本實用新型專利技術公開了低真空系統持續充入工作氣體時的動態壓力精確控制系統，包括真空室、真空泵組、真空抽氣管道閥門組件、工作氣體輸入單元、調節氣體輸入單元、壓力測量單元和電氣控制單元，真空泵組通過真空抽氣管道對真空室抽取真空。工作氣體輸入單元包括電磁閥Ⅰ、質量流量控制器Ⅰ及工作氣體管路，向真空室充入工作氣體。調節氣體輸入單元包括電磁閥Ⅱ、質量流量控制器Ⅱ及調節氣體管路，向真空泵組抽氣口充入大氣。電氣控制單元采用PLC控制真空泵組和電磁閥的開/關、設定工作氣體充氣流量、設定真空室目標壓力值，根據壓力測量單元反饋的真空室動態壓力值，對調節氣體充氣流量進行PID調整，實現對真空室動態壓力的精確控制。制。制。
【技術實現步驟摘要】
低真空系統持續充入工作氣體時的動態壓力精確控制系統
[0001]本技術屬于真空
，涉及低真空抽氣系統持續充入工作氣體時的動態壓力精確控制系統，具體涉及一種對1Pa～5000Pa量級低真空系統抽氣的同時持續充入工作氣體時，對系統的動態壓力進行精確控制的系統。
技術介紹
[0002]在臨近空間和等離子體研究領域，要建立實驗需要的真空環境，與常規真空系統內部的真空環境不同，該真空環境需要在系統抽取真空的同時，還需要充入工作氣體(如氬氣、氫氣、氦氣等)，工作氣體充入流量需可控可調，在此狀態下，系統的真空度指標需滿足設定目標，其真空度一般為1Pa～1000Pa量級，并需實現精確控制。因工作氣體為要求的充入流量范圍內任意值，真空度目標值需滿足一定范圍內的任意壓力設定值，所以真空抽氣系統的有效抽速需要進行一定范圍內的任意調節，對于抽氣系統的真空泵而言不具備任意調節抽速的能力，而采用閥門進行真空流導調節，因閥門開度與流導為非線性關系，且閥門的閥板頻繁運動，調節可靠性差。因此，設計一種低真空抽氣系統持續充入工作氣體時的動態壓力精確控制系統很有必要。
[0003]低真空抽氣系統持續充入工作氣體時的動態壓力精確控制系統采用了新的技術途徑，不需對真空泵進行抽速調節，不需要對真空泵泵口閥門開度進行調節，通過在真空泵抽氣口充入調節氣體的方式，可實現真空泵組抽氣負載的調節，從而實現對系統的動態壓力進行精確控制。
技術實現思路
[0004]針對現有技術中存在的缺陷，本技術的目的是為了解決對1Pa～5000Pa量級低真空系統抽氣的同時在系統持續充入工作氣體時，對系統的動態壓力進行精確控制的問題。系統的動態壓力(真空度)取決于系統工作氣體流量(充氣量)和真空泵對系統的有效抽速，對于此類系統而言，工作氣體充氣量是需要進行調節的變量，真空泵對系統的有效抽速取決于泵自身在不同壓力區間的名義抽速和真空抽氣管路系統的幾何結構尺寸(包括閥門開度)，對于系統內的動態壓力值，泵的名義抽速是非線性的變量，因此為滿足設定的動態壓力目標值，根據不同的工作氣體充氣量，真空泵對系統的有效抽速需根據系統動態壓力反饋值進行動態調節，現有技術一般通過對閥門開度或真空泵組變頻進行調節，從而調節系統有效抽速，閥門開度及真空泵組變頻與有效抽速之間也為非線性關系，且閥門開度調節動作非常頻繁，過多的非線性變量和閥門頻繁的調節動作造成系統壓力控制精度低，穩定性差，閥門壽命低。本技術通過采用新的技術途徑，不需對真空泵進行抽速調節，不需要對真空泵泵口閥門開度進行調節，通過在真空泵抽氣口充入調節氣體的方式，實現真空泵總抽氣負載(為充入的工作氣體量和調節氣體量之和)的調節，充入調節氣體量控制精度高，動態反應快，可實現對真空泵總抽氣負載的調節，從而實現對真空室動態壓力(工作真空度)的精確控制。
[0005]為達到以上目的，本技術采用了新的技術途徑，不需對真空泵進行抽速調節，不需要對真空泵泵口閥門開度進行調節，而是通過在真空泵抽氣口充入調節氣體的方式，實現真空泵抽氣負載的調節，從而實現對系統的工作真空度的精確控制。本技術采取的技術方案是：
[0006]一種低真空抽氣系統持續充入工作氣體時的動態壓力精確控制系統，包括：真空室1、真空泵組2、真空抽氣管道閥門組件3、工作氣體輸入單元4、調節氣體輸入單元5、壓力測量單元6和電氣控制單元7；
[0007]所述真空泵組2通過真空抽氣管道閥門組件3與真空室1連接，所述真空泵組2用于通過真空抽氣管道閥門組件3對真空室1抽氣，所述真空泵組2還與調節氣體輸入單元5連接，真空室1與壓力測量單元6連接，所述工作氣體輸入單元4與真空室1連接，所述電氣控制單元7分別與工作氣體輸入單元4、調節氣體輸入單元5和壓力測量單元6連接。
[0008]作為優選方案，所述真空抽氣管道閥門組件3包括：真空抽氣管道3-1和閥門3-2，所述真空抽氣管道3-1的一端與真空室1連接，另一端與真空泵組2的抽氣口連接，所述閥門3-2設置在真空抽氣管道3-1上。
[0009]作為優選方案，所述工作氣體輸入單元4用于將工作氣體充入真空室1內，包括：電磁閥Ⅰ4-3、質量流量控制器Ⅰ4-2和工作氣體管路4-1；工作氣體管路4-1的一端與工作氣體氣源連接，工作氣體管路4-1的另一端與真空室1連接，電磁閥Ⅰ4-3、質量流量控制器Ⅰ4-2設置在工作氣體管路4-1上。
[0010]作為優選方案，所述調節氣體輸入單元5用于將調節氣體充入真空泵組2的入口部位，包括：電磁閥Ⅱ5-3、質量流量控制器Ⅱ5-2和調節氣體管路5-1，調節氣體管路5-1的一端與大氣連接，調節氣體管路5-1的另一端與真空泵組2的抽氣口連接，電磁閥Ⅱ5-3、質量流量控制器Ⅱ5-2設置在調節氣體管路5-1上。
[0011]作為優選方案，所述壓力測量單元6根據壓力范圍采用不同量程的薄膜真空計，用于對真空室1內的壓力進行測量，并將壓力值數據反饋給電氣控制單元7。
[0012]作為優選方案，所述電氣控制單元7分別與電磁閥Ⅰ4-3、質量流量控制器Ⅰ4-2、電磁閥Ⅱ5-3、質量流量控制器Ⅱ5-2連接；
[0013]所述電氣控制單元7采用PLC控制真空泵組2的啟/停，電磁閥Ⅰ4-3、電磁閥Ⅱ5-3的開/關，采集真空室1內的壓力值數據，并根據要求設定工作氣體充氣流量，設定真空室1的目標壓力值，
[0014]所述電氣控制單元7用于根據真空室1反饋的動態壓力值數據，控制質量流量控制器Ⅱ5-2對調節氣體充氣流量進行PID(PID是比例P、積分I、微分D控制算法，是一種閉環控制算法)自動調整，從而實現對真空室1內動態壓力的精確控制。
[0015]作為優選方案，所述真空室1為各種結構形狀的真空容器，其內部的動態壓力為控制目標，真空室1為動態壓力精確控制系統提供滿足壓力指標要求的工作環境。
[0016]作為優選方案，所述真空泵組2采用機械泵或螺桿泵，根據抽速需求，也可采用機械泵或螺桿泵與羅茨泵組合。
[0017]作為優選方案，所述真空泵組2的抽速應保證在工作氣體為最大充入量時，真空室1的壓力小于最小壓力值1Pa，從而使真空泵組2能夠充入一定量的調節氣體，實現對抽氣負載進行調節的功能。
[0018]作為優選方案，所述真空泵組2的極限真空度小于真空室1要求的最低壓力一個數量級，對于最低壓力要求為1Pa的系統，真空泵組2的極限真空度應小于0.1Pa。
[0019]作為優選方案，為避免大氣對真空室1內的工作氣體組成比例造成影響，調節氣體輸入單元5的充氣口位于真空泵組2的抽氣口附近，并保證真空抽氣管道3-1具有一定的長度。
[0020]有益效果：本技術提供的低真空抽氣系統持續充入工作氣體時的動態壓力精確控制系統與現有技術相比具有以下優點：
[0021]系統的動態壓力(真空度)取決于系統工作氣體流量(充氣量)和真空泵對系統的有效抽速，對于低真空抽氣系統持續充入工作氣體時的動態壓力精確控制系統，現有技術一般通過對閥門開度或真空泵組變頻進行調節，本文檔來自技高網...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
1.一種低真空系統持續充入工作氣體時的動態壓力精確控制系統，其特征在于，包括：真空室(1)、真空泵組(2)、真空抽氣管道閥門組件(3)、工作氣體輸入單元(4)、調節氣體輸入單元(5)、壓力測量單元(6)和電氣控制單元(7)；所述真空泵組(2)通過真空抽氣管道閥門組件(3)與真空室(1)連接，所述真空泵組(2)用于通過真空抽氣管道閥門組件(3)對真空室(1)抽氣，所述真空泵組(2)還與調節氣體輸入單元(5)連接，真空室(1)與壓力測量單元(6)連接，所述工作氣體輸入單元(4)與真空室(1)連接，所述電氣控制單元(7)分別與工作氣體輸入單元(4)、調節氣體輸入單元(5)和壓力測量單元(6)連接。2.如權利要求1所述的低真空系統持續充入工作氣體時的動態壓力精確控制系統，其特征在于，所述真空抽氣管道閥門組件(3)包括：真空抽氣管道(3-1)和閥門(3-2)，所述真空抽氣管道(3-1)的一端與真空室(1)連接，另一端與真空泵組(2)的抽氣口連接，所述閥門(3-2)設置在真空抽氣管道(3-1)上。3.如權利要求1所述的低真空系統持續充入工作氣體時的動態壓力精確控制系統，其特征在于，所述工作氣體輸入單元(4)用于將工作氣體充入真空室(1)內，包括：電磁閥Ⅰ(4-3)、質量流量控制器Ⅰ(4-2)和工作氣體管路(4-1)；工作氣體管路(4-1)的一端與工作氣體氣源連接，工作氣體管路(4-1)的另一端與真空室(1)連接，電磁閥Ⅰ(4-3)、質量流量控制器Ⅰ(4-2)設置在工作氣體管路(4-1)上。4.如權利要求3所述的低真空系統持續充入工作氣體時的動態壓力精確控制系統，其特征在于，所述調節氣體輸入單元(5)用于將調節氣體充入真空泵組(2)的入口部位，包括：電磁閥Ⅱ(5-3)、質量流量控制器Ⅱ(5-2)和調節氣體管路(5-1)，調節氣體管路(5-1)的一端與大氣連接，調節氣體管路(5-1)的另一端與真空泵組(2) 的抽氣口連接，電磁閥Ⅱ(5-3)、質量流量控制...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王曉偉，闞存東，李虎，
申請(專利權)人：上海利方達真空技術有限公司，
類型：新型
國別省市：
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