Решение для точного регулирования вакуумного давления

Композитные материалы на основе смол и волокон используются в качестве высокоэффективных теплоизоляционных материалов в таких областях, как промышленные печи, противопожарная защита, в качестве утеплительных материалов и теплозащитных экранов для высокоскоростных космических аппаратов. Эти высокопористые материалы эффективно защищают нижележащую конструкцию от окружающих источников тепла, обеспечивая газовый буфер при высоких температурах, а их низкая плотность минимизирует массу полезной нагрузки высокоскоростных космических аппаратов.

Из-за высокой пористости композитов на основе смол и волокон газы могут легко проходить через абляционный материал. Например, газы пиролиза, образующиеся при разложении фенольных смол, проходят через обугленную структуру, прежде чем покинуть материал, и могут вступать в реакцию с волокнами. Аналогичным образом, реагенты из пограничного слоя могут проникать в микроструктуру материала и перемещаться внутри пор. Этот газотранспорт оказывает существенное влияние на общую реакцию материала.

Поведение потока через пористые структуры часто характеризуется проницаемостью, которая является ключевым параметром характеристик материала при моделировании потока в пористых средах, поскольку проницаемость контролирует передачу импульса внутри среды. Измерение проницаемости материалов, особенно проницаемости материалов, испытываемых при высоких температурах, обычно осуществляется методом стационарного состояния, то есть между верхним и нижним концами образца создается стабильная разница давлений, а проницаемость рассчитывается в соответствии с законом Дарси путем измерения потока газа, протекающего через образец.

В работе представлен метод измерения высокотемпературной проницаемости волокнистых композитных материалов в стационарном режиме, а также схематическое изображение структуры испытательной системы, однако не объясняется, как сформировать стабильную и высокоточную разницу давлений, что является ключевым моментом в испытании проницаемости в стационарном режиме.

Для того чтобы действительно реализовать метод измерения магнитной проницаемости при высоких температурах в стационарном режиме, особенно для имитации межзвездной среды и создания регулируемой в широком диапазоне и точно стабильной разницы вакуумного давления по обеим сторонам исследуемого образца, в данной статье предлагается следующее решение для управления вакуумным давлением.

Для регулирования вакуума в буферных камерах до и после буфера установлены две идентичные системы регулирования вакуума. Каждая система регулирования в основном состоит из двух вакуумметров с тонкопленочными конденсаторами, двух электрических игольчатых клапанов и двухканального регулятора вакуумного давления. Конкретные модели и характеристики приведены ниже:

(1) Вакуумный манометр для тонкопленочных конденсаторов: диапазон 1 Торр и 1000 Торр, точность измерения ±0,25% от показания.

(2) Электрический управляющий игольчатый клапан: модели NCNV-20 и -120, линейность 0,1~2%, повторяемость 1%, время отклика 1 секунда.

(3) Двухканальный регулятор вакуумного давления: независимые два канала, 24-битный АЦП, 16-битный ЦАП и минимальная выходная мощность 0,01%, интерфейс связи RS485 с самоинтеграцией параметров ПИД-регулятора и стандартный протокол MODBUS, а также компьютерное программное обеспечение.

 

В процессе вакуумирования каждой буферной камеры необходимо обращать внимание на следующие этапы работы:

(1) Для управления в диапазоне низкого вакуума 10~1000 Торр используется режим регулировки выхлопа, то есть пропорциональный регулятор давления КаоЛу, отвечающий за регулирование потока воздуха на входе, регулируется в фиксированном положении для обеспечения постоянного потока воздуха на входе, а затем автоматически управляется электрический игольчатый клапан, отвечающий за регулирование потока выхлопа.

(2) Для управления в диапазоне высокого вакуума 0,1~10 Торр используется режим регулировки подачи воздуха, то есть пропорциональный регулятор давления КаоЛу, отвечающий за регулирование потока выхлопных газов, управляется таким образом, чтобы при полной скорости выхлоп был зафиксирован на 100%, а затем автоматически управляется электрический игольчатый клапан, отвечающий за регулирование потока воздуха на входе.

(3) Двухканальный регулятор вакуумного давления имеет два независимых канала автоматического ПИД-регулирования, к первому входному каналу подключен вакуумметр с диапазоном 10 Торр, ко второму входному каналу — вакуумметр с диапазоном 1000 Торр, первый выходной канал подключен к электрическому игольчатому клапану управления, отвечающему за подачу воздуха, а второй выходной канал подключен к пропорциональному регулятору давления КаоЛу, отвечающему за отвод воздуха.

Пропорциональный регулятор давления от компании Kao Lu обладает следующими преимуществами и характеристиками:

(1) Пропорциональный регулятор давления КаоЛу более практичен и позволяет обеспечить постоянный контроль давления на входе и выходе образца. Разность давлений между двумя концами образца может быть установлена и отрегулирована произвольно, что больше соответствует модели испытания на проницаемость в стационарном состоянии.

(2) Пропорциональный регулятор давления КаоЛу обладает широкими возможностями применения и масштабируемостью. Например, изменяя параметры соответствующих компонентов, его можно применять для вакуумных давлений в различных диапазонах и обеспечивать точный контроль различных перепадов давления и соответствующих испытаний на проницаемость.

(3) Пропорциональный регулятор давления Kao Lu позволяет проводить измерение проницаемости при различных рабочих газах путем изменения источника газа высокого давления, а также может осуществлять контроль разницы вакуумного давления и испытания на окислительные свойства после смешивания нескольких газов, что обеспечивает большую гибкость.

(4) Что еще более важно, пропорциональный регулятор давления Kao Lu оставляет интерфейсный канал для последующего отбора проб остаточного газа и его анализа, который можно удобно подключить к масс-спектрометру и микропотоковому регулируемому клапану утечки, так что масс-спектрометр может анализировать газ, протекающий через исследуемый образец.

(5) Управление вакуумным давлением в растворе осуществляется с помощью компьютерного программного обеспечения, которое позволяет отлаживать и управлять всей системой управления непосредственно через интерфейс компьютерного программного обеспечения. Кривые изменения различных параметров процесса в процессе управления автоматически сохраняются. Таким образом, нет необходимости писать какое-либо программное обеспечение управления, и система управления может быть быстро создана, что значительно упрощает создание экспериментального устройства и проведение испытаний.