Digital Needle Valve in vacuum gauge calibration device Integrating a digital needle valve in a portable vacuum gauge calibration device in order to reach the field calibration of vacuum gauge, based on static comparison method calibration technology. This article focuses on a technical scheme using a miniature digital needle valve and an upstream and downstream two-way gas flow control mode, combined with dual-channel high precision. The use of digital needle valve with a vacuum PID controller can solve the problem of field calibration and portability under the premise of precise vacuum control. 1. Question As a vacuum sensors or vacuum gauges are widely used in many fields and require regular calibration, the calibration device of vacuum gauge is a complete measurement system including a vacuum standard, a vacuum pump, a vacuum valve and a connecting pipeline. Its size is generally large and inconvenient to move, and is mostly fixed in the laboratory. Most existing vacuum gauge calibration methods are to remove the vacuum gauge used on field inspection. To meet the needs of field calibration, the following issues need to be addressed: (1) Reduce the size of related components, making the vacuum gauge calibration device easy to carry. (2) Adopt numerical control and digital needle valve to improve the precision of gas flow regulation. (3) Improve the vacuum degree control method and vacuum degree control accuracy and stability. In order to reach the field calibration of vacuum gauge and portability of calibration device, based on the static comparison method calibration technology, this article will focus on a technical scheme using a miniature digital needle valve and an upstream and downstream two-way gas flow control mode, combined with a high-precision vacuum PID controller. It can solve the problem of field calibration and portability under the premise of precise control of vacuum degree, and the fluctuation of vacuum degree can be controlled within ±1%. 2. Portable vacuum gauge calibration device technical scheme The entire structure of portable vacuum gauge calibration device is shown in Figure 1, which is a schematic diagram of a typical structure of the calibration device in the vacuum range of 0.1~760 Torr. The details of the plan are as follows: (1) Using the method of comparative static analysis, the calibrated vacuum gauge is compared with the reference standard vacuum gauge. The reference standard vacuum gauge uses two capacitive film vacuum gauges to cover the entire vacuum calibration range, refer to the standard vacuum gauge also acts as a vacuum control sensor. (2) The vacuum degree controller adopts a two-channel high-precision vacuum degree controller. The A/D of controller is 24 bits, and the D/A is 16 bits, which can correspond to high-precision signal output of capacitive film vacuum gauge and meet the vacuum degree control accuracy requirements. The two channels of controller correspond to the input signals of two vacuum gauges and the precise adjustment of air intake and exhaust flow of two-way digital needle valve. In the process of vacuum degree control, the two-way sensor signals can be automatically switched as required to reach programmable automatic control within the full range. The controller has PID self-tuning function and standard MODBUS communication protocol. (3) Two digital needle valves are used to adjust the air intake and exhaust flow respectively, and the controller adopts a bidirectional mode to adjust the two needle valves respectively. The air intake needle valve is mainly adjusted in the rough vacuum range, and the air intake needle valve is mainly adjusted in the high vacuum range. When the vacuum degree is constant in the full range, the vacuum degree fluctuation rate can be controlled within ±1%. Further information on the digital needle valve, please visit: https://www.genndih.com/proportional-flow-control-valve.htm

Abstract: In glass blow molding process, there always exist problems such as poor consistency and low yield of finished products due to unstable air pressure of manual blowing and machine blowing. In order to solve these problems, this article focuses on a full-automatic control solution for blowing air pressure using high flow rate version of electronic flow control valve, so that the blowing air pressure can be quickly and precisely controlled according to the set curve, which can greatly improve production efficiency and product yield. 1. Question Glass is an amorphous solid. Glass products need to be softened by heating and blow-molded during processing. However, the current glass blow-molding process has the following problems that need to be solved: (1) In most of the current glass blow molding process in which air is blown into the interior of glass products by manual mouth blowing, it is necessary to rely on people to blow air with a pipe and then shape the molten glass. This method greatly increases the burden on producer, easily causes dizziness due to lack of oxygen in brain, and reduces work efficiency at the same time. The finished products produced by this process have poor consistency and low yield. At the same time, the production cycle of glass products is prolonged, which is not conducive to widespread promotion and popularization. (2) In the glass blow molding process, since the wind has been acting on the bottom of glass bottle after it comes out of the blow molding tube. The blowing pressure is not uniform, which will lead to different thicknesses of the bottom of glass bottle after forming. In the process of blow molding, the plastic device will have unstable air pressure, and it does not have the function of automatic voltage stabilization, resulting in different quality levels of glass bottles. By analyzing the glass blow molding process of existing glass products, it can be found that the entire blow molding process is a typical air pressure change process in a small closed space. If this air pressure change process can be precisely controlled and the air pressure change process can always be accurately repeated, then realize the automation and quality reliability of glass blow molding process of glass products, greatly improve the yield and shorten the production cycle. 2. Technical scheme The basic principle of automatic control of blowing pressure in glass molding is to quickly control the air pressure in a closed chamber as required, and use this air pressure to replace the pressure change during manual blowing. The shchem of the entire control method is shown in Figure 1. The automatic air blowing pressure control device mainly includes a chamber, an electronic flow control valve, a pressure sensor, a PID controller and a high-pressure air source. The precise control of pressure in chamber adopts the dynamic control method, that is, according to the pressure. The measured value of the force sensor is compared with the set value, and the PID controller adjusts the intake flow and exhaust flow at the same time, so that the pressure in the cavity quickly reaches a dynamic balance and controls the pressure at the set value. The set value can be a constant pressure point that does not change with time. It can also be a curve of pressure changing with time designed according to the requirements of glass molding blowing process, so as to meet different pressure requirements. In a word, through this technical solution, the automatic and precise control of blowing pressure of glass molding can be reached, and the control accuracy and repeatability can be ensured, so as to ensure the product quality and stability. For further information about the electronic flow control valve, please visit: https://www.genndih.com/proportional-flow-control-valve.htm

Superconducting Gravity Instruments – Ultra-Fine Temperature (0.1mK) and Pressure Control Solution The temperature of liquid helium pool is required to be constant in the ultra-low gravity instrument. In order to reach the fluctuation degree of less than 0.1mK, the fluctuation degree of air pressure control should be less than 10Pa. For this reason, this article focuses on a corresponding technical scheme in superconducting gravity instruments. The core content is to reach the precise control of air pressure of buffer tank. The bidirectional control mode is adopted, and the air pressure sensor, electronic needle valve and PID controller with a precision of 1/10,000 are used. 1. Question Superconducting gravity instruments include superconducting gravimeters and superconducting gravity gradiometers, both of which are used to precisely measure gravity signals. Superconducting gravity instruments need to measure extremely weak signals at low temperature, so there is a high requirement for constant low temperature, that is, the temperature fluctuation of liquid helium pool is required to be within 0.1mK. The precise control of temperature of liquid helium pool in superconducting gravity instruments can be reached by controlling the air pressure in liquid helium pool, which requires the measurement and control of air pressure to reach a very high level. In this article, a corresponding solution is proposed for the high-precision control of air pressure in liquid helium cell in the superconducting gravity instrument. The advantage of this solution is that the control accuracy of temperature of liquid helium pool is mainly affected by the accuracy of pressure sensor. The ultra-high-precision pressure sensor is selected, and the downstream pumping flow control mode is adopted through the precise numerical control needle valve and the high-precision PID controller. The fluctuation of liquid helium temperature is stably controlled within 0.1mK. 2. Technical Scheme The precise control principle of liquid helium temperature in superconducting gravity instruments is based on the relationship between the saturated vapor pressure of liquid helium and the corresponding temperature. According to the corresponding relationship between the saturated vapor pressure of liquid helium and the temperature, the temperature of liquid helium should be controlled at about 4K, and the temperature fluctuation should be less than 0.1mK. When the upper pressure of liquid helium should be controlled at about 100kPa, the fluctuation of pressure should be less than 10Pa. In order to reach the above air pressure control accuracy, the technical solution proposed in this article specifically in superconducting gravity instruments includes the following aspects: (1) The air pressure control in the upper part of liquid helium pool can be abstracted as the pressure control in a closed container. For the pressure control of the closed container, it is necessary to add a buffer tank, through the pressure control of buffer tank. The system reaches the pressure control of liquid helium pool, and the structure is shown in Figure 1. (2) The pressure control of buffer tank adopts the upstream and downstream two-way control mode, which is controlled by adjusting the flow of air intake and exhaust. (3) The whole control system includes buffer tank, air pressure sensor, PID controller, digital needle valve and vacuum pump. (4) If the air pressure is controlled at 100kPa and the fluctuation is required to be less than 10 Pa, the measurement and control of the air pressure are required to have an accuracy of 10/100k=0.0001 (one ten thousandth), so it is necessary to be equipped with a precision of one ten thousandth Barometer and PID controller. In short, the control accuracy of technical solution described in this article is mainly limited by the accuracy of air pressure sensor and the PID controller. Combined with the small flow electronic needle valve driven by the stepping motor, the superconducting gravimeter can be reached through the high-precision sensor and controller. Precise control of liquid helium temperature, temperature fluctuation can be controlled within 0.1mK, and is not affected by changes in external ambient temperature. For further information on the proportional flow control valve, please visit https://www.genndih.com/proportional-flow-control-valve.htm

Rapid and Precise Control Technology of Vacuum Degree and Temperature in Vacuum Pulse Halogenation Process Abstract: Braised products are traditional food, and vacuum pulse process can effectively improve quality and shorten production time,and is more and more widely used in development and production of braised products. Focusing on the rapid and precise control requirements for the important process parameter of vacuum degree in the new vacuum pulse process, this article introduces the complete solution and implementation content in detail using FC series proportional flow control valve. 1. Question As a traditional and nutritious food, braised products are deeply loved by public and are instant food for leisure and tourism. The current braised product manufacturing process is mainly divided into two categories: traditional braised method and vacuum drying method, and the new vacuum pulse braised method have outstanding characteristics. Compared with traditional braised method, vacuum pulse braised method can not only shorten the braised period. It can shorten time from 8 hours to 80 minutes, greatly improve the production efficiency, retain the food flavor, and can also reduce the content of microorganisms by 4 orders of magnitude, thus the product safety is greatly improved. The typical vacuum pulse process is shown in Figure 1. The vacuum pulse process has high requirements on equipment and requires precise control of two important parameters (vacuum degree and temperature) in the braising process. The specific requirements are as follows: (1) Real-time measurement of vacuum degree and temperature can be reached at the same time, and precise control is implying according to the set program. Therefore, the controller needs to have at least two independent signal acquisition and control functions. (2) As shown in Figure 1, it is necessary to accurately control vacuum degree and temperature according to the upper and lower limits of setting vacuum degree and temperature and the corresponding change speed. This is equivalent to require the controller to have accurate program curve control capabilities. This article focus on corresponding solutions for the above requirements, and will introduce integrated vacuum and temperature controllers that can be used in vacuum pulse braised processes, and introduce corrosion-resistant FC proportional flow control valve driven by stepper motors for gas flow regulation, which can well meet the precise control requirements of vacuum pulse braised process. 2. Vacuum pulse braised process control scheme The vacuum degree and temperature need to be precisely controlled in the vacuum pulse braised process, and the specific control system implementation is shown in Figure 2. In the vacuum degree control process shown in Figure 2, a method different from the previous vacuum degree control method is adopted, that is, an air intake channel is added to the vacuum chamber, multi-channel controller and a numerical control needle valve with fast response time and high precision are used. This program has two outstanding features: (1) It can reach precise control of vacuum degree in the range of 0.1~1000mBar, and has a fluctuation rate of less than ±1% in the whole range. The specific implementation is that when the vacuum degree is less than 10torr, the control adopts the upstream mode; when the vacuum degree is greater than 10torr, the control adopts the downstream mode. At the same time, fast-response proportional flow control valves and controls ensure that temperature changes have minimal effect on vacuum. (2) The equipped 2-channel integrated PID controller can reach the simultaneous control of vacuum degree, temperature and tunable speed. 2 independent channels for vacuum and temperature measurement, control and display. (3) The host computer can communicate with the controller in real time to design, edit, store and load various vacuum degree and temperature control process curves. 3. 24-bit high-precision multi-functional controller In order to reach the precise control of vacuum degree, temperature and rotation speed in vacuum microwave drying, KaoLu has developed FC series 24-bit high-precision programmable PID universal controller, as shown in Figure 2. This series of PID controllers are very useful and cost-effective. The main performance indicators of VPC series controllers are as follows: (1) Precision: 24-bit A/D, 16-bit D/A. (2) Maximum sampling speed: 50ms. (3) Various input parameters: 47 input signals (thermocouple, thermal resistance, DC voltage) can be connected to various temperature and vacuum sensors for measurement, display and control. (4) Various output forms: 16BIT analog signal, 2A (250V AC) relay, 22V/20mA solid state relay, 3A/250VAC SCR. (5) Multi-channel: independent 1-channel or 2-channel output. 2 channels can reach simultaneous measurement and control of temperature and vacuum degree, and the alarm output channel can be used to control the start-stop of rotating motor. (6) Multi-function: forward, reverse, forward and reverse bi-directional control, heating/cooling control. (7) PID program control: The improved PID algorithm supports PV differential and differential advance control. It can store 20 groups of PID and support 20 program curves (50 segments each). (8) Communication: Two-wire RS485, standard MODBUS RTU communication protocol. (9) Display mode: digital hall and IPS TFT true color LCD. (10) Software: The operation of controller and the data acquisition and storage can be reached through the software computer. (11) Dimensions: 96×96×87mm (hole size 92×92mm). 4. Stepper motor drives corrosion-resistant high-speed needle valve In order to reach high-precision adjustment in the process of vacuum degree control, KaoLu has developed a series of proportional control flow valves with different flow rates based on the needle valve using stepper motors, as shown in Figure 2. The magnetic hysteresis of this series is much smaller than solenoid valves, and has a high-speed response within 1 second. In particular, the use of FKM sealing technology enables the valve to have superior corrosion resistance. The detailed technical indicators are shown in Figure 4 shown. Model FC-20 FC-120 FC-300 FC-1000 Valve type Needle Valve Spool Drift Diameter 0.9mm 2.25mm 2.75mm 4.10mm Actuator Bipolar stepper motor control Response time 0.8sec(Open to close) Standard size G1/8” G3/8” Fluid Inert gas and liquid Contact Materials Stainless Steel Pressure Range -1 ~ 7bar -1 ~ 5bar Maximum Flow 50L/min @7bar 240L/min @7bar 290L/min @7bar 600L/min @7bar   Linearity ±2% ±0.1 ~ 1% ±0.2 ~ 5% ±11% Repeatability (Full scale) ±0.1% Flow Resolution (Step length) 0.1L/min 0.1 ~ 0.2L/min 0.2 ~ 0.75L/min 1L/min Shift Resolution (Step length) 12.7um 25.4um Operating Temperature Range 0 ~ 84°c Seal Standard FKM or other choices of seals Control Signal DC: 0 ~ 10V (or 4 ~ 20mA) Power Supply DC: 24V (12W) (Figure 5 Technical indicators of KaoLu’s FC electronic needle valve) For further information, please visit https://www.genndih.com/proportional-flow-control-valve/mid-flow-proportional-valve-0-130L-min.html FC proportional control flow valve is equipped with a stepper motor drive circuit module, which provides the required power supply and control signal for FC proportional control flow valve, and converts the DC signal into step control of bipolar stepper motor, and can also provide RS485 direct control of serial communication. Its specifications and dimensions are shown in Figure 5. When using proportional flow control valve in vacuum microwave drying, open-loop control method can also be used to install needle valve at the front end of vacuum pump instead of electric ball valve, and the vacuum degree can be controlled by adjusting pumping flow, but the stability of this open-loop control method is poor. It is difficult to reach higher stability requirements. Therefore, it is generally recommended to use closed-loop control method shown in Figure 1, that is, to add an air intake control valve to vacuum chamber, and to achieve precise control of vacuum degree by adjusting air intake flow and exhaust flow at the same time. Using KaoLu’s proportional flow control valve can help with achieving the desired function.

Precise Control of Vacuum, Temperature and Rotational Speed During Vacuum Microwave Drying (VMD) Abstract: Focusing on the current local vacuum microwave drying technology research and equipment, the drawbacks are simple control equipment, poor vacuum degree control effect, and low product quality. This article proposes the corresponding solutions and integration of vacuum microwave drying using FC series pneumatic proportional flow control valve. The vacuum degree, temperature and speed controller of the type are introduced, and the corrosion-resistant pneumatic proportional flow control valve driven by stepper motor for gas flow adjustment are introduced, which can precisely control the vacuum microwave drying process. 1. Question Vacuum microwave drying is a new type of microwave energy application technology that combines microwave heating technology and vacuum technology. In the drying process of materials, the drying temperature range is generally 30~60℃, and vacuum degree range is generally 0.01~95kPa, which has advantages of high drying output, good quality, low processing cost and low energy consumption. In addition, when drying at low temperature and low pressure, the oxygen concentration is low, and the oxidation reaction of dried material is weakened and slowed down, thereby ensuring the flavor, appearance and color of material, and it is easy to dry heat-sensitive materials, especially for traditional Chinese medicine extracts, meat food, chemical raw materials, low-temperature drying of fruits and agricultural products has unique advantages. Since vacuum microwave drying technology utilizes the principle of lowering the boiling point of water under low pressure, and combines the characteristics of rapid, homogeneous and low energy consumption of microwave heating. Vacuum degree, temperature and rotational speed are the three key control parameters in application of vacuum microwave drying technology. In the current local application of vacuum microwave drying technology, there are generally problems such as rough control equipment, poor vacuum degree control effect, and low product quality, which are mainly reflected in the following aspects: (1) For different materials, the vacuum degree, temperature and rotation speed required in the drying process are completely different. The variation range of vacuum degree is very wide, such as from 0.01kPa to 95kPa, so it is necessary to have accurate measurement and measurement of vacuum degree in a wide range. For different vacuum degree needs different control methods. (2) The change of vacuum degree will have a serious impact on evaporation temperature, and temperature change after microwave heating will cause the rapid increase of vacuum degree. Vacuum degree and temperature are a set of variables that affect each other. In order to ensure product quality, the vacuum degree control is required to have a fast response time, so that vacuum degree in drying process is always constant and not affected by temperature changes, and the fluctuation rate of vacuum degree after homeostasis is small. Experiments have proved that the use of pneumatic proportional flow control valve can achieve the desired effect. (3) In addition to the need to control vacuum degree and temperature (microwave heating power) at the same time, in order to ensure the stability of microwave heating materials, it is also necessary to select and control rotation speed. (4) Because different materials require different PID control parameters and process parameters, the controller is required to have multi-program and multi-parameter storage functions, which are easy to call at any time during the process, so as to improve automation level of the entire drying process. 2. Vacuum microwave drying control scheme The vacuum degree, temperature and turntable speed need to be precisely controlled in vacuum microwave drying process. At present, the commonly used control schemes in Taiwan are generally relatively simple. The improved scheme proposed here is shown in Figure 1. In the vacuum degree control system shown in Figure 1, a method different from the previous vacuum degree control method is adopted, that is, an air intake channel is added to vacuum chamber, and a numerically controlled electric needle valve, or so-called pneumatic flow control valve, and high precision multi-channel controller with fast response speed are used. This program has two outstanding features: (1) It can reach precise control of vacuum degree in the range of 0.01~95kPa, with a fluctuation rate of less than ±1%. The specific implementation is that when vacuum degree is less than 10torr, the control adopts the upstream mode. When vacuum degree is greater than 10torr, the control adopts the downstream mode. At the same time, fast-response valves and controls ensure that temperature changes have minimal effect on vacuum. (2) Equipped with 2-channel integrated PID controller, which can reach simultaneous control of vacuum degree, temperature and turntable speed. 2 independent channels are used for the measurement, control and display of vacuum and temperature, and the alarm output channel can be used to control the speed of turntable or start-stop of rotating motor. 3. 24-bit high-precision multi-functional controller In order to reach the precise control of vacuum degree, temperature and rotation speed in vacuum microwave drying, KaoLu have developed FC series 24-bit high-precision programmable PID universal controller, as shown in Figure 2. This series of PID controllers are very useful and cost-effective. The main performance indicators of VPC series controllers are as follows: (1) Precision: 24-bit A/D, 16-bit D/A. (2) Maximum sampling speed: 50ms. (3) Various input parameters: 47 input signals (thermocouple, thermal resistance, DC voltage) can be connected to various temperature and vacuum sensors for measurement, display and control. (4) Various output forms: 16BIT analog signal, 2A (250V AC) relay, 22V/20mA solid state relay, 3A/250VAC SCR. (5) Multi-channel: independent 1-channel or 2-channel output. 2 channels can reach simultaneous measurement and control of temperature and vacuum degree, and the alarm output channel can be used to control the start-stop of rotating motor. (6) Multi-function: forward, reverse, forward and reverse bi-directional control, heating/cooling control. (7) PID program control: The improved PID algorithm supports PV differential and differential advance control. It can store 20 groups of PID and support 20 program curves (50 segments each). (8) Communication: Two-wire RS485, standard MODBUS RTU communication protocol. (9) Display mode: digital hall and IPS TFT true color LCD. (10) Software: The operation of controller and the data acquisition and storage can be reached through the software computer. (11) Dimensions: 96×96×87mm (hole size 92×92mm). 4. Stepper motor drives corrosion-resistant high-speed needle valve In order to reach high-precision adjustment in the process of vacuum degree control, KaoLu have developed a series of pneumatic proportional flow control valves with different flow rates based on the needle valve using stepper motors, as shown in Figure 2. The magnetic hysteresis of this series is much smaller than solenoid valves, and has a high-speed response within 1 second. In particular, the use of FKM sealing technology enables the valve to have superior corrosion resistance. The detailed technical indicators are shown in Figure 4 shown. Model FC-20 FC-120 FC-300 FC-1000 Valve type Needle Valve Spool Drift Diameter 0.9mm 2.25mm 2.75mm 4.10mm Actuator Bipolar stepper motor control Response time 0.8sec(Open to close) Standard size G1/8” G3/8” Fluid Inert gas and liquid Contact Materials Stainless Steel Pressure Range -1 ~ 7bar -1 ~ 5bar Maximum Flow 50L/min @7bar 240L/min @7bar 290L/min @7bar 600L/min @7bar   Linearity ±2% ±0.1 ~ 1% ±0.2 ~ 5% ±11% Repeatability (Full scale) ±0.1% Flow Resolution (Step length) 0.1L/min 0.1 ~ 0.2L/min 0.2 ~ 0.75L/min 1L/min Shift Resolution (Step length) 12.7um 25.4um Operating Temperature Range 0 ~ 84°c Seal Standard FKM or other choices of seals Control Signal DC: 0 ~ 10V (or 4 ~ 20mA) Power Supply DC: 24V (12W) (Figure 4 Technical indicators of KaoLu’s FC electronic needle valve) For further information, please visit https://www.genndih.com/proportional-flow-control-valve/mid-flow-proportional-valve-0-130L-min.html FC pneumatic proportional flow control valve is equipped with a stepper motor drive circuit module, which provides the required power supply and control signal for FC pneumatic proportional flow control valve, and converts the DC signal into step control of bipolar stepper motor, and can also provide RS485 direct control of serial communication. Its specifications and dimensions are shown in Figure 5. When using pneumatic proportional flow control valve in vacuum microwave drying, open-loop control method can also be used to install needle valve at the front end of vacuum pump instead of electric ball valve, and the vacuum degree can be controlled by adjusting pumping flow, but the stability of this open-loop control method is poor. It is difficult to reach higher stability requirements. Therefore, it is generally recommended to use closed-loop control method shown in Figure 1, that is, to add an air intake control valve to vacuum chamber, and to achieve precise control of vacuum degree by adjusting air intake flow and exhaust flow at the same time.

Rotary Evaporators: Integrated Controllers for Vacuum, Temperature and Rotation with Corrosion Resistant Digital Control Valves Abstract: At present, rotary evaporators can be built in different ways in various laboratories. In terms of vacuum control of evaporators, local customers generally require that they can replace the more expensive foreign vacuum control systems, improve the programming and automation level of vacuum control, improve the accuracy and stability of vacuum control, and solve the corrosion resistance of control valves. The problem even requires the use of controller to program temperature, vacuum and rotation at the same time. According to the improvement requirements put forward by users, this article focuses on corresponding solutions, and introduces related products such as high flow proportional valve especially used for evaporator temperature, vacuum degree and rotary motor control. 1. Users’ requirement A rotary evaporator is the common equipment in laboratory. Through the electronic control in evaporator, the solvent in flask is rapidly evaporated under the appropriate rotation speed, temperature and vacuum degree. The working vacuum range of general rotary evaporator is 1 to 760 mmHg (absolute vacuum). In specific applications, the vacuum level will be set and controlled according to the requirements of different mixtures. As simple common laboratory equipment, the rotary evaporator can be built by each one in laboratory, and there are also various specifications for ordering in market. For the rotary evaporators currently used in some user laboratories, users put forward clear requirements in the following aspects: (1) Some laboratories are equipped with imported rotary evaporators, but they also need to be equipped with higher-priced vacuum controllers separately, hoping to replace them with local products. (2) Local and self-built rotary evaporators are expected to be equipped with multi-functional and high-precision vacuum controllers to reach the programming and automation of computer control of test process. It is hoped that multiple sets of control process setting curves can be stored for direct recall. The computer sets the test program and displays the changes of entire control process. (3) At present, the vacuum control process of international and local rotary evaporators generally adopts the valve on-off or vacuum pump start-stop method. The control accuracy and stability are weak. It is hoped to use a high-speed digital proportional valve with continuously adjustable opening. (4) In recent years, high flow proportional valves in vacuum control devices of international and local rotary evaporators generally lack corrosion resistance, and it is hoped to use vacuum regulating valves that are resistant to corrosive gases and liquids. (5) For some self-built rotary evaporators, it is hoped that temperature control, vacuum control and rotation control can be integrated to reduce the complexity of instrument and its operation, and to improve the level of integration and automation. This article focuses on corresponding solutions for the above requirements, and introduces the integrated temperature, vacuum and rotation controller specially used for evaporators and the corrosion-resistant needle valve driven by stepper motor, which can meet the needs of different users of rotary evaporators’ test requirements. 2. Local 24-bit high-precision multi-functional controller In order to reach the test and program control of temperature, vacuum degree and rotation of rotary evaporator, KaoLu have developed the VPC series 24-bit high-precision programmable PID general controller, as shown in Figure 1. This series of PID controllers are very extraordinary and cost-effective. The main performance indicators of VPC series controllers are as follows: (1) Precision: 24-bit A/D, 16-bit D/A. (2) Maximum sampling speed: 50ms. (3) Various input parameters: 47 input signals (thermocouple, thermal resistance, DC voltage) can be connected to various temperature and vacuum sensors for measurement, display and control. (4) Various output forms: 16BIT analog signal, 2A (250V AC) relay, 22V/20mA solid state relay, 3A/250VAC SCR. (5) Multi-channel: independent 1-channel or 2-channel output. 2 channels can reach simultaneous measurement and control of temperature and vacuum degree, and the alarm output channel can be used to control the start-stop of rotating motor. (6) Multi-function: forward, reverse, forward and reverse bi-directional control, heating/cooling control. (7) PID program control: The improved PID algorithm supports PV differential and differential advance control. It can store 20 groups of PID and support 20 program curves (50 segments each). (8) Communication: Two-wire RS485, standard MODBUS RTU communication protocol. (9) Display mode: digital hall and IPS TFT true color LCD. (10) Software: The operation of controller and the data acquisition and storage can be reached through the software computer. (11) Dimensions: 96×96×87mm (hole size 92×92mm). 3. Stepper motor drives corrosion-resistant high-speed needle valve In order to reach high-precision adjustment in the process of vacuum degree control, KaoLu have developed a series of high flow proportional valves with different flow rates based on the electronic needle valve using stepper motors, as shown in Figure 2. The magnetic hysteresis of this series is much smaller than solenoid valves, and has a high-speed response within 1 second. In particular, the use of FKM sealing technology enables the high flow proportional valve to have superior corrosion resistance feature. The detailed technical indicators are shown in Figure 3 shown. Model FC-20 FC-120 FC-300 FC-1000 Valve type Needle Valve Spool Drift Diameter 0.9mm 2.25mm 2.75mm 4.10mm Actuator Bipolar stepper motor control Response time 0.8sec(Open to close) Standard size G1/8” G3/8” Fluid Inert gas and liquid Contact Materials Stainless Steel Pressure Range -1 ~ 7bar -1 ~ 5bar Maximum Flow 50L/min @7bar 240L/min @7bar 290L/min @7bar 600L/min @7bar   Linearity ±2% ±0.1 ~ 1% ±0.2 ~ 5% ±11% Repeatability (Full scale) ±0.1% Flow Resolution (Step length) 0.1L/min 0.1 ~ 0.2L/min 0.2 ~ 0.75L/min 1L/min Shift Resolution (Step length) 12.7um 25.4um Operating Temperature Range 0 ~ 84ºc Seal Standard FKM or other choices of seals Control Signal DC: 0 ~ 10V (or 4 ~ 20mA) Power Supply DC: 24V (12W) (Figure 3 Technical indicators of KaoLu’s FC high flow proportional valve) FC series high flow proportional valve is equipped with a stepper motor drive circuit module, which provides the required power supply and control signal for FC high flow proportional valve, and converts the DC signal into step control of bipolar stepper motor, and can also provide RS485 direct control of serial communication. Its specifications and dimensions are shown in Figure 4. For further information, please visit https://www.genndih.com/proportional-flow-control-valve/mid-flow-proportional-valve-0-130L-min.html When rotary evaporator uses a numerically controlled high flow proportional valve, the high flow proportional valve can be installed at the front end of vacuum pump by an open-loop control method, and vacuum degree can be controlled by adjusting the pumping flow rate. However, the stability of this open-loop control method is poor, and it is difficult to reach higher purity requirements. In order to solve this problem, a closed-loop control method can be adopted, that is, an air intake control valve is added to the evaporator, and the precise control of vacuum degree can be reached by adjusting the air intake flow and the exhaust flow.

Application of digital control valve in Precision Control of Vacuum Pressure in MOCVD Process Abstract: Focusing on problems existing in vacuum pressure control in the current MOCVD equipment and process, such as most equipment can only use the downstream control mode, the response speed of throttling valve is not enough; the corrosion resistance of throttling valve and the acquisition accuracy of pressure controller are not high. This article proposes corresponding solutions to improve MOCVD equipment and improve process and product quality. 1. Question In semiconductor industry, MOCVD has many remarkable features. It can be used for large area growth, can precisely control composition and thickness, has high repeatability and growth rate, can cover complex substrate shapes, can quickly switch gas paths to prepare steep multi-layer interfaces, suitable for original annealing, etc. However, in the development and process commissioning of MOCVD equipment, it is necessary to research and select production-related growth parameters, including reaction chamber shape, working pressure, growth temperature, base rotational speed, gas flow rate, and inlet temperature. The working pressure of MOCVD is generally in the range of 10 mtorr-500 torr. The precise control of working pressure determines the flow stability of reaction chamber, but there are still the following problems in the current vacuum pressure control: (1) As shown in Figure 1, the current MOCVD equipment basically uses the downstream mode to control working pressure, that is, install throttling valve at exhaust end to adjust the exhaust flow to reach pressure control in the reaction chamber, but this is only applicable to processes with higher pressure, such as working pressure range of 100~500torr. However, for the low pressure requirements of some processes, adopting downstream control mode will cause large fluctuations in working pressure, which cannot be accurately controlled, thereby affecting product quality. For the precise control of low working pressure, it is best to use upstream control mode, that is, to control flow at inlet end to stabilize pressure of the reaction chamber. (2) The MOCVD process is always with temperature changes, and temperature changes will seriously affect the stability and controllability of working pressure. Thus, it is required to reach accurate control of working pressure during temperature changing process, which requires air intake and exhaust. This requires that response speed of air intake and exhaust control valves is as fast as possible, and control valve should be controlled within 5 seconds from fully open to fully closed, preferably within 1 second. (3) Some MOCVD working gases are corrosive, and corresponding valves may have strong corrosion resistance to improve continuous and normal operation of the equipment. (4) At present, most of the controls use PLC modules, but very few PIC controllers can reach 24-bit analog-to-digital conversion accuracy. For the precise control of working pressure, it is recommended to use a 24-bit precision PID controller to apply completely to the high-precision measurement advantages of capacitive pressure sensors. Using KaoLu’s pneumatic proportional valve is also the best choice for customers. This article will focus on corresponding solutions for the above problems existing in the current MOCVD equipment and processes. For further information, please visit https://www.genndih.com/proportional-flow-control-valve/mid-flow-proportional-valve-0-130L-min.html 2. Pressure Precision Control Scheme Within the working pressure range of MOCVD, it is generally required that the working pressure in the reaction chamber can be accurately controlled and can stay constant at any set point within a certain range. In order to meet the precise control of different pressure ranges of low and high pressure, the proposed pressure control scheme is to add an upstream control mode to the original downstream control mode. The structure of vacuum pressure control system is shown in Figure 2, and the details are as follows: (1) Install KaoLu’s FC series pneumatic proportional valve driven by a stepper motor at air inlet and exhaust port of reaction chamber, respectively. The pneumatic proportional valve is directly installed at air inlet, and pneumatic proportional valve is installed between the exhaust port and the vacuum pump. For MOCVD equipment, an air cell can be added to mix the incoming working gas in proportion and then enter the reaction chamber through pneumatic proportional valve. When the control is performed under high pressure, the opening of pneumatic proportional valve can be fixed, and only the downstream pneumatic proportional valve can be adjusted; when the control is performed under low pressure, the opening of pneumatic proportional valve can be fixed, and only the upstream pneumatic proportional valve can be adjusted. This can meet the needs of different pressure control. (2) Both pneumatic proportional valve and electronic needle valve have high-speed throttling valves. The response time of pneumatic proportional valve is 0.8 seconds. The electronic needle valve has two response speed models, 5 seconds and 1 second. The valve body of pneumatic proportional valve and electronic needle valve is made of stainless steel, and the seal is made of FFKM perfluoroether rubber, which has super corrosion resistance and can be used for various corrosive gases and liquids. (3) In MOCVD, a capacitance pressure gauge with a range of 1000torr or 10torr is generally used for pressure measurement, and its accuracy can reach ±0.2%. A vacuum pressure sensor with a higher accuracy of ±0.05% can also be used for measurement. Therefore, a dedicated 24-bit A/D acquisition high-precision PID vacuum pressure controller is used in scheme to match the measurement accuracy of high-precision capacitive pressure sensor and ensure the control accuracy. In summary, through the implementation of above scheme, pressure fluctuation can be controlled within ±1% in the entire vacuum pressure range, and pressure can be quickly and constant in response to temperature change of reaction chamber, while the corrosion-resistant seal will greatly increase the life of valve. Therefore, KaoLu’s pneumatic proportional valve is the great choice for you!

Precision Control Technology of Vacuum in Micro-Displacement and Inclination Measurement of Michelson Laser Interferometer sensor Abstract: In the precise micro-displacement and inclination measurement of Michelson laser interferometer sensor, it is necessary to accurately control the degree of vacuum; otherwise it will cause huge fluctuations due to factors such as deformation, refractive index and temperature, and even make the measurement impossible. This article introduces the automatic control technology of vacuum level using electronic flow control valve, and introduces the specific implementation scheme in detail. 1. Question As a high-precision optical instrument, Michelson laser interferometer sensor has been widely used. It can be used to measure wave length, gas or liquid refractive index, thickness, displacement and inclination. It can measure length, velocity, angle, flatness, straightness and verticality of high-precision measurement, etc. However, in high-precision measurement, Michelson laser interferometer sensor will be seriously affected by atmosphere environment. For this reason, the measured object is generally placed in a low-pressure vacuum environment, as shown in Figure 1, and the degree of vacuum is precisely controlled with an electronic flow control valve, or it would cause the following problem: (1) Gas refractive index fluctuations in the test environment will have a serious impact on high-precision measurements. If a special gas refractive index correction device is used, the measurement accuracy can only reach micron or sub-micron level, and higher-precision measurement cannot be reached. (2) If there is a temperature change in vacuum chamber, the air pressure in chamber will also change drastically. The corresponding refractive index will also fluctuate severely, which will seriously affect the interferometer measurement. (3) During the vacuuming process, the internal and external pressure difference will cause micro deformation of vacuum chamber, and at the same time, it will also cause the optical window to be displaced and tilted, thereby changing the optical path of the measurement optical path. (4) In some test fields with variable temperature requirements, it is required that the measured object be heated as soon as possible and the temperature is homogeneous, which requires vacuum degree to be controlled at a certain level, such as about 100Pa, so as to keep the ability of convection and heat conduction. To sum up, in the precise measurement of micro-displacement and inclination of Michelson laser interferometer sensor, it is necessary to accurately control the degree of vacuum. This article will introduce the automatic control technology of vacuum degree and the specific implementation scheme. 2. Implementation plan During the test of Michelson laser interferometer sensor, vacuum degree is generally kept constant at about 100kPa and does not change with temperature. Because of this, vacuum degree control system as shown in Figure 2 is proposed to be implemented using an electronic flow control valve, and the specific conditions are as follows: (1) Use the capacitance vacuum gauge with a range of 1 Torr for vacuum measurement, and its accuracy can reach ±0.2%. (2) The high-precision PID vacuum pressure controller incorporating an electronic flow control valve with 24-bit A/D acquisition is used to match the measurement accuracy of high-precision vacuum pressure sensor and ensure the control accuracy. (3) Install a stepper motor proportional valve at air inlet of vacuum chamber to precisely adjust air intake flow. (4) During the control process, after vacuum pump turn on, it pumps at full speed and keeps the pumping speed unchanged. Then the PID parameters of controller are self-tuning, so that the controller can automatically adjust micro opening of KaoLu’s FC series electronic flow control valve to reach precise control of vacuum degree of the chamber. For further information, please visit https://www.genndih.com/proportional-flow-control-valve/mid-flow-proportional-valve-0-130L-min.html

Precision Control Technology of Pressure in Echelle Spectrometer and Its Implementation Precision Control Technology of Pressure in Echelle Spectrometer and Its Implementation Abstract: In order to reach the high-precision measurement of Echelle spectrometer, it is necessary to conduct precise and constant control of temperature and pressure for a long period in the whole process. This article will introduce the automatic pressure control technology for precise control of pressure in Echelle spectrometer using FC series high flow proportional valve, and introduce the specific implementation scheme in detail, especially the bi-directional control mode with better control effect. 1. Question As a full-spectrum direct-reading spectrometer, Echelle spectrometer is widely used in astronomy, geology, mining, chemical industry, metallurgy, medicine, environmental protection, agriculture, food hygiene, biochemistry, commodity inspection and national defense. Due to the serious influence of temperature and pressure, the Echelle spectrometer generally requires precise control of working temperature and pressure, especially the pressure control requires very high precision which using FC series high flow proportional valve (https://www.genndih.com/proportional-flow-control-valve.htm). If the control precision is not enough, it will bring the following effects: (1) The pressure fluctuation will change the refractive index of gas in Echelle spectrometer. (2) The pressure fluctuation will also cause the difference in pressure inside and outside the spectrometer to cause slight deformation of the optical path of spectrometer (especially at the optical window). At the same time, changes in temperature will also directly cause changes in air pressure. In conclusion, in order to reach the high-precision measurement of Echelle spectrometer, it is necessary to imply precise and constant control of temperature and pressure for a long period in the whole process. This article will introduce the automatic control technology of pressure for precise control of pressure in Echelle grating spectrometer using FC series high flow proportional valve, and introduce the specific implementation scheme in detail. 2. Implementation plan The structure of pressure control system of Echelle spectrometer is shown in the figure. In the specific implementation process, it is necessary to notice the following aspects according to the specific situation: (1) The working pressure of Echelle spectrometer is generally around an atmosphere pressure of 760torr, so it is necessary to select a pressure sensor that can meet the design requirements with measurement accuracy under this pressure. Choosing KaoLu’s high flow proportional valve is the best decision. For further information, please visit https://www.genndih.com/proportional-flow-control-valve/mid-flow-proportional-valve-0-130L-min.html (2) The automatic pressure control adopts a 24-bit high-precision PID controller. If the 24-bit measurement accuracy still cannot match the accuracy of pressure sensor, a higher-precision controller is required which is KaoLu’s high flow proportional valve. (3) The pressure control adopts bi-directional mode, that is, the air intake and exhaust flow are adjusted at the same time, but for pressure control near an atmosphere pressure, generally, air intake flow is fixed and exhaust flow is automatically adjusted to reach constant pressure control. (4) According to the working chamber size of Echelle spectrometer’s different sizes, different outlet flow control valves need to be selected. For large-sized space working laboratory, the outlet flow control can choose a high flow proportional valve with a larger outlet diameter; while for a small-sized space studio, the outlet flow control needs to choose a smaller and more precise high flow proportional valve. The same goes for the vacuum pump used for vacuum suction.

Precise Control of Vacuum in Cold and Hot Stage Abstract: Focusing on current problems of poor vacuum control accuracy and high price of supporting control system in the airtight vacuum cooling and heating stage, this article introduces the solution using domestic products, and introduces the details of upstream and downstream bi-directional control mode using KaoLu’s FC series electronic needle valve implementation process. This solution has been applied and verified, which can reach precise control of vacuum degree in a wide range, and the fluctuation of vacuum degree can be controlled within ±1%. The whole control system has high cost performance. 1. Question The airtight vacuum heating and cooling stage is a precision temperature-controlled heating and cooling stage that can be used in both vacuum and airtight environments. It has heating and cooling functions, and is suitable for applications such as microscopes and spectrometers to accurately heat or cool samples in a controlled vacuum environment. According to user requirements, for the current various airtight vacuum heating and cooling stage, in terms of vacuum degree control, the following problems need to be solved: (1) Whether it is international or domestic vacuum heating and cooling stage, the vacuum measurement and control also use Pirani vacuum gauge, so that the matching control system cannot achieve precise control of vacuum, such as the accuracy of research and simulation freeze-drying process cannot meet requirement. (2) The air-tight vacuum heating and cooling stage is generally small in size, and it has always been difficult to reach precise control within a wide range of vacuum degrees. The fluctuation of vacuum degree is large, and the fluctuation of vacuum degree in turn affects the temperature stability. (3) The international vacuum degree control system not only fails to meet the requirements of control accuracy, but also is expensive. Focusing on the above problems existing in the air-tight vacuum heating and cooling table, this article will introduce a solution with domestic products and high cost performance, and introduce the detailed implementation process. 2. Solution The overall structure of the vacuum degree precision control system of the airtight vacuum cooling and heating stage is shown in Figure 1. The whole system mainly includes a vacuum gauge, a numerical control needle valve, a PID controller and a vacuum pump. In order to improve the accuracy of vacuum measurement and control, a capacitive vacuum gauge with higher measurement accuracy (up to 0.2% of full scale) is used, which can cover the vacuum range of 0.01 to 760 Torr. If a higher vacuum environment is required, a Pirani vacuum gauge can also be used for measurement and control. In order to reach full-range vacuum control, two electronic needle valves are installed at the air inlet and outlet of hot and cold stage respectively. By adopting the upstream and downstream control modes respectively, precise control with a full-scale fluctuation rate of less than ±1% can be reached. The controller is the key to precise control. The high-precision PID controller of 24-bit A/D and 16-bit D/A is used in the scheme, and the independent dual-channel is convenient for upstream and downstream gas flow regulation and control. In conclusion, cost-effective precision control of KaoLu’s FC series electronic needle valve is possible with this proven vacuum control solution. For further information, please visit https://www.genndih.com/proportional-flow-control-valve/miniature-proportional-valve-0-32L-min.html

Upgrade of Pressure Control System of Low-Pressure Environment Simulation Cabin for Radiosonde Verification Abstract: Focusing on problem of poor control accuracy and stability of pressure control system of low-pressure environment simulation chamber used for radiosonde verification, and inaccurate configuration of pressure sensors and control systems. Users proposed upgrading and transformation requirements. This article introduces the implementation scheme of a new generation of low-pressure environment simulation chamber pressure control system, adopts a two-way control mode, and conducts a scheme verification test. The test results show that the control accuracy and stability are greatly improved. 1. Question One of the important methods of calibrating radiosonde is to test low-pressure environment simulation cabin on the ground. The structure of low-pressure environment simulation cabin in use is shown in Figure 1. There is a problem that the pressure control fluctuates greatly during the use of this low-pressure environment simulation chamber. The closer the pressure is to 1 atmosphere, the greater the fluctuation. The analysis believes that it is mainly caused by the following reasons: (1) The selection of pressure sensor is inaccurate. Proportion of the sensor error in the full-scale pressure range is not the same, which shows that the fluctuation is large when it is close to 1 atmosphere and the fluctuation is small when it is far away from 1 atmosphere. In real world, all problems exist. Large fluctuations, but the pressure sensor has the highest accuracy near 1 atmospheric pressure, and the pressure sensor error has completely covered the pressure fluctuation range at a distance away from 1 atmosphere pressure. In fact, there are large fluctuations as a whole, but the pressure sensor has the highest accuracy near 1 atmosphere pressure, and the error of pressure sensor has completely covered pressure fluctuation range at a distance away from 1 atmosphere pressure. (2) Pressure control adopts switch control mode. Vacuum pump and solenoid valve are opened or closed at the same time according to pressure setting value. Although gas storage tank is added as a buffer, it is difficult to achieve accurate and constant pressure in this semi-automatic control mode. (3) Controller does not use the PID automatic control method which is also the main reason for affecting pressure control accuracy. Based on the above analysis, focusing on the problems of poor control accuracy and stability of pressure control system with low-pressure environment simulation chamber used for calibration of the previous generation sound, and an inaccurate configuration of the pressure sensor and control system. Users proposed upgrading and transformation requirements. This article will introduce implementation scheme of the new generation with low-pressure environment simulation chamber pressure control system. Bi-directional control mode is proposed to be adopted, and the scheme verification test will be carried out, which proves that control accuracy and stability can be greatly improved. 2. Upgrading and reforming pressure control system using FC series electric needle valve The absolute pressure range of the low-pressure environment simulation chamber for sonde verification is 1torr~760torr.It is required that pressure of simulation chamber can be accurately and constant at any set point within this range, and it can even be controlled according to the set pressure transformation rate. For this reason, the specific upgrade scheme is to keep vacuum pump and vacuum solenoid valve on the basis of original pressure control system, replace pressure sensor and controller, remove energy storage tank, and increase numerically controlled air intake valve and exhaust valve. The specific scheme is as follows: (1) Capacitance pressure gauge with 10torr and 1000torrare used to cover measurement of the entire low pressure range, thereby ensuring measurement accuracy of the full range. (2) High-precision PID vacuum pressure controller is used to match measurement accuracy of capacitive pressure gauge and ensure control accuracy. (3) Install an electric needle valve at air inlet and exhaust port of vacuum chamber respectively. The electric needle valve is directly installed at air inlet. (4) The control mode adopts upstream mode and downstream mode respectively. Upstream mode is used to control air pressure below 10torr, and downstream mode is used to control air pressure in the range of 10~760torr using KaoLu electric needle valve (https://www.genndih.com/proportional-flow-control-valve.htm) (5) As shown in Figure 2, upstream mode is to maintain upstream pressure and outlet flow constant, and control chamber pressure by adjusting inlet flow. (6) As shown in Figure 3, downstream mode is to maintain upstream pressure and inlet flow constant, and control chamber pressure by adjusting exhaust flow. 3. Certification test of scheme For the above two control modes, two capacitive pressure gauges of 1torr and 1000torr, an electric needle valve and a 24-bit high-precision pressure controller were used to conduct the assessment test. The internal space of vacuum chamber used for test was 400×400× 500mm; the test device is shown in Figure 4 and Figure 5. During the upstream mode test, vacuum pump was first turned on and then pumped at full speed. Then the PID parameters of controller were self-tuned at about 68Pa. After the auto-tuning is completed, 8 set points of 12, 27, 40, 53, 67, 80, 93 and 107Pa are controlled respectively. The air pressure changes during the whole control process are shown in Figure 6. During the downstream mode test, vacuum pump was first turned on and then pumped at full speed, and air intake electric needle valve was adjusted to the position of micro intake. Then the PID parameters of controller were self-tuned at about 300torr. After the auto-tuning is completed, 5 set points of 70, 200, 300, 450 and 600 Torr are controlled respectively. The air pressure changes during the whole control process are shown in Figure 7. By expressing the above control effects at different low pressure constant points as fluctuation rate, fluctuation rate distribution in the entire range shown in Figures 8 and 9 is obtained. It can be seen from fluctuation rate distribution diagram that fluctuation rate can be accurately controlled within the range of ±1% in the whole range of low pressure. The large fluctuation at 12Pa is because the PID parameters obtained by self-tuning at 68Pa are invalid, and a separate PID parameter self-tuning is required. It can be seen from the above test results that the electric needle valve can improve the pressure control accuracy and stability by more than five times, and greatly improve the automation level and reliability of the low-pressure environment simulation chamber. For further information on the introduced electric needle valve, please visit https://www.genndih.com/proportional-flow-control-valve/miniature-proportional-valve-0-32L-min.html

Application of Electric Needle Valve and Dual-channel Controller in High Precision Pressure Control of Vacuum Freeze Drying Abstract: Capacitive pressure gauges have been widely used in vacuum freeze-drying process at present, which makes pressure controller and electric air intake regulating valve matched with capacitive pressure gauges. These two main links affecting the accuracy and repeatability of pressure control, particularly prominent. In order to solve the problem of control accuracy, this article introduces functions, technical indicators and applications of the latest domestic 2-channel 24-bit high-precision PID pressure controller and stepper motor-driven electric needle valve. It has been verified by experiments that the use of electric needle valve and high-precision controller in the upstream control mode can accurately control pressure within ±1%. This controller can also be used to monitor Pirani vacuum gauge during the freeze-drying process to automatically tune to the end point of initial freeze-drying process. 1. Questions Pressure control is an important process in vacuum freeze-drying process. Its control accuracy severely affects the product quality, especially for freeze-drying of some sensitive products. Therefore, in order to achieve a reliable freeze-drying process with high repeatability, the pressure must be accurately and repeatedly measured and controlled in drying room, which is one of the important indicators for examining the capability of freeze-drying hardware equipment. Due to pressure or vacuum degree during primary drying directly affects the temperature of the product sublimation interface at the same time, accurate and stable pressure control is very important for the primary drying process. However, in actual vacuum freeze-drying process, there are still the following problems in terms of accurate pressure control: (1) The problem of mismatch pressure controllers: Although the freeze-drying process and equipment are equipped with high-precision capacitive pressure gauges, the accuracy can reach 0.2% to 0.5% of the full scale, but at present, most localized supporting uses PLC for capacitive pressure measurement. For the measurement and control of DC voltage signal, the A/D and D/A conversion accuracy of PLC is obviously insufficient, which seriously affects the pressure measurement and control accuracy. A/D and D/A conversion accuracy must reach at least 16 bit to meet the needs of freeze-drying process. (2) The mismatch of air intake control valve: For vacuum pressure control in freeze-drying, constant pressure is basically in the order of a few Pa, so upstream air intake control mode is generally used. That is, when the pumping speeds of vacuum pump is constant, increasing air intake flow through electric regulating valve to reduce the pressure, and reduce air intake flow to increase the pressure. However, at present, solenoid valves with large hysteresis are still widely used in China for adjustment, which seriously affects the accuracy and repeatability of pressure control. At present, many low-hysteresis electric control valves driven by stepper motors have been used in the world. In order to solve the above problems of pressure control in freeze-drying process, this article will introduce functions, technical indicators and applications of the latest localized 2-channel 24-bit high-precision PID pressure controller and electric needle valve. After evaluation and verification of specific applications, the use of electric needle valve and high-precision PID pressure controller in upstream control mode can accurately control the pressure within ±1%. The 2-channel PID controller can also be used for both monitoring and recording of Pirani gauge during freeze-drying. 2. Localized 2-channel 24-bit high-precision PID pressure controller In order to take full advantage of measurement accuracy of capacitive pressure gauge, the data acquisition and control of controller requires at least 16-bit analog-to-digital and digital-to-analog converters. In recent years, KaoLu have developed the FC series of high-precision 24-bit general-purpose PID controllers, as shown in Figure 1. This series of PID controllers is far more powerful than foreign products, but the price is only one-eighth of foreign products. Its main performance indicators are as follows: (1) Precision: 24-bit A/D, 16-bit D/A. (2) Multi-channel: independent 1-channel or 2-channel. 2 channels can reach simultaneous measurement and control of dual sensors. (3) A variety of output parameters: 47 kinds of input signals (thermocouple, thermal resistance, DC voltage) can reach simultaneous testing, display and control of different parameters. (4) Multi-function: forward, reverse, forward and reverse two-way control. (5) PID program control: The improved PID algorithm supports PV differential and differential advance control. It can store 20 groups of PIDs and support 20 program curves (50 segments each). (6) Communication: Two-wire RS485, standard MODBUS RTU communication protocol. In the judgment of primary freeze-drying end point of freeze-drying, 2-channel controller in FC-20 series can be connected to a capacitive pressure gauge and a Pirani pressure gauge at the same time. The capacitive pressure gauge is used for vacuum pressure control, and the Pirani gauge is used for monitoring the change of water vapor during freeze-drying process, when the difference between two vacuum gauges disappears, the primary freeze-drying process is considered to be over. The typical change curve of the whole process is shown in Figure 2. 3. Localized stepper motor drives electric needle valve In order to reach high-precision adjustment of air intake valve, we have developed a series of electric needle valves with different flow rates based on needle valve using stepper motors. The magnetic hysteresis is much smaller than solenoid valve. As shown in Figure 3, the price is only one-third of foreign products, and the detailed technical indicators are shown in Figure 4. Inert gas and liquid​Stainless Steel​-1 ~ 7bar​ Model FC-20 FC-120 FC-300 FC-1000 Valve type Needle Valve Spool Drift Diameter 0.9mm 2.25mm 2.75mm 4.10mm Actuator Bipolar stepper motor control Response time 0.8sec(Open to close) Standard size G1/8” G3/8”  Fluid Inert gas and liquid  Contact Materials Stainless Steel  Pressure Range -1 ~ 7bar  -1 ~ 5bar   Maximum Flow   50L/min @7bar   240L/min @7bar   290L/min @7bar   600L/min @7bar   Linearity ±2% ±0.1 ~ 1% ±0.2 ~ 5% ±11% Repeatability (Full scale) ±0.1% Flow Resolution (Step length) 0.1L/min 0.1 ~ 0.2L/min 0.2 ~ 0.75L/min 1L/min Shift Resolution (Step length) 12.7um 25.4um Operating Temperature Range 0 ~ 84ºc Seal Standard FKM or other choices of seals Control Signal DC: 0 ~ 10V (or 4 ~ 20mA) Power Supply DC: 24V (12W) (Figure4 Technical indicators of KaoLu’s FC electric needle valve) 4. Assessment test of domestic PID controller and electronic needle valve In the assessment test, a capacitance pressure gauge with a range of 1 Torr was used, and the electronic needle valve was used as the intake valve to conduct the control test in the upstream mode. First turn on the vacuum pump and make it pump at full speed, and then self-tune the PID parameters of the PID controller at about 68Pa. After the self-tuning is completed, 8 set points of 12, 27, 40, 53, 67, 80, 93 and 107 Pa are controlled respectively. The change of vacuum degree during the whole control process is shown in Figure 5. The control effect of curve in Figure 5 is expressed in terms of fluctuation rate, and the fluctuation rate under different vacuum pressures as shown in Figure 6 is obtained. It can be seen from Figure 6 that the fluctuation rate is greater than 1% only when 12Pa control is in the entire pressure range. Obviously, it is not suitable to apply PID parameters obtained by self-tuning at 68Pa to 12Pa pressure control. It also required a separate PID parameter self-tuning. The introduced electronic needle valve is introduced in https://www.genndih.com/proportional-flow-control-valve.htm

Precise Control of Temperature and Pressure in Vacuum Concentration Process by New PID Controller and Fast Electric Needle Valve Abstract: In the process of vacuum concentration, concentration temperature and pressure are the core control parameters. This article focuses on a detailed approach to improve poor precision and large fluctuation of pressure control in current concentration instruments and equipment, and proposes a new dual-channel ultra-high-precision multi-function PID controller and high-speed electronic needle valve to reach target temperature in concentration process. 1. Question The working principle of vacuum concentration is to use vacuum and heating technology to vaporize solvent in a sample quickly and concentrate or a dry sample system under freeze-drying quickly, centrifugal concentration and rotary evaporation. Since different samples have different entropy value to temperature, and there is a strong correlation between pressure and temperature, the ability to accurately control the concentration temperature and pressure during vacuum concentration process has become the most concerned issue for users. In the current commonly used vacuum concentration equipment, following problems still exist: (1) The accuracy of pressure measurement and control is generally not high, especially in the case of low pressure, which is mainly due to insufficient accuracy of sensors that controllers used. The pressure control accuracy is not high and will have a serious impact on the temperature. (2) The downstream pressure control method is generally adopted in concentration instruments and equipment, that is, an electronic needle valve is installed between container and vacuum pump to control exhaust rate of the container in real time. This downstream method is suitable for accurate control of higher pressures, but it is difficult to achieve stable and accurate control for low pressures below 10mbar. (3) At present, the vast majority of electronic needle valves use electric actuators, and the time from closing to fully opening is basically more than 10 seconds. It is difficult to ensure control accuracy and stability of valve adjustment speed with such a serious hysteresis. (4) Due to the discharge of water and vapor two-phase medium in concentration process, the medium is often corrosive, which puts forward high requirements for corrosion resistance of downstream regulating valve. 2. Solution 2.1 Adopting high-precision pressure sensor For vacuum concentration process, pressure sensor is to ensure that entire concentration process is controllable. It is strongly recommended to use a high-precision pressure sensor to ensure the measurement of vacuum degree, quantity and control accuracy. The general vacuum control process basically adopts a mechanical vacuum pump, which at low pressure (absolute pressure) does not exceed 0.01mbar, whilst at high pressure it can reach closely to one atmospheric pressure, so it is recommended to use capacitive film gauges for high-precision pressure sensors, as shown in Figure 1. The absolute measurement accuracy can reach ±0.2%. If the pressure range used by the concentration instrument and equipment is relatively wide, it is recommended to use two sensors with different ranges to cover, such as 10 Torr and 1000 Torr. If other types of vacuum sensors are used, it should require a certain precision degree. 2.2 Adopting high-precision dual-channel PID controller In vacuum pressure measurement and control, in order to make full use of measurement accuracy of above-mentioned diaphragm pressure gauge, it requires at least 16-bit analog-to-digital and digital-to-analog converters for data acquisition and control of controller. At present, the commonality PID controller with measurement and control accuracy of 24 bits has been launched, as shown in Figure 2. For the process control of vacuum concentration, this series of PID controllers has the following characteristics: (1) High precision: 24-bit A/D acquisition, 16-bit D/A output. (2) Multi-channel: independent 1-channel and 2-channel. 2-channel can reach simultaneous measurement and control of temperature and pressure. (3) Multi-function: 47 kinds of input signals (thermocouple, thermal resistance, DC voltage) can reach simultaneous testing, display and control of different parameters. Also can perform forward and reverse control (two-way control mode). (4) PID control: The improved PID algorithm can support PV differential and differential advance control. There are 20 groups of group PIDs. (5) Dual sensor switching: Each channel can support dual sensor switching of high and low temperature and high and low vacuum. Two channels can form a control combination with a total of four sensors connected. (6) Program control: Up to 20 kinds of concentration programs can be established and stored by themselves. When concentrating, just select and call to start (program control mode). 2.3 Increasing upstream air intake control and two-way control mode The currently common downstream control mode is more suitable for concentration process where pressure is close to atmospheric pressure, but for the low pressure concentration process below 10mbar, it is necessary to introduce the upstream air intake control mode, that is, increase intake channel on concentration container, and control air intake through the electronic needle valve. The air intake flow of air passage can be used to achieve accurate control of pressure. As shown in Figure 3, local-made electronic needle valves with various flow rates are currently available. Combined with downstream vacuum pump, accurate control of high vacuum (low pressure) can be reached through upstream mode. In order to satisfy the accurate control of low and high pressure full scale at the same time, the dual sensor and two-way control mode as shown in Figure 4 can be used. In the control mode shown in Figure 4, it is necessary to use the forward and reverse control and dual-sensor automatic switching functions of above-mentioned VPC-2021 series dual-channel controller, that is, during different air pressure control processes, the controller automatically switches corresponding range of vacuum gauge, and select the corresponding electronic needle valve and high-speed electric ball valve for control. 2.4 Adopting high-speed electronic needle valve The so-called high-speed valve generally means that action time of electronic needle valve from fully closed to opened is less than 1s, which is very important for gas flow and pressure control. Especially for vacuum concentration process, the fast response of air pressure control can ensure the accuracy, safety and increase the evaporation rate of concentration. At present, localized high-speed electronic needle valves have been developed, as shown in Figure 5. FC series miniaturized high-speed is upgraded products of currently commonly used electric butterfly valve. Combined with VPC2021 series temperature/pressure controller, it can form a fast and accurate vacuum pressure closed-loop control system. Please visit https://www.genndih.com/proportional-flow-control-valve.htm 2.5 Adopting vacuum control regulator In the current vacuum concentration instruments and equipment, concentration occurs in a hermetic container. The vacuum pump is used to extract air from hermetic container, and air pressure in hermetic container can be kept constant at set value by adjusting air flow rate. This is a typical flow control type constant pressure mode. This flow-controlled pressure regulation method is equivalent to an open-loop control method. There is a self-generated gas inside container, and self-generated gas has no obvious regularity (such as change of linearity), which is harmful to the accurate control of internal pressure of container. For this type of flow-controlled pressure regulation, as shown in Figure 2, an air intake channel is added at the front end of concentration container, and air intake air flow is adjusted to control internal vacuum of container to a stable set value. For some vacuum concentration instruments and equipment, it is not allowed to add additional air inlet channels, and the pressure-controlled regulator shown in Figure 6 can be used here. An electronic vacuum regulator is actually an integrated unit with a built-in vacuum pressure sensor, microcontroller, chamber and two electronic needle valves. In vacuum pressure control process, the built-in sensor measures pressure in chamber. If pressure is less than set value, the valve at air intake port will be opened until it is equal to set value. If pressure is greater than set value, the valve at exhaust port will be opened until it is equal to set value. It should ensure that pressure in chamber is always maintained at set value, and regulator cavity is communicated with concentrating container, that is, regulator cavity pressure is always equal to the concentrating container pressure. It can be seen that pressure-controlled regulator is an independent vacuum pressure regulator with its own air intake valve. As shown in Figure 6, pressure-controlled pressure regulator can also be connected to an external sensor, and set value can be set manually or through a PID controller. For more reference about electronic vacuum regulator, please visit https://www.genndih.com/proportional-pressure-regulator/Electronic-Vacuum-Regulator-1-0bar.html

Abstract: This article mainly introduces the work in localized substitution. The substitute product is Emerson TESCOM ER5000 series electronic pressure regulator and its back pressure valve. Also introduce the features and deficiencies of KaoLu’s electric actuated needle valve, putting forward the technical route, describing performance indicators, and introducing the functional expansion and technological innovation. We can see that localized substitute products have more advantages, low cost high performance and flexibility of use. 1. Emerson ER5000 series electronic pressure regulator 1.1. Structure and principle of electronic pressure regulator Emerson’s latest TESCOM ER5000 series electronic pressure regulator is a multifunctional integrated electronic pressure regulator that integrates three components: pressure sensor, PID (proportional-integral-derivative) controller and electric actuated needle valve. It is integrated with electric actuated needle valve to form a complete control mechanism. TESCOM ER5000 electronic pressure regulator and its basic structure are shown in Figure 1-1. From Figure 1-1, we can see that function of ER5000 electronic pressure regulator is to control pressure at bottom outlet, reducing intake pressure and control it to the set pressure, so that the pressure at the bottom outlet is always consistent with the set pressure. ER5000 electronic pressure regulator is actually an electronic pressure reducing valve, its working principle is shown in Figure 1-2. External air source supplies pressure to ER5000, and supply pressure becomes the output pressure at outlet through opened intake valve, and this output pressure feeds back to the PID controller through the pressure sensor. If the feedback value is lower than pressure set value, the controller continues to control intake valve to open it until feedback value equals set value. When the above two values are equal, the intake valve will close, and the outlet will continue to output a constant set point pressure. If feedback value is higher than set value, the controller will actuate an exhaust valve, thereby exhausting the excess outlet pressure until feedback signal equals the set value. When the above two values are equal, the exhaust valve will close, and outlet will also continue to output a constant set point pressure. Figure1-2 TESCOM ER500 electronic pressure regulator schematic diagram 1.2. Typical applications ER5000 pressure controller mainly has two applied directions, one is single machine application, and the other is application work with other special valves to achieve pressure regulation and control in different ranges. (1) Single machine application: It can be seen from above structure and principle that TESCOM ER5000 electronic pressure controller is a very typical electronic pressure reducing valve. In the case of single machine use, the controller itself can reduce pressure and accurately control the gas source with pressure below 8.2bar, and even control the wide vacuum. In addition, in single machine application, it can respectively use two control modes, internal and external feedback. It shows in Figure 1-3 and Figure 1-4. (2) Use in conjunction: An important application of ER5000 electronic pressure regulator is to use it as a pilot valve in conjunction with other regulating valves to regulate a wider pressure range. Greater pressure relief applications are shown in Figure 1-5, and are used in conjunction with a back pressure valve in Figure 1-6. 1.3. Performance indicators Since TESCOM ER5000 series electronic pressure regulator is an integration of three parts: pressure sensor, PID controller and two-way pressure regulating valve, the technical indicators of each part represent the overall performance of the controller, and the relevant technical indicators and functions are listed as follows: (1) Pressure control principle: double solenoid valve three-way pressure control. (2) Medium type: clean, dry inert gas or instrument-grade air. (3) Air intake pressure (absolute pressure): minimum (vacuum pump pressure), maximum 8.2bar (820kPa) (4) Air outlet pressure (absolute pressure): minimum 0.07bar (7kPa), maximum 8.2bar (820kPa) (5) Input signal: USB, RS485, 4~20mA, 1~5V or 0~10V. (6) External sensor feedback signal: 4~20mA, 1~5V or 0~10V. (7) Measurement accuracy of internal pressure sensor: ±0.10% (FSO), including ±0.05% (FSO) linearity and ±0.05% (FSO) hysteresis. (8) Controller A/D conversion: 16 bits. (9) Controller repeatability: ±0.05% (FSO). (10) Controller resolution sensitivity: ±0.03% (FSO). (11) Control mode: PID (combined with the special software ERTune for PID parameter debugging and optimization). (12) Control mode: internal feedback, external feedback and double loop. We will focus on three control modes of ER5000 electronic pressure regulator which is a technical highlight of it: (1) Internal feedback mode: This mode only uses internal sensors. The internal feedback mode uses ER5000 internal pressure sensor to monitor absolute pressure inside the controller in range of 1~100psig/0.07~6.9bar. (2) External feedback mode: This mode only uses external sensors. External Feedback mode utilizes a user-supplied external sensor to monitor system pressure, which is installed in pipe line and provides direct feedback to ER5000. (3) Dual loop mode: This mode uses both internal and external sensors in a “loop-in-loop” layout. Dual loop mode executes one PID loop within another PID loop. The inner circuit uses controller’s internal sensor, and the outer circuit uses external sensor. 1.4. Functions and Features From the above introduction, the following functions and features of the ER5000 electronic pressure regulator can be summarized: (1) The main function of ER5000 electronic pressure regulator is to control gas pressure (not flow), which can reach accurate control of pressure in sealed containers and pipelines. (2) The overall integrated structure integrates pressure sensor, PID controller and two-way pressure regulating valve, making the overall structure small and easy to install and use in parallel with multiple units. (3) As a typical electronic pressure regulator, it can directly reduce the air source pressure with a maximum of 8.2bar and control it accurately and constant pressure (air intake is positive pressure), and can also be used to control low pressure (wide vacuum, air intake is vacuum), and minimum pressure can reach 0.07bar (7kPa). (4) The ER5000 electronic pressure regulator can be used as a pilot valve to drive various large-scale pressure reducing valves and back pressure valves. The outlet of controller is connected to pilot ports of other back pressure valves to realize pressure regulation and control in a larger range. (5) The measurement accuracy of pressure sensor is ±0.1% and the 16-bit A/D conversion is a medium and high-end technical index, which can meet most applications. (6) The digital PID control mode can reach fast speed and accurate control of pressure. (7) Three control modes of internal feedback, external feedback and dual loop make ER5000 electronic pressure regulator have greater flexibility in use, and the best control mode can be selected according to actual use requirements. 1.5. Insufficiency of pressure controller Although ER5000 electronic pressure regulator has many function and features mentioned above, it still has the following limitations and deficiencies in practical applications. (1) The ER5000 electronic pressure regulator integrates three most common components in the field of vacuum pressure control; due to it is an integrated structure rather than a modular design structure. This limits application of ER5000 electronic pressure regulator. For example, ER5000 electronic pressure regulator integrates two solenoid valves, but it can only control gas pressure, but can’t control gas flow that only requires a single solenoid valve. (2) The ER5000 electronic pressure regulator focuses more on positive pressure control, and can also work partial negative pressure control. This is mainly due to the high leak rate of valve used, so sensor (especially external sensor) and PID are not used power of control. If gas leakage rate of valve inside the controller can be reduced, the controller can completely cover the control of entire vacuum degree range, extending the current vacuum degree of 7kPa to about 1Pa. (3) In application of driving various large-range pressure reducing valves and back pressure valves, the use of higher-priced ER5000 electronic pressure regulator as pilot valve has a very low cost performance, and electric actuated needle valve can be used. (4) The 16-bit A/D conversion of ER5000 electronic pressure regulator is a medium and high-end technical index. If an external high-precision pressure sensor is used, a 24-bit A/D converter is required, which makes ER5000 electronic pressure regulator unable to meet some requirements in occasions that require high measurement and control accuracy. (5) The on-site operation is very complicated. Although ER5000 electronic pressure regulator adopts PID control method, the adjustment of PID parameters requires the use of special software. The controller itself lacks PID parameter self-tuning function, and needs to be connected to a computer. (6) The ER5000 electronic pressure regulator itself lacks the display function, and it needs to connect to the computer and use the supporting software to debug and display the control process and results. (7) The overall price of ER5000 electronic pressure regulator is high, and the operation is complicated, which has higher requirements for operators. Combined with above-mentioned deficiencies of controller, this makes ER5000 electronic pressure regulator not cost-effective, and it is obviously very extravagant and wasteful to use in many occasions. 2. Localized alternative technology route For localized replacement of Emerson’s latest generation TESCOM ER5000 series electronic pressure regulator, the technical route is to first realize the measurement and control function of ER5000 electronic pressure regulator, and provide a cost-effective domestic electronic pressure regulator. Then, the module structure technology route is adopted to separate the vacuum pressure sensor, PID controller and electronic valve into their own independent modules. Each type of module is composed of a series of components with different technical indicators. Through the combination of these modules with different performance indicators, different control functions and precision requirements can be realized, and the controller functions can be expanded to meet different needs and have low cost high performance. 2.1. To reach the function of ER5000 electronic pressure regulator (1) Localized substitute products must achieve most functions of ER5000 electronic pressure controller, that is, to realize reducing pressure and pressure control functions of ER5000 electronic pressure regulator itself. (2) Localized substitute products, like ER5000 pressure controller, can act as a pilot valve to reduce pressure and control gas with a large range and high pressure range. (3) Localized substitute products have the function of setting value input and display, and do not need software and connection to a computer for operation. (4) The price of localized substitute products is low and cost-effective. 2.2. Modular structure and function expansion (1) Modular structure is divided into three modules: sensor, PID controller and electronic valve. (2) PID controller module is the core device of all modules which determines the measurement and control accuracy, the types of sensors and electronic valves that can be used together, the control method and control mode. PID controller module will use a 24-bit A/D converter to improve measurement and control accuracy, integrate two independent control channels. It can control 2 vacuum pressures or 1 vacuum pressure and 1 temperature at the same time. Also, it can connect a variety of vacuum pressure and temperature sensors. The combination of 2 channels can perform forward and reverse bidirectional control to meet the upstream and downstream control modes of vacuum pressure. It can have dual sensor automatic switching function to cover a wide range of measurement and control. The PID controller with program setting function can input multiple control process curves. Multiple groups of PID parameters can be input and stored, the PID parameter adjustment has self-tuning function, and the controller has a color LCD screen to display the entire process parameters and results. 3. Localized alternative products According to above-mentioned localization alternative technical route, KaoLu has developed corresponding products, electric actuated needle valve. 3.1. Digital pressure regulator The locally produced digital display pressure regulator includes positive pressure type and vacuum type. The pressure control principle and basic structure are the same as those of Emerson TESCOM ER5000 series electronic pressure regulator, as shown in Figure 3-1. Please visit https://www.genndih.com/proportional-pressure-regulator.htm The local electronic pressure regulator is also an integrated structure of three parts: a pressure sensor, a controller and a two-way pressure regulating valve. The relevant technical indicators and functions are listed as follows: (1) Pressure control principle: double solenoid valve three-way pressure control. (2) Medium type: clean, dry inert gas or instrument-grade air. (3) Air intake pressure (absolute pressure): minimum (vacuum pump pressure), maximum 50bar (5MPa) (4) Air outlet pressure (absolute pressure): minimum 0.21bar (21kPa), maximum 30bar (3M Pa) (5) Input signal: 4~20mA, 0~5V or 0~10V. (6) External sensor feedback signal: 4~20mA, 0~5V or 0~10V. (7) Measurement accuracy of internal pressure sensor: ±1.0% (FSO), including ±0.5% (FSO) linearity and ±0.5% (FSO) hysteresis. (8) Controller A/D conversion: 12 bits. (9) Controller repeatability: ±0.5% (FSO). (10) Controller resolution sensitivity: ±0.2% (FSO). (11) Control method: Built-in PID automatic control, without manual intervention. (12) Control mode: internal feedback and external feedback. It can be seen that some technical indicators of localized pressure controller have been reduced, such as 12-bit A/D conversion and ±1.0% measurement accuracy, but the use of pressure range has been expanded, also display and input functions have been added. The pressure controller can be used independently without external computer and software debugging which reduces the difficulty of operation, improves low cost high performance, and can basically meet the application in most fields. 3.2. Back pressure valve (high pressure type and vacuum type) The locally produced new back pressure valve modules are separately divided into high pressure type and vacuum type back pressure valves. Both back pressure valves use the above digital display pressure controller as a pilot valve for control, but the new back pressure valve is not suitable for traditional back pressure valves such as Emerson TESCOM. Significant improvement has been made to the pressure valve. The traditional back pressure valve has a valve seat fixed on the valve body, and valve seat is tightly fitted with valve core to achieve sealing effect. It provides basic pressure control for most simple processes. In this design, a spring or other means provides a preset loading force that seals valve plug against valve seat. When the force of pipeline pressure acting on spool is the same as loading force, the back pressure valve works normally under preset pressure state; when pressure at the inlet end of valve increases, the force acting on spool exceeds At the preset loading force, valve core and valve seat are separated, releasing excess pressure at inlet end until preset pressure is restored. In the traditional back pressure valve structure, when instantaneous flow rate changes greatly or inlet pressure fluctuates frequently, the control pressure accuracy is low. Reasons are as follows: (1) Since most traditional back pressure valves with a control pressure exceeding 20bar use a piston as load mechanism for spool. O-ring in piston increases friction which makes the spool act stuck. (2) The inlet and outlet flow passages of traditional back pressure valves are mostly single passages with a fixed cross-sectional area. When flow rate at inlet of valve increases or decreases rapidly, the CV value (flow capacity) of valve does not change, it will make the inlet pressure fluctuates violently. (3) The valve core and valve seat of traditional back pressure valve, due to the need for sealing, there is stress or friction when fitting and frequent opening and closing. This will cause them to wear and consume each other, destroy the initial shape, and change CV value unpredictably. The new type of back pressure valve is a bonnet and valve body structure connected from top to bottom, as shown in Figure 3-2. A diaphragm is connected between valve cover and valve body. A pilot air hole is provided on the top of valve cover. The pilot air hole is connected to movable groove opened at the bottom of valve cover for undulating movement of the middle of diaphragm through the air source channel opened inside the valve cover, forming an up and down connection. On the side wall of valve body, there are respectively oppositely arranged medium inlet and medium outlet, medium inlet is connected with a plurality of inlet holes opened on the upper surface of valve body, and the medium outlet is connected with a plurality of outlet holes opened on the upper surface of valve body. The outstanding features of new back pressure valve are that the entire action is frictionless. Also, it does not produce pressure lag, has high inlet pressure stability and greater flow capacity. 3.3. Two-way high-precision PID controller For PID control module, in order to meet a wide range of vacuum pressure control requirements, KaoLu has produced VPC2021 series PID controllers, which can measure, display and control vacuum, pressure and temperature. Using 24-bit data acquisition and artificial intelligence PID control technology, it can be connected to various types of vacuum, pressure and temperature sensors, and can control various types of electric needle valves, electric valves and heaters and other executive structures. It can also achieve high-precision vacuum. The fixed-point and program control of parameters such as pressure and temperature is a high-performance and cost-effective controller that replaces foreign high-end controller products. As shown in Figure 3-3, VPC2021 series PID controller has two-way independent measurement and control function which can measure, display and control parameters on different channels at the same time. If two channels are connected to sensors of the same type but different ranges, as shown in Figure 3-4, automatic switching between two sensors can be reached according to test value, thus covering a wide range of measurement and control. The main technical indicators of VPC2021 series dual-channel high-precision PID controller are as follows: (1) Measurement accuracy: ±0.05%FS (24-bit A/D). (2) Input signal: Can be connected to many vacuum pressure sensors, 32 signal input types (voltage, current, thermocouple, thermal resistance). (3) Control output: 4 types of control output (analog signal, solid state relay, relay, SCR), which can be connected to many electric regulating valves. (4) Control algorithm: PID control and self-tuning (20 groups of PID parameters can be stored and recalled). (5) Control mode: fixed-point and program control, can support up to 9 control curves, each of which can be set with 24 program curves. (6) Channel: dual channel, dual channel sensor switches automatically. (7) Communication mode: RS 485 and Ethernet communication. (8) Power supply: AC (86-260V) or DC 24V. (9) Dimensions: 96×96×136.5mm (cut size 92×92mm) 3.4. High-speed electric flow control valve For electronic valve module, in order to meet the high-speed regulation of different sizes of flow, KaoLu has launched two series of electronic valves, one series is electric needle valve for small flow control, and the other series is electric ball valve and butterfly valve for large flow control. The biggest feature of these two series of electronic valves is that they can be electronically controlled, and have a high-speed closing time within 1s, which is a very rare fast electronic valve in Taiwan. As shown in Figure 3-5, the Electric Needle Valve FC Series combines the precision and repeatability advantages of a stepper motor with the linearity and resolution of a needle valve, resulting in less than 2% hysteresis, 2% linearity, and an adjustable flow control with 1% repeatability and 0.2% resolution is an upgraded product of the commonly used electromagnetic proportional valve. Combined with KaoLu’s QKL-B3V electronic vacuum pressure controller, it can form a fast and accurate vacuum pressure closed-loop control system. Please visit https://www.genndih.com/proportional-flow-control-valve.htm The main technical indicators and characteristics of FC series electric needle valve are as follows: (1) Multi-specification throttling area: from low-flow diameter 0.9mm (0~50L/min gas) to high-flow diameter 4.10mm (0 to 660 L/min gas) needle valve throttling area, It can meet different application needs. (2) High linearity: The linearity of less than 2% simplifies the look-up table or the matching of external control hardware and software, and simplifies the relationship between command input and flow output. (3) High repeatability: By reaching the same flow rate of 0.1% each time, the FC series electric needle valve can provide long-term stable consistency. (4) Wide pressure range: With a vacuum of 5 or 7 bar, depending on the size of hole, the inlet environment can cover a wide pressure range. The stiffness and power of motor ensures that valve opens with the same input command, independent of pressure. (5) Low Hysteresis: Hysteresis of less than 2% makes integration and programming simple, providing consistent flow when increasing and decreasing to the set point. (6) High resolution: 0.2% resolution allows FC series electric needle valve to perform minimal flow adjustment according to small changes in adjustment command, providing excellent controllability. (7) Quick response: the whole travel time is less than 1 second, which can provide timely and fast flow regulation and control. (8) Working voltage: VDC 24V. (9) Input signal: 4~20mA, 0~5V and 0~10V. As shown in Figure 3-6, NCBV series electric ball valve is composed of high-speed electric actuator and high-quality V-shaped ball valve, which is an upgraded product of current common used slow-speed electric ball valve. Combined with KaoLu’s QKL-B3V series electronic vacuum pressure regulator, it can form a fast and accurate vacuum pressure closed-loop control system. 4. Conclusion To sum up, through the development of a series of localized alternative products, it can basically completely replace Emerson’s latest generation TESCOM ER5000 series electronic pressure controller and its back pressure valve, and low cost high performance is greatly improved. Importantly, on the basis of localized substitution, a more flexible and easy-to-use modular structure has been designed, the function expansion and technological innovation of individual modular products have been carried out, and a new type of back pressure valve and high-speed electric flow control valve have been developed. The PID controller has more powerful functions and measurement accuracy, and the whole series of localized alternative products have higher low cost high performance.

A Precise Control Method of Temperature and Pressure in Rayleigh-Brillouin Scattering Spectrometry Abstract: For the Rayleigh-Brillouin scattering (RBS) spectroscopy experimental device, users proposed to reach high-precision control of temperature and pressure of measuring gas chamber. This article introduces a specific implementation, in which high-precision temperature control is implemented using semiconductor TEC modules and proportional control flow valve. Pressure control adopts a high-precision vacuum pressure control system, which includes a high-precision pressure sensor, a precision proportional control flow valve and a 24-bit acquisition precision PID controller. This temperature and pressure control scheme has been widely used and proven. The introduced proportional flow control valve is introduced in https://www.genndih.com/proportional-flow-control-valve.htm 1. Technique requirement According to customer requirements, temperature and pressure in Rayleigh-Brillouin scattering (RBS) spectroscopy as shown in Figure 1(the content of the red box area) for precise control, the specific requirements are as follows: (1) Temperature range is 300K~318K; temperature control accuracy is ±0.02K. (2) Pressure range is 30kPa~90kPa (absolute pressure); pressure control accuracy is ±0.1kPa; atmosphere is 99.9trogen. 2. Temperature control scheme For high-precision temperature control near room temperature, it is proposed to use semiconductor heating and cooling technology shown in Figure 2 to reach, the specific contents include: (1) Heating refrigerator: TEC module. (2) Sensor: platinum resistance or thermistor temperature. (3) PID controller: high-precision 24-bit temperature and pressure controller. 3. Pressure control scheme The absolute pressure range required for experimental device to work is 30kPa~ 90kPa, and pressure within this range is required to be accurate and constant at any set point. Using KaoLu’s proportional control flow valve is the best choice. Because of it, vacuum pressure control system as shown in Figure 2 is proposed to be implemented, and details are as follows: (1) Using a capacitance pressure gauge with a range of 1000torr for pressure measurement, its accuracy can reach ±0.2%. A vacuum pressure sensor with a higher accuracy of ±0.05% can also be used for measurement. (2) The high-precision PID vacuum pressure controller with 24-bit A/D acquisition is used to match the measurement accuracy of high-precision vacuum pressure sensor and ensure control accuracy. (3) Install a proportional flow control valve at air inlet and exhaust port of air chamber respectively. The proportional flow control valve is directly installed at air inlet. https://www.genndih.com/proportional-flow-control-valve/mid-flow-proportional-valve-0-130L-min.html (4) During the control process, the pumping speed is guaranteed to be constant after vacuum pump is turned on. First, you need to set the air intake electronic needle valve so that pressure and flow of intake port are constant, and then perform self-tuning of PID parameters. Last, realize precise control of air chamber pressure by automatically adjusting the flow rate of exhaust port.

Accurate Control Method of Low Pressure in Plume Characteristics Test of NanoSat Electrothermal Plasma Microthruster Abstract: This article focuses on various nanosat electrothermal Plasma microthrusters. Taking the pocket rocket as an example, which works in the low pressure range of 0.1 to 10torr, the characteristics of different working gases and different low pressures on the plume are analyzed. The resulting effects illustrate the importance of precise control of low pressure. Regarding the technical problem of precise control of low air pressure of the propeller, this paper introduces the specific implementation method in detail, and conducts an assessment test. The test results show that the fluctuation degree of low air pressure control can reach within ±1%. In the end, this paper optimizes the test method, and proposes a more practical technical scheme for full-scale low pressure precise control. 1. Question In recent years, with the rapid development of NanoSat, there is an urgent need for small-volume, light-weight, low-cost and high-efficiency micro-thrusters. Therefore, it is necessary to carry out the test and evaluation of physical properties such as the characteristics of thruster’s plasma plume. The characteristics of plasma plume are significantly affected by the working gas and environment pressure. Taking the performance test of foreign pocket rocket plume as an example, the necessity and importance of precise control of low pressure are analyzed. As a typical representative of NanoSat applications, Pocket Rocket is an electrothermal radio-frequency plasma thruster that can achieve thrust in the order of μN to mN. Because of its compact size and the use of capacitive radio frequency discharge, pocket rockets can obtain high-density plasma jets under low power conditions. It’s light-weight, low-cost, low-thrust, and large in specific impulse, also can work in the form of arrays, which are especially suitable for microarrays and provide power for the long term. As shown in Figure 1, the horizontal vacuum chamber provides a low pressure environment for testing the characteristics of pocket rocket plasma plume. The vacuum chamber is a multi-functional low-pressure environment simulation test chamber, which can integrate a variety of test equipment for the performance test and evaluation of various plasma thrusters. As shown in Figure 2, in order to form a low-pressure environment, the vacuum chamber is equipped with molecular pump, mechanical pump, ionization vacuum gauge and capacitance pressure gauge. Vacuum chamber can reach a reference vacuum of 0.93mPa. The gas working fluids in the test are usually nitrogen and argon. Under the condition of RF power and frequency of 20W and 13.56MHz respectively, the plume characteristics of pocket rocket were tested under different low pressures. Figure 3 is an experimental photo of plasma plume injected to different working gases at different pressures. Figure a is about 1.5torr low pressure argon, Figure b is about 4.0torr high pressure argon, Figure c is about 1.0torr low pressure nitrogen, and Figure d is about 7.0torr high pressure nitrogen. It can be seen from the figure that both nitrogen and argon plumes spread at a certain cone angle at high pressure. Beams are collimated at the low pressure, but the effect of these features on thrust generation is not clear and requires further study. To sum up, different working gases and different low pressures will have a significant impact on plume characteristics. Micro-thruster of pocket rocket works in the low pressure range of 0.1 to 10torr. Testing and evaluating plume characteristics within this range requires precise control of low pressure. This article will introduce the specific implementation method in detail for low pressure control, test and evaluate the implementation method. Finally, the implementation method will be optimized, and the accurate control technical scheme of low pressure full range is proposed. 2. The precise control method and test assessment of low pressure The so-called low pressure generally refers to the absolute pressure lower than 1 standard atmospheric pressure and the range is 0.1~760torr. Capacitance pressure gauge is commonly used to accurately measure low atmosphere pressure. It usually adopted two different ranges of 10torr and 1000torr of capacitance pressure gauge to cover the measurement of entire low pressure range. The vacuum chamber of simulation test device usually needs to be controlled by low pressure through intake and exhaust. According to the airflow direction, air intake end is generally defined as the upstream, and exhaust end of vacuum pump is defined as the downstream. According to the control accuracy, two control modes of upstream and downstream are generally used to achieve accurate control of low air pressure with different ranges (10torr and 1000torr). As shown in Figure 4, the upstream mode is to maintain the upstream pressure and outlet flow, and control chamber pressure by adjusting inlet flow. As shown in Figure 5, the downstream mode is to maintain the upstream pressure and inlet flow, and control chamber pressure by adjusting exhaust flow. For the above two control modes, two capacitive pressure gauges of 1torr and 1000torr and a 24-bit high-precision pressure controller were used to conduct the assessment test. The test device is shown in Figure 6 and Figure 7. During the upstream mode test process, the vacuum pump was first turned on and then pumped at full speed, and PID parameters of controller were self-tuned at about 68Pa. After the self-tuning is completed, 8 set points of 12, 27, 40, 53, 67, 80, 93 and 107Pa are controlled respectively. Air pressure change during the whole control process is shown in Figure 8. During the downstream mode test process, the vacuum pump was firstly turned on and then pumped at full speed, and air intake valve was adjusted to the position of micro intake, and then PID parameters of controller were self-tuned at about 300torr. After the auto-tuning is completed, 5 set points of 70, 200, 300, 450 and 600 Torr are controlled respectively. Air pressure change during the whole control process is shown in Figure 9. By expressing the above control effects at different low pressure constant points as fluctuation rate, the fluctuation rate distribution in the entire range shown in Figure 10 and Figure 11 is obtained. It can be seen from fluctuation rate distribution diagram that fluctuation rate can be accurately controlled within the range of ±1% in the whole range of low pressure, and the large fluctuation at 12Pa is due to PID parameters obtained by self-tuning at 68Pa. It is unreasonable, and a separate PID parameter self-tuning is required. 3. Full-scale low pressure precise control implementation It can be seen from the above air pressure precise control methods that different control modes can be selected according to actual needs. For example, the upstream mode can be selected for low air pressure control below 10torr, and the downstream mode can be selected for high air pressure control in the range of 10 to 1000torr. In most low-pressure environment simulation test equipment, especially for the performance test of thrusters, it is necessary to reach precise control of air pressure and automation in the entire low-pressure range, so it is not the best choice to use or switch the upstream and downstream control modes alone. In order to reach automatic and precise control in the full range of low pressure, we integrated the upstream and downstream modes, and proposed a technical scheme for two-way control mode. The overall scheme layout is shown in Figure 12. In the full-scale control process of low-pressure, two capacitive vacuum gauges with different measurement ranges are required to cover the full-scale range. A continuous capacitive vacuum gauge and a continuous ionization vacuum gauge can also be used to cover a wider low-pressure range. For further information about our electronic needle valve, please visit https://www.genndih.com/proportional-flow-control-valve.htm In the technical scheme of two-way control mode, higher requirements are put forward for controller and electronic needle valve, which are mainly reflected in the following aspects: (1) It is required to have the ability to connect two vacuum sensors at the same time, and to switch between two vacuum sensors according to low pressure measurement value, so as to accurately measure and control the low pressure in time. (2) The controller needs to have high measurement accuracy, such as 24-bit A/D sampling accuracy, to meet measurement accuracy requirements of different vacuum gauges and give full play to measurement capability of vacuum gauge. (3) In two-way control mode, vacuum pressure controller is also required to have forward and reverse control functions, that is, reverse control for the upstream electronic needle valve and reverse control for the downstream electronic ball valve. (4) In two-way control mode, electronic needle valve and electronic ball valve are responsible for the adjustment of upstream and downstream gas flow need to work alternately, so these electronic needle valves need to have the fastest possible response speed. The smaller the vacuum chamber, the smaller the air pressure inertia, the faster the response speed is required, the general requirement is that the time from fully closed to fully open of valve is within 2 seconds or even lower. To sum up, by adopting low pressure control scheme of the above two-way mode, especially after adopting the new high-performance vacuum pressure controller and high-speed electronic needle valve, the precise control of low pressure full range can be reached.

Abstract: The hydrogen supply system is an important part of fuel cell system, and dynamic control of pressure difference between air side and hydrogen side is particularly important for the reliability of entire fuel cell system. This article will focus on problems exist in hydrogen pressure control of hydrogen fuel cell system, also recommend the use of a precision proportional flow control valve, and introduce characteristics and technical parameters of proportional flow control valve in detail. 1. The formulation of question As an important part of fuel cell system, hydrogen supply system collaborate with voltaic pile, air supply system, water and heat management system and electronic power system to ensure the stable supply of hydrogen flow and pressure, and to realize hydrogen recycling. The simplified structure of fuel cell hydrogen supply system is shown in Figure 1-1. The high-pressure hydrogen storage tank is source of hydrogen for system. Hydrogen passes through pressure reducing valve, and pressure is reduced to a suitable range for system. It’s usually about a few bars. The hydrogen intake valve is used to control the amount of hydrogen entering voltaic pile, and then control the pressure of hydrogen circuit of the voltaic pile. Now, the most common hydrogen intake valve is proportional control valve, switching valve or multiple switching valve groups. As the thickness of membrane electrode of fuel cell gradually reduces, its mechanical strength decreases accordingly. Therefore, the dynamic control of the pressure on the air side and the hydrogen side is particularly important for the reliability of the entire fuel cell system. The general requirement is that the pressure on the hydrogen side should be equal to or slightly higher than that air side. When adjusting pressure on both sides, making sure that pressure rises and falls at the same time to reduce the damage to proton membrane. However, in the current hydrogen fuel cell power system, the control of pressure difference between two sides has the following problems: (1) The switching valve is used to control hydrogen intake, which makes fluctuation in the entire hydrogen circuit too large and difficult to control. (2) Although proportional solenoid valve can be used for pressure control which is similar to PID mode according to a certain proportion. However, proportional solenoid valve will bring serious problems of unstable control due to large hysteresis phenomenon. This article will focus on problems exist in hydrogen pressure control of hydrogen fuel cell system, also recommend the use of a precision proportional flow control valve, and introduce characteristics and technical parameters of proportional flow control valve in detail. 2. Proportional flow control valve Proportional flow control valve is shown in Figure 2-1. Model FC-20 FC-120 FC-300 FC-1000 Valve Type Proportional Needle Valve Spool Drift Diameter 0.9mm 2.25mm 2.75mm 4.10mm Actuator Bipolar stepper motor control Response time 0.8sec(Open to close) Standard size G1/8” G3/8” Fluid Inert gas and liquid Contact Materials Stainless Steel Pressure Range -1 ~ 7bar -1 ~ 5bar Maximum Flow 50L/min @7bar 240L/min @7bar 290L/min @7bar 600L/min @7bar   Linearity ±2% ±0.1 ~ 1% ±0.2 ~ 5% ±11% Repeatability (Full scale) ±0.1% Flow Resolution (Step length) 0.1L/min 0.1 ~ 0.2L/min 0.2 ~ 0.75L/min 1L/min Shift Resolution (Step length) 12.7um 25.4um Operating Temperature Range 0 ~ 84ºc Seal Standard FKM or other choices of seals Control Signal DC: 0 ~ 10V (or 4 ~ 20mA) Power Supply DC: 24V (12W) Figure2-2 proportional flow control valve technical indicators. Please visit https://www.genndih.com/proportional-flow-control-valve.htm 2.2. Drive Module The proportional flow control valve is equipped with a stepper motor drive circuit module to provide the required power and control signals, and to convert DC signal into stepper control of bipolar stepper motor, and can also provide direct control of RS485 serial communication. 2.3. Features New proportional flow control valve of digitally controlled motorized for proportional flow regulation combines the precision and repeatability advantages of a stepper motor with the linearity. The resolution is in less than 2% hysteresis, 2% linearity, 1% repeatability and 0.2% adjustable flow control with high performance. It is an upgraded product of commonly used solenoid proportional valve. Combining with various PID control algorithms and pressure controllers, it can form a fast and accurate hydrogen pressure control device. Proportional flow control valve has the following characteristics: (1) Multi-specification throttling area: from the low-flow diameter 0.9mm (0~50L/min gas) to the high-flow diameter 4.10mm (0 to 660 L/min gas) needle valve throttling area, can meet different application needs. (2) High linearity: The linearity of less than 2%. It simplifies surface or matching of external control hardware and software. It also simplifies the relationship between command input and flow output. (3) High repeatability: By reaching the same flow rate of 0.1% each time, it can provide long-term stable consistency. (4) Wide pressure range: With a pressure of 5 or 7 bar, depending on the size of hole, the inlet environment can cover wide pressure range. The stiffness and power of motor ensures that valve opens with the same input command, not about pressure. (5) Low Hysteresis: Hysteresis of less than 2% makes integration and programming simple, providing consistent flow when increasing and decreasing to the set point. (6) High resolution: 0.2% resolution allows proportional flow control valve to perform minimum flow adjustment according to small changes in adjustment command, providing excellent controllability. (7) Quick response: the whole operated time is less than 1 second, which can provide rapid flow regulation and control.

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 a spillo 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 precisa capacità di regolazione della portata della valvola elettrica ad ago. 1. Panoramica La valvola elettrica a spillo è una valvola microregolabile con un albero a forma di ago, utilizzata principalmente per la regolazione del 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 laboratorio e di automazione industriale, 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 una programmazione digitale. 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 per il vuoto e nel controllo di flusso ad alta precisione. Rispetto alla valvola proporzionale, la valvola elettrica a spillo ha le caratteristiche di alta sensibilità e piccola isteresi. Per questo motivo, in risposta alla domanda del mercato di valvole a spillo elettriche, KaoLu ha sviluppato una serie di valvole a spillo elettriche azionate da un controller per motori passo-passo, che presenta 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 ad ago della serie FC con un ADC a 24 bit, è possibile ottenere una risoluzione estremamente elevata del controllo della portata. 2. Confronto tra le valvole elettriche a spillo localizzate esistenti e quelle prodotte all'estero 2.1 Valvola a spillo elettrica localizzata esistente Attualmente, le valvole elettriche a spillo nazionali adottano generalmente la struttura di aggiungere un attuatore 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. 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. Gli attuatori elettrici per le valvole a sfera e le valvole a farfalla sono generalmente utilizzati come riferimento, con conseguente volume enorme. ③. Il rapporto di turndown intrinseco è generalmente di 50:1, quindi la precisione di regolazione e controllo è scarsa. 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. La dimensione della valvola è generalmente grande e la più piccola può raggiungere solo "1/4", il che è più adatto per la regolazione e il controllo di flussi maggiori. ⑥. L'intera resistenza alla pressione è elevata, più adatta alla regolazione e al controllo di alte pressioni e grandi portate. 2.2 Valvola elettrica a spillo di produzione estera esistente Le tipiche valvole elettriche a spillo di produzione straniera sono i prodotti di INFICON e MKS, come mostrato 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 principali delle valvole elettriche a spillo di produzione straniera 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 ad ago Azionamento Motore passo-passo Bobina elettromagnetica Tempo di risposta (Da aperto a chiuso) 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 Gamma di pressione 1×mbar 10bar / 10bar 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% di fondo scala 0,1 ~ 2% di fondo scala Dimensioni dell'aspetto (mm) 60×60×152 85×38×100 / 70×38×85 Temperatura di esercizio 5 ~ 40c 15 ~ 50c -10 ~ 60c Guarnizione FPM In 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 sopra riportati, 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 elettrica ad ago 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 la 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 ad ago 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 del motore a controllo passo rispetto alla valvola a solenoide è il funzionamento a raffreddamento, 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 ad ago Azionamento Controllo 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 dello spostamento 12,7 um 25,4 um Intervallo di temperatura di esercizio 0 ~ 84c Guarnizione FKM standard o altre guarnizioni a scelta Segnale di controllo DC: 0 ~ 10V (o 4 ~ 20mA) Alimentazione DC: 24V (12W) (Figura 3-2 Principali indicatori tecnici delle valvole ad ago elettriche). La serie FC di valvole elettriche ad ago 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 illustrati 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.

1. Valvola MKS di controllo del flusso a monte Abstract: Basato sulle valvole di controllo del flusso a monte delle serie 148J, 248A e 154A e sui regolatori delle serie 244, 250, 946 e 651 di MKS Corporation negli Stati Uniti. Questo articolo presenterà i corrispondenti prodotti alternativi localizzati, la valvola a spillo a controllo elettronico e i regolatori multifunzionali ad alta precisione. Inoltre, vengono presentate le caratteristiche e gli indicatori tecnici dei prodotti sostitutivi localizzati. La valvola di controllo del flusso a monte MKS è un tipo di valvola proporzionale elettromagnetica a vuoto, come illustrato nella Figura 1. Esistono tre serie di prodotti: (1) 148J valvola di controllo del flusso interamente in metallo: tenuta in metallo, portata 0,01~20L/min. (2) 154B valvola di controllo del flusso di grandi dimensioni: tenuta in gomma, portata 20~200L/min. (3) Valvola di controllo del flusso universale 248D: tenuta in gomma, portata 0,01~50L/min. 2. Controllore di flusso/pressione MKS Il controllore di flusso/pressione di MKS è un tipo di controllore PID, come mostrato nella Figura 2, e comprende principalmente le seguenti 4 serie di prodotti: (1) Serie 244: controllo PID manuale, controllo a canale singolo, adatto a vari sensori, segnale di ingresso 0~10VDC, modalità di controllo manuale/automatica/esterna, precisione di 0,25% del fondo scala, set point multipli (3 o 4), indicatore di deviazione del controllo. Questo modello di controllore è stato dismesso. (2) Serie 250: controllo PID manuale, controllo a canale singolo, adatto a una varietà di sensori di vuoto, segnale di ingresso 0~10VDC, modalità di controllo manuale/automatica/esterna, precisione di 0,25% del fondo scala, fino a 4 set point, impostazione di programmazione esterna, visualizzazione digitale del valore misurato e del valore di deviazione del controllo. Questa serie di controllori è stata dismessa. (3) Serie 946: controllo PID automatico, acquisizione A/D a 16 bit, controllo a 6 canali, adatto a diversi sensori di vuoto. Può monitorare fino a 6 segnali del sensore contemporaneamente, segnale di ingresso/uscita 0~10VDC, modalità di controllo manuale/automatica/esterna, programmazione interna, visualizzazione digitale del valore misurato e del valore di deviazione del controllo, uscita a relè a 12 vie, comunicazione RS232/485. (4) Serie 651: controllo PID rapido autoregolante, acquisizione A/D a 16 bit, controllo a canale singolo, adatto a una varietà di sensori di vuoto, segnale di ingresso/uscita 0~10VDC, modalità di controllo manuale/automatica/esterna, ripetibilità del fondo scala di ±0,1%, programmazione esterna, visualizzazione digitale dei valori misurati, interfaccia I/O multicanale, comunicazione RS232/485. 3. La valvola a spillo localizzata a controllo elettronico sostituisce direttamente la valvola di controllo a solenoide MKS La valvola di controllo del flusso a monte di MKS è una tradizionale valvola a solenoide. Il problema principale della valvola a solenoide è l'isteresi relativamente grande, che ovviamente influisce sulla linearità e sulla precisione del controllo. Il prezzo complessivo di queste valvole di controllo è relativamente alto e non esiste un marchio locale corrispondente. Per raggiungere la sostituzione localizzata delle valvole di controllo del flusso a monte e migliorare l'efficienza dei costi, utilizziamo i motori passo-passo per sostituire le valvole a solenoide nella tecnologia delle valvole ad ago e sviluppiamo una serie di valvole ad ago controllate elettronicamente con diverse portate. Come mostrato nella Figura 3 e nella Figura 4, la sostituzione della localizzazione è stata pienamente raggiunta. Visitate https://www.genndih.com/proportional-flow-control-valve.htm Modello FC-20 FC-120 FC-300 FC-1000 Tipo di valvola Valvola ad ago Azionamento Controllo motore passo-passo bipolare Tempo di risposta 0,8sec (da aperto a chiuso) Dimensione standard G 1/8" G 3/8" Fluido Gas inerte e liquido Pressione Intervallo -1 ~ 7 bar -1 ~ 5 bar Intervallo 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 dello spostamento 12,7 um 25,4 um Intervallo di temperatura operativa 0 ~ 84ºc Guarnizione FKM standard o altre guarnizioni a scelta Segnale di controllo DC: 0 ~ 10V (o 4 ~ 20mA) Alimentazione DC: 24V (12W) 4. Il controllore PID localizzato ad alta precisione sostituisce il controllore MKS Il controllo del flusso/pressione del gas di MKS è un controllore dedicato, che può soddisfare solo il controllo del flusso e della pressione del gas nel campo del vuoto. Sebbene sia molto potente, è più costoso. Il controllore PID sostituito dalla localizzazione adotta un collettore A/D a 24 bit con una maggiore precisione. Il controllore è più versatile e può raggiungere il controllo simultaneo della temperatura e della pressione del vuoto, come mostrato in Figura 5. Le caratteristiche principali sono le seguenti: (1) Alta precisione: acquisizione A/D a 24 bit, uscita D/A a 16 bit. (2) Multicanale: 1 e 2 canali indipendenti. (3) Multifunzione: 47 tipi di segnali di ingresso (termocoppia, resistenza termica, tensione CC) possono raggiungere simultaneamente il test, la visualizzazione e il controllo di diversi parametri e possono eseguire il controllo in avanti e all'indietro (modalità di controllo bidirezionale). (4) Controllo PID: L'algoritmo PID migliorato supporta il controllo differenziale del fotovoltaico e l'anticipo differenziale. 20 gruppi di PID di gruppo, funzione di limitatore di uscita di gruppo. (5) Commutazione a doppio sensore: ogni canale può supportare la commutazione a doppio sensore di alta e bassa temperatura e di alto e basso vuoto. Due canali possono formare una combinazione di controllo con un totale di quattro sensori collegati. (6) Controllo del programma: supporta 20 curve di processo, ciascuna con 50 segmenti, supporta il ciclo interno e il ciclo della curva.

Un'esercitazione dettagliata sul grado di vuoto e sul metodo di controllo della temperatura nella scatola dei guanti Abstract: Al fine di raggiungere le potenti funzioni della scatola a guanti per le due variabili ambientali del vuoto e della temperatura nella scatola a guanti. Questo articolo si concentra sulla soluzione integrata per la misurazione e il controllo accurati del vuoto e della temperatura e descrive i metodi a monte, a valle e bidirezionali. Introduce inoltre l'applicazione specifica della modalità di controllo a commutazione in diversi intervalli di grado di vuoto e dimostra la nuova valvola di controllo proporzionale del flusso e il controllore PID a 24 bit ad altissima precisione utilizzato per il controllo. 1. Domande Le scatole a guanti sotto vuoto sono spesso utilizzate per sostanze facilmente ossidabili e deliquescenti. Sono molto utili le reazioni chimiche, la lavorazione dei materiali e i test delle prestazioni che richiedono operazioni manuali in un ambiente anaerobico e anidro. La funzione principale della scatola a guanti è quella di fornire un ambiente sottovuoto e facile da usare, ma nelle attuali applicazioni pratiche la maggior parte delle scatole a guanti utilizza solo l'ambiente anaerobico e le funzioni di funzionamento manuale della scatola a guanti, senza sfruttare appieno il ruolo della scatola a guanti. L'applicazione più potente della scatola a guanti si riflette anche nei due aspetti seguenti: (1) La scatola a guanti a vuoto è una scatola ambientale ermetica e il grado di vuoto finale può generalmente raggiungere circa 10Pa, in modo che il grado di vuoto nella scatola a guanti possa essere controllato in qualsiasi punto stabilito tra 10Pa e la pressione atmosferica, a seconda delle necessità. È possibile eseguire diverse reazioni chimiche, esperimenti e test sensibili al vuoto; inoltre, è possibile eseguire diverse operazioni manuali senza modificare e distruggere l'ambiente sottovuoto. (2) Oltre al vuoto, la temperatura è un'altra variabile ambientale importante per molte reazioni, esperimenti e test. Posizionando il dispositivo di riscaldamento corrispondente nella scatola a guanti, è possibile effettuare vari studi sperimentali nell'ambiente combinato di temperatura e grado di vuoto. E così via, è possibile configurare anche altre condizioni ambientali di quantità fisiche per formare condizioni di prova di accoppiamento di quantità fisiche in varie condizioni al contorno. Per ottenere le prestazioni complete di una scatola a guanti sottovuoto, si concentra sulle due variabili ambientali del grado di vuoto e della temperatura nella scatola a guanti. Questo articolo presenta in dettaglio la soluzione integrata per la misurazione e il controllo accurati del grado di vuoto e della temperatura e introduce i diversi intervalli di grado di vuoto delle modalità di controllo a monte, a valle e bidirezionale nel processo di controllo del vuoto. 2. Controllo del vuoto nella scatola dei guanti La scatola dei guanti appartiene a una cavità a basso vuoto. Il grado di vuoto della scatola a guanti, utilizzando una pompa meccanica, può generalmente raggiungere una pressione assoluta di circa 10Pa. Con il vuoto e il riempimento con gas inerte, il grado di vuoto della scatola dei guanti può essere controllato da 10Pa a un'atmosfera (pressione assoluta 0,1MPa). Per il controllo in un intervallo di vuoto di quattro ordini di grandezza, verranno utilizzati sensori di vuoto con precisioni diverse in base alle esigenze effettive, e di conseguenza ci saranno diverse modalità di controllo. Di seguito vengono illustrati i contenuti specifici di ciascuna modalità di controllo. 2.1 Modalità di controllo a monte Come mostrato nella Figura 1, a condizione che la velocità di pompaggio della pompa del vuoto a valle sia mantenuta costante. La modalità di controllo a monte consiste nel regolare l'apertura della valvola proporzionale di controllo del flusso della porta di aspirazione a monte attraverso il controllore di pressione del vuoto PID in base al segnale di misurazione del vacuometro, ovvero controllando il flusso di aspirazione per mantenere la pressione nella scatola dei guanti al punto stabilito. La modalità a monte è spesso utilizzata per il controllo del vuoto spinto. 2.2 Modalità di controllo a valle Come mostrato nella Figura 2, a condizione che la velocità di pompaggio della pompa per vuoto a valle sia mantenuta costante, la modalità di controllo a valle consiste nel regolare l'apertura della valvola proporzionale di controllo del flusso dell'uscita dell'aria a valle attraverso il controllore di pressione del vuoto PID in base al segnale di misura del vacuometro, ossia controllando la portata d'aria, la pressione nel serbatoio dei guanti viene controllata al valore impostato. Si può notare che la modalità a valle è spesso utilizzata per il controllo del basso vuoto. 2.3 Modalità di controllo bidirezionale Le modalità di controllo a monte e a valle sopra descritte hanno i loro vantaggi e raramente vengono utilizzate da sole nelle applicazioni pratiche. In genere, le modalità a monte e a valle sono integrate insieme, il che costituisce la cosiddetta modalità di controllo bidirezionale, come illustrato nella Figura 3. Nella modalità di controllo bidirezionale, il controllore di pressione del vuoto deve avere funzioni di controllo in avanti e indietro, cioè controllo inverso per la valvola di controllo del flusso proporzionale a monte e controllo inverso per la valvola di controllo del flusso proporzionale a valle. 2.4 Modalità di commutazione automatica a doppio sensore Come accennato in precedenza, se la misurazione e il controllo accurati del grado di vuoto vengono eseguiti nell'intera gamma di 10Pa~0,1MPa, è generalmente necessario configurare due manometri a membrana di alta precisione da 1000Torr e 10Torrswitch automaticamente. Come mostrato nella Figura 4, il punto di commutazione alto (2-3) è il punto alto in cui funziona il sensore di basso vuoto, mentre il punto di commutazione basso (1-2) è il punto basso in cui funziona il sensore di alto vuoto. Il controllore esegue un calcolo di smussamento tra questi due punti. Quando il campionamento continuo della misura di basso vuoto PV1 e della misura di alto vuoto PV2 è inferiore al punto di commutazione inferiore, si passa al sensore di vuoto grezzo. Quando il campionamento continuo del valore misurato del basso vuoto PV1 e del valore misurato dell'alto vuoto PV2 è superiore al punto di commutazione superiore, viene effettuata la commutazione al sensore di alto vuoto. 3. Selezione del vacuometro, della valvola e del controllore 3.1 Selezione del sensore di vuoto Come altri sensori, anche i vari sensori di vuoto hanno un certo campo di misura e una certa precisione. La regola di base è che un sensore con un ampio campo di misura ha una scarsa accuratezza; un sensore con un'elevata accuratezza di misura ha un campo di misura più ristretto. Per quanto riguarda la scatola dei guanti, come mostrato nella Figura 5, i sensori di vuoto utilizzati sono generalmente di tre categorie: (1) Vacuometro convenzionale: Vacuometro Pirani, l'accuratezza è ±(15~50)% del fondo scala, ma un vacuometro può coprire il fondo scala. (2) Vacuometro di alta precisione: manometro a membrana, la precisione è ±2,5% del fondo scala, se copre l'intervallo 10Pa~0,1MPa, sono generalmente necessari due vacuometri da 1000Torr e 10Torr. (3) Vacuometro di altissima precisione: vacuometro per semiconduttori, la precisione è di ±0,05% del fondo scala e l'intervallo effettivo è di 50Pa ~ 0,1MPa, che non può coprire un vuoto superiore. 3.2 Selezione della valvola elettrica Nella scatola dei guanti del controllo del vuoto, sono generalmente coinvolti due tipi di valvole: una è una valvola di aspirazione dell'aria che regola il flusso all'ingresso dell'aria e l'altra è una valvola di scarico che regola il flusso di scarico. Le valvole di aspirazione dell'aria sono utilizzate soprattutto per la regolazione di piccoli flussi, per cui si scelgono generalmente valvole a spillo. Le valvole di scarico sono utilizzate principalmente per l'aspirazione, quindi sono generalmente necessarie valvole a sfera di diametro maggiore. A causa del controllo automatico, sia le valvole a spillo che le valvole a sfera devono essere pilotate da una tensione CC, da una corrente CC o da un segnale digitale (RS485), che costituisce la cosiddetta valvola di controllo del flusso proporzionale. La valvola di controllo del flusso proporzionale seleziona una valvola di controllo del flusso proporzionale azionata da un motore passo-passo di piccole dimensioni, come mostrato nella Figura 6. Questa valvola proporzionale ha un'elevata velocità di risposta (entro 1s) e linearità (entro 1%). Per la valvola di controllo del flusso proporzionale della serie FC, visitare il sito https://www.genndih.com/proportional-flow-control-valve.htm. 3.2 Selezione del controllore Dalle varie modalità di controllo del grado di vuoto della scatola dei guanti, si evince che il processo di controllo del grado di vuoto richiede requisiti elevati per il controllore. Come mostrato nella Figura 7, il controllore selezionato deve soddisfare i seguenti criteri: (1) è almeno un controllore PID e ha la funzione di autotuning dei parametri PID. (2) L'accuratezza del vacuometro stesso è elevata. Per sfruttare appieno l'accuratezza di misura del vacuometro, il controllore PID che deve acquisire e controllare i dati deve avere un'elevata accuratezza. Si raccomanda che il controllore abbia un'acquisizione A/D a 24 bit e un'uscita D/A a 16 bit. (3) Sono necessari almeno 2 canali per ottenere la misura e il controllo simultanei della temperatura e del grado di vuoto, anche per ridurre lo spazio di installazione. (4) Funzioni di accesso a segnali di ingresso multipli, che possono collegare direttamente i segnali di ingresso di diversi tipi di sensori, come termocoppie, resistenze termiche, tensioni CC, ecc. (5) Funzione di controllo in avanti e indietro per raggiungere la modalità di controllo bidirezionale. (6) Con la funzione di commutazione a doppio sensore, ogni canale può supportare la commutazione a doppio sensore di alta e bassa temperatura e di alto e basso vuoto. Due canali possono formare una combinazione di controllo con un totale di quattro sensori collegati. (7) Funzione di controllo del programma: è possibile creare e salvare da soli più programmi di controllo e basta selezionarli e chiamarli per avviarli (modalità di controllo del programma). (8) Dispone di un'interfaccia di comunicazione per il collegamento con il computer, come l'interfaccia RS485 del protocollo standard MODBUS. 4. Controllo della temperatura della camera a guanti Oltre a fornire un ambiente sottovuoto, la scatola a guanti può anche inserire un dispositivo di riscaldamento per eseguire vari esperimenti e test a temperature diverse; è quindi necessario introdurre la funzione di controllo della temperatura nell'applicazione della scatola a guanti. Il controllo della temperatura è una tecnologia classica e molto matura, che viene generalmente realizzata utilizzando un controllore PID in combinazione con un sensore di temperatura. Per ridurre i costi e il volume di installazione, viene generalmente utilizzato un controllore PID multicanale per controllare contemporaneamente la temperatura e il grado di vuoto. Il controllore comunica con un computer per visualizzare e memorizzare i dati e le curve di controllo delle misure. La temperatura di lavoro nella camera a guanti non deve essere troppo elevata, ma se la protezione termica e il raffreddamento sono ben eseguiti, è possibile raggiungere temperature di lavoro superiori a 1000°C. Il sensore di misurazione della temperatura sceglie generalmente una termocoppia. Se l'accuratezza della misura è elevata, è possibile scegliere anche la resistenza termica e il sensore di temperatura a termistore. Questi sensori possono essere collegati direttamente al suddetto controllore PID ad alta precisione. 5. Conclusione Attraverso l'introduzione dei contenuti sopra descritti, sono stati spiegati i vari metodi di controllo del grado di vuoto e della temperatura nella scatola dei guanti e i principali sensori, la valvola proporzionale di controllo del flusso e i controllori PID coinvolti. In applicazioni specifiche, è possibile apportare miglioramenti parziali alla struttura e alla funzione specifica della scatola a guanti, e la progettazione complessiva, l'installazione e l'integrazione della scatola a guanti possono essere eseguite in base alle esigenze reali. Sebbene questo articolo introduca solo la misurazione e il controllo del grado di vuoto e della temperatura nella scatola a guanti, questi metodi e contenuti specifici di implementazione possono essere estesi e applicati anche al controllo dei parametri di prova in altri campi più sensibili all'ambiente atmosferico, come la bassa temperatura, la quantità geometrica, l'ottica e l'acustica.

Sostituzione localizzata delle valvole di regolazione del gas INFICON VDE016 e Pfeiffer EVR116 e dei controllori PID Abstract: Non solo il confronto con la VDE 016 di INFICON e la valvola di controllo del gas EVR 116 di Pfeiffer, ma anche con la VCC500 di INFICON e il regolatore RVC 300 di Pfeiffer. Questo articolo presenta i corrispondenti prodotti alternativi localizzati, la valvola di controllo elettronico del flusso d'aria e il controllore PID multifunzione ad alta precisione. Presenta inoltre le caratteristiche e gli indicatori tecnici dei prodotti alternativi localizzati. 1. Panoramica La valvola di controllo del gas VDE 016 di INFICON e la EVR 116 di Pfeiffer sono in realtà la stessa valvola di controllo, solo che il produttore OEM è diverso. Come illustrato nella Figura 1, questa valvola di controllo del gas è una valvola a spillo azionata da un motore passo-passo, in grado di convertire un segnale di controllo esterno in una posizione prescritta dello spillo della valvola, regolando così l'apertura della valvola per ottenere il controllo del flusso di gas. Il segnale di controllo esterno può essere di tre tipi: (1) tensione di simulazione DC (0~10VDC) (2) modulo di interfaccia (3) Interfaccia RS232 Per questa valvola di controllo del gas, INFICON e Pfeiffer hanno fornito controllori adeguati, come mostrato nella Figura 2. I modelli sono: INFICON: VCC500-Z; Pfeiffer: RVC 300. Questo articolo presenterà gli indicatori tecnici corrispondenti per le valvole di controllo e i regolatori sopra citati e introdurrà i prodotti alternativi localizzati corrispondenti e i loro indicatori tecnici, in modo da fornire prodotti convenienti per la sostituzione localizzata. 2. Indicatori tecnici dei prodotti stranieri 2.1 Specifiche della valvola di controllo del gas I parametri delle prestazioni delle valvole di controllo INFICON e Pfeiffer sono riportati nella Tabella 1, mentre gli indicatori tecnici sono riportati nella Tabella 2. 2.2 Indicatori tecnici del regolatore Gli indicatori tecnici delle prestazioni dei controllori di INFICON e Pfeiffer sono riportati nella Tabella 3. Modalità di funzionamento Controllo della pressione, regolazione del flusso di gas Uscita analogica 4 canali: segnale del sensore di pressione del vuoto, segnale della valvola (0-10VDC), posizione della valvola, tensione di riferimento +10VDC (10mA) Uscita numerica 8 canali: valvola aperta, valvola chiusa, posizione della valvola, errore della valvola, errore del sensore, preparazione, divergenza, condizione del sensore Ingresso analogico 2 canali: set point pressione di vuoto (valore standard), set point flusso (valore standard) Ingresso numerico 8 canali: riduzione del flusso, aggiunta di flusso, chiusura esterna, apertura esterna, modalità di flusso, modalità di pressione, scarico aperto, scarico aperto Caratteristiche Dopo l'interruzione dell'alimentazione, accendere l'uscita "raggiungere il valore standard", quindi regolare la tolleranza Unità di visualizzazione mbar, Pa, Torr, mV Lingua Inglese, tedesco Interfaccia di comunicazione RS232C, RS485 Tipo di regolatore PI automatico: può scegliere il passo di velocità di controllo 1-99 PID: gli utenti possono definire i parametri Precisione di controllo ±5% Sensore FS Precisione del display ±0,2% Sensore FS Alimentazione Tensione90 ~250VAC Peso 1,65 kg Dagli indicatori tecnici dei controllori sopra citati e dall'esperienza di applicazione pratica, si evince che i controllori INFICON e Pfeiffer presentano le seguenti carenze: (1) Misurazione e controllo a canale singolo: è possibile raccogliere un solo segnale del vacuometro e una sola valvola di controllo. Nonostante la presenza di più canali di ingresso e uscita analogici e digitali, è possibile eseguire un solo controllo ad anello chiuso. Questo controllore a canale singolo non è in grado di coprire l'ampio intervallo che richiede due vacuometri. (2) Nessuna funzione di autoregolazione PID: Il principale svantaggio dei controllori INFICON e Pfeiffer è la mancanza della funzione di autoregolazione dei parametri PID, che comporta inconvenienti nelle applicazioni pratiche, richiedendo agli utenti di trovare da soli i parametri PID adatti. A volte non è possibile ottenere i parametri PID ottimali alla fine, con gravi ripercussioni sull'effetto del controllo. (3) Scarsa precisione di controllo: L'accuratezza di controllo è pari a ±5% del fondo scala del sensore, il che dimostra sostanzialmente che il circuito di acquisizione e controllo del controllore utilizza convertitori A/D e D/A a 12 bit, che sono la chiave per determinare l'accuratezza di controllo. 3. La valvola di controllo elettronico del flusso d'aria di KaoLu sostituisce le valvole di controllo INFICON e PFA La valvola di controllo di INFICON e Pfeiffer è una tipica valvola elettronica di controllo del flusso d'aria azionata da un motore passo-passo. L'indicatore di prestazione è molto elevato. L'unico svantaggio è che l'apertura della valvola a spillo è piccola e quindi causa un flusso ridotto. Inoltre, il prezzo è troppo elevato. Per sostituire la valvola di controllo del flusso di gas e migliorare le prestazioni a basso costo, KaoLu ha utilizzato anche il motore passo-passo nella tecnologia della valvola ad ago per la localizzazione e ha sviluppato una serie di valvole elettroniche di controllo del flusso d'aria con diverse portate. Come illustrato nella Figura 3, il prodotto è stato completamente sostituito e il suo prezzo è pari a un terzo di quello dei prodotti stranieri. Gli indicatori tecnici dettagliati sono riportati nella Figura 4. Si prega di visitare https://www.genndih.com/proportional-flow-control-valve.htm (Figura 3 Valvola di controllo elettronico della portata d'aria FC di KaoLu) Modello FC-20 FC-120 FC-300 FC-1000 Tipo di valvola Valvola ad ago Diametro della deriva del cursore 0,9 mm 2,25 mm 2,75 mm 4,10 mm Attuatore Controllo motore passo-passo bipolare Tempo di risposta 0,8sec (da aperto a chiuso) Dimensione standard G1/8" G3/8" Fluido Gas inerte e liquido Materiali di contatto Acciaio inossidabile Intervallo di pressione -1 ~ 7bar -1 ~ 5bar 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) ±0,1% Risoluzione del flusso (lunghezza del passo) 0,1L/min 0,1 ~ 0,2L/min 0,2 ~ 0,75L/min 1L/min Risoluzione dello spostamento (lunghezza del passo) 12,7um 25,4um Intervallo di temperatura di funzionamento 0 ~ 84ºc Guarnizione FKM standard o altre guarnizioni a scelta Segnale di controllo CC: 0 ~ 10 V (o 4 ~ 20 mA) Alimentazione DC: 24V (12W) (Figura 4 Indicatori tecnici della valvola elettronica di controllo del flusso d'aria FC di KaoLu) 3. Il controllore PID bicanale localizzato ad alta precisione sostituisce i controllori INFICON e PFA Per sfruttare appieno la precisione di misura dei vacuometri (come i manometri a film capacitivo), sono necessari convertitori analogico-digitali e digitale-analogici a 16 bit per l'acquisizione dei dati e il controllo del controllore. Negli ultimi anni, KaoLu ha sviluppato la serie FC di controllori PID generici a 24 bit ad alta precisione, come illustrato nella Figura 5. Questa serie di controllori PID è di gran lunga la migliore in assoluto. Questa serie di controllori PID è molto più potente dei prodotti stranieri, ma il prezzo è solo un ottavo dei prodotti stranieri. I principali indicatori di prestazione sono i seguenti: (1) Precisione: 24 bit A/D, 16 bit D/A. (2) Multicanale: 1 canale o 2 canali indipendenti. 2 canali possono realizzare la misura e il controllo simultanei di temperatura e pressione. (3) Varietà di parametri di uscita: 47 tipi di segnali di ingresso (termocoppia, resistenza termica, tensione CC) possono raggiungere il test, la visualizzazione e il controllo simultanei di diversi parametri. (4) Multifunzione: controllo bidirezionale avanti, indietro, avanti e indietro. (5) Controllo PID: L'algoritmo PID migliorato supporta il controllo differenziale del fotovoltaico e l'anticipo differenziale. Sono disponibili 20 gruppi di PID. (6) Commutazione a doppio sensore: ogni canale può supportare la commutazione a doppio sensore di alta e bassa temperatura e di alto e basso vuoto. Due canali possono formare una combinazione di controllo con un totale di quattro sensori collegati. (7) Controllo del programma: È possibile creare e memorizzare da soli fino a 20 programmi di condensazione; è sufficiente selezionare e chiamare per avviare la condensazione (modalità di controllo del programma). Per quanto riguarda il controllo del grado di vuoto, la modalità di controllo a valle è più adatta per un grado di vuoto vicino alla pressione atmosferica, ma la modalità di controllo dell'aspirazione dell'aria a monte è necessaria per il controllo del grado di vuoto inferiore a 10mbar. Pertanto, per soddisfare il grado di controllo completo del vuoto, è possibile utilizzare la modalità di controllo a doppio sensore e a due vie, come illustrato nella Figura 6. Nella modalità di controllo illustrata nella Figura 6, è necessario utilizzare le funzioni di controllo in avanti e inverso e di commutazione automatica del doppio sensore del controllore a due canali della serie FC-20 di cui sopra, ovvero, durante i diversi processi di controllo della pressione dell'aria, il controllore commuta automaticamente la gamma corrispondente. Il controllore commuta automaticamente l'intervallo corrispondente al vacuometro e seleziona la valvola elettronica di controllo del flusso d'aria per il controllo.

Abstract: Concentrandosi sul controllo di alta precisione del mezzo a bassa temperatura nel criostato, questo articolo introduce principalmente il metodo di decompressione e di controllo della temperatura del mezzo a bassa temperatura e l'influenza dell'accuratezza del controllo della pressione dell'aria sulla stabilità della bassa temperatura. Tre modalità di riscaldamento, controllo del flusso e controllo della pressione, nonché le corrispondenti condizioni di lavoro specifiche che incorporano la valvola elettrica pneumatica di controllo del flusso e i dettagli. 1. Introduzione Nel criostato, la ragione principale della fluttuazione della temperatura del mezzo criogenico (elio liquido e azoto liquido, ecc.) è la variazione di pressione (vuoto) nella parte superiore del mezzo criogenico in ebollizione. Pertanto, per raggiungere una temperatura stabile all'interno del mezzo criogenico, è necessario controllare accuratamente la pressione dell'aria nella parte superiore del mezzo criogenico. Il controllo internazionale e localizzato della temperatura dei criostati adotta principalmente i seguenti tre approcci tecnici: (1) Metodo di controllo attivo: Il circuito di riscaldamento entra direttamente nella camera a vuoto immersa nel mezzo a bassa temperatura e i dati di monitoraggio della temperatura in tempo reale della camera a vuoto vengono utilizzati per confrontarli con il valore della temperatura target e quindi controllare la corrente aggiunta al circuito di riscaldamento. (2) Metodo di controllo passivo: Controllo della pressione dell'aria nella parte superiore del fluido a bassa temperatura per stabilizzare la temperatura del fluido a bassa temperatura. (3) Metodo di controllo composito: I due metodi di controllo di cui sopra sono combinati e il circuito di controllo del riscaldamento conduce direttamente alla camera a vuoto immersa nel fluido a bassa temperatura, mentre la pressione dell'aria al di sopra del fluido a bassa temperatura viene controllata allo stesso tempo. Il metodo di controllo della temperatura con riscaldamento a resistenza è già una tecnologia molto matura. Questo articolo si concentrerà principalmente sul metodo di controllo della pressione nella parte superiore del fluido a bassa temperatura e introdurrà l'influenza della precisione del controllo della pressione sulla stabilità della bassa temperatura, nonché il metodo di realizzazione e lo schema specifico del controllo della pressione ad alta precisione. 2. La relazione tra l'accuratezza del controllo della pressione dell'aria e la stabilità della temperatura Prendendo come esempio l'idrogeno liquido, la pressione di vapore saturo dell'idrogeno liquido e la corrispondente curva di variazione della temperatura sono riportate nella Figura 1. Come si può vedere nella Figura 1, in un intervallo di temperatura molto ridotto, la curva sopra descritta può essere descritta da una linea retta, quindi può essere ottenuta in un intervallo di temperatura di circa 4K; la fluttuazione della pressione dell'aria di circa 100Pa può causare una fluttuazione di temperatura di circa 1mK. Pertanto, si può ritenere che se si vuole raggiungere una fluttuazione inferiore a 1mK, la fluttuazione della pressione dell'aria non può superare i 100Pa. 3. Tre modalità di controllo della pressione dell'aria superiore Esistono generalmente tre modalità di controllo della pressione dell'aria nella parte superiore del mezzo criogenico: riscaldamento a resistenza, controllo del flusso e controllo della pressione. 3.1 Modalità di riscaldamento a resistenza Nel processo di controllo della temperatura costante del criostato, la modalità di riscaldamento a resistenza consiste nel posizionare una resistenza a filo nel mezzo a bassa temperatura. Come mostrato nella Figura 2, il vacuometro rileva la variazione della pressione dell'aria nella parte superiore e il controllore PID modifica la corrente di riscaldamento per regolare e controllare la pressione dell'aria nella parte superiore e mantenere la pressione dell'aria nella parte superiore costante al valore impostato. Dalla Figura 2 si evince che la modalità di riscaldamento a resistenza è più adatta per il metodo di controllo dell'aumento della temperatura e dell'aumento della pressione nella parte superiore, ma non può ridurre la pressione e il raffreddamento. 3.2 Modalità di controllo del flusso La modalità di controllo del flusso è una tipica modalità di riduzione della pressione e del raffreddamento. Come mostrato nella Figura 3, la pompa del vuoto estrae continuamente il criostato a una certa velocità di pompaggio per ridurre la pressione dell'aria superiore. Il vacuometro, la valvola pneumatica elettronica di controllo del flusso e il controllore PID formano un circuito di controllo ad anello chiuso. La valvola elettronica pneumatica di controllo del flusso della serie FC regola il flusso d'aria per mantenere accurata e costante la pressione dell'aria superiore al grado di vuoto. Si può notare che la modalità di controllo del flusso è più adatta al metodo di raffreddamento e di controllo della temperatura per ridurre la pressione dell'aria superiore, ma non può raggiungere la sovralimentazione e il riscaldamento. Inoltre, nella modalità di controllo del flusso, il continuo pompaggio della pompa del vuoto rende più grave l'inefficace dissipazione del mezzo a bassa temperatura. Per ulteriori informazioni sulla valvola elettronica pneumatica di controllo del flusso della serie FC, visitare il sito https://www.genndih.com/proportional-flow-control-valve.htm. 3.3 Modalità di controllo della pressione La modalità di controllo della pressione è una modalità di controllo della temperatura che può aumentare o diminuire la pressione. Come mostrato nella Figura 4, quando si adotta la pompa del vuoto per l'evacuazione è la modalità di riduzione della pressione. Quando si adotta una pompa ausiliaria, la modalità è quella di aumentare la pressione. In questo modo è possibile ottenere un controllo continuo della temperatura in un'ampia area di temperatura. Il regolatore di pressione proporzionale utilizzato è dotato di un ingresso aria (pressione atmosferica). In combinazione con la pompa del vuoto, può evitare efficacemente una grande quantità di dissipazione inefficace del mezzo a bassa temperatura, controllando al contempo la pressione massima a una pressione costante. Inoltre, il metodo di sovralimentazione può essere raggiunto anche aggiungendo un riscaldatore elettrico al fluido a bassa temperatura. 4. Ulteriori dettagli di funzionamento Durante l'implementazione delle tre modalità di controllo sopra descritte, è necessario prestare particolare attenzione ai seguenti dettagli: (1) Selezione del vacuometro Il vacuometro è un sensore che misura la variazione della pressione dell'aria nella parte superiore. La chiave per determinare la stabilità del controllo della temperatura del criostato è la scelta di un vacuometro di alta precisione. Attualmente, i vacuometri di alta precisione sono generalmente misuratori capacitivi a film e la precisione generale è di 0,2%. Come già detto, nel processo di controllo della temperatura costante dell'idrogeno liquido intorno ai 4K, la fluttuazione della pressione dell'aria non deve superare i 100Pa e ±50Pa. Se corrisponde a un controllo della pressione dell'aria di 100kPa, la precisione del vacuometro deve essere superiore a ±0,05%. Si può notare che per un controllo a temperatura costante con fluttuazioni di temperatura inferiori a 1mK, è necessario un vacuometro di maggiore precisione. (2) Selezione del controllore PID Nel processo di controllo della temperatura costante, il controllore PID raccoglie il valore misurato del vacuometro attraverso il convertitore A/D, quindi invia il segnale di controllo all'attuatore (valvola elettrica a spillo, regolatore di pressione e alimentazione di riscaldamento, ecc. ). Per questo motivo, per garantire che l'alta precisione e l'accuratezza di controllo del vacuometro possano essere pienamente utilizzate e regolate con una valvola elettronica di controllo del flusso pneumatico, maggiore è la precisione dei convertitori A/D e D/A, meglio almeno 16 bit, e si consiglia vivamente un controllore PID ad alta precisione a 24 bit. (3) Assegnazione del regolatore di tensione Il regolatore di pressione è un dispositivo di controllo della pressione che integra un sensore di pressione a vuoto, un controllore e una valvola, ma la precisione del sensore di pressione a vuoto è di gran lunga inferiore a quella del condensatore a film sottile e anche la precisione del controllore è relativamente bassa. Pertanto, quando si utilizza un regolatore di tensione, è necessario selezionare una modalità di controllo esterna, ovvero utilizzare un condensatore a film sottile come sensore di controllo. Inoltre, va notato che i convertitori A/D e D/A del regolatore hanno una bassa precisione. Pertanto, per il controllo della pressione dell'aria superiore ad alta precisione e ad alta stabilità, la modalità di controllo della pressione non è consigliata, a meno che non si utilizzi un regolatore di tensione ad alta precisione appositamente realizzato.

Abstract: La misurazione spettrale e lo spettrometro sono misure tecniche importanti per il rilevamento e il monitoraggio. Per ottenere una precisione di misura soddisfacente, lo spettrometro richiede trasduttori di pressione e temperatura di alta precisione, attuatori e regolatori PID, e deve avere le caratteristiche di un'ampia gamma di applicazioni, alta precisione, facile integrazione e basso costo. Questo articolo si concentra sulle caratteristiche del controllo della pressione e della temperatura dello spettrometro, in combinazione con i prodotti innovativi della valvola a spillo elettronica della serie FC di KaoLu. Fornisce inoltre un programma di misurazione dello spettro ad alta precisione e a basso costo, di misurazione e controllo della temperatura e della pressione dello spettrometro. 1. La formulazione della domanda Come metodo di analisi scientifica qualitativa e quantitativa, la misurazione spettrale è diventata una misura tecnica importante in varie ricerche di rilevamento e monitoraggio grazie ai suoi vantaggi di elevata precisione di misurazione e velocità di risposta. Tuttavia, nelle applicazioni pratiche, le variazioni di pressione e temperatura del gas campione influiscono sui risultati della misurazione. Di seguito sono riportati alcuni lavori di ricerca condotti in patria e all'estero sul controllo della temperatura e della pressione nella misurazione spettrale e sulle caratteristiche dell'impatto: ①. Intervallo di controllo della pressione Spettrometri e spettrometri diversi hanno requisiti diversi per il range di controllo della pressione. Ad esempio, nella spettroscopia a infrarossi che utilizza curette di gas, l'intensità del picco di assorbimento può essere ottenuta regolando la pressione del gas campione. L'intervallo di pressione generale è 0,5 ~ 60kPa. Quando si utilizza la tecnologia della spettroscopia di assorbimento laser a diodi sintonizzabile (TDLAS) per misurare la concentrazione di anidride carbonica nell'atmosfera, è necessaria una pressione stabile nell'intervallo 6~101kPa. Nel controllo preciso della pressione all'interno del rivelatore dello spettrometro a raggi X, la densità del gas di lavoro deve essere stabilizzata per garantire l'accuratezza della misura del rivelatore. In generale, la pressione dovrebbe essere controllata a circa una pressione atmosferica o superiore, mentre la pressione di lavoro dello spettrometro a ripartizione laser indotta dovrebbe essere fino a 275kPa. Si può notare che l'intervallo di controllo della pressione del gas di lavoro nello spettrometro è relativamente ampio, generalmente nell'intervallo 0,1~300kPa, che copre fondamentalmente l'intervallo di pressione di 4 ordini di grandezza dalla pressione negativa del vuoto a 3 volte la pressione atmosferica. ②. Accuratezza del controllo della pressione Nel test spettrale, la relazione tra l'intensità della linea spettrale osservata e la densità reale del gas dipende dalla pressione del campione di gas, pertanto l'accuratezza del controllo della pressione determina direttamente l'accuratezza della misura spettrale. Ad esempio, l'accuratezza del controllo della pressione nell'analizzatore di spettro della Picarro Company è di ±0,0005 atmosfere (tasso di fluttuazione ±0,05%@1 atmosfera di pressione). La letteratura [1] riporta che il serbatoio di assorbimento è stato controllato quando la pressione impostata era di 6,67kPa. Dopo quattro ore di controllo continuo, la fluttuazione della pressione era di ±3,2Pa e il tasso di fluttuazione era di ±0,047%. La letteratura [2] riporta che quando anche la pressione del gas in una cella di campionamento è stata controllata a 6,67kPa, l'intervallo di fluttuazione a lungo termine della pressione era di 7Pa e il tasso di fluttuazione era di ±0,047%. La letteratura [3] riporta la misura di stabilità del sistema di controllo della pressione della cella multi-pass a infrarossi laser. La pressione target è stata impostata a 60 Torr, la fluttuazione massima è stata di ±0,04 Torr entro 150~200s e il tasso di fluttuazione è stato di ±0,067%. La letteratura [4] riporta in particolare la progettazione e la ricerca del sistema di controllo della temperatura e della pressione di alta precisione dello strumento di misura spettroscopico. Il valore di pressione target è di 18,665kPa, il controllo della pressione costante per 42 ore, la deviazione massima è di 5,33Pa e il tasso di fluttuazione è di ±0,014%. La letteratura [5] ha presentato i risultati del controllo a pressione costante del rivelatore nello spettrometro a raggi X. Durante la pressione costante del gas di lavoro a 940 hPa, la fluttuazione era inferiore a ± 2 hPa e il tasso di fluttuazione era di ± 2%. La letteratura [6] ha introdotto la tecnologia di controllo della pressione costante dello spettrometro fotoelettrico a raggi X nell'intervallo di pressione 0,05~30mbar. Quando il valore impostato è 0,1mbar, la precisione costante può raggiungere ±0,001mbar e il tasso di fluttuazione è ±1%. ③. Precisione del controllo della temperatura Nel test dello spettro, la relazione tra l'intensità della linea spettrale e la densità reale del gas dipende anche dalla stabilità della temperatura del campione di gas. La stabilità della temperatura influisce anche sulla stabilità della pressione. La letteratura [2] riporta che la temperatura del gas nella cella di campionamento è stata controllata a temperatura ambiente (24°C), la fluttuazione della temperatura a breve termine è di ±0,01°C, la deriva della temperatura a lungo termine è di ±0,025°C e il tasso di fluttuazione è di ±0,1%. La letteratura [4] riporta che il sistema di controllo della temperatura ad alta precisione dello spettrometro, la temperatura è controllata a 45°C, e la fluttuazione della temperatura entro 42 ore è di ±0,0015°C, e il tasso di fluttuazione è inferiore a ±0,004%. In sintesi, le variazioni di pressione e temperatura del gas campione sono i fattori principali che influenzano i risultati di misura. Pertanto, nella misurazione spettrale e nei vari spettrometri, la regolazione e il controllo della pressione e della temperatura del gas campione devono soddisfare i seguenti requisiti: (1) L'intervallo di controllo della pressione è molto ampio (0,1~300kPa), ma l'accuratezza di misura e controllo corrispondente è davvero elevata, il che comporta requisiti elevati per i sensori di misura della pressione, le valvole di controllo, le pompe per vuoto e i relativi controllori. Questi quattro componenti del sistema di controllo ad anello chiuso devono corrispondere tra loro, altrimenti è difficile ottenere risultati soddisfacenti. (2) Allo stesso modo, nel processo di controllo della temperatura ad alta precisione, sono necessari sensori di temperatura, dispositivi di riscaldamento, alimentazione e controllori adeguati. Anche questi quattro componenti del sistema di controllo ad anello chiuso della temperatura devono corrispondere tra loro. (3) Nei due sistemi di controllo ad anello chiuso della pressione e della temperatura devono essere utilizzati controllori di alta precisione. Per ridurre i costi sperimentali e il costo dello spettrometro, vogliamo utilizzare un controllore di alta precisione con 2 funzioni di controllo automatico PID simultanee. (4) Le strutture di prova dei diversi spettrometri e misure spettrali non sono le stesse, il che richiede l'indipendenza di ciascun componente del sistema di controllo della temperatura e della pressione. In questo modo, si favorisce l'integrazione del dispositivo di prova e dello spettrometro. In generale, per ottenere una precisione soddisfacente nella misurazione spettrale, sono necessari sensori e attuatori di pressione e temperatura ad alta precisione, con caratteristiche di ampio campo di applicazione, alta precisione, facile integrazione e basso costo. Questo articolo si concentrerà su queste caratteristiche, combinandole con i prodotti innovativi di KaoLu e fornendo un piano di misurazione spettrale e di controllo della temperatura e della pressione dello spettrometro ad alta precisione e a costi contenuti. 2. Metodo di misura e controllo integrato della pressione e della temperatura dello spettrometro 2.1 Progettazione della modalità di controllo (1) Modalità di controllo della pressione Come accennato in precedenza, per l'intervallo di controllo dello spettrometro (0,1~300kPa), la soluzione migliore è selezionare la modalità di misurazione e controllo corrispondente in base all'intervallo di pressione specifico utilizzato. Come mostrato nella Figura 2-1, si raccomanda di utilizzare la modalità di controllo a monte per il campo di bassa pressione. Per l'intervallo di alta pressione, si adotta la modalità di misurazione e controllo a valle; si può anche adottare la modalità di controllo bidirezionale con controllo simultaneo a monte e a valle. Figura 2-1 Tre modalità di controllo della pressione Per le basse pressioni viene adottata la modalità di controllo a monte, che può esercitare ripetutamente la velocità di pompaggio della pompa del vuoto, in modo da controllare rapidamente e con precisione la pressione nella camera del vuoto. Per le alte pressioni (come la pressione di circa 1 atmosfera), la modalità di controllo a valle può controllare efficacemente la velocità di pompaggio della pompa del vuoto, in modo che la pressione nella camera a vuoto possa essere controllata rapidamente e con precisione. Allo stesso tempo, è possibile evitare la presenza di gas campione e altre attività all'ingresso dell'aria. Utilizzando la valvola a spillo elettronica della serie FC, il livello di vuoto all'interno della camera può essere modulato con un'elevata risoluzione. In presenza di norme rigorose sul flusso d'aria in ingresso e sulla pressione della cavità, è necessario controllarli accuratamente e adottare una modalità di controllo bidirezionale. La modalità di controllo bidirezionale può controllare diversi flussi d'aria in ingresso a pressione costante, ma richiede che il controllore abbia una funzione di controllo bidirezionale, il che comporta requisiti di capacità più elevati per il controllore. Le caratteristiche delle tre modalità di controllo sopra descritte sono presentate in dettaglio. (2) Modalità di controllo della temperatura Inoltre, la modalità di misurazione e controllo della temperatura deve essere selezionata in base ai diversi intervalli di temperatura e ai requisiti di precisione del controllo della temperatura. Ad esempio, quando la temperatura è prossima alla temperatura ambiente e l'accuratezza del controllo della temperatura è elevata. È necessaria una modalità di controllo bidirezionale con funzioni di riscaldamento e raffreddamento. Solo questa modalità garantisce una precisione di controllo della temperatura sufficientemente elevata. Se la temperatura si aggira intorno all'intervallo di temperatura elevata, si raccomanda anche di utilizzare un metodo di controllo bidirezionale, cioè di concentrarsi sul riscaldamento e fornire una certa compensazione di raffreddamento per migliorare l'accuratezza del controllo della temperatura e la stabilità rapida della temperatura. 2.2 Come scegliere il sensore L'accuratezza del sensore è la chiave per garantire l'accuratezza della misurazione e del controllo della pressione e della temperatura, pertanto la scelta del sensore è particolarmente importante. Per il controllo della pressione nell'intervallo sopra indicato, si raccomanda vivamente di utilizzare il vacuometro con condensatore a film sottile con la massima precisione. L'accuratezza di misura di questo vacuometro può raggiungere 0,2% della sua lettura, ha una buona linearità nell'intero intervallo ed è molto facile da collegare. Il controllore esegue un controllo lineare con un'alta risoluzione e una piccola deriva termica. Nella scelta effettiva, è necessario selezionare un vacuometro con un intervallo adeguato in base ai diversi campi di pressione. Per il suddetto intervallo di pressione di 0,1~300kPa, è possibile selezionare due tipi di vuotometri, da 2 Torr e da 1000 Torr, per ottenere una copertura accurata dell'intervallo di pressione. Per il controllo della temperatura, quando la temperatura non è elevata, si consiglia vivamente di utilizzare un sensore di temperatura a termistore con la massima precisione di misurazione. Per le temperature più elevate si consiglia anche un termistore ad alta temperatura o un sensore di temperatura a resistenza di platino. Se la temperatura di riscaldamento supera l'intervallo di utilizzo del termistore e del sensore a resistenza di platino, si consiglia di utilizzare un sensore di temperatura a termocoppia. Questi sensori di temperatura devono essere calibrati prima dell'uso. 2.3 Come scegliere l'attuatore L'attuatore di controllo della pressione è la chiave per determinare se è possibile ottenere un controllo costante ad alta stabilità. Come illustrato nella Figura 2-2, si consiglia di utilizzare una valvola a spillo elettronica azionata da un motore passo-passo con linearità e isteresi ridotte, mentre si sconsiglia di utilizzare un'elettrovalvola proporzionale con isteresi ed errore di controllo elevati. La valvola a spillo elettronica può essere disposta all'ingresso dell'aria e all'uscita del gas, oppure una valvola a spillo elettronica può essere disposta in base alla selezione della modalità di controllo a monte o a valle. Se la camera a vuoto dello spettrometro è di grandi dimensioni, la valvola a spillo elettronica deve essere sostituita con una valvola a controllo elettronico di diametro e portata maggiori, in modo da ottenere più rapidamente un controllo della pressione costante. Visitare https://www.genndih.com/proportional-flow-control-valve.htm Si consiglia di utilizzare una lastra termoelettrica a semiconduttore con effetto Peltier per l'attuatore di controllo della temperatura. Questa lastra termoelettrica ha una modalità di lavoro bidirezionale di riscaldamento e raffreddamento. Con un termistore e un regolatore di alta precisione, è possibile ottenere un controllo della temperatura di altissima precisione, molto adatto agli spettrometri con controllo della temperatura di piccole camere di lavoro. Se la camera di lavoro dello spettrometro è grande e la temperatura è inferiore a 300 °C, si consiglia di utilizzare un bagno di circolazione a scarico esterno con funzione di riscaldamento e raffreddamento per il riscaldamento. Questo bagno di circolazione ha anche la funzione di riscaldamento e raffreddamento e può raggiungere un'elevata precisione di controllo della temperatura. Se lo spettrometro lavora a una temperatura più elevata, si consiglia di utilizzare un metodo di riscaldamento a filo di resistenza o a luce, e allo stesso tempo di dotarlo di un certo dispositivo di ventilazione e raffreddamento per migliorare la velocità di risposta del riscaldamento, garantendo così la stabilità e la velocità del controllo della temperatura. 2.4 Come scegliere il regolatore Il controllore è l'ultima garanzia per ottenere una misurazione e un controllo della pressione e della temperatura ad alta precisione e ad alta stabilità. Nella progettazione del controllo della pressione, il controllore deve essere selezionato in base al vacuometro e all'attuatore scelti. Per un'introduzione dettagliata alla selezione, si rimanda alla letteratura [10]. Secondo i calcoli della letteratura, se si vuole garantire l'accuratezza della misurazione e del controllo della pressione, è necessario utilizzare un numero di collettori digitali con almeno 16 bit. Analogamente, anche l'accuratezza della misurazione e del controllo della temperatura è determinata dal numero di collettori digitali. Pertanto, per il controllo della pressione e della temperatura nello spettrometro, si raccomanda di utilizzare il controllore di acquisizione A/D a 24 bit sviluppato da KaoLu con la massima accuratezza ed economicità, combinato con la funzione di controllo dei parametri PID. In base alla selezione di cui sopra, lo schema finale di misura e controllo della pressione e della temperatura è mostrato nella Figura 2-3. In particolare, va sottolineato che il controllo della pressione e della temperatura di cui sopra adotta fondamentalmente una modalità di controllo bidirezionale. Il controllore di alta precisione da noi sviluppato possiede questa funzione. Inoltre, nell'applicazione pratica dello spettrometro, la pressione e la temperatura devono essere controllate contemporaneamente. È possibile utilizzare rispettivamente due controllori che controllano la valvola a spillo elettronica, ma il volume complessivo dello spettrometro corrispondente aumenta, il funzionamento diventa complicato e il costo aumenta. Il controllore di alta precisione ora consigliato è un controllore PID a doppio canale. Due canali possono controllare in modo indipendente diversi parametri PID ed eseguire l'autotuning dei parametri PID allo stesso tempo, e ogni canale ha una funzione di controllo bidirezionale. Questo semplifica efficacemente il controllore e riduce le dimensioni e il costo dello strumento. 3. Conclusione In sintesi, attraverso l'analisi dei requisiti di misurazione e controllo della pressione e della temperatura dello spettrometro, è stato determinato lo schema tecnico dettagliato di misurazione e controllo della temperatura e della pressione. La base per la determinazione dello schema e i parametri tecnici dei corrispondenti componenti selezionati sono stati introdotti in dettaglio. L'utilizzo della valvola a spillo elettronica della serie FC in una modulazione ad anello chiuso consente all'utente di controllare il livello di pressione con elevata precisione. L'intera soluzione tecnica è in grado di soddisfare pienamente i requisiti della misurazione dello spettro e dello spettrometro per la misurazione e il controllo della pressione e della temperatura e presenta le caratteristiche di elevata precisione di misurazione e controllo, funzioni potenti, ampio campo di applicazione, facile integrazione e basso costo. Ad eccezione del vacuometro con condensatore a film sottile, che è un prodotto importato (anche il vacuometro localizzato è opzionale), tutti i componenti e gli strumenti selezionati nello schema sono prodotti a Taiwan.

Controllo preciso della pressione nella fusione laser a letto di polvere sotto vuoto Processo di fusione SLM a bassa pressione nella fusione laser a letto di polvere Caratteristiche: Il pool fuso è più stabile e riduce la porosità. Requisiti dell'atmosfera a bassa pressione: Il controllo rapido e preciso della pressione dell'aria viene raggiunto entro la finestra di processo di 5kPa~101kPa. Controllo della pressione Metodo di controllo: metodo di controllo bidirezionale, con regolazione simultanea della presa d'aria a monte mediante la valvola elettronica di controllo del flusso d'aria e della valvola proporzionale di controllo del flusso secondario a valle. Può anche regolare il flusso d'aria in ingresso e la velocità di scarico della pompa del vuoto. In questo modo si ottiene un controllo del livello di vuoto ad alta precisione nella fusione a letto di polvere laser. Per ulteriori informazioni sulla valvola elettronica di controllo del flusso d'aria, visitare il sito https://www.genndih.com/proportional-flow-control-valve.htm. Sensore: sensore di pressione del vuoto, l'intervallo di misurazione è 5kPa~101kPa e la precisione è ±0,2%. Controllore: controllore PID a due vie, funzione di controllo bidirezionale.

Applicazione della valvola di regolazione elettrica resistente alla corrosione: Controllo automatico del flusso di acido fosforico nel processo di chiarificazione con saccarosio solfito Abstract: Attualmente, la valvola di regolazione viene generalmente utilizzata per controllare la portata dell'acido fosforico liquido nel processo di chiarificazione del saccarosio solfito. Pertanto, la valvola di regolazione presenta generalmente problemi di scarsa resistenza alla corrosione, tempi di risposta lenti e basso livello automatico. Questo articolo presenta un nuovo tipo di valvola di regolazione elettronica resistente alla corrosione basata su una valvola ad ago, che adotta la propulsione del motore passo-passo e la tecnologia di tenuta in gomma perfluoroetere FFKM. Ha buone prestazioni di tenuta e una velocità di risposta al microsecondo che può essere utilizzata nel vuoto. Può essere pilotata direttamente da un segnale di tensione CC o RS 485 ed è stata utilizzata nelle linee di produzione del saccarosio. 1. Domande Nell'attuale processo di produzione del saccarosio, viene generalmente utilizzato il processo di chiarificazione con solfito e il sistema di controllo automatico dell'acido fosforico richiede il dosaggio automatico dell'acido fosforico. In base al flusso del succo di canna, il dosaggio dell'acido fosforico viene regolato continuamente e automaticamente in tempo reale per garantire la precisione dell'aggiunta di acido fosforico. La quantità di acido fosforico aggiunta viene controllata regolando la portata del liquido di acido fosforico con una concentrazione di 85%, ma ci sono i seguenti problemi che devono essere risolti con urgenza: (1) scarsa resistenza alla corrosione: La soluzione di acido fosforico con una concentrazione di 85% è un tipo di acido inorganico medio-forte, che ha una certa corrosività. Attualmente, la resistenza alla corrosione della maggior parte delle valvole elettriche di controllo del flusso è generalmente scarsa e non può essere utilizzata per la regolazione del flusso di acido solforico. (2) Basso livello di automazione: Attualmente, la maggior parte della regolazione del flusso di acido fosforico utilizza ancora valvole di controllo manuali resistenti alla corrosione. La scarsa accuratezza e la tempestività dell'aggiunta di acido fosforico influiscono sulla qualità del prodotto ed è impossibile gestire con precisione l'uso dell'acido fosforico. (3) Scarsa precisione e bassa velocità di risposta: Sebbene esistano anche valvole a sfera elettriche/pneumatiche e valvole a farfalla per la regolazione del flusso, in genere il diametro è troppo grande, la precisione della regolazione è scarsa e la velocità di risposta è lenta, il che non può soddisfare i requisiti di precisione della regolazione del livello di ppm del flusso di acido fosforico. 2. Valvola di regolazione elettrica di precisione resistente alla corrosione La valvola elettronica a spillo anticorrosione sviluppata da KaoLu è una valvola elettronica a spillo dosatrice a due vie intelligente, che utilizza un motore passo-passo lineare ad alta precisione per azionare l'albero della valvola. I principali indicatori tecnici sono i seguenti: (1) Materiale di contatto: acciaio inox (2) Materiale di tenuta: gomma perfluoroetere (FFKM) (3) Tempo di risposta: 0,8s (da chiusura completa a apertura completa) (4) Fluido: gas e liquido (5) Campo di pressione: -1~7bar (6) Diametro interno della valvola a farfalla: 0,9~4,1mm (7) Gamma di flusso: 0,1~2000L/m (8) Linearità: ±0,1~±11% (9) Ripetibilità: ±0,1% (fondo scala) (10) Temperatura di esercizio: 0~84 (11) Segnale di controllo: 0~10VDC o RS485 (12) Alimentazione di lavoro: 24V (≤12W) Per ulteriori informazioni sul prodotto, visitare il sito https://www.genndih.com/proportional-flow-control-valve.htm