โซลูชันการควบคุมการไหลและความดันที่แม่นยำสูง-สำหรับระบบของไหลปลอดเชื้อโดยใช้วาล์วบีบแบบไฟฟ้า

ความดันและการควบคุมการไหลที่มีความแม่นยำสูง-ในระบบของเหลวปลอดเชื้อถือเป็นข้อกำหนดทางเทคนิคที่สำคัญมาโดยตลอดในสาขาต่างๆ เช่น ชีวเภสัชภัณฑ์ อาหารและเครื่องดื่ม และการวิเคราะห์ในห้องปฏิบัติการ บทความนี้นำเสนอโซลูชันการควบคุมวงปิด-โดยใช้วาล์วหนีบไฟฟ้า และสำรวจวิธีการอื่นเพื่อให้ตรงตามข้อกำหนดการควบคุมที่แม่นยำภายใต้สภาวะการทำงานที่แตกต่างกัน

 

I. ภูมิหลังทางเทคนิคและความท้าทาย
วาล์วหนีบเป็นส่วนประกอบควบคุมของไหลแบบไม่สัมผัส- ทำงานโดยใช้แรงทางกลภายนอกเพื่อเปลี่ยนเส้นผ่านศูนย์กลางภายในของท่อยางยืด ดังนั้นจึงทำให้เกิดการเปิด/ปิดเส้นทางการไหลและการควบคุมการไหล เนื่องจากตัววาล์วไม่ได้สัมผัสกับของเหลวโดยตรง เทคโนโลยีนี้จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับสถานการณ์การจัดการของเหลวที่ผ่านการฆ่าเชื้อ มีฤทธิ์กัดกร่อน หรือมีความบริสุทธิ์สูง- อย่างไรก็ตาม วาล์วหนีบไฟฟ้าแบบดั้งเดิมไม่มีกลไกป้อนกลับอัตโนมัติ ทำให้การควบคุมแรงดันและการไหลที่แม่นยำทำได้ยาก

 

ครั้งที่สอง การออกแบบระบบควบคุมลูปแบบปิด-
โซลูชันนี้สร้างระบบควบคุมลูปปิด-ที่สมบูรณ์ ซึ่งประกอบด้วยหน่วยขับเคลื่อน หน่วยตรวจจับ หน่วยสั่งการ และหน่วยควบคุม:

1.หน่วยไดรฟ์:ใช้ปั๊มเป็นแหล่งพลังงานของของไหลเพื่อให้แน่ใจว่าตัวกลางจะไหลผ่านท่ออย่างต่อเนื่อง

หน่วยตรวจจับ:

• เซ็นเซอร์วัดแรงดัน: ตรวจสอบแรงดันท่อแบบเรียลไทม์-และแปลงเป็นสัญญาณมาตรฐาน
• Flow Sensor: ตรวจจับการเปลี่ยนแปลงการไหลของของไหลได้อย่างแม่นยำ

2.หน่วยการดำเนินการ:วาล์วบีบแบบไฟฟ้า (แรงดันไฟฟ้าขณะทำงาน 24VDC รองรับสัญญาณควบคุม 0-5V/0-20mA) ใช้งานได้กับท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกน้อยกว่าหรือเท่ากับ 7 มม. และความหนาของผนัง 0.5-2 มม. โดยมีช่องว่างการหนีบที่ปรับได้ 0.5-2 มม.

3.หน่วยควบคุม:ใช้ตัวควบคุมแบบตั้งโปรแกรมได้ PID ที่มีความแม่นยำสูง- ซีรีส์ VPC2021 ซึ่งรองรับอินพุตสัญญาณเซ็นเซอร์ 47 ประเภท พร้อมด้วยฟังก์ชันขั้นสูง เช่น การควบคุมคาสเคดและการควบคุมการแบ่งช่วง- และมีโมดูลการแปลง AD 24 บิต / 16 บิต DA ที่มีความแม่นยำเอาต์พุต 0.01%

ขั้นตอนการทำงานของระบบ: ของไหลถูกขับเคลื่อนโดยปั๊มผ่านท่อที่มีความยืดหยุ่น เซ็นเซอร์รวบรวมข้อมูลความดัน/การไหลแบบเรียลไทม์-และส่งไปยังตัวควบคุม ตัวควบคุมจะเปรียบเทียบเซ็ตพอยต์กับค่าจริงโดยใช้อัลกอริธึม PID และส่งสัญญาณควบคุมที่แม่นยำเพื่อปรับการเปิดวาล์วบีบ ทำให้เกิดการควบคุมแบบลูปปิด-

 

III. การเพิ่มประสิทธิภาพระบบและโซลูชั่นทางเลือก
แม้ว่าโซลูชันวาล์วบีบแบบไฟฟ้าจะมีข้อดี เช่น การตอบสนองที่รวดเร็วและความแม่นยำสูง แต่ก็มีความเสี่ยงที่เกี่ยวข้องกับความทนทานต่อแรงดันของท่อ เมื่อแรงดันต้านภายในเกินขีดจำกัดความทนทานของท่อ อาจทำให้ท่อแตกได้ ดังนั้นจึงเสนอทางเลือกอื่นที่ปลอดภัยกว่าสามวิธี:

• ระบบควบคุมปั๊มความถี่แปรผัน: ปรับความเร็วปั๊มเพื่อเปลี่ยนแรงดันเอาต์พุต
• โซลูชันปั๊มหลอดฉีดยา: ใช้ลีดสกรูที่มีความแม่นยำเพื่อดันกระบอกฉีดเพื่อจ่ายของเหลวที่มีปริมาตรน้อย-
• ระบบควบคุมแรงดันแบบโอเวอร์เลย์: ส่งผ่านแรงดันโดยการควบคุมแรงดันแก๊สที่ด้านบนของภาชนะบรรจุของเหลว

ในบรรดาผลิตภัณฑ์เหล่านี้ โซลูชันการควบคุมแรงดันแบบโอเวอร์เลย์ทำงานได้ดีเป็นพิเศษในด้านการควบคุมการไหลระดับไมโคร- โดยเฉพาะอย่างยิ่งเหมาะสำหรับสถานการณ์เช่นชิปไมโครฟลูอิดิกที่ต้องการการควบคุมที่มีความแม่นยำสูงเป็นพิเศษ- สำหรับท่อไมโคร-ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางด้านใน<1mm, using a syringe pump or pressure controller instead of the pinch valve solution is recommended.

 

IV. การเปรียบเทียบข้อดีทางเทคนิค
ที่วาล์วหยิกไฟฟ้าโซลูชันมีข้อดีของโครงสร้างที่เรียบง่ายและต้นทุนต่ำในการควบคุมท่อแบบเดิม ในขณะที่โซลูชันการควบคุมแรงดันแบบโอเวอร์เลย์และปั๊มหลอดฉีดยามีข้อได้เปรียบมากกว่าในการควบคุมการไหลระดับไมโคร-และความเสถียรของแรงดัน ในการใช้งานจริง ควรเลือกโซลูชันการควบคุมที่เหมาะสมโดยพิจารณาจากคุณลักษณะของของไหล ข้อกำหนดด้านความแม่นยำ และข้อจำกัดด้านงบประมาณ

ระบบควบคุมนี้ถูกนำไปใช้อย่างประสบความสำเร็จในสถานการณ์ต่างๆ เช่น เครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพ ระบบเพาะเลี้ยงเซลล์ และสายการบรรจุยา โดยตรวจสอบความน่าเชื่อถือและการบังคับใช้ในการควบคุมของเหลวปลอดเชื้อ ด้วยการออกแบบโมดูลาร์ โซลูชันนี้สามารถขยายได้อย่างยืดหยุ่นไปสู่ระบบควบคุมที่ซับซ้อนหลาย- ช่องทาง ซึ่งเป็นเส้นทางทางเทคนิคใหม่สำหรับการควบคุมของเหลวทางอุตสาหกรรม