真空系統中上下游模式同時使用的雙向控制新技術
摘要：本文詳細介紹了真空系統中上游和下游控制模式的特點以及在應用中存在的問題，并介紹了上下游模式同時使用的雙向控制新技術，新技術可有效發揮上下游控制模式的優點和抑制缺點。
1． 真空度（壓力）控制概述
在許多真空系統中，為了實施特定的工藝過程或達到一定的實驗條件，需要真空系統中的真空度恒定在特定以及關鍵的設定值，這就需要對真空系統內的真空度進行控制。真空度控制一般通過上游模式（upstream model）、下游模式（downstream model）和兩種模式結合的方法實現。業內一般將上游模式定義為控制輸入真空系統的氣體，下游模式定義為控制泵送系統的節流，即以真空系統為參照物，真空系統上游的進氣控制為上游模式，真空系統下游的出氣控制為下游模式。
無論是自動的上游控制還是下游控制，都需要電動控制閥來實現。在目前國內外真空系統的真空度控制過程中，由于技術的限制，絕大多數還都是采用單一控制方式，即或是上游模式，或是下游模式。但隨著雙向控制技術的突破，可以實現上下游模式的同時控制。
本文詳細介紹了真空系統中上下游真空度控制模式的特點以及在應用中存在的問題，介紹了雙向控制技術的特點。
2． 上游控制模式（Upstream Model）
如圖2－1所示，上游控制模式是一種控制系統中壓力的方法，在該系統中，氣體流入腔室，通常由電動控制閥進行控制。
圖2－1 上游控制模式示意圖
上游真空度（壓力）控制器維持真空系統本身上游的壓力，在真空泵抽速一定的情況下，增加進氣流量以降低壓力，減少進氣流量以增加壓力。因此，這稱為反向作用，該配置在行業中通常稱為背壓調節器。
在真空度（壓力）上游模式控制期間，控制閥將以特定的速率注入氣體，同時還與控制器通信。如果從控制器接收到不正確的輸出電壓（意味著壓力不正確），控制閥將調整流量。壓力過高，控制閥會降低流量，壓力過高，控制閥會提高流量。
上游模式具有以下特點：
（1）可提高真空系統中工藝的穩定性和速度。
（2）使用快速作用控制閥，將控制儀器放置在真空系統的上游可提供更快的響應時間和更好的穩定性。上游模式還消除了對附加閥的需求，減少了系統中潛在泄漏點的數量，減少了下游設備的需求并降低了安裝成本。例如在真空鍍膜應用中，將壓力控制裝置放置在腔室的上游可以節省時間，成本，并提高真空沉積工具的精度。
（3）很多真空工藝，如等離子熔煉和真空沉積等，都使用了下游控制模式來維持真空室內的氣體壓力，而節流閥的使用會有幾萬元的配置，并還需要一個單獨的控制模塊來為閥門供電、提供PID數據和設定點功能。因此，上游模式有時可有效的降低真空系統的造價成本。
（4）由于下游真空泵不受控制，一般都以較大的抽速運行，這就造成在單獨使用上游模式時會出現比較費氣的現象，特別是在工藝氣體為較貴的高純惰性氣體時尤為明顯。
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