电子压力控制器应用案例: 智能EPC的选择
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电子压力控制，或称之为电子气动控制(EPC)方法被推荐使用，当机械调
节器无法满足仪器制造商的日益增长的技术需求时。这些用户需要为*终
使用者提供自动控制、错误修正以及增加的功能和便利性。EPC技术涵盖设
备的需求，压力控制范围0-150psig，低到0.005psi的范围，和地址0.001psi
的分辨率。并包括典型用途，优点以及建议的高性能EPC开发和实施指南。
“做出购买”决定
开发自己的电子
压力控制器。选择是自己做，还是根
据可用资源和时间表购买可用的EPC
技术。做出正确的选择可以大大降低
开发成本和上市时间。
在很多精度技术的组织中，很多
工程研发部门有资源
北京品超思瑞科技有限公司
2021/05
只有满足客户需求并不断适应不断
变化的市场因素，您的组织才能成功
。工程师对满足客户需求具有独特的
挑战，通常是成功组织的骨干，负责
满足绩效标准和上市时间要求
概括地说，我们每个人通常都承担着
“做得好，快但资源有限”的任务。有
一种方法可以做到并做好。您可以通
过提供功能丰富的产品，快速推向市
场，同时通过专注于核心技术来控制
成本，从而达到所需的组织结果。
同样，组织在专注于自身优势时*成
功。这使他们能够提供
给客户*大的价值。有流体需求的智
能仪器设计人员会寻找组织合作伙伴
，他们可以为他们提供完整的流体包
装，使他们能够专注于自己的优势。
图1: 电子压力控制系统(Pneutronics VSO-EP) 其中包括热补偿比例阀，压力传感器和
PID控制电路。
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他们不是在寻找“组件”提供商。他
们花费时间，**和资源进行采购，
鉴定和验证组件，使他们响应自己客
户的需求。采购可以轻松集成到其仪
器中的专用组件，可以使它们更好地
满足客户的需求并达到其组织目标。
电子压力控制器
典型的仪表级电子压力控制器由具
有相关特性的以下组件组成。阀门应
具有多种节流孔尺寸，以适合各种应
用。选择节流孔过大的计量阀可能会
导致不希望的振荡或泄漏。热补偿比
例阀的好处是解决了极低的流量或高
精度要求，因为没有热补偿的阀经常
由于与温度有关的运动或每次进入弹
性橡胶密封的气体而漂移。
选择数字或模拟压力传感器必须满足
应用的精度和可重复性要求。如果压
力传感器是数字传感器，则它必须具
有适当的位分辨率。所有传感器都应
具有温度补偿功能，以防止随着仪器
温度升高而引起与温度相��的漂移。
开发了闭环“ PID”电路，以满足应用
的增益，精度，温度漂移和响应时间
要求。电路板通常被认为是廉价的。
但是，电路设计，图稿，组件选择，
验证，测试以及相关的软件和培训很
快会变得非常昂贵和耗时。
选择不合格或过份指定的组件通常会
导致不必要的物料清单成本。
电子压力控制器通常以三种方式使用
：如图1所示的真压力控制，流量控
制和先导（例如用于液体流量控制
）。
典型的应用：
包括容器压力控制，
微流体控制，
分配控制，
精密气缸定位
以及诸如纸幅张紧，夹紧和其他工
业自动化应用之类的技术应用。
显然，机械调节又*便宜的，并且
满足了许多要求，但是，电子压力控
制的好处包括：闭环控制，多个设定
点的自动化，消除或*小化操作员干
预以及反馈给上位控制器以进行过程
控制和错误检测。
EPC与质量流量控制的比较
当将电子压力控制器配置为流量控
制器时（图2），使用质量流量控制
器类型的技术有很多好处。典型的应
用包括气相色谱仪（GC）， 既可作
为顶压和分流控制器，又可用于燃料
电池，微流体“芯片实验室”通道以及
用于环境，化学和生物检测等应用的
载气流量控制。自2001年以来，这种
情况变得越来越普遍。
专用气阻（例如，图2中所示）可以
是GC色谱柱，计量孔，多孔物质（例
如膜或燃料电池堆），喷嘴或各种检
测器（例如火焰电离检测器）。
当用于载气应用时，电子压力控制器
必须“经过分析级别清洁”，以防止污
染物干扰检测器检测痕量目标化合物
的能力。另外，弹性体型密封垫也不
能漏气。
为什么不只使用质量流量控制器进行
流量控制？
质量流量控制器中的旁路传感管价格
昂贵，因为它们的设计主要是为了使
用特殊材料和工艺兼容腐蚀性气体，
并在传感区域产生良好的层流。传感
技术相对较慢且不准确，需要在几秒
钟而不是几毫秒内获得读数。
直接感应质量流量控制器的速度有所
提高，但是，其速度仍不如EPC方法
快，EPC传感器的响应时间通常低于1
毫秒。
质量流量控制器通常是特定于气体的
，并且在不同气体的应用之间不容易
互换。另外，在与可燃气体一起使用
时，应格外小心，因为它们包含有发
热元件。
半导体级的重量
质量流量控制器不能很好地适合便携
式应用，例如化学和生物探测器，其
中尺寸，重量，速度和易用性至关重
要。线性流量同比于质量流量控制器
的控制电压是一个不错的功能，但是
电子压力控制器（EPC）的增加的速
度，更轻的重量，更小的尺寸，多种
气体的容量以及可重复性使得它们的
使用成本大大降低。
质量流量控制器的另一个广为人知的
好处是对改变背压不敏感。当使用
EPC控制流量时，使用特定应用孔口
前的压力，改变背压会导致流量差异
。使用附加的低成本压力传感器可以
很容易地对其进行监视和纠正，并且
该信息可以反馈给主控制器以进行补
偿。这特别具有成本效益，因为它提
供了与任何类型的气体一起使用的能
力，而无需使用特定于气体的流量传
感器或冗长的补偿算法。
EPC的应用于液体控制
EPC在控制液体流动方面非常有效，
如图3所示。有多种应用，
例如流式细胞仪器中鞘液和样品溶液
的水力学聚焦，
芯片实验室应用中的微流体流动，液
体通常与运动控制平台结合使用，
例如在喷墨打印和样品管理中进行分
配，
以及用于分析和**研发仪器的高速
液体处理。
此处的主要功能再次是在低至0.001
psi的范围和精度内的高精度和压力控
制。当以“空气覆盖液体”的方式引导
液体时，比例阀和传感器的兼容性不
会成为问题，因为它们没有直接接触
与液体或蒸气。因此对于于溶液的污
染或结晶，比例阀不会出现泄漏或故
障问题。
在注射泵液体分配应用中，有限的步
进电机分辨率和导杆的加工痕迹会产
生不希望的脉动流。而EPC推动液体
的方法，由于可压缩气体的阻尼作用
不容易产生脉动。
该方法比具有多气体和液体功能的质
量流量控制器便宜得多。
通过使用EPC节省的成本可用于选择
经常存在真正要求的高速液体推动技
术。
应用实例— GC
在图4中，显示了三个具有特定功能
和要求的、特定于应用的电子压力控
制器，它们构成了带有进样的GC应用
所需的典型功能。
在图4的左上角是Pneutronics高精度
VSO-HP压力控制器，用于控制纳升
体积进样的关键样品进样压力。将该
样品注入图中央以灰色显示的GC系统
的加热进样器中，以便在色谱柱环路
中分离成不同的化合物，然后进一步
检测组成样品的元素。
OEM-EP（Pneutronics）压力控制器
显示在图4的左中间，它是为便携式
压力控制应用而设计的，用于稳定地
提供分析干净的载气，该载气将通过
加热的气体携带气态样品列循环。当
样品在加热的进样器中汽化，并且其
体积显着且迅速增加时，压力控制器
必须迅速，准确地调节进样器中的合
成压力增加，以提供从色谱柱环路中
流出的**气流，满足检测器要求。
图4左下方所示的VSO-EP压力控制器
用于控制背压或多余的不需要的汽化
样品的**流量，以进行分流控制，
以防止过多的样品堵塞色谱柱环路。
发展挑战
作为设计工程师，您应该*了解仪器
开发周期中的两个关键阶段，如图5
所示。**阶段“知识获取”是在项目
开始时，您具有*大的能力来影响“
所需的组织成果”，即“及时满足客户
需求”。
在设计周期开始时做出有意识的初步
选择，以确定是根据关键压力控制要
求“制造还是购买”解决方案，这将极
大地影响您的项目时间表，控制项目
成本，减少营销时间，并使您能够专
注于您组织的专业知识并跟上您的竞
争。
尽管*初对“制造与购买”场景进行物
料清单比较可能会使您倾向于“做出”
决策，但可以通过查看设计，开发中
成本和资源的幅度来揭示真实成本。
，以及验证阶段。
通常，我们的组织是由精通他们自己
组织的核心技术的人员组成，但在其
他必需领域却缺乏。这可能表明需要
审查可用资源或外包给在该领域具有
专业知识的合适供应商，以便您满足
设计，预算和时间表要求，从而使您
能够始终专注于核心技术和能力。
比专注于所开发产品的质量更重要。
如果您决定自己制造控制器，则需要
指定，限定和验证三个主要组件以及
*终的控制器。
比例阀孔的尺寸应适当调整，以适应
增益和流量，以防止振荡，确保足够
的响应时间，精度等，并且所需的流
量和压力测量测试设备必须在应用要
求的范围内是准确的并且可追溯。阀
门所需的电控制信号必须与要设计的
驱动电路兼容，无论是
PWM
，电压还
是电流控制。您选择的阀门技术的功
率
-
流量要求也必须切合实际。
压力传感器的精度和可重复性应在温
度和压力范围内进行验证。显然，这
要求测量设备的数量级更好以进行验
证。已发布的传感器规格通常不能反
映实际的应用要求，工程师通常通过
选择具有*佳已发布规格的传感器来
*大程度地降低其风险，尽管这可能
会导致不必要的物料清单费用。一个
经常被忽视的测试要**，用于验证
的台式仪表的准确度或分辨率可能比
被测设备差。
控制电路需要彻底的设计，验证，鉴
定和测试，并且需要与以前的组件类
似的开发，测试设备和专业知识。
概括
大多数知名的
都是为工业应用而
开发的，
不符合具有严格压力控制要求的仪器
制造商的需求。
这些供应商不熟悉仪器要求，并且几
乎没有价值和特定于应用程序的支持
。此外，零件供应商或分销商很少对
真正的应用需求有透彻的了解，而依
赖竞争性的已发布规范和定价策略，
而不是为其仪器提供*佳产品。对应
用程序和特定要求有深入了解的合作
伙伴可以大大加快您的开发周期，因
为它们将成为您开发团队的扩展。
能够传达您所选择的流体成分的真正
“
*终结果
”
要**重要的初始步骤
，它将帮助您的产品通过生产而使您
的预算保持不变。
无论您决定开发自己的
EPC
还是购买
可用的
EPC
，您都应该寻找可以提供
以下服务的供应商：
•
热补偿阀；
特定于应用程序的设计；
•
电子反馈；
过程控制
•
;
多种气体的兼容性；
分析洁净度；
•
良好的性价比价格；
良好的供应商
“
伙伴关系
”
；
•
应用知识和专长；
未来的发展方向。■
