[发明专利]低真空系统持续充入工作气体时的动态压力精确控制系统

说明书

本发明公开了低真空系统持续充入工作气体时的动态压力精确控制系统，包括真空室、真空泵组、真空抽气管道阀门组件、工作气体输入单元、调节气体输入单元、压力测量单元和电气控制单元，真空泵组通过真空抽气管道对真空室抽取真空。工作气体输入单元包括电磁阀Ⅰ、质量流量控制器Ⅰ及工作气体管路，向真空室充入工作气体。调节气体输入单元包括电磁阀Ⅱ、质量流量控制器Ⅱ及调节气体管路，向真空泵组抽气口充入大气。电气控制单元采用PLC控制真空泵组和电磁阀的开/关、设定工作气体充气流量、设定真空室目标压力值，根据压力测量单元反馈的真空室动态压力值，对调节气体充气流量进行PID调整，实现对真空室动态压力的精确控制。

技术领域

本发明属于真空技术领域，涉及低真空抽气系统持续充入工作气体时的动态压力精确控制系统，具体涉及一种对1Pa～5000Pa量级低真空系统抽气的同时持续充入工作气体时，对系统的动态压力进行精确控制的系统。

背景技术

在临近空间和等离子体研究领域，要建立实验需要的真空环境，与常规真空系统内部的真空环境不同，该真空环境需要在系统抽取真空的同时，还需要充入工作气体(如氩气、氢气、氦气等)，工作气体充入流量需可控可调，在此状态下，系统的真空度指标需满足设定目标，其真空度一般为1Pa～1000Pa量级，并需实现精确控制。因工作气体为要求的充入流量范围内任意值，真空度目标值需满足一定范围内的任意压力设定值，所以真空抽气系统的有效抽速需要进行一定范围内的任意调节，对于抽气系统的真空泵而言不具备任意调节抽速的能力，而采用阀门进行真空流导调节，因阀门开度与流导为非线性关系，且阀门的阀板频繁运动，调节可靠性差。因此，设计一种低真空抽气系统持续充入工作气体时的动态压力精确控制系统很有必要。

低真空抽气系统持续充入工作气体时的动态压力精确控制系统采用了新的技术途径，不需对真空泵进行抽速调节，不需要对真空泵泵口阀门开度进行调节，通过在真空泵抽气口充入调节气体的方式，可实现真空泵组抽气负载的调节，从而实现对系统的动态压力进行精确控制。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是为了解决对1Pa～5000Pa量级低真空系统抽气的同时在系统持续充入工作气体时，对系统的动态压力进行精确控制的问题。系统的动态压力(真空度)取决于系统工作气体流量(充气量)和真空泵对系统的有效抽速，对于此类系统而言，工作气体充气量是需要进行调节的变量，真空泵对系统的有效抽速取决于泵自身在不同压力区间的名义抽速和真空抽气管路系统的几何结构尺寸(包括阀门开度)，对于系统内的动态压力值，泵的名义抽速是非线性的变量，因此为满足设定的动态压力目标值，根据不同的工作气体充气量，真空泵对系统的有效抽速需根据系统动态压力反馈值进行动态调节，现有技术一般通过对阀门开度或真空泵组变频进行调节，从而调节系统有效抽速，阀门开度及真空泵组变频与有效抽速之间也为非线性关系，且阀门开度调节动作非常频繁，过多的非线性变量和阀门频繁的调节动作造成系统压力控制精度低，稳定性差，阀门寿命低。本发明通过采用新的技术途径，不需对真空泵进行抽速调节，不需要对真空泵泵口阀门开度进行调节，通过在真空泵抽气口充入调节气体的方式，实现真空泵总抽气负载(为充入的工作气体量和调节气体量之和)的调节，充入调节气体量控制精度高，动态反应快，可实现对真空泵总抽气负载的调节，从而实现对真空室动态压力(工作真空度)的精确控制。

为达到以上目的，本发明采用了新的技术途径，不需对真空泵进行抽速调节，不需要对真空泵泵口阀门开度进行调节，而是通过在真空泵抽气口充入调节气体的方式，实现真空泵抽气负载的调节，从而实现对系统的工作真空度的精确控制。本发明采取的技术方案是：

一种低真空抽气系统持续充入工作气体时的动态压力精确控制系统，包括：真空室1、真空泵组2、真空抽气管道阀门组件3、工作气体输入单元4、调节气体输入单元5、压力测量单元6和电气控制单元7；