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[color=#ff0000]摘要:针对便携式真空计校准装置以实现真空计的现场校准,基于静态比对法校准技术,本文提出了一种采用微型数字针阀和上下游双向气体流量调控模式的技术方案,结合双通道高精度的真空度PID控制器,可在真空度精密控制的前提下解决现场校准和便携性问题。[/color][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align][size=18px][color=#ff0000]一、问题的提出[/color][/size]真空计作为一种真空度传感器在众多领域应用普遍,并需要进行定期校准。而真空计校准装置是包含了真空标准器、真空泵、真空阀门及连接管路在内的一整套测量系统,一般体积较大,不便移动,多在实验室内固定使用。现有的真空计校准方式大多是将现场使用的真空计拆下送检。为满足现场校准的需求,需要解决以下几方面的问题:(1)减小相关部件的尺寸,使真空计校准装置便于携带。(2)采用数控和电动阀门,提高气体流量调节的精密度。(3)改进真空度控制方式,提高真空度控制精度和稳定性。为实现真空计 现场校准和校准装置的便携性,基于静态比对法校准技术,本文将提出采用微型数字针阀和上下游双向气体流量调控模式的技术方案,结合高精度的真空度PID控制器,可在真空度精密控制的前提下解决现场校准和便携性问题,真空度的波动可控制在±1%以内。[size=18px][color=#ff0000]二、便携式真空计校准装置技术方案[/color][/size]便携式真空计校准装置的整个结构如图1所示,这里示出的是0.1~760Torr真空度范围内的校准装置典型结构示意图。方案具体内容如下:[align=center][img=真空计校准,600,596]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/05/202205261606551375_610_3384_3.png!w690x686.jpg[/img][/align][align=center]图1 便携式真空计校准装置结构示意图[/align](1)采用静态比对法,将被校准真空计与参考标准真空计比对。参考标准真空计采用两个电容薄膜真空计以覆盖整个真空度校准范围,参考标准真空计也同时作为真空度控制传感器。(2)真空度控制器采用二通道高精度真空度控制器,控制器的A/D为24位,D/A为16为,可对应电容薄膜真空计的高精度信号输出和满足真空度控制精度要求。控制器的两个通道分别对应于两个真空计的输入信号、两路数字针阀的进气和抽气流量的精密调节。在真空度控制过程中两路传感器信号可根据需要自动切换,以实现全量程范围内的可编程自动控制。控制器带PID自整定功能和标准的MODBUS通讯协议。(3)采用两个数字针阀分别调节进气和抽气流量,控制器采用双向模式分别对两个针阀进行调节。在粗真空范围内主调节进气针阀,在高真空范围内主调节进气针阀,全量程范围内的真空度恒定控制时,真空度波动率可控制在±1%以内。[align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align]
用微型真空水泵直接抽水和用微型真空泵间接抽水的对比试验我们是生产医疗设备的,现在要作一个尿液收集仪器,解决卧床病人排尿后的尿液转移收集问题。在研发中,我们面临两种方案选择:一种是选用微型真空水泵直接把尿液转移到收集瓶中,第二种方案是选用微型真空泵,让真空泵对密闭的尿液收集瓶抽真空,从收集瓶上引管子连接到病人的尿液袋上间接抽液。试验中,我们发现间接抽水的效率特别高,耗电特省。具体情况如下:我们选用成都气海公司的微型泵作了对比试验。型号PM7002,把该泵按下图连接,作间接抽水试验。泵通电后,软管A内即开始有水流入密封容器,当达到550ml时,所需时间为23秒,换算成抽水速度约为1.4L/min,而这款泵的功耗约1w(12V DC,负载电流<80mA)。如果直接抽水,我们选用WKA1300-24V微型水泵,功耗约3.4w(24V DC,负载电流<140mA),而抽水速度为1.3L/min。这并非WKA1300微型水泵耗电,而是方案使然。如果是直接抽水,要功耗1w、抽水速度为1.4L/min的泵可能找不到。(上述两款泵的详细技术参数可见www.ruiyi.net,不再此复述。) 两种方案比较,考虑到电池续航时间问题、卫生问题等,我们最终采用了间接抽水的方案。该仪器至今已量产,未见此方案的明显弊端。(BH)
水环式真空泵(简称水环泵)是一种粗真空泵,它所能获得的极限真空为2000~4000Pa,串联大气喷射器可达270~670Pa。水环式真空泵也可用作压缩机,称为水环式压缩机,是属于低压的压缩机,其压力范围为1~2×105Pa表压力。 水环式真空泵最初用作自吸水泵,而后逐渐用于石油、化工、机械、矿山、轻工、医药及食品等许多工业部门。在工业生产的许多工艺过程中,如真空过滤、真空引水、真空送料、真空蒸发、真空浓缩、真空回潮和真空脱气等,水环式真空泵得到广泛的应用。由于真空应用技术的飞跃发展,水环式真空泵在粗真空获得方面一直被人们所重视。由于水环式真空泵中气体压缩是等温的,故可抽除易燃、易爆的气体,此外还可抽除含尘、含水的气体,因此,水环泵应用日益增多。 如图:在泵体中装有适量的水作为工作液。当叶轮按图中指示的方向顺时针旋转时,水被叶轮抛向四周,由于离心力的作用,水形成了一个决定于泵腔形状的近似于等厚度的封闭圆环。水环的上部分内表面恰好与叶轮轮毂相切,水环的下部内表面刚好与叶片顶端接触(实际上叶片在水环内有一定的插入深度)。此时叶轮轮毂与水环之间形成一个月牙形空间,而这一空间又被叶轮分成叶片数目相等的若干个小腔。如果以叶轮的上部0°为起点,那么叶轮在旋转前180°时小腔的容积由小变大,且与端面上的吸气口相通,此时气体被吸入,当吸气终了时小腔则与吸气口隔绝;当叶轮继续旋转时,小腔由大变小,使气体被压缩;当小腔与排气口相通时,气体便被排出泵外。 综上所述,水环式真空泵是靠泵腔容积的变化来实现吸气、压缩和排气的,因此它属于变容式真空泵。 水环泵和其它类型的机械真空泵相比有如下优点:结构简单,制造精度要求不高,容易加工。 结构紧凑,泵的转数较高,一般可与电动机直联,无须减速装置。故用小的结构尺寸,可以获得大的排气量,占地面积也小。 压缩气体基本上是等温的,即压缩气体过程温度变化很小。 由于泵腔内没有金属磨擦表面,无须对泵内进行润滑,而且磨损很小。转动件和固定件之间的密封可直接由水封来完成。 吸气均匀,工作平稳可靠,操作简单,维修方便。 水环式真空泵也有其缺点:效率低,一般在30%左右,较好的可达50%。 真空度低,这不仅是因为受到结构上的限制,更重要的是受工作液饱和蒸气压的限制。用水作工作液,极限压强只能达到2000~4000Pa。用油作工作液,可达130Pa。 总之,由于水环式真空泵中气体压缩是等温的,故可以抽除易燃、易爆的气体。由于没有排气阀及摩擦表面,故可以抽除带尘埃的气体、可凝性气体和气水混合物。有了这些突出的特点,尽管它效率低,仍然得到了广泛的应用。