CN107675145B - 一种真空设备压强调控系统及真空设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种真空设备压强调控系统及真空设备，该装置包括真空炉体压强获取管路，抽真空管路和压强调控管路；真空炉体压强获取管路包括与真空炉体相连的第一电磁阀、用于获取真空炉体产品处理室的压强P₁的第一薄膜规；与真空炉体相连的第二电磁阀、用于获取真空炉体保温层和产品处理室之间的压强P₂的第二薄膜规；抽真空管路用于抽取产品处理室内的尾气；压强调控管路用于向抽真空管路通入第一工艺气体，调节P₁和P₂之间的压强差，以实现真空炉体产品处理室内外压强差的恒定；包括与第一气动球阀相连的第一隔膜阀、与第一工艺气体的进气口相连的第一质量流量计。本申请实现产品处理室内外压强差的恒定，从而获得质量更高的产品。

Description

一种真空设备压强调控系统及真空设备

技术领域

本发明涉及化学气相沉积技术领域，特别涉及一种真空设备压强调控系统及真空设备。

背景技术

真空设备应用于高速钢、工具钢、模具钢，合金结构钢等材料的高压气淬，也可用于不锈钢材料的高温钎焊、固溶；粉末材料的烧结和时效处理、硬质合金的脱脂烧结等方面，同时在以碳-氢气体为碳源的材料或基体的化学气相沉积、表面处理等方面也得到了广泛应用。通常，真空设备包括但不限于炉壳1、保温层2和产品处理室3，可以参考图1中所示的真空设备的结构示意图。产品处理室3通常为工艺气体可以渗透进入其内部的相对密闭的装置，通入到保温层中的工艺气体通过这些孔进入产品处理室3，对待处理产品进行处理，处理的过程可以是工艺气体，通常是惰性气体，对待处理产品的表面进行处理，例如进行化学气相沉积；当然也可以是工艺气体从待处理产品的外表面进入到产品的内表面，与待处理产品进行处理，如反应或除去待处理产品内的成型剂等，从而得到所需的目标产品。可以理解的是，工艺气体进入产品处理室3的速度是否均匀直接影响最后经混合气体处理过的目标产品质量的好坏。因而，保持产品处理室3内外压强差的恒定有利于混合气体均匀进入产品处理室3，从而获得质量更高的目标产品。

在现有技术中，如何实现产品处理室3内外的压强差的恒定有两种解决方案。第一种解决方案是在抽真空管路上安装一个调节阀，通过对调节阀的控制使产品处理室3内外的压强差值恒定。但是，当炉内处理的产品有粘性很强的副产物通过真空管道时，这些副产物有部分会附在真空管道调节阀上，当工艺处理时间很长时，副产物会越来越多的集聚在调节阀上，使调节阀不能精确调节产品处理室3内外的压强差值。

第二种解决方案是保持抽真空管路抽速不变，在工艺进气口端安装质量流量控制器，通过对进气流量的控制实现产品处理室3内外的压强差值的恒定。但是在特定工艺条件下，一般都要求进气流量是恒定的，故而在工艺进气管道安装可控流量的质量流量控制器，由于同样存在调节阀不能精确调节产品处理室3内外的压强差值的问题，因而也不能满足要求。

因此，如何实现产品处理室3内外的压强差的恒定是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种真空设备压强调控系统及真空设备，实现产品处理室3内外压强差的恒定，从而获得质量更高的产品。其具体方案如下：

一种真空设备压强调控系统，包括真空炉体压强获取管路，抽真空管路和压强调控管路；其中，

所述真空炉体压强获取管路包括：

与所述真空炉体相连的第一电磁阀、与所述第一电磁阀相连的，用于获取所述真空炉体产品处理室3的压强P₁的第一薄膜规、与所述真空炉体相连的第二电磁阀、与所述第二电磁阀相连的，用于获取所述真空炉体保温层2和所述产品处理室3之间的压强P₂的第二薄膜规；

所述抽真空管路用于抽取所述产品处理室3内的尾气，包括：

与所述真空炉体相连的第一气动球阀、与所述第一气动球阀相连的第二气动球阀、与所述第二气动球阀相连的真空波纹管、与所述真空波纹管相连的压差阀、与所述压差阀相连的真空泵；

所述压强调控管路用于向所述抽真空管路通入第一工艺气体，调节所述P₁和所述P₂之间的压强差，以实现所述真空炉体所述产品处理室3内外压强差的恒定；包括：

与所述第一气动球阀相连的第一隔膜阀、与所述第一隔膜阀相连的第一质量流量计；其中，所述第一质量流量计与第一工艺气体的进气口相连。

可选的，所述第一电磁阀、所述第二电磁阀包括直动式电磁阀。

可选的，所述第一电磁阀、所述第二电磁阀包括分步直动式电磁阀。

可选的，所述第一电磁阀、所述第二电磁阀包括先导式电磁阀。

可选的，所述第一薄膜规和所述第二薄膜规包括APR压阻规或CMR薄膜规。

可选的，所述真空泵包括机械泵。

可选的，所述第一气动球阀、所述第二气动球阀的球体为浮动球或固定球或弹性球。

相应的，本发明还提供了一种真空炉设备，包括上述的真空设备压强调控系统。

可见，本发明提供的真空设备压强调控系统，通过真空炉体压强获取管路获取产品处理室3的压强P₁和产品处理室3与保温层2之间的压强P₂，通过将P₁与P₂的压强差ΔP与预设的压强差ΔP_设作比较，当ΔP与ΔP_设不相等时，通过调控压强调控管路向抽真空管路通入的工艺气体的流量，调节ΔP，直至达到ΔP_设，并保持ΔP的恒定，从而实现产品处理室3内外压强差的恒定，进而获得质量更高的产品。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种真空设备压强调控系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种真空设备压强调控系统，参见图1所示，可以包括真空炉体压强获取管路4，抽真空管路5和压强调控管路6；其中，

真空炉体压强获取管路4包括：

与真空炉体相连的第一电磁阀41、与第一电磁阀41相连的，用于获取真空炉体产品处理室3的压强P₁的第一薄膜规42、与真空炉体相连的第二电磁阀43、与第二电磁阀43相连的，用于获取真空炉体保温层2和产品处理室3之间的压强P₂的第二薄膜规44。

上述抽真空管路5包括：与真空炉体相连的第一气动球阀51、与第一气动球阀51相连的第二气动球阀52、与第二气动球阀52相连的真空波纹管53、与真空波纹管53相连的压差阀54、与压差阀54相连的真空泵55；用于抽取产品处理室3内的尾气。

压强调控管路6包括：与第一气动球阀51相连的第一隔膜阀61、与第一隔膜阀61相连的第一质量流量计62；其中，第一质量流量计62与第一工艺气体的进气口7相连；

压强调控管路6用于向抽真空管路5通入第一工艺气体7，调节P1和P2之间的压强差，以实现真空炉体产品处理室3内外压强差的恒定。

在对真空炉体压强获取管路4，抽真空管路5和压强调控管路6进行具体说明之前，需要先对工艺气体通入管路9进行说明。工艺气体通入管路9包括：

第一工艺气体7经过第三电磁阀91和第二质量流量计92通入混气罐95；同时，第二工艺气体8经过第四电磁阀93和第三质量流量计94通入混气罐95。混合后的工艺气体经过玻璃转子流量计96后通入到真空炉的保温层2和产品处理室3之间的区域。

其中，电磁阀包括第一电磁阀41、第二电磁阀42、第三电磁阀91和第四电磁阀93，是用电磁控制的工业设备，用来控制流体的自动化基础元件，属于执行器，并不限于液压、气动。用在工业控制系统中调整介质的方向、流量、速度和其他的参数。电磁阀可以配合不同的电路来实现预期的控制，而控制的精度和灵活性都能够保证。具体地，第三电磁阀91用来控制第一工艺气体7的通入，同样，第四电磁阀92用来控制第二工艺气体8的通入。

需要进行说明的是，电磁阀可以是直动式电磁阀，可以是分步直动式电磁阀，当然也可以是先导式电磁阀。其中，直动式电磁阀的工作原理是：通电时，电磁线圈产生电磁力把关闭件从阀座上提起，阀门打开；断电时，电磁力消失，弹簧把关闭件压在阀座上，阀门关闭；其特点是，在真空、负压、零压时能正常工作，但通径一般不超过25mm。分步直动式电磁阀的工作原理是：当入口与出口没有压强差时，通电后，电磁力直接把先导小阀和主阀关闭件依次向上提起，阀门打开。当入口与出口达到启动压强差时，通电后，电磁力先导小阀，主阀下腔压力上升，上腔压力下降，从而利用压强差把主阀向上推开；断电时，先导阀利用弹簧力或介质压力推动关闭件，向下移动，使阀门关闭，其特点是在零压强差或真空、高压时亦能可操作，但功率较大，要求必须水平安装。先导式电磁阀的工作原理是：通电时，电磁力把先导孔打开，上腔室压力迅速下降，在关闭件周围形成上低下高的压强差，流体压力推动关闭件向上移动，阀门打开；断电时，弹簧力把先导孔关闭，入口压力通过旁通孔迅速腔室在关阀件周围形成下低上高的压强差，流体压力推动关闭件向下移动，关闭阀门，其特点是流体压力范围上限较高，可任意安装，但必须满足流体压强差条件。

本发明实施例中玻璃转子流量计96的作用是检测通过的混合气体的流量。薄膜规包括第一薄膜规42和第二薄膜规44，用于测量目标区域的压强。具体地，第一薄膜规42用于获取真空炉体产品处理室3的压强P₁，第二薄膜规43用于获取保温层2和真空炉体产品处理室3的压强P₂。需要进行说明的是，薄膜规可以是APR压阻规，也可以是CMR薄膜规，当然必要情况下也可以是其他种类的薄膜规。本发明实施例中，气动球阀依靠旋转阀来使阀门畅通或闭塞，包括第一气动球阀51、第二气动球阀52；需要进行说明的是，气动球阀的球体可以是浮动球，也可以是固定球，当然也可以是弹性球。

本发明实施例中，质量流量计包括第一质量流量计62、第二质量流量计92和第三质量流量计94，用于直接测量通过流量计的工艺气体的质量流量，还可测量工艺气体的密度及间接测量工艺气体的温度。需要进行说明的是，质量流量计是不能控制流量的，它只能检测通过的工艺气体的质量流量，通过模拟电压、电流或者串行通讯输出流量值。具体的，第一质量流量计62和第二质量流量计91用于检测通过的第一工艺气体7的质量流量，第三质量流量计94用于检测通过的第二工艺气体8的质量流量。

本发明实施例中，真空泵55通常是机械泵，用于抽取产品处理室3内的空气，获取真空状态。需要进行说明的是，产品处理室3为气体可以渗透进入其内部的相对密闭的装置，或由产品本身构成的一个相对密闭的空间，例如，环状材料构成的圆柱形空间等。产品处理室3与保温层2之间为压强较大的混合气体，产品处理室3内为接近真空状态，由于压强差的存在使混合气体进入产品处理室3中，并能够均匀在产品反应室3中均匀分布，与产品进行沉积或者反应，从而获得用户需要的目标产品。可以理解的是，混合气体进入产品处理室3的速度是否均匀直接影响最后生成的目标产品质量的好坏。因而，保持产品处理室3内外压强差的恒定有利于混合气体均匀进入产品处理室3，从而获得质量更高的目标产品。

本发明实施例提供的真空设备压强调控系统使产品处理室3内外压强差保持恒定的工作原理是：通过真空炉体压强获取管路4获取产品处理室3的压强P₁和产品处理室2与保温层3之间的压强P₂，通过将P₁与P₂两者的压强差ΔP与预设的压强差ΔP_设作比较，需要进行说明的是，ΔP＝P₂-P₁。当ΔP与ΔP_设不相等时，通过改变压强调控管路向抽真空管路通入的工艺气体的流量调节ΔP，直至达到ΔP_设，并保持ΔP的恒定，从而实现产品处理室3内外压强差的恒定，进而获得质量更高的产品。

具体地，当ΔP大于ΔP_设时，可以通过增大通过压强调控管路6向压强调控管路5通入的第一工艺气体7的流量，使抽真空管路9抽取产品处理室3内的尾气速率减慢，从而使产品处理室3内的压强增大，进而使ΔP降低，逐渐接近ΔP_设，并通过控制压强调控管路6向抽真空管路5通入的第一工艺气体7的流量的稳定保持ΔP的恒定，进而获得质量更好的目标产品；同样的道理，当ΔP略小于ΔP_设时，可以通过减少通过压强调控管路6向抽真空管路5通入的第一工艺气体7的流量，使抽真空管路9抽取产品处理室3内的尾气速率加快，从而使产品处理室3内的压强减小，进而使ΔP增大，逐渐接近ΔP_设，并通过控制压强调控管路6向抽真空管路5通入的第一工艺气体7的流量的稳定保持ΔP的恒定，进而获得质量更好的目标产品；当ΔP小于ΔP_设时，可以关闭第一电磁阀61，并通过增加真空泵的数量加大抽取产品反应室3内尾气的力度，直至ΔP达到用户设置的ΔP_设，从而保持产品处理室3内外压强差保持恒定，进而获得质量更好的目标产品。

相应的，本发明实施例还公开了一种真空炉设备，包括上述的真空设备压强调控系统。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的真空设备压强调控系统及真空设备进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (2)

1.一种真空设备压强调控系统，其特征在于，包括真空炉体压强获取管路，抽真空管路和压强调控管路；其中，

所述真空炉体压强获取管路包括：

与所述真空炉体相连的第一电磁阀、与所述第一电磁阀相连的，用于获取所述真空炉体产品处理室的压强P₁的第一薄膜规、与所述真空炉体相连的第二电磁阀、与所述第二电磁阀相连的，用于获取所述真空炉体保温层和所述产品处理室之间的压强P₂的第二薄膜规；

所述抽真空管路用于抽取所述产品处理室内的尾气，包括：

与所述真空炉体相连的第一气动球阀、与所述第一气动球阀相连的第二气动球阀、与所述第二气动球阀相连的真空波纹管、与所述真空波纹管相连的压差阀、与所述压差阀相连的真空泵；

所述压强调控管路用于向所述抽真空管路通入第一工艺气体，调节所述P1和所述P2之间的压强差，以实现所述真空炉体所述产品处理室内外压强差的恒定；包括：

与所述第一气动球阀相连的第一隔膜阀、与所述第一隔膜阀相连的第一质量流量计；其中，所述第一质量流量计与第一工艺气体的进气口相连；

所述第一电磁阀、所述第二电磁阀包括直动式电磁阀、分布直动式电磁阀或先导式电磁阀；所述第一薄膜规和第二薄膜规包括APR压阻规或CMR薄膜规；所述真空泵包括机械泵，所述第一气动球阀、所述第二气动球阀的球体为浮动球或固定球或弹性球。

2.一种真空设备，其特征在于，包括权利要求1所述的真空设备压强调控系统。