气压控制传感器

[align=center][size=14px][img=双传感器自动切换PID控制器,690,426]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/07/202107281550092924_2978_3384_3.png!w690x426.jpg[/img][/size][/align][color=#990000]摘要：为了解决PID过程控制器中双传感器自动切换的难题，降低成本提高性价比，替代昂贵的英国欧陆公司2704系列产品，上海依阳实业有限公司推出了单通道和双通道系列的24位高精度PID过程控制器，每个通道都可以实现双传感器自动切换。采用双通道控制器还可以实现温度和真空度的同时测量和控制，温度和真空度测控都可以实现双通道自动切换。另外双传感器自动切换功能还可使备份传感器成为可能，可有效保证过程控制的连续性和安全性。[/color][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align][size=24px][color=#990000]1. 问题的提出[/color][/size][size=14px][/size]　　在许多工业控制领域中，如真空热处理、冷冻干燥机、高压釜、半导体加热炉、空间环境模拟室等，被控参数的量程往往会很宽泛，为了覆盖全量程范围内的准确测量和控制，往往需要两只不同量程的传感器。[size=14px][/size]　　如在温度测控过程中，往往在低温段采用热电偶温度传感器，在高温段采用红外测温仪，有时也会采用两种不同类型的热电偶温度传感器来覆盖宽的温度区间。[size=14px][/size]　　如在真空度测控过程中，往往会采用10Torr和1000Torr两只薄膜电容真空计来完成0.1~760Torr全量程范围的真空度准确测量和控制。[size=14px][/size]　　对于这种需要双传感器测量和控制的场合，目前普遍还是采用人工判断切换方式，这给实际应用带来很大不便。[size=14px][/size]　　国外著名厂商欧陆（EUROTHERM）公司针对上述应用，专门推出了2704系列PID过程控制器，但价格较贵。[size=14px][/size]　　为了解决PID过程控制器中双传感器自动切换的难题，降低成本提高性价比，替代昂贵的国外产品，上海依阳实业有限公司推出了单通道和双通道系列的24位高精度PID过程控制器，每个通道都可以实现双传感器自动切换，采用双通道控制器还可以实现温度和真空度的同时测量和控制，温度和真空度测控都可以实现双通道自动切换。另外双传感器自动切换功能还可以使备份传感器成为可能，有利于控制过程中若一只传感器出现故障而自动切换到第二只备份传感器，保证过程控制的连续性和安全性。[size=24px][color=#990000]2. 基本原理[/color][/size][size=14px][/size]　　双传感器自动切换的基本原理是在控制器主输入接口的基础上引入了一个辅助输入接口，如图2-1所示为两只传感器切换的情况。以温度传感器为例，高切换点（2-3）是第一只传感器工作的高点，低切换点（1-2）是第二只传感器工作的低点，在这两点之间控制器进行平滑计算。当主输入PV1和辅助输入PV2的测量值连续采样低于下切换点，切换到低温传感器。当主输入PV1和辅助输入PV2的测量值连续采样高于上切换点，则切换到高温传感器。[align=center][color=#990000][img=双传感器自动切换原理,690,452]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/07/202107281552543835_2273_3384_3.png!w690x452.jpg[/img][/color][/align][size=14px][/size][align=center][color=#990000]图2-1 双传感器自动切换原理图[/color][/align][size=24px][color=#990000]3. 控制器参数设置[/color][/size][size=14px][/size]　　双传感器高低量程的切换点数值判断以辅助输入测量值为判断依据，因此当系统采用双传感器测量和控制时，辅助输入接口做为高端量程传感器的信号输入源。[size=18px][color=#990000]3.1. 双传感器切换功能时，输入类型分辨率的设置[/color][/size][size=14px][/size]　　（1）主输入接口输入类型为热电偶或热电阻时[size=14px][/size]　　此时的温度单位“摄氏度”和“开尔文”设置为0.1度分辨率，温度单位“华氏度”为1度分辨率。即，主输入类型为热电偶或热电阻，温度单位为摄氏度或开尔文时，辅助输入通道小数点设置为1位小数。温度单位为华氏度时，小数点设置为0位小数。[size=14px][/size]　　（2）主输入通道的输入类型为模拟信号时（真空度测控情况）[size=14px][/size]　　根据小数点设定分辨率，两通道必须相同分辨率，即主输入和辅助输入保持相同小数位数，但相应的量程要根据传感器的实际量程进行设置。如对于10Torr和1000Torr两只真空计，其对应的模拟信号都是0~10V，但显示量程分别要设置为10和1000。[size=18px][color=#990000]3.2. 双传感器切换功能中的上下限切换点设置[/color][/size][size=14px][/size]　　在使用双传感器切换功能时，还需在控制器上进行相应子菜单设置，分别设置上限切换点和下限切换点，具体内容详见控制器使用说明书。[size=24px][color=#990000]4. 双传感器自动切换功能的应用[/color][/size][size=14px][/size]　　具有双传感器自动切换功能的PID过程控制器可应用于多种场合：[size=14px][/size]　　（1）由于双传感器功能能够同时从两个独立的传感器接收输入信号，这就使得控制器可用于测量两传感器之间的差值和平均值，如温差、平均温度、真空压力差和真空压力平均值。[size=14px][/size]　　（2）双传感器自动切换功能也可作为备份传感器切换功能使用，即在控制器上连接两只完全一样的传感器，当第一只传感器开路时，当前测量自动切换到第二只传感器测量值进行控制，由此对测量和控制起到保护和保险作用。[size=14px][/size]　　（3）由于上海依阳公司的VPC2021-2系列PID过程控制器具有双通道同时测控能力，而每一通道都配备了辅助输入端口，这样就可以同时连接4只传感器。这种4只传感器的接入能力，能带来非常多的组态形式，如同时进行两路不同变量（如温度和真空度）的测量和控制，其中2只传感器同时测控温度和真空度，其他2只传感器用来同时监测其他两个测量点处的测量值变化情况。[size=14px][/size]　　（4）在高真空工艺过程中，最常见的是使用扩散泵，并将扩散泵放置在真空炉膛和机械泵（粗真空）之间，而扩散泵和机械泵之间的区域称为前级室。机械泵将前级室气压降低到扩散泵的最大吸入压力以下，扩散泵才能开始正常运行。在典型的单室真空系统中，一般会配备三个真空计：在主真空室（或炉膛）中将安装两个真空计，一个用于低真空（皮拉尼真空计10-3 mbar），另一个用于高真空（有源倒磁控管AIM）仪表10-8mbar。而另一个皮拉真空计被视为单独的输入用来监控前级室气压。在实际应用中需要两个主真空室上的真空计进行自动切换，同时外加一个真空计监测前级室气压和一个温度传感器进行腔室温度测控。两种类型的真空计（每种都需要24V直流电源）提供2~10V直流对数输出，涵盖不同的真空范围。在实际控制过程中，两通道控制器将前级室与主真空室隔离并打开前级泵，当前级室达到设定的真空度时，控制器将改变其联锁装置，使扩散泵能够将炉子抽真空。同样，当炉子达到设定的真空度时，两通道控制器将控制执行设定的温度曲线，同时继续监测是否保持必要的真空度。[align=center]=======================================================================[/align][align=center][img=,690,349]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/07/202107281553360737_7536_3384_3.jpg!w690x349.jpg[/img][/align][size=14px][/size]

[color=#990000]摘要：为大幅度提高现有CMP工艺设备中压力控制的稳定性，在现有电气比例阀这种单回路PID压力调节技术的基础上，本文提出了升级改造方案，即采用串级控制法（双回路PID控制，也称级联控制），通过在现有电气比例阀回路中增加更高精度的压力传感器和PID控制器，可以将研磨抛光压力的稳定性提高一个数量级，从1~2%的稳定性提升到0.1~0.2%。[/color][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align] [size=18px][color=#990000][b]一、问题的提出[/b][/color][/size]在半导体制造过程中，化学机械抛光（CMP）是在半导体晶片上产生光滑、平坦表面的关键工艺。CMP工艺中的压力控制是决定最终产品质量的关键因素。如果压力过高，会损坏半导体材料；如果压力太低，会导致表面不平整。CMP系统中需要配置专用的压力调节装置，以确保压力保持在安全范围内。通过将压力保持在安全范围内，压力调节装置有助于确保半导体晶片在CMP过程中不被损坏。目前的CMP系统中普遍采用电气比例阀作为压力调节器，其典型结构如图1所示。在CMP中采用比例阀来控制抛光过程中施加在晶圆上的压力。由于比例阀是电子控制和压力值的模拟信号输出，因此可以通过控制系统（如PLC）对其进行动态编程和压力监控，这意味可以根据被抛光的特定晶片准确改变施加的压力。此外，由于电气比例阀作为压力调节器是一个闭环控制，即使在下游压力发生变化期间，施加在抛光垫上的压力也会保持不变，由此实现压力的自动调节。[align=center][img=常规研磨机电气比例阀压力控制系统结构,600,280]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/09/202209150917534790_1434_3221506_3.png!w690x322.jpg[/img][/align][align=center]图1 常规CMP系统中电气比例阀压力控制装置结构示意图[/align]在一些CMP工艺的实际应用中，要求抛光压力具有很高的稳定性，图1所示的常规压力调节装置则无法满足使用要求，这主要体现在以下几方面的不足：（1）电气比例阀的整体控制精度明显不足，其整体精度（包含线性度、迟滞和重复性）往往在1~2%范围内。这种精度水平主要受集成在比例阀内的压力传感器、高速电磁阀和PID控制器性能和体积等因素制约，而且进一步提高的空间非常有限。（2）电气比例阀安装位置与气缸有一定的距离，由此造成比例阀所检测到的压力值并不是气缸的真实压力，而且比例阀处压力与气缸压力之间有一定的时间滞后。为解决上述存在的问题，进一步提高现有CMP工艺设备中压力控制的稳定性，在现有电气比例阀这种单回路PID压力调节技术的基础上，本文将提出升级改造方案，即采用串级控制法（双回路PID控制，也称级联控制），通过在电气比例阀回路中增加更高精度的压力传感器和PID控制器，可以将研磨抛光压力的稳定性提高一个数量级，从1~2%的稳定性提升到0.1~0.2%。[size=18px][color=#990000][b]二、CMP设备压力控制的串级PID控制方案[/b][/color][/size]在传统的CMP设备压力调节过程中，采用电气比例阀进行压力调节的稳定性完全受集成在比例阀内的压力传感器、高速电磁阀和PID控制器性能和体积等因素制约。为了提高压力控制的稳定性，并充分发挥电气比例阀的自身优势，我们采用了一种串级控制技术，即在作为第一回路的电气比例阀中增加第二控制回路，其中第二控制回路由更高精度的压力传感器和PID控制器构成。串级PID控制方案的整体结构如图2所示。[align=center][img=03.超高精密研磨机电气比例阀压力串级控制系统结构,600,333]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/09/202209150918245058_1534_3221506_3.png!w690x384.jpg[/img][/align][align=center]图2 串级控制法CMP系统压力控制装置结构示意图[/align]在图2所示的串级控制法压力调节装置中，安装了一个外置压力传感器用于直接监测气缸内的气压，压力传感器检测到的气缸压力信号传输给外置的PID控制器，外置PID控制器根据设定值或设定程序将控制信号传送给电气比例阀，比例阀根据此控制信号再经其内部PID控制器来调节高速电磁阀的动作，使得电气比例阀输出到气缸的气体气压与设定值始终保持一致。从上述串级控制过程可以看出，串级控制是一个双控制回路，是两个独立的PID控制回路，电气比例阀起到的是一个执行器的作用。串级控制法（也称级联控制法）是一种有效提升控制精度的传统方法，但在具体实施过程中，需要满足的条件是：[color=#990000]第二回路的传感器和PID控制器（这里是外置压力传感器和PID控制器）精度一般要比第一回路的传感器（这里是电气比例阀内置的压力传感器和PID控制器）要高。[/color]为了实现更高稳定性的CMP系统压力控制，我们推荐的实施方案是采用0.05%精度的外置压力传感器和超高精度PID控制器（技术指标为24位ADC、16位DAC和双浮点运算的0.01%最小输出百分比）。此实施方案我们已经进行过大量考核试验，压力稳定性可以轻松达到0.1%。[align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align]

[size=24px][font=宋体]在当今电子时代，光电传感器仍有许多应用，发展速度也很快，特别是随着智能机器的出现，对传感器的使用变得更加依赖。光电传感器的特性使得它在未来能够得到更多的发展。[/font][font=宋体]而可以用来控制液位的光电传感器，简称光电液位传感器。它可以控制电磁阀、水泵等，从而实现半自动化或全自动。有很多方法，取决于不同产品的选择。[/font][font=宋体]光电液位传感器就是利用光学折射原理来检测液位。光电液位传感器利用这种现象来区分有水状态和无水状态，从而将其转换为电平信号输出。光电液位传感器内部有一个红外发射管，当传感器处于水的状态时，光线会在水中发生折射；它在无水状态下不会折射。[/font][img=,600,324]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/10/202210081755422476_2512_4008598_3.jpg!w600x324.jpg[/img][font=宋体]对比[/font][font=宋体]原始机械式的浮球液位传感器来说，其可靠性及精度、稳定性方面都可以维持在一个较高的范围内，具有液位控制精度高、一致性强、可靠性高、寿命长的特点。[/font][font=宋体]液位传感器配合控制器可以实现液位控制，当被测液体到达传感器[/font][font=宋体]检测[/font][font=宋体]位置时，芯片[/font][font=宋体]就会[/font][font=宋体]输出高电平或低电平信号，然后与控制器配合实现对液位的控制。然后在液位下降到没有液体时，传感器可以发出信号实现缺水预警，或者驱动水泵加水。在液位上升到设定一个位置时，传感器检测到后可以实现满水提醒并控制水泵停止工作。[/font][/size]

水箱水位控制一般会使用什么传感器呢？一般是采用水位传感器来进行检测，水位传感器可以很好的检测水位的变化，检测到水位达到某一位置时发出信号给出提示。配合控制板还可以实现自动加水功能。所以水箱水位控制通常最适合的是水位传感器。水位传感器又有很多种类型，目前机器设备中是有采用哪些水位传感器呢？比如浮球式水位传感器、光电式、电容式等水位传感器。1.[b]电容式水位传感器[/b]价格便宜，体积小，并不直接接触液体，而是安装在水箱外壁使用。可检测各类各类带杂物、腐蚀性等液体。[img=,690,440]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/10/201810251019466712_2449_3397320_3.jpg!w690x440.jpg[/img]2.[b]浮球式液位传感器[/b]运作简单，优点是价格便宜，缺点是液位控制精度低，通常只能控制在±3mm之内甚至更高。浮球式水位传感器只能上置、下置安装，会局限了产品要求。并且浮球式水位传感器在使用一段时间后会产生水垢，水垢导致浮球增重的同时会影响液位检测精度，且不符合食品卫生认证标准。 [img=,253,210]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/10/201810251025552067_5793_3397320_3.png!w253x210.jpg[/img]3.[b]光电式水位传感器[/b]可上置、下置、侧置、斜向安装，防水等级达到IP 64，液位检测精度高，可以控制±0.5mm。且体积小、寿命长，安装工艺简单，稳定性强，可靠性高。应用环境广，受液体中的腐蚀性、沉淀物、漂浮物等影响较低。且接触液体面积小，易清洁更卫生[img=,629,386]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/10/201810251029499801_167_3397320_3.jpg!w629x386.jpg[/img]4.[b]超声波水位传感器：[/b]超声波水位传感器重量轻，检测精度高，非接触式的检测，更加卫生。具有安全、寿命长、可靠性高的特点。适用环境广，安装方式多样。超声波式水位传感器易有盲区，盲区内则检测不到液体或物体。超声波水位传感器下面不易有障碍物，以及有粉尘、水雾、易产生大量泡沫的液体，或者液体易挥发的情况下不适合超声波水位传感器。容易导致测量误差、信号丢失、精度下降等等。超声波式传感器价格较贵。5.[b]电极式[url=http://www.eptsz.com/Products.aspx][color=#000000]液位传感器[/color][/url]：[/b]电极式水位传感器结构简单，价格低廉，电极式传感器是直接利用水的电阻检测水位，这种传感器一般以不锈金属，或导电硅橡胶作为导电体，其封装工艺的优劣直接关系到产品的质量。电极式水位传感器在使用时间长久后会产生电解，产生的电解物质是有毒的，会影响人体健康。

[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=14px][color=#990000]摘要：为了保证科研生产中的安全运行和控制，针对一些对可靠性、安全性和产品价值要求较高的控制对象，往往要求传感器具有冗余设计。本文介绍了VPC 2021-1系列多功能超高精度PID控制器，主要介绍了此控制器的双传感器冗余功能及其使用方法。[/color][/size][size=14px][/size][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align][size=14px] 在各种工业和科研领域中，会采用大量各种传感器进行相应的过程参数测量和控制。在一些使用环境比较恶劣的条件下，如高低温、高压力、腐蚀、侵蚀、振动和强磁场等，传感器往往会受到损伤而发生故障，由此会在使用过程中给测量和控制带来严重影响，从而造成测量和控制效果降低，甚至造成产品报废和试验失败，更严重的还会造成控制失控而引发事故。特别是在一些高价值产品的长时间生产控制过程中，绝不允许期间出现中断而造成控制参数巨变造成高价值产品报废现象。[/size][size=14px] 为了解决上述运行过程中传感器损坏而带来的控制失效问题，最好的解决方法是进行冗余设计，即对工作用传感器进行备份。如图1所示，在被控对象中布置至少两个传感器，一个作为主传感器，另一个为备份传感器。当主传感器出现故障时，特别是主传感器出现断路时，控制器自动切换到备份传感器。[/size][align=center][size=14px][color=#990000][img=双传感器冗余示意图,500,294]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/11/202211161612313860_2879_3221506_3.jpg!w690x407.jpg[/img][/color][/size][/align][size=14px][/size][align=center][color=#990000]图1 冗余设计的双传感器（主传感器和备份传感器）[/color][/align][size=14px] 在控制过程和运行设备中配备双传感器比较容易实现，条件是主传感器和备份传感器的规格型号和量程要完全一致，但发挥这种冗余设计功效的关键是要求相应的PID控制器具有传感器断路自动监测能力，并同时要求能将控制回路自动切换到备份传感器。[/size][size=14px] 为了满足安全生产和控制需要，VPC2021-1系列多功能超高精度PID控制器配备这种双传感器冗余功能。如图2所示，此系列PID控制器具备万能型传感器输入功能，可连接的47种类型的输入信号，其中包括10种热电偶温度传感器、9种电阻型温度传感器、3种纯电阻、10种热敏电阻、3种模拟电流和12种模拟电压。在备份传感器的具体使用中，可以将两只完全相同的传感器分别接入主输入端和辅助输入端，并将辅助输入通道设置为双传感器冗余功能。开始运行后，控制器同时采集两只传感器信号，但采用主传感器信号进行控制。当主传感器开路时，当前测量自动转入辅助输入端（备份传感器）的测量值并继续进行控制。[/size][align=center][size=14px][color=#990000][img=具有双传感器冗余功能的多功能超高精度PID控制器,350,388]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/11/202211161614314227_180_3221506_3.jpg!w496x551.jpg[/img][/color][/size][/align][size=14px][/size][align=center][color=#990000]图2 具有双传感器冗余功能的PID控制器[/color][/align][size=14px] 这种双端口输入信号的功能还可以进行扩展，可以通过相应的设置用来进行加热器断丝报警、阀位反馈、远程设定、不同量程双传感器切换。[/size][size=14px] 总之，这种具体双传感器冗余功能的PID调节器完全可以满足安全控制的需要，功能十分强大，同时还保持了超高精度的测量控制能力。[/size][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align][size=14px][/size]

液氮罐在现代科技中扮演着重要的角色，被广泛应用于许多领域，如冷冻、医疗和科学实验等。而在这些应用中，一个关键的组成部分就是液氮罐的压力控制装置。然而，压力传感器失灵可能导致罐内压力无法正常监测，从而可能带来一系列问题。本文将探讨液氮罐压力传感器失灵的原因，并提供解决方案和修复措施。一、压力传感器失灵的原因1. 电路故障压力传感器的失灵很可能是由于电路故障引起的。电路故障可能包括电线断裂、焊接点松动或老化、电源供应问题等。当电路故障发生时，压力传感器无法准确地向控制装置发送信号，导致压力无法正常监测。2. 传感器损坏压力传感器可能会受到外界物理力或不合适的使用环境影响而损坏。例如，摔落、挤压或过度震动可能导致传感器内部元件的损坏。此外，如果传感器长时间处于高温或低温环境中，也可能影响其性能。二、修复压力传感器失灵的方法1. 检查电路连接当发现压力传感器失灵时，首先应检查电路连接是否正常。仔细检查电源线、信号线和地线是否有断裂或松动的情况。如果发现问题，应立即修复或更换损坏的电线。2. 更换传感器如果电路连接正常，但压力传感器仍然失灵，那么可能需要考虑更换传感器。首先，检查压力传感器周围是否有损坏的迹象，如裂纹或变形。如果发现传感器有损坏，应及时更换新的传感器。同时，确保新传感器与原传感器的规格相匹配，并按照制造商的指示进行安装。[img=液氮罐,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/12/202312130935077943_3504_3312634_3.jpg!w690x517.jpg[/img]3. 调试和校准传感器一旦更换了新的传感器，还需要调试和校准传感器以确保其正常工作。这包括使用专业设备对传感器进行校准，并调整传感器的灵敏度和响应时间。校准后，应使用合适的工具和方法测试传感器的工作状态，以确保其准确地监测罐内压力。[url=http://www.mvecryoge.com/]金凤液氮罐[/url]三、预防措施除了修复压力传感器失灵之外，还可以采取一些预防措施，以延长传感器的寿命并减少故障的可能性。1. 定期检查定期检查液氮罐的压力传感器，确保其连接牢固并没有损坏。定期检查可以发现潜在问题，并及时采取措施修复或更换传感器。2. 控制温度维持合适的温度范围也是保护压力传感器的关键。避免将液氮罐暴露在过高或过低的温度环境中，这样可以减少传感器受损的风险。[url=http://www.yedanguan365.com/]液氮罐[/url]正确使用[url=http://www.yedanguan1688.com/]液氮罐[/url]和相应的压力控制装置是保护压力传感器不被损坏的重要措施。严禁摔落、挤压或强烈震动罐身，同时避免使用液氮罐处于超出规定温度的环境中。液氮罐压力控制装置是确保液氮罐正常工作的重要组成部分。当压力传感器失灵时，可能会导致一系列问题。本文讨论了压力传感器失灵的原因，并提供了修复方法和预防措施。通过及时检查、更换传感器以及正确使用液氮罐可以确保压力传感器的正常运行，并延长其寿命，从而提高液氮罐的性能和安全性。

[color=#000099][b]摘要：目前的一次性生物反应器袋充气压力控制普遍只使用了电气比例阀或双阀压力控制器，此种充气控制方式中，压力安全监控无法自动反馈和响应、所控压力并不是真正的反应器袋压力，且充气速度较慢。本文针对现有技术存在的问题进行了改进，提出采用串级控制法，通过外置压力控制器和传感器，以比例阀作为执行机构组成双闭环控制回路，可大幅提高控制精度和充气速度，更重要的是可实现充气压力安全监控和报警自动处理。[/b][/color][align=center][/align][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align][b][size=18px][color=#000099]一、问题的提出[/color][/size][/b]一次性生物反应器（Single Use Bioreactor）或用后可弃生物反应器(Disposable bioreactor）是使用一次性袋的生物反应器，代替由不锈钢或玻璃制成的培养容器，简称SUBs。与可重复使用的生物反应器相比，一次性生物反应器(SUBs)具有的重要优势是减少了工艺认证难度，无需清洁认证，缩短了停机时间和周转时间。在所有的一次性生物反应器使用过程中，都存在一个充气步骤，需要将反应器充气到指定压力。但一次性生物反应器生物反应器袋并不属于压力容器，过度加压会造成反应器袋的破裂、泄漏或其他故障。因此，一次性反应器袋的准确充气加压必须考虑到在生长期间引入、消耗和产生的气体，以及培养基、消泡剂和其它引入流体的影响。目前常用的SUB充气控制装置是采用电气比例阀，也有采用类似电气比例阀的双阀压力控制器，整个充气压力控制装置如图1所示。[align=center][img=一次性生物反应器典型充气压力控制系统结构示意图,690,246]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/11/202211011730388558_6420_3221506_3.jpg!w690x246.jpg[/img][/align][align=center][color=#000099]图1 一次性生物反应器袋典型充气压力控制系统结构示意图[/color][/align]在实际应用中，图1所示的充气压力控制系统存在以下两方面问题：（1）安全性问题：在图1充气压力控制系统中，双阀压力控制器或电气比例阀都内置有压力传感器，此传感器测量的是出压口处的压力，并不代表一次性生物反应器袋的内部压力。因为，出于安全性考虑，还需增加一个压力表来监控反应器袋的真实压力。因此，很多SUB制造商希望更准确的直接控制一次性生物反应器袋的内部压力，并同时具有报警功能。（2）准确性和滞后问题：由于压力控制器和电气比例阀远离反应器袋，所控压力与反应器袋希望的压力值有一定偏差，而且这种充气控压方式存在明显滞后现象，充气速度较慢。[b][size=18px][color=#000099]二、串级回路充气压力控制[/color][/size][/b]为了解决上述一次性生物反应器袋充气压力控制中存在的问题，本文提出一种更精确可靠且快速的充气压力控制方法，其核心技术是采用串级控制方法，即对图1所示的压力控制系统进行了改良，增加一个独立的压力控制器。新型充气压力控制系统如图2所示。[align=center][img=生物反应器袋新型串级双回路充气压力控制系统结构示意图,690,346]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/11/202211011731023461_8401_3221506_3.jpg!w690x346.jpg[/img][/align][align=center]图2 生物反应器袋新型串级双回路充气压力控制系统结构示意图[/align]图2所示的升级改良后的新型充气压力控制系统，主要有以下几方面的特点：（1）所采用经典的串级控制法，以电气比例阀作为独立的内部执行回路，再外接独立的压力控制器和压力传感器，结合电气比例阀组成外部控制回路，由此构成的串级控制结构形式，可充分发挥串级控制法能提高控制精度和加快充气速度的优势，有效提高压力控制精度和缩短充气时间，此特性对大容积一次性反应器袋的充气过程尤为具有优势。（2）外接的压力传感器直接安装在反应器袋上，更能准确监测反应器袋的内部压力。（3）外接的压力控制器具有超压报警功能和相应的开关控制信号输出。如果反应器袋内部压力超过设定警戒线后，可立刻报警并输出开关信号驱动安全阀放气。（4）压力控制器采用的是24位ADC和16位DAC，具有超高的压力测量和控制信号模拟量输出精度，另外通过双精度浮点运算，可实现最小0.01%的超高精度压力控制调节。（5）压力控制器可存储多个充气压力控制参数，便于不同容积大小的一次性生物反应器袋的充气压力控制而无需再进行设置和调整。（6）控制器可具有两通道形式，即一个压力控制器可同时控制两个电气比例阀实现两个一次性生物反应器袋的充气压力控制。（7）压力控制器带RS 485通讯，标准MODBUS协议，即可独立运行，也可与上位机通讯。（8）随机配的软件可方便采用计算机对压力控制器进行遥控，避免繁复的仪器按钮操作。[b][size=18px][color=#000099]三、总结[/color][/size][/b]综上所述，通过上述新型串级控制系统，可有效提高一次性生物反应器袋充气过程中压力控制的安全性、精度和速度，并具有操作便捷和可扩展的特点。同时此种串级双回路结构适用于各种形式和规格的电气转换器、电气比例阀和双阀压力控制器。[align=center][/align][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align]

[size=16px][color=#339999]摘要：针对X射线窗口膜材料机械性能测试中对真空度和高压压力的准确控制需要，本文提出了相应的解决方案。解决方案中采用了薄膜电容真空计、压力传感器、电动针阀、压力调节阀和真空压力PID控制器，与真空泵和高压气源配合，可在膜材料样品两侧形成准确的真空压差、微压差和高压压差，由此为窗口膜材料的杨氏模量、破裂压力和压力循环测试提供所需的真空压力环境。控制器自带的计算机软件可独立进行上述真空压力控制操作，并可显示和存储整个控制过程中的多个参数随时间变化曲线。[/color][/size][align=center][size=16px][color=#339999]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/color][/size][/align][size=18px][color=#339999][b]1. 问题的提出[/b][/color][/size][size=16px] 窗口膜是X射线探测器的核心组件之一，其具有真空密封、透过X射线的功能。窗口膜的机械强度和透过X射线能力是决定X射线探测器性能的重要因素。图1所示为X射线探测器结构示意图。[/size][align=center][size=16px][color=#339999][b][img=01.X射线探测器及其透射窗口,650,241]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/04/202304130946305619_2340_3221506_3.jpg!w690x256.jpg[/img][/b][/color][/size][/align][align=center][size=16px][color=#339999][b]图1 X射线探测器及其机构示意图[/b][/color][/size][/align][size=16px] 探测传感器的稳定及可靠运行需要金属外壳密封，外壳顶部的探测端需要集成化的高透过率窗口，此窗口在保证X射线高透射的前提下，还能保证传感器处于高真空环境。高真空环境下工作，传感器可以有效地被冷却到适宜的工作温度，同时能避免了空气对传感器表面污染。因此，端窗膜至少需要承受一个大气压的压力差，这要求膜具有高的机械强度和稳定性。目前常见的窗口膜材料主要有：铍膜、聚合物膜、金刚石膜、氮化硅膜和石墨化碳膜。[/size][size=16px] 为了测试评价窗口薄膜材料的机械强度和稳定性，需要在X光探测器内外真空压力的模拟环境下，测试膜材料的杨氏模量和爆裂强度，并进行多次压力循环考核试验。图2所示为薄膜材料机械性能测试时的真空压力环境示意图。[/size][align=center][size=16px][color=#339999][b][img=02.窗口膜机械性能测试真空压力分布示意图,500,171]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/04/202304130946532094_6847_3221506_3.jpg!w690x236.jpg[/img][/b][/color][/size][/align][align=center][size=16px][color=#339999][b]图2 窗口膜性能测试时的真空压力环境示意图[/b][/color][/size][/align][size=16px] 在图2所示测试环境中，薄膜样品片固定在一个金属盘上，金属盘上有一已知直径的小孔。将金属盘固定在真空室上，使样品膜的顶面暴露在大气或正压环境中，底面暴露在真空室的可变压力下，通过控制加载的正压和真空度，可在膜样品量程形成一定的压差。膜样品在不同条件下存在三种状态：无压差自然状态、微压差延展状态和高压耐压状态，三种状态如图3所示。[/size][align=center][size=16px][color=#339999][b][img=03.窗口膜压差变形示意图,500,166]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/04/202304130947126106_6551_3221506_3.jpg!w690x230.jpg[/img][/b][/color][/size][/align][align=center][size=16px][color=#339999][b]图3 窗口膜压差变形示意图[/b][/color][/size][/align][size=16px] 在不同的压差状态下，需要对X射线窗口膜材料进行以下三项机械性能测试：[/size][size=16px] （1）在微压差状态下，控制膜顶面上的压力为一个标准大气压，膜的底面为变真空状态，使用浅焦平面显微镜物镜或非接触激光位移探测器等装置测量不同真空度下膜样品中心偏差，根据压差和中心偏差所建立的函数，可以测量得到窗口膜的杨氏模量。[/size][size=16px] （2）机械性能测试的另一个重要指标是薄膜的破裂压力，此时需要将膜样品底面的真空控制为一个大气压，而膜样品顶面压力控制为线性变化高压正压。[/size][size=16px] （3）为了考核膜窗口材料的稳定性，还需要进行压力循环测试，即膜样品两侧压差经历循环变化（10000次，绝压101~103kPa）的考核试验。[/size][size=16px] 由此可以看出，在窗口膜机械性能测试中，需要在膜的两侧形成准确的真空压力及其动态变化控制，为此本文提出以下真空压力控制解决方案。[/size][size=16px] 在图2所示测试环境中，薄膜样品片固定在一个金属盘上，金属盘上有一已知直径的小孔。将金属盘固定在真空室上，使样品膜的顶面暴露在大气或正压环境中，底面暴露在真空室的可变压力下，通过控制加载的正压和真空度，可在膜样品量程形成一定的压差。膜样品在不同条件下存在三种状态：无压差自然状态、微压差延展状态和高压耐压状态，三种状态如图3所示。在不同的压差状态下，需要对X射线窗口膜材料进行以下三项机械性能测试：[/size][size=16px] （1）在微压差状态下，控制膜顶面上的压力为一个标准大气压，膜的底面为变真空状态，使用浅焦平面显微镜物镜或非接触激光位移探测器等装置测量不同真空度下膜样品中心偏差，根据压差和中心偏差所建立的函数，可以测量得到窗口膜的杨氏模量。[/size][size=16px] （2）机械性能测试的另一个重要指标是薄膜的破裂压力，此时需要将膜样品底面的真空控制为一个大气压，而膜样品顶面压力控制为线性变化高压正压。[/size][size=16px] （3）为了考核膜窗口材料的稳定性，还需要进行压力循环测试，即膜样品两侧压差经历循环变化（10000次，绝压101~103kPa）的考核试验。[/size][size=16px] 由此可以看出，在窗口膜机械性能测试中，需要在膜的两侧形成准确的真空压力及其动态变化控制，为此本文提出以下真空压力控制解决方案。[/size][size=18px][color=#339999][b]2. 解决方案[/b][/color][/size][size=16px] 根据上述X射线探测器窗口膜材料机械性能测试对真空压力的要求，所设计的真空压力控制系统结构如图4所示。[/size][align=center][size=16px][color=#339999][b][img=04.X射线探测器窗口膜机械性能测量装置真空压力控制系统结构示意图,690,236]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/04/202304130947316561_3586_3221506_3.jpg!w690x236.jpg[/img][/b][/color][/size][/align][align=center][size=16px][color=#339999][b]图4 真空压力控制系统结构示意图[/b][/color][/size][/align][size=16px] 在图4所示的真空压力控制系统中，采用了分体法兰对接密封结构，即顶部和底部法兰通过对接方式将被测窗口膜样品密封夹持在中间位置。其中，顶部法兰提供样品膜上方的高压空间，底部法兰提供样品膜下方的真空空间，并分别配置相应的真空和压力控制装置。通过真空压力控制装置可以精确控制膜样品两侧的压差，为膜样品的机械性能测量提供所需真空压力环境。[/size][size=16px] 真空压力控制系统包括两部分内容：[/size][size=16px] （1）底部法兰真空控制装置：在膜样品下方提供准确可控的真空环境，真空度变化控制范围为绝对压力10~760Torr。采用绝对压力1000Torr量程的薄膜电容真空计测量膜样品下方的真空度，两个电动针阀分别调节进气和排气流量，真空泵进行抽气。真空压力PID控制器采集真空计信号，并根据设定值进行PID比较计算后输出控制信号，由此来自动调节电动针阀使真空度快速达到设定值。[/size][size=16px] （2）顶部法兰高压控制装置：在膜样品上方提供准确可控的高压环境，高压变化控制范围为表压0~1MPa。采用1MPa量程的压力计测量膜样品上方气压，压力调节阀输出所需气压，高压气瓶提供高压气源。真空压力PID控制器采集压力计信号，并根据设定值进行PID比较计算后输出控制信号，由此来自动调节压力调节阀使气压快速达到设定值。[/size][size=16px] 图4所示的真空压力控制系统，可完成窗口膜机械性能测试中的以下三项压差变化控制：[/size][size=16px] （1）杨氏模量的微压差控制：顶部法兰膜样品上方空间保持常压，对底部法兰膜样品下方的空间进行真空度控制，由此在膜样品两侧形成微压差，使膜样品产生变形以提供变形量测量。[/size][size=16px] （2）破裂高压控制：底部法兰膜样品下方空间保持常压，对顶部法兰膜样品上方的空间进行线性高压控制，控制压力从常压开始按照设定速率进行线性升压，并同时记录压力变化曲线。一旦压力升到一定高压产生破裂，则压力测量值会产生突变，由此得到破裂压力值。[/size][size=16px] （3）压力循环控制：关闭进气针阀和全开排气针阀，使底部法兰膜样品下方空间的真空度达到真空泵的抽取极限（如绝对压力1Pa）。然后对顶部法兰膜样片上方空间进行压力交变控制，控制器通过可编程的设定压力程序，使得压力在绝对压力101~103kPa之间周期性交替变化，周期数值可任意设定，如一万次等。[/size][size=18px][color=#339999][b]3. 总结[/b][/color][/size][size=16px] 通过上述真空压力控制解决方案，可实现各种X射线探测器窗口材料机械性能测试中的真空压力准确控制，解决方案具有如下特点：[/size][size=16px] （1）为窗口膜材料多个机械性能参数测试提供相应真空度和高压的准确控制。[/size][size=16px] （2）真空压力控制的整个过程全部自动化，真空压力按照测试要求所输入的设定值进行全自动控制，且具有很高的测量和控制精度。[/size][size=16px] （3）所采用的电动针阀和压力调节阀都具有很高的响应速度，有效缩短了压差稳定时间。[/size][size=16px] （4）真空压力PID控制器配备有相应的计算机软件，通过计算机软件就可独立完成真空压力控制，其中包括参数设置、控制运行、以及控制参数及其随时间变化曲线的自动显示和存储。[/size][align=center][size=16px][color=#339999]~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/color][/size][/align]

[align=center][img=在昆虫学实验用自动气压室中如何实现正压和负压的高精度程序控制,500,387]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/11/202211090604445428_4508_3221506_3.jpg!w690x535.jpg[/img][/align][color=#990000]摘要：昆虫的行为模式会受气压变化的明显影响，为在可控气压条件下的气压室内模拟自然气压变化对昆虫行为进行准确和可重复的研究，需要气压室的气压变化可精确程序控制。本文针对客户提出的气压室压力精密程序控制要求，介绍了高精度真空压力控制仪解决方案。真空压力控制仪采用密闭容器进出气体动态平衡法工作原理，以高压气瓶作为高压气源，真空泵进行抽气，通过双通道真空压力程序控制器采集压力传感器并同时自动调节进气针阀和出气针阀的开度，实现任意设定压力变化程序的精密控制和长时间稳定运行。[/color][align=center][color=#990000]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/color][/align][color=#990000][size=18px][b]一、问题的提出[/b][/size][/color]各种生物体所处的环境会影响和改变其生活方式，这些环境条件主要包括风、雨、土壤成分、辐射、温度和大气压力等因素。大量研究表明，不利的天气条件（通常与气压变化有关）会影响繁殖、摄食和栖息。昆虫行为，如飞行、产卵、寄生、交配和鸣叫等，会受到气压的影响。对于昆虫行为模式与气压之间的相关性研究，目前普遍采用的方式是在自然条件下进行观察和记录，存在效率低、周期长和不准确等问题。个别实验室使用了手动控制气压的气压室，但存在气压控制不准确、无法长时间的精密模仿自然压力的缓慢变化过程以及可控的气压变化范围很窄等问题。最近有客户希望能对昆虫研究用的气压室进行正负压自动控制，具体要求如下：（1）气压控制范围：以一个标准大气压为基准，能实现气压室的气压在内正负压力范围内的精密控制，即气压室内的绝对压力在90kPa~110kPa范围内精密可控。（2）气压控制形式：可自动模拟自然界大气压的缓慢变化过程，即气压变化可按照任意设定的变化方向和速度进行控制，气压可准确恒定在任意设定点处。总之，整个气压变化过程可按照任意设定的折线形式进行精密控制。（3）气压控制精度：在90kPa~110kPa范围内，任意压力下的控制精度小于±0.1%。为了满足客户提出的上述要求，本文将提出相应的高精度气压程序控制解决方案。解决方案将采用密闭容器进出气体动态平衡法，采用高压气瓶作为高压气源，真空泵进行抽气，通过双通道真空压力程序控制器采集压力传感器并同时控制进气针阀和出气针阀的开度，实现任意设定压力变化程序的精密控制和长时间稳定运行。[b][size=18px][color=#990000]二、解决方案[/color][/size][/b]从客户提出的上述要求可以看出，用于昆虫行为研究的气压室压力控制是个典型的正负压力自动控制问题。此正负压力自动控制需要解决以下几方面的问题：（1）正压（压力）和负压（真空）如何形成。（2）正负压自动控制方法和控制仪器。（3）压力传感器的选择。（4）控制阀门的选择。为解决上述几方面的问题，本文提出的具体解决方案如图1所示。[align=center][color=#990000][img=气压室压力控制方案结构示意图,550,227]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/11/202211090607045916_3943_3221506_3.jpg!w690x285.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图1 昆虫研究用气压室正负压力程序控制方案示意图[/color][/align]首先，为在气压室内形成正压和负压，解决方案采用了动态平衡法。如图1所示，在气压室的左边进气端布置高压气源，在气压室的右边出气端布置真空泵，如果进气流量大于排气流量则形成正压，若排气流量大于进气流量则形成负压。进气和出气流量通过进气阀和排气阀调节。对气压室正压和负压的调节和控制，是一个典型的分程控制案例，即采用一个调节器的输出同时驱动几个工作范围不同的执行器。这里的调节器就是图1所示的压力控制器，工作范围不同的执行器是进气阀和排气阀。由此可见，压力控制器要求具有分程控制功能，即要求压力控制器针对不同工作范围（正压或负压区间）具备同时调节进气阀和排气阀开度大小的功能。另外，为了保证控制精度，所选择的压力控制器为超高精度PID调节器，具有24位AD和16位DA转换器，并具有双精度浮点运算功能，最小输出百分比可以达到0.01%。为了保证气压室内压力变化达到客户提出的控制精度，还需要选择高精度压力传感器。如果要达到±0.1%的控制精度，压力传感器的测量精度需要达到±0.05%。同样，压力控制精度还取决于进气阀和排气阀的调节精度和响应速度。对于体积较小的昆虫学实验用气压室，则要求阀门具有超高的响应速度。我们选择用步进电机驱动的快速电动针阀，电动针阀的全程开启速度为0.8秒，具有超低的真空漏率和7bar的耐正压能力。一系列不同通孔孔径的电动针阀可供选择以满足不同规格尺寸的自动气压室。最关键的是可以使用0~10V（或4~20mA）的模拟信号直接驱动电动针阀，且具有非常好的线性度和重复性。经过上述选择和配置，按照图1所示的解决方案，所配置的真空压力控制仪如图2所示。[align=center][color=#990000][img=用于气压室的真空压力控制仪结构示意图,550,447]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/11/202211090607364958_9108_3221506_3.jpg!w690x561.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图2 昆虫研究用气压室真空压力控制仪结构示意图[/color][/align]图2所示的真空压力控制仪是一个集成式仪器，将包括数控针阀、控制器、电源等所有部件都集成安装在控制仪内。控制仪两侧留有连接充气/抽气泵的快插接头。控制仪背面留有连接气压室进气/出气的快插接头，同时还留有连接压力传感器、计算机通讯和工作电源的专用接口。压力传感器以外置形式直接安装在气压室侧壁上，可更准确的检测气压室内的真空压力变化。压力传感器的信号和电源引线连接到真空压力控制仪背面相应的连接器上。这种外置式压力传感器形式更具有扩展性，可根据不同气压室或密闭容器的真空压力控制范围选择不同压力传感器，并便于更换和安装。计算机通讯采用了具有标准MODBUS协议的RS 485接口，由此可连接计算机。通过PID控制器随机所带的控制软件，计算机可直接遥控PID调节器，并采用软件界面操作进行控制程序设置和运行，对控制过程进行数据采集、存储和全过程结果曲线显示。[b][size=18px][color=#990000]三、总结[/color][/size][/b]上述的正负压精密控制解决方案作为一种标准的真空压力控制仪器，除了可以满足昆虫学实验用自动气压室的各项要求外，还具有很强的适用性和可扩展性，主要体现在以下几个方面：（1）可进行更大区间的真空压力控制，绝对压力控制范围可覆盖0.1Pa~0.5MPa，具有非常宽泛的正压和负压控制范围。（2）在正压和负压区间可实现各种形式的控制，如单独控制正压、单独控制负压（真空度），也可正负压连续控制，所有控制可进行定点控制，也可进行折线编程程序的自动控制。（3）可进行更多功能的扩展，如实现不同气体或不同气体含量混合气体下的气压控制，也可用来同时控制其他环境变量，如温度、湿度和光照等。总之，标准化的真空压力控制仪可满足各种实验室气压室的压强程序控制，并具有±0.1%以上的控制精度。同时，控制仪也适用于各种真空压力容器（如气候室、气候环境试验箱、真空气氛炉、真空干燥箱、旋转蒸发仪、精密低温容器、冷冻干燥箱和各种光谱仪等）的气压精密控制，大大提高了自动化程度和控制精度。[align=center][/align][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align]

[align=center][font='Times New Roman'][font=宋体][url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]流量控制原理与维护[/font] [font=Times New Roman]—— [/font][/font][font=宋体]压力传感器[/font][/align][align=center][font='Times New Roman'] [/font][/align][align=center][font='Times New Roman'][font=宋体]概述[/font][/font][/align][font=宋体][font=宋体]压力传感器是电子流量控制器（[/font][font=Times New Roman]EPC[/font][font=宋体]、[/font][font=Times New Roman]AFC[/font][font=宋体]或[/font][font=Times New Roman]EFC[/font][font=宋体]）的重要组成元件，目前常见[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]配备的压力传感器主要为压阻式传感器，其灵敏度高、分辨率高、体积小、工作频带宽、响应速度快。[/font][/font][align=center][font=宋体]简介[/font][/align][font=宋体][font=宋体][url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱[/color][/url]维修人员在检查或维修电子流量式[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]过程中，当拆解或者检查电子流量控制器时[/font][font=宋体]——不论是进样口流量控制器或者检测器流量控制器，都可以观察到如图[/font][font=Times New Roman]1[/font][font=宋体]所示的元器件，尺度大约[/font][font=Times New Roman]10mm*10mm[/font][font=宋体]左右，此即为压力传感器，用来测定气体压力和协助控制气体流量。[/font][/font][align=center][img=,189,150]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/11/202211231551479727_3572_1604036_3.jpg!w531x423.jpg[/img][font='Times New Roman'] [/font][/align][align=center][font=宋体][font=宋体]图[/font][font=Times New Roman]1 [/font][font=宋体]压力传感器外观[/font][/font][/align][font=宋体]目前常见[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]配备的压力传感器主要为压阻式传感器，其灵敏度高、分辨率高、体积小、工作频带宽、响应速度快。压阻传感器的工作原理基于压阻效应，压力敏感元件是使用集成电路工艺在半导体材料的基片上制成的扩散电阻，当受到流体压力作用于敏感元件时，扩散电阻的阻值发生对应的变化。[/font][font=宋体][font=宋体]对于某个确定的导电材料，其电阻值的变化率可以由公式[/font][font=Times New Roman]1[/font][font=宋体]决定：[/font][/font][font=宋体] [/font][img=,240,76]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/11/202211231551556750_971_1604036_3.jpg!w600x191.jpg[/img][font=宋体] [/font][font=宋体][font=宋体]公式[/font] [font=Calibri]1[/font][/font][font=宋体][font=宋体]公式中[/font][font=Times New Roman]R [/font][font=宋体]为电阻值、ρ为电阻率、[/font][font=Times New Roman]l[/font][font=宋体]为导电材料长度、[/font][font=Times New Roman]s[/font][font=宋体]为导电材料截面积。[/font][/font][font=宋体]对于金属电阻（常见于工业测量中使用的金属应变片），上式中的[/font][font=宋体]Δ[/font][font=宋体][font=宋体]ρ[/font][font=Times New Roman]/[/font][font=宋体]ρ项数值较小，即电阻率变化较小，而尺度的变化率（[/font][/font][font=宋体]Δ[/font][font=宋体]l/l和[/font][font=宋体]Δ[/font][font=宋体]s/s[/font][font=宋体]）较大，所以金属电阻阻值的变化主要由其尺寸变化率引起。而对于半导体电阻，受力时其尺寸变化率较小，而电阻率变化率（[/font][font=宋体]Δ[/font][font=宋体][font=宋体]ρ[/font][font=Times New Roman]/[/font][font=宋体]ρ）较大，这就是压阻式传感器的基本工作原理。[/font][/font][font=宋体][font=宋体]当压力作用于半导体硅晶片时，硅晶体晶格发生变形，是载流子产生不同能谷之间的散射，载流子的迁移率发生变化，从而使硅晶片的电阻率发生变化。对于半导体电阻，其压阻系数较大，压阻传感器的灵敏度是金属应变片灵敏度的[/font][font=Times New Roman]50-100[/font][font=宋体]倍。[/font][/font][align=center][font=宋体]压阻式传感器的结构[/font][/align][align=center][font=宋体] [/font][/align][font=宋体]压阻传感器的压力敏感元件是采用集成电路工艺在半导体基片（硅晶片）上制成的扩散电阻，扩散电阻依附于弹性元件才能工作。单晶硅材料纯度高、功耗低、滞后和蠕变小、机械稳定性好，传感器的制造工艺和硅集成电路工艺有很好的兼容性，所以扩散硅压阻传感器作为检测元件的压力测试仪表在工业测量领域得到广泛应用。[/font][align=center][img=,221,213]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/11/202211231552062434_3094_1604036_3.jpg!w332x320.jpg[/img][font='Times New Roman'] [/font][/align][align=center][font=宋体][font=宋体]图[/font][font=Times New Roman]2 [/font][font=宋体]压阻传感器的结构[/font][/font][/align][font=宋体][font=宋体]图[/font][font=Times New Roman]2[/font][font=宋体]为压阻式传感器的机构示意图，在硅膜片上用离子注入和激光修正方法形成[/font][font=Times New Roman]4[/font][font=宋体]个阻值相等的扩散电阻，并连接成惠斯登电桥形式，如图[/font][font=Times New Roman]3[/font][font=宋体]所示。[/font][/font][align=center][img=,215,194]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/11/202211231552138775_83_1604036_3.jpg!w690x624.jpg[/img][font=宋体] [/font][/align][align=center][font=宋体][font=宋体]图[/font][font=Times New Roman]3 [/font][font=宋体]惠斯登电桥[/font][/font][/align][font=宋体][font=宋体]使用[/font][font=Times New Roman]MEMS[/font][font=宋体]技术在硅膜片上形成一个压力室，一测与大[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相[/color][/url]连（或真空），一侧与取压口相连，此结构即为硅杯。当待测压力作用于膜片上，膜片发生部分拉伸和部分压缩，电桥失去平衡，产生输出电压，电压的大小反应了膜片受到的压力情况。该电路一般采用恒电流工作方式，可以抑制环境温度的变化对传感器带来的影响。[/font][/font][align=center][font=宋体]压阻传感器的使用注意事项[/font][/align][font=宋体][font=宋体]压阻传感器具有灵敏度高、分辨率高、体积小、工作频带宽、测量电路以及传感器一体化等优点。压阻传感器可以测量[/font][font=Times New Roman]0.01kPa[/font][font=宋体]左右的微小压力变化，频率响应高，可以测量数十[/font][font=Times New Roman]kHz[/font][font=宋体]的脉动压力，其有效面积可以做的很小，可以做到[/font][font=Times New Roman]1[/font][font=宋体]平方毫米左右。对于[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]得到高精度高灵敏的气体流量和压力控制非常有益。[/font][/font][font=宋体][url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱[/color][/url]工作者使用电子流量方式的[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]时，需要注意避免气源压力过高或者过于剧烈的变化，造成传感器损坏；注意控制气源质量加强维护，避免水、油污或者细小的固体颗粒物进入色谱仪流量控制器内，造成传感器损坏。在使用电解水方式的气体发生器时，尤其需要注意仪器的维护，发生器故障或者维护不足导致气源中含有大量水，对于压力传感器而言是致命的。电子式的压力传感器，随着不断的使用，还存在零点漂移问题，造成压力显示不正确或者出现压力显示为负值等异常现象，需要色谱工作者进行零点校正。[/font][font=宋体] [/font][align=center][font=宋体]小结[/font][/align][font=宋体]压阻式传感器的原理和使用注意事项。[/font]

[color=#ff0000]摘要：玻璃制品吹塑成型工艺中，始终存在人工吹气和机器吹气气压不稳造成成品一致性差、成品率不高等问题。为解决这些问题，本文提出了一种吹气气压全自动控制解决方案，使得吹气气压可以按照设定曲线进行快速和精密控制，可大幅提高生产效率和产品良率。[/color][size=18px][color=#ff0000]一、问题的提出[/color][/size]玻璃是一个非结晶无定形固体，玻璃制品在加工过程中需要加热软化和吹塑成型，但目前的吹塑成型工艺存在以下几方面的问题需要解决：（1）在目前大多数通过人工用嘴吹气方式向玻璃制品的内部进行吹气的吹塑成型工艺中，需要依靠人力用管吹气然后将熔融的玻璃液塑形。这种工艺方法极大增加了生产者的负担，容易使得生产者因脑部缺氧而产生晕眩，同时降低了工作效率。这种工艺所生产的成品一致性差，且成品率不高，同时对于玻璃制品的生产周期延长，不利于广泛的推广和普及。（2）在玻璃瓶成型工艺中，由于风从吹塑管出来后一直作用于玻璃瓶的瓶底，吹塑气压不够均匀，会导致玻璃瓶成型后瓶底厚薄不一，同时现有的自动吹塑装置在吹塑过程中会出现气压不稳定的情况，不具备自动稳压的功能，导致玻璃瓶质量层次不一。分析现有玻璃制品的吹塑成型工艺可以发现，整个吹塑过程是一个典型的小型密闭空间内的气压变化过程，如果可以精密控制这个气压变化过程，并总能准确重复这个气压变化过程，即可实现玻璃制品吹塑工艺的自动化和质量可靠性，大幅提高成品率和缩短生产周期。本文针对玻璃制品吹塑成型工艺中存在的上述问题，提出了一种吹气气压全自动控制解决方案，吹气气压可以按照设定曲线进行快速和精密控制，由此大幅提高生产效率和产品良率。[size=18px][color=#ff0000]二、技术方案[/color][/size]玻璃塑形吹气压力自动控制的基本原理是按照需要快速控制一个密闭空腔内的气压，用此气压来代替人工吹气时的压力变化。整个控制装置的结构如图1所示。[align=center][img=玻璃塑形吹气压力自动控制,500,386]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/05/202205111628124420_8460_3384_3.png!w690x533.jpg[/img][/align][align=center]图1 玻璃塑形吹气压力自动控制装置结构示意图[/align]吹气压力自动控制装置主要包括腔体、电动针阀、压力传感器、PID控制器和高压气源。腔体内的压力精密控制采用动态控制法，即根据压力传感器的测量值与设定值的比较，PID控制器同时调节进气流量和排气流量，使得腔体内的压力快速达到动态平衡，将压力控制在设定值上。设定值可以是一个不随时间变化的压力恒定点，也可以是根据玻璃吹塑工艺要求设计出来的压力随时间变化的曲线，以此来满足不同压力要求。总之，通过此技术方案，可实现玻璃塑形吹气压力的自动精密控制，并可保证控制精度和重复性，以此保证产品质量和稳定性。[align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align]

[size=14px][color=#ff0000]摘要：本文将针对CVD和MPCVD工艺设备中存在的问题，介绍一种国产的两通道24位高精度多变量PID控制器，此一台控制器可对温度和真空度同时进行控制，大大缩小了仪表占用空间和造价。两通道可一次共接入4个传感器，每个通道可以连接备用的温度和真空度传感器，由此可保障长时间钻石生长的安全性又可满足宽量程测控的需要，同时还可用来进行差值和平均值监测。[/color][/size][align=center][size=14px][color=#ff0000][img=CVD工艺生长宝石,450,295]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/07/202107291558344977_8369_3384_3.png!w690x453.jpg[/img][/color][/size][/align][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align][size=18px][color=#ff0000]1. 问题的提出[/color][/size][size=14px]　　目前，高等级钻石生长的首选工艺是采用化学[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相[/url]沉积（CVD）和微波等离子体CVD（MPCVD）技术，另外CVD和MPCVD工艺还可用于在钻石以外的基材上进行钻石沉积，这为许多行业带来了技术上的进步，如光学、计算机科学和工具生产。在CVD工艺中，通过采用气体原料（氢气、甲烷）在低于1个大气压和800~1200℃的温度下，采用外延生长的方式获得完全透明无色大尺寸金刚石单晶，其成分、硬度和密度等与天然钻石基本一致，而价格远远低于天然钻石。[/size][size=14px]　　在采用CVD和MPCVD工艺进行钻石生长过程中，需要严格调节和控制CVD工艺的温度、真空压力和气体成分，这三个变量中的任何一个变化或波动都会影响钻石的生长速度、纯度和颜色。这三个变量在实际工艺中分别代表了温度、真空压力和工作气体的质量流量，即在CVD工艺中一般是在进气口处采用气体质量流量计控制氢气和甲烷以达到设定的混合气体成分，通过温度传感器和加热装置来调节和控制工作腔室内的温度，最后在出气口处通过真空计和电动阀门来调节和控制工作腔室内的真空压力。[/size][size=14px]　　目前这三个变量的同时控制，在国内的CVD工艺设备上还存在以下几方面问题：[/size][size=14px]　　（1）在气体质量流量和温度这两个变量的测控方面，国内仪表已经非常成熟和可靠，但在真空压力的测控方面，普遍还在使用测量精度较差的皮拉尼真空计及相应的控制器，这会严重影响腔室内工作气压的测控精度，而对钻石质量带来影响。[/size][size=14px]　　（2）在CVD工艺设备中，上述三个变量都需要独立的传感器和控制器进行独立操作和控制，由此造成一方面的所占空间比较大，另一方面是设计操作复杂且成本无法进一步降低。[/size][size=14px]　　（3）部分CVD工艺设备在真空度测控中采用了成熟的国外产品，但价格昂贵且功能单一，只能进行真空度的测控，同时还需要准确的控制算法来适应温度突变情况下的真空度稳定控制，而且还需配套国产的气体质量流量计和温度控制仪表。[/size][size=14px]　　总之，国内的钻石生长市场在近几年发展快速，据统计，2018年，国内自主生产供应的宝石级培育钻石约37.5亿元，相比2016年的0.4亿元，呈现了几何级的增长。然而国内掌握CVD技术，特别是MPCVD技术的厂家并不多，目前依旧是欧美厂家占主导，国内很多大厂家都已经涉足该领域，但量产一直是难点，而量产这一难点的根源在于CVD和MPCVD在真空环境下的控制很难。[/size][size=14px]　　本文将针对CVD和MPCVD工艺设备中存在的问题，介绍一种国产的2通道24位高精度多变量PID控制器，此一台控制器可对温度和真空度同时进行控制，大大缩小了所占空间和造价。2通道可一次共接入4个传感器，每个通道可以连接备份用的温度和真空度传感器，由此可保障长时间钻石生长的安全性又可满足宽量程测控的需要，同时还可用来进行差值和平均值监测。[/size][size=18px][color=#ff0000]2. 真空压力上游和下游控制模式的选择[/color][/size][size=14px]　　在如图2-1所示的工作腔体内部真空压力控制过程中，一般有上游和下游两种控制模式。上游控制是一中保持下游真空泵抽速恒定而调节上游进气流量的方式，下游控制是一种保持上游进气流量恒定而调节下游真空泵抽速的方式。[/size][align=center][img=典型CVD工艺设备框图,690,366]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/07/202107291600257733_6411_3384_3.png!w690x366.jpg[/img][/align][size=14px][/size][align=center][color=#ff0000]图2-1 CVD工艺设备典型结构示意图[/color][/align][size=14px]　　针对CVD和MPCVD工艺设备中的真空压力控制，国内外普遍都采用下游控制模式，也有个别国外公司推荐使用上游控制模式，这里将详细分析上下游两种控制模式的特点和选择依据：[/size][size=16px][color=#ff0000]2.1. 下游控制模式[/color][/size][size=14px]　　（1）在采用CVD和MPCVD工艺进行宝石生长过程中，对气体成分有严格的规定并需要精确控制。因此在CVD和MPCVD工艺设备中，通常会在工作腔体进气端采用气体质量流量控制器对充入腔体内的每种工作气体流量进行准确控制，也就是说对进气端调节控制的是气体流量，而且至少是两种工作气体。[/size][size=14px]　　（2）在进气端实现对工作气体成分准确控制后，还需要对工作腔体内的真空压力进行控制。下游控制可通过调节真空泵的抽速快速实现真空压力的准确控制，而且在控制过程中并不会影响工作腔室内的气体成分比例。[/size][size=14px]　　（3）在CVD和MPCVD工艺过程中，温度变化会对腔体内的真空压力会给真空压力带来很大影响，由此要求真空压力控制具有较快的响应速度，使腔体内的真空压力随温度变化始终恒定控制在设定值上，因此采用下游控制模式会快速消除温度变化对真空压力恒定控制的影响。[/size][size=14px]　　（4）在CVD和MPCVD工艺过程中，工作腔体内的真空压力一般在几千帕左右这样低真空的范围内进行定点控制。对于这种低真空（接近一个大气压）范围内的真空压力控制，较快速有效和经济环保的控制方式是下游控制，在进气流量恒定的前提下，只需较小的抽速就能快速实现真空压力的准确控制，排出的工作气体较少。[/size][size=16px][color=#ff0000]2.2. 上游控制模式[/color][/size][size=14px]　　（1）上游控制模式普遍适用于高真空（真空压力小于100Pa）控制，即真空泵需要全速抽气，通过调节上游进气的微小变化，即可实现高真空准确控制。[/size][size=14px]　　（2）采用上游控制模式对低真空进行控制，在真空泵全速抽气条件下，就需要增大上游进气量，增大进气量一方面会造成恒定控制精度差和响应速度慢之外，另一方面会带来大量的废气排出。因此，在这种低真空的上游控制模式中，一般还需在下游端增加手动节流阀来减小真空泵的抽速。[/size][size=14px]　　（3）在真空压力控制中，一般在流量和压力之间选择其中一个参量进行独立控制，也就是说控制了流量则不能保证压力恒定，而控制了压力则不能保证流量恒定，因此在一般真空压力控制中，上游控制模式在一定范围内比较适用。但在CVD和MPCVD工艺过程中，如果在进气端进行流量调节来实现进气成分比例和真空压力的同时恒定，而且还要针对温度变化做出相应的调整，这种上游控制方式的难度非常大，如果不在下游增加节流阀调节，这种上游控制方式几乎完全不能满足工艺过程要求。[/size][size=14px]　　（4）有些国外机构推荐在CVD和MPCVD工艺设备中使用上游控制模式，一方面是这些机构本身就是气体质量流量控制器生产厂家，并不生产下游控制的各种电动阀门，因此他们在气体质量流量控制器中集成了真空传感器，这种集成真空计的气体质量流量控制器确实是能够用来独立控制进气流量或腔室内的真空压力，但要同时控制流量和压力则几乎不太可能，还需下游节流阀的配合才行。另一方面，这些生产气体质量流量控制器的机构，选择使用上游控制模式的重要理由是下游控制模式中采用电动阀门的成本较高，情况也确实如此，国外主要电动阀门的成本几乎是气体质量流量控制器的好几倍，但目前国产的电动阀门的价格已经只是气体质量流量控制器的四分之一左右。[/size][size=18px][color=#ff0000]3. 成分、温度和真空压力三参量同时控制方案[/color][/size][size=14px]　　在宝石生长专用的CVD和MPCVD工艺设备中，针对气体成分、温度和真空压力这三个控制参数，本文推荐一种全新的控制方案，方案如图3-1所示。[/size][align=center][img=双通道控制器同时控制温度和真空压力示意图,690,348]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/07/202107291601353557_9929_3384_3.png!w690x348.jpg[/img][/align][size=14px][/size][align=center][color=#ff0000]图3-1 CVD工艺设备中三变量控制结构示意图[/color][/align][size=14px]　　控制方案主要包括以下几方面的内容：[/size][size=14px]　　（1）进气端采用气体质量流量控制器进行控制，每一路进气配备一个质量流量控制器，由此实现进气成分的精确控制。[/size][size=14px]　　（2）采用双通道24位高精度PID控制器对温度和真空压力控制进行同步控制，其中一个通道用于温度控制，另一个通道用于真空压力控制，由此在保证精度的前提下，可大幅度减小控制装置的空间占用和降低成本。[/size][size=14px]　　（3）温度控制通道连接温度传感器输入信号和固态继电器或可控硅执行机构，可按照设定点或设定程序曲线进行温度控制，PID控制参数可通过自整定方式进行优化。[/size][size=14px]　　（4）真空压力控制通道连接真空计输入信号和电动阀门，同样可按照设定点或设定程序曲线进行真空压力控制，PID控制参数可通过自整定方式进行优化。为了保证真空度测控的准确性，强烈建议采用薄膜电容式真空计，其精度一般为0.25%，远高于皮拉尼计。最重要的是薄膜电容式真空计内部不带电加热装置，在氢气环境下更具有安全性。[/size][size=14px]　　（5）双通道控制器除了具有两路控制信号主输入端之外，还有两路配套的辅助输入端，这两路配套的辅助输入端可用来连接温度或真空压力测控的备用传感器，在主输入端传感器发生故障时能自动切换到辅助输入端传感器继续进行测量和控制，这对较长时间的CVD和MPCVD工艺过程尤为重要。[/size][size=14px]　　（6）双通道控制器可连接4个外部信号源，在进行两路独立变量的控制过程中，4个外部信号源的组态形式可为控制和监测带来极大的便利，除上述备用传感器功能之外，还可以用来进行差值和平均值的监测等。[/size][align=center]=======================================================================[/align] [align=center][img=CVD和MPCVD工艺生长钻石,690,269]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/07/202107291602272138_6714_3384_3.jpg!w690x269.jpg[/img][/align]

[align=center][font='Times New Roman'][font=宋体][url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]流量控制原理与维护[/font][/font][font=宋体] [font=宋体]—— 电子流量控制器中的流量传感器 —— 差压式流量计[/font][/font][/align][align=center][font='Times New Roman'] [/font][/align][align=center][font='Times New Roman'][font=宋体]概述[/font][/font][/align][font='Times New Roman'][font=宋体][url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]的[/font][/font][font=宋体]电子[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]流量控制[/font][/font][font=宋体]单元的[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]流量测量[/font][/font][font=宋体]原理[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]和[/font][/font][font=宋体]常见流量传感器[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]的原理[/font][/font][font='Times New Roman'] [/font][align=center][font=宋体]差压式流量计（节流式流量计）[/font][/align][font='Times New Roman'][font=宋体] 采用电子流量控制方式[/font][/font][font=宋体]的[/font][font='Times New Roman'][font=宋体][url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]，[/font][/font][font=宋体]进样口、检测器或者其他辅助部件单元中，均安装有[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]电子流量控制[/font][/font][font=宋体]单元[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]，[/font][/font][font=宋体]可以给进样口、色谱柱、检测器以及特殊部件提供准确和稳定的气体流量。[/font][font=宋体] 气体流量的大小可以由流量控制单元内置的流量计予以测定，流量计的具体形式较多，其中[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]比较常见的为差压式流量计。[/font][/font][font='Times New Roman'][font=宋体] 差压式流量计是工业生产中[/font][/font][font=宋体]用以测定[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]气体、液体和蒸汽流量的[/font][/font][font=宋体]较为常见[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]的[/font][/font][font=宋体]一类[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]流量计[/font][/font][font=宋体]，包括节流式流量计、均速管流量计、弯管流量计等。其中使用最多的是节流装置和差压计组成的节流式流量计[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]。[/font][/font][font=宋体] 节流式流量计具有结构简单、工作可靠、成本低、易标准化的优点，在工业生产中应用较为广泛。其[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]基本原理如图[/font]1[font=宋体]所示，管路中如果存在截面积小于管路的[/font][/font][font=宋体]节流装置[/font][font='Times New Roman']R[font=宋体]，[/font][/font][font=宋体]当[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]流体通过[/font][/font][font=宋体]该节流装置[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]时，在[/font][/font][font=宋体]节流装置[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]的前后[/font][/font][font=宋体]两端[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]将产生一定的压力差。[/font][/font][font='Times New Roman'][font=宋体] 在一定的流体参数条件之下（[/font][/font][font=宋体]节流装置的[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]尺寸、压力测量位置、[/font][/font][font=宋体]节流装置[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]前后的管路状况），[/font][/font][font=宋体]节流装置[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]前后的压力差[/font][/font][font='Times New Roman']Δ[/font][font='Times New Roman']p[/font][font=宋体]与流体[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]流量[/font]F[/font][sub][font='Times New Roman']v[/font][/sub][font='Times New Roman'][font=宋体]之间有[/font][/font][font=宋体]确[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]定的函数关系。因此可以通过测量[/font][/font][font=宋体]节流装置[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]前后的差压来确定流体的流量。[/font][/font][align=center][img=,298,176]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/09/202209010911348571_4335_1604036_3.jpg!w684x403.jpg[/img][font='Times New Roman'] [/font][/align][align=center][font=宋体][font=宋体]图[/font][font=Times New Roman]1 [/font][font=宋体]差压式流量计结构示意图[/font][/font][/align][font='Times New Roman'][font=宋体] 对于可压缩流体（[/font][/font][font=宋体]例如[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]气体），体积流量[/font]F[/font][sub][font='Times New Roman']v[/font][/sub][font='Times New Roman'][font=宋体]与[/font][/font][font=宋体]节流装置两端[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]压力差[/font][/font][font=宋体]的[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]流量关系式为：[/font][/font][align=center][img=,170,52]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/09/202209010913553235_7720_1604036_3.jpg!w559x133.jpg[/img][font=宋体] [font=宋体]（[/font][font=Times New Roman]1-1[/font][font=宋体]）[/font][/font][/align][font=宋体] [font=宋体]公式[/font][font=Times New Roman]1-1[/font][/font][font='Times New Roman'][font=宋体]中[/font][/font][font=宋体]：[/font][font=宋体] [/font][font='Times New Roman']Α[/font][font=宋体] [/font][font='Times New Roman'] [/font][font=宋体]—— [/font][font='Times New Roman'][font=宋体]流体的流量系数[/font][/font][font='Times New Roman'] [/font][font=宋体] [/font][font='Times New Roman']ε[/font][font='Times New Roman'] [/font][font=宋体] [font=宋体]—— [/font][/font][font='Times New Roman'][font=宋体]可膨胀性系数[/font][/font][font='Times New Roman'] [/font][font=宋体] [/font][font='Times New Roman']A[/font][sub][font='Times New Roman']0[/font][/sub][font='Times New Roman'] [/font][font=宋体] [font=宋体]—— [/font][/font][font='Times New Roman'][font=宋体]管路截面积[/font][/font][font='Times New Roman'] ρ [/font][font=宋体] [font=宋体]—— [/font][/font][font='Times New Roman'][font=宋体]流体密度[/font][/font][font='Times New Roman'] Δ[/font][font='Times New Roman']p[/font][font=宋体] [font=宋体]—— 节流装置两端的压力差[/font][/font][font=宋体][font=Times New Roman] F[/font][/font][sub][font=宋体][font=Times New Roman]v [/font][/font][/sub][font=宋体]—— 流体的体积流量[/font][font=宋体] 该公式中流量系数、可膨胀系数与流体的粘度、可压缩性、温度均有关。[/font][font=宋体] 差压式流量计适用于性质和状态均匀的牛顿流体的流量测量，一般不适用于流体脉动较大的场合。[/font][font='Times New Roman'] [/font][font='Times New Roman'] [/font][align=center][font=宋体]差压式流量传感器[/font][/align][font=宋体][font=宋体] 随着微电子[/font][font=宋体]——微机械系统的发展，差压式流量计目前可以被制作成体积较小的单个电子元件——流量传感器，可以安装于[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]的进样口流量控制单元或者系统辅助流量控制单元中，其结构原理如图[/font][font=Times New Roman]2[/font][font=宋体]所示。[/font][/font][font=宋体] 流量传感器内置有微气体阻尼器，代替经典差压式流量计的节流装置，阻尼器的两端集成两个微压力传感器，测定阻尼器两端的压力差。[/font][font=宋体] [url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱[/color][/url]系统根据实际工作过程中使用的气体种类（不同的气体粘度和可压缩系数）、环境温度等参数，对阻尼器压力差进行计算和修正，获得正确的气体流量。[/font][align=center][img=,389,98]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/09/202209010911232086_5053_1604036_3.jpg!w690x204.jpg[/img][font='Times New Roman'] [/font][/align][align=center][font=宋体][font=宋体]图[/font][font=Times New Roman]2 [/font][font=宋体]流量传感器原理示意图[/font][/font][/align][font=宋体][font=宋体]流量传感器一般安装在[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]的进样口电子流量控制单元或辅助流量控制单元内部，与微电磁阀等部件构成负反馈控制系统，在[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]系统的指令协调下多个部件联合工作，用以提供流量准确、重现性良好的气体，如图[/font][font=Times New Roman]3[/font][font=宋体]所示。[/font][/font][align=center][img=,526,177]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/09/202209010911470920_3574_1604036_3.jpg!w690x232.jpg[/img][font='Times New Roman'] [/font][/align][align=center][font=宋体][font=宋体]图[/font][font=Times New Roman]3 [/font][font=宋体]流量传感器在流量控制单元中的位置[/font][/font][/align][font=宋体] [/font][font=宋体] [/font][align=center][font=宋体]差压式流量计的特点和使用注意事项[/font][/align][font=宋体][font=宋体] 与传统的机械阀方式调节流量控制器相比较，电子流量控制器有更高的精密度和重现性，在保留时间要求较高的分析应用场合下（例如复杂样品的[/font][font=Times New Roman]PONA[/font][font=宋体]分析，多阀多柱的复杂[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相[/color][/url]分析系统等），有更好的应用表现。[/font][/font][font=宋体][font=宋体] 差压式流量计组成元件较少，结构比较简单，长期运行的可靠性较高，装配差压式电子流量计的电子流量控制器的故障率较低。通过良好的电气[/font][font=Times New Roman]-[/font][font=宋体]气流控制设计，差压式流量计可以获得较好的惯性，压力[/font][font=Times New Roman]-[/font][font=宋体]流量调节速度较快。差压式流量计的流量测量范围较大，适用色谱分析方法的范围较广。[/font][/font][font=宋体] 使用带有电子流量传感器的[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]，需要注意以下几个方面的问题：[/font][font=宋体][font=Times New Roman] 1 [/font][font=宋体]气体类型的配置信息必须准确[/font][/font][font=宋体][font=宋体] 由公式[/font][font=Times New Roman]1-1[/font][font=宋体]可知，气体流量与节流装置（阻尼器）两端的压力差与气体种类、环境温度等参数有关，使用不同种类的气体，流量——压力差的特性不同。[/font][/font][font=宋体][font=宋体][url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]的硬件[/font][font=Times New Roman]/[/font][font=宋体]软件配置需要正确指定正确的气体类型，否则最终测定的气体流量数值不正确。[/font][/font][font=宋体][font=Times New Roman] 2 [/font][font=宋体]流量——压力需要进行校准[/font][/font][font=宋体][font=宋体] 色谱系统在长时间运行之后，有可能存在电子元件电气性能变化，从而造成流量传感器测定的阻尼两端的压力值的偏差，进而导致流量值测定发生错误，在必要的情况下需要运行压力[/font][font=宋体]——流量的校准。[/font][/font][font=宋体][font=Times New Roman] 3 [/font][font=宋体]气源的要求[/font][/font][font=宋体][font=宋体] 流量传感器要求气源洁净，操作时尽可能去除气体中的水分、[/font] [font=宋体]油污等有机物杂质和固体颗粒物，以避免损坏压力传感器和堵塞阻尼，造成流量测量产生一定误差。[/font][/font][font=宋体]避免气源或管路气流压力、流量的瞬间剧烈变化，可能对流量计造成较大的压力和流量冲击。[/font][font=宋体]气源压力不可超出色谱系统允许输入压力，避免损坏流量计中的压力传感器。[/font][font='Times New Roman'] [/font][font='Times New Roman'] [/font][align=center][font='Times New Roman'][font=宋体]小结[/font][/font][/align][font=宋体]本文简单介绍压差式流量测量的原理，和压差式流量传感器的原理和使用注意事项。[/font][font='Times New Roman'] [/font]

[align=center][font='Times New Roman'][font=宋体][url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]流量控制原理与维护[/font] [font=Times New Roman]—— [/font][font=宋体]压力测量元件[/font][/font][/align][align=center][font='Times New Roman'][font=宋体]压力表和电子压力传感器[/font][/font][/align][align=center][font='Times New Roman'] [/font][/align][align=center][font='Times New Roman'][font=宋体]概述[/font][/font][/align][font='Times New Roman'][font=宋体][url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱[/color][/url]系统中的载气或者辅助气体控制器，一般需要装备有精确、可靠的压力测量元件，用以正确的显示流路压力。此外压力测量元件也是流量控制器[/font][font=Times New Roman]——[/font][font=宋体]尤其是电子流量控制器[/font][font=Times New Roman]——[/font][font=宋体]的重要组成部分，压力测量元件与比例电磁阀接受色谱系统的控制并协同工作，实现流路气体流量（或压力）的精确控制。[/font][/font][font='Times New Roman'][font=宋体]一般情况下，机械式[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]使用机械式压力表，电子式[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]使用压力传感器作为压力测量元件。[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]的外围气源、和某些外接设备中也会有压力测量元件，实时显示和辅助实现准确的压力（或流量）控制。[/font][/font][font='Times New Roman'] [/font][align=center][font='Times New Roman'][font=宋体]一[/font] [font=宋体]机械[/font][/font][font=宋体]流量[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]式[/font][/font][font=宋体][url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相[/color][/url][/font][font='Times New Roman'][font=宋体]色谱仪的压力测量元件[/font][font=Times New Roman]——[/font][font=宋体]压力表[/font][/font][/align][font='Times New Roman'][font=宋体]压力表是一种以弹簧管为测量元件的指针式测量仪表[/font][/font][font=宋体]，[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]因其结构坚固、生产成本较低、性能可靠等特点，在机械式[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]的载气流量控制和检测器流量控制器中较为常见。[/font][/font][font=宋体]压力表的工作原理为：[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]当[/font][/font][font=宋体]待测[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]气体压力发生变化时，表内的敏感元件（波登管、膜盒、波纹管）将会发生弹性形变，再由表内机芯的转换机构将压力形变传导至指针，引起指针转动来显示压力。压力表的结构如图[/font]1[font=宋体]所示。[/font][/font][align=center][img=,268,190]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/09/202209151709527102_9907_1604036_3.jpg!w616x435.jpg[/img][font='Times New Roman'] [/font][/align][align=center][font='Times New Roman'][font=宋体]图[/font]1 [font=宋体]压力表结构图[/font][/font][/align][font='Times New Roman'][font=宋体]压力表中的弹簧管（也称为波登管）的自由端是封闭，通过机械传动装置驱动压力表指针。其内部压力发生变化时，弹簧管发生形变，自由端产生位移，其位移量与被测压力的大小成正比。通过机械传动装置驱动指针偏转，在度盘上指示出压力值，如图[/font]2[font=宋体]所示。[/font][/font][img=,513,176]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/09/202209151709596556_7465_1604036_3.jpg!w690x236.jpg[/img][font='Times New Roman'] [/font][align=center][font='Times New Roman'][font=宋体]图[/font]2 [font=宋体]不同压力下压力表状态图示[/font][/font][/align][font='Times New Roman'][font=宋体]如果表壳内通有大气，压力表测出的压力为相对压力，如果将表壳密封并抽真空，压力表测出的压力就是绝对压力。一般情况下，[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]的压力表均指示相对压力数值。[/font][/font][font=宋体]压力表一般用于[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]的载气控制器、检测器气体控制器和气源减压阀上，需要注意其响应速度一般极低，不适合测定极速变化的气体压力。[/font][font=宋体]使用时需要注意气源清洁、气源的压力范围符合要求、尽量避免较为剧烈的压力冲击，以避免弹性元件发生故障造成压力显示数值不正确，[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]关机或者长时间不使用时，需要将气源的压力表泄压以保护弹性元件。[/font][font='Times New Roman'] [/font][align=center][font=宋体][font=宋体]二、电子流量式[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]的压力测量元件[/font][font=宋体]——压力传感器[/font][/font][/align][font=宋体]机械流量式[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]，流量控制系统较为复杂，较为笨重，使用较多的气流控制阀和压力表，调节效率较低，并且重现性较差。电子流量式的[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]，体积小，调控方法简易，重现性良好，目前在各个行业的实验室中逐渐得到较为广泛的应用。[/font][font=宋体][font=宋体]电子流量控制器主要由比例电磁阀、流量传感器和压力传感器以及对应的控制系统组成，如图[/font][font=Times New Roman]3[/font][font=宋体]所示（以压力传感器为例）：[/font][/font][align=center][img=,338,72]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/09/202209151710067697_8338_1604036_3.jpg!w690x146.jpg[/img][font=Calibri] [/font][/align][align=center][font=宋体][font=宋体]图[/font][font=Calibri]3 [/font][font=宋体]电子流量控制器组成结构图[/font][/font][/align][font=宋体]某些固体（常见的材质是单晶硅片）收到力的作用后，其电阻值（或电阻率）会发生相应变化，这种现象称为压阻效应。压阻式传感器是利用固体的压阻效应制成的一种测定装置。[/font][font=宋体][font=宋体]现代的压力传感器采用集成电路工艺制成，测量电路和半导体硅片扩散电阻可以集成到零点几毫米大小的尺寸，能够感知[/font][font=Times New Roman]0.01kPa[/font][font=宋体]左右的压力变化，可以显著减小电子流量控制器的尺寸。压阻式传感器体积小、灵敏度较高，分辨率高，响应速度快，广泛的应用于航空、航天、化工、生物医学等多个领域。[/font][/font][font=宋体]需要注意压力传感器测定的气体，不能含有水、固体颗粒等杂质，避免剧烈的压力变化，长时间使用后，可能会产生一定的偏差，需要注意进行压力校准。[/font][font='Times New Roman'] [/font][align=center][font='Times New Roman'][font=宋体]小结[/font][/font][/align][font=宋体][font=宋体]简单叙述机械流量和电子流量控制方式[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]使用的压力测量元件[/font][font=宋体]——压力表和压力传感器的基本原理和使用注意事项。[/font][/font]

[color=#990000]摘要：真空浓缩过程中，浓缩温度和压强是核心控制参数。本文针对目前浓缩仪器和设备中压强控制存在精度差、波动性大等问题，提出了详细解决方案，并提出采用新型双通道超高精度多功能PID控制器和高速电动阀门来实现浓缩过程中温度和压强的同时准确测量和控制。[/color][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align] [size=18px][color=#990000]1、问题提出[/color][/size] 真空浓缩的工作原理是将样品在冷冻干燥、离心浓缩和旋转蒸发等状态下，同时采用真空和加热技术使样品中的溶剂快速蒸发、样品体系得到快速浓缩或干燥。由于不同样品对温度有不同的敏感性，同时压强与温度之间存在强相关性，所以在真空浓缩过程中，如何准确控制浓缩温度和压强，就成了使用者最关心的问题。在目前各种常用的真空浓缩设备中，普遍还存在以下几方面问题： （1）压强测量和控制精度普遍不高，特别是低压情况下更是如此，这主要是所采用的传感器和控制器精度不够。压强控制精度不高同时会对温度带来严重影响。 （2）浓缩仪器和设备普遍采用的是下游压强控制方式，即在容器和真空泵之间安装调节阀来实时调控容器的排气速率。这种下游方式适用于较高压强的准确控制，但对10mbar以下的低压则很难实现控制的稳定准确。 （3）目前绝大多数电动调节阀采用的是电动执行机构，从闭合到全开的时间基本都在10秒以上，这种严重滞后的阀门调节速度也很难保证控制精度和稳定性。 （4）由于浓缩过程中有水汽两相介质排出，很多时候介质还带有腐蚀性，这就对下游调节阀耐腐蚀性提出了很高的要求。[size=18px][color=#990000]2、解决方案[/color][/size][color=#990000]2.1 采用高精度压强传感器[/color] 对于真空浓缩过程，压强传感器是保证整个浓缩过程可控性的核心，强烈建议采用高精度压强传感器以保证真空度的测量和控制准确性。一般真空浓缩过程基本都采用机械式真空泵，低压压强（绝压）不会超过0.01mbar，高压压强接近一个大气压，因此高精度压强传感器建议采用电容薄膜规，如图1所示，其绝对测量精度可以达到±0.2%。 如果浓缩仪器和设备使用的压强范围比较宽，建议采用两只不同量程的传感器进行覆盖，如10Torr和1000Torr。[align=center][color=#990000][img=真空浓缩,600,450]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/12/202112041456355439_1975_3384_3.png!w600x450.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图1 电容薄膜式真空压力计[/color][/align] 如果采用其他类型的真空度传感器，也需要达到一定的精度要求。[color=#990000]2.2 采用高精度双通道PID控制器[/color] 在真空压力测量和控制中，为了充分利用上述电容薄膜压力计的测量精度，控制器的数据采集和控制至少需要16位的模数和数模转化器。目前已经推出了测控精度为24位的通用性PID控制器，如图2所示。[align=center][color=#990000][img=真空浓缩,690,358]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/12/202112041457090941_3284_3384_3.png!w690x358.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图2 国产VPC-2021系列温度/压力控制器[/color][/align] 对于真空浓缩的过程控制，此系列PID控制器具有以下特点： （1）高精度：24位A/D采集，16位D/A输出。 （2）多通道：独立的1通道和2通道。2通道可实现温度和压强的同时测量及控制。 （3）多功能：47种（热电偶、热电阻、直流电压）输入信号，可实现不同参量的同时测试、显示和控制，可进行正反向控制（双向控制模式）。 （4）PID控制：改进型PID算法，支持PV微分和微分先行控制。20组分组PID。 （5）双传感器切换：每一个通道都可支持温度高低温和高低真空度的双传感器切换，两通道可形成总共接入四只传感器的控制组合。 （6）程序控制：可自行建立和存储最多20种浓缩程序，进行浓缩时只需选择调用即可开始（程序控制模式）。[color=#990000]2.3 增加上游进气控制和双向控制模式[/color] 目前普遍采用的下游控制模式比较适合压强接近大气压的浓缩过程，但对10mbar以下的低压浓缩过程，就需要引入上游进气控制模式，即在浓缩容器上增加进气通道，通过电子针阀控制进气通道的进气流量来实现压强的准确控制。 如图3所示，目前已有各种流量的国产电子针阀可供选择，结合下游的真空泵抽气，通过上游模式可实现高真空（低压）的精确控制。[align=center][color=#990000][img=真空浓缩,599,513]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/12/202112041457210338_3059_3384_3.png!w599x513.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图3 国产NCNV系列电子针阀[/color][/align] 为同时满足低压和高压全量程准确控制，可以采用如图4所示的双传感器和双向控制模式。 在图4所示的控制模式中，就需要用到上述VPC-2021系列双通道控制器的正反向控制和双传感器自动切换功能，即在不同气压控制过程中，控制器自动切换相应量程的真空计，并选择相应的电子针阀和高速电动球阀进行控制。[align=center][img=真空浓缩,690,548]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/12/202112041457335020_3012_3384_3.png!w690x548.jpg[/img][/align][align=center][color=#990000]图4 双向控制和双传感器自动切换模式示意图[/color][/align][color=#990000][/color][color=#990000]2.4 采用高速电动球阀[/color] 所谓高速阀门一般是指阀门从全闭到全开的动作时间小于1s，这对于气体流量和压力控制非常重要。特别是对于真空浓缩过程，气压控制的快速响应可保证浓缩的准确性、安全性和提高蒸发速率。 目前已经开发出国产高速电动球阀，如图5所示。NCBV系列微型化的高速电动球阀和蝶阀，是目前常用慢速电动阀门的升级产品，与VPC2021系列温度/压力控制器相结合，可构成快速准确的真空压力闭环控制系统。[align=center][img=真空浓缩,377,500]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/12/202112041457527127_514_3384_3.png!w377x500.jpg[/img][/align][align=center][color=#990000]图5 国产NCBV系列高速电动球阀[/color][/align][color=#990000][/color][color=#990000]2.5 采用真空控压型调节器[/color] 在目前的真空浓缩仪器和设备中，浓缩是在密闭容器中发生，通过加热和真空手段将蒸发气体冷凝和排出，真空泵是对一个密闭容器进行抽气，并通过抽气流量调节来实现密闭容器内的气压恒定在设定值，这是一个典型的流量控制型恒压模式。这种控流型调压方式相当于一个开环控制方式，容器内部自生气体，且自生气体并没有很明显的规律（如线性变化），这非常不利于容器内部压强的准确控制。对于这种控流型调压方式，如图2所示，会在浓缩容器的前端增加一个进气通道，并对进气流量进行调节以使容器内部真空度控制在稳定的设定值。 对于有些真空浓缩仪器和设备，并不允许增加额外的进气通道，这里就可以用到如图6所示的控压型调节器。[align=center][img=真空浓缩,690,372]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/12/202112041458102995_3900_3384_3.png!w690x372.jpg[/img][/align][align=center][color=#990000]图6 控压型调节器在浓缩过程真空度控制中的应用[/color][/align] 控压型真空压力调节器实际上一个内置真空压力传感器、微控制器、空腔和两个电动阀门的集成式装置。在真空压力控制过程中，内置传感器测量空腔内压力，如果压力小于设定值，则进气口处阀门打开直到等于设定值，如果压力大于设定值则抽气口处阀门打开直到等于设定值，从而始终保证空腔内压力始终保持在设定值上，而调节器空腔与浓缩容器连通，即调节器空腔压力始终等于浓缩容器压力。 由此可见，控压型调节器是一个自带进气阀的独立真空压力调节装置。如图6所示，控压型调压器也可以外接传感器，设定值可以手动设置，也可以通过PID控制器设置。[align=center]=======================================================================[/align]

[align=center][/align]电流传感器具体的工作原理是：当主电路有大电流Ip流动时，导体周围会产生强磁场。该磁场由多磁环收集并作用于电流传感器器件以使其具有信号输出。该信号由放大器A放大并输入到功率放大器。此时，功率管的相应电压降变化以获得补偿电流Is。由于Is电流流过太多，绕组产生磁场Hs。 Hs与由主电流Ip产生的磁场Hp相反，由此补偿原始磁场，逐渐减小从霍尔器件输出的信号，最后乘以Is和匝数以产生磁场和磁场由Ip生成的字段。当它相等时，Is不再增加。此时，电流传感器达到零磁通量检测。如何选择当前电流传感器：霍尔电流传感器基于磁平衡霍尔原理。根据霍尔效应原理，从霍尔元件的控制电流端施加电流Ic，并且在霍尔元件平面的法线方向上施加具有B的磁场强度的磁场。然后，在垂直于电流和磁场的方向上（即，在霍尔输出端子之间），将产生电势VH，其被称为霍尔电势，其与控制电流I成比例。产品。即，其中K是霍尔系数，其由霍尔元件的材料确定 一，控制电流 B是磁场强度 VH是霍尔的潜力。电流传感器应用：电流传感器在许多领域都有应用，如电池监测，汽车，工业，铁路，机车，车载电力测试，能源和自动化等。电流传感器的主要特性参数：1、线性线性决定了电流传感器输出信号（次级电流IS）和输入信号（初级电流IP）与测量范围成正比的程度。2、温度漂移偏移电流ISO在25°C时计算。当霍尔电极周围的环境温度变化时，ISO会改变。因此，考虑偏移电流ISO的最大变化很重要，其中IOT指的是当前电流传感器性能表中的温度漂移值。3，偏移电流ISO偏移电流也被称为剩余电流或剩余电流。这主要是由霍尔元件或电子电路中的运算放大器不稳定造成的。当电流传感器在25°C和IP = 0下制造时，偏移电流会最小化，但传感器在离开生产线时会产生一定量的偏移电流。4、标准额定值IPN和额定输出电流ISNIPN是指电流传感器可以测试的标准额定值。它由有效值（A.r.m.s）表示。 IPN的大小与传感器产品的型号有关。 ISN是指电流传感器的额定输出电流，一般为10〜 400mA。当然，这可能会因型号而异。5、准确性霍尔效应电流传感器的精度取决于标准额定电流IPN。在+ 25°C时，传感器的测量精度对初级电流有一定的影响。同时，在评估电流传感器精度时，还必须考虑偏移电流，线性度和温度漂移的影响。电流传感器包含范围：[color=#333333]气体流量传感器丨微型压力传感器丨绝对压力变送器丨微量氧传感器丨[/color][color=#333333]数字温湿度[/color][color=#333333]传感器丨煤气检测传感器丨气压感应器丨一氧化碳传感器丨h2传感器丨压阻式压力变送器丨硫化氢传感器丨co2气体传感器丨光离子传感器丨ph3传感器丨百分氧传感器丨bm传感器[/color][color=#333333]丨超声波风速传感器[/color][color=#333333]丨氧气传感器丨电流传感器丨风速传感器丨voc传感器丨[/color][color=#333333]光纤应变传感器[/color][color=#333333]丨[url=http://mall.ofweek.com/category_63.html]电流传感器[/url]丨[/color][color=#333333]meas压力[/color][color=#333333]传感器丨位置传感器丨[/color][color=#333333]称重传感[/color][color=#333333]器丨甲烷传感器丨微流量传感器丨光纤应变传感器丨称重传感器丨三合一传感器丨sst传感器丨gss传感器丨ch4传感器丨氟利昂传感器丨硫化物传感器丨o3传感器丨双气传感器丨压电薄膜传感器丨一氧化氮传感器丨透明度传感器丨二氧化硫传感器丨氰化氢传感器丨煤气检测传感器丨燃气检测传感器丨电流氧传感器[/color]

[align=center][font=宋体][url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱仪[/url]电子流量控制原理与维护[/font][/align][align=center][font=宋体] [font=宋体]（三）[/font] [font=宋体]压力和流量传感器的位置[/font][/font][/align][align=center][font=宋体]概述[/font][/align][font=宋体][url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱仪[/url]如何测量进样口压力和流量[/font][font=宋体] [/font][align=center][font=宋体]简介[/font][/align][font=宋体][font=宋体]与常见的工业测量场合不同，[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱[/url]进样口的压力（流量）传感器并不处于样品流路之中，或者说压力（流量）传感器可能会直接接触样品，如图[/font]1[font=宋体]所示：[/font][/font][align=center][img=,690,242]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/09/202009030023467318_8346_1604036_3.png!w690x242.jpg[/img][font=宋体] [/font][/align][align=center][font=宋体][font=宋体]图[/font]1 [font=宋体]常见工业测量场合[/font][/font][/align][font=宋体][font=宋体]不论进样口采用手工流量控制器或者自动流量控制器，不论进样口使用压力表、转子流量计或者电子传感器，含样品气体都不会直接接触传感器表面。如图[/font]2[font=宋体]所示：[/font][/font][align=center][img=,690,213]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/09/202009030023590096_8789_1604036_3.png!w690x213.jpg[/img][font=Calibri] [/font][/align][align=center][font=宋体][font=宋体]图[/font]2 [font=宋体]进样口压力（流量）传感器的位置[/font][/font][/align][font=宋体]手工流量控制器经常采用的的压力测量单元是压力表，流量测量单元是流量计。[/font][font=宋体]电子流量控制器的压力测定一般是基于压阻式压力传感器的。核心部件类似应变片，不耐有机污染物和水。[/font][font=Calibri] [/font][font=宋体] [/font][font=宋体]柱流量的测量：[/font][font=宋体]柱流量的控制一般通过进样口压力的控制来实现。[/font][font=宋体]柱流量一般数值比较小，较小的流量和不容易测量准确。如果在色谱柱后检测器之前放置流量传感器，那么传感器一般难以承受色谱柱的高温，样品导致的污染，腐蚀等问题。[/font][font=宋体]另外压力或流量传感器一般会存在较大的死体积，会对气流的控制带来不良的影响。[/font][font=宋体]隔垫吹扫流量的测量：[/font][font=宋体]隔垫吹扫流量面临与柱流量较为类似的问题。[/font][font=Calibri] [/font][font=宋体]分流流量的测量：[/font][font=宋体]分流出口往往存在较大量的样品，可能会严重污染传感器。日常使用中，一定要注意分流出口捕集阱的使用和维护，以保护控制器。[/font][font=宋体][/font][font=宋体][/font][font=宋体][/font][font=宋体][/font][font=宋体] [/font][font=宋体][/font][font=宋体][/font][font=宋体] [/font][font=宋体][/font][font=宋体][/font][align=center][font=宋体][url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱仪[/url]电子流量控制原理与维护[/font][/align][align=center][font=宋体] （四） 进样口是否漏气的判定[/font][/align][align=center][font=Calibri] [/font][/align][align=center][font=宋体]概述[/font][/align][font=宋体]以Shimadzu [url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]gc[/url]-2010/[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]gc[/url]-2030系列[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱仪[/url]为例，讲述进样口泄漏检查的方法。[/font][font=宋体] [/font][align=center][font=宋体]电子流量控制器的缺陷[/font][/align][font=宋体]目前越来越多的[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱仪[/url]安装了电子流量控制器，可以比较智能的感知到进样口的“比较严重”的泄漏问题，一般会发出报警、强制停机以利于实验人员进行确认和解决。[/font][font=宋体]但是不可以过分依赖电子流量控制器。[/font][font=宋体]可能有两种情况：微漏和实际上不漏。[/font][font=宋体]如果进样口漏气的情况比较微弱，那么电子流量控制器是不能感知到的，此时[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]gc[/url]系统也不会报警，但是实验数据会发生保留时间和峰面积的重复性不良。[/font][font=宋体]如果分析方法不良，造成电子流量控制器误报警。[/font][font=宋体]我们还是回顾一下电子流量控制的结构原理，如图1[/font][img=,690,419]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/09/202009030025211084_352_1604036_3.png!w690x419.jpg[/img][font=Calibri] [/font][font=宋体] [/font][align=center][font=宋体] [/font][/align][align=center][font=宋体]图1 分流[font=Calibri]/[/font]不分流进样口结构原理[/font][/align][font=宋体]电子流量控制器开启后，流量控制器向进样口供给确定的流量，如果进样口压力升高到设定值以上，那么分流控制打开，使得进样口压力稳定在设定值。[/font][font=宋体]如果进样口存在微漏，那么分流控制器仍然可以控制保持进样口压力，那么[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]gc[/url]系统就会认为不漏气。[/font][font=宋体]如果分析方法中给定的进样口总流量过低，进样口的压力长时间不能达到设定值，[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]gc[/url]系统就会错误的认为进样口存在泄漏，而产生误报警。特别需要注意的，使用小口径色谱柱时，一定要避免使用太小的分流比。[/font][font=宋体] [/font][align=center][font=宋体]进样口漏气的确认[/font][/align][font=宋体]Shimadzu的[font=Calibri][url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]gc[/url]2010[/font]或[font=Calibri]2030[/font]系列的[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱仪[/url]，可以利用不分流方式或者直接注入方式，来确认进样口是否漏气。[/font][font=宋体]在仪器面板或者工作站，将进样口工作方式修改为“不分流”或者“直接注入”，当系统流量状态达到就绪之后，由于分流关闭的原因，进样口的总流量应该等于柱流量和隔垫吹扫流量之和。[/font][img=,690,368]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/09/202009030025289045_632_1604036_3.png!w690x368.jpg[/img][font=Calibri] [/font][align=center][font=宋体]图2 进样口进样模式[/font][/align][font=宋体]如果在仪器面板或者工作站的监视器中观察到总流量大于柱流量和隔垫吹扫之和，那么进样口应该存在泄漏。[/font][font=宋体] [/font][font=宋体] [/font][font=宋体] [/font][font=宋体] [/font][align=center][font=宋体]小结[/font][/align][font=宋体]不要过分依赖电子流量控制器。[/font][font=宋体] [/font][font=宋体] [/font][font=宋体][/font][font=宋体][/font][font=宋体] [/font][font=宋体][/font][font=宋体][/font][align=center][font=宋体][url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱仪[/url]流量控制原理与维护[/font][/align][align=center][font=宋体]（五） [/font][font=宋体]进样口压力流量不稳定的原因[/font][/align][align=center][font=宋体]概述[/font][/align][align=center][font=宋体]进样口电子流量控制器的控制原理，和进样口压力流量不稳定的可能原因。[/font][/align][align=center][font=宋体] [/font][/align][align=center][font=宋体]进样口压力流量的控制原理[/font][/align][font=宋体]进样口电子压力（流量）控制系统是一个比较典型的闭环控制系统，大致的原理如图1所示：[/font][align=center][img=,690,215]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/09/202009030026598217_4950_1604036_3.png!w690x215.jpg[/img][font=Calibri] [/font][/align][align=center][font=宋体]图1 进样口流量压力闭环控制原理[/font][/align][font=宋体]以流量为例讲述：[/font][font=宋体]流量控制器在工作的同时，会不断的测量输出流量反馈回比较器，当系统的输出流量由于某种原因产生增加，比较器将感知这一变化，输送给流量调节器“降低流量”的命令，最终使输出流量稳定下来。[/font][font=宋体] [/font][align=center][font=宋体]电子流量控制器的延迟[/font][/align][font=宋体]在这个控制过程中，存在一个时间延迟的问题，比较器可以迅速的感知输出流量的变化，但是命令发送给流量控制器后。流量控制器开始动作（降低输出流量）与实际流量恢复动作之间是存在时间延迟的。在延迟的期间内，系统仍旧检测到流量偏大的现象，就会发出流量再次降低的指令，就会造成调节过度。最终就会观察到流量震荡的现象。[/font][font=宋体]实际仪器设计的时候，流量的感知和控制器动作之间特意设计一段时间的延迟，以满足实际硬件系统的要求，达到流量稳定。[/font][font=宋体] [/font][align=center][font=宋体]流量压力震荡的原因[/font][/align][font=宋体]当仪器的硬件系统出现时间延迟的较大变化（或者说系统阻尼变化），就会破坏控制，产生流量震荡。[/font][font=宋体] [/font][font=宋体]常见的原因有[/font][font=宋体]1 气源压力流量不稳定。[/font][font=宋体]任何控制系统都会对输入量的稳定性有一定要求，如不满足，系统难以稳定。[/font][font=宋体]2 堵塞造成系统阻尼变化。[/font][font=宋体] 分流部分、隔垫吹扫部分的堵塞，都可能导致流量（压力）震荡。[/font][font=宋体]3 漏气会造成系统阻尼变化[/font][font=宋体]4 外设的引入会影响阻尼，例如顶空，热解析，吹扫捕集，进样阀等部件。[/font][font=宋体]5 进样口输入流量太小，会使阻尼变化[/font][font=宋体]6 进样口工作与分流和不分流状态下，阻尼不同，如果进样口压力可以恒定，就不影响进样。[/font][font=宋体] [/font][font=Calibri] [/font][align=center][font=宋体]小结[/font][/align][font=宋体]流量控制器的阻尼变化，是压力流量震荡的主要原因。[/font][font=宋体] [/font][font=宋体] [/font][font=宋体] [/font][font=宋体] [/font][font=宋体] [/font][font=宋体] [/font][font=宋体] [/font][font=宋体] [/font][font=宋体] [/font][font=宋体] [/font][font=宋体] [/font][font=宋体] [/font][font=宋体] [/font][font=宋体] [/font][font=宋体] [/font][font=宋体] [/font][font=宋体] [/font][font=宋体] [/font][font=宋体] [/font][font=宋体] [/font][font=宋体] [/font][font=宋体] [/font][font=宋体] [/font][font=宋体] [/font][font=宋体] [/font][font=宋体] [/font][font=宋体] [/font][font=Calibri] [/font]