一种可调压差的洁净室的开门限制系统

北京联合大学 杨志成

设计了一种可调压差的洁净室的开门限制装置，它主要由杠杆、室压力及检测机构、气压检测端、圆形触头、弹簧、固定端压差设定机构、支点、限制轮、限制齿、连杆、输出等组成，在频繁开关门、送风机和回风机的风量变化较大时，室内外的压差达不到要求时，可以防止洁净室内空气倒灌或外泄。

洁净室是指一种悬浮粒子的浓度受控、室内的其他参数，如温度、湿度、气压按需要受控，不论外界的空气条件如何变化，洁净室内都能具有维持原先所设定的洁净度、温湿度及压力等的空间。维持洁净的方法很多，有的根据生产工艺的需要保持房间（室）保持正/负压，因此，对洁净室开门就有严格的限制，防止洁净室内空气倒灌或外泄，造成生产损失，以及产品质量安全问题。现有技术采用在洁净室与通道之间增加缓冲间技术，此技术具体是采用缓冲间对洁净室与通道隔离。此举在理想的情况下，能较好的防止洁净室内空气倒灌或外泄。但在频繁开关门、送风机和回风机的风量变化较大时，室内外的压差达不到要求，此时再开启洁净室的门，导致洁净室内空气倒灌或外泄。如何防止当洁净室内外压差变化频繁及空气对流量大时，洁净室内空气倒灌或外泄成为亟待解决的问题。

可调压差的洁净室的开门限制装置系统，用以解决当洁净室内外压差变化频繁及空气对流量大时，洁净室内空气倒灌或外泄的问题。该系统连接一用于洁净室门的开合结构，开合结构为能够使得第一室和第二室之间的门开启或闭合的结构，如图1所示，装置包括：一个杠杆，在杠杆上设有一支点；
第一室内压力及检测机构，位于杠杆上支点的一端或一侧；
第二室内压力及检测机构，位于杠杆上支点的另一端或另一侧；
压差机构，与所述第一室内压力及检测机构同侧；
一限位装置，一端与所述支点活动连接，另一端与开合结构活动连接。

可调压差的洁净室的开门限制原理：如图1所示，第一室内压力及检测机构，第二室内压力及检测机构、压差机构和限位装置。压差机构和第一室内压力及检测机构向杠杆施加第一压力，其中第一压力为所述压差机构产生的压力和第一室内压力及检测机构产生的压力之和。第二室内压力及检测机构向杠杆施加第二压力。当第一压力等于第二压力时，杠杆基于支点静止，第一室与第二室之间的门闭合；
否则，杠杆受到限位装置限制，第一室与第二室之间的门闭合，或，杠杆基于支点转动，第一室与第二室之间的门开启。其中，压差机构内的压差值是预设的非零常数压力值，压差值具体为所述第一室与所述第二室之间的压力差值。

图1 可调压差的洁净室的开门限制机械结构图

限位装置由输出轴、限制轮和限制齿组成。限制齿一端与连杆固定，另一端与限制轮上的缺口卡合。输出轴一端与限制轮轴接，另一端与开合结构活动连接，使得限制轮随着开合结构的动作而动作。

当第一压力大于第二压力时有第一压力差值，杠杆受到所述第一压力差值的压力，杠杆带动轴接于支点的连杆联动，此时，连杆转动方向与开合结构的开启方向相反，连杆受到与开合结构活动连接的限位装置限制，杠杆静止。

相反。当第一压力小于所述第二压力时有第二压力差值，杠杆受到第二压力差值的压力，杠杆带动轴接于支点的连杆联动，此时，连杆转动方向与开合结构的开启方向相同，连杆不被限位装置限制，杠杆转动。

以第一室为洁净室，第二室为缓冲室，且设定洁净室压力小于缓冲室压力，压差机构设定的压差值为正差值为例进行具体场景说明。并非用以对第一室和第二室的类型进行限制，并非用以对第一室和第二室的压差关系进行限制，也并非用以对压差机构能够设定的压差范围进行限制。

洁净室压施力及检测机构21的洁净室压检测端2a检测到洁净室压f1，洁净室压施力及检测机构2a的圆形触头27与杠杆1的接触点距杠杆1中间支点4的距离为AO。f1hAO为洁净室压力。压差设定机构3产生的压力为f0，压差设定机构3的圆形触头27与杠杆1的接触点距杠杆1中间支点4的距离为BO。f0hBO为压差压力。

洁净室压力与压差压力之和为第一压力。

缓冲室压施力及检测机构22的缓冲室压检测端2b检测到缓冲室压压f2，缓冲室压施力及检测机构22的圆形触头27与杠杆1的接触点距杠杆1中间支点4的距离为BO。f2hBO为缓冲室压力。缓冲室压力为第二压力。

当f1hAO+f0hBO=f2hBO时，杠杆1支点4两侧受到的力大小相等，相互抵消，杠杆1基于支点4静止，洁净室与缓冲室之间的门闭合或维持当前状态。

当f1hAO+f0hBO＞f2hBO时，杠杆1应逆时针转动，与其联动的连杆7也应随之逆时针转动。由图示可知，限制齿6卡合于限制轮5的缺口处，向限制轮5施加逆向力带动限制轮5应随杠杆1逆向转动。但，限制轮5转动方向与转动合页的转动方向相反，转动合页向限制轮5施加顺向力，逆向力大于顺向力，门闭合。

当f1hAO+f0hBO＜f2hBO时，杠杆1顺时针转动，与其联动的连杆7也应随之顺时针转动。由图示可知，限制齿6卡合于限制轮5的缺口处，向限制轮5施加顺向力带动限制轮5随杠杆1顺向转动，转动时限制齿6脱离限制轮5的缺口，且限制轮5转动方向与转动合页的转动方向相同，转动合页进一步向限制轮5施加顺向力，门开启。

由于洁净室的压力变化很小，需要将信号放大，然后再输出，避免反映迟缓，延误开门时间。设计了一个基于电压跟随的放大电路。电路如图2所示。电压跟随器作用在于输入阻抗，减少零点漂移，提高系统放大的精度。

图2 放大原理图

滤波电路输出的信号一方面可通过V/A转换电路将传感器输出信号转换为4～20mA电流信号供其他仪表使用，另一方面可通过单片机的A/D转换器采集滤波电路输出的电压信号，最终计算得到传感器受到的压力值。

结束语：通过分别对整洁净室与缓冲间的压力进行检测，并设定二者的差压阈值，当洁净室与缓冲室之间的压力达到预设平衡状态时，门开启。从而确保洁净室内空气不会发生倒灌或外泄，进而保证洁净室空气的洁净度，避免了不安全开门。

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