北京聯(lián)合大學(xué) 楊志成

設(shè)計了一種可調(diào)壓差的潔凈室的開門限制裝置，它主要由杠桿、室壓力及檢測機構(gòu)、氣壓檢測端、圓形觸頭、彈簧、固定端壓差設(shè)定機構(gòu)、支點、限制輪、限制齒、連桿、輸出等組成，在頻繁開關(guān)門、送風(fēng)機和回風(fēng)機的風(fēng)量變化較大時，室內(nèi)外的壓差達不到要求時，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/負壓，因此，對潔凈室開門就有嚴(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)機和回風(fēng)機的風(fēng)量變化較大時，室內(nèi)外的壓差達不到要求，此時再開啟潔凈室的門，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流量大時，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流量大時，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：一個杠桿，在杠桿上設(shè)有一支點；第一室內(nèi)壓力及檢測機構(gòu)，位于杠桿上支點的一端或一側(cè)；第二室內(nèi)壓力及檢測機構(gòu)，位于杠桿上支點的另一端或另一側(cè)；壓差機構(gòu)，與所述第一室內(nèi)壓力及檢測機構(gòu)同側(cè)；一限位裝置，一端與所述支點活動連接，另一端與開合結(jié)構(gòu)活動連接。

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)壓力及檢測機構(gòu)，第二室內(nèi)壓力及檢測機構(gòu)、壓差機構(gòu)和限位裝置。壓差機構(gòu)和第一室內(nèi)壓力及檢測機構(gòu)向杠桿施加第一壓力，其中第一壓力為所述壓差機構(gòu)產(chǎn)生的壓力和第一室內(nèi)壓力及檢測機構(gòu)產(chǎn)生的壓力之和。第二室內(nèi)壓力及檢測機構(gòu)向杠桿施加第二壓力。當(dāng)?shù)谝粔毫Φ扔诘诙毫r，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(zhuǎn)動，第一室與第二室之間的門開啟。其中，壓差機構(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)活動連接，使得限制輪隨著開合結(jié)構(gòu)的動作而動作。

當(dāng)?shù)谝粔毫Υ笥诘诙毫r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(lián)動，此時，連桿轉(zhuǎn)動方向與開合結(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(lián)動，此時，連桿轉(zhuǎn)動方向與開合結(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。

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，壓差機構(gòu)設(shè)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(guān)系進行限制，也并非用以對壓差機構(gòu)能夠設(shè)定的壓差范圍進行限制。

潔凈室壓施力及檢測機構(gòu)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(gòu)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(shè)定機構(gòu)3產(chǎn)生的壓力為f0，壓差設(shè)定機構(gòu)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(gòu)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(gòu)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(dāng)f1hAO+f0hBO=f2hBO時，杠桿1支點4兩側(cè)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(dāng)前狀態(tài)。

當(dāng)f1hAO+f0hBO＞f2hBO時，杠桿1應(yīng)逆時針轉(zhuǎn)動，與其聯(lián)動的連桿7也應(yīng)隨之逆時針轉(zhuǎn)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(yīng)隨杠桿1逆向轉(zhuǎn)動。但，限制輪5轉(zhuǎn)動方向與轉(zhuǎn)動合頁的轉(zhuǎn)動方向相反，轉(zhuǎn)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(dāng)f1hAO+f0hBO＜f2hBO時，杠桿1順時針轉(zhuǎn)動，與其聯(lián)動的連桿7也應(yīng)隨之順時針轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動時限制齒6脫離限制輪5的缺口，且限制輪5轉(zhuǎn)動方向與轉(zhuǎn)動合頁的轉(zhuǎn)動方向相同，轉(zhuǎn)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(shè)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(tǒng)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(zhuǎn)換電路將傳感器輸出信號轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jié)束語：通過分別對整潔凈室與緩沖間的壓力進行檢測，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到預(yù)設(shè)平衡狀態(tài)時，門開啟。從而確保潔凈室內(nèi)空氣不會發(fā)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。