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微波真空干燥（MVD）真空度、溫度和速度的精確控制
閱讀：557 發(fā)布時間：2022-8-9
真空微波干燥是微波加熱技術與真空技術相結合的一種新型微波能源應用技術。它具有微波加熱干燥和真空干燥的優(yōu)點，克服了傳統真空干燥溫度高、時間長、能耗大的缺點。在材料干燥過程中，干燥溫度范圍一般為30~60℃，真空范圍一般為0.01~95kPa，干燥產量高，質量好，加工成本低，能耗低，同時通過溫度和真空度控制可以精確控制水分等優(yōu)點。此外，在低溫低壓下干燥時，氧含量低，干燥材料的氧化反應減弱減慢，保證了材料的風味、外觀和顏色，易于干燥熱敏材料，特別是中藥提取物提取物、肉類食品、化學原料、水果和農產品的低溫干燥，具有的優(yōu)勢。
由于真空微波干燥技術采用低壓水沸點低的原理，結合微波加熱快、均勻、能耗低的特點，真空溫度、溫度和速度是真空微波干燥技術應用中的三個關鍵控制參數。目前，控制設備粗糙、真空控制效果差、產品質量差，主要體現在以下方面：
?。?）對于不同物料，干燥過程中所需的真空度、溫度和轉速*不同，真空度的變化范圍非常寬泛，如從0.01kPa至95kPa，因此，需要在寬范圍內準確測量和控制真空度，對于不同的真空度，需要不同的控制方法。
?。?）真空度的變化會嚴重影響蒸發(fā)溫度，微波加熱后的溫度變化會導致真空度的快速升高。真空度和溫度是一組相互影響的變量。為了保證產品質量，真空度控制需要響應速度快，使干燥過程中的真空度始終恒定，不受溫度變化的影響，恒定后的真空度波動率較小。
?。?）除了控制真空度和溫度(微波加熱功率)外，還需要選擇和控制旋轉速度，以確保微波加熱材料的均勻性。
?。?）因為不同物料需要不同的PID控制參數和工藝參數，要求控制器具有多程序和多參數存儲功能，便于在使用過程中隨時調用，提高整個干燥過程的自動化水平。
本文將針對上述問題提出相應的解決方案，介紹可用于真空微波干燥的集成真空溫度、溫度和速度控制器，介紹步進電機驅動的耐腐蝕數控針閥和電動球閥，可以精確控制真空微波干燥過程。
在真空微波干燥過程中，需要精確控制真空度、溫度和轉盤速度。目前，我國常用的控制方案普遍簡單。
在真空度控制系統中，采用了與以往真空度控制不同的方法，即在真空腔上增加了一路進氣通道，采用了響應速度快的數控針閥、電動球閥和高精度多通道控制器。該方案具有以下兩個突出特點：
(1)真空度為0.01~95kPa范圍內的精確控制小于±波動率1%。具體實施真空度小于10torr控制采用上游模式，即全電動球閥后調整數控針閥；真空度大于10torr時間控制采用下游模式，即開啟恒定數控針閥后調節(jié)電動球閥。同時，快速響應型閥門和控制器能保證溫度變化對真空度的影響最小。
(2)2通道集成PID控制器可以同時控制真空度、溫度和轉盤速度。測量、控制和顯示真空度和溫度的兩個獨立通道，報警輸出通道可用于控制轉盤速度或旋轉電機啟動和停止。
為了實現真空微波干燥中真空度、溫度和速度的精確控制，我們已經開發(fā)出來了VPC-2021系列24高精度可編程PID如圖2所示，通用控制器系列PID控制器功能強大，性價比高。
VPC-2021系列控制器的主要性能指標如下：
(1)精度:24位A/D，16位D/A。
(2)采樣速度:50ms。
(3)多種輸入參數:47種輸入信號(熱電偶、熱電阻、直流電壓)，可連接各種溫度和真空度傳感器進行測量、顯示和控制。
(4)多種輸出形式:16位模擬信號 、2A (250V AC)繼電器、22V/20mA固態(tài)繼電器，3A/250VAC可控硅。
(5)多通道:獨立1或2通道輸出。2通道可同時測量和控制溫度和真空，報警輸出通道可用于控制旋轉電機。
(6)多功能:正反、正反雙向控制、加熱/制冷控制。
（7）PID程序控制：改進型PID算法，支持PV先控制微分和微分?？纱鎯?0組分組PID，支持20條程序曲線(每條50段)。
(8)通信:兩線制RS485，標準MODBUSRTU 通訊協議。
(9)顯示方式:數碼館和IPS TFT真彩液晶。
(10)軟件:控制器的操作和數據采集存儲可以通過軟件計算機實現。
(11)外觀尺寸:96×96×87mm(開孔尺寸92×92mm)。
為了實現真空度控制過程中的高精度調節(jié)，我們開發(fā)了一系列不同流量的電子針閥，如圖3所示。該系列數控針閥的磁滯遠小于電磁閥，并在1秒內有高速響應，特別是氟橡膠（FKM）密封技術使閥門具有的耐腐蝕性。
NCNV系列數控針閥配備步進電機驅動電路模塊，為數控針閥提供所需的電源和控制信號，并將直流信號轉換為雙極步進電機的步進控制 RS485 直接控制串口通信，規(guī)格尺寸如圖5所示。
在真空微波干燥中使用數控針閥時，也可以通過開環(huán)控制將針閥安裝在真空泵前端，而不是電動球閥，通過調節(jié)抽氣流量來控制真空度。但是，這種開環(huán)控制方法的穩(wěn)定性較差，難以滿足較高的穩(wěn)定性要求。因此，一般建議在圖1中采用閉環(huán)控制方法，即在真空腔上增加一路進氣控制閥，通過調整進氣流量和排氣流量，實現真空度的精確控制
與傳統電動球閥不同，LCV-DS該系列電動球閥具有以下突出特點：
(1)響應速度小于7秒，特殊定制可將響應速度提高到1秒以內。
(2)密封性能好，保護等級好IP67可用于低壓和真空范圍內的氣流調節(jié)。
(3)銅加不銹鋼齒輪設計，精度高，輸出扭矩大。
(4)外形小，結構緊湊，安裝簡單，適合設備小型化。
(5)運行電流低，可用電池供電。
(6)壽命長達7萬次至10萬次。