【讨论】谈怎么样选择一款优质电磁阀？

peterpaul

2013/12/31

私聊

生命科学仪器综合讨论

仪器设备设计工程师总是会在仪器上使用各类电磁阀，这些精密电磁阀的选择对于医疗、环保和分析类仪器功能实现都有很大的影响。特别是数据分析类仪器设备，所以大部分工程师需要权衡各类应用因素来考虑采用最合适的电磁阀。仪器设备追求电磁阀轻小化使得设计者必须采用更轻、更小巧、更耐用的微型电磁阀，不恰当的筛选有可能导致仪器故障、数据分析出错或者完全不能正常工作。设计工程师既需要考虑微型电磁阀的可靠性、耐用性，又必须考虑其轻巧性、开关反应速度、有效流量以及低功耗等性能细节。
以下是全球微型电磁阀领先者--- PeterPaul经验丰富的应用工程师团队从设计、制造以及与终端客体验数据根源来阐述选择微型电磁阀的参数，并指出那些是应用中的关键参数，也阐述专业地选择电磁阀将会减少或避免设计过程中试验失败或更多疑惑。

确保可靠性和重复性
当仪器设计工程师在选用微型电磁阀时，常希望电磁阀能非常可靠的反复运转，特别是保证长时间的稳定性能即重复性能，最好是希望长时间完全没有任何运转波动和例外发生，这个经常成为筛选精密电磁阀的第一要素。
例如血球采样通道和计数通道上用的隔离电磁阀的选择好坏通常会影响整机的重复性，高效液相色谱中四元梯度隔离阀需要响应时间越均匀、越迅速以越容易达到测试要求，如果不够均匀性不迅速的话，在检测灵敏性重复性上就有直观的结果区别。
即使是早期选择原配件的一个大意，可能会导致严重的不可预料的后果。这种设计缺陷发现的越晚，修改成本就越高。因为当需要更换电磁阀时候，又需要重头进行一系列的测试。所以这种情况下工程师一般会采用有高可靠性的电磁阀，也会特别关注电磁阀的生产过程，质量检查和测试控制等环节。

电磁阀与介质接触材质
特别是电磁阀的设计就会直接影响器件本身的可靠性，所以在设计和使用电磁阀的密封材质（与介质接触材质）时，必须对所有的应用材质做更多的数理分析，不是简单的防腐耐酸碱。
例如在分析测试仪器中，电磁阀直接接触样品试剂，但大多数微型隔离阀都有内部橡胶材质，在接触样品试剂时候都有可能会溶胀。如果没有考虑任何设计上的预补偿，那么长时间使用后橡胶材质都会因此改变阀的参数和性能，甚至是会影响到元件到不能正常工作，从而导致整个仪器无法工作的问题。有经验的电磁阀设计人员会考虑到阀的适用范围，特别是化学物质的兼容性等实际应用对阀的影响。

电磁阀的开关反应时间
电磁阀开关反应时间，它直接影响到您每组实验数理分析结果的真实性。往往这个数据是许多业内工程师最容易忽略的关键指标参数之一，而且也是高品质电磁阀区分低水平电磁阀的重要指标之一，因为电磁阀开关反应时间有电磁阀的线圈、弹簧、内部结构等元件决定的，如果没有广泛的应用研究试验作为设计基础，是不可能得出准确的数值。
例如在分析仪器中，使用夹管阀的话，从介质的特殊应用来说，确实是达到了介质与接触材质的兼容性，但电磁阀本身控制时间就出现了问题，从电磁阀柱塞与橡胶管接触到截止流量这个过程时间远远超过了ms毫秒单位值了，国内华北地区的一个客户用夹管阀的截流时间为1.63s（秒）--本身电磁阀的开关反应时间目前国际上做得很好的也就是30ms左右，加上柱塞压制橡胶管的缓冲时间，已经是很长时间了，所以和隔离阀开关反应时间的30ms，这个数值其实远远大于这个理论值，这个相差时间里导致更多的介质流量失去数据的真实性，所以分析数据的结果自然偏差很大。

确保更长的使用寿命
连续使用寿命是电磁阀在大多数应用下应首先考虑的参数，特别在某些应用中会需要更长的连续使用寿命。例如在医疗设备和高运转的仪器上，设备要求连续运转，要求即使使用很长时间，电磁阀出现故障次数也要最低甚至为零。经常性的维护和更换电磁阀的行为最好都尽量避免。连续高使用寿命同时也说明元器件在复杂多变的应用下有更好的可靠性。
其实高可靠性的使用寿命保证是很难做到的，在电磁阀设计上有经验的专家曾经提及，高使用寿命最麻烦的就是线圈、弹簧、密封件，即线圈的设计。每当电磁阀工作时候，电磁激励会将柱塞拉起，反复几百万次，会导致线圈短时间里的续流和线圈发热情况出现，如果线圈没有续流稳流功能就会导致线圈烧坏，当然如果线圈温升过高，一样会烧坏线圈，更重要的是线圈的温升会导热给介质，导致整个实验数据的失真；柱塞的密封件又同时与通道端面进行几百万的往复运动后，会被磨损，出现泄漏、大多数阀都会有这种情况发生，一些制造厂家通过更换弹簧或密封材料设计来解决，但实际效果不会太好。
有经验的应用工程师在考虑长使用寿命时，会考虑采取电磁阀线圈续流稳流这种设计，加装电子元件在线圈里面，这样可以保证短时的电流冲击导致烧线圈，同时可以降低温升。同时对弹簧的线径做最严格的要求，密封材质一般都使用国际上的杜邦作为供应商，这样可以保证有更光洁的接触面和更少的冲击力，特别相比于金属阀体的阀来说，塑料阀体和塑料推杆都具有更好的耐用性。
还应该纳入寿命影响因素的包括应用的液体、阀需要连续通电的时间，某些极限使用情况，如：火箭推助剂的加注机用的电磁阀，必须保证电磁阀连续工作12小时后温升不能达到5K，这时如美国peterpaul开发一款新型磁保持式（自锁式）电磁阀，可以满足并解决相关难题。各类影响因素造成的应用差别等。一些生产厂商都会测试50万次的使用寿命，但一些国际品牌厂家已经做到了几千万次的使用寿命。

确保设计更轻小化
几乎每个改进仪器都需要比原先的仪器更轻，更小巧、更节能，所以每个仪器设计工程师在设计时候都需要考虑到每个元器件的尺寸。在一些精密、便捷式设备、在线监测设备里面尤其需要减小电磁阀体积，电磁阀体积的减小可以更好的容纳电路板，容器瓶等非阀部件。小巧的阀体机构也可以减少携带、运输的不便。
只要电磁阀的尺寸变小，设计工程师就可以预留更多的空间放到其余结构设计上，可以让设备预留更多功能的扩展空间。对于在线监测仪器，尺寸也有一定的规定，例如酒精测试仪需要能手持随身携带。在线总磷总氮仪器都包含很多微型电磁阀和动力源装置，电磁阀的尺寸就成为设计选择的主要因素，为其他部件腾出相应的安装空间。
国内传统的阀一般比国际专业做微型电磁阀的阀大一些，设计工程师会发现即使每个阀尺寸和重量都小一点，可在有限安装空间的整机上显得更有优势。
很多传统的阀仍旧由不锈钢阀身做成，新型的塑料阀体可以显著的减小重量。
如果需要获得更大的流量或减小功率都需要增加阀体重量，而阀设计人员需要在条件允许的重量和尺寸下来获得同样的性能。

确保满足应用的流量
只要仪器小巧化趋势一直保持，每个设计工程师都会需要同样性能但更小巧的元器件。增加流速对于微型电磁阀来说是很关键的一个参数。但改变流速影响到的参数，如能耗，压力和流速这些参数彼此之间都是有相互制约的关系。Cv（流量系数）值和阀本身的内部通道设计有关。流量系数在一个方面可以反映了阀本身的流量设计水平，每个阀的Cv有可能相同，但体积就不同；而体积大小看似相似的阀，但Cv可能相差甚远。
当需要达到更高流速时候，总体的能耗和压力设计都必须保证在使用者的要求之内。
有经验的仪器设计工程师知道即使是很小的流量增加，也能影响各种应用。例如为了加快单个测试项目的速度，排废液或者清洗排液都需要尽快在几秒钟内排除，以节省占用整台仪器公用压源的时间，这些时候往往选用大于测试管路的管径。
孔径问题经常会增加阀选择难度。例如一些模组阀由于内部出入口分布不对称, 两个接口对流速和耐压都会有不同的限制，在设计底板流路时候就应该对阀的安装孔方向做出调整。
通常情况设计人员都会权衡，高流速需要有尽可能大的孔径，但大孔径通常需要更大的能耗，阀体也会更大。所以需要选择在确保可靠性上，在重量和小体积的优势下，选择对应应用条件下的合适流速阀体为宜，选用过大流量的阀体只会增加能耗和占用空间，过小可能不适合使用条件，使用合适于应用的孔径来满足合理的应用流速是最好的选择。
美国PeterPaul电磁阀的流道设计不是简单地直接钻孔90°，我们是通过精密加工机床对阀体内部的流道进行圆角型设计加工，以减小流道阻力，我们并应用空气动力学测试软件、设备对风阻系数进行测试，保证流速最大优化值。

确保更节能的器件
对于小巧化或便携式使用电磁阀的设备来说，节能是非常重要的因素。一个良好的微型电磁阀需要优化电能使用，同时也要减轻阀体重量，充分利用电池或电源产生的每安培电能。
但实际上市场上很多产品仍旧非常耗电。电磁阀的控制很多情况都可以加入PWM电路来节能，开关电源一般都采用脉冲宽度调制（PWM）技术，其特点是频率高，效率高，功率密度高，可靠性高。这种电路使整体电能下降但也能使用保持电压来工作，但相对的也会成本变高。阀设计工程人员经常关注寻找低能耗，更有效的线圈，对于的阀来说也就要求节能，可以增加仪器上其它器件空间和整体仪器性能。
确保元器件匹配
每个仪器设计工程师对元器件的认识和了解都不相同，而且在众多的参数选择中不可能全面的，专业的知道不同供应商产品选择的要领，只有通过专业流体配件应用工程师的协助才能在众多的型号中选择适合该应用的元器件。例如公制的管件多为1mm，2mm等整数数值，而英制或美制的管件多为1.6mm（1/16″），3.2mm（1/8″）等非整数数值。产品的同类性设计可以减少选用的风险，达到与应用的各个元件的最大匹配。
为了更好的减少各种微型电磁阀的参数选择以及匹配各元件难度，流体配件产品工程师总是会提出一些新颖的想法。
美国PeterPaul微型电磁阀各个系列注重统一的基本品质，设计统一高标准的重复性能，可以用于精密的医疗设备、CNG能源控制系统、制药设备、分析测试仪器以及科研院校，也可应用于安全系数要求高的临床诊断、麻醉机、血液分析仪、色谱行业和牙医眼科等领域设备上。
更长的使用寿命. 在空气媒介测试条件下，电磁阀具有两千万次连续使用寿命，该寿命是实际使用寿命的10至20倍，预留了足够的使用寿命，特别适合于高端超长时间需要可靠性的应用条件。电磁阀设计采取了特种耐磨塑料KFL-F式针型柱塞，既轻又耐磨，而且对弹簧的回弹性影响最小，最大程度的延长了使用寿命。同时这种设计因为弹簧在底部做了相应的行程长度调整，确保证了化学试剂或温度对橡胶膨胀的预留补偿。
更小巧. 除了最重要的可靠性优势，美国PeterPaul电磁阀一般阀体尺寸（大概20mm直径的阀体），比其它阀少了近15%的重量，特别适合在一些便携式或小巧的仪器上应用。圆形的设计保证安装空间和美观性。线圈的续流稳流设计、金属外壳形成的密闭磁场防止了磁场泄露对周边电子芯片电子器件的干扰。
高流量. 相比于其它电磁阀，美国PeterPaul电磁阀在相同孔径下在设计上增加了20%的流量。
节能. 美国PeterPaul的每个电磁阀都可以用于PWM节能电路，本身开启功率也是其它类似产品的1/3或1/6甚至更低，对于电磁阀具有显著的节能75%~89%的效果。
专业化匹配器件. 美国PeterPaul涵盖了所有电磁阀品牌的优点，微型电磁阀的产品型号就多达80000多种，其余各类配件多达50000多种型号，选择合适应用的电磁阀和配件，保证多种产品短期交付成为美国PeterPaul服务之一。

总结
微型电磁阀的选择需要根据实际应用条件和仪器本身来衡量，需要考虑在一定压力下的可靠性、耐用性、外形、泄漏、防爆安全、开关反应时间、重量和有效流速、低功耗以及专业匹配元器件等因素。在各类中高端仪器中，需要使用的电磁阀更趋向于更高品质的电子元器件。

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