Resumen: Con el fin de satisfacer los requisitos de control preciso del grado de vacío en el proceso de carburación a baja presión (carburación al vacío), se proponen las soluciones correspondientes en este artículo, incluyendo la adición de un tanque de mezcla de gas para la mezcla de gas permeado, utilizando métodos de control del nivel de vacío dinámico aguas arriba y aguas abajo y el grado de vacío mediante la coordinación del método de control con la temperatura, se puede alcanzar el control rápido y preciso del grado de vacío y la temperatura en el proceso de infiltración.

La carburación a baja presión, también conocida como carburación al vacío, es un proceso en el que se hace pasar un medio de carburación a un horno de alta temperatura para una carburación rápida bajo un estado de vacío de baja presión. El proceso de carburación al vacío puede dividirse en el tipo de una etapa, el tipo de pulso y el tipo de oscilación. Entre ellos, el grado de vacío, la temperatura y el tiempo de carburación cambiarán según los requisitos específicos, especialmente el grado de vacío cambiará drásticamente con el cambio de temperatura. Por lo tanto, en el proceso de carburación al vacío, los siguientes problemas deben ser resueltos en términos de control del grado de vacío:

(1) El problema del control rápido y preciso del grado de vacío, como el control de punto fijo, el control de programa y el control de pulso rápido, requiere que el sistema de control de vacío tenga una alta velocidad de respuesta y precisión de control. Especialmente para lograr un control preciso en todo el rango de vacío, es necesario utilizar diferentes sensores de vacío y los correspondientes modos de control aguas arriba y aguas abajo según los diferentes rangos.

(2) Problema de control simultáneo del grado de vacío y la temperatura. La cementación se lleva a cabo en un entorno de alta temperatura, lo que requiere un control simultáneo del grado de vacío y la temperatura.
Con el fin de cumplir los requisitos de control preciso del grado de vacío en el proceso de carburación a baja presión, este artículo se centra en una solución para el control preciso del grado de vacío, y adopta el control PID de doble canal para alcanzar el control sincrónico de la temperatura.

2. Solución
La estructura general del sistema de control del grado de vacío y de la temperatura en el proceso de carburación a baja presión se muestra en la figura 1.

El principio básico del control preciso del grado de vacío es el método de control dinámico, es decir, según el valor de control establecido y el valor medido del vacuómetro, el flujo de entrada de aire y el flujo de salida de la cámara de carburación se ajustan respectivamente, de modo que el flujo de entrada y salida puede alcanzar un equilibrio dinámico. Si se requiere un control automático, se necesitan algoritmos de control PID y los correspondientes reguladores.

Como se muestra en la Figura 1, la solución de control de precisión para el grado de vacío propuesta en este artículo adopta un método de control dinámico, utilizando una válvula de aguja electrónica para ajustar el flujo de entrada de aire, utilizando una válvula de bola electrónica o una válvula de aguja electrónica para ajustar el flujo de escape, y la bomba de vacío se utiliza como fuente de vacío. El control automático del grado de vacío adopta el controlador PID.

Para diferentes procesos de carburación a baja presión, el rango de control del grado de vacío es de 1Pa~100kPa. Por lo tanto, en el proceso específico, es necesario adoptar diferentes modos de control dinámico para el control en diferentes rangos de grado de vacío. Para el control del grado de vacío en el rango de alto vacío de 1Pa~1kPa, se adopta el modo de control aguas arriba de flujo de escape fijo y flujo de admisión ajustable; para el control del grado de vacío en el rango de bajo vacío de 1kPa~100kPa, modo de control aguas abajo de flujo de admisión fijo y escape ajustable.

Como se muestra en la Figura 1, para lograr el ajuste y el control del flujo de entrada de aire, se añade un tanque de mezcla de gas al extremo de entrada de la cámara de carburación, y se utiliza un medidor de flujo másico de gas para distribuir varios gases permeables en el tanque de mezcla de gas. El gas fluye a través de la válvula de aguja electrónica para la regulación y el control del flujo.

Para alcanzar la función de control de la temperatura al mismo tiempo, este esquema adopta un controlador PID de doble canal, un canal se utiliza para controlar el grado de vacío, y el otro canal se utiliza para controlar la temperatura. Este controlador PID de doble canal se muestra en la Figura 2. Este control PID tiene A/D de 24 bits y D/A de 16 bits, con 47 formas de señal de entrada (termopar, resistencia térmica, voltaje DC), y puede ser conectado a varios sensores de vacío y temperatura para la medición, visualización y control de 2 canales de control de medición independientes, RS485 de dos hilos, protocolo de comunicación estándar MODBUS RTU.

Para lograr un ajuste de alta precisión en el proceso de control del grado de vacío, se utiliza una válvula de aguja electrónica con ajuste fino mediante un motor paso a paso de control numérico, como se muestra en la figura 3. La histéresis de las válvulas de aguja de la serie FC es mucho menor que la de las electroválvulas, y tiene una respuesta de alta velocidad en 1 segundo, especialmente el uso de la tecnología de sellado de caucho fluorado (FKM), que hace que la válvula tenga una resistencia superior a la corrosión. Equipado con un módulo de circuito de accionamiento del motor paso a paso con la válvula de aguja electrónica de control numérico, proporciona la fuente de alimentación necesaria (24VDC) y la señal de control (0~10VDC) para la válvula de aguja de control numérico, y también puede proporcionar el control directo de la comunicación en serie RS485.

Para el mayor diámetro de la tubería de aspiración, este esquema utiliza una válvula de bola electrónica en miniatura, como se muestra en la figura 4. Esta serie de válvula de bola electrónica es una válvula electrónica pequeña. La apertura de la válvula puede ajustarse continuamente según el cambio de la señal de control (0~10VDC). El tiempo de apertura y cierre más rápido es inferior a 7 segundos, y el tiempo de apertura y cierre también puede alcanzar menos de 1 segundo. El diseño integrado de la válvula y el cuerpo de la válvula reduce el volumen externo y es de bajo precio. Suele instalarse entre el contenedor sellado y la bomba de vacío para ajustar la velocidad de bombeo.

En conclusión, a través de la solución descrita en este artículo, la precisión del control del grado de vacío en el proceso de carburación a baja presión puede alcanzar 1% en el rango de escala completa, y también se puede llevar a cabo el control de la temperatura correspondiente.