Локализованный электронный клапан регулирования потока воздуха
Локальная замена газовых регулирующих клапанов INFICON VDE016 и Pfeiffer EVR116, а также ПИД-регуляторов.
Аннотация: В данной статье проводится сравнение не только с клапаном регулирования расхода воздуха VDE 016 от INFICON и газовым регулирующим клапаном EVR 116 от Pfeiffer, но и с клапаном VCC500 от INFICON и контроллером RVC 300 от Pfeiffer. Представлены соответствующие локализованные альтернативные продукты – электронные клапаны регулирования расхода воздуха и многофункциональные высокоточные ПИД-регуляторы. Также описаны соответствующие характеристики и технические показатели локализованных альтернативных продуктов.
1. Обзор
Регулирующий газовый клапан INFICON VDE 016 и Pfeiffer EVR 116 фактически является одним и тем же клапаном, различается только производитель. Как показано на рисунке 1, этот регулирующий газовый клапан представляет собой игольчатый клапан, приводимый в движение шаговым двигателем, который преобразует внешний управляющий сигнал в заданное положение иглы клапана, тем самым регулируя открытие клапана для достижения регулирования потока газа. Внешний управляющий сигнал может быть следующих трех типов:
(1) Имитационное напряжение постоянного тока (0~10 В постоянного тока)
(2) Модуль интерфейса
(3) Интерфейс RS232
Для этого газового регулирующего клапана компании INFICON и Pfeiffer предоставили соответствующие контроллеры, как показано на рисунке 2, модели следующие: INFICON: VCC500-Z; Pfeiffer: RVC 300.
В данной статье будут представлены соответствующие технические показатели для вышеупомянутых регулирующих клапанов и контроллеров, а также описаны соответствующие локализованные альтернативные продукты и их технические характеристики, чтобы предложить экономически эффективные продукты для локальной замены.
2. Технические показатели зарубежной продукции
2.1 Технические характеристики газового регулирующего клапана
Рабочие параметры регулирующих клапанов INFICON и Pfeiffer приведены в таблице 1, а технические показатели — в таблице 2.
2.2 Технические показатели контроллера
Технические показатели производительности контроллеров INFICON и Pfeiffer представлены в таблице 3.
| Режим работы | Регулирование давления, регулирование потока газа |
| Аналоговый выход | 4 канала: сигнал датчика вакуумного давления, сигнал клапана (0-10 В постоянного тока), положение клапана, опорное напряжение +10 В постоянного тока (10 мА) |
| Числовой вывод | 8 каналов: открытый клапан, закрытый клапан, положение клапана, ошибка клапана, ошибка датчика, подготовка, расхождение, состояние датчика. |
| Аналоговый вход | 2 канала: заданное значение вакуумного давления (стандартное значение), заданное значение расхода (стандартное значение) |
| Ввод числа | 8 каналов: уменьшение потока, увеличение потока, внешнее закрытие, внешнее открытие, режим потока, режим давления, открытие нагнетания, открытие выпуска. |
| Характерный | После отключения электроэнергии включите выходное напряжение, чтобы оно "достигло стандартного значения", после чего можно будет отрегулировать допуск. |
| Витрина | мбар, Па, Торр, мВ |
| Язык | английский, немецкий |
| Интерфейс связи | RS232C, RS485 |
| Тип контроллера | Автоматический ПИ-регулятор: позволяет выбирать шаг регулировки скорости от 1 до 99. PID: Пользователи могут задавать параметры. |
| Точность контроля | ±5% FS датчик |
| Точность отображения | ±0,2% от полной шкалы датчика |
| Источник питания | Напряжение 90–250 В переменного тока |
| Масса | 1,65 кг |
Исходя из вышеупомянутых технических показателей контроллеров и опыта практического применения, можно сделать вывод, что контроллеры INFICON и Pfeiffer имеют следующие недостатки:
(1) Одноканальное измерение и управление: то есть, можно собрать только один сигнал вакуумметра и один регулирующий клапан. Хотя имеется множество аналоговых и цифровых входных и выходных каналов, можно выполнить только одно замкнутое управление. Этот одноканальный контроллер не сможет охватить широкий диапазон, для которого требуется два вакуумметра.
(2) Отсутствие функции саморегулирования ПИД-регулятора: Самый большой недостаток контроллеров INFICON и Pfeiffer заключается в отсутствии функции самонастройки параметров ПИД-регулятора, что создает неудобства в практических приложениях, требуя от пользователей самостоятельного поиска подходящих параметров ПИД-регулятора. Иногда оптимальные параметры ПИД-регулятора в итоге не удается получить, что серьезно влияет на эффективность управления.
(3) Низкая точность управления: Точность управления составляет ±5% от полной шкалы датчика, что, по сути, свидетельствует о том, что схема сбора и управления в контроллере использует 12-битные АЦП и ЦАП, что является ключевым фактором, определяющим точность управления.
3. Электронный клапан регулирования воздушного потока от KaoLu заменяет регулирующие клапаны INFICON и PFA.
Регулирующий клапан INFICON и Pfeiffer представляет собой типичный электронный клапан регулирования расхода воздуха, приводимый в движение шаговым двигателем. Его рабочие характеристики очень высоки. Единственный недостаток – малый диаметр открытия игольчатого клапана, что приводит к малому расходу воздуха. Кроме того, цена слишком высока.
Для замены газового регулирующего клапана и повышения его экономичности и производительности, компания KaoLu также использовала шаговый двигатель в технологии игольчатых клапанов для локализации производства и разработала серию электронных воздушных регулирующих клапанов с различными расходами. Как показано на рисунке 3, замена реализована полностью, а цена составляет всего одну треть от зарубежных аналогов. Подробные технические характеристики показаны на рисунке 4. Более подробная информация доступна по ссылке : https://ru.genndih.com/proportional-flow-control-valve.htm
(Рисунок 3. Электронный клапан регулирования воздушного потока FC компании KaoLu)
| Модель | ФК-20 | ФК-120 | ФК-300 | ФК-1000 |
| Тип клапана | Игольчатый клапан | |||
Струя воды из катушки | 0,9 мм | 2,25 мм | 2,75 мм | 4,10 мм |
| Исполнительный механизм | Управление биполярным шаговым двигателем | |||
| Время отклика | 0,8 сек (от открытия до закрытия) | |||
| Стандартный размер | G1/8” | G3/8” | ||
| Жидкость | Инертный газ и жидкость | |||
| Контакт Материалы | Нержавеющая сталь | |||
| Диапазон давления | -1 ~ 7 бар | -1 ~ 5 бар | ||
| Максимальный поток | 50 л/мин при 7 бар | 240 л/мин при 7 бар | 290 л/мин при 7 бар | 600 л/мин при 7 бар |
| Линейность | ±2% | ±0,1 ~ 1% | ±0,2 ~ 5% | ±11% |
| Повторяемость (В полном масштабе) | ±0,1% | |||
| Разрешение потока (Длина шага) | 0,1 л/мин | 0,1 ~ 0,2 л/мин | 0,2 ~ 0,75 л/мин | 1 л/мин |
| Разрешение сдвига (Длина шага) | 12,7 мкм | 25,4 мкм | ||
| Операционный Температура Диапазон | 0 ~ 84°C | |||
| Тюлень | Стандартные уплотнения из FKM или другие варианты. | |||
| Управляющий сигнал | Постоянный ток: 0 ~ 10 В (или 4 ~ 20 мА) | |||
| Источник питания | DC: 24 В (12 Вт) | |||
(Рисунок 4. Технические показатели электронного клапана регулирования воздушного потока FC компании KaoLu)
3. Локализованный высокоточный двухканальный ПИД-регулятор заменяет контроллеры INFICON и PFA.
Для полного использования точности измерений вакуумметров (таких как емкостные пленочные манометры) требуется как минимум 16-битные аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи для сбора данных и управления контроллером. В последние годы компания KaoLu разработала серию высокоточных 24-битных универсальных ПИД-регуляторов серии FC, как показано на рисунке 5. Эта серия ПИД-регуляторов значительно превосходит зарубежные аналоги, но при этом стоит всего одну восьмую от цены зарубежных аналогов. Основные показатели её работы следующие:
(1) Точность: 24-битный АЦП, 16-битный ЦАП.
(2) Многоканальный: независимый 1-канальный или 2-канальный. 2 канала позволяют осуществлять одновременное измерение и контроль температуры и давления.
(3) Разнообразие выходных параметров: 47 видов входных сигналов (термопара, тепловое сопротивление, постоянное напряжение) позволяют одновременно тестировать, отображать и контролировать различные параметры.
(4) Многофункциональность: прямое, обратное, прямое и обратное двухстороннее управление.
(5) ПИД-регулирование: Усовершенствованный алгоритм ПИД-регулирования поддерживает дифференциальное и дифференциальное опережение зажигания. Имеется 20 групп ПИД-регуляторов.
(6) Переключение двух датчиков: Каждый канал может поддерживать переключение двух датчиков для высоких и низких температур, а также высокого и низкого вакуума. Два канала могут образовывать комбинацию управления с подключением в общей сложности четырех датчиков.
(7) Управление программой: Вы можете самостоятельно создать и сохранить до 20 программ конденсации, и вам нужно только выбрать и вызвать для запуска конденсации (режим управления программой).
При регулировании степени вакуума режим управления на выходе больше подходит для степени вакуума, близкой к атмосферному давлению, тогда как для регулирования степени вакуума менее 10 мбар требуется режим управления на входе воздуха выше по потоку. Поэтому для обеспечения полного регулирования степени вакуума можно использовать двухсенсорный и двухсторонний режим управления, как показано на рисунке 6.
В режиме управления, показанном на рисунке 6, необходимо использовать функции прямого и обратного управления, а также автоматического переключения двух датчиков двухканального контроллера серии FC-20, то есть в процессе управления различным давлением воздуха контроллер автоматически переключает соответствующий диапазон вакуумметра и выбирает соответствующий электронный клапан регулирования расхода воздуха для управления.