比例调节仪

前言：Agilent1100比例阀C通道无法关紧，动了红色烤漆禁区，调节了火漆部分内外六角螺丝两个的距离，最终修好了。1. 四元比例阀工作原理四元比例阀从结构上看相当于四个入口主动电磁阀拼合在一起，每个通路上的电磁阀体部分与入口主动电磁阀的阀体完全一样。[img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/08/202108011320490639_5559_3433829_3.png[/img]仔细观察每个通道的电磁阀，中间有一个带红色火漆的内六角螺钉，红色火漆是出厂前校正好的，不能动，阀体后边四角有四个内六角的螺钉，拆掉四角的四个螺钉，小心地取下电磁阀体，阀体内是一个较大的空腔，空腔里是弹簧，弹簧上压着圆柱状的磁芯，把这些部分放到一边，主体部分拆开的部位上是一个细小透明的膜片，这个膜片起密封作用，膜片下边是宝石球座，宝石球座有一个凹槽，倒扣在宝石球上，宝石球落在阀座上，阀座中心有略比宝石球直径小的垂直小孔，孔里是一根非常细小的弹簧，宝石球落下去正好堵住阀座，关闭这个通道，但是拆开时宝石球被下边的弹簧顶着，离开阀座。其他的三个通道也一样拆开，剩下一个立方体，仔细观察不难发现，这个立方体实际上相当于一个五通阀，连成一体的四个阀座中间的竖直小孔直通四元比例阀的出口，每个阀座上的竖直小孔上方又有一个水平的直通四个入口的孔。工作时，比例阀四个通道由程序控制依次通电，第一个电磁阀通电时，其余三个电磁阀断电，电磁阀线圈产生磁场，将磁芯吸回阀的空腔，宝石球在小孔中的弹簧的作用下离开阀座，此通道处于打开的状态，此时从真空脱气机过来的流动相进入比例阀的第一个入口，流经阀座上水平的小孔，进入阀座中间竖直的小孔。第二个通道通电时，其余三个通道断电，断电通道的磁芯失去电磁场的磁力吸引，被弹簧压向下边的透明密封膜片，推动宝石球座将宝石球压向阀座，宝石球落到阀上以后，正好将阀座上的小孔堵死，此通道处于关闭的状态。工作时四个电磁阀根据控制程序依次通电，完成一个周期，在一个周期内，四个通道里的单向阀依次被打开，各通道里的流动相在泵的作用下依次通过四元比例阀，分段进入泵前的管路，而四元比例阀通过一个周期内每个电磁阀通电时间的长短来控制每个通道开关时间的长短，进而控制每个通道里液体流量的比例。2.比例阀关不紧问题解决解题思路：影响比例阀关不紧的主要从比例阀内部是否脏了、内部小弹簧是否变形、外弹簧力度是否不够、六角内外螺丝的距离是否合适几个方面去排查①首先拆开比例阀内部，先清洗比例阀，清洗手法见下图[img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/08/202108011320495423_8386_3433829_3.png[/img]②用放大镜观察内置小弹簧是否磨损结果：内部小弹簧没有磨损[img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/08/202108011320504966_903_3433829_3.png[/img]③将外置弹簧人为拉长1-2mm，增大比例阀推力结果：拉长后还是漏液[img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/08/202108011320507249_7872_3433829_3.png[/img]④调节比例阀松紧调节方法：仔细观察[font=arial]带红色火漆的内六角螺钉，红色火漆是出厂前校正好的，一般是不能动。这个外部螺丝和内螺丝的距离直接关系到比例阀关闭和松开的程度，内螺丝越往内比例阀将关得越紧。[/font][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/08/202108011320509515_6030_3433829_3.png[/img] 调节的时候可以用两个扳手配合调节，一般往内旋紧半圈即可，太紧就直接关死了液体直接抽不上了。太松就会关不紧。（具体的配合方式可见下图）结果：内螺丝向内相对于之前拧紧了半圈，此阀不漏了，比例阀恢复正常、PS：调节后一定要记得做流速流量测试确保比例阀精度准确。[img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/08/202108011320510366_9338_3433829_3.png[/img][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/08/202108011320512191_3600_3433829_3.png[/img]后记：此方法后续和资深工程师沟通过，2019年及其以后的比例阀是不能通过此方法修复的，对于老1100有效。更多精彩内容可关注公众号“研发分析之路”

[color=#ff0000]摘要：针对气动调节阀中的阀门调节装置，本文介绍了调节装置的技术发展过程，描述了调节装置从机械阀门定位器发展到电气阀门定位器和电气比例阀压力控制器的技术更新过程和内容。特别是针对目前广泛使用的电气阀门定位器与基于最新技术的电气比例阀压力控制器进行了详细对比，说明了电气比例阀势必会替代目前所使用的各种阀门定位器。本文还详细介绍了基于串级控制方法的电气比例阀压力控制器的典型应用。[/color][align=center][img=阀门定位器的技术发展及其更新换代——电气比例阀,590,395]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/12/202212150224314813_1592_3221506_3.jpg!w690x462.jpg[/img][/align][align=center][/align][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align][b][size=24px][color=#ff0000]1. 阀门定位器的技术发展过程[/color][/size][/b] 为了对气动调节阀进行自动调节以准确控制流体介质的流量和压力，作为气动调节阀的主要配套附件，阀门定位器接受外部调节器的控制信号，通过在气动调节阀顶部输入较大压力使得调节阀阀杆上下移动，从而实现对气动调节阀阀门开度的准确调节。阀门定位器的技术发展经历了以下几个阶段：[b][size=18px][color=#ff0000]1.1 机械阀门定位器[/color][/size][/b] 图1所示为气动调节阀与经典的机械式阀门定位器配套运行的原理图。[align=center][color=#ff0000][img=01.机械阀门定位器,500,434]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/12/202212150229559032_2716_3221506_3.jpg!w690x600.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#ff0000][b]图1 气动调节阀与机械阀门定位器的工作原理图[/b][/color][/align] 当阀门定位器有信号输入时，力矩马达产生电磁场，杠杆2受电磁场力影响带动挡板靠近喷嘴。喷嘴的背压增加，经过气动放大器放大后，将气源的一部分送入气动薄膜调节阀的顶部气室，随着顶部气室压力的增大，隔膜向下变形使得阀杆带着阀芯向下移动逐渐将阀门开度变小。此时，与阀杆相连的反馈杆（图中摆杆）绕着支点向下移动，使轴的前端向下移动，与其连接的偏心凸轮做逆时针旋转，滚轮顺时针旋转向左移动，从而拉伸反馈弹簧。 由于反馈弹簧拉伸杠杆2下段向左移动，此时就会与力矩马达输出的力矩达到平衡，于是阀门就固定在某个位置不再动作。在阀门定位器运行过程中，它将阀杆上下位移信号作为反馈测量信号，以外部控制器的输入信号作为设定信号，并进行比较，当两者有偏差时，改变其到执行机构的输出信号，使执行机构动作，建立阀杆位移量与外部控制器输出信号之间的一一对应关系。由此可见，阀门定位器是以阀杆位移为测量信号，以外部控制器输入为设定信号，以气体压力输出为执行器的闭环反馈控制系统，即外部控制器的输出信号对应于气动调节阀的开度大小。[b][size=18px][color=#ff0000]1.2 电气阀门定位器[/color][/size][/b] 从上述机械阀门定位器的工作原理可以看出，阀门定位器主要起到两个作用，一是提供与控制电信号成线性关系的气体压力给气动调节阀，从而改变调节阀的开度大小；二是测量和反馈阀杆位置，以准确知道气动调节阀的开度大小。随着技术的进步，出现了如图2所示的电气转换器来代替机械阀门定位器中的喷嘴、挡板调压系统，以实现对输出气体压力的调节控制，从而实现阀门位置的精确定位，其工作原理如图3所示。[align=center][b][color=#ff0000][img=02.电气转换器,300,315]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/12/202212150230296831_4135_3221506_3.jpg!w690x726.jpg[/img][/color][/b][/align][align=center][b][color=#ff0000]图2 电气转换器（I/P或E/P转换器）[/color][/b][/align][align=center][b][color=#ff0000][img=03.电气阀门定位器工作原理图,600,313]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/12/202212150230490440_5933_3221506_3.jpg!w690x361.jpg[/img][/color][/b][/align][align=center][b][color=#ff0000]图3 气动阀门定位器的工作原理图[/color][/b][/align] 电气转换器的输入电流/电压信号与输出压力信号成比例关系，如输入信号从4-20mA变化时，电气转换器的输出气体压力会在20-100kPa范围内变化，从而将电流信号转换成了压力信号。电气转换器相当于是一个1：1的放大器，只不过其接收的是电信号。由于电气转换器与气动调节阀没有机械连接，因此比机械阀门定位器具有安装、调试、维修方便等优点。 电气转换器可以直接安装在气动调节阀上来使用，不需要安装反馈阀杆，但因没有反馈环节，无法成为一个闭环控制系统。因此，通常是将电气转换器与阀杆定位功能配套使用，构成电气阀门定位器。 由于组合了电气转换器和阀门定位功能，使得电气阀门定位器的功能和作用有了进一步的扩展，如可用来提高阀门位置的线性度。另外，由于克服了阀杆摩擦力和消除了调节阀不平衡力的影响，电气阀门定位器很适合应用在高压介质、高压差场合、快速调节场合以及想改善调节阀流量特性的场合，也还适用于大口径调节阀和高低温介质调节阀。目前，电气阀门定位器已经在逐步替代机械阀门定位器，是目前市场上的主流阀门定位器。[b][size=18px][color=#ff0000]1.3 电气比例阀压力控制器[/color][/size][/b] 从上述电气阀门定位器工作原理可以看出，电气转换器使用过程中并不知道加载到气动调节阀膜片上的压力值是多少，还需增加阀杆位置反馈装置才能实现阀门开度的准确测量和控制。这也就是说，如果准确已知加载在气动调节阀膜片上的气体压力值，根据此压力与膜片变形量和阀杆的线性关系，就可以准确知道压力与气动调节阀开度的线性关系。由此，此问题就可以归结为气动调节阀顶部气室内的气体压力测量和控制问题。 电气比例阀作为一种高速和准确的压力控制器，是近十年来发展起来的新技术，它使用了两个高速伺服或电磁（或压电）阀来根据需要增加或降低气体压力以实现减压压力控制。与电气转换器技术相比，电气比例阀压力控制器提供了更高的压力和更大的灵活性和鲁棒性。典型的电气比例阀压力控制器及其工作原理如图4所示。[align=center][color=#ff0000][b][img=04.电气比例阀及其工作原理示意图,550,355]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/12/202212150231124953_2987_3221506_3.jpg!w690x446.jpg[/img][/b][/color][/align][b][/b][align=center][b][color=#ff0000]图4 电气比例阀压力控制器及其工作原理图[/color][/b][/align] 如图4所示，电气比例阀的基本工作原理是一种典型的气体动态平衡法，即通过使用一个高速进气阀和一个高速排气阀使内部压力保持动态平衡，使得位于两阀中间位置处的压力保持在所需的设定值上。一个压力传感器监控输出压力，一个数字或模拟控制器同时调节伺服阀（电磁阀）的快速开启关闭以控制设定点压力。 从结构上来说，电气比例阀是一个完整的闭环控制阀，包括两个高速电磁阀、一个底座、一个积分压力传感器和一个电子PID控制电路。 在电气比例阀压力控制器中，二个高速电磁阀分别控制进气、出气。进气阀门的操控与电子电路供给的压力信号成比例。内置压力传感器测量输出压力并提供反馈信号到PID控制电路。反馈信号与压力控制设定值相比较，当二者之间不同时，使其中一个阀门打开。如果要达到系统所需的压力，就会使进气阀动作，按比例消除比较信号中的差异。 典型电气比例阀通常需要直流电源和代表压力设定点的模拟信号进行工作。控制器通常接受电流（4~20mA）或电压（通常0~10或0~5VDC）输入信号。除了常见的模拟信号标准外，带数字电路的型号还可以接受串口通信（如RS-485或DeviceNet)。电气比例阀还提供代表压力传感器的模拟信号输出。有些型号的电气比例阀还会包含一个小放气阀（向大气排放少量气体），以便在非常低或无流量情况下使用。[b][size=24px][color=#ff0000]2. 电气比例阀与电气转换器的对比[/color][/size][/b] 从上述的介绍可以看出，电气转换器和电气比例阀的基本功能相同，都可用来进行减压控制，都属于电子式减压阀，但所用技术、功能和指标并不相同。表1对这两类压力调节阀进行更详细的对比。[align=center][b][color=#ff0000]表1 电气比例阀和电气转换器性能比较表[/color][/b][/align][align=center][img=T1.电气比例阀和电气转换器比较表,600,451]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/12/202212150231388150_4925_3221506_3.jpg!w690x519.jpg[/img][/align][align=center][/align] 由此可见，电气比例阀压力控制器可以提供快速高精度的压力控制，并能够提供所控压力的反馈信号，而且电气比例阀压力控制器可以直接连接到气动调节阀上使用，应用和维护更加的简便，可完全替代电气阀门定位器，这也是目前各种流量压力应用领域的发展趋势。[b][size=24px][color=#ff0000]3. 电气比例阀压力控制器的典型应用[/color][/size][/b] 结合各种减压型气动调节阀，结合各种减压型气动调节阀电气比例阀压力控制器可应用于各种流体介质的压力和流量控制，最典型的应用场景是外置压力传感器对减压介质的压力进行准确控制，如图5所示。[align=center][b][color=#ff0000][img=05.电气比例阀压力控制器典型应用,600,397]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/12/202212150232117234_9508_3221506_3.jpg!w690x457.jpg[/img][/color][/b][/align][align=center][b][color=#ff0000]图5 电气比例阀结合外置传感器和控制器的压力控制[/color][/b][/align] 对于一般采用电气阀门定位器和电气比例阀压力控制器的气动调节阀控制回路，它们都可以直接安装在气动调节阀上进行控制，但只能与气动调节阀顶部气室形成控制回路，仅相当于一个电子信号控制阀门开度的控制器，无法对被控流体介质压力进行反馈控制，而这恰恰是所有装置希望实现的最终目的。 为了实现工程应用中工艺压力的准确控制，如图5所示，最准确和可靠的方法是增加压力传感器对被控介质压力进行实时测量，传感器压力型号反馈到外置PID控制器，由PID控制器根据设定值或设定程序对电气比例阀进行控制。由此，外置的压力传感器和PID控制器，与电气比例阀和气动减压阀构成一个完整的闭环控制回路，可真正实现介质压力的准确和快速控制。 图5所示的电气比例阀压力控制典型应用，其最大特点是采用了串级控制方法，可充分发挥串级控制的优势，在实现无超调快速控制的同时，还可以达到很高的控制精度。[b][size=24px][color=#ff0000]4. 总结[/color][/size][/b] 从上述技术综述和分析对比可以看出，电气比例阀采用了更新的技术，与现有传统的电气转换器相比具有更优异的性能，电气比例阀正在快速对电气转换器形成升级替换，特别是随着电气比例阀的价格逐渐降低，已逐渐成为电气压力控制领域内主要产品。 另外，由于电气比例阀内置了压力传感器和PID控制器，同时结合串级、比值和分程等复杂控制模式，为电气比例阀提供了极其丰富的拓展应用，可广泛应用于许多压力控制场合，即采用电气比例阀可很方便的与其他物理量（如温度、位移、出力等）的探测和控制组成更复杂的控制回路，实现众多工业应用领域中的精密控制功能。[align=center][/align][align=center]~~~~~~~~~~~~~[/align]

[color=#ff0000]摘要：针对目前气腹机的气压和流量调节控制精度较差的问题，本文提出了精度更高的气压和流量控制方法，并详细介绍了控制方法的详细内容和关键部件步进电机驱动比例阀的详细技术指标。通过这种新型的技术手段结合PID控制器可将压力和流量控制精度提高到±2%以内，且能进行任意点设定控制和全程自动运行。[/color][align=center][/align][align=center][color=#ff0000]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/color][/align][align=center][/align][size=18px][color=#ff0000]一、问题的提出[/color][/size]气腹机是内窥镜腹腔手术时的必备设备，其作用是建立人工气腹，向腹腔内充入一定压力的二氧化碳使腹壁与脏器分开，并保持腹腔内的压力为手术提供足够的操作空间，且可以避免穿剌套管刺人腹腔时损伤脏器。在手术期间，需要根据不同的手术部位、腔体大小、病人体质、成人儿童等情况对二氧化碳的充入量或腹腔压力进行精确和精细化控制。目前市场上各种气腹机的气压和流量调节控制技术指标为：（1）气压调节范围：0~4kPa（30mmHg）。（2）气压控制精度：±15%。（3）流量调节范围：0~30L/min。（4）流量调节精度：±20%。从上述技术指标可以看出，目前气腹机的气压和流量调节精度较差，二氧化碳的排放量也较高。本文将针对气腹机存在的测控精度差的问题，提出精度更高的气压和流量控制方法，并详细介绍了控制方法的详细内容和关键部件步进电机驱动比例阀的详细技术指标。通过这种新型的技术手段可将压力和流量控制精度提高到±2%以内，且能最大限度减少二氧化碳排放量和全程自动运行。[size=18px][color=#ff0000]二、当前气腹机压力和流量控制方法及其改进[/color][/size]目前气腹机的压力和流量调节控制原理基本都基于动态平衡的流量调节法，如图1所示，即在腹腔上插入两根气腹针用作进气和出气通道，通过调节阀改变进气和出气流量使得气体在腹腔内达到一种动态平衡。[align=center][img=气腹机压力控制,500,76]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/06/202206291707134807_247_3384_3.png!w690x106.jpg[/img][/align][align=center]图1 气腹机压力和流量调节控制原理[/align]由于气腹机的充气压力是略大于一个标准大气压的正压，因此在气腹机控压过程中，只需进气保持固定的微小流量而单独调节出气流量就可将压力精确控制到设定值。如果在按照设定值进行压力控制的同时还需按照要求控制出气流量，则需同时对进气和出气流量进行调节，这在不采用PID控制时很难实现，这也是很多目前气腹机控制精度差的主要原因，因此要保证气腹机压力和流量的控制精度和稳定性，最好能采用PID控制方法对进气和出气流量进行调节。另外，气腹机的控制精度受PID控制算法的影响之外，还会受到进气和出气调节阀的精度和压力传感器测量精度的严重影响。目前压力传感器可以做到很高精度和很小体积的芯片形式，这不在本文讨论范围之内，以下主要讨论调节阀的改进以提高气腹机控制精度。从图1可以看出，在进气和排气端分别配置一个调节阀。目前的调节阀主要有两种形式，一种是开关阀，即通过使阀门高频率的开启和关闭来进行流量调节；另一种是开度阀，即通过改变阀门的开度大小来渐变型的进行流量调节。通过在进气和出气端分别配置高频开关阀确实也能实现腹腔压力精密控制的效果，但无法对出气流量进行准确控制。因此，本文提出的改进方法是采用步进电机驱动的开度阀同时实现压力和流量的精密控制，整个控制装置的结构如图2所示。[align=center][img=气腹机压力控制,600,314]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/06/202206291707359411_2708_3384_3.png!w690x362.jpg[/img][/align][align=center]图2 改进后的气腹机压力和流量控制装置结构示意图[/align]从图2可以看出，在进行压力控制的情况下，可以固定进气比例阀的开度，PID控制器会根据压力设定值和压力传感器测量值自动调节出气比例阀，使得腹腔压力快速达到设定压力并恒定，同时也会根据腹腔的漏气情况自动调节出气比例阀使得腹腔压力始终保持稳定。在压力和流量同时需要控制的情况下，可以固定出气比例阀的开度（此开度大小根据设定压力和流量计算得到），PID控制器会根据压力设定值和压力传感器测量值自动调节进气比例阀，使得腹腔压力快速达到设定压力并恒定，在压力稳定后相应的出气流量也达到稳定。从上述改进方案可以看出，要实现进气和出气比例阀的同时控制，配置了双通道PID控制器，每一通道都具有正反向控制功能，由此可实现任意设定点的压力和流量自动控制。此改进方案的核心部件是步进电机驱动的小流量比例阀，型号为NCNV-20，其阀芯节流内径为0.9mm、响应时间（全关到全开）为0.8s、耐压为7bar、最大流量为50L/min、流量分辨率为0.1L/min、线性度为±2%、步进电机位移分辨率（单步长）为12.7um、控制信号为模拟信号0~10VDC和工作电源电压24VDC（小于12W）。[size=18px][color=#ff0000]三、总结[/color][/size]本文提出的气腹机压力和流量精密控制改进方案采用了标准的动态平衡控制方法，通过采用进气和出气流量的自动调节、双通道PID控制器和步进电机驱动的小流量比例阀，可同时实现对气腹机压力和流量的精密控制，控制精度可达到±2%以内，且不受腹腔漏气等因素影响。[align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align]

[color=#ff0000]摘要：气动马达作为一种将压缩空气的压力能转换为旋转机械能的装置，其运行的关键是要进行驱动气体压力的控制。本文介绍了目前气动马达压力控制装置的技术现状，特别指出了现有技术中使用电空变换器存在的不足，介绍了电空变换器的更新换代产品——电气比例阀。本文对这两种新旧技术进行了详细比较，新一代的电气比例阀技术更能满足今后气动马达对小型化、集成化、智能化、精细化、高寿命和高可靠性等方面的需求。[/color][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align] 气动马达也称为风动马达，是指将压缩空气的压力能转换为旋转的机械能的装置。气动马达一般作为更复杂装置或机器的旋转动力源，它的作用相当于电动机或液压马达，即输出转矩以驱动机构作旋转运动。气动马达的主要特点有： （1）使用空气作为介质，无供应上的困难，用过的空气不需处理，放到大气中无污染 压缩空气可以集中供应，远距离输送。操纵方便，维护检修较容易。 （2）气马达具有结构简单，体积小，重量轻，马力大，操纵容易，维修方便。 （3）可以无级调速，只要控制进气阀或排气阀的开度，即控制压缩空气的流量，就能调节马达的输出功率和转速。即通过调节气源压力或者改变气流量，也可通过同时调节两者来实现。 （4）能够正转也能反转。大多数气马达只要简单地用操纵阀来改变马达进、排气方向，即能实现气马达输出轴的正转和反转，并且可以瞬时换向。在正反向转换时，冲击很小，而且不需卸负荷。 （5）工作安全，不受振动、高温、电磁、辐射等影响，适用于恶劣的工作环境，在易燃、易爆、高温、振动、潮湿、粉尘等不利条件下均能正常工作。 从上述气动马达的特点可以看出，气动马达运行的关键是压力控制。目前气动马达常用的压力控制装置如图1所，其中主要包括电空变换器（E/P或V/P转换器）和增压器，由此构成压力的开环控制，通过电流或电压信号输入就可以进行气动马达的调节。[align=center][color=#ff0000][img=气动马达常用压力控制装置结构示意图,500,359]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/11/202211301217044251_5561_3221506_3.jpg!w690x496.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#ff0000]图1 气动马达常用压力控制装置结构[/color][/align] 如果增加传感器（如旋转编码器）和PLC控制器，由此可构成闭环控制回路，传感器检测气动马达的转速等参量，PLC控制器通过检测传感器信号并与设定值比较可进行气动马达高精度的自动控制。另外，整个控制装置还可以通过增加双向阀来实现气动马达的正反转自动控制。 在图1所示的气动马达压力控制装置中，所用的电控变换器（电气转换器）是一种比较传统的压力调节装置，目前正逐渐被电气比例阀所代替。图2所示为这两种压力调节装置的对比。[align=center][color=#ff0000][img=电气比例阀和电气转换器比较表,690,520]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/11/202211301217340426_2793_3221506_3.jpg!w690x520.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#ff0000]图2 电气比例阀和电气转换器特性对比表[/color][/align] 从上述对比可以看出，电气比例阀采用了更新的技术，与传统的电气转换器相比具有更优异的性能，电气比例阀正在快速对电气转换器形成升级替换，特别是随着电气比例阀的价格逐渐降低，已逐渐成为电气压力控制领域内主要产品。 另外，由于电气比例阀内置了压力传感器和PID控制器，为很多压力和流量控制应用场合提供了极其丰富的拓展应用，即采用电气比例阀可很方便的与其他物理量（如温度、位移、出力等）的探测和控制组成更复杂的串级控制回路，实现更多工业应用领域中的精密控制功能。 特别是采用电气比例阀与超高精度PID控制器结合形成的串级控制回路，可实现超高精度定位、超低速度运转和细小载荷的控制。[align=center][/align][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align]

[color=#ff0000]摘要：电气转换器和电气比例阀是目前常见了两类电控式气体压力调节器，尽管它们的基本功能相同，都属于电子式减压阀，但所用技术、功能和指标并不一样。本文详细介绍了这两类电子压力调节器，并做出对比，为选型和具体应用提供参考。[/color][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align][size=18px][color=#ff0000][b]一、概述[/b][/color][/size]从第一性原理来看，电气转换器和电气比例阀这两类器件都属于电子控制式的气体减压阀，都是通过电信号对输入的气体压力进行自动减压调节。从历史上来看，电气转换器是上世纪五十年代发展的比较典型的电子压力调节器，且市场占有率较大。但随着近一二十年来的技术进步，新兴出现了电气比例阀，且正在快速蚕食电气转换器的市场份额。面对目前这两类电子压力调节器共存的局面，在具体应用中会面临选型的问题，因此有必要对这两类气体压力调节器有比较深刻的了解，但国内在这方面的相关资料非常稀少。本文将详细介绍这两类电子压力调节器，并做出对比，为选型和具体应用提供参考。[color=#ff0000][b][size=18px]二、基本概念[/size][size=16px]2.1 电气转换器[/size][/b][/color]电气转换器（Electro-Pneumatic Transducer）在国内外有多种称谓，最常用的术语是：（1）电流/压力转换器（I/P Transducer 或 I/P Converter）。（2）电压/压力转换器（E/P Transducer或 E/P Converter）。（3）电子压力调节器（Electronic Pressure Regulator）上述这些术语很容易理解，其中“I”代表电流，“E”代表电压，“P”代表气动压力。作为典型的电子式气体减压装置，顾名思义，这些装置通过电流（通常为4~20mA）或电压(通常为0~5VDC或0~10VDC）将较大压力的进气进行减压调节。因此，I/P 是一种将电流转换为已知输出压力的电子设备，而 E/P 是将电压转换为已知输出压力的电子设备。电气转换器的一个重要特点是成正比，即随着电流或电压的增加，减压后的输出压力也相应增加。典型的电气转换器及其内部结构如图1所示。电气转换器的基本原理是通过磁线圈（类似于扬声器线圈）在导向膜片上产生力的不平衡来进行运行。除了线圈，没有控制压力输出的电子部件。从图1可以看出，电气转换器是一个简单的力机械天平，具有可调的零点和量程弹簧偏压。操作使用人员经过精心培训，可以调整零点和量程螺钉，以获得所需的精度和重复性。[align=center][img=电气转换器及其内部结构示意图,600,315]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/10/202210311127044971_7024_3221506_3.jpg!w690x363.jpg[/img][/align][align=center]图1 电气转换器及其内部结构示意图[/align]在电气转换器中通常还包含第二个流量增压级，该增压级使用力平衡隔膜和阀座在出口处产生比第一级阀更高的流量。电气转换器作为一种传统的电子压力调节装置，如果正确维护和经常校准，这些压力调节器工作得相当好。事实上，自上世纪五十年代后，电气转换器是气动控制的基础，在世界各地的工厂中配合了无数的控制阀和气缸进行工作。[size=16px][color=#ff0000][b]2.2 电气比例阀（伺服或电磁阀机构）[/b][/color][/size]电气比例阀是国内比较常用的术语，同样，电气比例阀也有以下多种称谓：（1）电子比例调节器/阀（Electronic Proportional Regulator）（2）电气调节器/电空比例阀（Electro-Pneumatic Regulator）（3）比例压力调节器/阀（Proportional Pressure Regulator）（4）比例压力控制阀（Propportional Pressure Control Valve）（5）电子压力控制器（Electronic Pressure Controller）在过去十多年中，发展最快的电子压力调节器类型是伺服阀形式设计的电气比例阀，它使用了两个高速伺服或电磁阀来根据需要增加或降低气体压力以实现减压压力。与以前的电气转换器技术相比，这些电子压力调节器提供了更高的压力和更大的灵活性和鲁棒性。典型的电气比例阀及其工作原理如图2所示。[align=center][img=电气比例阀及其工作原理示意图,600,395]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/10/202210311127280548_153_3221506_3.jpg!w690x455.jpg[/img][/align][align=center]图2 电气比例阀及其工作原理[/align]电气比例阀的基本工作原理是一种典型的气体动态平衡法，即通过使用一个进气阀和一个排气阀使内部压力保持动态平衡，使得出口压力保持在所需的设定值。一个压力传感器监控输出压力，一个数字或模拟控制器调节伺服阀（电磁阀）的快速开启关闭以控制设定点压力。从结构上来说，电气比例阀是一个完整的闭环控制阀，包括两个高速电磁阀、一个底座、一个积分压力传感器和一个电子PID控制电路。二个高速电磁阀分别控制进气、出气。进气阀门的操控与电子电路供给的压力信号成比例。内置压力传感器测量输出压力并提供反馈信号到PID控制电路。反馈信号与压力控制设定值相比较，当二者之间不同时，使其中一个阀门打开。如果要达到系统所需的压力，就会使进气阀动作，按比例消除比较信号中的差异。典型电气比例阀通常需要直流电源和代表压力设定点的模拟信号进行工作。控制器通常接受电流（4~20mA）或电压（通常0~10或0~5VDC）输入信号。除了常见的模拟信号标准外，带数字电路的型号还可以接受串口通信（如RS-485或DeviceNet)。大多数电气比例阀还提供代表压力传感器的模拟信号输出。有些型号的电气比例阀还会包含一个小放气阀（向大气排放少量气体），以便在非常低或无流量情况下使用。[b][size=18px][color=#ff0000]三、特性比较[/color][/size][/b]从上述的基本概念内容可以看出，电气转换器和电气比例阀的基本功能相同，都是用来进行压力的减压控制，都属于电子式减压阀，但所用技术、功能和指标并不一样。表1对这两类压力调节阀进行更详细的对比。[align=center]表1 电气转换器与电气比例阀对比表[/align][align=center][img=电气比例阀和电气转换器比较表,690,519]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/10/202210311127513875_1243_3221506_3.jpg!w690x519.jpg[/img][/align][align=center][/align][b][size=16px][color=#ff0000]四、结论[/color][/size][/b]从上述对比可以看出，电气比例阀采用了更新的技术，与传统的电气转换器相比具有更优异的性能，电气比例阀正在快速对电气转换器形成升级替换，特别是随着电气比例阀的价格逐渐降低，已逐渐成为电气压力控制领域内主要产品。另外，由于电器比例阀内置了压力传感器和PID控制器，为很多压力控制应用场合提供了极其丰富的拓展应用，即采用电气比例阀可很方便的与其他物理量（如温度、位移、出力等）的探测和控制组成更复杂的串级控制回路，实现更多工业应用领域中的精密控制功能。[align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align]

下图是我设的一个梯度洗脱http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/07/201507291549_557848_1694946_3.jpgA是甲醇，D是有少许磷酸的水溶液可是用这个梯度洗脱发现有三个目标峰都集中在18-20分钟出峰，分离效果不好，可是我看了下，16分钟开始就已经算是走等度了我现在考虑想在这个阶段再洗脱的慢一点，我自己想了两个方案1、十六分钟的时候用35%的A和65%的D来洗脱，十六到三十分钟仍旧走等度，相对的这段时间的洗脱能力就降低了2、流动相比例不变，直接都降低流速，流速从1降到0.8也不知道效果如何？想听听大家有什么好的建议？因为走一针时间比较长，所以比较希望调节时更有针对性

从图上可以看到这个物质用HP-1的色谱柱检测出来是双峰的（存在同分异构），可以肯定的是两峰为一种物质，但是怎样调节一下才能使其两者出峰比例看起来协调一点呢？[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2009/07/200907011303_157992_1840191_3.jpg[/img]

[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]

[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]电子流量控制器[/font][/font][font=宋体]中的比例电磁阀[/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]装备有电子流量控制器的[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]，执行流量控制时的常用核心部件是比例电磁阀，其原理类似于气体流路中的可调节阻尼。工作过程中，[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱[/color][/url]系统通过改变比例电磁阀的开度来调节其阻尼，进而控制气体流量。[/font][font='Times New Roman'] [/font][align=center][font=宋体][url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]流量的调控方式[/font][/align][font='Times New Roman'] [/font][font=宋体]一、机械式[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]流量控制方式[/font][align=center][img=,388,253]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/09/202209021647096104_6103_1604036_3.jpg!w690x450.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]机械式[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]流量控制方式[/font][/font][/align][font=宋体][font=宋体]传统的机械式[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]调控气体流量的方法主要有三种，如图[/font][font=Times New Roman]1[/font][font=宋体]所示。[/font][/font][font=宋体][font=宋体]方式[/font][font=Times New Roman]a[/font][font=宋体]，气体流路中按顺序安装稳压阀和针型阀，稳压阀提供恒定压力，通过调节针型阀的阀针，改变其阻尼，实现流量的调节。实际情况下，由于针型阀本身阻尼范围有限，针型阀并不单独使用，一般需要在针型阀之后再串联阻尼器，使流量调节更加容易。[/font][/font][font=宋体]此种方式仪器硬件结构较为简单，针型阀惯性小，流量调节速度快。[/font][font=宋体][font=宋体]方式[/font][font=Times New Roman]b[/font][font=宋体]，气体流路中按顺序安装稳压阀和稳流阀，稳压阀提供恒定压力，通过调节恒流阀的阀针，改变其输出流量。[/font][/font][font=宋体]此种方式仪器硬件成本略高，由于恒流阀一般具有较大的惯性，流量调节速度相对较慢，一般常见于填充柱进样口的流量控制器，实现色谱柱的恒流量控制。[/font][font=宋体][font=宋体]方式[/font][font=Times New Roman]c[/font][font=宋体]，气体通道中安装稳压阀和阻尼器，通过调节稳压阀的不同输出压力实现流量的调节。[/font][/font][font=宋体]此种方式结构更加简单，硬件成本低，调节速度快，对稳压阀要求较高。[/font][font=宋体] [/font][font=宋体]二、[/font][font=宋体]电子流量控制器流量控制方式[/font][font=宋体][font=宋体]装备有电子流量控制器的[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]，一般采用比例电磁阀为核心的流量控制系统来控制气体流量和压力，其结构原理如图[/font][font=Times New Roman]2[/font][font=宋体]所示。控制系统的输入端气源压力需要保持恒定。[/font][/font][font=宋体] [/font][align=center][img=,392,75]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/09/202209021647174276_6168_1604036_3.jpg!w690x132.jpg[/img][font='Times New Roman'] [/font][/align][align=center][font='Times New Roman'][font=宋体]图[/font][/font][font=宋体][font=Times New Roman]2[/font][/font][font='Times New Roman'] [/font][font=宋体]比例电磁阀控制系统原理[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]图[/font][/font][/align][font=宋体][font=宋体]比例电磁阀与普通电磁阀不同，可以通过调节其输入电压或者电流，获得阀不同的开度，改变电磁阀阻尼[/font][font=宋体]——类似图[/font][font=Times New Roman]1-a[/font][font=宋体]中的针型阀，从而实现气体流量的调节。[/font][/font][font=宋体]流量控制系统在负反馈方式下工作，如果输出气体流量（或压力）小于设定值，流量计（或压力计）检测到此异常反馈给控制器，系统发出命令增大阀的开度，使气体流量重新稳定于设定值。反之，如果输出气体流量（或压力）大于设定值，系统发出命令较小阀开度，使气体流量稳定。[/font][font=宋体][font=宋体]三、阀开度的控制[/font][font=宋体]——占空比[/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]系统一般通过调节比例电磁阀的供电方波电压的占空比来调节阀开度，方波电压占空比的意义如图[/font][font=Times New Roman]3[/font][font=宋体]所示，。[/font][/font][align=center][img=,260,135]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/09/202209021647241020_6000_1604036_3.jpg!w500x260.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]占空比原理图示[/font][/font][/align][font=宋体]一般情况下色谱系统采用较高的恒频率方波电压控制比例阀，方波的高电平状态下电磁阀开启，低电平状态下电磁阀关闭。[/font][font=宋体][font=宋体]高电平工作的时间与方波周期的比例为方波电压的占空比（[/font][font=Times New Roman]T[/font][/font][sub][font=宋体][font=Times New Roman]1[/font][/font][/sub][font=宋体][font=Times New Roman]/T[/font][font=宋体]），方波电压的占空比越高，电磁阀在工作过程中开启的比例越高——即开度越大，比例电磁阀的阻尼越小。[/font][/font][font=宋体][font=宋体]当系统输出气体流量大于设定值时，色谱系统减小比例电磁阀供电方波电压的占空比，此时比例电磁阀开度减小，阀阻尼增大，系统输出气体流量降低恢复到设定值。如图[/font][font=Times New Roman]4[/font][font=宋体]所示：[/font][/font][align=center][img=,313,64]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/09/202209021647306013_696_1604036_3.jpg!w690x141.jpg[/img][font=宋体] [/font][/align][align=center][font=宋体][font=宋体]图[/font][font=Times New Roman]4 [/font][font=宋体]占空比减小[/font][/font][/align][font=宋体][font=宋体]当系统输出气体流量小于设定值时，色谱系统增大比例电磁阀供电方波电压的占空比，此时比例电磁阀开度增大，阀阻尼减小，系统输出气体流量升高恢复到设定值。如图[/font][font=Times New Roman]5[/font][font=宋体]所示：[/font][/font][align=center][img=,319,76]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/09/202209021647379254_2500_1604036_3.jpg!w690x164.jpg[/img][font=宋体] [/font][/align][align=center][font=宋体][font=宋体]图[/font][font=Times New Roman]5 [/font][font=宋体]占空比增加[/font][/font][/align][font=宋体] [/font][font=宋体] [/font][font=宋体]附：[/font][font='Times New Roman'][color=#666666]KOFLOC[/color][/font][font=宋体][font=宋体]公司的电磁阀外观照片，可以在[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]的[/font][font=宋体]EPC/AFC/EFC部件中看到。[/font][/font][font=宋体] [/font][align=center][img=,114,114]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/09/202209021647431813_8832_1604036_3.jpg!w420x420.jpg[/img][font='Times New Roman'] [/font][/align][font='Times New Roman'] [/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='Times New Roman'][font=宋体]本文简单[/font][/font][font=宋体]介绍[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]电子流量控制器中比例电磁阀的基本原理[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]。[/font][/font]