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    從應用層面上談怎麼樣選擇微型電磁閥

    儀器裝置設計工程師總是會在儀器上使用各類電磁閥,這些精密電磁閥的選擇對於醫療、環保和分析類儀器功能實現都有很大的影響。特別是資料分析類儀器裝置,所以大部分工程師需要權衡各類應用因素來考慮採用最合適的電磁閥。儀器裝置追求電磁閥輕小化使得設計者必須採用更輕、更小巧、更耐用的微型電磁閥,不恰當的篩選有可能導致儀器故障、資料分析出錯或者完全不能正常工作。設計工程師既需要考慮微型電磁閥的可靠性、耐用性,又必須考慮其輕巧性、開關反應速度、有效流量以及低功耗等效能細節。

    確保可靠性和重複性

    當儀器設計工程師在選用微型電磁閥時,常希望電磁閥能非常可靠的反覆運轉,特別是保證長時間的穩定效能即重複效能,最好是希望長時間完全沒有任何運轉波動和例外發生,這個經常成為篩選精密電磁閥的第一要素。

    例如血球取樣通道和計數通道上用的隔離電磁閥的選擇好壞通常會影響整機的重複性,高效液相色譜中四元梯度隔離閥需要響應時間越均勻、越迅速以越容易達到測試要求,如果不夠均勻性不迅速的話,在檢測靈敏性重複性上就有直觀的結果區別。

    即使是早期選擇原配件的一個大意,可能會導致嚴重的不可預料的後果。這種設計缺陷發現的越晚,修改成本就越高。因為當需要更換電磁閥時候,又需要重頭進行一系列的測試。所以這種情況下工程師一般會採用有高可靠性的電磁閥,也會特別關注電磁閥的生產過程,質量檢查和測試控制等環節。

    電磁閥與介質接觸材質

    特別是電磁閥的設計就會直接影響器件本身的可靠性,所以在設計和使用電磁閥的密封材質(與介質接觸材質)時,必須對所有的應用材質做更多的數理分析,不是簡單的防腐耐酸鹼。

    例如在分析測試儀器中,電磁閥直接接觸樣品試劑,但大多數微型隔離閥都有內部橡膠材質,在接觸樣品試劑時候都有可能會溶脹。如果沒有考慮任何設計上的預補償,那麼長時間使用後橡膠材質都會因此改變閥的引數和效能,甚至是會影響到元件到不能正常工作,從而導致整個儀器無法工作的問題。有經驗的電磁閥設計人員會考慮到閥的適用範圍,特別是化學物質的相容性等實際應用對閥的影響。

    電磁閥的開關反應時間

    電磁閥開關反應時間,它直接影響到您每組實驗數理分析結果的真實性。往往這個資料是許多業內工程師最容易忽略的關鍵指標引數之一,而且也是高品質電磁閥區分低水平電磁閥的重要指標之一,因為電磁閥開關反應時間有電磁閥的線圈、彈簧、內部結構等元件決定的,如果沒有廣泛的應用研究試驗作為設計基礎,是不可能得出準確的數值。

    例如在分析儀器中,使用夾管閥的話,從介質的特殊應用來說,確實是達到了介質與接觸材質的相容性,但電磁閥本身控制時間就出現了問題,從電磁閥柱塞與橡膠管接觸到截止流量這個過程時間遠遠超過了ms毫秒單位值了,國內華北地區的一個客戶用夾管閥的截流時間為1.63s(秒)--本身電磁閥的開關反應時間目前國際上做得很好的也就是30ms左右,加上柱塞壓制橡膠管的緩衝時間,已經是很長時間了,所以和隔離閥開關反應時間的30ms,這個數值其實遠遠大於這個理論值,這個相差時間裡導致更多的介質流量失去資料的真實性,所以分析資料的結果自然偏差很大。

    確保更長的使用壽命

    連續使用壽命是電磁閥在大多數應用下應首先考慮的引數,特別在某些應用中會需要更長的連續使用壽命。例如在醫療裝置和高運轉的儀器上,裝置要求連續運轉,要求即使使用很長時間,電磁閥出現故障次數也要最低甚至為零。經常性的維護和更換電磁閥的行為最好都儘量避免。連續高使用壽命同時也說明元器件在複雜多變的應用下有更好的可靠性。

    其實高可靠性的使用壽命保證是很難做到的,在電磁閥設計上有經驗的專家曾經提及,高使用壽命最麻煩的就是線圈、彈簧、密封件,即線圈的設計。每當電磁閥工作時候,電磁激勵會將柱塞拉起,反覆幾百萬次,會導致線圈短時間裡的續流和線圈發熱情況出現,如果線圈沒有續流穩流功能就會導致線圈燒壞,當然如果線圈溫升過高,一樣會燒壞線圈,更重要的是線圈的溫升會導熱給介質,導致整個實驗資料的失真;柱塞的密封件又同時與通道端面進行幾百萬的往復運動後,會被磨損,出現洩漏、大多數閥都會有這種情況發生,一些製造廠家透過更換彈簧或密封材料設計來解決,但實際效果不會太好。

    有經驗的應用工程師在考慮長使用壽命時,會考慮採取電磁閥線圈續流穩流這種設計,加裝電子元件線上圈裡面,這樣可以保證短時的電流衝擊導致燒線圈,同時可以降低溫升。同時對彈簧的線徑做最嚴格的要求,密封材質一般都使用國際上的杜邦作為供應商,這樣可以保證有更光潔的接觸面和更少的衝擊力,特別相比於金屬閥體的閥來說,塑膠閥體和塑膠推杆都具有更好的耐用性。

    還應該納入壽命影響因素的包括應用的液體、閥需要連續通電的時間,某些極限使用情況,如:火箭推助劑的加註機用的電磁閥,必須保證電磁閥連續工作12小時後溫升不能達到5K,一些生產廠商都會測試50萬次的使用壽命,但一些國際品牌廠家已經做到了幾千萬次的使用壽命。

    確保設計更輕小化

    幾乎每個改進儀器都需要比原先的儀器更輕,更小巧、更節能,所以每個儀器設計工程師在設計時候都需要考慮到每個元器件的尺寸。在一些精密、便捷式裝置、線上監測裝置裡面尤其需要減小電磁閥體積,電磁閥體積的減小可以更好的容納電路板,容器瓶等非閥部件。小巧的閥體機構也可以減少攜帶、運輸的不便。

    只要電磁閥的尺寸變小,設計工程師就可以預留更多的空間放到其餘結構設計上,可以讓裝置預留更多功能的擴充套件空間。對於線上監測儀器,尺寸也有一定的規定,例如酒精測試儀需要能手持隨身攜帶。線上總磷總氮儀器都包含很多微型電磁閥和動力源裝置,電磁閥的尺寸就成為設計選擇的主要因素,為其他部件騰出相應的安裝空間。

    國內傳統的閥一般比國際專業做微型電磁閥的閥大一些,設計工程師會發現即使每個閥尺寸和重量都小一點,可在有限安裝空間的整機上顯得更有優勢。

    很多傳統的閥仍舊由不鏽鋼閥身做成,新型的塑膠閥體可以顯著的減小重量。

    如果需要獲得更大的流量或減小功率都需要增加閥體重量,而閥設計人員需要在條件允許的重量和尺寸下來獲得同樣的效能。

    確保滿足應用的流量

    只要儀器小巧化趨勢一直保持,每個設計工程師都會需要同樣效能但更小巧的元器件。增加流速對於微型電磁閥來說是很關鍵的一個引數。但改變流速影響到的引數,如能耗,壓力和流速這些引數彼此之間都是有相互制約的關係。Cv()值和閥本身的內部通道設計有關。在一個方面可以反映了閥本身的流量設計水平,每個閥的Cv有可能相同,但體積就不同;而體積大小看似相似的閥,但Cv可能相差甚遠。

    當需要達到更高流速時候,總體的能耗和壓力設計都必須保證在使用者的要求之內。

    有經驗的儀器設計工程師知道即使是很小的流量增加,也能影響各種應用。例如為了加快單個測試專案的速度,排廢液或者清洗排液都需要儘快在幾秒鐘內排除,以節省佔用整臺儀器公用壓源的時間,這些時候往往選用大於測試管路的管徑。

    孔徑問題經常會增加閥選擇難度。例如一些模組閥由於內部出入口分佈不對稱, 兩個介面對流速和耐壓都會有不同的限制,在設計底板流路時候就應該對閥的安裝孔方向做出調整。

    通常情況設計人員都會權衡,高流速需要有儘可能大的孔徑,但大孔徑通常需要更大的能耗,閥體也會更大。所以需要選擇在確保可靠性上,在重量和小體積的優勢下,選擇對應應用條件下的合適流速閥體為宜,選用過大流量的閥體只會增加能耗和佔用空間,過小可能不適合使用條件,使用合適於應用的孔徑來滿足合理的應用流速是最好的選擇。

    美國PeterPaul電磁閥的流道設計不是簡單地直接鑽孔90°,我們是透過精密加工機床對閥體內部的流道進行圓角型設計加工,以減小流道阻力,我們並應用空氣動力學測試軟體、裝置對風阻係數進行測試,保證流速最大最佳化值。

    確保更節能的器件

    對於小巧化或行動式使用電磁閥的裝置來說,節能是非常重要的因素。一個良好的微型電磁閥需要最佳化電能使用,同時也要減輕閥體重量,充分利用電池或電源產生的每安培電能。

    但實際上市場上很多產品仍舊非常耗電。電磁閥的控制很多情況都可以加入PWM電路來節能,開關電源一般都採用脈衝寬度調製(PWM)技術,其特點是頻率高,效率高,功率密度高,可靠性高。這種電路使整體電能下降但也能使用保持電壓來工作,但相對的也會成本變高。閥設計工程人員經常關注尋找低能耗,更有效的線圈,對於的閥來說也就要求節能,可以增加儀器上其它器件空間和整體儀器效能。

    確保元器件匹配

    每個儀器設計工程師對元器件的認識和了解都不相同,而且在眾多的引數選擇中不可能全面的,專業的知道不同供應商產品選擇的要領,只有透過專業流體配件應用工程師的協助才能在眾多的型號中選擇適合該應用的元器件。例如公制的管件多為1mm,2mm等整數數值,而英制或美製的管件多為1.6mm(1/16″),3.2mm(1/8″)等非整數數值。產品的同類性設計可以減少選用的風險,達到與應用的各個元件的最大匹配。

    為了更好的減少各種微型電磁閥的引數選擇以及匹配各元件難度,流體配件產品工程師總是會提出一些新穎的想法。

    總結

    微型電磁閥的選擇需要根據實際應用條件和儀器本身來衡量,需要考慮在一定壓力下的可靠性、耐用性、外形、洩漏、防爆安全、開關反應時間、重量和有效流速、低功耗以及專業匹配元器件等因素。在各類中高階儀器中,需要使用的電磁閥更趨向於更高品質的電子元器件。

    價格這個不好說,看你要什麼樣的配置。更多專業的電磁閥技術資訊請參考:粉體圈

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