ロータリーエバポレーター真空・温度・回転の統合制御と耐腐食性デジタル制御バルブ
要旨：現在、ロータリーエバポレーターは様々な研究室で様々な方法で構築することができます。蒸発器の真空制御に関して、現地の顧客は一般的に、より高価な外国製の真空制御システムを置き換え、真空制御のプログラミングと自動化レベルを向上させ、真空制御の精度と安定性を改善し、制御バルブの耐腐食性を解決できることを要求しています。この問題は、温度、真空、回転を同時にプログラムするコントローラの使用まで要求している。本稿では、ユーザーの改善要求に応じて、その解決策に焦点を当て、特に蒸発器温度、真空度、回転モーター制御に使用される大流量比例バルブなどの関連製品を紹介する。

1.ユーザーの要求
ロータリーエバポレーターは、実験室では一般的な装置です。エバポレーターの電子制御により、適切な回転速度、温度、真空度の下でフラスコ内の溶媒を急速に蒸発させます。一般的なロータリーエバポレーターの使用真空度は1～760mmHg（絶対真空度）です。特定のアプリケーションでは、異なる混合物の要件に応じて真空度を設定し、制御します。ロータリーエバポレーターは単純な一般実験装置として、実験室で各自が製作することができ、また、市場でも様々な仕様のものを注文することができます。現在、一部のユーザー研究室で使用されているロータリーエバポレーターに対して、ユーザーは次のような明確な要求を出しています。
(1)輸入品のロータリーエバポレーターを導入している研究室もあるが、国産品への置き換えを希望して、高価な真空コントローラーを別途装備する必要がある。
(2) 自作ロータリーエバポレーターには、多機能・高精度の真空制御装置が搭載され、試験工程のコンピュータ制御のプログラミングと自動化が期待されている。制御プロセスの設定カーブを複数セット保存し、直接呼び出せるようにすることが期待される。コンピュータは試験プログラムを設定し、制御プロセス全体の変化を表示する。
(3) 現在、国内外のロータリーエバポレーターの真空制御プロセスは、一般的にバルブオンオフまたは真空ポンプスタートストップ方式が採用されています。制御精度や安定性が弱い。連続的に開度を調整できる高速デジタル比例弁の採用が望まれている。(4) 近年、国際ロータリーエバポレータやローカルロータリーエバポレータの真空制御装置における大流量比例弁は、一般的に耐食性に欠けており、腐食性ガスや液体に強い真空調圧弁の採用が望まれています。
(5) 自作ロータリーエバポレーターの一部では、温度制御、真空制御、回転制御を統合して、機器とその操作の複雑さを軽減し、統合と自動化のレベルを向上させることが望まれている。
この記事では、上記の要件に対応するソリューションに焦点を当て、蒸発器専用に使用される温度、真空、回転の統合コントローラや、ロータリー蒸発器のさまざまなユーザーのテスト要件に対応できるステッピングモータ駆動の耐腐食性ニードルバルブについて紹介している。

2.ローカル24ビット高精度マルチファンクションコントローラ
ロータリーエバポレーターの温度、真空度、回転のテストとプログラム制御を達成するために、KaoLuは図1に示すように、VPCシリーズ24ビット高精度プログラマブルPID総合コントローラーを開発しました。このシリーズのPIDコントローラは、非常に優れており、費用対効果も高い。

VPCシリーズコントローラの主な性能指標は次のとおりです。
(1) 精度：A/D24bit、D/A16bit。
(2) 最大サンプリング速度：50ms。
(3)多彩な入力パラメータ。47種類の入力信号（熱電対、熱抵抗、直流電圧）を各種温度・真空センサーに接続し、測定・表示・制御が可能です。
(4) 各種出力形態：16BITアナログ信号、2A（AC250V）リレー、22V/20mAソリッドステートリレー、3A/250VAC SCR。
(5）多チャネル: 独立した 1 チャネルか 2 チャネルの出力。2 つのチャネルは温度および真空の程度の同時測定そして制御に達することができ回転モーターの開始停止を制御するのに警報出力チャネルが使用することができます。
(6) 多機能：前進・後退・正逆双方向制御、暖房・冷房制御。
(7) PIDプログラム制御。改良された PID のアルゴリズムは PV の差動および差動前進制御を支えます。それは PID の 20 グループを貯え、20 のプログラム カーブ（50 の区分それぞれ）を支えることができます。
(8) 通信二線式RS485、標準MODBUS RTU通信プロトコル。
(9) 表示モード：デジタルホール、IPS TFTトゥルーカラー液晶。
(10) ソフトウェア。コントローラーおよびデータ収集および貯蔵の操作はソフトウェア コンピュータを通した達することができます。
(11)寸法。96×96×87mm（穴サイズ92×92mm）。

3.ステッピングモーター駆動の耐腐食性高速ニードルバルブ
KaoLuは、真空度制御の過程で高精度な調整を達成するために、図2に示すように、ステッピングモータを用いた電子ニードルバルブをベースに、異なる流量の大流量比例バルブシリーズを開発しました。本シリーズは電磁弁に比べ磁気ヒステリシスが非常に小さく、1秒以内の高速応答が可能である。特に、FKMシール技術の採用により、耐食性に優れた大流量比例弁を実現しました。詳細な技術指標は図3に示すとおりです。

モデル	FC-20	FC-120	FC-300	FC-1000
バルブタイプ	ニードルバルブ
スプールドリフト径	0.9mm	2.25mm	2.75mm	4.10mm
アクチュエーター	バイポーラステッピングモータ制御
応答速度	0.8秒(開→閉)
標準サイズ	G1/8"			G3/8"
フルード	不活性ガス・液体
お問い合わせ先	ステンレススチール
圧力範囲	-1～7 気圧			-1～5 気圧
最大流量	50L/min @7bar	240L/min @7bar	290L/分 @7bar	600L/分 @7bar

 

リニアリティ	±2%	±0.1 ~ 1%	±0.2 ~ 5%	±11%
再現性 (フルスケール)	±0.1%
流量分解能（ステップ長）	0.1L/分	0.1〜0.2L/min	0.2〜0.75L/min	1L/分
シフト分解能（ステップ長）	12.7um		25.4um
動作温度範囲	0 ~ 84ºC
シール	標準的なFKMや他のシールも選択可能
制御信号	DC：0〜10V（または4〜20mA）
電源	DC: 24V (12W)

(図3 KaoLu社製大流量比例弁FCの技術指標）。

FCシリーズ大流量比例弁は、ステッピングモータ駆動回路モジュールを装備し、FC大流量比例弁に必要な電源と制御信号を提供し、バイポーラステッピングモータのステップ制御にDC信号を変換し、またシリアル通信のRS485直接制御を提供することができます。その仕様と寸法を図4に示す。

詳細については、以下をご覧ください。 https://www.genndih.com/proportional-flow-control-valve/mid-flow-proportional-valve-0-130L-min.html

ロータリーエバポレータに数値制御大流量比例弁を使用する場合、オープンループ制御方式により大流量比例弁を真空ポンプの前段に設置し、排気流量を調整することにより真空度を制御することができます。しかし、このオープンループ制御方式は安定性が悪く、より高い純度要求に対応することが困難であった。この問題を解決するために、クローズドループ制御方式を採用することができます。すなわち、吸気制御弁を蒸発器に追加し、吸気流量と排気流量を調整することにより、真空度の精密制御を行うことができます。