摘要：本文提出了相应的解决方案，以实现低压到高压（或负压到正压）之间的单向或交替连续精确控制。根据不同的真空压力范围，详细介绍了不同的调节阀配置和技术参数。
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一、背景介绍
在一些真空压力应用中，气压往往需要在低压和高压(负压到正压)之间单向或交替变化，整个变化过程需要精确控制。这方面的典型应用主要包括:
（1）压力传感器校准装置：对于一些覆盖负压到正压的测量范围的压力传感器，校准室需要模拟负压到正压的真空压力环境。在校准过程中，应在低压到高压范围内设置多个校准点，并根据从高到低（或从低到高）连续控制和测量。
(2)人肺器官性能研究装置:通过正压和负压变化控制呼吸过程，研究肺器官的动力学特性，指导和改进呼吸机及相关仪器。
（3）大气压力环境模拟装置：在各种航空飞机、机动车、电气仪表等行业，需要在大气压力模拟环境中进行评估和测试，相应的大气压力模拟室也需要在正负压范围内连续控制，有时甚至需要在正负压之间快速变化，模拟飞机高度快速变化的动态特性。
（4）医院隔离室的正负压转换：许多医院的手术室大多是正压室。随着新型冠状病毒的出现，正压室需要转换为负压室，甚至需要在正压和负压之间转换。
（5）闪蒸工艺：闪蒸工艺是使液体在正负压快速变化环境中形成过热并快速挥发成蒸汽而起到快速干燥作用，同时可用来增加液体对固体的渗透。
（6）机械手软气动发动机：大多数用于弯曲发动机的软气动发动机采用正压或负压，正负压发动机的弯曲力组合成单个发动机结构，产生较大的阻力，仍能产生较大的弯曲变形，为软机器人夹具提高了有效的技术手段。
本文将提出相应的解决方案，以实现低压到高压（或负压到正压）之间的单向或交替连续精确控制。并详细介绍不同的调节阀配置和技术参数。
二、技术方案
正负压范围连续控制的基本原理如图1所示，其目的是精确控制真空压力容器中气压从低压到高压（或从高压到低压）的连续单调变化（或往复变化）。以下是控制原理的具体内容：
(1)基于真空压力容器进出动态平衡的控制原理是典型的闭环控制电路。PID控制器采集压力传感器信号，比较设定值，调整进气和抽气调节阀的开度，最终使传感器测量值相对于设定值，实现真空压力的准确控制。
（2）为了覆盖低压到高压的整个真空压力范围，至少配置两个真空压力传感器分别负责负压和正压。PID控制器是对应低压和高压范围的双通道控制PID控制器可以根据不同的真空压力范围自动切换传感器。
（3）控制回路中分别配备了真空泵（负压源）和高压气源（正压源），以提供足够的低压和高压能力。
（4）当控制从低压变为高压时，进气调节阀的开度(进气流量)远小于抽气调节阀的开度(抽气流量)，通过自动调节进出气流达到不同的平衡状态，实现不同的真空压力控制。最终进气调节阀的开度逐渐远大于抽气调节阀的开度，从而实现从低压到高压范围内一系列设定点的连续精密控制。从高压到低压的变化控制正好相反。
三、具体配置方案
本文所提出的技术方案包括了两个部分，以覆盖以下两个不同的真空压力范围。
(1)绝对压力7bar至最低0.01mbar（1Pa）。
真空压力范围内的控制系统结构如图2所示。
在图2所示的控制系统中，由于高真空的精确控制，电动针阀的正压耐压仅为7bar，因此，该配置的控制系统高压控制范围决定不超过7bar。
图2所示的控制系统采用大直径电动球阀作为排气调节阀，主要用于大容量封闭容器的真空压力控制。如果真空压力的连续控制应在小体积封闭容器中实现，则排气调节阀可采用小直径电动针阀。
此外，对于需要正负压快速交变控制的应用场合，进排气调节阀响应速度较高，需要响应速度较快的电针阀。
(2)绝对压力15bar至最低15mbar（1.5kPa）
为了满足更高压力的需要，需要解决图2方案中的高压瓶颈。因此，用真空气控制背压阀代替图2中高压耐压差的电动针阀，可以大大拓宽高压范围，但应在低压范围内做出相应的牺牲。高压控制系统结构如图3所示。
图3所示的负压为正压控制系统，采用真空背压阀调节进出气流，背压阀驱动采用气动背压阀。由于采用气控真空背压阀，高压控制范围可提高到15bar，但相应的负压也增加到15mbar。如有必要，高压上限可以进一步提高，但低压下限也可以提高。
在图3所示的先导阀驱动背压阀控制方法中，除了将整个控制范围转移到高压端外，还具有两个特点。一是背压阀可制成大直径，适用于大容器的真空压力控制。二是背压阀响应速度快，可满足正负压往复交变的快速控制。
四、总结
通过上述技术方案，真空压力在正负压范围内的连续控制和往复交变控制可以完全实现，高的控制精度和速度。
本文解决方案技术成熟度高，涉及电动针阀、电动球阀、背压阀和PID控制器是上海依阳实业有限公司独有的标准产品，其他真空计、压力计、先导阀、真空泵、高压源也是市场上的标准产品。
本文的技术方案仅介绍了技术路线的细节。在具体实施过程中，还需要根据具体应用中的技术指标要求进行匹配和细化，如使用PLC控制和增加防护截止阀。