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電真空器件程控排氣的研究
摘要：本文簡要介紹了應(yīng)用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)電真空器件的程控真空排氣，優(yōu)化了工藝，保證了真空排氣工藝的一致性和穩(wěn)定性，提高了器件的質(zhì)量。其程控系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，抗干擾能力強(qiáng)，操作簡便。
關(guān)鍵詞：真空器件；程控排氣；真空度
電真空器件的排氣是將器件的零、部件組裝成密封整管后，接上無油超高真空排氣臺(tái)進(jìn)行排氣和烘烤，并分別對(duì)吸氣劑，電離規(guī)管等按照一定的工藝規(guī)程進(jìn)行處理，使之達(dá)到特定的工藝和真空要求的過程，其目的是獲得并長期保持能正常工作的良好真空環(huán)境。真空器件內(nèi)的真空度直接關(guān)系到器件的綜合性能，所以，真空排氣是真空器件制造過程中至關(guān)重要的一環(huán)。
電真空器件的制造具有很強(qiáng)的工藝性 ，其工藝設(shè)備和制造工藝都直接影響其質(zhì)量。如真空器件在真空排氣過程中的烘烤溫度偏低和烘烤、抽真空的時(shí)間短，都會(huì)使零部件中的殘余氣體不能*被排除，達(dá)不到較高真空度的目的；工藝設(shè)備的控制精度差，若為手工操作，還會(huì)受人為因素的影響，其工藝的一致性和穩(wěn)定性差，使其器件的質(zhì)量不穩(wěn)定。為使真空器件的排氣工藝科學(xué)、合理，排除人為因素，保證工藝的穩(wěn)定性和一致性。我們根據(jù)器件制造技術(shù)的要求，結(jié)合實(shí)際情況，開展了烘烤溫度和烘烤時(shí)間對(duì)真空度的影響以及吸氣劑的優(yōu)化處理工藝的試驗(yàn)，制定了新的真空排氣工藝；并用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)了排氣過程的自動(dòng)控制。經(jīng)過幾年的使用，其結(jié)果表明，該套程控系統(tǒng)滿足了電真空器件的研究和生產(chǎn)的需要，保證了排氣工藝的穩(wěn)定性和一致性，提高了真空器件的管內(nèi)真空度及綜合性能，收到了很好的效果。
1 程控排氣工藝的確定原則
電真空器件的零、部件分別由金屬（不銹鋼、銅、鈦、可伐等）、陶瓷、玻璃、云母、吸氣劑等材料制成，各種材料的吸氣量、放氣率是各不相同的，因而真空排氣是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，它與排氣過程中各種材料的放氣量、烘烤溫度、烘烤時(shí)間和處理工藝是緊密相關(guān)的。
為使真空器件獲得并長期保持能正常工作的良好真空環(huán)境，須對(duì)影響真空度的各種因素進(jìn)行分析、研究，以制定出合理的、科學(xué)的真空排氣工藝規(guī)程，并采用計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)真空排氣的自動(dòng)控制，保證工藝的穩(wěn)定性和一致性，才能提高器件的質(zhì)量和可靠性。
程控排氣的工藝原則是以獲取較高真空度為目的，在允許條件下，可適當(dāng)提高烘烤溫度，并延長烘烤時(shí)間。其具體操作是：以真空度為工藝進(jìn)程判據(jù)；優(yōu)化工藝，細(xì)化控制量；同時(shí)，便于程序控制。
2 程控排氣系統(tǒng)的組成
根據(jù)排氣設(shè)備和工藝規(guī)程以及實(shí)際使用情況,我們只對(duì)排氣工藝過程進(jìn)行自動(dòng)控制。程控排氣臺(tái)由超高真空機(jī)組和程控系統(tǒng)構(gòu)成，其系統(tǒng)方框圖如圖1所示。
程控系統(tǒng)由主控機(jī)、I/O板、D/A轉(zhuǎn)換、溫度控制器、烘箱升降、吸氣劑電源、數(shù)字真空計(jì)、鍵盤/顯示器、打印機(jī)以及聲光報(bào)警等部分組成。
圖1 程控排氣系統(tǒng)示意圖
在真空排氣過程中，計(jì)算機(jī)以器件的真空度（多管排氣時(shí)，以其中zui低真空度為準(zhǔn)）為判據(jù)，對(duì)真空排氣工藝過程進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，執(zhí)行真空排氣工藝規(guī)程，實(shí)現(xiàn)整個(gè)排氣工藝的自動(dòng)控制。
主控機(jī)通過并行口與數(shù)字真空計(jì)聯(lián)絡(luò)獲取真空度值，并以其中較低真空度值為工藝進(jìn)程的判斷依據(jù)。當(dāng)真空度在允許范圍內(nèi)時(shí)，主控機(jī)控制溫控器使烘箱保持升溫；當(dāng)真空度低于下限真空度時(shí)，主控機(jī)控制烘箱停止升溫，等真空度回升到允許值后再繼續(xù)升溫。采用鉑電阻作為溫度傳感器，由溫控器測量/控制烘箱內(nèi)溫度值并顯示，經(jīng)串行口與主控機(jī)聯(lián)絡(luò)。由直流電源提供吸氣劑的除氣電流；由主控機(jī)根據(jù)預(yù)定的電流變化要求，送出數(shù)字值，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后控制吸氣劑電流的輸出，并根據(jù)真空度值決定其增/減。
在整個(gè)程控過程中，隨時(shí)進(jìn)行狀態(tài)檢測，一旦出現(xiàn)故障，立即聲光報(bào)警和保存信息，并停止工藝進(jìn)程，排除故障后可重新進(jìn)入程控。打印機(jī)在整個(gè)排氣過程中詳實(shí)記錄有關(guān)數(shù)據(jù)和過程控制狀態(tài)。
程控系統(tǒng)的主控機(jī)選用以MCS－51單片機(jī)為核心構(gòu)成的STD50080系列工業(yè)控制機(jī)，它通過通訊口和I/O實(shí)現(xiàn)排氣工藝的全過程的程序控制。
I/O板分別STD5372/5373兩塊32路光隔離開關(guān)量輸入/輸出板組成，以實(shí)現(xiàn)STD總線與被測工業(yè)設(shè)備或數(shù)字儀器之間*的電隔離，并消除公共地線和電源的干擾，從而保證系統(tǒng)可靠工作。
D/A轉(zhuǎn)換器用來控制吸氣劑直流電源的輸出電流值，選用8位分辨率的DAC0832芯片構(gòu)成D/A轉(zhuǎn)換器,將主控機(jī)輸出的數(shù)字量,經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后控制直流電源的電流輸出，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)吸氣劑的程控除氣。
鍵盤/顯示器選用STD5721板，用來進(jìn)行人機(jī)對(duì)話、狀態(tài)顯示和操作提示等。
打印機(jī)用來記錄人機(jī)對(duì)話內(nèi)容、實(shí)時(shí)記錄控制過程中的數(shù)據(jù)及故障信息。選用CP－80型打印機(jī)，采用并行方式與主控機(jī)的CPU進(jìn)行通訊。
溫度控制器用來控制烘箱的升溫保溫，溫度控制器將溫度傳感器采樣信號(hào)進(jìn)行處理后輸出控制信號(hào)以實(shí)現(xiàn)溫度控制。
吸氣劑直流電源用來輸出恒流電流對(duì)吸氣劑進(jìn)行加熱除氣，并設(shè)有吸氣劑電流有無檢測電路,供主控機(jī)判別是否有故障。