研發(fā)背景

       隨著真空爐實(shí)現(xiàn)無(wú)氧環(huán)境熱處理給行業(yè)帶來(lái)了里程碑式的進(jìn)步，但更加苛刻的一些新材料的處理不僅局限無(wú)氧或者真空泵的自然平衡，而是要求更加狹窄、穩(wěn)定、可控的壓力范圍（氣氛?qǐng)觯Y(jié)合真空爐本來(lái)有相對(duì)均勻的溫度場(chǎng)，從而實(shí)現(xiàn)了材料的工藝要求以及多爐次之間的一致性。
       就目前工業(yè)應(yīng)用的真空量級(jí)，10E-3到10E5跨越了8個(gè)數(shù)量級(jí)，氣體狀態(tài)也從分子流過(guò)渡到粘滯流，要想整個(gè)范圍內(nèi)控制在技術(shù)上難度很大，也沒(méi)有必要。實(shí)際上工業(yè)生產(chǎn)更傾向于在中真空以下的控制。

• 在10E-2以上的量級(jí)，氣體分子已經(jīng)很少，微量的氣體或者真空的節(jié)流都會(huì)造成很大的壓力值的波動(dòng)，一般用微小流量計(jì)、電磁比例調(diào)節(jié)閥、針型閥等在進(jìn)氣端（簡(jiǎn)稱(chēng)上游，下同）充氣，配合真空規(guī)和控制系統(tǒng)保持平衡。
• 在1.33~133Pa這個(gè)量級(jí)，可控進(jìn)氣即可保持這個(gè)真空范圍，且進(jìn)氣量一般較少，即便有進(jìn)氣量的波動(dòng)一般不會(huì)對(duì)材料產(chǎn)生較大影響；排氣端（簡(jiǎn)稱(chēng)下游）保持全通徑狀態(tài)。
• 在1KPa~10E5Pa這個(gè)量級(jí),進(jìn)入爐膛的氣體量往往較大，要實(shí)現(xiàn)氣流脫膠、分壓燒結(jié)等功能。如果下游排氣端依然全通徑，則維持恒定壓力需要上游進(jìn)氣量范圍非常大，且氣流量大小也需要從工藝要求、爐溫影響和成本經(jīng)濟(jì)等考量，所以進(jìn)行下游排氣端的自動(dòng)調(diào)節(jié)最行之有效。就1KPa以上的壓力，實(shí)踐中我們嘗試過(guò)上游使用手動(dòng)針型閥、玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)、質(zhì)量流量控制器控制定量進(jìn)氣，下游使用圓孔球閥、V孔球閥做為調(diào)節(jié)閥，配合真空規(guī)、PLC閉環(huán)調(diào)節(jié)，出現(xiàn)以下的問(wèn)題。
• 圓孔球閥的調(diào)節(jié)很不線(xiàn)性，尤其初期小角度開(kāi)啟，孔徑隨角度變化太大，流量難以控制，經(jīng)常出現(xiàn)關(guān)閉-開(kāi)啟的調(diào)節(jié)，而不是孔徑大小的調(diào)節(jié)，這樣會(huì)造成壓力的波動(dòng)。
• V孔球閥改善了初期孔徑變化太大情況，可以實(shí)現(xiàn)小孔徑調(diào)節(jié)，但是，孔徑隨角度變化依舊不是定值，這就給控制調(diào)節(jié)帶來(lái)難度。
• V孔球閥的有效孔徑法蘭公稱(chēng)通徑要小，影響了調(diào)節(jié)范圍。
• 球閥的共性，球孔從閥座上脫離的角度未知，且不同通徑的閥門(mén)該角度不一致，編程者較難確認(rèn)孔徑的開(kāi)關(guān)臨界角度。
• 普通真空球閥的共性，轉(zhuǎn)軸非耐久設(shè)計(jì)，難以承受長(zhǎng)時(shí)間的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)。
• 轉(zhuǎn)軸的壓緊密封，導(dǎo)致球閥所需要的扭矩較大，執(zhí)行器長(zhǎng)時(shí)間調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)功耗很大，也易損。
• 球閥的球孔邊緣長(zhǎng)時(shí)間處于半開(kāi)合位置，會(huì)引起閥座受力不均，出現(xiàn)溝痕，影響壽命，尤其不能再兼做截止使用。

• 在10E-2以上的量級(jí)，氣體分子已經(jīng)很少，微量的氣體或者真空的節(jié)流都會(huì)造成很大的壓力值的波動(dòng)，一般用微小流量計(jì)、電磁比例調(diào)節(jié)閥、針型閥等在進(jìn)氣端（簡(jiǎn)稱(chēng)上游，下同）充氣，配合真空規(guī)和控制系統(tǒng)保持平衡。
• 在1.33~133Pa這個(gè)量級(jí)，可控進(jìn)氣即可保持這個(gè)真空范圍，且進(jìn)氣量一般較少，即便有進(jìn)氣量的波動(dòng)一般不會(huì)對(duì)材料產(chǎn)生較大影響；排氣端（簡(jiǎn)稱(chēng)下游）保持全通徑狀態(tài)。
• 在1KPa~10E5Pa這個(gè)量級(jí),進(jìn)入爐膛的氣體量往往較大，要實(shí)現(xiàn)氣流脫膠、分壓燒結(jié)等功能。如果下游排氣端依然全通徑，則維持恒定壓力需要上游進(jìn)氣量范圍非常大，且氣流量大小也需要從工藝要求、爐溫影響和成本經(jīng)濟(jì)等考量，所以進(jìn)行下游排氣端的自動(dòng)調(diào)節(jié)最行之有效。就1KPa以上的壓力，實(shí)踐中我們嘗試過(guò)上游使用手動(dòng)針型閥、玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)、質(zhì)量流量控制器控制定量進(jìn)氣，下游使用圓孔球閥、V孔球閥做為調(diào)節(jié)閥，配合真空規(guī)、PLC閉環(huán)調(diào)節(jié)，出現(xiàn)以下的問(wèn)題。
• 圓孔球閥的調(diào)節(jié)很不線(xiàn)性，尤其初期小角度開(kāi)啟，孔徑隨角度變化太大，流量難以控制，經(jīng)常出現(xiàn)關(guān)閉-開(kāi)啟的調(diào)節(jié)，而不是孔徑大小的調(diào)節(jié)，這樣會(huì)造成壓力的波動(dòng)。
• V孔球閥改善了初期孔徑變化太大情況，可以實(shí)現(xiàn)小孔徑調(diào)節(jié)，但是，孔徑隨角度變化依舊不是定值，這就給控制調(diào)節(jié)帶來(lái)難度。
• V孔球閥的有效孔徑法蘭公稱(chēng)通徑要小，影響了調(diào)節(jié)范圍。
• 球閥的共性，球孔從閥座上脫離的角度未知，且不同通徑的閥門(mén)該角度不一致，編程者較難確認(rèn)孔徑的開(kāi)關(guān)臨界角度。
• 普通真空球閥的共性，轉(zhuǎn)軸非耐久設(shè)計(jì)，難以承受長(zhǎng)時(shí)間的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)。
• 轉(zhuǎn)軸的壓緊密封，導(dǎo)致球閥所需要的扭矩較大，執(zhí)行器長(zhǎng)時(shí)間調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)功耗很大，也易損。
• 球閥的球孔邊緣長(zhǎng)時(shí)間處于半開(kāi)合位置，會(huì)引起閥座受力不均，出現(xiàn)溝痕，影響壽命，尤其不能再兼做截止使用。