Actualización del sistema de control de la presión de la cabina de simulación del entorno de baja presión para la verificación de la radiosonda

Resumen: Se centra en el problema de la escasa precisión y estabilidad del sistema de control de la presión de la cámara de simulación del entorno de baja presión utilizada para la verificación de la radiosonda, y la configuración inexacta de los sensores de presión y los sistemas de control. Los usuarios propusieron requisitos de actualización y transformación. Este artículo presenta el esquema de implementación de una nueva generación de sistema de control de la presión de la cámara de simulación del entorno de baja presión, adopta un modo de control bidireccional y lleva a cabo una prueba de verificación del esquema. Los resultados de las pruebas muestran que la precisión y la estabilidad del control han mejorado considerablemente.

1. Pregunta
Uno de los métodos importantes para calibrar la radiosonda es probar la cabina de simulación de ambiente de baja presión en el suelo. La estructura de la cabina de simulación de ambiente de baja presión en uso se muestra en la Figura 1.

Existe el problema de que el control de la presión fluctúa mucho durante el uso de esta cámara de simulación de entornos de baja presión. Cuanto más se acerca la presión a 1 atmósfera, mayor es la fluctuación. El análisis cree que se debe principalmente a las siguientes razones:
(1) La selección del sensor de presión es inexacta. La proporción del error del sensor en el rango de presión a escala completa no es la misma, lo que muestra que la fluctuación es grande cuando está cerca de 1 atmósfera y la fluctuación es pequeña cuando está lejos de 1 atmósfera. En el mundo real, todos los problemas existen. Las fluctuaciones son grandes, pero el sensor de presión tiene la mayor precisión cerca de 1 presión atmosférica, y el error del sensor de presión ha cubierto completamente el rango de fluctuación de la presión a una distancia alejada de 1 presión atmosférica. De hecho, hay grandes fluctuaciones en su conjunto, pero el sensor de presión tiene la mayor precisión cerca de 1 presión atmosférica, y el error del sensor de presión ha cubierto completamente el rango de fluctuación de la presión a una distancia lejos de 1 presión atmosférica.
(2) El control de la presión adopta el modo de control de interruptor. La bomba de vacío y la válvula solenoide se abren o cierran al mismo tiempo según el valor de ajuste de la presión. Aunque se añade un tanque de almacenamiento de gas como amortiguador, es difícil conseguir una presión precisa y constante en este modo de control semiautomático.
(3) El controlador no utiliza el método de control automático PID, que es también la principal razón que afecta a la precisión del control de la presión. Sobre la base del análisis anterior, centrándose en los problemas de la mala precisión del control y la estabilidad del sistema de control de la presión con la cámara de simulación de baja presión ambiente utilizado para la calibración del sonido de la generación anterior, y una configuración inexacta del sensor de presión y el sistema de control. Los usuarios propusieron requisitos de actualización y transformación. Este artículo introducirá el esquema de implementación del sistema de control de presión de nueva generación con cámara de simulación de ambiente de baja presión. Se propone la adopción del modo de control bidireccional, y se llevará a cabo la prueba de verificación del esquema, lo que demuestra que la precisión y la estabilidad del control pueden mejorarse en gran medida.

2. Actualización y reforma del sistema de control de la presión utilizando la válvula de aguja eléctrica de la serie FC El rango de presión absoluta de la cámara de simulación del entorno de baja presión para la verificación de la sonda es de 1torr~760torr.Se requiere que la presión de la cámara de simulación pueda ser precisa y constante en cualquier punto de ajuste dentro de este rango, e incluso puede ser controlada de acuerdo con la tasa de transformación de presión establecida. Por esta razón, el esquema específico de actualización es mantener la bomba de vacío y la válvula solenoide de vacío sobre la base del sistema de control de presión original, reemplazar el sensor de presión y el controlador, eliminar el tanque de almacenamiento de energía, y aumentar la válvula de entrada de aire y la válvula de escape controladas numéricamente. El esquema específico es el siguiente:
(1) Los manómetros de capacitancia con 10torr y 1000torr se utilizan para cubrir la medición de todo el rango de baja presión, asegurando así la precisión de la medición de todo el rango.
(2) El controlador de presión de vacío PID de alta precisión se utiliza para igualar la precisión de la medición del manómetro capacitivo y garantizar la precisión del control.
(3) Instale una válvula de aguja eléctrica en la entrada de aire y en el puerto de escape de la cámara de vacío, respectivamente. La válvula de aguja eléctrica se instala directamente en la entrada de aire.
(4) El modo de control adopta el modo ascendente y el modo descendente respectivamente. El modo ascendente se utiliza para controlar la presión del aire por debajo de 10torr, y el modo descendente se utiliza para controlar la presión del aire en el rango de 10~760torr utilizando la válvula de aguja eléctrica KaoLu (https://www.genndih.com/proportional-flow-control-valve.htm)
(5) Como se muestra en la figura 2, el modo aguas arriba consiste en mantener constantes la presión aguas arriba y el caudal de salida, y controlar la presión de la cámara ajustando el caudal de entrada.
(6) Como se muestra en la figura 3, el modo descendente consiste en mantener constantes la presión aguas arriba y el caudal de entrada, y controlar la presión de la cámara ajustando el caudal de escape.

3. Prueba de certificación del sistema
Para los dos modos de control mencionados, se utilizaron dos manómetros capacitivos de 1torr y 1000torr, una válvula de aguja eléctrica y un controlador de presión de alta precisión de 24 bits para realizar la prueba de evaluación. El espacio interno de la cámara de vacío utilizada para la prueba era de 400×400×500mm; el dispositivo de prueba se muestra en la Figura 4 y la Figura 5.

Durante la prueba del modo ascendente, la bomba de vacío se encendió primero y luego se bombeó a toda velocidad. A continuación, se autoajustaron los parámetros PID del controlador a unos 68Pa. Una vez completado el autoajuste, se controlan 8 puntos de ajuste de 12, 27, 40, 53, 67, 80, 93 y 107Pa respectivamente. En la figura 6 se muestran los cambios de presión del aire durante todo el proceso de control. Durante la prueba de modo descendente, la bomba de vacío se encendió primero y luego se bombeó a toda velocidad, y la válvula de aguja eléctrica de entrada de aire se ajustó a la posición de micro entrada. A continuación, los parámetros PID del controlador se autoajustaron a unos 300torr. Una vez completado el autoajuste, se controlan 5 puntos de ajuste de 70, 200, 300, 450 y 600 Torr respectivamente. Los cambios en la presión del aire durante todo el proceso de control se muestran en la figura 7.

Expresando los efectos de control anteriores en diferentes puntos constantes de baja presión como tasa de fluctuación, se obtiene la distribución de la tasa de fluctuación en todo el rango mostrado en las Figuras 8 y 9. Se puede ver en el diagrama de distribución de la tasa de fluctuación que la tasa de fluctuación puede ser controlada con precisión dentro del rango de ±1% en todo el rango de baja presión. La gran fluctuación a 12Pa se debe a que los parámetros PID obtenidos por el autoajuste a 68Pa no son válidos, y se requiere un autoajuste de los parámetros PID por separado.

De los resultados de las pruebas anteriores se desprende que la válvula de aguja eléctrica puede mejorar la precisión y la estabilidad del control de la presión en más de cinco veces, y mejorar en gran medida el nivel de automatización y la fiabilidad de la cámara de simulación de entornos de baja presión. Para más información sobre la válvula de aguja eléctrica presentada, visite https://www.genndih.com/proportional-flow-control-valve/miniature-proportional-valve-0-32L-min.html