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实验室的压差控制(下)

来源:上海冠戈|发布时间:2018-06-26| 浏览数:载入中...


实验室的压差控制(下)

上一章,我们讲到了实验室的压差控制,具体谈到了压差控制的一些方法和系统,这一部分将会从另个一方面了解实验室压差。




稳定性与响应速度

一般建筑技术构成的房间,它能够达到的控制压差约为2.5Pa,对于测量来说这是一个非常小的压差(信号),同样对于测量传感器的校正来说也是非常困难的。由于门的开关、生物安全柜调节门的移动、人员的运动等很多因素造成的扰动(噪声)约可达到25Pa。因此对于纯压差控制而言,其测量信号与噪声之比为1:10。这样的情形就如同测量一个湖泊的液位,要求精度在1厘米,而湖泊的波浪却有10厘米高,如果希翼得到精确的测量值,就需要很长的时间来平均波峰和波谷。在这样的情况下,如果希翼快速的响应就不可能保证精度,精度与速度(或响应时间)是矛盾的。

对于纯压差控制系统,响应时间一般要求在数分钟以内。因此,很多这样的控制系统都是牺牲稳定性来达到响应时间的要求,它在达到稳定控制之前需要在设定点附近波动相当长的时间。不幸的是,系统达到稳定控制的时间往往比扰动发生的频率长,因此系统可能整天都在波动,直到人员下班、工作结束,不再有扰动发生,系统才能够达到稳定状态。

对于“伪压差”控制系统,其测量对象是空气流速,它相对于纯压差控制更稳定、更快速一些,因为流速信号和噪音信号是与动压的开平方成比例关系,它大约能够把信号与噪声比提高到1:3。可以看出,测量对象的简单改变就可以大大改善系统的J性能。然而,即便如此,噪音依然达到了信号的3倍,当扰动发生后,控制系统仍需要超过60秒以上的时间达到稳定输出。需要注意的是,由于测量气流速度需要在房间与参照区域开孔,因此这样的控制系统对于很多场合的应用是不允许的,例如对洁净度有较高要求的场合,或高等级的生物安全实验室也不应使用。

对于压差和“伪压差”系统来说,在某些条件下会造成严重的压力问题,如在进行负压控制时,当洁净室门打开时,所有的测量信号如压差和流速都会消失。虽然一些控制器有按照预定时间锁定输出的功能来弥补这样的问题。然而,当门长时间打开时,压力控制系统就会关闭送风,以便使房间回到负压的设定点。此时,空气将会从过道(或相邻区域)被吸人打开的房间,过道(或相邻区域)的压力必然下降。而如果其他洁净室也是使用过道(或相邻区域)作为压差参照点,那么其他洁净室的压差控制器也将关闭送风,由此发生连锁反应,更多的空气被从过道(或相邻区域)吸入洁净室排走,测量压差值一直不能达到设定,而实际压力却在不断下降。同样对于正压控制也会产生类似的问题。可以想像,这将会造成整个洁净室严重的压力问题。当然,对于那些不要求严格房间压差控制,或风险评估对稳定时间以及稳定性没有较高要求的设施,并在HVAC系统设计中采取了措施(如采用双门互锁的缓冲间进行隔离)能够避免如上述问题发生的情况下,采用纯压差控制也是可行的。

相对而言,余风量(或流量追踪)控制系统的信号测量是采用流量测量装置对送风量和排风量进行测量。而送风量和排风量通常都是比较大的测量值,在这样的情况下,例如信号测量为1000CFM,而噪声(各种扰动)约能达到1000FM,信号噪声比可以高达10:1。因此,在这样的情况下,系统可以达到很高的精度、很高的稳定性以及非常迅速的响应。因此在对压差控制有较高要求的运用中,通常都推荐或要求使用这样的控制方法。

对于余风量控制系统来说,流量测量装置是影响系统性能的关键装置。一般常用的流量测量装置为热线风速传感器阵列和毕托管阵列。这样的流量测量装置有很高的精度.然而一旦有颗粒附着或堵塞在传感器上,或传感器受到腐蚀的影响时,其测量就会发生很大的偏差。对于毕托管阵列,还必须注意其在低风速时有很大的测量误差,所以应考虑其应用范围。流量测量装置的安装位置同样也需要严格按照其技术规格的说明进行选择,否则同样会造成测量的误差。

另外,在目前有一类流量控制装置出现在很多运用中。它是一种线性的、压力无关的风量调节阀,能够根据阀门位置提供相应流量反馈信号(例如文丘里阀),其标定和校正在出厂时已经由专业供货商完成。相对于单纯的流量测量装置,这种装置功能更加的集成,它在进行流量控制的同时能够进行流量测量。在实际使用时,这种压力无关装置的流量反馈精度,一般采用备份的流量测量装置进行验证。当前这样的压力无关型风量调节阀,已经在很多要求较高压差控制中取得了成功的应用。


影响压差控制的其他因素

建筑技术对压差控制的性能和效果有很大的影响,不密闭的围护结构很难建立起稳定的压力梯度。它需要有很大的余风量才能弥补很多的泄漏,当使用很大的余风量时,将向相邻空间中抽取(或排出)大量的二次空气,因此可能会造成温度、湿度控制的问题。因此必须使洁净室有一个密闭的围护结构,才能保证相应的压差和合理的气流方向。

风管的泄漏也会对余风量控制的精度和性能造成影响。如果在流量测量装置和洁净室围护结构之间,有空气泄漏出风管或进人风管,将会造成流量测量的误差从而引起压力控制显著的偏差。如果是在定压系统中,这个误差相对恒定;但如果系统的静压是波动的,这个误差也将会波动,因此控制系统非常难以采取技术措施消除这样的误差,从而造成控制性能的恶化。因此,必须要求对送风和排风管道进行泄漏检测,允许的最大泄漏率最大不应超过0.5%

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