Application of Electric Needle Valve and Dual-channel Controller in High Precision Pressure Control of Vacuum Freeze Drying

Özet: Kapasitif basınç göstergeleri vakumlu dondurarak kurutma işlemlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır, böylece basınç kontrolörleri ve elektrikli emme ayar valfleri kapasitif basınç göstergeleriyle eşleştirilmektedir. Bu iki ana bağlantı basınç kontrolünün doğruluğunu ve tekrarlanabilirliğini etkiler ve özellikle belirgindir. Kontrol hassasiyeti problemini çözmek için, Çin'de yeni geliştirilen 2 kanallı 24 bit yüksek hassasiyetli PID basınç kontrolörü ve step motor tahrikli elektrikli iğne valfinin fonksiyonları, teknik göstergeleri ve uygulamaları tanıtıldı. Deneyler, yukarı akış kontrol modunda, elektrikli iğne valfi ve yüksek hassasiyetli kontrolörün ± 1% içindeki basıncı doğru bir şekilde kontrol etmek için kullanılabileceğini göstermektedir. Kontrolör, liyofilizasyon işlemi sırasında Pirani vakum göstergesini izlemek ve otomatik olarak ilk liyofilizasyon işleminin sonuna ayarlamak için de kullanılabilir.

1. Questions
Basınç kontrolü, vakumlu dondurarak kurutma işleminde önemli bir işlemdir. Kontrol hassasiyeti, özellikle bazı hassas ürünlerin dondurularak kurutulması için ürün kalitesini ciddi şekilde etkiler. Bu nedenle, oldukça tekrarlanabilir ve güvenilir bir dondurarak kurutma işlemi elde etmek için, dondurarak kurutma donanım ekipmanının kapasitesini araştırmak için önemli göstergelerden biri olan kurutma odasındaki basıncın doğru ve tekrar tekrar ölçülmesi ve kontrol edilmesi gerekir. Birincil kurutma işlemindeki basınç veya vakum, ürünün süblimasyon arayüzünün sıcaklığını doğrudan etkilediğinden, birincil kurutma işlemi için doğru ve kararlı basınç kontrolü gereklidir. Bununla birlikte, gerçek vakumlu dondurarak kurutma işleminde, basıncın hassas kontrolünde hala aşağıdaki sorunlar vardır:
(1) Basınç kontrolörlerinin uyumsuzluğu sorunu: Dondurarak kurutma işlemi ve ekipmanı yüksek hassasiyetli kapasitif basınç göstergeleri ile donatılmış olmasına rağmen, doğruluk 0.2% ile 0.5% arasında tam bir aralığa ulaşabilir, ancak şu anda yerli tesislerin çoğu kapasitif basınç ölçümü için PLC kullanmaktadır. DC voltaj sinyallerinin ölçümü ve kontrolü için, PLC'nin A/D ve D/A dönüşüm doğruluğu açıkça yetersizdir, bu da basınç ölçümü ve kontrol doğruluğunu ciddi şekilde etkiler. A/D ve D/A dönüşüm doğruluğu, dondurarak kurutma işleminin ihtiyaçlarını karşılamak için en az 16 bit'e ulaşmalıdır.
(2) Emme kontrol valflerinin uyumsuzluğu: Dondurarak kurutmada vakum basıncı kontrolü için, sabit basınç temel olarak birkaç paranın mertebesindedir, bu nedenle genellikle yukarı akış emme kontrol yöntemi kullanılır. Yani, vakum pompasının emme hızı sabit olduğunda, basıncı azaltmak için emme havası akış hızı elektrikli ayar valfi tarafından arttırılır ve basıncı arttırmak için emme havası akış hızı azaltılır. Bununla birlikte, büyük gecikmeli solenoid valfler, Çin'de basınç kontrolünün doğruluğunu ve tekrarlanabilirliğini ciddi şekilde etkileyen ayar için hala yaygın olarak kullanılmaktadır. Şu anda, dünyada step motorlar tarafından tahrik edilen birçok düşük histerezis elektrik kontrol valfi vardır.
Dondurarak kurutma sırasında yukarıdaki basınç kontrolü sorunlarını çözmek için, bu makale en son yerli 2 kanallı 24 bit yüksek hassasiyetli PID basınç kontrolörü ve elektrikli iğne valfinin işlevlerini, teknik göstergelerini ve uygulamalarını tanıtacaktır. Spesifik uygulamaların değerlendirilmesi ve doğrulanmasından sonra, yukarı akış kontrol modunda elektrikli iğne valfi ve yüksek hassasiyetli PID basınç kontrolörü, basıncı ± 1% içinde doğru bir şekilde kontrol etmek için kullanılabilir. Çift kanallı PID kontrolörü, dondurarak kurutma sırasında Pirani göstergelerini izlemek ve kaydetmek için de kullanılabilir.

2.Yerli 2 kanallı 24 bit yüksek hassasiyetli PID basınç kontrolörü
Kapasitif basınç göstergesinin ölçüm hassasiyetinden tam olarak yararlanmak için, kontrolörün veri toplama ve kontrolü en az 16 bit analog-dijital ve dijital-analog dönüştürücüler gerektirir. Son yıllarda, Kao Lu, Şekil 1'de gösterildiği gibi FC serisi yüksek hassasiyetli 24 bit evrensel PID kontrolörünü geliştirdi. Bu PID kontrolör serisinin performansı yabancı ürünlerinkinden çok daha yüksektir, ancak fiyat yabancı ürünlerin sadece sekizde biridir. Temel performans göstergeleri aşağıdaki gibidir:
(1) Hassasiyet: 24 bit A/ D, 16 bit D/A.
(2) Çok kanallı: Bağımsız 1 veya 2 kanallı. 2 kanal, çift sensörün eşzamanlı ölçümünü ve kontrolünü gerçekleştirebilir.
(3) Çoklu çıkış parametreleri: 47 çeşit giriş sinyali (termokupl, termal direnç, DC gerilimi), farklı parametrelerin eşzamanlı olarak test edilmesini, gösterilmesini ve kontrol edilmesini sağlar.
(4) Çok fonksiyonlu: ileri, geri, ileri ve geri çift yönlü kontrol.
(5) PID program kontrolü: Geliştirilmiş PID algoritması PV diferansiyel ve diferansiyel ileri kontrolü destekler. 20 set PID depolayabilir ve 20 program eğrisini destekler (her biri 50 segment).
(6) İletişim: İki telli RS485, standart MODBUS RTU iletişim protokolü.

Dondurarak kurutma için bir dondurarak kurutma uç noktasının değerlendirilmesinde, FC-20 serisindeki iki kanallı kontrolör aynı anda kapasitif basınç göstergesini ve Pirani basınç göstergesini bağlayabilir. Vakum basıncını kontrol etmek için kapasitif bir basınç göstergesi kullanılır ve Pirani basınç göstergesi dondurarak kurutma işlemi sırasında su buharı miktarındaki değişikliği izler İki vakum ölçer arasındaki fark kaybolduğunda, bir dondurarak kurutma işleminin sona erdiği düşünülür. Tüm sürecin tipik değişim eğrisi Şekil 2'de gösterilmektedir.

3.Yerli step motor tahrikli elektrikli iğne valfi
Emme valfinin yüksek hassasiyetli ayarını elde etmek için, iğne valfi temelinde step motor kullanarak farklı akışlara sahip bir dizi elektrikli iğne valfi geliştirdik. Histerezis solenoid valften çok daha küçüktür. Şekil 3'te gösterildiği gibi, fiyat yabancı ürünlerin sadece üçte biridir ve ayrıntılı teknik göstergeler Şekil 4'te gösterilmektedir.

İnert gaz ve sıvılaştırılmış paslanmaz çelik-1 ~ 7bar

Model	FC-20	FC-120	FC-300	FC-1000
Valf tipi	Iğne valfi
Makara sürüklenme çapı	0. 9 mm	2. 25 mm	2. 75 mm	4. 10 mm
Uygulayıcı kurum	Bipolar step motor kontrolü
Tepki süresi	0. 8 saniye (açık-kapalı)
Standart Boyut	G1/8 "			G3/8 "
Sıvı	İnert gazlar ve sıvılar
Temas malzemesi	Paslanmaz çelik
Basınç aralığı	-1-7 bar			-1 ~ 5 bar
Azami akış	50L/ dak @ 7bar	240L/ dak @ 7bar	290L/ dak @ 7bar	600L/ dak @ 7bar

 

Doğrusallık	± 21 TP 1 t	± 0.1 ～ 1%	± 0.2 ~ 5%	± 11%
Tekrarlanabilirlik (Tam boyut)	±. 11 tp1t
Akış çözünürlüğü (adım boyutu)	0.1 litre/ dk	0.1 ～ 0.2L/dak	0.2 ～ 0.75L/dak	1L/dak
Kaydırma çözünürlüğü (adım boyutu)	12. 7um		25.4um
Çalışma sıcaklığı aralığı	0 ~ 84 °C
Conta	Standart FKM veya diğer seçilmiş contalar
Kontrol sinyali	DC: 0 ~ 10V (veya 4 ~ 20mA)
Güç kaynağı	DC: 24V (12W)

(Şekil 4 Kaolu FC elektrikli iğne valfinin teknik özellikleri)

4.Yerli PID kontrolörü ve elektronik iğne valfinin değerlendirme testi Değerlendirme testinde, 1 torç aralığına sahip bir kapasitör basınç göstergesi kullanılır ve giriş valfi olarak elektronik iğne valfi kullanılır ve kontrol testi yukarı akış modunda gerçekleştirilir. Önce vakum pompasını tam hızda pompalamak için açın ve ardından PID kontrolörünün PID parametrelerini yaklaşık 68Pa'da otomatik olarak ayarlayın. Ayarlama tamamlandıktan sonra 12, 27, 40, 53, 67, 80, 93 ve 107 pa'nın 8 ayar noktası kontrol edilir. Tüm kontrol işlemi sırasında vakum derecesinin değişimi Şekil 5'te gösterilmektedir.

Şekil 5'teki eğrinin kontrol etkisi dalgalanma ile temsil edilir ve dalgalanma Şekil 6'da gösterildiği gibi farklı vakum basınçları altında elde edilir. Şekil 6'dan görülebileceği gibi, tüm basınç aralığında sadece 12Pa kontrol edildiğinde, oynaklık 1%'den fazladır. Açıkçası, 68Pa kendi kendine ayarlanan PID parametrelerinin 12Pa basınç kontrolüne uygulanması uygun değildir. Ayrıca ayrı PID parametresi kendi kendine ayarlama gerektirir.

Elektronik iğne valfi https://www.genndih.com/proportional-flow-control-valve.htm