北京聯(lián)合大學(xué) 楊志成

設(shè)計(jì)了一種可調(diào)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(cè)機(jī)構(gòu)、氣壓檢測(cè)端、圓形觸頭、彈簧、固定端壓差設(shè)定機(jī)構(gòu)、支點(diǎn)、限制輪、限制齒、連桿、輸出等組成，在頻繁開關(guān)門、送風(fēng)機(jī)和回風(fēng)機(jī)的風(fēng)量變化較大時(shí)，室內(nèi)外的壓差達(dá)不到要求時(shí)，可以防止?jié)崈羰覂?nèi)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(nèi)的其他參數(shù)，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(nèi)都能具有維持原先所設(shè)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(jù)生產(chǎn)工藝的需要保持房間（室）保持正/負(fù)壓，因此，對(duì)潔凈室開門就有嚴(yán)格的限制，防止?jié)崈羰覂?nèi)空氣倒灌或外泄，造成生產(chǎn)損失，以及產(chǎn)品質(zhì)量安全問題?，F(xiàn)有技術(shù)采用在潔凈室與通道之間增加緩沖間技術(shù)，此技術(shù)具體是采用緩沖間對(duì)潔凈室與通道隔離。此舉在理想的情況下，能較好的防止?jié)崈羰覂?nèi)空氣倒灌或外泄。但在頻繁開關(guān)門、送風(fēng)機(jī)和回風(fēng)機(jī)的風(fēng)量變化較大時(shí)，室內(nèi)外的壓差達(dá)不到要求，此時(shí)再開啟潔凈室的門，導(dǎo)致潔凈室內(nèi)空氣倒灌或外泄。如何防止當(dāng)潔凈室內(nèi)外壓差變化頻繁及空氣對(duì)流量大時(shí)，潔凈室內(nèi)空氣倒灌或外泄成為亟待解決的問題。

1 可調(diào)壓差的潔凈室的開門限制系統(tǒng)組成

可調(diào)壓差的潔凈室的開門限制裝置系統(tǒng)，用以解決當(dāng)潔凈室內(nèi)外壓差變化頻繁及空氣對(duì)流量大時(shí)，潔凈室內(nèi)空氣倒灌或外泄的問題。該系統(tǒng)連接一用于潔凈室門的開合結(jié)構(gòu)，開合結(jié)構(gòu)為能夠使得第一室和第二室之間的門開啟或閉合的結(jié)構(gòu)，如圖1所示，裝置包括：一個(gè)杠桿，在杠桿上設(shè)有一支點(diǎn)；第一室內(nèi)壓力及檢測(cè)機(jī)構(gòu)，位于杠桿上支點(diǎn)的一端或一側(cè)；第二室內(nèi)壓力及檢測(cè)機(jī)構(gòu)，位于杠桿上支點(diǎn)的另一端或另一側(cè)；壓差機(jī)構(gòu)，與所述第一室內(nèi)壓力及檢測(cè)機(jī)構(gòu)同側(cè)；一限位裝置，一端與所述支點(diǎn)活動(dòng)連接，另一端與開合結(jié)構(gòu)活動(dòng)連接。

2 可調(diào)壓差的潔凈室的開門限制工作原理

可調(diào)壓差的潔凈室的開門限制原理：如圖1所示，第一室內(nèi)壓力及檢測(cè)機(jī)構(gòu)，第二室內(nèi)壓力及檢測(cè)機(jī)構(gòu)、壓差機(jī)構(gòu)和限位裝置。壓差機(jī)構(gòu)和第一室內(nèi)壓力及檢測(cè)機(jī)構(gòu)向杠桿施加第一壓力，其中第一壓力為所述壓差機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的壓力和第一室內(nèi)壓力及檢測(cè)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的壓力之和。第二室內(nèi)壓力及檢測(cè)機(jī)構(gòu)向杠桿施加第二壓力。當(dāng)?shù)谝粔毫Φ扔诘诙毫r(shí)，杠桿基于支點(diǎn)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(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，第一室與第二室之間的門開啟。其中，壓差機(jī)構(gòu)內(nèi)的壓差值是預(yù)設(shè)的非零常數(shù)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(diào)壓差的潔凈室的開門限制機(jī)械結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)活動(dòng)連接，使得限制輪隨著開合結(jié)構(gòu)的動(dòng)作而動(dòng)作。

當(dāng)?shù)谝粔毫Υ笥诘诙毫r(shí)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(dòng)軸接于支點(diǎn)的連桿聯(lián)動(dòng)，此時(shí)，連桿轉(zhuǎn)動(dòng)方向與開合結(jié)構(gòu)的開啟方向相反，連桿受到與開合結(jié)構(gòu)活動(dòng)連接的限位裝置限制，杠桿靜止。

相反。當(dāng)?shù)谝粔毫π∮谒龅诙毫r(shí)有第二壓力差值，杠桿受到第二壓力差值的壓力，杠桿帶動(dòng)軸接于支點(diǎn)的連桿聯(lián)動(dòng)，此時(shí)，連桿轉(zhuǎn)動(dòng)方向與開合結(jié)構(gòu)的開啟方向相同，連桿不被限位裝置限制，杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)。

以第一室為潔凈室，第二室為緩沖室，且設(shè)定潔凈室壓力小于緩沖室壓力，壓差機(jī)構(gòu)設(shè)定的壓差值為正差值為例進(jìn)行具體場(chǎng)景說明。并非用以對(duì)第一室和第二室的類型進(jìn)行限制，并非用以對(duì)第一室和第二室的壓差關(guān)系進(jìn)行限制，也并非用以對(duì)壓差機(jī)構(gòu)能夠設(shè)定的壓差范圍進(jìn)行限制。

潔凈室壓施力及檢測(cè)機(jī)構(gòu)21的潔凈室壓檢測(cè)端2a檢測(cè)到潔凈室壓f1，潔凈室壓施力及檢測(cè)機(jī)構(gòu)2a的圓形觸頭27與杠桿1的接觸點(diǎn)距杠桿1中間支點(diǎn)4的距離為AO。f1hAO為潔凈室壓力。壓差設(shè)定機(jī)構(gòu)3產(chǎn)生的壓力為f0，壓差設(shè)定機(jī)構(gòu)3的圓形觸頭27與杠桿1的接觸點(diǎn)距杠桿1中間支點(diǎn)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(cè)機(jī)構(gòu)22的緩沖室壓檢測(cè)端2b檢測(cè)到緩沖室壓壓f2，緩沖室壓施力及檢測(cè)機(jī)構(gòu)22的圓形觸頭27與杠桿1的接觸點(diǎn)距杠桿1中間支點(diǎn)4的距離為BO。f2hBO為緩沖室壓力。緩沖室壓力為第二壓力。

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

當(dāng)f1hAO+f0hBO＞f2hBO時(shí)，杠桿1應(yīng)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，與其聯(lián)動(dòng)的連桿7也應(yīng)隨之逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。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(dòng)限制輪5應(yīng)隨杠桿1逆向轉(zhuǎn)動(dòng)。但，限制輪5轉(zhuǎn)動(dòng)方向與轉(zhuǎn)動(dòng)合頁(yè)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，轉(zhuǎn)動(dòng)合頁(yè)向限制輪5施加順向力，逆向力大于順向力，門閉合。

當(dāng)f1hAO+f0hBO＜f2hBO時(shí)，杠桿1順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，與其聯(lián)動(dòng)的連桿7也應(yīng)隨之順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。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(dòng)限制輪5隨杠桿1順向轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)限制齒6脫離限制輪5的缺口，且限制輪5轉(zhuǎn)動(dòng)方向與轉(zhuǎn)動(dòng)合頁(yè)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同，轉(zhuǎn)動(dòng)合頁(yè)進(jìn)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(hào)放大，然后再輸出，避免反映遲緩，延誤開門時(shí)間。設(shè)計(jì)了一個(gè)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(diǎn)漂移，提高系統(tǒng)放大的精度。

圖2 放大原理圖

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

結(jié)束語：通過分別對(duì)整潔凈室與緩沖間的壓力進(jìn)行檢測(cè)，并設(shè)定二者的差壓閾值，當(dāng)潔凈室與緩沖室之間的壓力達(dá)到預(yù)設(shè)平衡狀態(tài)時(shí)，門開啟。從而確保潔凈室內(nèi)空氣不會(huì)發(fā)生倒灌或外泄，進(jìn)而保證潔凈室空氣的潔凈度，避免了不安全開門。