從應用層面上講，如何選擇微型電磁閥

儀器設備設計工程師將始終在儀器上使用各種電磁閥。這些精密電磁閥的選擇對醫療、環保和分析儀器功能的實現有著重要的影響。特別是對于數據分析儀器和設備，大多數工程師需要權衡各種應用因素來考慮最合適的電磁閥。為了減小電磁閥的尺寸，設計者必須使用更輕、更小、更耐用的微型電磁閥。不正確的篩選可能導致儀器故障、數據分析錯誤或完全異常操作。設計工程師不僅要考慮微型電磁閥的可靠性和耐久性，還要考慮其輕便性、開關反應速度、有效流量和低功耗等性能細節。

以下是全球微型電磁閥領先者--- PeterPaul經驗豐富的應用工程師團隊從設計、制造以及與終端客體驗數據根源來闡述選擇微型電磁閥的參數，并指出那些是應用中的關鍵參數，也闡述專業地選擇電磁閥將會減少或避免設計過程中試驗失敗或更多疑惑。

確保可靠性和重復性

當儀器設計工程師在選用微型電磁閥時，常希望電磁閥能非常可靠的反復運轉，特別是保證長時間的穩定性能即重復性能，最好是希望長時間完全沒有任何運轉波動和例外發生，這個經常成為篩選精密電磁閥的第一要素。

例如血球采樣通道和計數通道上用的隔離電磁閥的選擇好壞通常會影響整機的重復性，高效液相色譜中四元梯度隔離閥需要響應時間越均勻、越迅速以越容易達到測試要求，如果不夠均勻性不迅速的話，在檢測靈敏性重復性上就有直觀的結果區別。

即使是早期選擇原配件的一個大意，可能會導致嚴重的不可預料的后果。這種設計缺陷發現的越晚，修改成本就越高。因為當需要更換電磁閥時候，又需要重頭進行一系列的測試。所以這種情況下工程師一般會采用有高可靠性的電磁閥，也會特別關注電磁閥的生產過程，質量檢查和測試控制等環節。

電磁閥與介質接觸材質

特別是電磁閥的設計就會直接影響器件本身的可靠性，所以在設計和使用電磁閥的密封材質（與介質接觸材質）時，必須對所有的應用材質做更多的數理分析，不是簡單的防腐耐酸堿。

例如在分析測試儀器中，電磁閥直接接觸樣品試劑，但大多數微型隔離閥都有內部橡膠材質，在接觸樣品試劑時候都有可能會溶脹。如果沒有考慮任何設計上的預補償，那么長時間使用后橡膠材質都會因此改變閥的參數和性能，甚至是會影響到元件到不能正常工作，從而導致整個儀器無法工作的問題。有經驗的電磁閥設計人員會考慮到閥的適用范圍，特別是化學物質的兼容性等實際應用對閥的影響。

電磁閥的開關反應時間

電磁閥開關反應時間，它直接影響到您每組實驗數理分析結果的真實性。往往這個數據是許多業內工程師最容易忽略的關鍵指標參數之一，而且也是高品質電磁閥區分低水平電磁閥的重要指標之一，因為電磁閥開關反應時間有電磁閥的線圈、彈簧、內部結構等元件決定的，如果沒有廣泛的應用研究試驗作為設計基礎，是不可能得出準確的數值。

例如在分析儀器中，使用夾管閥的話，從介質的特殊應用來說，確實是達到了介質與接觸材質的兼容性，但電磁閥本身控制時間就出現了問題，從電磁閥柱塞與橡膠管接觸到截止流量這個過程時間遠遠超過了ms毫秒單位值了，國內華北地區的一個客戶用夾管閥的截流時間為1.63s（秒）--本身電磁閥的開關反應時間目前國際上做得很好的也就是30ms左右，加上柱塞壓制橡膠管的緩沖時間，已經是很長時間了，所以和隔離閥開關反應時間的30ms，這個數值其實遠遠大于這個理論值，這個相差時間里導致更多的介質流量失去數據的真實性，所以分析數據的結果自然偏差很大。

確保更長的使用壽命

連續使用壽命是電磁閥在大多數應用下應首先考慮的參數，特別在某些應用中會需要更長的連續使用壽命。例如在醫療設備和高運轉的儀器上，設備要求連續運轉，要求即使使用很長時間，電磁閥出現故障次數也要最低甚至為零。經常性的維護和更換電磁閥的行為最好都盡量避免。連續高使用壽命同時也說明元器件在復雜多變的應用下有更好的可靠性。

其實高可靠性的使用壽命保證是很難做到的，在電磁閥設計上有經驗的專家曾經提及，高使用壽命最麻煩的就是線圈、彈簧、密封件，即線圈的設計。每當電磁閥工作時候，電磁激勵會將柱塞拉起，反復幾百萬次，會導致線圈短時間里的續流和線圈發熱情況出現，如果線圈沒有續流穩流功能就會導致線圈燒壞，當然如果線圈溫升過高，一樣會燒壞線圈，更重要的是線圈的溫升會導熱給介質，導致整個實驗數據的失真；柱塞的密封件又同時與通道端面進行幾百萬的往復運動后，會被磨損，出現泄漏、大多數閥都會有這種情況發生，一些制造廠家通過更換彈簧或密封材料設計來解決，但實際效果不會太好。

有經驗的應用工程師在考慮長使用壽命時，會考慮采取電磁閥線圈續流穩流這種設計，加裝電子元件在線圈里面，這樣可以保證短時的電流沖擊導致燒線圈，同時可以降低溫升。同時對彈簧的線徑做最嚴格的要求，密封材質一般都使用國際上的杜邦作為供應商，這樣可以保證有更光潔的接觸面和更少的沖擊力，特別相比于金屬閥體的閥來說，塑料閥體和塑料推桿都具有更好的耐用性。

還應該納入壽命影響因素的包括應用的液體、閥需要連續通電的時間，某些極限使用情況，如：火箭推助劑的加注機用的電磁閥，必須保證電磁閥連續工作12小時后溫升不能達到5K，這時如美國peterpaul開發一款新型磁保持式（自鎖式）電磁閥，可以滿足并解決相關難題。各類影響因素造成的應用差別等。一些生產廠商都會測試50萬次的使用壽命，但一些國際品牌廠家已經做到了幾千萬次的使用壽命。

確保設計更輕小化

幾乎每個改進儀器都需要比原先的儀器更輕，更小巧、更節能，所以每個儀器設計工程師在設計時候都需要考慮到每個元器件的尺寸。在一些精密、便捷式設備、在線監測設備里面尤其需要減小電磁閥體積，電磁閥體積的減小可以更好的容納電路板，容器瓶等非閥部件。小巧的閥體機構也可以減少攜帶、運輸的不便。

只要電磁閥的尺寸變小，設計工程師就可以預留更多的空間放到其余結構設計上，可以讓設備預留更多功能的擴展空間。對于在線監測儀器，尺寸也有一定的規定，例如酒精測試儀需要能手持隨身攜帶。在線總磷總氮儀器都包含很多微型電磁閥和動力源裝置，電磁閥的尺寸就成為設計選擇的主要因素，為其他部件騰出相應的安裝空間。

國內傳統的閥一般比國際專業做微型電磁閥的閥大一些，設計工程師會發現即使每個閥尺寸和重量都小一點，可在有限安裝空間的整機上顯得更有優勢。

很多傳統的閥仍舊由不銹鋼閥身做成，新型的塑料閥體可以顯著的減小重量。

如果需要獲得更大的流量或減小功率都需要增加閥體重量，而閥設計人員需要在條件允許的重量和尺寸下來獲得同樣的性能。

確保滿足應用的流量

只要儀器小巧化趨勢一直保持，每個設計工程師都會需要同樣性能但更小巧的元器件。增加流速對于微型電磁閥來說是很關鍵的一個參數。但改變流速影響到的參數，如能耗，壓力和流速這些參數彼此之間都是有相互制約的關系。Cv（流量系數）值和閥本身的內部通道設計有關。流量系數在一個方面可以反映了閥本身的流量設計水平，每個閥的Cv有可能相同，但體積就不同；而體積大小看似相似的閥，但Cv可能相差甚遠。

當需要達到更高流速時候，總體的能耗和壓力設計都必須保證在使用者的要求之內。

有經驗的儀器設計工程師知道即使是很小的流量增加，也能影響各種應用。例如為了加快單個測試項目的速度，排廢液或者清洗排液都需要盡快在幾秒鐘內排除，以節省占用整臺儀器公用壓源的時間，這些時候往往選用大于測試管路的管徑。

孔徑問題經常會增加閥選擇難度。例如一些模組閥由于內部出入口分布不對稱, 兩個接口對流速和耐壓都會有不同的限制，在設計底板流路時候就應該對閥的安裝孔方向做出調整。

通常情況設計人員都會權衡，高流速需要有盡可能大的孔徑，但大孔徑通常需要更大的能耗，閥體也會更大。所以需要選擇在確保可靠性上，在重量和小體積的優勢下，選擇對應應用條件下的合適流速閥體為宜，選用過大流量的閥體只會增加能耗和占用空間，過小可能不適合使用條件，使用合適于應用的孔徑來滿足合理的應用流速是最好的選擇。

美國PeterPaul電磁閥的流道設計不是簡單地直接鉆孔90°，我們是通過精密加工機床對閥體內部的流道進行圓角型設計加工，以減小流道阻力，我們并應用空氣動力學測試軟件、設備對風阻系數進行測試，保證流速最大優化值。

確保更節能的器件

對于小巧化或便攜式使用電磁閥的設備來說，節能是非常重要的因素。一個良好的微型電磁閥需要優化電能使用，同時也要減輕閥體重量，充分利用電池或電源產生的每安培電能。

但實際上市場上很多產品仍舊非常耗電。電磁閥的控制很多情況都可以加入PWM電路來節能，開關電源一般都采用脈沖寬度調制（PWM）技術，其特點是頻率高，效率高，功率密度高，可靠性高。這種電路使整體電能下降但也能使用保持電壓來工作，但相對的也會成本變高。閥設計工程人員經常關注尋找低能耗，更有效的線圈，對于的閥來說也就要求節能，可以增加儀器上其它器件空間和整體儀器性能。

確保元器件匹配

每個儀器設計工程師對元器件的認識和了解都不相同，而且在眾多的參數選擇中不可能全面的，專業的知道不同供應商產品選擇的要領，只有通過專業流體配件應用工程師的協助才能在眾多的型號中選擇適合該應用的元器件。例如公制的管件多為1mm，2mm等整數數值，而英制或美制的管件多為1.6mm（1/16″），3.2mm（1/8″）等非整數數值。產品的同類性設計可以減少選用的風險，達到與應用的各個元件的最大匹配。

為了更好的減少各種微型電磁閥的參數選擇以及匹配各元件難度，流體配件產品工程師總是會提出一些新穎的想法。

美國PeterPaul微型電磁閥各個系列注重統一的基本品質，設計統一高標準的重復性能，可以用于精密的醫療設備、CNG能源控制系統、制藥設備、分析測試儀器以及科研院校，也可應用于安全系數要求高的臨床診斷、麻醉機、血液分析儀、色譜行業和牙醫眼科等領域設備上。

更長的使用壽命. 在空氣媒介測試條件下，電磁閥具有兩千萬次連續使用壽命，該壽命是實際使用壽命的10至20倍，預留了足夠的使用壽命，特別適合于高端超長時間需要可靠性的應用條件。電磁閥設計采取了特種耐磨塑料KFL-F式針型柱塞，既輕又耐磨，而且對彈簧的回彈性影響最小，最大程度的延長了使用壽命。同時這種設計因為彈簧在底部做了相應的行程長度調整，確保證了化學試劑或溫度對橡膠膨脹的預留補償。

更小巧. 除了最重要的可靠性優勢，美國PeterPaul電磁閥一般閥體尺寸（大概20mm直徑的閥體），比其它閥少了近15%的重量，特別適合在一些便攜式或小巧的儀器上應用。圓形的設計保證安裝空間和美觀性。線圈的續流穩流設計、金屬外殼形成的密閉磁場防止了磁場泄露對周邊電子芯片電子器件的干擾。

高流量. 相比于其它電磁閥，美國PeterPaul電磁閥在相同孔徑下在設計上增加了20%的流量。

節能. 美國PeterPaul的每個電磁閥都可以用于PWM節能電路，本身開啟功率也是其它類似產品的1/3或1/6甚至更低，對于電磁閥具有顯著的節能75%~89%的效果。

專業化匹配器件. 美國PeterPaul涵蓋了所有電磁閥品牌的優點，微型電磁閥的產品型號就多達80000多種，其余各類配件多達50000多種型號，選擇合適應用的電磁閥和配件，保證多種產品短期交付成為美國PeterPaul服務之一。

小結
微型電磁閥的選擇需要根據實際應用情況和儀器本身，以及可靠性、耐久性、形狀、泄漏、防爆安全性、切換反應時間、重量和有效流量、低功耗和專業配套元件等進行測量一定壓力下的因素需要考慮。在各種中高端儀表中，需要使用的電磁閥往往是更優質的電子元件。