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在工艺技术中,压力和流量是两个相关量-类似于电气技术中的电压和电流。液体、气体或蒸汽的压力是指该介质对其周围环境施加的力,通常这种压力是驱动介质流动的动力。例如,当你打开水龙头时,市政供水系统中的压力使得水能从家里的水龙头流出。

尽管Bronkhorst以测量和控制液体、气体及蒸汽的流量而闻名,压力调节也是该公司的核心支柱之一。接下来,让我们以一款多功能的Bronkhorst压力调节器为例,深入探索压力控制的世界。


以Bronkhorst EL-PRESS压力调节器为例

压力调节器用于确保工艺压力不超过预设的设定值。在这方面,Bronkhorst EL-PRESS数字电子压力控制器可控制液体或气体的压力。该设备由压力传感器、配套阀门以及控制软件组成。

压力传感器持续测量流动介质的实际压力。智能PID控制软件将该实际值与期望的设定值进行比较,随后控制阀门。通过调节阀门,气体/液体的流动会加快或减慢,从而使介质的实际压力达到设定值,并尽可能稳定在该值附近。这是一个连续的过程。

在压力传感器内部,液体或气体流将其压力作用在弹性好的不锈钢膜片上。腔体中间的油将该压力传递至压电芯片的表面-即“真正的传感器”-该芯片将压力转换为电压信号以供进一步处理。膜片表面的厚度决定了压力范围,从几毫巴到几百巴不等。

EL-PRESS的阀门是一种比例式电磁控制阀,具有快速且平稳的控制特性。去掉控制阀的压力控制器“仅仅”是一个压力计。

压力传感器的剖面图
压力传感器的剖面图

压力调节的类型

压力调节组件的位置在很大程度上决定了压力调节的类型。在前压控制中,用于调节下游压力,传感器位于阀门的下游,例如用于使进入燃烧嘴的气流压力保持恒定。在背压控制中,用于调节上游压力,传感器位于阀门的上游,例如用于以受控方式释放化学反应容器的压力。在这些配置中,压力传感器始终最靠近需要控制压力的腔体或容器。

在差压控制中,调节的是两条(气体)管路之间的压力差。压力计放置在两条管路之间,而控制阀则安装在其中一条管路上。这可应用于例如膜测试应用中,以在膜两侧获得恒定的压差。

在过程压力控制中,调节的是带有一个流体接口的密闭容器内部的压力,通过将单个压力传感器与用于进气和泄放的双阀压力控制相结合来实现。

前压控制、背压控制和差压(ΔP)控制的示意图
前压控制、背压控制和差压(ΔP)控制的示意图

Bronkhorst 压力调节设备

以下Bronkhorst设备均包含压力传感器,因此可用于构成压力调节系统:

  • EL-PRESS系列多功能数字电子压力控制器/压力计,适用于气体和液体,测量范围从2 mbar至400 bar,可用于前压和背压控制。
  • IN-PRESS系列坚固型数字电子压力控制器/压力计,同样适用于气体和液体,测量范围2 mbar 至400 bar,配备坚固的工业级(IP65)电路板外壳,适用于工业环境。
  • IQ+FLOW系列紧凑型数字电子压力控制器/压力计,适用于气体(“黄色款”),体积小巧(0.75英寸),测量范围在0.01至10 bar之间。
  • FLEXI-FLOW Compact系列基于芯片的高度紧凑型质量流量控制器/计,适用于气体,内置两个压力传感器,分别位于入口和出口,用于测量上游和下游压力。
  • EL-FLOW Prestige系列质量流量控制器/计,适用于气体,配备“压力不敏感”选件,内置压力传感器,用于补偿入口压力波动。

压力传感器的剖面图

质量流量-压力组合控制(“Bronkhorst的专业特长”)

为了优化对流量、压力等工艺条件的控制,通常会将压力计或压力控制器与流量控制器或流量计组合使用。这种组合使用户能够控制流量的同时测量压力,或者控制压力的同时测量流量。

例如,通过这种配置,可在化学反应容器内保持所需的过程压力恒定,同时使进入的反应气体流量维持恒定。左侧的示例图中就经常应用此类组合。

在燃烧器测试应用中,将EL-FLOW质量流量计与EL-PRESS前压控制器串联组合使用
在燃烧器测试应用中,将EL-FLOW质量流量计与EL-PRESS前压控制器串联组合使用

压力调节应用

压力调节器的典型应用包括:泄漏测试台、化学反应的高压或真空测试台、岩石或沉积物的渗透性测试,以及膜渗透/分离测试。具体应用实例如:

  • 在通过CVD(化学气相沉积)法制造高品质实验室培育钻石的过程中,采用Bronkhorst EL-PRESS数字电子背压控制器,确保等离子体腔室内的低压保持所需的恒定值。
  • 锂离子电池制造过程中,为了为软包电池注液,通过Bronkhorst EL-PRESS压力控制器使电解液供应容器的压力保持恒定。
  • 在用于汽车领域燃料电池加湿的测试台中,绝压和压差由Bronkhorst IN-PRESS仪表进行控制。