Високо{0}}прецизно решение за контрол на налягането и потока за системи за стерилни течности, използващи електрически щипков клапан

Високо{0}}прецизният контрол на налягането и потока в системи със стерилни течности винаги е бил критично техническо изискване в области като биофармацевтични продукти, храни и напитки и лабораторни анализи. Тази статия предлага решение за управление със затворен -контур, базирано на електрически щипков клапан, и изследва алтернативни методи за постигане на прецизни изисквания за управление при различни работни условия.

 

I. Техническа предистория и предизвикателства
Прищипващият клапан, като без{0}}контактен компонент за управление на течността, работи чрез използване на външна механична сила, за да промени вътрешния диаметър на еластична тръба, като по този начин се постига включване/изключване на пътя на потока и регулиране на потока. Тъй като корпусът на клапана не контактува директно с течността, тази технология е особено подходяща за сценарии за работа със стерилни, корозивни или високо-чисти течности. Традиционните електрически щипкови вентили обаче нямат автоматични механизми за обратна връзка, което прави трудно постижим прецизен контрол на налягането и потока.

 

II. Проектиране на система за управление със затворен{1}}контур
Това решение изгражда цялостна система за управление със затворен -контур, състояща се от задвижващо устройство, сензорно устройство, задействащо устройство и управляващо устройство:

1. Задвижващо устройство:Използва помпа като източник на енергия за течност, за да осигури непрекъснат поток на средата през тръбата.

Сензорен модул:

• Сензор за налягане: Наблюдава налягането в тръбопровода в реално-време и го преобразува в стандартен сигнал.
• Сензор за поток: Прецизно открива промените в потока на течността.

2. Задвижващ блок:Електрически щипков вентил (работно напрежение 24 VDC, поддържа 0-5 V/0-20 mA управляващи сигнали), съвместим с тръби с външен диаметър по-малък или равен на 7 mm и дебелина на стената от 0,5-2 mm, включващ регулируема междина на прищипване от 0,5-2 mm.

3. Контролен блок:Използва PID програмируем контролер с висока{1}}прецизност VPC2021, поддържащ 47 типа входове на сензорни сигнали, оборудван с разширени функции като каскадно управление и управление на разделен-обхват, и включващ 24-битови AD / 16-битови DA модули за преобразуване с изходна точност от 0,01%.

Работен процес на системата: течността се задвижва от помпата през гъвкавата тръба. Сензорите събират данни за налягане/дебит в реално-време и ги предават на контролера. Контролерът сравнява зададената точка с действителната стойност с помощта на PID алгоритъм и извежда прецизен контролен сигнал за регулиране на отварянето на прищипващия клапан, образувайки затворен-контролен контур.

 

III. Системна оптимизация и алтернативни решения
Въпреки че решението с електрически щипков клапан предлага предимства като бърза реакция и висока прецизност, то носи риск, свързан с толеранса на налягането в тръбите. Когато вътрешното противоналягане превиши границата на толеранс на тръбата, това може да доведе до спукване на тръбата. Поради това се предлагат три по-безопасни алтернативни решения:

• Система за управление на помпата с променлива честота: Регулира скоростта на помпата, за да промени изходното налягане.
• Разтвор за помпа за спринцовка: Използва прецизен водещ винт за натискане на спринцовка за подаване на микро{0}}обем течност.
• Система за контрол на налягането при наслагване: Постига предаване на налягането чрез регулиране на налягането на газа в горната част на контейнера за течност.

Сред тях решението за контрол на налягането при наслагване се представя изключително добре в областта на контрола на микро-потока, особено подходящо за сценарии като микрофлуидни чипове, които изискват управление с ултра-висока точност. За микро-тръби с вътрешен диаметър<1mm, using a syringe pump or pressure controller instead of the pinch valve solution is recommended.

 

IV. Сравнение на техническите предимства
Theелектрически щипков клапанрешението предлага предимствата на проста структура и ниска цена при конвенционален контрол на тръбите, докато решенията за контрол на налягането с наслагване и помпата на спринцовката притежават повече предимства при микро{0}}контрол на потока и стабилност на налягането. При практически приложения подходящото решение за управление трябва да бъде избрано въз основа на характеристиките на флуида, изискванията за точност и бюджетните ограничения.

Тази система за контрол е успешно приложена в сценарии като биореактори, системи за клетъчни култури и фармацевтични линии за пълнене, като се потвърждава нейната надеждност и приложимост при контрол на стерилни течности. Чрез модулен дизайн това решение може да бъде гъвкаво разширено в много-канални сложни системи за управление, предоставяйки нов технически път за контрол на промишлени течности.