一種可調壓差的潔凈室的開門限制系統

北京聯合大學 楊志成

設計了一種可調壓差的潔凈室的開門限制裝置，它主要由杠桿、室壓力及檢測機構、氣壓檢測端、圓形觸頭、彈簧、固定端壓差設定機構、支點、限制輪、限制齒、連桿、輸出等組成，在頻繁開關門、送風機和回風機的風量變化較大時，室內外的壓差達不到要求時，可以防止潔凈室內空氣倒灌或外泄。

潔凈室是指一種懸浮粒子的濃度受控、室內的其他參數，如溫度、濕度、氣壓按需要受控，不論外界的空氣條件如何變化，潔凈室內都能具有維持原先所設定的潔凈度、溫濕度及壓力等的空間。維持潔凈的方法很多，有的根據生產工藝的需要保持房間（室）保持正/負壓，因此，對潔凈室開門就有嚴格的限制，防止潔凈室內空氣倒灌或外泄，造成生產損失，以及產品質量安全問題。現有技術采用在潔凈室與通道之間增加緩沖間技術，此技術具體是采用緩沖間對潔凈室與通道隔離。此舉在理想的情況下，能較好的防止潔凈室內空氣倒灌或外泄。但在頻繁開關門、送風機和回風機的風量變化較大時，室內外的壓差達不到要求，此時再開啟潔凈室的門，導致潔凈室內空氣倒灌或外泄。如何防止當潔凈室內外壓差變化頻繁及空氣對流量大時，潔凈室內空氣倒灌或外泄成為亟待解決的問題。

1 可調壓差的潔凈室的開門限制系統組成

可調壓差的潔凈室的開門限制裝置系統，用以解決當潔凈室內外壓差變化頻繁及空氣對流量大時，潔凈室內空氣倒灌或外泄的問題。該系統連接一用于潔凈室門的開合結構，開合結構為能夠使得第一室和第二室之間的門開啟或閉合的結構，如圖1所示，裝置包括：一個杠桿，在杠桿上設有一支點；第一室內壓力及檢測機構，位于杠桿上支點的一端或一側；第二室內壓力及檢測機構，位于杠桿上支點的另一端或另一側；壓差機構，與所述第一室內壓力及檢測機構同側；一限位裝置，一端與所述支點活動連接，另一端與開合結構活動連接。

2 可調壓差的潔凈室的開門限制工作原理

可調壓差的潔凈室的開門限制原理：如圖1所示，第一室內壓力及檢測機構，第二室內壓力及檢測機構、壓差機構和限位裝置。壓差機構和第一室內壓力及檢測機構向杠桿施加第一壓力，其中第一壓力為所述壓差機構產生的壓力和第一室內壓力及檢測機構產生的壓力之和。第二室內壓力及檢測機構向杠桿施加第二壓力。當第一壓力等于第二壓力時，杠桿基于支點靜止，第一室與第二室之間的門閉合；否則，杠桿受到限位裝置限制，第一室與第二室之間的門閉合，或，杠桿基于支點轉動，第一室與第二室之間的門開啟。其中，壓差機構內的壓差值是預設的非零常數壓力值，壓差值具體為所述第一室與所述第二室之間的壓力差值。

圖1 可調壓差的潔凈室的開門限制機械結構圖

限位裝置由輸出軸、限制輪和限制齒組成。限制齒一端與連桿固定，另一端與限制輪上的缺口卡合。輸出軸一端與限制輪軸接，另一端與開合結構活動連接，使得限制輪隨著開合結構的動作而動作。

當第一壓力大于第二壓力時有第一壓力差值，杠桿受到所述第一壓力差值的壓力，杠桿帶動軸接于支點的連桿聯動，此時，連桿轉動方向與開合結構的開啟方向相反，連桿受到與開合結構活動連接的限位裝置限制，杠桿靜止。

相反。當第一壓力小于所述第二壓力時有第二壓力差值，杠桿受到第二壓力差值的壓力，杠桿帶動軸接于支點的連桿聯動，此時，連桿轉動方向與開合結構的開啟方向相同，連桿不被限位裝置限制，杠桿轉動。

以第一室為潔凈室，第二室為緩沖室，且設定潔凈室壓力小于緩沖室壓力，壓差機構設定的壓差值為正差值為例進行具體場景說明。并非用以對第一室和第二室的類型進行限制，并非用以對第一室和第二室的壓差關系進行限制，也并非用以對壓差機構能夠設定的壓差范圍進行限制。

潔凈室壓施力及檢測機構21的潔凈室壓檢測端2a檢測到潔凈室壓f1，潔凈室壓施力及檢測機構2a的圓形觸頭27與杠桿1的接觸點距杠桿1中間支點4的距離為AO。f1hAO為潔凈室壓力。壓差設定機構3產生的壓力為f0，壓差設定機構3的圓形觸頭27與杠桿1的接觸點距杠桿1中間支點4的距離為BO。f0hBO為壓差壓力。

潔凈室壓力與壓差壓力之和為第一壓力。

緩沖室壓施力及檢測機構22的緩沖室壓檢測端2b檢測到緩沖室壓壓f2，緩沖室壓施力及檢測機構22的圓形觸頭27與杠桿1的接觸點距杠桿1中間支點4的距離為BO。f2hBO為緩沖室壓力。緩沖室壓力為第二壓力。

當f1hAO+f0hBO=f2hBO時，杠桿1支點4兩側受到的力大小相等，相互抵消，杠桿1基于支點4靜止，潔凈室與緩沖室之間的門閉合或維持當前狀態。

當f1hAO+f0hBO＞f2hBO時，杠桿1應逆時針轉動，與其聯動的連桿7也應隨之逆時針轉動。由圖示可知，限制齒6卡合于限制輪5的缺口處，向限制輪5施加逆向力帶動限制輪5應隨杠桿1逆向轉動。但，限制輪5轉動方向與轉動合頁的轉動方向相反，轉動合頁向限制輪5施加順向力，逆向力大于順向力，門閉合。

當f1hAO+f0hBO＜f2hBO時，杠桿1順時針轉動，與其聯動的連桿7也應隨之順時針轉動。由圖示可知，限制齒6卡合于限制輪5的缺口處，向限制輪5施加順向力帶動限制輪5隨杠桿1順向轉動，轉動時限制齒6脫離限制輪5的缺口，且限制輪5轉動方向與轉動合頁的轉動方向相同，轉動合頁進一步向限制輪5施加順向力，門開啟。

由于潔凈室的壓力變化很小，需要將信號放大，然后再輸出，避免反映遲緩，延誤開門時間。設計了一個基于電壓跟隨的放大電路。電路如圖2所示。電壓跟隨器作用在于輸入阻抗，減少零點漂移，提高系統放大的精度。

圖2 放大原理圖

濾波電路輸出的信號一方面可通過V/A轉換電路將傳感器輸出信號轉換為4～20mA電流信號供其他儀表使用，另一方面可通過單片機的A/D轉換器采集濾波電路輸出的電壓信號，最終計算得到傳感器受到的壓力值。

結束語：通過分別對整潔凈室與緩沖間的壓力進行檢測，并設定二者的差壓閾值，當潔凈室與緩沖室之間的壓力達到預設平衡狀態時，門開啟。從而確保潔凈室內空氣不會發生倒灌或外泄，進而保證潔凈室空氣的潔凈度，避免了不安全開門。