CN111734615A - 用于真空系统的后级泵控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于真空系统的后级泵控制系统及控制方法，包括真空腔室、后级泵、前级泵、电控阀、真空传感器、控制单元；后级泵抽气口与真空腔室连通，后级泵排气口通过电控阀与前级泵抽气口连通；控制单元信号输入接口分别与真空传感器和后级泵内置温度传感器连接，控制单元控制输出接口分别与前、后级泵控制器和电控阀控制器输入接口连接。本发明通过设置控制单元，便于实时控制前、后级泵开/关闭及调节后级泵转速，及时测量真空腔室真空度和后级泵工作温度，便于调节后级泵抽速，确保了后级泵使用寿命和工作稳定性，降低了功耗，整个真空系统兼顾了体积小与抽速快的优点，便于整个真空系统的集成，相较于前级泵外设方式简化了气路结构。

Description

用于真空系统的后级泵控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及真空系统，尤其是涉及用于真空系统的后级泵控制系统及控制方法。

背景技术

在质谱仪、色谱仪等仪器中，需要的高真空环境可达到10e-7mbar量级，为达到上述真空度，目前多采取前级机械泵和后级分子泵串联来实现；即前级机械泵不停的工作抽取真空腔室内部气体，当真空腔室内真空度达到一定量级后，由于前级机械泵抽速有限，真空度不能继续下降，此时再启动后级分子泵抽取真空腔室内部气体，由于后级分子泵抽速远高于前级机械泵的抽速，抽速极快，可以使真空腔室内的真空度持续下降至所要求的高真空度，分子泵在使用时当其抽气口和排气口两端的压力差过大时容易因为阻力过大而造成分子泵发热或大功率输出等现象，长期使用会导致分子泵高温甚至宕机等问题产生，影响真空系统的稳定工作，大大降低后级分子泵的使用寿命。因此在分子泵运行时需机械泵持续运行，以降低分子泵两端的压力差，常规使用中需要满足后级分子泵与前级机械泵的抽速比小于300，才能使分子泵维持稳定运行。为此，在日常选配中，常选用如下两种组合方式：1、由较高抽速（例如抽速1.5~2.0L/s）前级机械泵与一个高抽速（例如抽速220~280 L/s）的后级分子泵组成，该组合方式整体抽速比较快，可以较快的达到要求的真空度，但是由于前级机械泵的抽速与体积成正比使得其体积大且需要额外供电，不利于集成，整个设备占地面积较大；2、由低抽速（例如抽速0.28-0.45L/s）的前级机械泵与低抽速（例如抽速60-85L/s）的后级分子泵组成，其特点是前级机械泵体积小，利于集成，但是因为整体采用的均是低抽速的泵，整体抽速较慢，在使用时需要较长时间才能使真空腔室内的真空度达到要求的值。

上述分子泵和机械泵因其结构特点以及抽速比的限制，导致在选择抽真空泵组合时，很难兼顾体积和抽真空速度，不满足用户对高抽真空速度且小体积，高度集成的需求。

发明内容

本发明目的在于提供一种用于真空系统的后级泵控制系统，本发明另一目的在于提供该后级泵控制系统的控制方法。

为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：

本发明所述用于真空系统的后级泵控制系统，包括真空腔室、后级泵、前级泵、电控阀、真空传感器、控制单元；其特征在于：所述后级泵的抽气口与所述真空腔室连通，所述后级泵的排气口通过所述电控阀与所述前级泵的抽气口连通；所述控制单元的信号输入接口分别与所述真空传感器和后级泵内置温度传感器的检测信号输出接口连接，用于检测所述真空腔室内的真空度和所述后级泵的工作温度；所述控制单元的控制信号输出接口分别与所述前级泵的控制器、所述后级泵的控制器和所述电控阀的控制器的控制信号输入接口连接，用于控制后级泵的抽速和前级泵、电控阀的开启/关闭；前级泵为机械真空泵，后级泵为分子真空泵。

所述后级泵与所述前级泵的额定抽速的比值大于300；所述控制单元的信号输入接口与所述前级泵内置温度传感器的检测信号输出接口连接，用于检测前级泵的工作温度。

本发明所述后级泵控制系统的控制方法，包括下述步骤：

步骤1，判断所述前级泵是否开启，只有当前级泵开启后，才能开启所述电控阀和所述后级泵；

步骤2，当后级泵开启时，实时读取后级泵的工作温度t和转速n；

当后级泵的工作温度t高于或等于第一预设温度t₁时，关闭后级泵；

当后级泵的工作温度t低于第一预设温度t₁，且高于或等于第二预设温度t₂时，控制单元控制后级泵的抽速与工作温度t成反比；

当后级泵的工作温度t低于第二预设温度t₂时，后级泵抽速脱离后级泵工作温度的控制；其中，t₁＞t₂；

步骤3，反复循环操作步骤1和步骤2，以实现后级泵与真空系统的持续稳定工作。

在步骤2中，当t＜t₁时，所述控制单元控制后级泵的转速n在最小预设转速n_min和最大预设转速n_max之间；当控制单元根据后级泵工作温度t控制后级泵的转速n增加至所述最大预设转速n_max或降低至所述最小预设转速n_min时，控制后级泵保持当前转速；当t=t₂时，控制单元控制后级泵的转速小于或等于最大预设转速n_max；所述第一预设温度t₁满足：55℃≤t₁≤90℃；优选第一预设温度t₁满足：75℃≤t₁≤85℃；所述第二预设温度t₂满足：35℃≤t₂≤80℃。

本发明所述后级泵控制系统的控制方法，包括下述步骤：

步骤1，判断所述前级泵是否开启，只有当前级泵开启后，才能开启所述电控阀和所述后级泵；

步骤2，当后级泵开启时，实时读取后级泵的工作温度t、输出功率P和转速n；

当后级泵的工作温度t高于或等于第一预设温度t₁时，关闭后级泵；

当t＜t₁且后级泵的输出功率P大于或等于第一预设功率P₁时，控制后级泵的抽速与输出功率P成反比；

当t＜t₁且P＜P₁时，后级泵的抽速脱离输出功率的控制；

步骤3，反复循环操作步骤1和步骤2，以实现后级泵与真空系统的持续稳定工作。

在步骤2中，当t＜t₁时，所述控制单元控制所述后级泵的转速n在最小预设转速n_min和最大预设转速n_max之间；当所述控制单元根据输出功率P控制后级泵的转速增加至最大预设转速n_max或降低至最小预设转速n_min时，控制后级泵保持当前转速；所述第一预设功率P₁满足：100瓦≤P₁≤300瓦，优选第一预设功率P₁满足：120瓦≤P₁≤200瓦；所述第一预设温度t₁满足：55℃≤t₁≤90℃，优选第一预设温度t₁满足：75℃≤t₁≤85℃。

本发明所述后级泵控制系统的控制方法，包括下述步骤：

步骤1，判断所述前级泵是否开启，只有当前级泵开启后，才能开启所述电控阀和后级泵；

步骤2，在后级泵开启时，实时读取后级泵的工作温度t和真空腔室内的真空度；

当后级泵的工作温度t高于或等于第一预设温度t₁时，关闭后级泵；

当t＜t₁时，控制后级泵的抽速与真空腔室内真空度成反比；

步骤3，循环操作步骤1和步骤2，以实现后级泵与真空系统的持续稳定工作。

在步骤2中，当t＜t₁时，所述控制单元控制后级泵的转速n在最小预设转速n_min和最大预设转速n_max之间；当控制单元根据真空腔室的真空度控制后级泵的转速增加至最大预设转速n_max或降低至最小预设转速n_min时，控制后级泵保持当前转速；所述最小预设转速n_min满足：300 r/s≤n_min≤800r/s；所述最大预设转速n_max满足：800r/s≤n_max≤2000r/s。

本发明所述后级泵控制系统的控制方法，包括下述步骤：

步骤1，判断所述前级泵是否开启，只有当前级泵开启后，才能开启所述电控阀和后级泵；

步骤2，当后级泵开启后，实时读取后级泵的工作温度t、后级泵的输出功率P和真空腔室内的真空度；

当后级泵的工作温度t高于或等于第一预设温度t₁时，关闭后级泵；

当t＜t₁时，所述控制单元控制后级泵的抽速与工作温度t、输出功率P和真空腔室内的真空度分别成反比；当后级泵的工作温度t、输出功率P和真空腔室内的真空度对后级泵的抽速控制相冲突时，对工作温度t，输出功率P和真空腔室内的真空度三种参数分别采用a、b、c的权重控制后级泵的抽速；

所述a+b+c=1，a、b、c均为大于或等于零的数值，且a、b、c中至少两个大于零；

步骤3，循环操作步骤1和步骤2，以实现后级泵与真空系统的持续稳定工作。

在步骤2中，当t＜t₁时，所述控制单元控制所述后级泵的转速n在最小预设转速n_min和最大预设转速n_max之间；当控制单元根据后级泵的工作温度t、输出功率P和真空腔室内的真空度控制后级泵的转速增加至最大预设转速n_max或降低至最小预设转速n_min时，控制后级泵保持当前转速；当后级泵的输出功率P低于第一预设功率P₁时，所述b=0；当后级泵的工作温度t小于第二预设温度t₂时，所述a=0。

所述权重a、b、c满足0.05≤a≤0.4，0.05≤b≤0.4，c≥0.5；所述第一预设温度t₁满足：55℃≤t₁≤90℃。

本发明提供的用于真空系统的后级泵控制系统，通过设置控制单元，便于实时控制前级泵和后级泵的开启和关闭，以及调节后级泵的转速，设置真空传感器和与后级泵相连的温度传感器，及时测量真空腔室的真空度和后级泵的工作温度，便于调节后级泵的抽速。

本发明提供的后级泵控制系统的控制方法，通过实时监控后级泵的工作温度，并根据后级泵的不同工作温度控制后级泵运转。或者通过实时监控后级泵的输出功率，并根据后级泵的不同输出功率控制后级泵运转。或者通过实时监控后级泵的温度以及真空腔室的真空度，并根据真空腔室内的不同真空度控制后级泵运转。或者通过将真空腔室真空度和后级泵的工作温度、输出功率以一定的权重结合，对大抽速的后级泵的抽速进行控制调整，通过一元或多元识别控制抽速的方法，解决了后级泵与前级泵组合，其抽速比大于300时后级泵的发热问题，确保了后级泵的使用寿命和工作稳定性，同时降低了功耗，使整个真空系统可以兼顾体积小与抽速快的优点，便于整个真空系统的集成，大大降低了设备占地面积，由于前级泵的体积大幅降低，可以将前级泵集成在真空腔室所在的仪器内部，降低了噪音和功耗，且不再需要外置电源，减少了电路布局难度；通过将前级泵集成在仪器内，相较于前级泵的外设方式，简化了气路结构，且前级泵与后级泵相对固定，减少了漏气风险；集成化设计可以使仪器占地面积减少五分之一，大大优化了用户体验，对抽真空系统的高效率集成化具有重要的意义。

附图说明

图1是本发明实施例1所述后级泵控制系统的结构示意图。

图2是实施例1后级泵控制系统的控制方法流程图。

图3是本发明实施例2的后级泵控制系统的控制方法流程图。

图4是本发明实施例3的后级泵控制系统的控制方法流程图。

图5是本发明实施例4的后级泵控制系统的控制方法流程图。

图6是本发明实施例5以质谱仪真空腔室抽真空为例的后级泵控制系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。

实施例1：

如图1所示，根据本发明的具体实施例，提供了一种用于真空系统的后级分子泵控制系统，包括真空腔室、后级分子泵、前级机械泵、电控阀、真空传感器和控制单元。

后级分子泵的抽气口与真空腔室连通，后级分子泵的排气口通过电控阀与前级机械泵的抽气口连通；前级机械泵的排气口与外界大气环境连通。真空传感器用于检测真空腔室内的真空度，真空传感器设置在真空腔室内或与真空腔室连通。控制单元（例如单片机控制器）的信号输入接口分别与真空传感器和后级分子泵内置温度传感器的检测信号输出接口连接，用于检测真空腔室内的真空度、后级分子泵的工作温度；控制单元的控制信号输出接口分别与前级机械泵的控制器、后级分子泵的控制器和电控阀的控制器的控制信号输入接口连接，用于控制后级分子泵的抽速和前级机械泵、电控阀的开启和关闭；当电控阀关闭时，前级机械泵和后级分子泵之间不连通。前级机械泵为机械真空泵，后级分子泵为分子真空泵，控制单元控制后级分子泵的抽速可调。

进一步地，后级分子泵与前级机械泵的额定抽速的比值大于300。优选地，前级机械泵也内置有温度传感器，控制单元和前级机械泵内置温度传感器的检测信号输出接口连接，用于检测前级机械泵的工作温度。再优选地，控制单元通过前级机械泵的控制器与前级机械泵内置温度传感器的检测信号输出接口连接。在本实施例中，前级机械泵的抽速可调，控制单元可调节前级机械泵的抽速。控制单元通过后机泵的控制器与后机泵内置温度传感器的检测信号输出接口连接。

如图2所示，本实施例还提供上述用于真空系统的后级泵控制系统的控制方法，包括：

步骤1，控制单元判断前级泵是否开启，只有当前级泵开启后，控制单元才能发出信号，控制开启电控阀和后级泵，从而避免后级泵单独开启而损坏；

步骤2，当后级泵开启时，控制单元通过设置在后级泵内置的温度传感器以及后级泵的控制器实时读取后级泵的工作温度t和后级泵的转速n；

当后级泵的工作温度t高于或等于第一预设温度t₁时，说明后级泵的工作温度过高，在这种状态下工作，会影响后级泵的使用寿命，容易发生故障，因此，t≥t₁时，控制单元发出信号、通过后级泵的控制器关闭后级泵；

当后级泵的工作温度t低于第一预设温度t₁，且高于或等于第二预设温度t₂时，控制单元控制后级泵的抽速与工作温度t成反比；即t₂≤t＜t₁时，控制后级泵的抽速随温度的升高而降低，在本实施例中，通过降低后级泵的叶片或涡轮转速来降低后级泵的抽速，当转速降低后，后级泵叶片收到的阻力就降低了，后级泵的温度自然就降下来了，也就防止后级泵温度超出第一预设温度t₁，在该温度区间内当后级泵的工作温度接近第二预设温度t₂时，可以增大后级泵的转速以增大抽速，使合理温度区间内后级泵的抽速达到最大化，从而最大可能的提高后级泵的抽真空效率；

当后级泵的工作温度t低于第二预设温度t₂时，说明温度较低，不会影响后级泵的稳定运行，此时后级泵抽速脱离后级泵工作温度的控制；在该温度区间内可以控制后级泵以最大转速工作，从而使抽真空效率最大，快速将真空腔室内的真空度抽至符合要求；

在本步骤中，t₁＞t₂；

步骤3，反复循环操作步骤1和步骤2，以实现后级泵与真空系统的持续稳定工作。

进一步地，在上述步骤2中，当t＜t₁时，控制单元控制后级泵的转速n在最小预设转速n_min和最大预设转速n_max之间；当根据工作温度t控制后级泵的转速增加至最大预设转速n_max或降低至最小预设转速n_min时，控制后级泵保持当前转速。n_min为300r/s~800 r/s（例如350 r/s、400 r/s、450 r/s、500 r/s、550 r/s、600 r/s、650 r/s、700 r/s、750 r/s），n_max为800r/s~2000 r/s（例如900 r/s、1000 r/s、1100 r/s、1200 r/s、1300 r/s、1400 r/s、1500 r/s、1600 r/s、1700 r/s、1800 r/s、1900 r/s），在本实施例中，n_min=500 r/s，n_max=1500 r/s，r/s表示转速单位“转/秒”。上述最小预设转速n_min和最大预设转速n_max的数值范围仅是示例，不作为对本控制方法的限制，在条件允许的情况下，最小预设转速n_min和最大预设转速n_max可以任意取值。

优选地，当t=t₂时，后级泵的转速小于或等于最大预设转速n_max。

优选地，第一预设温度t₁满足：55℃≤t₁≤90℃（例如58℃、60℃、62℃、65℃、70℃、72℃、75℃、77℃、80℃、83℃、85℃、87℃）；再优选地，第一预设温度t₁满足：75℃≤t₁≤85℃； 在本实施例中，第一预设温度t₁=80℃。

优选地，第二预设温度t₂满足：35℃≤t₂≤80℃（例如40 ℃、45 ℃、50 ℃、55 ℃、60 ℃、65 ℃、70 ℃、75 ℃）。在本实施例中，第二预设温度t₂=50℃。

本实施例中通过实时监控后级泵的工作温度，并根据后级泵的不同工作温度控制后级泵运转，在确保后级泵正常运转的同时，最大可能得实现后级泵的抽速最大化，从而实现了抽速比大于300的后级泵与前级泵组合的稳定使用，大大增强了抽真空系统的整体抽速，大幅降低了真空腔室内抽至要求真空度的时间，且因前级泵的抽速低，而大大降低了前级泵的体积和使用噪音，利于设备的集成，降低了整体设备的噪音，对使用环境友好。

实施例2：

如图3所示，本实施例提供实施例1中所述用于真空系统的后级泵控制系统的另一种控制方法，包括：

步骤1，控制单元判断前级泵是否开启，只有当前级泵开启后，控制单元才能控制开启电控阀和后级泵，从而避免后级泵单独开启而损坏；

步骤2，当后级泵开启时，控制单元通过设置在后级泵内置的温度传感器以及后级泵的控制器实时读取后级泵的工作温度t、输出功率P和转速n；

当后级泵的工作温度t高于或等于第一预设温度t₁时，说明后级泵的工作温度过高，在这种状态下工作，会影响后级泵的使用寿命，容易发生故障，因此，t≥t1时，控制单元通过后级泵的控制器关闭后级泵；

当t＜t₁，且后级泵的输出功率P大于或等于第一预设功率P₁时，控制后级泵的抽速与输出功率成反比；即t＜t₁时，控制后级泵的抽速随输出功率的升高而降低，在本实施例中，通过降低后级泵的转速来降低后级泵的抽速，当转速降低后，后级泵叶片收到的阻力就降低了，后级泵的输出功率自然就降下来了，也就防止后级泵功率超出第一预设功率P₁，输出功率长期维持在较高水平（例如大于第一预设功率P₁）容易使后级泵发热严重，也意味着后级泵超负荷运转，会影响后级泵的使用寿命，容易发生故障。通过控制单元实时监测后级泵的输出功率，并调节后级泵的转速，在输出功率不高于第一预设功率的前提下，尽可能的提高转速以增大抽速，使合理输出功率范围内后级泵的抽速达到最大化，从而最大限度的提高抽真空效率。

当t＜t₁，且P＜P₁时，说明后级泵的温度合理，且输出功率较低，不会影响后级泵的稳定运行，此时后级泵的抽速脱离输出功率的控制；在该温度区间和输出功率区间内可以控制后级泵以最大转速工作，从而使抽真空效率最大，快速将真空腔室内的真空度抽至符合要求；

步骤3，反复循环操作步骤1和步骤2，以实现后级泵与真空系统的持续稳定工作。

进一步地，在步骤2中，当t＜t₁时，控制后级泵的转速n在最小预设转速n_min和最大预设转速n_max之间；当根据输出功率P控制后级泵的转速增加至最大预设转速n_max或降低至最小预设转速n_min时，控制后级泵保持当前转速。n_min为300r/s~800 r/s（例如350 r/s、400r/s、450 r/s、500 r/s、550 r/s、600 r/s、650 r/s、700 r/s、750 r/s），n_max为800r/s~2000r/s（例如900 r/s、1000 r/s、1100 r/s、1200 r/s、1300 r/s、1400 r/s、1500 r/s、1600 r/s、1700 r/s、1800 r/s、1900 r/s），在本实施例中，n_min=500 r/s，n_max=1500 r/s，r/s表示转速单位“转/秒”。上述最小预设转速n_min和最大预设转速n_max的数值范围仅是示例，不作为对本控制方法的限制，在条件允许的情况下，最小预设转速n_min和最大预设转速n_max可以任意取值。

优选地，第一预设功率P₁满足：100瓦≤P₁≤300瓦。再优选地，第一预设功率P₁满足：120瓦≤P₁≤200瓦。在本实施例中，第一预设功率P₁=150瓦。

优选地，第一预设温度t₁满足：55℃≤t₁≤90℃。再优选地，第一预设温度t₁满足：75℃≤t₁≤85℃（例如76℃、77℃、78℃、79℃、80℃、81℃、82℃、83℃、84℃）； 在本实施例中，第一预设温度t₁=80℃。

本实施例中通过实时监控后级泵的输出功率，并根据后级泵的不同输出功率控制后级泵运转，在确保后级泵正常运转的同时，最大可能得实现后级泵的抽速最大化，从而实现了抽速比大于300的后级泵与前级泵组合的稳定使用，大大增强了抽真空系统的整体抽速，大幅降低了真空腔室内抽至要求真空度的时间，且因前级泵的抽速低，而大大降低了前级泵的体积、功率和使用噪音（同类型前级泵的噪音与泵的功率大小成正比），利于设备的集成，降低了整体设备的噪音，对使用环境友好。

实施例3：

如图4所示，本实施例提供实施例1中所述用于真空系统的后级泵控制系统的另一种控制方法，包括：

步骤1，判断前级泵是否开启，只有当前级泵开启后，才能开启电控阀和后级泵；

步骤2，在后级泵开启时，控制单元通过设置在后级泵内的温度传感器以及后级泵的真空传感器实时读取后级泵的工作温度t和真空腔室内的真空度；

当后级泵的工作温度t高于或等于第一预设温度t₁时，控制单元通过后级泵的控制器关闭后级泵；

当t＜t₁时，说明后级泵的温度位于安全运行区间，此时可以根据真空腔室内的真空度调节后级泵的抽速，控制后级泵的抽速与真空腔室内的真空度高低成反比；也即真空度越低（此处的真空度高低是指的气体的稀薄程度，即真空度低是指的真空度“差”的意思，真空度高指的是真空度“好”的意思；从数值上看，真空度低其数值大，真空度高其数值小），后级泵的抽速越高，从而快速将真空腔室内抽真空至满足要求，最大限度的提高抽真空效率。

步骤3，循环操作步骤1和步骤2，以实现后级泵与真空系统的持续稳定工作。

进一步地，在步骤2中，控制后级泵的转速n在最小预设转速n_min和最大预设转速n_max之间；当根据真空腔室的真空度控制后级泵的转速增加至最大预设转速n_max或降低至最小预设转速n_min时，控制后级泵保持当前转速。

优选地，最小预设转速n_min满足：300 r/s≤n_min≤800r/s（例如350 r/s、400 r/s、450 r/s、500 r/s、550 r/s、600 r/s、650 r/s、700 r/s、750 r/s）；

优选地，最大预设转速n_max满足：800r/s≤n_max≤2000r/s（例如900 r/s、1000 r/s、1100r/s、1200 r/s、1300 r/s、1400 r/s、1500 r/s、1600 r/s、1700 r/s、1800 r/s、1900 r/s）。在本实施例中，n_min=500 r/s，n_max=1500 r/s，r/s表示转速单位“转/秒”。上述最小预设转速n_min和最大预设转速n_max的数值范围仅是示例，不作为对本控制方法的限制，在条件允许的情况下，最小预设转速n_min和最大预设转速n_max可以任意取值。

本实施例中通过实时监控后级泵的温度以及真空腔室的真空度，并根据真空腔室内的不同真空度控制后级泵运转，在确保后级泵温度合理的同时，根据真空腔室的真空度调节后级泵的抽速，在真空度低的时候使后级泵的抽速最大化，以尽快将真空期腔室内的真空度降下来，随着真空度的提高，逐渐降低后级泵的抽速，当真空腔室内的真空度降低至接近要求至时，此时抽真空工作量较少了，为了避免后级泵一直较大负荷运转而影响其使用寿命，此时后级泵的抽速降至较低，从而在满足抽真空速度要求的前提下确保了后级泵的使用寿命，从而实现了抽速比大于300的后级泵与前级泵组合的稳定使用，大大增强了抽真空系统的整体抽速，大幅降低了真空腔室内抽至要求真空度的时间，且因前级泵的抽速低，而大大降低了前级泵的体积、功率和使用噪音（同类型前级泵的噪音与泵的功率大小成正比），利于设备的集成，降低了整体设备的噪音，对使用环境友好。

实施例4：

如图5所示，本实施例提供实施例1中所述用于真空系统的后级泵控制系统的另一种控制方法，包括：

步骤1，判断前级泵是否开启，只有当前级泵开启后，才能开启电控阀和后级泵；

步骤2，当后级泵开启后，控制单元通过设置在后级泵内的温度传感器、后级泵的控制器以及后级泵的真空传感器实时读取后级泵的工作温度t、后级泵的输出功率P和真空腔室内的真空度；

当后级泵的工作温度t高于或等于第一预设温度t₁时，控制单元通过后级泵的控制器关闭后级泵；

当t＜t₁时，控制后级泵的抽速与工作温度t、输出功率P和真空度分别成反比；当后级泵的工作温度t、输出功率P和真空腔室的真空度对后级泵的抽速控制相冲突时，对工作温度t，输出功率P和真空腔室内的真空度三种参数分别采用a、b、c的权重控制后级泵的抽速；

其中，a+b+c=1，a、b、c均大于或等于零，且a、b、c中至少两个大于零；

步骤3，循环操作步骤1和步骤2，以实现后级泵与真空系统的持续稳定工作。

进一步地，在步骤2中，控制后级泵的转速n在最小预设转速n_min和最大预设转速n_max之间；当根据后级泵的工作温度t、输出功率P和真空腔室的真空度控制后级泵的转速增加至最大预设转速n_max或降低至最小预设转速n_min时，控制后级泵保持当前转速；最大预设转速n_max和最小预设转速n_min的数值范围与实施例3中相同，在此不再赘述。在本实施例中，n_min=600 r/s，n_max=1600 r/s。

优选地，当后级泵的输出功率P低于第一预设功率P₁时，b=0，即在此条件下，此时后级泵的抽速脱离输出功率的控制。

优选地，当后级泵的工作温度t小于第二预设温度t₂时，a=0；即在此条件下，后级泵抽速脱离后级泵工作温度的控制。

优选地，a＜c，且b＜c。

再优选地，a+b＜c。

再优选地，0.05≤a≤0.4，0.05≤b≤0.4，c≥0.5。

再优选地，c=0.6；即真空度对后级泵的后级调整影响权重达到0.6。在本实施例中，a=0.2，b=0.2，c=0.6。

优选地，第一预设温度t₁满足：55℃≤t₁≤90℃；再优选地，第一预设温度t₁满足：75℃≤t₁≤85℃（例如76℃、77℃、78℃、79℃、80℃、81℃、82℃、83℃、84℃）； 在本实施例中，第一预设温度t₁=75℃。

本实施例中通过将真空腔室真空度和后级泵的工作温度、输出功率以一定的权重结合，对大抽速的后级泵的抽速进行控制调整，通过多元识别控制抽速的方法，解决了后级泵与前级泵组合，其抽速比大于300时后级泵的发热问题，确保了后级泵的使用寿命和工作稳定性，同时降低了功耗，使整个真空系统可以兼顾体积小与抽速快的优点，便于整个真空系统的集成，大大降低了设备占地面积，由于前级泵的体积大幅降低，可以将前级泵集成在真空腔室所在的仪器内部，降低了噪音和功耗，且不再需要外置电源，减少了电路布局难度；通过将前级泵集成在仪器内，相较于前级泵的外设方式，简化了气路结构，且前级泵与后级泵相对固定，减少了漏气风险；集成化设计可以使仪器占地面积减少五分之一，大大优化了用户体验，对抽真空系统的高效率集成化具有重要的意义。

实施例5：

如图6所示，本实施例以质谱仪真空腔室抽真空为例，对后级泵控制系统作进一步说明：

控制单元可以获取后级泵的转速、工作温度、输出功率等信息，控制单元还可以控制前级泵和后级泵的开启与关闭；通过传感器1获取真空腔室内的真空度，通过传感器2获取缓冲室内的真空度，并通过控制第一电控阀、第二电控阀、第三电控阀的开启/关闭从而控制气路。

后级泵通过第一电控阀与前级泵相串连，前级泵通过第二电控阀与缓冲室相连通，缓冲室通过第三电控阀与外界大气相通。

进样时，控制单元首先关闭第一电控阀、第二电控阀，然后打开第三电控阀，缓冲室气压与外界相通，将样品放入缓冲室。

样品放入缓冲室后首先关闭第三电控阀、然后打开第二电控阀，控制单元发出控制信号开启前级泵对缓冲室抽真空，当缓冲室内真空抽到设定真空度后，将缓冲室与真空腔室连通，通过机械手将样品送入真空腔室；然后关闭第二电控阀、在再打开第一电控阀，同时控制单元发出控制信号开启后级泵，此时前级泵和后级泵串联工作对真空腔室抽真空。

出样时，通过机械手将样品由真空腔室送入缓冲室，切断真空腔室与缓冲室的连通，控制单元关闭第一电控阀、第二电控阀，然后打开第三电控阀，将缓冲室与外界大气相通，打开缓冲室即可取出样品。

上述过程中真空腔室始终保持真空环境。控制单元不断对后级泵的工作温度、真空腔室的真空度、后级泵的输出功率及转速等各个参数进行读取并进行识别，通过对不同参数进行优先级配比控制，进而对后级泵抽速进行精准控制。

由于后级泵转速极高，只有在前级泵开启后才能开启后级泵，该控制拥有最高优先级。前级泵和后级泵串联工作的同时又对真空腔室的真空度、后级泵的工作温度、转速等产生影响，使这些参数不断变化，控制单元读取到这些变化的参数后，继续通过一元或多元识别控制后级泵的抽速，从而形成一个闭环控制系统。经过这种一元或多元识别对后级泵抽速进行控制，从而解决了解决了后级泵与前级泵组合，其抽速比大于300时后级泵的发热问题，确保了后级泵的使用寿命和工作稳定性，

综上所述，本发明提供的用于真空系统的后级泵控制系统，通过设置控制单元，便于实时控制前级泵和后级泵的开启和关闭，以及调节后级泵的转速，设置真空传感器和与后级泵相连的温度传感器，及时测量真空腔室的真空度和后级泵的工作温度，便于调节后级泵的抽速。

本发明提供的上述控制系统的控制方法，通过实时监控后级泵的工作温度，并根据后级泵的不同工作温度控制后级泵运转。或者通过实时监控后级泵的输出功率，并根据后级泵的不同输出功率控制后级泵运转。或者通过实时监控后级泵的温度以及真空腔室的真空度，并根据真空腔室内的不同真空度控制后级泵运转。或者通过将真空腔室真空度和后级泵的工作温度、输出功率以一定的权重结合，对大抽速的后级泵的抽速进行控制调整，通过一元或多元识别控制抽速的方法，解决了后级泵与前级泵组合，其抽速比大于300时后级泵的发热问题，确保了后级泵的使用寿命和工作稳定性，同时降低了功耗，使整个真空系统可以兼顾体积小与抽速快的优点，便于整个真空系统的集成，大大降低了设备占地面积，由于前级泵的体积大幅降低，可以将前级泵集成在真空腔室所在的仪器内部，降低了噪音和功耗，且不再需要外置电源，减少了电路布局难度；通过将前级泵集成在仪器内，相较于前级泵的外设方式，简化了气路结构，且前级泵与后级泵相对固定，减少了漏气风险；集成化设计可以使仪器占地面积减少五分之一，大大优化了用户体验，对抽真空系统的高效率集成化具有重要的意义。

Claims (11)

1.一种用于真空系统的后级泵控制系统，包括真空腔室、后级泵、前级泵、电控阀、真空传感器、控制单元；其特征在于：所述后级泵的抽气口与所述真空腔室连通，所述后级泵的排气口通过所述电控阀与所述前级泵的抽气口连通；所述控制单元的信号输入接口分别与所述真空传感器和后级泵内置温度传感器的检测信号输出接口连接，用于检测所述真空腔室内的真空度和所述后级泵的工作温度；所述控制单元的控制信号输出接口分别与所述前级泵的控制器、所述后级泵的控制器和所述电控阀的控制器的控制信号输入接口连接，用于控制后级泵的抽速和前级泵、电控阀的开启/关闭；前级泵为机械真空泵，后级泵为分子真空泵。

2.根据权利要求1所述用于真空系统的后级泵控制系统，其特征在于：所述后级泵与所述前级泵的额定抽速的比值大于300；

优选地，所述控制单元的信号输入接口与所述前级泵内置温度传感器的检测信号输出接口连接，用于检测前级泵的工作温度。

3.一种权利要求1所述后级泵控制系统的控制方法，其特征在于：包括下述步骤：

步骤1，判断所述前级泵是否开启，只有当前级泵开启后，才能开启所述电控阀和所述后级泵；

步骤2，当后级泵开启时，实时读取后级泵的工作温度t和转速n；

当后级泵的工作温度t高于或等于第一预设温度t₁时，关闭后级泵；

当后级泵的工作温度t低于第一预设温度t₁，且高于或等于第二预设温度t₂时，控制单元控制后级泵的抽速与工作温度t成反比；

当后级泵的工作温度t低于第二预设温度t₂时，后级泵抽速脱离后级泵工作温度的控制；其中，t₁＞t₂；

步骤3，反复循环操作步骤1和步骤2，以实现后级泵与真空系统的持续稳定工作。

4.根据权利要求3所述后级泵控制系统的控制方法，其特征在于：在步骤2中，当t＜t₁时，所述控制单元控制后级泵的转速n在最小预设转速n_min和最大预设转速n_max之间；当控制单元根据后级泵工作温度t控制后级泵的转速n增加至所述最大预设转速n_max或降低至所述最小预设转速n_min时，控制后级泵保持当前转速；当t=t₂时，控制单元控制后级泵的转速小于或等于最大预设转速n_max；

优选地，所述第一预设温度t₁满足：55℃≤t₁≤90℃；

再优选地，第一预设温度t₁满足：75℃≤t₁≤85℃；

优选地，所述第二预设温度t₂满足：35℃≤t₂≤80℃。

5.一种权利要求1所述后级泵控制系统的控制方法，其特征在于：包括下述步骤：

步骤1，判断所述前级泵是否开启，只有当前级泵开启后，才能开启所述电控阀和所述后级泵；

步骤2，当后级泵开启时，实时读取后级泵的工作温度t、输出功率P和转速n；

当后级泵的工作温度t高于或等于第一预设温度t₁时，关闭后级泵；

当t＜t₁且后级泵的输出功率P大于或等于第一预设功率P₁时，控制后级泵的抽速与输出功率P成反比；

当t＜t₁且P＜P₁时，后级泵的抽速脱离输出功率的控制；

步骤3，反复循环操作步骤1和步骤2，以实现后级泵与真空系统的持续稳定工作。

6.根据权利要求5所述后级泵控制系统的控制方法，其特征在于：在步骤2中，当t＜t₁时，所述控制单元控制所述后级泵的转速n在最小预设转速n_min和最大预设转速n_max之间；当所述控制单元根据输出功率P控制后级泵的转速增加至最大预设转速n_max或降低至最小预设转速n_min时，控制后级泵保持当前转速；

优选地，所述第一预设功率P₁满足：100瓦≤P₁≤300瓦；

再优选地，所述第一预设功率P₁满足：120瓦≤P₁≤200瓦；

优选地，所述第一预设温度t₁满足：55℃≤t₁≤90℃；

再优选地，所述第一预设温度t₁满足：75℃≤t₁≤85℃。

7.一种权利要求1所述后级泵控制系统的控制方法，其特征在于：包括下述步骤：

步骤1，判断所述前级泵是否开启，只有当前级泵开启后，才能开启所述电控阀和后级泵；

步骤2，在后级泵开启时，实时读取后级泵的工作温度t和真空腔室内的真空度；

当后级泵的工作温度t高于或等于第一预设温度t₁时，关闭后级泵；

当t＜t₁时，控制后级泵的抽速与真空腔室内真空度成反比；

步骤3，循环操作步骤1和步骤2，以实现后级泵与真空系统的持续稳定工作。

8.根据权利要求7所述后级泵控制系统的控制方法，其特征在于：在步骤2中，当t＜t₁时，所述控制单元控制后级泵的转速n在最小预设转速n_min和最大预设转速n_max之间；当控制单元根据真空腔室的真空度控制后级泵的转速增加至最大预设转速n_max或降低至最小预设转速n_min时，控制后级泵保持当前转速；

优选地，所述最小预设转速n_min满足：300 r/s≤n_min≤800r/s；

优选地，所述最大预设转速n_max满足：800r/s≤n_max≤2000r/s。

9.一种权利要求1所述后级泵控制系统的控制方法，其特征在于：包括下述步骤：

步骤1，判断所述前级泵是否开启，只有当前级泵开启后，才能开启所述电控阀和后级泵；

步骤2，当后级泵开启后，实时读取后级泵的工作温度t、后级泵的输出功率P和真空腔室内的真空度；

当后级泵的工作温度t高于或等于第一预设温度t₁时，关闭后级泵；

当t＜t₁时，所述控制单元控制后级泵的抽速与工作温度t、输出功率P和真空腔室内的真空度分别成反比；当后级泵的工作温度t、输出功率P和真空腔室内的真空度对后级泵的抽速控制相冲突时，对工作温度t，输出功率P和真空腔室内的真空度三种参数分别采用a、b、c的权重控制后级泵的抽速；

所述a+b+c=1，a、b、c均为大于或等于零的数值，且a、b、c中至少两个大于零；

步骤3，循环操作步骤1和步骤2，以实现后级泵与真空系统的持续稳定工作。

10.根据权利要求9所述后级泵控制系统的控制方法，其特征在于：在步骤2中，当t＜t₁时，所述控制单元控制所述后级泵的转速n在最小预设转速n_min和最大预设转速n_max之间；当控制单元根据后级泵的工作温度t、输出功率P和真空腔室内的真空度控制后级泵的转速增加至最大预设转速n_max或降低至最小预设转速n_min时，控制后级泵保持当前转速；

优选地，当后级泵的输出功率P低于第一预设功率P₁时，所述b=0；

优选地，当后级泵的工作温度t小于第二预设温度t₂时，所述a=0。

11.根据权利要求9所述后级泵控制系统的控制方法，其特征在于：所述权重a、b、c满足0.05≤a≤0.4，0.05≤b≤0.4，c≥0.5；

优选地，所述第一预设温度t₁满足：55℃≤t₁≤90℃。

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