Abstract: Rispetto alle valvole a spillo ad azionamento manuale e alle valvole proporzionali, le valvole a spillo elettriche hanno le caratteristiche di controllo digitale, alta sensibilità, risposta rapida e isteresi ridotta. Questo articolo presenta i prodotti di sostituzione localizzati delle valvole a spillo elettriche intelligenti sviluppati rispetto ai prodotti stranieri. Questo prodotto non solo presenta le stesse prestazioni del prodotto, ma anche prestazioni elevate a basso costo. Rispetto alle analoghe valvole elettriche ad ago nazionali, presenta caratteristiche di piccole dimensioni e flessibilità per lo sviluppo e l'applicazione secondaria. Inoltre, quando si combina con l'ADC a 24 bit, può raggiungere una capacità di regolazione precisa della portata della valvola elettrica a spillo.

1. Panoramica

La valvola a spillo elettrica è una valvola microregolabile con un albero a forma di ago, utilizzata principalmente per regolare il flusso d'aria. L'otturatore a forma di ago della valvola a spillo può far sì che il sollevamento della porta della valvola diventi gradualmente più grande e può essere regolato in modo continuo e meticoloso dalla potenza in su e in giù. Essendo una valvola che può essere regolata con precisione, la valvola a spillo elettrica è ampiamente utilizzata e viene impiegata principalmente per la regolazione e il controllo meticoloso del flusso di gas, del livello di vuoto e della pressione.

Alcuni metodi comuni per regolare la posizione dell'ago sono i volantini e le maniglie, ma nei processi produttivi di automazione di laboratorio e industriali, di solito si richiede una valvola a spillo a controllo digitale che possa essere collegata a computer e altri strumenti di controllo. L'apertura della valvola a spillo può essere regolata tramite controllo digitale di programmazione. Le valvole a spillo elettriche sono utilizzate in molti campi, come ad esempio in vari strumenti analitici di alta precisione, nelle apparecchiature di processo per semiconduttori, nelle apparecchiature di processo a vuoto e nel controllo di flusso ad alta precisione.

Rispetto alla valvola proporzionale, invece, la valvola a spillo elettrica ha le caratteristiche di alta sensibilità e piccola isteresi. Per questo motivo, in risposta alla domanda del mercato di valvole elettriche a spillo, KaoLu ha sviluppato una serie di valvole elettriche a spillo azionate da un controller per motori passo-passo, con le stesse prestazioni dell'indice tecnico ma con prestazioni elevate a basso costo. Rispetto alle valvole elettriche ad ago localizzate simili, ha le caratteristiche di dimensioni ridotte e flessibilità per lo sviluppo e l'applicazione secondaria. Combinando la nostra valvola elettrica a spillo della serie FC con un ADC a 24 bit, è possibile ottenere una risoluzione estremamente elevata del controllo della portata.

2. Confronto tra l'attuale valvola a spillo elettrica localizzata e quella di produzione estera

2.1 Valvola a spillo elettrica localizzata esistente

Attualmente, le valvole a spillo elettriche nazionali adottano generalmente la struttura che prevede l'aggiunta di un attuatore a motore convenzionale alla valvola a spillo standard. La Figura 2-1 mostra un prodotto tipico di questa struttura. La valvola a spillo elettrica con struttura a motore ha le seguenti caratteristiche:

1. ①. La tensione di alimentazione è generalmente di 220 V CA (o 24 V CC) e il segnale di controllo è 0~10 V CC (o 4~20 mA).
2. ②. Gli attuatori elettrici per le valvole a sfera e le valvole a farfalla sono generalmente utilizzati come riferimento, con un conseguente volume enorme.
3. ③. Il rapporto di turndown intrinseco è generalmente di 50:1, quindi la precisione di regolazione e controllo è scarsa.
4. ④. Il tempo di risposta della regolazione è lento e presenta un grave fenomeno di ritardo. Il tempo di commutazione è di almeno 5 secondi.
5. ⑤. La dimensione della valvola è generalmente grande, e la più piccola può raggiungere solo "1/4", che è più adatta per la regolazione e il controllo di flussi più grandi.
6. ⑥. L'intera resistenza alla pressione è elevata ed è più adatta alla regolazione e al controllo di alte pressioni e grandi portate.

2.2 Valvola a spillo elettrica esistente di produzione straniera

Le tipiche valvole a spillo elettriche di produzione straniera sono i prodotti di INFICON e MKS, come illustrato nella Figura 2-2. Il modello del prodotto di INFICON è VDE016, mentre il prodotto di MKS è la serie "valvola di controllo del flusso a monte" (che comprende 148J, 154B e 248D).

Le caratteristiche salienti delle valvole elettriche a spillo di produzione estera sono le dimensioni ridotte e i moduli indipendenti per il controllo dell'azionamento, molto convenienti per lo sviluppo e l'utilizzo secondario. La Figura 2-3 illustra i principali indicatori tecnici delle valvole elettriche a spillo di produzione estera.

Modello	INFICON VDE016-X	MKS 148J	MKS 154B	MKS 248D
Tipo di valvola	Valvola a spillo
Autista	Motore passo-passo	Bobina elettromagnetica
Tempo di risposta (Aprire per chiudere)	3-4 secondi	15 ms	/	15 ms
Dimensione standard	KF16	VTF 1/4"	Swagelok 1/2"	Swagelok 1/4"
Materiali di contatto	Acciaio inox	Acciaio inox, PTEF, ecc.	Acciaio inox, ecc.	Acciaio inox
Intervallo di pressione	1×barra	10 bar	/	10 bar
Gamma di flusso	3× ~75L/min	0,01 ~ 30L/min	0,2 ~ 200L/min	0,1 ~ 50L/min
Linearità	/
Risoluzione del flusso	/	0,1 ~ 0,2% del fondo scala	0,1% del fondo scala	0,1 ~ 2% del fondo scala

 

Aspetto Dimensioni (mm)	60×60×152	85×38×100	/	70×38×85
Intervallo di temperatura operativa	5 ~ 40c	15 ~ 50c	-10 ~ 60c
Sigillo	FPM	Metallo	Materiale elastico
Segnale di controllo	DC 0 ~ 10V o RS232	DC 0 ~ 10V o 4 ~ 20mA
Alimentazione	DC24V (12W)	DC15 ~ 24V

Dagli indicatori tecnici di cui sopra, si evince che solo la valvola elettrica ad ago INFICON adotta il metodo di controllo passo-passo, mentre i prodotti di MKS sono fondamentalmente tipiche elettrovalvole ad ago, e le elettrovalvole hanno generalmente un grande fenomeno di isteresi.(Figura 2-3 Principali indicatori tecnici delle valvole elettriche ad ago di produzione straniera).

Rispetto al prezzo attuale, la valvola a spillo elettrica di INFICON è dotata di un modulo di circuito di azionamento e il prezzo complessivo è di circa 20.000 CNY. Il prodotto principale attualmente promosso da MKS è il 248D. Il suo prezzo è di circa 8.000 CNY e deve essere dotato di un modulo di circuito di azionamento. (circa 5.000 CNY), il prezzo totale è di circa 13.000 CNY.

3. Valvola a spillo elettrica KaoLu

La valvola a spillo elettrica FC sviluppata da KaoLu è una valvola a spillo dosatrice elettronica intelligente a due vie, che modifica la struttura del diametro della tradizionale valvola a spillo manuale e adotta un motore passo-passo lineare ad alta precisione per azionare l'albero della valvola. La valvola a spillo elettrica e la sua struttura interna sono illustrate nella Figura 3-1.

La risoluzione del driver della valvola proporzionale a controllo passo è di 0,0127 mm/passo e 0,0254/passo. La valvola a bassa pressione differenziale può funzionare in modo continuo (rapporto di lavoro 100%). Un'interruzione di corrente è la posizione normalmente chiusa della valvola elettrica a spillo FC.

Il vantaggio principale della modalità di azionamento con motore passo-passo rispetto all'elettrovalvola è il funzionamento a freddo, che non comporta problemi di controllo dovuti al riscaldamento della bobina, una risoluzione estremamente elevata, una pressione differenziale estremamente bassa e un'alta pressione di esercizio. La valvola può essere controllata da livelli logici compatibili con la corrente continua 12 VDC e da segnali analogici da 0 a 2,5 VDC, oppure utilizzando l'interfaccia RS485 per la comunicazione diretta. I vantaggi che ne derivano sono un'isteresi inferiore a 2%, un'eccellente linearità inferiore a 2,5% del fondo scala, un tempo di risposta di 2 ms e una durata di vita di milioni di volte. Visitate il sito https://www.genndih.com/proportional-flow-control-valve.htm

Modello	FC-20	FC-120	FC-300	FC-1000
Tipo di valvola	Valvola a spillo
Autista	Controllo del motore passo-passo bipolare
Tempo di risposta	0,8 secondi (da aperto a chiuso)
Dimensione standard	G 1/8"	G 3/8"
Fluido	Gas inerte e liquido
Intervallo di pressione	-1 ~ 7 bar	-1 ~ 5 bar
Gamma di flusso	3× ~75L/min	0,01 ~ 30L/min	0,2 ~ 200L/min	0,1 ~ 50L/min
Flusso massimo	50L/min @7bar	240L/min @7bar	290L/min @7bar	600L/min @7bar
Linearità	2%	0.1 ~ 1%	0.2 ~ 5%	11%

Ripetibilità (Fondo scala)	1%
Risoluzione del flusso (lunghezza del passo)	0.1L	0.1 ~ 0.2L	0.2 ~ 0.75L	1L
Risoluzione del turno	12,7 um		25,4 um
Intervallo di temperatura operativa	0 ~ 84c
Sigillo	Guarnizioni standard FKM o di altro tipo
Segnale di controllo	DC: 0 ~ 10V (o 4 ~ 20mA)
Alimentazione	DC: 24V (12W)

(Figura 3-2 Principali indicatori tecnici delle valvole elettriche a spillo).

La serie FC di valvole a spillo elettriche è dotata di un modulo di circuito di azionamento del motore passo-passo per fornire l'alimentazione e il segnale di controllo necessari e per convertire il segnale CC nel controllo del motore passo-passo bipolare. Fornisce inoltre il controllo diretto della comunicazione tramite porta seriale RS485. Il modulo del circuito di azionamento, il metodo di cablaggio e le dimensioni sono mostrati nella Figura 3-3.

4. Conclusione

In sintesi, la valvola a spillo elettrica FC sviluppata da KaoLu adotta la più avanzata tecnologia dinamica di azionamento del motore passo-passo, gli indicatori tecnici e supera i prodotti stranieri, inoltre ha prestazioni elevate a basso costo.