蒸气费控制仪

[align=center][img=饱和蒸汽温度精密控制,690,315]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/11/202211160915568591_8820_3221506_3.jpg!w690x315.jpg[/img][/align][size=14px][color=#000099]摘要：在目前的饱和蒸汽轮胎硫化工艺中，普遍还在采用电动定位器和电动执行器形式的减压阀进行温度控制。这种控温方式存在响应时间长、控温波动大和磨损引起寿命短等问题。本文介绍了采用电气比例阀和气动减压阀组合的替代方案，其中还采用了超高精度的串级PID控制器，此串级控制法替代方案可大幅提高蒸汽温度的控制精度和速度，并延长阀门的使用寿命和可在线维护。作为一种新技术，此解决方案还可推广应用到其它蒸汽加热领域。[/color][/size][size=14px][/size][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align][b][size=18px][color=#000099]一、问题的提出[/color][/size][/b][size=14px][/size][size=14px] 硫化是目前轮胎生产过程中的最后一道工序，一般通过热硫化将成型的胎胚变成了轮胎成品。目前的硫化方式基本都是根据硫化内温的介质不同来区分，而外温实现方式（或称热板温度、模温）一般都是注入一定压力的蒸汽进行温度控制。[/size][size=14px][/size][size=14px] 本文将主要讨论轮胎硫化过程中的外温变温控制技术，有关内温调控技术则将在后续报告中再进行详细阐述。[/size][size=14px][/size][size=14px] 外温和外压是轮胎硫化的主要工艺参数，其控制的好坏直接影响硫化轮胎的质量。外温的实现通常使用蒸汽作为加热介质，而蒸汽一般都是饱和蒸汽。饱和蒸汽的一个重要特性是其温度与压力之间一一对应，即饱和蒸汽的温度始终由其压力决定，而轮胎硫化外温蒸汽加热工艺就是利用此特征来调整蒸汽压力以实现对蒸汽温度的精密控制。[/size][size=14px][/size][size=14px] 在目前的大多数蒸汽温度控制过程中，如图1所示，基本都采用的是典型的单闭环PID控制方法，使用了复杂笨重的电动减压阀来控制饱和蒸汽温度，即采用一个温度传感器将信号发送给PID控制器，控制器向电动阀门定位器发送命令信号，阀门定位器控制阀门所需开度以使得温度接近设定温度。这种控制的结果是阀门必须一直工作以保持温度，循环打开和关闭等同于磨损阀门部件，最大的问题是这种带有阀门定位器形式的电动减压阀的运行速度很慢，对PID控制器的控制信号有很大的响应滞后，如果观察热电偶的信号输出，则会在目标温度周围出现正弦波形，而不会出现平滑、平坦的温度信号，因此这种控制方式往往呈现出蒸汽温度波动较大的现场。[/size][size=14px][/size][align=center][size=14px][color=#000099][img=传统单回路蒸汽温度控制结构示意图,690,170]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/11/202211160917432405_1591_3221506_3.jpg!w690x170.jpg[/img][/color][/size][/align][size=14px][/size][align=center][color=#000099]图1 采用阀门定位器形式的电动减压阀蒸汽温度控制结构及其温度波动[/color][/align][size=14px][/size][size=14px] 针对上述目前电动定位器和电动执行器结构形式的减压阀在轮胎硫化蒸汽温度控制中存在响应时间长、控温波动大和磨损引起寿命短等问题，本文将介绍采用电气比例阀和气动减压阀组合的替代方案，通过超高精度的串级控制PID控制器，此替代方案可大幅度提高蒸汽温度的控制速度和精度，并延长减压阀的使用寿命。此解决方案还可以推广应用到其它蒸汽加热设备。[/size][size=14px][/size][b][size=18px][color=#000099]二、解决方案[/color][/size][/b][size=14px][/size][size=14px] 在上述传统的饱和蒸汽温度控制过程中，采用的是一个典型的闭环控制回路，即作为执行机构的带阀门定位器的电动减压阀与PID控制器和温度传感器构成一个闭环控制。[/size][size=14px][/size][size=14px] 新的解决方案则是采用了双闭环PID控制回路组成的串级控制法，其结构如图2所示。[/size][size=14px][/size][align=center][size=14px][color=#000099][img=新型双回路串行控制法蒸汽温度控制结构示意图,690,223]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/11/202211160918269307_9385_3221506_3.jpg!w690x223.jpg[/img][/color][/size][/align][size=14px][/size][align=center][color=#000099]图2 采用超高精度PID控制器、电气比例阀和气动减压阀的串行控制结构及其温度波动[/color][/align][size=14px][/size][size=14px] 在图2所示解决方案中，采用了经典的串级控制结构，即温度传感器、气动减压阀、电气比例阀和串级PID调节器组成一个双回路闭环控制系统。其中自带压力传感器和PID控制板的电气比例阀与气动减压阀构成次回路，用于调节气动减压阀的开度；温度传感器、串级PID控制器和次级回路再构成主回路，主回路采集硫化箱温度，经PID计算后输出控制信号给次回路中的电气比例阀，这里的次回路此时相当于主回路的执行器。[/size][size=14px][/size][size=14px] 与传统单回路控制相比，这种结合了电气比例阀和高精度PID调节器，并采用了串级控制法的蒸汽温度控制系统，充分发挥了串级控制的特点，有以下几方面的优势：[/size][size=14px][/size][size=14px] （1）可明显改善蒸汽温度控制精度和速度，控制温度的变化曲线平摊且与设定曲线非常接近，蒸汽温度达到稳定可节省几十分钟。[/size][size=14px][/size][size=14px] （2）对于高压饱和蒸汽的压力扰动具有较迅速和较强的克服能力。[/size][size=14px][/size][size=14px] （3）可消除次回路（气动减压阀和电气比例阀）的非线性特性的影响。[/size][size=14px][/size][size=14px] （4）气动减压阀可采用不同规格的气动圆顶加载压力调节器，可与各种精度和流量的电气比例阀组合实现不同规格轮胎硫化中任意设定温度的自动控制。[/size][size=14px][/size][size=14px] （5）先进的电气比例阀替代了传统的电气转换器（I/P和E/P），不再需要定期重新校准的繁复操作，不再需要仪表空气而只需加装气体过滤器即可，也不会不断排放空气减少压缩控制的浪费，重要的是控制精度可以达到任何设定点的±0.1%。[/size][size=14px][/size][size=14px] 总之，上述解决方案是目前大多数蒸汽温度控制技术的升级换代，可大幅提高轮胎硫化过程中蒸汽温度的控制精度和速度，此解决方案完全可以推广应用到其它蒸汽加热领域。[/size][size=14px][/size][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align] [size=14px][/size]

当时，实验室设计时特别设计要有一间恒温恒湿房间，用于一些机械性能方面的测试。结果项目做下来，那个房间的温湿度根本控制不住。问项目组咋回事，说要么不控，要控整栋楼都要控------真是瞎扯蛋； 几经周折，后来项目组终于承认是他们失误，决定在现有的基础上加装控温控湿的设备。买了两台埃默森的精密空调，加装通风管路等等。根据饱和蒸气压曲线，理论上来说是可以解决问题的，通过降温把水凝结排出去，再用加热盘管把温度升上来。 结果空调选型太大，说我们房间里面热负荷不够，空调自带的加热盘管满负荷运转都不能把温度升上来。造成如果控制湿度的话，房间温度会很低；------无语最后，又弄了5台加热器在房间里面，增加热负荷------严重浪费资源；不过温湿度倒还真能控制的住，黄梅天湿度也能控制在50±10%。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2012/10/201210261412_399443_2589561_3.jpg

[size=16px][color=#339999][b]摘要：针对目前静态法液体饱和蒸气压测量中存在测量精度差、自动化程度低以及无法进行微量液体样品测试的问题，本文提出了微量样品蒸气压高精度自动测量解决方案。解决方案基于静态法原理，采用了低漏率的测试装置和高精度电容真空计，微量样品测试装置和真空计整体放置在烘箱内进行加热，提高温度和蒸气压分布的均匀性，将饱和蒸气压测量精度提高到了1%以内。同时采用耐腐蚀的电控针阀，可实现整个快速测试过程的自动化。[/b][/color][/size][align=center][size=16px][color=#339999][b]====================[/b][/color][/size][/align][size=18px][color=#339999][b]1. 问题的提出[/b][/color][/size][size=16px]液体饱和蒸气压是指在密闭条件和一定温度下，与液体处于相平衡的蒸气所具有的压强。同一液体在不同温度下具有不同的饱和蒸气压，且随着温度的升高而增大。饱和蒸气压是液体的基础热力学数据，它不仅在化学、化工领域，而且在、电子、冶金、医药、环境工程乃至航空航天领域都具有重要的地位，而且是这些研究领域中必不可少的基础数据，尤其在工业化学品和石油行业的应用最为广泛。[/size][size=16px]目前有许多液体蒸气压测试方法，主要有但不限于静态法、沸点法、蒸腾法、逸出法等，通过这些方法以满足不同的压力状态、样品大小、温度范围和材料兼容性要求。但这些现有方法还是无法满足新材料研究的要求，一方面是测量精度较差，另一方面对于一些特殊工艺要求蒸气压测量时液体样品量小、测量精度高以及快速测量还是无能为力，最典型的就是采用迭代合成以获得所需的分子结构，这涉及到针对产物性质的最大数量化合物需使用最少量的合成质量进行筛选，由此对液体饱和蒸气压测量提出了以下三方面的要求：[/size][size=16px]（1）微量液体样品（约0.5毫升）。[/size][size=16px]（2）高精度测量，误差小于1%。[/size][size=16px]（3）简单且自动化的测量装置。[/size][size=16px]为了解决诸如迭代工艺所需的蒸气压测量的上述特殊要求，特别针对高测量精度、短测量时间和微量液体样品用量，本文提出一种简便的静态法饱和蒸气压高精度自动测量解决方案。[/size][size=18px][color=#339999][b]2. 解决方案[/b][/color][/size][size=16px]解决方案的基本思路是基于传统的静态法，即将微量液体样品注入到样品管内，关键是将整个测量装置放置（包括高精度电容真空计）在烘箱内以保证整体温度和整体真空压力的一致性和准确性。整个微量液体饱和蒸气压高精度测量装置结构如图1所示。[/size][align=center][size=16px][color=#339999][b][img=微量液体饱和蒸气压高精度自动测量装置,690,523]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/10/202310071754271367_8815_3221506_3.jpg!w690x523.jpg[/img][/b][/color][/size][/align][align=center][size=16px][color=#339999][b]图1 微量液体饱和蒸气压高精度自动测量装置结构示意图[/b][/color][/size][/align][size=16px]如图1所示，蒸气压测量装置主体由真空样品容器、两个316不锈钢卡套三通、真空样品容器、硼硅酸盐玻璃管、电容真空计和三只热电偶温度传感器构成。其中一个卡套三通用来向真有样品容器注入液体样品和抽气，另一个卡套三通用作连接电容真空计和抽真空接口。装置整体放置在烘箱内，以使得整个装置主体整体保持均匀的温度，以防止蒸汽在设置的任何部分冷凝，这是决定提高饱和蒸气压测量精度的关键措施之一，其中用了三只安装在不同位置处的热电偶检测装置主体的温度是否均匀。[/size][size=16px]装置中的一个卡套三通顶部连接一个电控针阀，此电控针阀用来控制液体样品的注入量并同时起到真空密封的作用；另一个卡套三通排气端也连接一个电控针阀，开启时抽取真空，闭合时起到真空密封作用。这两个电控针阀由一个真空压力控制器实施控制。[/size][size=16px]烘箱加热和温度调节由一个PID温度程序控制器控制，可以通过计算机软件进行不同温度设定点的编辑和自动程序控制。烘箱温度控制过程中，通过多通道数据采集器记录三只热电偶温度传感器的测量值以及电容真空计的真空压力测量值。[/size][size=16px]在蒸气压测量装置使用前，要使用氦气检漏仪来检测装置的漏率，即关闭顶部的电控针阀和开启右侧的电控针阀，开启真空泵对测量装置主体抽取真空，装置内的所有空气被泵出系统。然后关闭右侧电控针阀，并用检漏仪检测泄漏情况。整个测量装置要求具有很小的真空漏率，以免外部空气侵入，否则会对饱和蒸汽压准确测量带来严重误差。[/size][size=16px]微量样品饱和蒸气压测量分为以下几个步骤：[/size][size=16px]（1）首先将液体样品瓶，或用透明玻璃管作为液体样品容器，连接到顶部电控针阀，调节此电控针阀的开度将约为0.5毫升的被测液体样品引入真空样品容器，然后关闭此电控针阀，即整个样品液体按照图1中的红色点线描绘的路径流动。[/size][size=16px]（2）液体样品注入样品容器后，开启右边的电控针阀和真空泵抽取真空，气体按照图1中的橘黄色线描绘的路径排出。[/size][size=16px]（3）当抽取真空达到极限真空度后，关闭右侧电控针阀使测量装置主体以及内部的液体样品处于室温和高真空状态。然后开启多通道数据采集器，分别采集三个位置处的温度和样品容器内的真空度。这三个位置处的温度应该基本一致，说明装置主体的温度均匀。这些温度值和真空度作为饱和蒸气压测量的起始值。[/size][size=16px]（4）对温度程序控制器设置不同的设定点，设定点由小到大设置，且每个温度设定点需设置一定的恒温时间，然后使控制器控制烘箱温度按照设定程序进行变化。此时，数据采集器同时检测各个位置处的温度值和样品容器内的真空压力变化。在某一恒定温度下，样品容器内的真空压力变化过程如图2所示。随着烘箱温度按照设定程序的台阶式变化，通过多通道数据采集器可以获得一些列不同温度对应的图2所示真空压力变化曲线，由这些曲线的压力稳定值可得到对应的饱和蒸气压。[/size][align=center][size=16px][color=#339999][b][img=静态法饱和蒸气压测试过程,500,378]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/10/202310071756114873_5047_3221506_3.jpg!w690x522.jpg[/img][/b][/color][/size][/align][align=center][size=16px][color=#339999][b]图2 静态法饱和蒸气压测试过程[/b][/color][/size][/align][size=16px]为了实现微量液体样品饱和蒸气压的高精度快速测量，具体实施过程中还需注意以下几点：[/size][size=16px]（1）装置本体的设计和尺寸要首先保证装置温度的均匀性，以避免温度不均匀引起的蒸汽压力的非均匀性。同时，装置本体中的各个部件、电控针阀和任何接口都需要具有很好的真空密封性能，避免漏气对蒸气压的影响。[/size][size=16px]（2）为了保证测量精度，真空计最好选择精度最高的可达到0.25%的电容真空计。[/size][size=16px]（3）测量装置使用前和使用过程中，需采用纯蒸馏水和2-丙醇进行考核和定期校验，热电偶温度传感器也需进行定期校验。[/size][size=18px][color=#339999][b]3. 总结[/b][/color][/size][size=16px]综上所述，本文提出的解决方案尽管依然采用的是经典的静态法，但通过采用低漏率的真空结构、电控针阀、电容真空计和装置整体加热，很好的保证了温度均匀性和蒸气压测量准确性，减小了饱和蒸气压测量误差。本解决方案虽然设计用来测量微量液体样品，也可以推广应用到其它大容量液体的饱和蒸气压测量。[/size][align=center][b][color=#339999]~~~~~~~~~~~~~~~[/color][/b][/align][size=16px][/size]

[size=14px][color=#ff0000]摘要：超低重力仪器中要求液氦池温度恒定，为实现小于0.1mK的波动度，气压控制的波动度要小于10Pa。为此本文提出了相应技术方案，核心内容是实现缓冲罐的气压精密控制，采用了双向控制模式，并使用了万分之一精度的气压传感器、电动针阀和PID控制器。[/color][/size][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align][color=#ff0000]一、问题的提出[/color][size=14px]超导重力仪器有超导重力仪和超导重力梯度仪，都是用来对重力信号进行精密测量的仪器。超导重力仪器需要在低温条件对极微弱信号进行测量，所以对低温温度恒定有很高的要求，即要求液氦池温度波动在0.1mK以内。[/size]对于液氦池温度的精密控制可以通过控制液氦池内的气压来实现，这就要求气压的测量和控制达到极高水平。本文将针对超导重力仪器中液氦池内气压的高精密控制问题，提出相应的解决方案。此方案的优势是液氦池温度的控制精度主要受压力传感器精度的影响，选择超高精度的压力传感器，并通过精密数控针阀和高精度PID控制器，采用下游抽气流量控制模式，可使液氦温度的波动稳定控制在0.1mK以内。[size=14px][color=#ff0000]二、技术方案[/color][/size]液氦温度的精密控制原理是基于液氦饱和蒸气压与对应温度的关系。根据液氦饱和蒸气压与温度的对应关系，液氦温度要控制在4K左右，并要求温度波动小于0.1mK，则要求液氦上部气压控制在100kPa左右时，气压的波动要小于10Pa以内。[size=14px]为了实现上述气压控制精度，本文提出的技术方案具体包括以下几方面的内容：[/size][size=14px]（1）液氦池上部的气压控制可以抽象为一个密闭容器内的压力控制。对于密闭容器的压力控制需要增加一个缓冲罐，通过缓冲罐的压力控制实现液氦池的压力控制，结构如图1所示。[/size][align=center][size=14px][img=气压控制,550,490]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/05/202205230927573218_8908_3384_3.png!w690x615.jpg[/img][/size][/align][align=center][size=14px]图1 高精度气压控制系统结构示意图[/size][/align][size=14px][/size][size=14px]（2）缓冲罐的压力控制采用了上下游双向控制模式，通过调节进气和抽气流量进行控制。[/size]（3）整个控制系统包括缓冲罐、气压传感器、PID控制器、数字针阀和真空泵。[size=14px]（4）如果气压控制在100kPa并要求波动小于10Pa，则要求气压的测量和控制要有10/100k=0.0001（万分之一）的精度，由此需要配备万分之一精度的气压计和PID控制器。[/size]总之，本文所述的技术方案，其控制精度主要受气压传感器和PID控制器精度的限制，结合步进电机驱动的小流量电动针阀，通过高精度传感器和控制器，可以实现超导重力仪液氦温度的精密控制，温度波动可以控制在0.1mK以内，且不受外部环境温度变化影响。[size=14px][/size][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align][size=14px][/size]

[size=18px]咖啡一般有手磨咖啡还有机器生产的咖啡。因咖啡的受众群体越来越多，所以也衍生了各种各样的需求，其中就有快速的冲泡咖啡的需求，也就衍生出咖啡机。咖啡机可实现一键出液，制成一杯咖啡。[/size][align=center][size=18px][img=,400,400]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/07/202107301418184536_4474_4008598_3.jpg!w400x400.jpg[/img][/size][/align][size=18px] 为了可以准确的出液，适当的牛奶，以及适当的咖啡。就需要对出液量精准的把控，保证味道的不变。 安装[url=http://www.eptsz.com][color=#000000]霍尔流量计[/color][/url]来控制液体输出，FM-HL3012霍尔流量计可以在咖啡机上实现咖啡机的流量控制功能，控制每次流量相同，每次按咖啡机时，您可以固定100毫升（任意设定值）的咖啡 使用霍尔流量计需注意的事项 ①需确保没有反向喘振压力、流体没有快速脉冲波动 ②需要确保整个循环系统中没空气 ③需要注意霍尔流量计的安装位置 ④最小的流量或者最大的流量需在流量计的线性范围内 ⑤应在适当时间后清洁系统 ⑥连接端子连接不正确会损坏流量计 ⑦接头端子上没有机械应力，接线板上没有雾气聚集[/size][align=right][size=18px]——深圳市能点科技有限公司[/size][/align]

如题，有些生产过程中用到的蒸汽或者压力并不多，然后锅炉自动控制，达到设定的压力便进入保温状态。在检测锅炉废气时，有的锅炉加热时间只有1~2分钟，然后进入长时间保温状态不排放废气。这样的情况应该怎么检测呢？HJ/T 397-2007或者其他规范中中并不明确，又或者我没看懂。[img=,690,349]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/10/201910291156460447_2503_2900499_3.png!w690x349.jpg[/img]HJ 57-2017 固定污染源废气二氧化硫的测定：[img=,690,213]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/10/201910291157463116_6034_2900499_3.png!w690x213.jpg[/img]《建设项目竣工环境保护验收技术指南 污染影响类》在一个附录中提到：热水锅炉：负荷参数为锅炉功率，计算锅炉功率所需的参数有：读取锅炉出水、回水温度，读取或测定进/回水管流量从而计算循环水量。房产类项目的热水锅炉一般加热时间短（仅10分钟），保温时间长，应合理设定监测频率、安排监测时间。如锅炉加热运行时间短至无法满足监测所需时间时，可适当缩短监测时间。 大家有遇到这种情况的吗？这样的测二氧化硫、氮氧化物、颗粒物具体应该怎么测呢？

在咖啡机机器人中，实现自动流量控制是一个关键技术，它确保每次制作的咖啡量一致，口感稳定。自动流量控制不仅提高了咖啡的品质，还极大地简化了使用过程。本文将详细探讨咖啡机机器人如何实现这一功能。让我们了解一下流量计在咖啡机机器人中的作用。流量计是机器人的“眼睛”，它负责测量并控制水的流量。而霍尔式和光电式流量计则是两种常见的测量方式。霍尔式流量计利用霍尔效应，通过测量带有两极磁铁的叶轮在磁场中的转动来计算流量。当叶轮转动时，它改变磁场的方向，从而产生GS值，这个值随后被转换成脉冲信号输出。这种方式对水质的要求较高，因为叶轮中的磁铁可能会吸附杂质，影响测量的准确性。[align=center][img=咖啡机流量开关控制,531,347]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2024/01/202401131457342052_7429_4008598_3.jpg!w531x347.jpg[/img][/align][url=https://www.eptsz.com]光电式流量计[/url]利用叶轮切割光通路产生脉冲信号。这种测量方式不含磁铁，完全依赖光学感应，因此对水质保护更好。适合透光率高的液体（如水），对于透光性差的液体可能会有所差异。为了实现精确和一致性强的流量控制，咖啡机机器人通常会结合多种流量控制技术。例如，在开始时，机器人可能会使用高流量来快速填充水箱，然后在冲泡过程中切换到低流量以确保精确的控制。这种组合方式不仅提高了效率，还保证了每次冲泡的咖啡量一致。机器人的体积小和安装简易的特点也使得它在各种场所都能得到广泛应用。而符合FDA、FLGB等标准则说明其安全性和可靠性得到了保证。支持流量定制则使得用户可以根据自己的口味调整咖啡的浓度和量。

[align=center][img=通过超高精度真空控制提高分子蒸馏分离纯度的方法,550,392]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/11/202211040202188410_3231_3221506_3.jpg!w690x492.jpg[/img][/align][color=#990000]摘要：为了提升蒸馏纯度，针对现有分子蒸馏中气体流量计式真空度控制系统存在精度较差和响应速度慢的问题，本文提出了更高精度的真空度控制解决方案。解决方案采用更直接、精密和快速的电动针阀来代替现有的气体质量流量计，并同时使用精度更高的薄膜电容规和24位AD、16位DA控制器，可实现任意设定真空度下±0.5%的控制精度，同时对温度等因素所带来的真空度变化有极快的响应，可保证分子蒸馏过程中真空控制的高精度和稳定性。[/color][align=center][color=#990000]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/color][/align][color=#990000][size=18px]一、问题的提出[/size][/color]分子蒸馏是一种特殊的液-液分离技术，它不同于传统蒸馏依靠沸点差分离原理，而是靠不同物质分子运动平均自由程的差别实现分离。当液体混合物沿加热板流动并被加热，轻、重分子会逸出液面而进入[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相[/color][/url]，由于轻、重分子的自由程不同，因此，不同物质的分子从液面逸出后移动距离不同，若能恰当地设置一块冷凝板，则轻分子达到冷凝板被冷凝排出，而重分子达不到冷凝板沿混合液排出，由此达到物质分离的目的。短程蒸馏器是一个工作在0.001~1mbar（0.1~100Pa）绝对压力下热分离技术过程，它较低的沸腾温度，非常适合热敏性和高沸点物。在分子蒸馏工艺中，真空度的控制精度决定了分离物质的纯度，目前绝大多数分子蒸馏设备中真空度控制系统普遍还都采用液环真空泵与旋片式真空泵结合气体流量计的技术，这种通过气体流量计调节进气流量的方法无法实现高精度的真空度稳定控制，具体是以下几方面原因：（1）分子蒸馏过程的真空度变化范围一般为0.1~100Pa，这种高真空范围对气体流量计的真空漏率有较高要求，一般气体流量计很难满足要求，必须使用专门用于高真空的气体流量计。（2）气体流量计的调节精细度普遍较粗，如果要实现高精密的气体流量调节，同样要使用高档更精密的气体流量计。（3）通常气体流量计的响应速度比较慢，很难实现在1秒之内完成全闭到全关的动作时间。（4）多数分子蒸馏中的真空传感器普遍采用精度较差的数字皮拉尼电阻规和电热偶规等。（5）绝大多数调节气体流量计的PID控制器精度较差，多为12位AD和DA转换器，极少用到16位的AD和DA转换器，PID控制器的精度是决定分子蒸馏真空度控制精度的关键。为了提升蒸馏纯度，针对上述现有分子蒸馏中气体流量计式真空度控制系统存在的问题，本文提出了更高精度真空度控制的解决方案。解决方案将采用更直接、精密和快速的电动针阀来代替现有的气体质量流量计，并同时使用精度更高的薄膜电容规和24位AD、16位DA控制器，由此可实现分子蒸馏工艺中任意设定真空度下±0.5%的控制精度，并对温度等因素所带来的真空度变化有极快的响应，有效保证分子蒸馏过程中真空度的高精度和高稳定性。[size=18px][color=#990000]二、解决方案[/color][/size]通过上述分析可以看出，限制现有短程分子蒸馏工艺真空度控制精度的主要因素分别是：（1）气体质量流量计调节精度和响应速度。（2）真空度传感器的测量精度。（3）PID控制器的测量和控制精度。为解决上述问题，本文提出的具体解决方案是采用相应的三个替换装置，如图1所示。[align=center][color=#990000][img=短程分子蒸馏高精度真空度控制装置,690,282]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/11/202211040201378335_1412_3221506_3.jpg!w690x282.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图1 短程分子蒸馏高精度真空度控制装置[/color][/align]如图1所示，为提高蒸馏纯度，实现高精度真空度控制，解决方案采用了以下三个装置：[color=#990000]（1）采用高速电动针阀代替气体质量流量计[/color]分子蒸馏高真空度控制的基本原理是调节蒸馏器的进气流量和出气流量并达到一个动态平衡，所以这里的技术关键是如何实现进气流量的精密调节。尽管气体质量流量计可以进行进气流量调节，但采用的是电磁阀技术，有着较大的迟滞现象和较慢的响应速度，这些都会影响真空度的控制精度。解决方案中所采用的高速电动针阀是一种高速步进电机驱动的纯机械式针型阀，在大幅度减少迟滞误差的同时，还将整体响应时间缩短到了800微秒，同时精细步长可实现阀门的快速精密调节。驱动控制只需采用0-10V的模拟电压，整体结构简单且可靠性强。多个规格的电动针阀具有不同的气体流量调节能力，可满足不同容积的蒸馏器的真空度控制，同时还可以采用FFKM全氟醚橡胶密封提高耐腐蚀性。[color=#990000]（2）采用薄膜电容规代替皮拉尼电阻规和电热偶规[/color]薄膜电容规的测量精度要远高于皮拉尼电阻规和热偶规，在任意真空度下其精度都可以达到±0.25%。那么对于短程蒸馏器0.001~1mbar（0.1~100Pa）的真空度量程内，可直接选择一只1Torr的薄膜电容规即可满足全量程的真空度测量，如果为了保证0.1~1Pa范围内的测量精度，还可以再补充一只0.1Torr的薄膜电容规。这样，通过两只不同量程的薄膜电容规可覆盖全真空度范围内的准确测量。[color=#990000]（3）采用超过精度真空控制器代替普通精度PID控制器[/color]在任何PID反馈式闭环控制系统中，无论传感器和执行器精度多高，最终的控制精度都需要控制器的精度予以保证，为此，在解决方案中采用了超高精度的PID真空控制器。此超高精度PID真空度控制器具有24位AD和16位DA，采用了双精度浮点运算可实现0.01%的最小输出百分比，这是目前国内外最高技术指标的工业用PID控制器。采用此真空控制器可充分发挥电动针阀执行器和薄膜电容规真空传感器的精度优势，而且此系列控制器具有单通道和双通道不同型号。单通道控制器是可编程PID控制器，突出特点是可以进行不同量程双真空计的自动切换来实现全量程自动控制。双通道控制器是一种定点控制器，两个通道可以分别独立控制真空度和温度。[size=18px][color=#990000]三、结论[/color][/size]新型的真空控制系统对短程分子蒸馏工艺的真空度控制过程进行了优化，对其中的真空度控制系统做出了以下三方面的改进：（1）采用电动针阀代替气体质量流量计，提高了进气流量调节执行器的精度。（2）采用薄膜电容规代替拉尼电阻规和电热偶规，提高了真空度测量的精度。（3）采用真空控制器代替传统的PID控制器，提高了PID控制精度，并扩展了控制功能，可实现双传感器自动切换和两个工艺参数同时控制。总之，通过以上改进可大幅提高短程分子蒸馏工艺的真空度控制水平，通过大量考核试验和实际应用已经证明，此解决方案成熟度很高，在全真空度范围内可轻松实现±0.5%的控制精度，如果采用更高精度的真空计，此解决方案可进一步达到±0.1%的控制精度。[align=center][/align][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align]

[size=16px][color=#339999][b]摘要：模拟肺呼吸过程的离体肺通气控制新方法——真空压力（正负压）法，目前还停留在理论层面的文献报道，还未见到这种方法的仪器化内容和细节。本文基于这种新方法提出了仪器化实现的具体解决方案，解决方案的核心内容是采用了正负压调节器和具有远程设定点功能的高精度PID控制器，由此可实现离体肺内部正压的恒定控制以及离体肺外部负压的周期性波动控制。此解决方案具有很强的灵活性、适用性和拓展性，可进行真空压力宽工作范围内的任意定点和多种波形的设置和控制，便于通气过程中各种实验参数的探索和优化。[/b][/color][/size][align=center] [img=离体肺通气装置中真空和压力控制的解决方案,600,385]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/06/202306290956065298_5355_3221506_3.jpg!w690x443.jpg[/img][/align][b][size=18px][color=#339999]1. 离体肺正负压通气方法及需解决的问题[/color][/size][/b][size=16px] 肺移植是有效的治疗方法之一，供体肺在进行移植手术之前可能需要进行离体灌注和通气以恢复或保持其功能，或评估或评价它们的用于移植的质量或适宜性。对于供体肺的离体通气，常见的传统的机械通气技术是利用正压施加到气管支气管树上，由此在气管支气管树和肺泡之间形成压差，从而使得气流在压差驱动下进入肺泡。[/size][size=16px] 有些文献报道了采用负压进行离体通气的方法，即在离体肺周围形成低于大气压的真空负压，使离体肺自然充满一个大气压左右的通气气体，通过真空负压的变化来形成肺呼吸。也有文献报道了采用正压和负压（真空和压力）相结合的不同通气方法，如图1所示，即通过内部正压和外部负压之间的变化来引起肺呼吸。这种正负压通气方法的最大优点是通过调节离体肺气道内的正压能有效的防止肺泡萎陷。[/size][align=center][size=16px][color=#339999][b][img=01.离体肺真空压力通气方法示意图,300,406]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/06/202306290956399204_1288_3221506_3.jpg!w493x668.jpg[/img][/b][/color][/size][/align][align=center][size=16px][color=#339999][b]图1 离体肺真空压力通气方法示意图[/b][/color][/size][/align][size=16px] 目前文献所报道的离体肺真空压力通气过程是：离体肺放置在密闭腔室内，将通气气体加载到肺的气道上并使腔室（肺周围）形成真空。在调节通气压力以维持肺气管处于恒定不变正压的同时，离体肺周围的真空度在一个较低水平和一个较高水平之间进行周期性变化以引起肺呼吸。 然而，这种离体肺正负压通气方法并未详细报道具体实施细节，而且在实施过程中还需解决以下几方面的问题：[/size][size=16px] （1）如何实现正压和负压的独立控制，特别是如何在仪器化方面得到实现。[/size][size=16px] （2）在临床应用之前要进行实验室阶段的通过过程和参数探索，要求正负压力可调节。[/size][size=16px] （3）负压过程要求实现周期性波动且可控，需要实现负压波形周期和幅值的设定和控制。[/size][size=16px] 为了解决上述离体肺通气方法中的正负压控制问题，本文提出如下解决方案。[/size][size=18px][color=#339999][b]2. 解决方案[/b][/color][/size][size=16px] 正负压离体肺通气控制系统结构如图2所示，通气控制的具体步骤如下：[/size][size=16px] （1）首先对放置在密闭腔室内的离体肺加载正压气体，在离体肺气管内形成正压。正压压力大小可通过手动调节旋钮或真空压力控制器按键进行实时设置，也可通过上位机软件进行设置，真空压力控制器驱动正压调节器将来自高压气源的气体压力恒定控制在设定值上。[/size][size=16px] （2）开启真空泵进行抽真空，为离体肺所处的密闭腔室提供真空源。通过周期信号发生器的按键或软件设置负压波动周期和幅值大小，真空压力控制器驱动负压调节器按照所设置的周期和幅值大小对密闭腔室内的真空度进行控制，并形成准确的周期性负压变化波。[/size][align=center][size=16px][color=#339999][b][img=用于离体肺通气的真空压力控制装置结构示意图,650,404]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/06/202306290956585893_3785_3221506_3.jpg!w690x429.jpg[/img][/b][/color][/size][/align][align=center][size=16px][color=#339999][b]图2 用于离体肺通气的真空压力控制装置结构示意图[/b][/color][/size][/align][size=16px] 在此解决方案中采用了两个关键部件，它们的主要特点如下：[/size][size=16px] （1）正负压力调节器：正负压力调节器是一种集成了真空压力传感器、高速电磁阀和PID控制器的气体气压控制器件，可在表压-80kPa至1000kPa范围内实现真空压力准确控制。真空压力控制设定值可通过外部电压信号进行设定，可在几十毫秒的时间内将真空压力快速控制达到设定值并恒定不变。正负压力调节器的这种工作范围和高速响应速度，非常适合离体肺通气过程中的真空压力控制，特别是能满足周期性负压变化对控制精度和速度的要求。[/size][size=16px] （2）真空压力控制器：真空压力控制器是一种多功能高精度的PID调节器。高精度特性是通过24位AD、16位DA、双精度浮点运算和0.01%最小输出百分比的软硬件指标来实现，多功能特性是在普通PID调节器基本功能的基础上还具有远程设定点、串级控制和比值控制等其他高级功能，远程设定点功能特别适用于各种周期性波形控制和设定值的手动调节。另外，此真空压力控制器具有标准MODBUS通讯协议的RS485接口和随机软件，通过上位计算机和运行软件可以直接操控和运行控制器，非常便于快速搭建离体肺正负压通气装置而无需编写软件程序。[/size][size=16px] 需要说明的是，本解决方案仅介绍了如何工程实现正负压自动精密控制的关键细节，其他离体肺通气过程中的一些常规性相关细节并未提及，如流量测量和过滤等内容，但在实际过程中要加上这些内容。[/size][size=16px] 另外，此解决方案也可以根据实验室具体试验过程的需要进行以下两方面的拓展：[/size][size=16px] （1）在靠近离体肺气管的一端增加独立的压力传感器。此传感器可与正压调节器和真空压力控制器构成闭环控制回路，这样可以更准确的监测和控制离体肺的内部压力，避免使用正压调节器内部压力传感器的精度不够以及因气管较长所引起的压力不准确问题。[/size][size=16px] （2）在密闭容器的顶盖上增加独立的真空度传感器。同样，此真空度传感器与负压调节器和真空压力控制器构成闭环控制回路，这样可以更准确的监测和控制离体肺外部的负压变化，避免使用负压调节器内部负压传感器的精度不够以及因真空管路较长所引起的真空度不准问题。[/size][size=18px][color=#339999][b]3. 总结[/b][/color][/size][size=16px] 通过上述解决方案，可通过离体肺正负压通气过程的自动控制来模拟肺的呼吸过程，解决方案具有如下特点：[/size][size=16px] （1）实现了准确和高速的正负压全自动控制，可有效防止肺泡萎陷现象的出现。[/size][size=16px] （2）正压工作范围和设定值可手动或程序调节并实现自动控制，具有很强的灵活性和适用性，适合研究过程中的各种实验参数探索。[/size][size=16px] （3）同样，负压工作范围和变化波形可手动或程序设置并实现自动控制，并具有很强的灵活性和适用性，便于研究过程中的各种实验参数探索。[/size][size=16px] （4）此解决方案具有一定的拓展性，如可拓展应用到离体肺的灌注过程控制。[/size][size=16px][/size][align=center][size=16px][b][color=#339999]~~~~~~~~~~~~~~~~~[/color][/b][/size][/align]