회전식 증발기: 진공, 온도 및 회전 제어를 위한 통합 컨트롤러와 내식성 디지털 제어 밸브

회전식 증발기: 진공, 온도 및 회전 제어를 위한 통합 컨트롤러와 내식성 디지털 제어 밸브

요약: 현재 다양한 실험실에서 회전식 증발기는 여러 가지 방식으로 제작되고 있습니다. 증발기 진공 제어와 관련하여 국내 고객들은 일반적으로 고가의 해외 진공 제어 시스템을 대체하고, 진공 제어의 프로그래밍 및 자동화 수준을 향상시키며, 진공 제어의 정확성과 안정성을 개선하고, 제어 밸브의 내식성 문제를 해결할 것을 요구합니다. 심지어 온도, 진공도, 회전 속도를 동시에 프로그래밍할 수 있는 컨트롤러를 요구하는 경우도 있습니다. 본 논문은 사용자들의 개선 요구 사항에 맞춰 이에 대한 해결책을 제시하고, 증발기 온도, 진공도 및 회전 모터 제어에 특화된 고유량 비례 밸브와 같은 관련 제품을 소개합니다.

1. 사용자 요구사항

회전식 증발기는 실험실에서 흔히 볼 수 있는 장비입니다. 증발기의 전자 제어를 통해 플라스크 안의 용매는 적절한 회전 속도, 온도 및 진공도 조건에서 빠르게 증발됩니다. 일반적인 회전식 증발기의 작동 진공 범위는 1~760mmHg(절대 진공)입니다. 특정 용도에서는 다양한 혼합물의 요구 사항에 따라 진공도를 설정하고 제어합니다. 간단하고 일반적인 실험실 장비인 회전식 증발기는 실험실에서 직접 제작할 수도 있고, 시중에서 다양한 사양으로 주문 제작할 수도 있습니다. 현재 일부 사용자 실험실에서 사용 중인 회전식 증발기에 대해 사용자들은 다음과 같은 측면에서 명확한 요구 사항을 제시하고 있습니다.

(1) 일부 실험실은 수입 회전 증발기를 갖추고 있지만, 더 비싼 진공 제어기도 별도로 갖춰야 하므로 이를 국내 제품으로 교체하기를 희망합니다.

(2) 국내 자체 제작 회전식 증발기는 다기능 고정밀 진공 제어기를 장착하여 시험 과정의 컴퓨터 제어 프로그래밍 및 자동화를 달성할 것으로 예상됩니다. 여러 세트의 제어 과정 설정 곡선을 저장하여 직접 불러올 수 있기를 바랍니다. 컴퓨터는 시험 프로그램을 설정하고 전체 제어 과정의 변화를 표시합니다.

(3) 현재 국제 및 국내 회전식 증발기의 진공 제어 프로세스는 일반적으로 밸브 온-오프 또는 진공 펌프 시작-정지 방식을 채택하고 있습니다. 제어 정확도와 안정성이 약합니다. 연속적으로 조절 가능한 개방을 갖는 고속 디지털 비례 밸브를 사용하는 것이 바람직합니다.

(4) 최근 국제 및 국내 회전 증발기의 진공 제어 장치에 사용되는 고유량 비례 밸브는 일반적으로 내식성이 부족하여 부식성 가스 및 액체에 내성이 있는 진공 조절 밸브를 사용하는 것이 바람직합니다.

(5) 자체 제작한 회전식 증발기의 경우 기기의 복잡성과 작동을 줄이고 통합 및 자동화 수준을 향상시키기 위해 온도 제어, 진공 제어 및 회전 제어를 통합할 수 있기를 바랍니다.

본 논문은 상기 요구사항에 대한 대응 솔루션에 초점을 맞춰, 증발기에 특화된 통합 온도, 진공 및 회전 제어기와 스테퍼 모터로 구동되는 내식성 니들 밸브를 소개하며, 이를 통해 회전식 증발기의 다양한 시험 요구사항을 충족할 수 있음을 보여준다.

2. 로컬 24비트 고정밀 다기능 컨트롤러

카오루(Kao Lu)는 회전식 증발기의 온도, 진공도 및 회전 속도의 시험 및 프로그램 제어를 위해 그림 1과 같이 VPC 시리즈 24비트 고정밀 프로그래밍 가능 PID 범용 컨트롤러를 개발했습니다. 이 PID 컨트롤러 시리즈는 매우 뛰어난 성능과 비용 효율성을 자랑합니다.

VPC 시리즈 컨트롤러의 주요 성능 지표는 다음과 같습니다.

(1) 정밀도: 24비트 A/D, 16비트 D/A.

(2) 최대 샘플링 속도: 50ms.

(3) 다양한 입력 매개변수: 47개의 입력 신호(열전대, 열저항, DC 전압)를 다양한 온도 및 진공 센서에 연결하여 측정, 표시 및 제어할 수 있습니다.

(4) 다양한 출력 형태: 16비트 아날로그 신호, 2A(250V AC) 릴레이, 22V/20mA 솔리드 스테이트 릴레이, 3A/250VAC SCR.

(5) 다중 채널: 독립적인 1채널 또는 2채널 출력. 2채널을 통해 온도와 진공도를 동시에 측정 및 제어할 수 있으며, 경보 출력 채널을 사용하여 회전 모터의 시작-정지를 제어할 수 있습니다.

(6) 다기능: 전진, 후진, 전진 및 후진 양방향 제어, 가열/냉방 제어.

(7) PID 프로그램 제어: 개선된 PID 알고리즘은 PV 차동 및 차동 선행 제어를 지원합니다. 20개의 PID 그룹을 저장할 수 있으며 20개의 프로그램 곡선(각각 50개 세그먼트)을 지원합니다.

(8) 통신: 2선 RS485, 표준 MODBUS RTU 통신 프로토콜.

(9) 표시 모드: 디지털 홀 및 IPS TFT 트루 컬러 LCD.

(10) 소프트웨어: 컨트롤러의 작동과 데이터 수집 및 저장은 소프트웨어 컴퓨터를 통해 이루어질 수 있습니다.

(11) 치수: 96×96×87mm (구멍 크기 92×92mm).

3. 스테퍼 모터는 내식성 고속 니들 밸브를 구동합니다.

진공도 제어 과정에서 고정밀 조정을 구현하기 위해 Kao Lu는 그림 2와 같이 스테퍼 모터를 사용하는 전자식 니들 밸브 기반의 다양한 유량의 고유량 비례 밸브 시리즈를 개발했습니다. 이 시리즈는 솔레노이드 밸브보다 자기 히스테리시스가 훨씬 작고 1초 이내의 고속 응답 속도를 제공합니다. 특히 FKM 밀봉 기술을 적용하여 우수한 내식성을 확보했습니다. 자세한 기술 사양은 그림 3에 나와 있습니다.

(그림 3. 카오루 FC 고유량 비례 밸브의 기술 지표)

FC 시리즈 고유량 비례 밸브는 스테퍼 모터 구동 회로 모듈을 갖추고 있으며, 이 모듈은 FC 고유량 비례 밸브에 필요한 전원 및 제어 신호를 제공하고, DC 신호를 양극 스테퍼 모터의 스텝 제어 신호로 변환하며, RS485 직렬 통신을 통한 직접 제어도 지원합니다. 모듈의 사양 및 크기는 그림 4에 나와 있습니다.

자세한 내용은 https://ko.kaolu-co.com/proportional-flow-control-valve/mid-flow-proportional-valve-0-130L-min.html 을 참조하십시오.

회전식 증발기에 수치 제어 방식의 고유량 비례 밸브를 사용할 경우, 개루프 제어 방식을 통해 진공 펌프의 전단에 고유량 비례 밸브를 설치하고 펌프 유량을 조절하여 진공도를 제어할 수 있습니다. 그러나 이러한 개루프 제어 방식은 안정성이 떨어지고 고순도 요구 조건을 충족하기 어렵습니다. 이 문제를 해결하기 위해 폐루프 제어 방식을 채택할 수 있는데, 즉 증발기에 공기 흡입 제어 밸브를 추가하여 공기 흡입 유량과 배출 유량을 조절함으로써 진공도를 정밀하게 제어할 수 있습니다.