ORANSAL BASINÇ REGÜLATÖRLERİ

Özet

Rayleigh-Brillouin Saçılma (RBS) spektroskopisi deneysel cihazı için, kullanıcıların ölçüm gaz haznesinin sıcaklık ve basıncının yüksek hassasiyetli kontrolüne ulaşma talepleri üzerine, bu makalede spesifik bir uygulama tanıtılmaktadır. Bu uygulamada, yüksek hassasiyetli sıcaklık kontrolü yarımiletken TEC (Termoelektrik Soğutucu) modülleri ve oransal akış kontrol valfi kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Basınç kontrolü ise yüksek hassasiyetli bir basınç sensörü, hassas bir oransal kontrol akış valfi ve 24-bit toplama hassasiyetine sahip bir PID kontrolcü içeren bir yüksek hassasiyetli vakum basınç kontrol sistemi ile sağlanmaktadır. Bu sıcaklık ve basınç kontrol şeması, sahada yaygın olarak kullanılmış ve kendini kanıtlamış bir çözümdür.

1. Teknik Gereksinimler

Müşteri gereksinimlerine göre, Şekil 1’deki Rayleigh-Brillouin Saçılma (RBS) spektroskopisinde (kırmızı kutu alanının içeriği) sıcaklık ve basıncın hassas kontrolü talep edilmektedir. Spesifik gereksinimler şunlardır:

1. Sıcaklık Aralığı: 300 K ~ 318 K; sıcaklık kontrol hassasiyeti: ±0.02 K.
2. Basınç Aralığı: 30 kPa ~ 90 kPa (mutlak basınç); basınç kontrol hassasiyeti: ±0.1 kPa; atmosfer: %99.9 Azot gazı.

2. Sıcaklık Kontrol Şeması

Oda sıcaklığına yakın yüksek hassasiyetli sıcaklık kontrolü için, Şekil 2’de gösterilen yarımiletken ısıtma ve soğutma teknolojisinin kullanılması önerilmektedir. Spesifik içerikler şunlardır:

1. Isıtma/Soğutma Modülü (TEC): Yüksek hassasiyetli sıcaklık ayarlaması için peltier etkisiyle çalışan Termoelektrik Soğutucu (TEC) modülü kullanılır.
2. Sensör: Platin direnç (PT100) veya termistör sıcaklık sensörü kullanılır.
3. PID Kontrolcü: Yüksek hassasiyetli 24-bit sıcaklık ve basınç kontrolcüsü.

3. Basınç Kontrol Şeması

Deneysel cihazın çalışması için gereken mutlak basınç aralığı 30 kPa ~ 90 kPa’dır ve bu aralıktaki basıncın herhangi bir ayarlanan noktada doğru ve sabit olması gerekmektedir. KaoLu’nun oransal kontrol akış valfini kullanmak en iyi seçimdir.

(1) Basınç Ölçümü: Basınç ölçümü için 1000 Torr (yaklaşık 133 kPa) aralığa sahip bir kapasitans basınç göstergesi kullanılır; bunun hassasiyeti ±%0.2‘ye ulaşabilir. Ölçüm için ±%0.05 gibi daha yüksek hassasiyete sahip bir vakum basınç sensörü de kullanılabilir.

(2) Kontrolcü: Yüksek hassasiyetli vakum basınç sensörünün ölçüm doğruluğunu eşleştirmek ve kontrol hassasiyetini sağlamak için 24-bit A/D toplama hassasiyetine sahip yüksek hassasiyetli PID vakum basınç kontrolcüsü kullanılır.

(3) Valf Yerleşimi: Hava haznesinin hava girişine ve egzoz portuna ayrı ayrı birer oransal akış kontrol valfi takılır. Giriş portuna doğrudan oransal akış kontrol valfi kurulur.

(4) Kontrol Prosesi: Kontrol süreci boyunca, vakum pompası açıldıktan sonra pompalama hızının sabit kalması garanti edilir.

• Öncelikle, giriş havası basıncının ve akışının sabit olması için hava girişindeki elektronik iğneli valf ayarlanır.
• Ardından, PID parametrelerinin kendi kendine ayarlanması (self-tuning) gerçekleştirilir.
• Son olarak, egzoz portunun akış hızı otomatik olarak ayarlanarak hava haznesi basıncının hassas kontrolü gerçekleştirilir.

Bu dinamik denge kontrolü sayesinde, ±0.1 kPa hassasiyet hedefine ulaşılır.