德鲁克PACE压力控制器的控制速率优化方法，文章来源于德鲁克Druck。PACE系列压力控制器凭借其诸多优良特性，包括控制速率、控制精度、带载能力及控制稳定性等，已成为业界所广泛认可的压力控制器产品系列。在这篇文章节里，我们将着重描述在控制速率是用户的核心考量时，如何优化PACE系列压力控制器以使其更好地满足用户的使用需求。

一、PACE控制器设置

二、气源与连接

三、设备维护

四、性能对比测试
 

对于用户来说，最有效地发挥PACE5000/PACE6000性能，使之与应用匹配的方式是充分了解PACE内置的各项设置属性。用户可以在PACE的控制菜单中找到下文所提到的各项设置。

变换速率

对于多数应用场景来说，最佳的变换速率设置是将其设置为“最大速率”，这将使PACE采用最快速的控制算法。但是在某些应用中，例如负载较大、容积较为复杂或被测设备有迟滞误差的时候，将变换速率设置为“线性”并设置合适的变换速率则是更好的选择。此外，“线性”设置也适合缓慢而精准的升压、降压更为重要的场合（当最快速的控制速率并不是优先考虑要素时）。

过冲

为了使控制速率更快，“过冲”选项应被使能。这并不意味着在控压时一定会出现过冲，仅是在某些时候为了使控压更快而允许过冲的产生。如果被测件对于过冲敏感，则选择“无过冲”选项即可。

限度内

PACE压力控制器可提供行业中少有的10ppmFS (0.001%FS)控制稳定性，许多时候可达到5ppm甚至1ppm（一些市面上可选的产品可达到30ppm）。然而，如果用户希望进一步提升控制速率，可以选择通过牺牲一部分控制稳定性来对其进行进一步提升，例如将“限度内”设置为更大的值，例如50ppm。该选项可在“管理员设置”中找到。PACE可提供在所设置的时间内其控制稳定性在所设置限度内的数据。

主动/被动/零表压模式

与上述几项设置不同，控制模式设置与控制速率无关，其作用在于可以在无泄漏或低泄漏的测试系统中帮助用户优化测量不确定度。

在主动模式中，控制器会通过补偿小的压力泄漏和热效应来连续保持设定点的压力值不变。而在被动模式下，用户可为设定点压力定义容限，默认与仪器精度相等。当所控制的压力进入该范围时，控制器会自动关闭。随后，如果测量的压力超出该带宽时，控制功能会自动启动将压力重新稳定限制在容限范围内。如果该被动模式用于无泄漏且热稳定性好的系统，则可以在对仪器测量的不确定度计算中将控制稳定性的影响除去。

在零表压模式中，当控制器压力稳定在零表压时，控制功能会关闭，置零电磁阀会打开。当输入一个新的设定点时，置零电磁阀会关闭，控制器会开始控制压力至新的设定点值。
 

气源与连接在优化压力控制器的使用时非常重要，而且往往容易被使用者所忽略。

压力源

压力源的稳定是精准且快速的压力控制的必要条件。正压源压力应被稳定控制在压力模块110%FS及最大工作压力(MWP)之间，且保证其与控制器的压力连接的气流未被限制（例如连接管路越短越好，且最好保证管路内径在6mm及以上），否则控制器的控制速度将会受限。此外，在控制器正压口附近安装一个比所需负载压力具有更大容量的储压罐也可以提升控制器的响应质量，其原理一定程度上类似于电路设计中耦合电容的作用。

类似的建议同样适用于真空源、负压源及控制器的负压端口。

压力连接

我们推荐在所有的压力连接中采用6mm及以上内径的连接件和管路，在不必要的情况下移除限流器，并且确保压力转接件对控制速率未产生负面影响。

大气影响

在表压压力控制器中，由于类似气温变化、甚至是开关门等环境因素会造成控制器所处环境中微小的气压变化，可能会对压力参考端产生一定的影响。因此，我们推荐使用参考端口缓冲接头，以减小环境变化对参考端压力的影响。
 

为了确保PACE压力控制器的性能，我们推荐以一定频率（例如每年1次）对其进行维护和校准。用户可以联系德鲁克进行原厂校准，当然该工作也可以在各地的计量院所完成。
 

PACE系列压力控制器的性能在业内具有良好的口碑。由于本文主要关注其在使用中的控制速率，我们希望采用更加量化的方式来说明PACE产品控制速率的优势。在实验中除了PACE压力控制器，我们还选择了市场上常见的两款友商产品：

- 产品A：数据手册显示其具备在15s内完成50ml容腔的10%FS增压控制

- 产品B：数据手册显示其20s（典型值）

在实验中，我们将PACE、产品A和产品B在不同待测容腔和不同压力变化下进行性能对比，同时在实验1和实验3中进行了3次压力循环（事实上在完全相同的设置下，压力循环之间不可能完全相同，但是PACE仍然在这两次实验中展示出了良好的重复性）。

如4次实验结果所示，PACE的控制速率在实验中最大可高于对照组产品约5.5倍，在更大的容腔和更大的压力变化时这一优势将更加明显。此外值得注意的是PACE在实验中将控制稳定性的“限度内”选项设置为了10ppm。

在所有的测试中，PACE均设置为最大的变换速率，采用1升的源容积。此外，实验中也在气路中安装了一只外部传感器以独立记录压力变化，所有的压力值设置和采集均采用远程控制。

 

PACE 82s典型值(72s最优值)， A = 212s， B = 353s；注：对照组设备均设置为快速控制模式。

PACE至100%FS的时间为99s典型值(75s最优值)， A = 158s， B =202s

PACE 37s典型值(27s最优值)， A = 106s， B = 204s

PACE至100%FS的时间为59s典型值(38s最优值)， A = 102s， B =217s

通过以上试验可知，PACE系列压力控制器相比友商产品A及友商产品B在控制速率上具备较大的性能优势。当然，如前文所述，在计量校准实验室中以及压力相关产品的量产测试中对压力控制器的要求有所不同。因此从本文所进行的实验中我们可以得到的结论是，基于其他条件完全相同这一前提下，在压力产品的大规模量产中，PACE相比于产品A将提升186%的产能，这一数据对于产品B将是451%。

在实际应用中，压力控制器最重要的三个性能指标即控制精度、控制稳定性及控制速度在不同情况下会有不同的重要程度。PACE压力控制器在这三个方面的优异性能使之可以在不同行业的不同应用中均具备良好的适用性，从计量实验室到量产产线，从汽车行业到航空行业，均已获得了广泛的应用及认可。
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