ปริมาณน้ำและออกซิเจนในกล่องถุงมือ 'ตรวจพบ' เป็นอย่างไร

ในสาขาที่ล้ำหน้า เช่น การวิจัยและพัฒนาแบตเตอรี่ลิเธียม การเตรียมวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ ออปโตอิเล็กทรอนิกส์แบบอินทรีย์ และการสังเคราะห์ตัวเร่งปฏิกิริยา โดยทั่วไปแล้ว การทดลองจะดำเนินการในสภาพแวดล้อมของก๊าซเฉื่อยที่มีความบริสุทธิ์สูง เนื่องจากวัสดุที่ทำปฏิกิริยามีความไวอย่างมากต่อความชื้นและออกซิเจนในอากาศ เนื่องจากเป็นอุปกรณ์หลักสำหรับสภาพแวดล้อมนี้ การตรวจจับและควบคุมปริมาณน้ำและออกซิเจนภายในกล่องถุงมือฟอกอากาศแบบสุญญากาศจะกำหนดความสำเร็จหรือความล้มเหลวของการทดลองได้โดยตรง

แล้วยังไงกันแน่. กล่องถุงมือ สามารถตรวจจับปริมาณน้ำและออกซิเจนปริมาณเล็กน้อยในระดับ ppm และจะรักษาสภาพแวดล้อมที่สะอาดเป็นพิเศษนี้ในระยะเวลานานได้อย่างไร

I. หลักเซนเซอร์หลักสำหรับการตรวจจับน้ำและออกซิเจนในกล่องถุงมือ

ในการควบคุมปริมาณน้ำและออกซิเจนภายในช่องเก็บของให้อยู่ในระดับสูงสุด <1 ppm 'ดวงตา' ที่มีความแม่นยำสูงถือเป็นสิ่งสำคัญ นั่นคือเครื่องวิเคราะห์ออกซิเจนและเครื่องวิเคราะห์จุดน้ำค้าง ในการกำหนดค่ากล่องถุงมือก๊าซเฉื่อยที่มีความแม่นยำมาตรฐาน ช่วงการวัดและกลไกการทำงานของเซ็นเซอร์ทั้งสองนี้มีข้อกำหนดทางเทคนิคที่เข้มงวด

1. การตรวจสอบความเข้มข้นของออกซิเจนแบบเรียลไทม์: เครื่องวิเคราะห์ออกซิเจน

ในระบบกล่องถุงมือในห้องคลีนรูม โดยทั่วไปแล้ว ช่วงการวัดค่าของเครื่องวิเคราะห์ออกซิเจนแบบทั่วไปจะได้รับการออกแบบไว้ระหว่าง 0 ถึง 1,000 ppm

หลักการทำงาน: ปัจจุบันแนวทางหลักใช้วิธีการเคมีไฟฟ้าหรือหลักการของอิเล็กโทรไลต์ของแข็งเซอร์โคเนียมออกไซด์ ยกตัวอย่างเซ็นเซอร์ไฟฟ้าเคมี เมื่อก๊าซแพร่กระจายเข้าไปในกล่องเก็บของหน้ารถและไปถึงพื้นผิวเซ็นเซอร์ ออกซิเจนจะเกิดปฏิกิริยารีดักชัน ทำให้เกิดกระแสไฟอ่อน ขนาดของกระแสนี้เป็นสัดส่วนกับความเข้มข้นของออกซิเจน ด้วยการขยายสัญญาณที่มีความแม่นยำสูงและการแปลงสัญญาณดิจิทัล ระบบควบคุมสามารถแสดงปริมาณออกซิเจนติดตามภายในช่องเก็บของได้แบบเรียลไทม์

2. การจับความชื้นปริมาณเล็กน้อยอย่างแม่นยำ: เครื่องวิเคราะห์จุดน้ำค้าง

เนื่องจากความชื้นมีผลกระทบต่อพันธะเคมีและโลหะแอคทีฟมากกว่าออกซิเจน กล่องเก็บของจึงมักติดตั้งเครื่องวิเคราะห์จุดน้ำค้างที่มีความไวสูง โดยมีช่วงการวัด 0–500 ppm

หลักการทำงาน: โดยทั่วไปวิธีนี้จะใช้เซ็นเซอร์ฟิล์มบางแบบคาปาซิทีฟหรืออิมพีแดนซ์ พื้นผิวเซ็นเซอร์ถูกปกคลุมไปด้วยสื่อฟิล์มบางที่มีความไวสูง เมื่อปริมาณโมเลกุลของน้ำในสิ่งแวดล้อมถูกดูดซับหรือถูกดูดซับ ความจุหรือความต้านทานของฟิล์มจะเปลี่ยนไปเล็กน้อย ด้วยการวัดการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางไฟฟ้าอย่างแม่นยำ ระบบจึงสามารถคำนวณอุณหภูมิจุดน้ำค้างของก๊าซแบบผกผัน แล้วแปลงเป็นความเข้มข้นเชิงปริมาตร

ครั้งที่สอง การตัดสินใจอย่างชาญฉลาด: การควบคุมการทำงานร่วมกันระหว่างเซ็นเซอร์และระบบ PLC

แค่มีความสามารถในการตรวจจับยังไม่เพียงพอ กล่องถุงมือจำเป็นต้องแปลงข้อมูลที่ตรวจพบให้เป็นคำสั่งควบคุมแบบไดนามิก สิ่งนี้ต้องการระบบควบคุมระดับอุตสาหกรรมสำหรับการได้มาและการวิเคราะห์ข้อมูล

ผู้ปฏิบัติงานไม่เพียงแต่สามารถตรวจสอบข้อมูลแบบเรียลไทม์ได้อย่างเป็นธรรมชาติผ่านแผงควบคุมเท่านั้น แต่ระบบยังดำเนินการชุดตรรกะการวินิจฉัยและการปรับตัวที่สมบูรณ์อีกด้วย: การควบคุมแรงดันแบบไดนามิกและการป้องกันแบบปรับได้: เพื่อป้องกันไม่ให้อากาศภายนอกซึมเข้าไปผ่านช่องว่างเล็กๆ หรือถุงมือยาง จะต้องรักษาแรงดันบวกเล็กน้อยให้คงที่ภายในกล่อง ภายใต้สภาวะการทำงานมาตรฐาน โดยทั่วไปความดันในการทำงานของกล่องจะถูกควบคุมอย่างแม่นยำภายใน +/- 15 มิลลิบาร์ เมื่อระบบตรวจพบแรงดันที่ผิดปกติเกิน +/- 16 มิลลิบาร์ PLC จะกระตุ้นกลไกการป้องกันโดยอัตโนมัติ โดยจะปรับการจ่ายอากาศหรือวาล์วสกัดเพื่อให้แน่ใจว่าแรงดันสมดุล จึงเป็นการตัดความเป็นไปได้ที่น้ำภายนอกและออกซิเจนจะเข้ามาทางร่างกาย

III. จากการตรวจจับไปสู่การกำจัด: การเปลี่ยนแปลงของวัสดุในระบบหมุนเวียนการทำให้บริสุทธิ์

เมื่อเซ็นเซอร์ตรวจจับความผันผวนของระดับน้ำและออกซิเจนเนื่องจากการทำงานหรือการเข้า/ออกของวัสดุ กระบวนการของกล่องเก็บถุงมือในการกำจัดสิ่งเจือปนปริมาณเล็กน้อยเหล่านี้จะขึ้นอยู่กับหน่วยทำให้บริสุทธิ์แบบหมุนเวียนเป็นหลัก

ในการหมุนเวียนแบบวงปิด พัดลมในตัวจะควบคุมก๊าซภายในกล่องไปยังคอลัมน์การทำให้บริสุทธิ์ซึ่งเต็มไปด้วยวัสดุดูดซับทางเคมีและกายภาพเฉพาะ:

การขจัดออกซิเจนด้วยสารเคมี: โดยทั่วไปคอลัมน์การทำให้บริสุทธิ์จะเต็มไปด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาทองแดงที่มีประสิทธิภาพสูง เมื่อก๊าซที่มีออกซิเจนไหลผ่าน ทองแดงจะทำปฏิกิริยากับออกซิเจนที่อุณหภูมิห้องและเกิดเป็นคอปเปอร์ออกไซด์ โดยมีความสามารถในการดีออกซิเจนเนชันครั้งเดียวสูงถึง 60 ลิตร

การคายน้ำทางกายภาพ: คอลัมน์การทำให้บริสุทธิ์ยังประกอบด้วยตะแกรงโมเลกุลประสิทธิภาพสูงในปริมาณเท่ากัน ด้วยการใช้โครงสร้างพรุนขนาดเล็กที่เป็นเอกลักษณ์และพื้นผิวที่มีขั้วสูง พวกมันดูดซับและกักขังโมเลกุลของน้ำในก๊าซทางกายภาพ โดยมีความสามารถในการคายน้ำผ่านครั้งเดียวโดยทั่วไปสูงถึง 2 กก.

ด้วยการหมุนเวียนแบบลูกสูบต่อเนื่องที่มีอัตราการไหลสูง กล่องถุงมือทำให้มั่นใจได้ว่าระดับน้ำและออกซิเจนโดยรวมภายในกล่องจะคงที่สม่ำเสมอที่ระดับทำความสะอาดเป็นพิเศษที่ <1 ppm

IV. กุญแจสำคัญในการรักษาความแม่นยำในการตรวจจับในระยะยาว: ลอจิกการสร้างใหม่อัตโนมัติของ PLC

เมื่อเวลาใช้งานเพิ่มขึ้น วัสดุการทำให้บริสุทธิ์มีแนวโน้มที่จะอิ่มตัว ซึ่ง ณ จุดนี้ข้อมูลน้ำและออกซิเจนที่เซ็นเซอร์ตรวจสอบจะแสดงการเพิ่มขึ้นเป็นระยะ ในการฟื้นฟูกิจกรรมของระบบการทำให้บริสุทธิ์ จำเป็นต้องมีการดำเนินการฟื้นฟูเป็นระยะ

โดยทั่วไป กล่องเก็บของหน้ารถสมัยใหม่จะใช้กระบวนการสร้างใหม่อัตโนมัติที่ควบคุมโดย PLC: การลดลงและการขจัดการดูดซึม: ในระหว่างขั้นตอนการสร้างใหม่ จะมีการนำอัตราส่วนเฉพาะของก๊าซผสม (โดยปกติจะเป็นส่วนผสมของก๊าซใช้งานและไฮโดรเจน) เข้าสู่ระบบ ภายใต้สภาวะการให้ความร้อนที่อุณหภูมิสูง ไฮโดรเจนจะทำปฏิกิริยากับคอปเปอร์ออกไซด์ในคอลัมน์การทำให้บริสุทธิ์เพื่อผลิตทองแดงและไอน้ำ ซึ่งถูกปล่อยออกพร้อมกับก๊าซเสียจากการฟื้นฟู ซึ่งจะช่วยฟื้นฟูตัวเร่งปฏิกิริยาทองแดง ตะแกรงโมเลกุลจะดูดซับและปล่อยความชื้นที่ถูกดูดซับผ่านการทำความร้อนที่อุณหภูมิสูง ซึ่งจะทำให้วงจรการสร้างใหม่ของระบบการทำให้บริสุทธิ์สมบูรณ์

โวลต์ บทสรุป

การตรวจจับและควบคุมน้ำและออกซิเจนในการทำให้บริสุทธิ์แบบสุญญากาศ กล่องถุงมือ ไม่ได้เป็นผลมาจากส่วนประกอบชิ้นเดียว แต่เป็นระบบวงปิดที่รวม 'การตรวจจับที่แม่นยำ - การตัดสินใจอย่างชาญฉลาด - การกำจัดที่มีประสิทธิภาพ'