Високо{0}}прецизійне рішення для контролю тиску та потоку для систем стерильної рідини з використанням електричного пережимного клапана

Високо{0}}високоточний контроль тиску та потоку в системах стерильної рідини завжди був важливою технічною вимогою в таких галузях, як біофармацевтика, харчові продукти та напої, а також лабораторний аналіз. У цьому документі пропонується рішення із замкнутим{2}}контуром керування на основі електричного пережимного клапана та досліджуються альтернативні методи для задоволення вимог точного керування за різних робочих умов.

 

I. Технічна підготовка та проблеми
Пережимний клапан, як безконтактний компонент керування рідиною, працює за допомогою зовнішньої механічної сили для зміни внутрішнього діаметра еластичної трубки, таким чином досягаючи вмикання/вимкнення потоку та регулювання потоку. Оскільки корпус клапана не контактує безпосередньо з рідиною, ця технологія особливо підходить для сценаріїв обробки стерильних, корозійних або високо-чистих рідин. Однак традиційні електричні пережимні клапани не мають механізмів автоматичного зворотного зв’язку, що ускладнює досягнення точного контролю тиску та потоку.

 

II. Проектування системи керування із замкнутим{1}}контуром
Це рішення створює повну-систему керування із замкнутим циклом, яка складається з приводу, датчика, блоку керування та блоку керування:

1. Привід:Використовує насос як джерело живлення рідини для забезпечення безперервного потоку середовища через трубку.

Сенсорний блок:

• Датчик тиску: відстежує тиск у трубопроводі в реальному-часі та перетворює його на стандартний сигнал.
• Датчик потоку: точно визначає зміни потоку рідини.

2. Привідний блок:Електричний пережимний клапан (робоча напруга 24 В постійного струму, підтримує керуючі сигнали 0-5 В/0-20 мА), сумісний із трубками із зовнішнім діаметром менше або рівним 7 мм і товщиною стінки 0,5-2 мм, із регульованим затиском 0,5-2 мм.

3. Блок керування:Використовує високоточний програмований ПІД-регулятор серії VPC2021, який підтримує 47 типів вхідних сигналів датчиків, оснащений розширеними функціями, такими як каскадне керування та розділене-діапазон, і містить 24-розрядні AD/16-розрядні модулі перетворення DA з точністю виведення 0,01%.

Робочий процес системи: Рідина подається насосом через гнучку трубку. Датчики збирають дані про тиск/потік у реальному-часі та передають їх на контролер. Контролер порівнює задане значення з фактичним значенням за допомогою алгоритму ПІД і видає точний керуючий сигнал для регулювання відкриття пережимного клапана, утворюючи замкнутий -контур керування.

 

III. Оптимізація системи та альтернативні рішення
Хоча рішення з електричним пережимним клапаном пропонує такі переваги, як швидка реакція та висока точність, воно несе ризик, пов’язаний із допустимим тиском у трубах. Коли внутрішній протитиск перевищує межу допуску трубки, це може призвести до розриву трубки. Тому пропонуються три більш безпечні альтернативні рішення:

• Система керування насосом зі змінною частотою: регулює швидкість насоса для зміни вихідного тиску.
• Рішення для шприцевого насоса: використовує прецизійний ходовий гвинт для штовхання шприца для доставки мікро-об’єму рідини.
• Накладна система контролю тиску: забезпечує передачу тиску шляхом регулювання тиску газу у верхній частині контейнера для рідини.

Серед них рішення для контролю тиску накладення надзвичайно добре працює в області керування мікро-потоком, особливо підходить для таких сценаріїв, як мікрофлюїдні мікросхеми, які вимагають над-контролю високої точності. Для мікро-трубок із внутрішнім діаметром<1mm, using a syringe pump or pressure controller instead of the pinch valve solution is recommended.

 

IV. Порівняння технічних переваг
Theелектричний пережимний клапанРішення пропонує переваги простої структури та низької вартості у звичайному контролі трубок, тоді як рішення з накладним контролем тиску та шприцевим насосом мають більше переваг у контролі мікро-потоку та стабільності тиску. У практичних застосуваннях відповідне рішення керування слід вибирати на основі характеристик рідини, вимог до точності та бюджетних обмежень.

Ця система контролю була успішно застосована в таких сценаріях, як біореактори, системи клітинних культур і фармацевтичні лінії розливу, підтверджуючи її надійність і застосовність для контролю стерильної рідини. Завдяки модульній конструкції це рішення можна гнучко розширювати до багато-канальних комплексних систем керування, забезпечуючи новий технічний шлях для керування промисловими рідинами.