精密旋转台

[b][size=4]做实习版主很久了，之所以久久不能转正当然要找自己的主观原因的，在近红外版面的发帖确实不尽如人意，titi这次征文活动正是机会。[color=#0021b0]2008年10月我到实验室工作，接手布鲁克品牌MPA型傅里叶变换[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/1p][color=#3333ff]近红外光谱[/color][/url]分析仪的应用、建模、管理、维护等其他相关工作，到现在将近两年。对近红外我是从陌生到熟悉，积累下很深的感情和一定的工作经验。[/color][/size][/b][img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2010/05/201005091130_217246_1604315_3.jpg[/img][color=#0021b0][size=4][b]这就是我的设备。近红外的特点我想大家都知道，优势是漫反射光谱适合做定量分析，劣势是背景信息复杂样品信噪比不高。我的实验绝大多数都是针对颗粒样品进行的，如玉米、小麦等。样品颗粒大了之后会影响样品受光面积的代表性，所以大多数厂家的近红外设备在积分球之上是配有旋转载物台的。当然布鲁克也不例外。[/b][/size][/color][img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2010/05/201005091136_217249_1604315_3.jpg[/img][b][color=#0021b0][size=4]这就是布鲁克MPA的旋转载物台。由于我们的近红外使用频率高，所以用过一段时间之后，载物台的旋转系统就会出现“卡死”或者“转速不匀速”的情况，这样就影响了样品受光面积的代表性，从而使模型分析误差增大。甚至已有的模型不能正确的分析这类故障下所产生的光谱图。为解决这一问题，去年（照片是后来拍的，现在依然出现这类问题，但首次发生是09年）在没有工程师指导的情况下我们自行维修解决了这一问题。[/size][/color][/b][img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2010/05/201005091143_217252_1604315_3.jpg[/img][b][color=#0021b0][size=4]德国人的钣金活儿做的“天下第一”整个转台的外部设计非常简单，只有上下两个正片的壳体，但是直观感觉相当结实耐用。准备好工具就可以轻松拆下。当然第一次做的时候特别细心，因为并不了解其内部构造。[/size][/color][/b][img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2010/05/201005091146_217254_1604315_3.jpg[/img][b][color=#0021b0][size=4]拆开之后我不禁哑然失笑，怎么我都不会想到，作风严谨刻板的德国人居然在如此关键的外部构建上用了“巧劲”。构造极为简单的旋转台只有一个功率为5瓦的电机和几个平方厘米大小的电路板。让人郁闷。[/size][/color][/b][img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2010/05/201005091150_217259_1604315_3.jpg[/img][color=#0021b0][size=4][b]为检查故障原因需将载物台放回仪器开机测试。发现转，但是不匀速，有明显的“卡死”现象。经过仔细的观察，发现是结构设计不合理造成的。旋转台的电机下方是一个具有一定弹性的橡胶托垫，然后配合弹簧和金属固定片决定电机相对转轮的位置。在多层转轮中间一层的上表面有粘合的非常精巧的环状橡胶垫圈，电机上有带齿的转轮与其相摩擦，这样电机的转动就可以传到转轮上了。非常“取巧”的办法，相信成本够低的。[/b][/size][/color][img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2010/05/201005091156_217262_1604315_3.jpg[/img][b][color=#0021b0][size=4]由于使用频率高和载物台承重的问题，时间一长弹簧和金属固定片下角的螺丝就会出现松动，这样电机的相对位置就会升高，有齿转轮和橡胶垫圈之间的阻尼加大，又因为电机的功率比较小不能输出足够的能量，所以就会产生“卡死”、“停转”以及“旋转不匀速”的问题。处理办法比较简单，首先清洗转台的轴承部分，酒精冲净后点一点“泵油”[color=#f10b00]注意一定不能点机油！！[/color]因为粉尘会沉积在轴承的缝隙里，虽然不太可能会阻塞转台但是无形中加大了电机转动时的负载，一个5瓦的电机，能做的事情太有限了。点过“泵油”之后，在转动的情况下调解马达两边的螺丝，松一松或者紧一紧，看到转台转匀速了就可以了[/size][/color][/b]。[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2010/05/201005091204_217264_1604315_3.jpg[/img][b][color=#0021b0][size=4]都调整好之后就算修理完毕了。这种故障是旋转载物台设计的不合理造成的，所以会反复出现，之后的一年中数不胜数，根本不可能一次解决，并且使用时间长了之后转台的橡胶垫圈就会出现磨损，谁也无法保证这种磨损是均匀的，所以，终将会造成旋转不匀速的情况。唯一的解决办法就是买布鲁克的新产品，新的转台是带阻尼皮条带动的，就避免了以上的问题。但是新的转台受粉尘影响大所以会出现别的问题，人无完人何况机器。[/size][/color][/b][img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2010/05/201005091210_217265_1604315_3.jpg[/img][color=#0021b0][size=4][b]这个就是转台电路板的近景，它和主机的相连全靠下面的这三个铜质触点，由于一年中拆卸的次数太多了，所以这三个触点中的第一个曾经掉过，让工程师又点焊上去了。没办法。[/b][/size][/color]

[align=center][img=冷热台真空度控制,690,451]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/03/202203071147131858_3924_3384_3.png!w690x451.jpg[/img][/align][color=#990000]摘要：针对气密真空冷热台目前存在的真空度控制精度差和配套控制系统价格昂贵的问题，本文介绍采用国产产品的解决方案，介绍了采用数控针阀进行上游和下游双向控制模式的详细实施过程。此方案已经得到了应用和验证，可实现宽范围内的真空度精密控制，真空度波动可控制在±1%以内，整个控制系统具有很高的性价比。[/color][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align][size=18px][color=#990000]一、问题的提出[/color][/size]气密真空冷热台是同时可用于真空和气密环境的精密温控冷热平台，具有加热和制冷功能，适合显微镜和光谱仪等应用对样品在可控的真空度环境下进行精确加热或制冷。根据用户要求，针对目前的各种气密真空冷热台，在真空度控制方面，还需要解决以下几方面的问题：（1）无论是进口还是国产真空冷热台，真空度测量和控制还采用皮拉尼真空计，使得配套的控制系统无法实现真空度的精密控制，如无法满足研究和模拟冷冻干燥过程的精度要求。（2）气密真空冷热台普遍体积较小，在宽泛的真空度范围内，实现精确控制一直存在较大难度，真空度的波动性较大，而真空度的波动性又反过来影响温度的稳定性。（3）进口配套的真空度控制系统，不仅控制精度达不到要求，而且价格昂贵。针对气密真空冷热台存在的上述问题，本文将介绍采用国产产品并具有高性价比的解决方案，并介绍了详细的实施过程。[size=18px][color=#990000]二、解决方案[/color][/size]气密真空冷热台真空度精密控制系统的整体结构如图1所示，整个系统主要包括真空计、数控针阀、PID控制器和真空泵。[align=center][color=#990000][img=冷热台真空度控制,690,396]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/03/202203071148328248_6901_3384_3.png!w690x396.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图1 冷热台真空度精密控制系统结构示意图[/color][/align]为提高真空度测控精度，采用了测量精度更高（可达满量程0.2%）的电容式真空计，可覆盖0.01~760Torr的真空度区间。如果需要更高真空度环境，也可以同时采用皮拉尼真空计进行测控。为实现全宽量的真空度控制，将两只数控针阀分别安装在冷热台的进气口和排气口。通过分别采用上游和下游控制模式，可实现全量程波动率小于±1%的精密控制。控制器是精密控制的关键，方案中采用了24位A/D和16位D/A的高精度PID控制器，独立的双通道便于进行上游和下游气体流量调节和控制。总之，通过此经过验证的真空度控制方案，可实现高性价比的精密控制。[align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align]