Korkea-tarkkuuspaineen ja virtauksen säätöratkaisu steriileihin nestejärjestelmiin, joissa käytetään sähköistä puristusventtiiliä

Tarkka paineen ja virtauksen ohjaus steriileissä nestejärjestelmissä on aina ollut kriittinen tekninen vaatimus sellaisilla aloilla kuin biofarmaseuttiset tuotteet, ruoka ja juoma sekä laboratorioanalyysit. Tässä artikkelissa ehdotetaan suljetun -silmukan ohjausratkaisua, joka perustuu sähköiseen puristusventtiiliin, ja tutkitaan vaihtoehtoisia menetelmiä, joilla voidaan täyttää tarkat ohjausvaatimukset eri käyttöolosuhteissa.

 

I. Tekninen tausta ja haasteet
Puristusventtiili, joka on kosketukseton{0}}nesteen ohjauskomponentti, käyttää ulkoista mekaanista voimaa muuttamaan elastisen putken sisähalkaisijaa, mikä saavuttaa virtausreitin päälle/pois ja virtauksen säätelyn. Koska venttiilin runko ei kosketa suoraan nesteeseen, tämä tekniikka soveltuu erityisen hyvin steriileihin, syövyttäviin tai erittäin{2}}puhtaisiin nesteiden käsittelyyn. Perinteisissä sähköisissä puristusventtiileissä ei kuitenkaan ole automaattisia takaisinkytkentämekanismeja, mikä tekee tarkan paineen ja virtauksen säädön saavuttamisen vaikeaksi.

 

II. Suljetun-silmukan ohjausjärjestelmän suunnittelu
Tämä ratkaisu rakentaa täydellisen suljetun -silmukan ohjausjärjestelmän, joka koostuu käyttöyksiköstä, anturiyksiköstä, käyttöyksiköstä ja ohjausyksiköstä:

1. Käyttöyksikkö:Käyttää pumppua nestevirtalähteenä varmistaakseen jatkuvan väliaineen virtauksen letkun läpi.

Tunnistinyksikkö:

• Paineanturi: Valvoo putkiston painetta reaaliajassa{0}}ja muuntaa sen vakiosignaaliksi.
• Virtausanturi: Tunnistaa tarkasti nestevirtauksen muutokset.

2. Toimintoyksikkö:Sähköinen puristusventtiili (käyttöjännite 24 VDC, tukee 0-5V/0-20mA ohjaussignaaleja), yhteensopiva putkien kanssa, joiden ulkohalkaisija on enintään 7 mm ja seinämän paksuus 0,5-2 mm, säädettävä puristusväli 0,5-2 mm.

3. Ohjausyksikkö:Käyttää VPC2021-sarjan tarkkaa ohjelmoitavaa PID-ohjainta, joka tukee 47 tyyppistä anturin signaalituloa, varustettu edistyneillä toiminnoilla, kuten kaskadiohjauksella ja jaetun-alueen ohjauksella, sekä 24-bittiset AD / 16-bittinen DA-muunnosmoduulit, joiden lähtötarkkuus on 0,01 %.

Järjestelmän työnkulku: Pumppu ohjaa nestettä joustavan letkun kautta. Anturit keräävät paine-/virtaustietoja reaaliajassa-ja välittävät ne ohjaimelle. Säädin vertaa asetusarvoa todelliseen arvoon PID-algoritmin avulla ja antaa tarkan ohjaussignaalin puristusventtiilin aukon säätämiseksi muodostaen suljetun-silmukan ohjauksen.

 

III. Järjestelmän optimointi ja vaihtoehtoiset ratkaisut
Vaikka sähköinen puristusventtiiliratkaisu tarjoaa etuja, kuten nopean vasteen ja suuren tarkkuuden, siihen liittyy letkun paineensietokykyyn liittyvä riski. Kun sisäinen vastapaine ylittää letkun toleranssirajan, se voi johtaa putken repeytymiseen. Siksi ehdotetaan kolmea turvallisempaa vaihtoehtoista ratkaisua:

• Muuttuvan taajuuden pumpun ohjausjärjestelmä: Säätää pumpun nopeutta muuttaakseen lähtöpainetta.
• Ruiskupumppuratkaisu: käyttää tarkkuusjohtoruuvia ruiskun työntämiseen mikro{0}}nesteen annosteluun.
• Overlay Pressure Control System: Saavuttaa paineensiirron säätämällä kaasun painetta nestesäiliön yläosassa.

Näistä peittopaineen säätöratkaisu toimii poikkeuksellisen hyvin mikro-virtauksen hallinnassa, ja se soveltuu erityisesti skenaarioihin, kuten mikrofluidisiruihin, jotka vaativat erittäin-korkeaa tarkkaa ohjausta. Mikro-putkelle, jonka sisähalkaisija<1mm, using a syringe pump or pressure controller instead of the pinch valve solution is recommended.

 

IV. Teknisten etujen vertailu
Thesähköinen puristusventtiiliratkaisu tarjoaa yksinkertaisen rakenteen ja alhaisten kustannusten etuja tavanomaisessa letkuohjauksessa, kun taas päällekkäisillä paineensäätö- ja ruiskupumppuratkaisuilla on enemmän etuja mikro{0}}virtauksen ohjauksessa ja paineen vakaudessa. Käytännön sovelluksissa sopiva ohjausratkaisu tulee valita nesteen ominaisuuksien, tarkkuusvaatimusten ja budjettirajoitusten perusteella.

Tätä ohjausjärjestelmää on sovellettu menestyksekkäästi skenaarioissa, kuten bioreaktoreissa, soluviljelyjärjestelmissä ja farmaseuttisissa täyttölinjoissa, mikä on varmistanut sen luotettavuuden ja soveltuvuuden steriilin nesteen ohjaukseen. Modulaarisen suunnittelun ansiosta tämä ratkaisu voidaan laajentaa joustavasti monikanavaisiksi monikanavaisiksi ohjausjärjestelmiksi, mikä tarjoaa uuden teknisen polun teollisuuden nesteiden ohjaukseen.