[发明专利]真空系统氦气恒压控制装置及恒压控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电子技术与真空技术领域，更具体涉及向真空系统中注入恒压氦气的装置及方法，主要用于向真空系统中注入恒定压强的氦气。

背景技术

为了研究原子、分子或离子等粒子的物理性质，有些实验必须在超高真空度的真空系统中进行，真空系统主要包括启密封作用的真空密封腔和用于测量真空度的真空计。许多在真空中进行的物理实验中，为了更好的研究原子、分子或离子等粒子的物理性质，必须对具有较高的温度或热运动能量的粒子进行冷却。一种简单可靠的方法就是向真空系统中注入高纯度的惰性气体-氦气，通过氦气和粒子的碰撞降低粒子热运动能量或温度以冷却囚禁粒子。由于不同压强的氦气和粒子碰撞时的碰撞几率不同，因此在不同的氦气压强下，粒子的温度也会不同。在对粒子温度恒定性要求较高的实验中，如汞离子微波时间频率标准实验等，氦气压强不稳定所导致的粒子温度的变化将影响时间频率标准的稳定性。因此，真空系统中氦气保持稳定的压强是十分重要的。

目前，向真空系统中注入高纯度氦气的方法是利用过滤式氦气微漏阀（也称氦漏）将气瓶中的氦气注入真空系统（见专利CN1479031A），该方法是通过对氦漏的温度控制来控制氦气向真空系统的渗透速率，这种方法的不足之处在于：当外界环境温度发生变化或维持真空系统的真空泵抽气速率变化时，真空系统中氦气的压强也将发生变化，而由于温控系统的存在氦漏仍然以原渗透速率向系统中注入氦气，因此无法保证真空系统氦气压强的稳定。同时由于氦气渗透率不仅和氦漏温度有关，而且和氦漏两边氦气压强差有关（压强差越大渗透率越大），当氦漏长期工作时其中的氦气逐渐减少，氦气压强差逐渐减少，氦气渗透率减小，真空系统中的氦气压强随之减小，同样无法保证真空系统氦气压强的稳定。

发明内容

本发明的目的是：提供一种真空系统氦气恒压控制装置。该装置由真空信号探测部件、脉宽调制信号部件、功率调节部件、氦气源和真空系统组成；能自动调节氦气的渗透率，使得真空系统的氦气压强达到并稳定在设定值。本发明的另一目的是：提供上述装置的恒压控制方法。该方法是将氦气压强的设定值与氦漏加热丝的加热功率建立联系，通过调节氦漏加热丝的加热功率来调节氦气压强的设定值。本发明的优点是：能自动调节氦气的渗透率，保证真空系统的氦气压强达到并稳定在设定值。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

真空系统氦气恒压控制装置由信号探测部件、脉宽调制信号部件、功率调节部件、氦气源和真空系统组成；信号探测部件由真空规电源、真空规和电流电压转换电路组成，脉宽调制信号部件由信号放大电路、电压设定电路、减法电路、比例积分微分（PID）电路、锯齿波发生电路和电压比较电路组成，功率调节部件由过零触发器和双向可控硅组成，氦气源由氦瓶、减压阀和氦漏组成。