Cara mengontrol tekanan vakum

Bagikan lewat

Dasar-dasar pemantauan, kontrol, dan regulasi tekanan dalam sistem vakum

Dalam semua proses vakum, tekanan dalam sistem harus terus-menerus diperiksa dan, jika perlu, diatur. Selain itu, kontrol pabrik modern memerlukan semua nilai pengukuran yang penting untuk pemantauan pabrik dikirim ke stasiun pusat, pusat pemantauan dan kontrol, serta disusun dengan jelas. Perubahan tekanan sering kali dicatat dari waktu ke waktu dengan peralatan perekaman. Ini berarti ada permintaan tambahan pada pengukur vakum:

a) indikasi nilai terukur secara terus-menerus, analog dan digital sejauh mungkin
b) pembacaan nilai terukur yang jelas dan mudah
c) output perekam untuk menghubungkan instrumen perekaman atau peralatan kontrol atau regulasi
d) antarmuka Digital terintegrasi (misalnya RS 232)
e) fasilitas untuk memicu operasi switching melalui titik pemicu bawaan

Permintaan ini umumnya dipenuhi oleh semua pengukur vakum yang memiliki tampilan nilai pengukuran listrik, kecuali Diafragma Mekanis dan pengukur vakum berisi cairan. Unit kontrol terkait dilengkapi dengan output perekam yang menyediakan tegangan kontinu antara 0 dan 10 V, tergantung pada pembacaan tekanan pada skala meteran, sehingga nilai tekanan dapat dicatat dari waktu ke waktu dengan alat perekam. Jika unit switching tekanan tersambung ke output perekam pengukur, operasi switching dapat dipicu ketika nilai melebihi atau di bawah setpoint yang ditentukan. Setpoint atau nilai ambang saklar untuk memicu operasi peralihan secara langsung pada gauge disebut nilai pemicu. Selain pengukur vakum, ada sakelar tekanan diafragma yang memicu operasi peralihan (tanpa tampilan nilai terukur) melalui penguat kontak ketika tekanan tertentu tercapai. Misalnya, katup juga dapat dikontrol melalui perpindahan gigi.

Perlindungan, pemantauan, dan kontrol sistem vakum secara otomatis

Perlindungan sistem vakum terhadap malafungsi sangatlah penting. Jika terjadi kegagalan, nilai material yang sangat tinggi dapat berisiko, baik karena hilangnya seluruh sistem atau komponen utamanya, karena hilangnya batch material yang akan diproses, atau karena waktu henti produksi lebih lanjut. Oleh karena itu, kontrol dan perlindungan operasional yang memadai harus disediakan, terutama dalam kasus pabrik produksi yang besar. Faktor-faktor individual yang perlu dipertimbangkan dalam hal ini dapat digambarkan dengan baik berdasarkan sebuah contoh: Gambar 3,20 menunjukkan diagram skematis sistem pompa vakum tinggi. Bejana (11) dapat dikosongkan dengan menggunakan pompa Roots (14) atau pompa difusi (15), keduanya beroperasi bersamaan dengan pompa cadanganp (1). Pompa Roots digunakan dalam kisaran vakum sedang dan pompa difusi dalam kisaran vakum tinggi (Anda juga dapat menggunakan pompa molekul Turbo). Katup (3), (8), dan (16) dioperasikan secara elektropneumatik. Setiap komponen dioperasikan dari panel kontrol dengan tombol tekan.

Gambar 3,20 Diagram skematik sistem pompa vakum tinggi dengan pengoperasian Roots opsional

pompa atau pompa difusi.

Pompa cadangan
Perangkat pemantauan tekanan cadangan
Katup elektropneumatik
Sambungan udara bertekanan
Perangkat pemantauan tekanan
Pemantauan suhu
Perangkat pemantauan air pendingin
Katup elektropneumatik
Perekam
Perangkat pemantauan vakum tinggi
Bejana
Pengukur vakum tinggi
Sakelar batas
Pompa Roots
Pompa difusi
Katup elektropneumatik
Katup pembuangan

Tindakan untuk melindungi sistem pompa dari malafungsi

Sistem pompa harus dilindungi dari malafungsi seperti yang dijelaskan di bawah ini. Langkah-langkah yang harus diambil untuk mencegah gangguan fungsi tersebut juga dijelaskan:

a) Tindakan jika terjadi kegagalan daya: Semua katup ditutup untuk mencegah masuknya udara ke dalam bejana vakum dan melindungi pompa difusi dari kerusakan.

b) Perlindungan jika terjadi penurunan tekanan pada jaringan udara bertekanan: Udara bertekanan dipantau oleh perangkat pemantauan tekanan (5). Jika tekanan turun di bawah nilai yang ditentukan, sinyal awalnya dapat dikeluarkan atau katup dapat ditutup secara otomatis. Dalam hal ini, pasokan cadangan udara bertekanan yang memadai diperlukan (tidak ditampilkan pada Gambar 3,20), yang memungkinkan semua katup diaktifkan setidaknya sekali.

c) Tindakan apabila terjadi kegagalan air pendingin ke pompa difusi: Air pendingin dipantau oleh perangkat pemantauan aliran atau suhu (6) dan (7). Jika aliran air pendingin tidak memadai, pemanas pompa difusi dimatikan dan sinyal diberikan; katup (8) ditutup.

d) Perlindungan terhadap kegagalan pemanas pompa difusi: Interupsi sistem pemanas pompa difusi dapat dipantau oleh relai. Jika suhu naik di atas nilai maksimum yang diizinkan, perangkat pemantauan suhu (6) merespons. Dalam kedua kasus, katup (8) ditutup dan sinyal diberikan.

e) Perlindungan jika terjadi kegagalan pompa cadangan: Pompa cadangan yang digerakkan oleh sabuk harus dilengkapi sakelar sentrifugal yang mematikan seluruh sistem jika terjadi kerusakan sabuk atau malafungsi lainnya. Pompa monoblok yang drivenya dipasang langsung pada poros dapat dipantau oleh relai arus dan sejenisnya.

f) Perlindungan terhadap peningkatan tekanan di dalam bejana di atas nilai batas tertentu: Perangkat pemantauan vakum tinggi (10) mengeluarkan sinyal saat tekanan yang ditentukan terlampaui.

g) Memastikan tekanan awal kritis dari pompa difusi: Saat tekanan cadangan tertentu terlampaui, semua katup ditutup oleh perangkat pemantauan tekanan cadangan (2), pompa dimatikan dan sinyal diberikan lagi. Posisi katup (3), (8), dan (16) ditunjukkan pada panel kontrol dengan sakelar batas (13). Tekanan di dalam bejana diukur dengan pengukur vakum tinggi (12) dan direkam dengan perekam (9). Perlindungan terhadap kesalahan pengoperasian dapat diberikan dengan mengunci sakelar individu sehingga hanya dapat diaktifkan dalam urutan yang telah ditentukan sebelumnya. Misalnya, pompa difusi mungkin tidak dinyalakan saat pompa cadangan tidak berjalan atau tekanan cadangan yang diperlukan tidak dipertahankan atau sirkulasi air pendingin tidak berfungsi.

Pengaturan dan kontrol tekanan dalam sistem vakum kasar dan sedang

Kontrol dan regulasi berfungsi untuk memberikan variabel fisik - dalam hal ini, tekanan dalam sistem vakum - nilai tertentu. Fitur umumnya adalah aktuator yang mengubah pasokan energi ke variabel fisik dan dengan demikian variabel itu sendiri. Kontrol mengacu pada memengaruhi sistem atau unit melalui perintah. Dalam hal ini, aktuator dan oleh karena itu nilai aktual variabel fisik diubah secara langsung dengan variabel yang dimanipulasi. Contoh: pengoperasian katup melalui sakelar tergantung tekanan. Nilai aktual dapat berubah secara tidak diinginkan karena pengaruh eksternal tambahan. Unit kontrol tidak dapat bereaksi terhadap unit kontrol. Oleh karena itu, sistem kontrol dianggap memiliki urutan pengoperasian terbuka. Dalam hal pengaturan, nilai aktual variabel fisik terus-menerus dibandingkan dengan setpoint yang ditentukan dan diatur jika ada penyimpangan sehingga sedekat mungkin dengan setpoint. Untuk semua tujuan praktis, regulasi selalu memerlukan kontrol. Perbedaan utama adalah pengontrol di mana setpoint dan nilai aktual dibandingkan. Semua elemen yang terlibat dalam proses kontrol membentuk sirkuit kontrol. Istilah dan variabel karakteristik untuk menjelaskan proses kontrol ditetapkan dalam DIN 19226.

Secara umum, terdapat perbedaan antara kontrol diskontinu (misalnya kontrol dua langkah atau tiga langkah) dengan spesifikasi jendela tekanan, di mana tekanan dapat bervariasi, dan kontrol berkelanjutan (misalnya kontrol PID) dengan setpoint tekanan yang ditentukan, yang harus dipertahankan seakurat mungkin. Kami memiliki dua cara untuk menyesuaikan tekanan dalam sistem vakum: pertama, dengan mengubah kecepatan pemompaan (mengubah kecepatan pompa atau penyusutan dengan menutup katup); kedua, melalui masuknya gas (membuka katup). Hasilnya total 4 prosedur.

Pengaturan tekanan yang tidak berkelanjutan

Meskipun regulasi berkelanjutan tidak diragukan lagi mewakili prosedur yang lebih elegan, dalam banyak kasus regulasi dua atau tiga langkah sepenuhnya memadai dalam semua kisaran vakum. Untuk menentukan jendela tekanan, diperlukan dua atau tiga kontak saklar variabel yang bergantung pada tekanan. Di sini tidak masalah apakah kontak saklar dipasang pada pengukur dengan tampilan atau pada unit hilir atau apakah sakelar tekanan tanpa tampilan. Gambar 3,21 menggambarkan perbedaan antara regulasi dua langkah melalui penyusutan kecepatan pemompaan, regulasi dua titik melalui pengisian gas, dan regulasi tiga titik melalui kombinasi penyusutan kecepatan pemompaan dan pengisian gas. Gambar 3,22 dan 3,23 menunjukkan sirkuit dan struktur dari dua sistem regulasi dua langkah. Dalam kasus regulasi dua langkah melalui penyusutan kecepatan pompa (Gbr. 3,22), tegangan dialirkan ke katup pompa 4, yaitu terbuka saat kontak relai dalam kondisi pelepasan. Pada tingkat di bawah titik switching atas, katup tetap terbuka karena fungsi penahan mandiri relai tambahan. Hanya pada tingkat di bawah titik switching bawah, penguncian relai dilepaskan. Jika tekanan kemudian meningkat, katup dibuka kembali pada titik perpindahan atas.

Gambar 3,21 Diagram skematis regulasi dua langkah dan tiga langkah

Gambar 3,22 Regulasi dua langkah melalui penyusutan kecepatan pemompaan.

– Pengukur dengan dua titik peralihan

➁ Katup throttle
– Pompa vakum
– Katup pompa
➄ Bejana vakum

Fu - Sekering
R, Mp - Sambungan hantaran listrik 220 V/50 Hz
Smax - Titik switching untuk nilai maksimum
Smin - Titik switching untuk nilai minimum
PV - Katup pompa
R1 - Relai tambahan untuk katup pompa
K1 - Kontak relai R1
M - Perangkat pengukuran dan switching

Gambar 3,23 Regulasi dua langkah melalui masuknya gas

– Pengukur dengan dua titik peralihan
➁ Katup kebocoran variabel
– Katup saluran masuk
– Pasokan gas
➄ Katup throttle
➅ Pompa vakum
➆ Bejana vakum

Fu - Sekering
R, Mp - Sambungan hantaran listrik 220 V/50 Hz
Smax - Titik switching untuk nilai maksimum
Smin - Titik switching untuk nilai minimum
EV - Katup saluran masuk
R2 - Relai tambahan untuk katup inlet
K2 - Kontak relai R2
M - Perangkat pengukuran dan switching

Dalam kasus kontrol dua langkah melalui pengisian gas, katup saluran masuk pertama kali ditutup. Jika titik saklar tekanan atas tidak tercapai, tidak ada yang berubah; hanya jika tekanan turun di bawah titik saklar bawah, buka katup masuk gas dengan "membuat kontak" dan aktifkan relai tambahan dengan fungsi penahan mandiri secara bersamaan. Kembali ke status idle dengan penutupan katup masuk gas hanya dilakukan setelah titik switching atas terlampaui karena pelepasan fungsi penahanan relai.

Gambar 3,24 menunjukkan sistem regulasi tiga langkah yang sesuai yang dibuat dengan dua komponen yang baru saja dijelaskan. Seperti namanya, dua titik switching, titik switching bawah dari sistem regulasi melalui penyusutan kecepatan pompa dan titik switching atas dari sistem regulasi inlet gas, digabungkan.

Gambar 3,24 Sistem regulasi tiga langkah.

– Pengukur dengan tiga titik peralihan
➁ Katup kebocoran variabel
– Katup kebocoran variabel
– Katup saluran masuk
➄ Pasokan gas
➅ Katup throttle
➆ Pompa vakum
➇ Katup pompa
➈ Bejana vakum

Fu - Sekering
R, Mp - Sambungan hantaran listrik 220 V/50 Hz
Smax - Titik switching untuk nilai maksimum
Smitte - Titik peralihan untuk nilai rata-rata
Smin - Titik switching untuk nilai minimum
T - GRPAHIX TIGA
PV - Katup pompa
EV - Katup saluran masuk
R1 - Relai tambahan untuk interval pompa
R2 - Relai tambahan untuk interval inlet
K1 - Kontak relai R1
K2 - Kontak relai R2
M - Perangkat pengukuran dan switching

Untuk menghindari pemasangan yang rumit dengan relai tambahan, banyak unit menawarkan fasilitas untuk mengubah jenis fungsi nilai pemicu bawaan melalui perangkat lunak. Awalnya, Anda dapat memilih antara titik switching individu (atau "pemicu tingkat") dan titik switching yang saling terhubung ("pemicu interval"). Fungsi-fungsi ini dijelaskan pada Gambar 3.25. Dengan pemicu interval, Anda juga dapat memilih ukuran histeresis dan jenis spesifikasi setpoint, yaitu pengaturan tetap dalam unit atau spesifikasi melalui tegangan eksternal, misalnya dari 0 - 10 volt. Sistem regulasi tiga langkah (tanpa relai tambahan), misalnya, dapat disiapkan dengan Leybold CEREVAC dan GRAPHIX THREE.

Gambar 3,25 Diagram pemicu tingkat dan pemicu interval

Display and operating instruments for active sensors

GRAPHIX - Unit Pengoperasian untuk Sensor Aktif GRAPHIX Tampilan dan instrumen pengoperasian untuk sensor aktif

Pengaturan tekanan berkelanjutan

Di sini kita harus membedakan antara pengontrol listrik (misalnya pengontrol PID) dengan katup proporsional sebagai aktuator dan pengontrol diafragma mekanis. Dalam sistem regulasi dengan pengontrol listrik, koordinasi antara pengontrol dan aktuator (katup masuk gas piezoelektrik, katup masuk dengan penggerak motor, katup kontrol kupu-kupu, katup throttle) sulit karena kondisi batas yang sangat berbeda (volume bejana, kecepatan pemompaan efektif pada bejana, kisaran kontrol tekanan). Sirkuit kontrol tersebut cenderung bergetar dengan mudah saat terjadi kegagalan fungsi proses. Hampir mustahil untuk menentukan nilai standar yang berlaku secara umum.

Banyak masalah kontrol dapat diselesaikan dengan lebih baik dengan pengontrol diafragma. Fungsi pengontrol diafragma (lihat Gbr. 3,27) dapat dengan mudah diturunkan dari pengukur vakum diafragma: ujung tumpul tabung atau pipa ditutup menggunakan diafragma karet elastis (untuk tekanan referensi > tekanan proses) atau dilepaskan (untuk tekanan referensi < tekanan proses) sehingga dalam kasus terakhir, sambungan dibangun antara sisi proses dan pompa vakum. Sistem regulasi yang elegan dan kurang lebih "otomatis" ini memiliki karakteristik kontrol yang sangat baik (lihat Gbr. 3,28).

Gambar 3,27 Prinsip pengontrol diafragma

Ruang referensi
Diafragma
Sambungan pengukuran untuk ruang referensi
Katup penyesuaian tekanan referensi
Sambungan pompa
Kursi pengontrol
Ruang kontrol
Sambungan pengukuran untuk tekanan proses
Sambungan ruang proses

Gambar 3,28 Karakteristik kontrol pengontrol diafragma.

P₁ = tekanan proses, P₂ = tekanan di pompa, Pref = tekanan referensi

Untuk mencapai laju aliran yang lebih tinggi, beberapa pengontrol diafragma dapat disambungkan secara paralel. Ini berarti bahwa ruang proses dan ruang referensi juga terhubung secara paralel. Gbr. 3,29 menunjukkan sambungan dari 3 pengontrol diafragma MR 50.

Untuk mengontrol proses vakum, sering kali diperlukan untuk mengubah tekanan dalam setiap langkah proses. Dengan pengontrol diafragma, hal ini dapat dilakukan secara manual atau melalui kontrol listrik tekanan referensi.

Kontrol listrik tekanan referensi pengontrol diafragma relatif mudah karena volume referensi yang kecil selalu tetap konstan. Gbr. 3,31 menunjukkan pengaturan semacam itu di sebelah kiri sebagai gambar dan di sebelah kanan secara skematis, lihat 3.5.5 untuk contoh aplikasi dengan kontroler diafragma.

Untuk dapat mengubah tekanan referensi dan dengan demikian tekanan proses menuju tekanan yang lebih tinggi, katup masuk gas juga harus dipasang di ruang proses. Katup ini dibuka dengan sakelar tekanan diferensial (tidak terlihat pada Gambar 3,31) ketika tekanan proses yang lebih tinggi yang diinginkan melebihi tekanan proses saat ini lebih dari perbedaan tekanan yang diatur pada sakelar tekanan diferensial.

Gambar 3,29 Sambungan tiga kali lipat dari pengontrol diafragma

Gambar 3,30 Kontrol proses pengeringan vakum dengan mengatur tekanan masuk pompa vakum sesuai dengan toleransi uap air.

DC - Pengontrol diafragma
P - Pompa vakum
M - Perangkat pengukuran dan switching
PS - Sensor tekanan
V1 - Katup pompa
V2 - Katup masuk gas
TH - Gas
RC - Ruang referensi
PC - Ruang proses
CV - Katup kontrol tekanan referensi internal

Gambar 3,31 Pengontrol diafragma dengan regulasi tekanan referensi otomatis eksternal.

DC - Pengontrol diafragma
PS - Sensor tekanan proses
RS - Sensor tekanan referensi
V1 - Katup masuk gas
V2 - Katup pompa
V3 - Katup kebocoran variabel saluran masuk gas
TH - Gas
M - Perangkat pengukuran dan switching
PP - Pompa proses
RC - Ruang referensi
PC - Ruang proses
AP - Pompa tambahan
CV - Katup kontrol tekanan referensi internal

Pengaturan tekanan dalam sistem vakum tinggi dan ultra-tinggi

Jika tekanan harus tetap konstan dalam batas tertentu, keseimbangan harus diciptakan antara gas yang dimasukkan ke dalam bejana vakum dan gas yang dibuang secara bersamaan oleh pompa dengan bantuan katup atau perangkat penetrasi. Hal ini tidak terlalu sulit dalam sistem vakum kasar dan sedang karena desorpsi gas yang diserap dari dinding umumnya dapat diabaikan bila dibandingkan dengan jumlah gas yang mengalir melalui sistem. Regulasi tekanan dapat dilakukan melalui inlet gas atau regulasi kecepatan pemompaan. Namun, penggunaan pengontrol diafragma hanya dimungkinkan antara tekanan atmosfer dan sekitar 10 mbar.

Dalam kisaran vakum tinggi dan ultratinggi, di sisi lain, perkembangan gas dari dinding bejana memiliki pengaruh yang menentukan pada tekanan. Oleh karena itu, pengaturan nilai tekanan spesifik dalam kisaran vakum tinggi dan ultratinggi hanya dimungkinkan jika perkembangan gas dari dinding dapat diabaikan sehubungan dengan masuknya gas yang dikontrol melalui unit pengatur tekanan. Untuk alasan ini, regulasi tekanan dalam kisaran ini biasanya dilakukan sebagai regulasi masuk gas dengan pengontrol PID listrik. Katup kebocoran variabel yang dikontrol piezoelektrik atau servomotor digunakan sebagai aktuator. Hanya katup masuk gas semua logam yang dapat dipanggang yang harus digunakan untuk pengaturan tekanan di bawah 10-6 mbar.

Blog & Wiki Vacuum Fundamentals Vacuum measurement