Régulateur de pression proportionnel haute précision Kao Lu avec contrôleur PID

1. Présentation du régulateur de pression proportionnel de Kao Lu


Dans les secteurs de la biomédecine et des semi-conducteurs, les exigences en matière de micro-pression positive sont souvent élevées, nécessitant un contrôle de la pression d'une précision extrême de 0,1 % sous une micro-pression positive légèrement supérieure à la pression atmosphérique standard. Actuellement, la technologie de contrôle de micro-pression positive d'ultra-haute précision présente deux problèmes :

  1. De nombreux régulateurs de pression positive à micro-échelle utilisent directement des électrovannes proportionnelles, mais leur précision est limitée par celle du capteur et du régulateur de pression intégrés. Les électrovannes proportionnelles ne peuvent absolument pas répondre aux exigences de régulation de pression de très haute précision.
  2. Dans le domaine des essais de mesure et d'étalonnage, afin d'améliorer la précision du contrôle de la pression, on utilise souvent une structure divisée ultra-précise : un capteur de pression, un collecteur de données, un contrôleur de données et un microprocesseur sont utilisés indépendamment pour former une boucle de régulation fermée. Bien que cette méthode permette d'atteindre une très grande précision (de l'ordre de 0,01 %), son coût global élevé la rend inadaptée aux secteurs industriels et de l'instrumentation.


C’est pourquoi cet article présentele régulateur de pression proportionnel de Kao Lu . En connectant un capteur de pression ultra-précis et un contrôleur PID, et en tirant parti durégulateur de pression proportionnel de Kao Lu , la précision du contrôle de la pression est considérablement améliorée, tout en maintenant un coût global faible.

2. Comment résoudre le problème ?


Comme illustré sur la figure 1, la solution mise en œuvre repose surle régulateur de pression proportionnel de Kao Lu . Une boucle de régulation PID fermée est créée en connectant un capteur de pression de haute précision et un contrôleur PID externe, permettant ainsi une régulation de pression positive à l'échelle micrométrique avec une précision ultra-élevée de 0,1 %.

La particularité de cette solution est que le régulateur de pression proportionnel de Kao Lu est utilisé comme actionneur, et un contrôle ultra-précis nécessite un capteur de pression externe de plus haute précision et un contrôleur PID.

D’après nos précédents tests d’évaluation et l’analyse des données du processus de contrôle, nous avons conclu que, pour atteindre une précision de contrôle de 0,1 % pour les instruments de contrôle PID intégrés industriels, les indicateurs techniques suivants doivent être respectés :

  1. Le capteur externe doit présenter une précision ultra-élevée, supérieure à 0,1 %.
  2. L'actionneur externe (régulateur de pression proportionnel) doit également présenter une haute précision, mais il n'est pas nécessaire d'atteindre une précision ultra-élevée de 0,1 %. La précision globale peut atteindre 1 %, principalement en fonction de l'indicateur de vitesse du régulateur de pression proportionnel utilisé.
  3. Le nombre de bits ADC du contrôleur PID doit être d'au moins 16 bits, de préférence 24 bits.
  4. Le fonctionnement en virgule flottante du contrôleur PID doit garantir que le pourcentage de sortie a une capacité de réglage de 0,01 % à 0,05 %.
  5. Le nombre de bits du convertisseur numérique-analogique (CNA) du contrôleur PID doit atteindre au moins 14 bits, et l'idéal est de 16 bits.


D'après les exigences techniques et les résultats des tests mentionnés ci-dessus, il apparaît que pour obtenir une régulation de pression ultra-précise, il est impératif que le capteur de pression externe, le régulateur de pression proportionnel et le convertisseur analogique-numérique (CAN) du contrôleur PID répondent aux exigences de précision. La sortie de commande numérique-analogique (CNA) du contrôleur PID et les opérations en virgule flottante doivent également présenter une précision suffisante, et la précision minimale de la sortie du contrôleur PID doit être de 0,01 %.

D’après l’analyse ci-dessus, la configuration matérielle de la solution comprend principalement les éléments suivants :

  1. Capteur de pression : la précision est de 0,05 %, la plage de pression absolue est de 0,1 à 1 MPa et la tension de sortie correspondante est de 0 à 10 V.
  2. Régulateur de pression proportionnel Kao Lu : La pression maximale du gaz d'entrée est de 300 kPa, la plage de contrôle de la pression réglée est de 0 à 100 kPa, et la grandeur analogique externe sert à évaluer l'efficacité de la solution ci-dessus.
    Conformément à la configuration ci-dessus, un dispositif de test d'évaluation est construit, comme illustré sur la figure 2. Le signal d'entrée est de 0 à 10 DVC, la linéarité est inférieure à ±0,3 % FS, la répétabilité est inférieure à ±0,2 % FS et l'hystérésis est inférieure à 0,3 % FS.
  3. Contrôleur PID : ADC 24 bits, DAC 16 bits, plage ADC 0~10 V, plage DAC 0~10 V et pourcentage de sortie minimum de la commande analogique 0,01 %.

 

3. Examinerle régulateur de pression proportionnel de Kao Lu


Afin d’évaluer l’efficacité des solutions ci-dessus, un dispositif de test d’évaluation a été construit selon la configuration ci-dessus, comme indiqué sur la figure 2.



Afin de collecter, de surveiller et de stocker efficacement les données des tests d'évaluation, le contenu suivant est ajouté au dispositif de test d'évaluation de la figure 2 :

  1. Collecteur de données multicanaux
  2. Raccords de tuyauterie haute pression : Ils sont utilisés comme réservoirs sous pression et sont reliés à des capteurs de pression et à un régulateur de pression proportionnel.
  3. Ordinateur : Il sert à communiquer avec le régulateur PID et le collecteur de données. Il permet également d’installer et d’exécuter les logiciels nécessaires au contrôle, à l’acquisition, à l’affichage des courbes et au stockage des données du régulateur PID et du collecteur.

 

4. Conclusion


Grâce à la solution présentée ci-dessus et aux résultats des tests d'évaluation, il est prouvé que cette solution permet d'atteindre une précision de contrôle de pression ultra-élevée de 0,1 % pour les micro-pressions positives. Les conclusions spécifiques sont les suivantes :

  1. Le capteur de pression externe ultra-précis et le contrôleur PID peuvent améliorer efficacement la précision du contrôle de pression du régulateur de pression proportionnel de Kao Lu et atteindre un contrôle de pression ultra-précis de 0,1 %.
  2. Dans le processus de régulation de pression ultra-précise (0,1 %), la précision de mesure, la précision de régulation et le fonctionnement en virgule flottante du contrôleur PID sont les indicateurs techniques clés qui déterminent la précision globale de la régulation. La solution décrite dans cet article utilise un CAN 24 bits, un CNA 16 bits et un fonctionnement en virgule flottante de haute précision avec un pourcentage de sortie de 0,01 %, ce qui démontre sa capacité à répondre pleinement aux exigences de la régulation ultra-précise.
  3. Grâce à la solution et à la vérification par test présentées dans cet article, il est prouvé quele régulateur de pression proportionnel de Kao Lu permet un contrôle ultra-précis à moindre coût.
  4. La solution présentée dans cet article offre une grande flexibilité : il est possible de sélectionner des capteurs de pression etle régulateur de pression proportionnel Kao Lu, disponibles en différentes plages. Un contrôle ultra-précis sur différentes plages de pression est possible grâce à un contrôleur PID ultra-précis à usage général.


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