微波真空干燥（MVD）真空度、温度和速度的精确控制
真空微波干燥是微波加热技术与真空技术相结合的一种新型微波能源应用技术。它具有微波加热干燥和真空干燥的优点，克服了传统真空干燥温度高、时间长、能耗大的缺点。在材料干燥过程中，干燥温度范围一般为30~60℃，真空范围一般为0.01~95kpa，干燥产量高，质量好，加工成本低，能耗低，同时通过温度和真空度控制可以精确控制水分等优点。此外，在低温低压下干燥时，氧含量低，干燥材料的氧化反应减弱减慢，保证了材料的风味、外观和颜色，易于干燥热敏材料，特别是中药提取物提取物、肉类食品、化学原料、水果和农产品的低温干燥，具有的优势。
由于真空微波干燥技术采用低压水沸点低的原理，结合微波加热快、均匀、能耗低的特点，真空温度、温度和速度是真空微波干燥技术应用中的三个关键控制参数。目前，控制设备粗糙、真空控制效果差、产品质量差，主要体现在以下方面：
（1）对于不同物料，干燥过程中所需的真空度、温度和转速*不同，真空度的变化范围非常宽泛，如从0.01kpa至95kpa，因此，需要在宽范围内准确测量和控制真空度，对于不同的真空度，需要不同的控制方法。
（2）真空度的变化会严重影响蒸发温度，微波加热后的温度变化会导致真空度的快速升高。真空度和温度是一组相互影响的变量。为了保证产品质量，真空度控制需要响应速度快，使干燥过程中的真空度始终恒定，不受温度变化的影响，恒定后的真空度波动率较小。
（3）除了控制真空度和温度(微波加热功率)外，还需要选择和控制旋转速度，以确保微波加热材料的均匀性。
（4）因为不同物料需要不同的pid控制参数和工艺参数，要求控制器具有多程序和多参数存储功能，便于在使用过程中随时调用，提高整个干燥过程的自动化水平。
本文将针对上述问题提出相应的解决方案，介绍可用于真空微波干燥的集成真空温度、温度和速度控制器，介绍步进电机驱动的耐腐蚀数控针阀和电动球阀，可以精确控制真空微波干燥过程。
在真空微波干燥过程中，需要精确控制真空度、温度和转盘速度。目前，我国常用的控制方案普遍简单。
在真空度控制系统中，采用了与以往真空度控制不同的方法，即在真空腔上增加了一路进气通道，采用了响应速度快的数控针阀、电动球阀和高精度多通道控制器。该方案具有以下两个突出特点：
(1)真空度为0.01~95kpa范围内的精确控制小于±波动率1%。具体实施真空度小于10torr控制采用上游模式，即全电动球阀后调整数控针阀；真空度大于10torr时间控制采用下游模式，即开启恒定数控针阀后调节电动球阀。同时，快速响应型阀门和控制器能保证温度变化对真空度的影响最小。
(2)2通道集成pid控制器可以同时控制真空度、温度和转盘速度。测量、控制和显示真空度和温度的两个独立通道，报警输出通道可用于控制转盘速度或旋转电机启动和停止。
为了实现真空微波干燥中真空度、温度和速度的精确控制，我们已经开发出来了vpc-2021系列24高精度可编程pid如图2所示，通用控制器系列pid控制器功能强大，性价比高。
vpc-2021系列控制器的主要性能指标如下：
(1)精度:24位a/d，16位d/a。
(2)采样速度:50ms。
(3)多种输入参数:47种输入信号(热电偶、热电阻、直流电压)，可连接各种温度和真空度传感器进行测量、显示和控制。
(4)多种输出形式:16位模拟信号 、2a (250v ac)继电器、22v/20ma固态继电器，3a/250vac可控硅。
(5)多通道:独立1或2通道输出。2通道可同时测量和控制温度和真空，报警输出通道可用于控制旋转电机。
(6)多功能:正反、正反双向控制、加热/制冷控制。
（7）pid程序控制：改进型pid算法，支持pv先控制微分和微分。可存储20组分组pid，支持20条程序曲线(每条50段)。
(8)通信:两线制rs485，标准modbusrtu 通讯协议。
(9)显示方式:数码馆和ips tft真彩液晶。
(10)软件:控制器的操作和数据采集存储可以通过软件计算机实现。
(11)外观尺寸:96×96×87mm(开孔尺寸92×92mm)。
为了实现真空度控制过程中的高精度调节，我们开发了一系列不同流量的电子针阀，如图3所示。该系列数控针阀的磁滞远小于电磁阀，并在1秒内有高速响应，特别是氟橡胶（fkm）密封技术使阀门具有的耐腐蚀性。
ncnv系列数控针阀配备步进电机驱动电路模块，为数控针阀提供所需的电源和控制信号，并将直流信号转换为双极步进电机的步进控制 rs485 直接控制串口通信，规格尺寸如图5所示。
在真空微波干燥中使用数控针阀时，也可以通过开环控制将针阀安装在真空泵前端，而不是电动球阀，通过调节抽气流量来控制真空度。但是，这种开环控制方法的稳定性较差，难以满足较高的稳定性要求。因此，一般建议在图1中采用闭环控制方法，即在真空腔上增加一路进气控制阀，通过调整进气流量和排气流量，实现真空度的精确控制
与传统电动球阀不同，lcv-ds该系列电动球阀具有以下突出特点：
(1)响应速度小于7秒，特殊定制可将响应速度提高到1秒以内。
(2)密封性能好，保护等级好ip67可用于低压和真空范围内的气流调节。
(3)铜加不锈钢齿轮设计，精度高，输出扭矩大。
(4)外形小，结构紧凑，安装简单，适合设备小型化。
(5)运行电流低，可用电池供电。
(6)寿命长达7万次至10万次。
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由于真空微波干燥技术采用低压水沸点低的原理，结合微波加热快、均匀、能耗低的特点，真空温度、温度和速度是真空微波干燥技术应用中的三个关键控制参数。目前，控制设备粗糙、真空控制效果差、产品质量差，主要体现在以下方面：
（1）对于不同物料，干燥过程中所需的真空度、温度和转速*不同，真空度的变化范围非常宽泛，如从0.01kpa至95kpa，因此，需要在宽范围内准确测量和控制真空度，对于不同的真空度，需要不同的控制方法。
（2）真空度的变化会严重影响蒸发温度，微波加热后的温度变化会导致真空度的快速升高。真空度和温度是一组相互影响的变量。为了保证产品质量，真空度控制需要响应速度快，使干燥过程中的真空度始终恒定，不受温度变化的影响，恒定后的真空度波动率较小。
（3）除了控制真空度和温度(微波加热功率)外，还需要选择和控制旋转速度，以确保微波加热材料的均匀性。
（4）因为不同物料需要不同的pid控制参数和工艺参数，要求控制器具有多程序和多参数存储功能，便于在使用过程中随时调用，提高整个干燥过程的自动化水平。
本文将针对上述问题提出相应的解决方案，介绍可用于真空微波干燥的集成真空温度、温度和速度控制器，介绍步进电机驱动的耐腐蚀数控针阀和电动球阀，可以精确控制真空微波干燥过程。
在真空微波干燥过程中，需要精确控制真空度、温度和转盘速度。目前，我国常用的控制方案普遍简单。
在真空度控制系统中，采用了与以往真空度控制不同的方法，即在真空腔上增加了一路进气通道，采用了响应速度快的数控针阀、电动球阀和高精度多通道控制器。该方案具有以下两个突出特点：
(1)真空度为0.01~95kpa范围内的精确控制小于±波动率1%。具体实施真空度小于10torr控制采用上游模式，即全电动球阀后调整数控针阀；真空度大于10torr时间控制采用下游模式，即开启恒定数控针阀后调节电动球阀。同时，快速响应型阀门和控制器能保证温度变化对真空度的影响最小。
(2)2通道集成pid控制器可以同时控制真空度、温度和转盘速度。测量、控制和显示真空度和温度的两个独立通道，报警输出通道可用于控制转盘速度或旋转电机启动和停止。
为了实现真空微波干燥中真空度、温度和速度的精确控制，我们已经开发出来了vpc-2021系列24高精度可编程pid如图2所示，通用控制器系列pid控制器功能强大，性价比高。
vpc-2021系列控制器的主要性能指标如下：
(1)精度:24位a/d，16位d/a。
(2)采样速度:50ms。
(3)多种输入参数:47种输入信号(热电偶、热电阻、直流电压)，可连接各种温度和真空度传感器进行测量、显示和控制。
(4)多种输出形式:16位模拟信号 、2a (250v ac)继电器、22v/20ma固态继电器，3a/250vac可控硅。
(5)多通道:独立1或2通道输出。2通道可同时测量和控制温度和真空，报警输出通道可用于控制旋转电机。
(6)多功能:正反、正反双向控制、加热/制冷控制。
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