[实用新型]真空系统氦气恒压控制装置

说明书

技术领域

本实用新型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CN 1479031A），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

本实用新型的目的是：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。

为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

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。

真空规安装在真空系统上探测真空信号，真空规电源接口与真空规电源连接得到所需的电源。真空规信号接口与电流电压转换电路（《新概念51单片机C语言教程.入门、提高、开发拓展全攻略》电子工业出版社P504）输入端连接，将反映真空系统的真空度的离子流信号经转换为电压信号。电流电压转换电路输出端与信号放大电路（《电子技术》（第五版）高等教育出版社 P111）输入端连接，信号放大电路输出端和减法电路（《电子技术》（第五版）高等教育出版社 P331）负输入端连接，减法电路正输入端连接到电压设定电路（《新概念51单片机C语言教程.入门、提高、开发拓展全攻略》电子工业出版社P506），使得电流电压转换电路输出的电压信号经信号电路放大放大后，和电压设定电路的电压信号通过减法电路相比较得到误差信号。减法电路输出端与比例积分微分电路（《电子技术基础》模拟部分（第四版）高等教育出版社P336）输入端连接，比例积分微分电路输出端与电压比较电路（《电子技术基础》模拟部分（第四版）高等教育出版社P418）负输入端连接，电压比较电路正输入端与锯齿波发生电路连接，使得减法电路输出的误差信号经比例积分微分电路进行调整后，和锯齿波发生电路（XR2206芯片使用说明）产生的锯齿波信号经电压比较电路得到脉宽调制信号。电压比较电路输出端与过零触发器输入端连接，过零触发器输出端与双向可控硅的控制端连接（机电产品开发与创新，Vol.21,No.3，170），双向可控硅电流输入端连接到电源，双向可控硅电流输出端与氦漏加热丝的一端连接，氦漏加热丝的另一端与电源连接，使得脉宽调制信号输入到过零触发器，驱动双向可控硅。在脉宽调制信号输出为高时, 过零触发器导通,在交流过零时可连续触发双向可控硅导通，加热丝加热。在脉宽调制信号输出为低时,过零触发器截止,交流电压在过零后双向可控硅断路，加热丝停止加热。从而完成氦漏加热丝功率的调功控制。氦漏进气口与减压阀出气口连通，减压阀进气口与氦瓶出气口连通，氦漏出气口与真空系统连通，使得氦气由氦瓶经减压阀减压后注入氦漏，氦漏和真空系统连接，氦气通过氦漏渗透到真空系统中。