволяют одновременно тестировать, отображать и контролировать различные параметры. Также может выполнять прямое и обратное управление (режим двустороннего управления).
(4) ПИД-регулирование: улучшенный ПИД-алгоритм может поддерживать дифференциальное управление PV и дифференциальное опережающее управление. Имеется 20 групп групповых PID.
(5) Переключение двух датчиков: каждый канал может поддерживать переключение двух датчиков высокой и низкой температуры, а также высокого и низкого вакуума. Два канала могут образовывать комбинацию управления с четырьмя подключенными датчиками.
(6) Программное управление: можно установить и сохранить до 20 видов программ концентрации. При концентрации просто выберите и позвоните для запуска (режим управления программой).
2.3 Увеличение контроля над воздухозаборником вверх по потоку и режим двустороннего управления
Распространенный в настоящее время режим управления на выходе больше подходит для процесса концентрации, где давление близко к атмосферному давлению, но для процесса концентрации с низким давлением ниже 10 мбар необходимо ввести режим управления забором воздуха на входе, то есть увеличить впускной канал при концентрации. контейнер и контролируйте забор воздуха через электронный игольчатый клапан. Поток воздухозаборника воздушного канала можно использовать для достижения точного контроля давления.
Как показано на рисунке 3, в настоящее время доступны электронные игольчатые клапаны местного производства с различными скоростями потока. В сочетании с расположенным ниже по потоку вакуумным насосом можно обеспечить точный контроль высокого вакуума (низкого давления) в режиме выше по потоку. Чтобы одновременно обеспечить точный контроль полной шкалы низкого и высокого давления, можно использовать двойной датчик и режим двустороннего управления, как показано на рисунке 4. В режиме управления, показанном на рисунке 4, необходимо использовать функции прямого и обратного управления, а также функции автоматического переключения с двумя датчиками вышеупомянутого двухканального контроллера серии VPC-2021, то есть во время различных процессов управления давлением воздуха Контроллер автоматически переключает соответствующий диапазон вакуумметра и выбирает соответствующий электронный игольчатый клапан и высокоскоростной электрический шаровой клапан для управления.
2.4 Использование высокоскоростного электронного игольчатого клапана
Так называемый высокоскоростной клапан обычно означает, что время действия электронного игольчатого клапана от полностью закрытого до открытого составляет менее 1 с, что очень важно для контроля расхода газа и давления. Быстрое реагирование системы контроля давления воздуха, особенно в процессе вакуумной концентрации, может обеспечить точность, безопасность и увеличить скорость испарения концентрации.
В настоящее время разработаны локализованные высокоскоростные электронные игольчатые клапаны, как показано на рисунке 5. Миниатюрные высокоскоростные клапаны серии FC представляют собой модернизированные изделия широко используемых в настоящее время электрических дроссельных заслонок. В сочетании с контроллером температуры/давления серии VPC2021 он может сформировать быструю и точную систему управления вакуумным давлением с замкнутым контуром. Пожалуйста, посетитеhttps://www.genndih.com/ru/proportional-flow-control-valve.htm
2.5 Использование регулятора вакуума
В современных вакуумных концентрационных приборах и оборудовании концентрирование происходит в герметичном контейнере. Вакуумный насос используется для откачивания воздуха из герметичного контейнера, а давление воздуха в герметичном контейнере можно поддерживать постоянным на заданном значении, регулируя скорость потока воздуха. Это типичный режим постоянного давления типа управления потоком. Этот метод регулирования давления с управлением потоком эквивалентен методу управления с разомкнутым контуром. Внутри контейнера находится самогенерирующийся газ, и самогенерирующийся газ не имеет очевидной закономерности (например, изменения линейности), что вредно для точного контроля внутреннего давления контейнера. Для этого типа регулирования давления с управлением потоком, как показано на рисунке 2, в передней части контейнера для концентрации добавляется канал воздухозаборника, а поток воздуха на впуске регулируется для контроля внутреннего вакуума контейнера до стабильного заданного значения.
Для некоторых вакуумно-концентрационных приборов и оборудования не допускается добавлять дополнительные воздухозаборные каналы, и здесь можно использовать регулятор давления, показанный на рисунке 6.
Электронный регулятор вакуума фактически представляет собой интегрированный блок со встроенным датчиком вакуумного давления, микроконтроллером, камерой и двумя электронными игольчатыми клапанами. В процессе контроля вакуумного давления встроенный датчик измеряет давление в камере. Если давление меньше заданного значения, клапан на впускном отверстии для воздуха будет открыт до тех пор, пока оно не станет равным заданному значению. Если давление превышает заданное значение, клапан выпускного отверстия будет открыт до тех пор, пока оно не станет равным заданному значению. Оно должно обеспечивать, чтобы давление в камере всегда поддерживалось на заданном значении, а полость регулятора сообщалась с емкостью-концентратором, то есть давление в полости регулятора всегда было равным давлению в емкости-концентраторе.
Видно, что регулятор давления представляет собой независимый регулятор вакуумного давления с собственным клапаном впуска воздуха. Как показано на рисунке 6, регулятор давления с управлением по давлению также можно подключить к внешнему датчику, а заданное значение можно установить вручную или с помощью ПИД-регулятора. Для получения дополнительной информации об электронном регуляторе вакуума посетитеhttps://www.genndih.com/ru/пропорциональный-давление-регулятор/Electronic-Vacuum-Regulator-1-0bar.html
Аннотация: В процессе вакуумного концентрирования основными регулирующими параметрами являются температура и давление концентрирования. В этой статье рассматривается подробный подход к повышению низкой точности и больших колебаний давления в современных приборах и оборудовании для концентрации, а также предлагается новый двухканальный сверхвысокоточный многофункциональный ПИД-регулятор и высокоскоростной электронный игольчатый клапан для достижения целевая температура в процессе концентрации.
1. Вопрос
Принцип работы вакуумной концентрации заключается в использовании технологии вакуума и нагрева для быстрого испарения растворителя в образце и его концентрации или в системе сухого образца при быстрой лиофилизации, центробежном концентрировании и ротационном испарении. Поскольку разные образцы имеют разное значение энтропии по отношению к температуре и существует сильная корреляция между давлением и температурой, возможность точного контроля температуры и давления концентрации в процессе вакуумной концентрации стала наиболее важным вопросом для пользователей. В обычно используемом в настоящее время вакуумном концентрационном оборудовании все еще существуют следующие проблемы:
(1) Точность измерения и контроля давления, как правило, невысока, особенно в случае низкого давления, что в основном связано с недостаточной точностью датчиков, используемых контроллерами. Точность регулирования давления невысока и окажет серьезное влияние на температуру.
(2) В приборах и оборудовании для концентрации обычно применяется метод контроля давления на выходе, то есть между контейнером и вакуумным насосом устанавливается электронный игольчатый клапан для контроля скорости выхлопа контейнера в режиме реального времени. Этот метод ниже по потоку подходит для точного контроля более высоких давлений, но трудно добиться стабильного и точного контроля при низких давлениях ниже 10 мбар.
(3) В настоящее время в подавляющем большинстве электронных игольчатых клапанов используются электрические приводы, а время от закрытия до полного открытия обычно составляет более 10 секунд. При таком серьёзном гистерезисе сложно обеспечить точность регулирования и стабильность скорости регулировки клапана.
(4) Из-за выделения двухфазной воды и пара в процессе концентрирования среда часто бывает коррозионной, что предъявляет высокие требования к коррозионной стойкости нижнего регулирующего клапана.
2. Решение
2.1 Использование высокоточного датчика давления
В процессе вакуумной концентрации датчик давления должен гарантировать, что весь процесс концентрации находится под контролем. Настоятельно рекомендуется использовать высокоточный датчик давления, чтобы обеспечить измерение степени вакуума, количества и точности контроля. В общем процессе контроля вакуума в основном используется механический вакуумный насос, который при низком давлении (абсолютном давлении) не превышает 0,01 мбар, а при высоком давлении может достигать давления, близкого к одному атмосферному, поэтому для высоких значений рекомендуется использовать емкостные пленочные манометры. -прецизионные датчики давления, как показано на рисунке 1. Абсолютная точность измерения может достигать ±0,2%. Если диапазон давления, используемый прибором и оборудованием для концентрации, относительно широк, рекомендуется использовать два датчика с разными диапазонами, например 10 Торр и 1000 Торр. Если используются другие типы вакуумных датчиков, это требует определенной степени точности.
2.2 Использование высокоточного двухканального ПИД-регулятора
При измерении и контроле вакуумного давления, чтобы в полной мере использовать точность измерения вышеупомянутого мембранного манометра, требуются как минимум 16-битные аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи для сбора данных и управления контроллером. . В настоящее время выпущен унифицированный ПИД-регулятор с точностью измерения и регулирования 24 бита, как показано на рисунке 2. Для управления процессом концентрации вакуума данная серия ПИД-регуляторов имеет следующие характеристики:
(1) Высокая точность: 24-битный аналого-цифровой сигнал, 16-битный цифро-аналоговый выход.
(2) Многоканальный: независимые 1-канальный и 2-канальный. 2-канальный может обеспечить одновременное измерение и контроль температуры и давления.
(3) Многофункциональность: 47 видов входных сигналов (термопара, термосопротивление, напряжение постоянного тока) позволяют одновременно тестировать, отображать и контролировать различные параметры. Также может выполнять прямое и обратное управление (режим двустороннего управления).
(4) ПИД-регулирование: улучшенный ПИД-алгоритм может поддерживать дифференциальное управление PV и дифференциальное опережающее управление. Имеется 20 групп групповых PID.
(5) Переключение двух датчиков: каждый канал может поддерживать переключение двух датчиков высокой и низкой температуры, а также высокого и низкого вакуума. Два канала могут образовывать комбинацию управления с четырьмя подключенными датчиками.
(6) Программное управление: можно установить и сохранить до 20 видов программ концентрации. При концентрации просто выберите и позвоните для запуска (режим управления программой).
2.3 Увеличение контроля над воздухозаборником вверх по потоку и режим двустороннего управления
Распространенный в настоящее время режим управления на выходе больше подходит для процесса концентрации, где давление близко к атмосферному давлению, но для процесса концентрации с низким давлением ниже 10 мбар необходимо ввести режим управления забором воздуха на входе, то есть увеличить впускной канал при концентрации. контейнер и контролируйте забор воздуха через электронный игольчатый клапан. Поток воздухозаборника воздушного канала можно использовать для достижения точного контроля давления.
Как показано на рисунке 3, в настоящее время доступны электронные игольчатые клапаны местного производства с различными скоростями потока. В сочетании с расположенным ниже по потоку вакуумным насосом можно обеспечить точный контроль высокого вакуума (низкого давления) в режиме выше по потоку. Чтобы одновременно обеспечить точный контроль полной шкалы низкого и высокого давления, можно использовать двойной датчик и режим двустороннего управления, как показано на рисунке 4. В режиме управления, показанном на рисунке 4, необходимо использовать функции прямого и обратного управления, а также функции автоматического переключения с двумя датчиками вышеупомянутого двухканального контроллера серии VPC-2021, то есть во время различных процессов управления давлением воздуха Контроллер автоматически переключает соответствующий диапазон вакуумметра и выбирает соответствующий электронный игольчатый клапан и высокоскоростной электрический шаровой клапан для управления.
2.4 Использование высокоскоростного электронного игольчатого клапана
Так называемый высокоскоростной клапан обычно означает, что время действия электронного игольчатого клапана от полностью закрытого до открытого составляет менее 1 с, что очень важно для контроля расхода газа и давления. Быстрое реагирование системы контроля давления воздуха, особенно в процессе вакуумной концентрации, может обеспечить точность, безопасность и увеличить скорость испарения концентрации.
В настоящее время разработаны локализованные высокоскоростные электронные игольчатые клапаны, как показано на рисунке 5. Миниатюрные высокоскоростные клапаны серии FC представляют собой модернизированные изделия широко используемых в настоящее время электрических дроссельных заслонок. В сочетании с контроллером температуры/давления серии VPC2021 он может сформировать быструю и точную систему управления вакуумным давлением с замкнутым контуром. Пожалуйста, посетитеhttps://www.genndih.com/ru/proportional-flow-control-valve.htm
2.5 Использование регулятора вакуума
В современных вакуумных концентрационных приборах и оборудовании концентрирование происходит в герметичном контейнере. Вакуумный насос используется для откачивания воздуха из герметичного контейнера, а давление воздуха в герметичном контейнере можно поддерживать постоянным на заданном значении, регулируя скорость потока воздуха. Это типичный режим постоянного давления типа управления потоком. Этот метод регулирования давления с управлением потоком эквивалентен методу управления с разомкнутым контуром. Внутри контейнера находится самогенерирующийся газ, и самогенерирующийся газ не имеет очевидной закономерности (например, изменения линейности), что вредно для точного контроля внутреннего давления контейнера. Для этого типа регулирования давления с управлением потоком, как показано на рисунке 2, в передней части контейнера для концентрации добавляется канал воздухозаборника, а поток воздуха на впуске регулируется для контроля внутреннего вакуума контейнера до стабильного заданного значения.
Для некоторых вакуумно-концентрационных приборов и оборудования не допускается добавлять дополнительные воздухозаборные каналы, и здесь можно использовать регулятор давления, показанный на рисунке 6.
Электронный регулятор вакуума фактически представляет собой интегрированный блок со встроенным датчиком вакуумного давления, микроконтроллером, камерой и двумя электронными игольчатыми клапанами. В процессе контроля вакуумного давления встроенный датчик измеряет давление в камере. Если давление меньше заданного значения, клапан на впускном отверстии для воздуха будет открыт до тех пор, пока оно не станет равным заданному значению. Если давление превышает заданное значение, клапан выпускного отверстия будет открыт до тех пор, пока оно не станет равным заданному значению. Оно должно обеспечивать, чтобы давление в камере всегда поддерживалось на заданном значении, а полость регулятора сообщалась с емкостью-концентратором, то есть давление в полости регулятора всегда было равным давлению в емкости-концентраторе.
Видно, что регулятор давления представляет собой независимый регулятор вакуумного давления с собственным клапаном впуска воздуха. Как показано на рисунке 6, регулятор давления с управлением по давлению также можно подключить к внешнему датчику, а заданное значение можно установить вручную или с помощью ПИД-регулятора. Для получения дополнительной информации об электронном регуляторе вакуума посетитеhttps://www.genndih.com/ru/пропорциональный-давление-регулятор/Electronic-Vacuum-Regulator-1-0bar.html