一、系統組成與工作原理
（一）核心硬件架構
自增壓液氮罐壓力自動調節系統由以下模塊構成：
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壓力感知單元：采用高精度擴散硅壓力傳感器（精度等 0.1% FS），安裝于罐體部氣相空間，實時采集 0~1.6MPa
范圍內的罐內壓力信號。
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控制中樞：工業 PLC 控制器（如西門子 S7-200 SMART），內置壓力閉環控制算法，支持通過 RS485
通訊接口與上位機交互。
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電動增壓調節閥（口徑 DN20，流量系數 Cv=2.5）：采用 316L 不銹鋼材質，適用于 -
196℃低溫環境，通過控制汽化器進氣量調節壓力。
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電磁泄壓閥（常閉型，開啟壓力
1.2MPa）：壓力超過安全閾值時自動排放冗余氣體。
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汽化器：翅片式鋁合金結構，有效換熱面積≥1.5㎡，促進液氮蒸發。
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溫度補償模塊：通過 Pt100
溫度傳感器實時監測環境溫度，修正壓力控制參數。
（二）工作原理
利用液氮飽和蒸汽壓隨溫度變化的特性，通過控制汽化器的液氮蒸發量實現壓力調節。當罐內壓力低于設定下限（如
0.4MPa）時，PLC 驅動增壓閥開啟，液氮進入汽化器蒸發為氮氣，增加氣相空間壓力；當壓力達到設定上限（如
0.8MPa）時，泄壓閥自動打開釋放過量氣體，形成閉環控制回路。
二、自動調節控制策略
（一）分段 PID 控制算法
采用分段 PID
控制策略，通過比例、積分、微分三個參數的協同作用動態調整控制量：
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比例系數（0.8）快速響應壓力偏差，提升系統靈敏度；
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積分系數（0.15）消除靜態壓力誤差，確保長期穩定性；
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微分系數（0.3）抑制壓力波動超調，增強系統抗干擾能力。
（二）壓力設定邏輯
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工作壓力區間：默認 0.4~0.8MPa，可通過人機界面（HMI）自定義設置。
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二聯鎖：壓力≥1.1MPa 時自動切斷增壓閥電源，并開啟泄壓閥。
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溫度補償機制：根據環境溫度實時修正壓力設定值，當環境溫度偏離
20℃時，按特定算法調整基準壓力，確保不同溫度下的壓力控制精度。
三、系統集成與調試
（一）傳感器安裝要求
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壓力傳感器垂直安裝于氣相空間接口，采用金屬纏繞墊片密封，確保測量準確性；
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溫度傳感器安裝于罐體側面避光處，與罐壁良好接觸，避免環境干擾；
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所有傳感器線纜采用不銹鋼穿線管敷設并做屏蔽處理，防止信號干擾。
（二）控制程序調試步驟
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零點校準：罐內無壓力時對傳感器進行零點標定，確保初始數據準確；
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靜態測試：手動輸入壓力設定值，驗證閥門動作線性度，要求行程誤差≤1%；
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加載階躍信號（0.4MPa→0.8MPa），記錄壓力響應曲線，要求超調量≤5%，調節時間≤90s；
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模擬
10℃~30℃環境溫度變化，測試溫度補償效果，確保壓力波動≤±0.03MPa。
（三）人機交互界面
配備 7 英寸彩色觸摸屏（如威綸通 MT8071iE），實時顯示：
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歷史壓力數據（存儲周期 1 分鐘，可查詢 30 天數據）；
四、典型應用場景參數配置
五、維護與故障處理
（一）定期維護計劃
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每月：使用活塞式壓力計校準壓力傳感器，檢查密封件老化情況；
（二）常見故障處理
六、安全規范與標準
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符合 GB/T 18443.3-2010《低溫絕熱氣瓶 第 3
部分：設計、制造和檢驗》；
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電氣部分滿足 GB 3836.1-2010《爆炸性環境 第 1 部分：設備
通用要求》（適用于防爆場合）；
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壓力部件執行 TSG 24-2021《固定式壓力容器安全技術規程》。
通過該自動調節系統，可實現自增壓液氮罐輸出壓力的高精度控制（穩態誤差≤±2%
FS），滿足不同場景的壓力穩定性需求，兼具安全保護和故障診斷功能，提升設備運行可靠性與智能化水平。
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