一、系统组成与工作原理
（一）核心硬件架构
自增压液氮罐压力自动调节系统由以下模块构成：
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压力感知单元：采用高精度扩散硅压力传感器（精度等 0.1% FS），安装于罐体部气相空间，实时采集 0~1.6MPa
范围内的罐内压力信号。
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控制中枢：工业 PLC 控制器（如西门子 S7-200 SMART），内置压力闭环控制算法，支持通过 RS485
通讯接口与上位机交互。
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电动增压调节阀（口径 DN20，流量系数 Cv=2.5）：采用 316L 不锈钢材质，适用于 -
196℃低温环境，通过控制汽化器进气量调节压力。
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电磁泄压阀（常闭型，开启压力
1.2MPa）：压力超过安全阈值时自动排放冗余气体。
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汽化器：翅片式铝合金结构，有效换热面积≥1.5㎡，促进液氮蒸发。
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温度补偿模块：通过 Pt100
温度传感器实时监测环境温度，修正压力控制参数。
（二）工作原理
利用液氮饱和蒸汽压随温度变化的特性，通过控制汽化器的液氮蒸发量实现压力调节。当罐内压力低于设定下限（如
0.4MPa）时，PLC 驱动增压阀开启，液氮进入汽化器蒸发为氮气，增加气相空间压力；当压力达到设定上限（如
0.8MPa）时，泄压阀自动打开释放过量气体，形成闭环控制回路。
二、自动调节控制策略
（一）分段 PID 控制算法
采用分段 PID
控制策略，通过比例、积分、微分三个参数的协同作用动态调整控制量：
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比例系数（0.8）快速响应压力偏差，提升系统灵敏度；
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积分系数（0.15）消除静态压力误差，确保长期稳定性；
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微分系数（0.3）抑制压力波动超调，增强系统抗干扰能力。
（二）压力设定逻辑
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工作压力区间：默认 0.4~0.8MPa，可通过人机界面（HMI）自定义设置。
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二联锁：压力≥1.1MPa 时自动切断增压阀电源，并开启泄压阀。
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温度补偿机制：根据环境温度实时修正压力设定值，当环境温度偏离
20℃时，按特定算法调整基准压力，确保不同温度下的压力控制精度。
三、系统集成与调试
（一）传感器安装要求
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压力传感器垂直安装于气相空间接口，采用金属缠绕垫片密封，确保测量准确性；
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温度传感器安装于罐体侧面避光处，与罐壁良好接触，避免环境干扰；
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所有传感器线缆采用不锈钢穿线管敷设并做屏蔽处理，防止信号干扰。
（二）控制程序调试步骤
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零点校准：罐内无压力时对传感器进行零点标定，确保初始数据准确；
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静态测试：手动输入压力设定值，验证阀门动作线性度，要求行程误差≤1%；
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加载阶跃信号（0.4MPa→0.8MPa），记录压力响应曲线，要求超调量≤5%，调节时间≤90s；
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模拟
10℃~30℃环境温度变化，测试温度补偿效果，确保压力波动≤±0.03MPa。
（三）人机交互界面
配备 7 英寸彩色触摸屏（如威纶通 MT8071iE），实时显示：
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历史压力数据（存储周期 1 分钟，可查询 30 天数据）；
四、典型应用场景参数配置
五、维护与故障处理
（一）定期维护计划
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每月：使用活塞式压力计校准压力传感器，检查密封件老化情况；
（二）常见故障处理
六、安全规范与标准
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符合 GB/T 18443.3-2010《低温绝热气瓶 第 3
部分：设计、制造和检验》；
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电气部分满足 GB 3836.1-2010《爆炸性环境 第 1 部分：设备
通用要求》（适用于防爆场合）；
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压力部件执行 TSG 24-2021《固定式压力容器安全技术规程》。
通过该自动调节系统，可实现自增压液氮罐输出压力的高精度控制（稳态误差≤±2%
FS），满足不同场景的压力稳定性需求，兼具安全保护和故障诊断功能，提升设备运行可靠性与智能化水平。
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