[實用新型]真空系統氦氣恒壓控制裝置

無效

• 申請號: 201020541758.3
• 申請日: 2010-09-26
• 公開（公告）號: CN201788423U
• 公開（公告）日: 2011-04-06
• 發明（設計）人: 佘磊;楊玉娜;柳浩;屈萬成;李交美
• 申請（專利權）人: 中國科學院武漢物理與數學研究所
• 主分類號: G05D16/20
• 分類號: G05D16/20
• 代理公司: 武漢荊楚聯合知識產權代理有限公司 42215
• 代理人: 王健

技術領域

本實用新型涉及電子技術與真空技術領域，更具體涉及向真空系統中注入恒壓氦氣的裝置及方法，主要用于向真空系統中注入恒定壓強的氦氣。

背景技術

為了研究原子、分子或離子等粒子的物理性質，有些實驗必須在超高真空度的真空系統中進行，真空系統主要包括啟密封作用的真空密封腔和用于測量真空度的真空計。許多在真空中進行的物理實驗中，為了更好的研究原子、分子或離子等粒子的物理性質，必須對具有較高的溫度或熱運動能量的粒子進行冷卻。一種簡單可靠的方法就是向真空系統中注入高純度的惰性氣體-氦氣，通過氦氣和粒子的碰撞降低粒子熱運動能量或溫度以冷卻囚禁粒子。由于不同壓強的氦氣和粒子碰撞時的碰撞幾率不同，因此在不同的氦氣壓強下，粒子的溫度也會不同。在對粒子溫度恒定性要求較高的實驗中，如汞離子微波時間頻率標準實驗等，氦氣壓強不穩定所導致的粒子溫度的變化將影響時間頻率標準的穩定性。因此，真空系統中氦氣保持穩定的壓強是十分重要的。

目前，向真空系統中注入高純度氦氣的方法是利用過濾式氦氣微漏閥（也稱氦漏）將氣瓶中的氦氣注入真空系統（見專利CN?1479031A），該方法是通過對氦漏的溫度控制來控制氦氣向真空系統的滲透速率，這種方法的不足之處在于：當外界環境溫度發生變化或維持真空系統的真空泵抽氣速率變化時，真空系統中氦氣的壓強也將發生變化，而由于溫控系統的存在氦漏仍然以原滲透速率向系統中注入氦氣，因此無法保證真空系統氦氣壓強的穩定。同時由于氦氣滲透率不僅和氦漏溫度有關，而且和氦漏兩邊氦氣壓強差有關（壓強差越大滲透率越大），當氦漏長期工作時其中的氦氣逐漸減少，氦氣壓強差逐漸減少，氦氣滲透率減小，真空系統中的氦氣壓強隨之減小，同樣無法保證真空系統氦氣壓強的穩定。

發明內容

本實用新型的目的是：提供一種真空系統氦氣恒壓控制裝置。該裝置由真空信號探測部件、脈寬調制信號部件、功率調節部件、氦氣源和真空系統組成；能自動調節氦氣的滲透率，使得真空系統的氦氣壓強達到并穩定在設定值。

為達到上述目的，本實用新型采用以下技術方案：

真空系統氦氣恒壓控制裝置由信號探測部件、脈寬調制信號部件、功率調節部件、氦氣源和真空系統組成；信號探測部件由真空規電源、真空規和電流電壓轉換電路組成，脈寬調制信號部件由信號放大電路、電壓設定電路、減法電路、比例積分微分（PID）電路、鋸齒波發生電路和電壓比較電路組成，功率調節部件由過零觸發器和雙向可控硅組成，氦氣源由氦瓶、減壓閥和氦漏組成。

真空規安裝在真空系統上探測真空信號，真空規電源接口與真空規電源連接得到所需的電源。真空規信號接口與電流電壓轉換電路（《新概念51單片機C語言教程.入門、提高、開發拓展全攻略》電子工業出版社P504）輸入端連接，將反映真空系統的真空度的離子流信號經轉換為電壓信號。電流電壓轉換電路輸出端與信號放大電路（《電子技術》（第五版）高等教育出版社?P111）輸入端連接，信號放大電路輸出端和減法電路（《電子技術》（第五版）高等教育出版社?P331）負輸入端連接，減法電路正輸入端連接到電壓設定電路（《新概念51單片機C語言教程.入門、提高、開發拓展全攻略》電子工業出版社P506），使得電流電壓轉換電路輸出的電壓信號經信號電路放大放大后，和電壓設定電路的電壓信號通過減法電路相比較得到誤差信號。減法電路輸出端與比例積分微分電路（《電子技術基礎》模擬部分（第四版）高等教育出版社P336）輸入端連接，比例積分微分電路輸出端與電壓比較電路（《電子技術基礎》模擬部分（第四版）高等教育出版社P418）負輸入端連接，電壓比較電路正輸入端與鋸齒波發生電路連接，使得減法電路輸出的誤差信號經比例積分微分電路進行調整后，和鋸齒波發生電路（XR2206芯片使用說明）產生的鋸齒波信號經電壓比較電路得到脈寬調制信號。電壓比較電路輸出端與過零觸發器輸入端連接，過零觸發器輸出端與雙向可控硅的控制端連接（機電產品開發與創新，Vol.21,No.3，170），雙向可控硅電流輸入端連接到電源，雙向可控硅電流輸出端與氦漏加熱絲的一端連接，氦漏加熱絲的另一端與電源連接，使得脈寬調制信號輸入到過零觸發器，驅動雙向可控硅。在脈寬調制信號輸出為高時,?過零觸發器導通,在交流過零時可連續觸發雙向可控硅導通，加熱絲加熱。在脈寬調制信號輸出為低時,過零觸發器截止,交流電壓在過零后雙向可控硅斷路，加熱絲停止加熱。從而完成氦漏加熱絲功率的調功控制。氦漏進氣口與減壓閥出氣口連通，減壓閥進氣口與氦瓶出氣口連通，氦漏出氣口與真空系統連通，使得氦氣由氦瓶經減壓閥減壓后注入氦漏，氦漏和真空系統連接，氦氣通過氦漏滲透到真空系統中。