CN117869335A - 一种自动稳压分子泵及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及真空泵技术领域，公开了一种自动稳压分子泵及其控制方法，自动稳压分子泵包括：电机、第一电磁阀组、真空规、控制系统、多级正向涡轮、多级反向涡轮，其中，多级正向涡轮和多级反向涡轮直联在自动稳压分子泵的电机上；第一电磁阀组与每级流口引出的气路连接；真空规与控制系统连接；控制系统还与第一电磁阀组连接，控制系统根据目标真空压力和真空规检测的压力值的差值，控制第一电磁阀组的开关状态，短接不同的涡轮级，从而调整压缩比。本发明通过设计分子泵反向涡轮，利用反向涡轮主动降低压缩比，并在各级涡轮的密封壳体上开了流口，采用电磁阀连接不同的涡轮真空级，实现不同的压缩比，从而将真空气压调整为需要的压力。

Description

一种自动稳压分子泵及其控制方法

技术领域

本发明涉及真空泵技术领域，具体涉及一种自动稳压分子泵及其控制方法。

背景技术

真空的应用，是依靠真空泵来获得真空。真空泵的种类，有捕获型真空泵与压缩型真空泵，压缩型真空泵有分子泵等。分子泵是利用高速旋转的转子把动量传输给气体分子，使之获得定向速度，从而被压缩、被驱向排气口后为前级抽走的一种真空泵。分子泵本身由转速较高的电动机直联驱动，其抽气性能或者说压缩比可以通过调节电机转速来进行调节，但是高速电机的速度调节响应比较慢，需要较长时间才能将转速升高或者降低。在很多真空应用场合，尤其在给真空系统内部加入各种工艺试剂或者工艺气体的时候，往往需要较快的响应速度迅速调整压缩比从而实现稳定的气压，然而这时候通过调节分子泵转速来调节压缩比是来不及的。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种自动稳压分子泵及其控制方法，以解决通过调节电机转速来进行调节压缩比时效慢的问题。

第一方面，本发明提供了一种自动稳压分子泵，所述自动稳压分子泵各级涡轮的密封壳体上开有流口，所述自动稳压分子泵包括：电机、第一电磁阀组、真空规、控制系统、多级正向涡轮、多级反向涡轮，其中，

多级所述正向涡轮和多级所述反向涡轮直联在自动稳压分子泵的电机上，所述正向涡轮用于正向抽气，所述反向涡轮用于反向抽气；

所述第一电磁阀组与每级流口引出的气路连接；

所述真空规与所述控制系统连接，所述真空规用于检测自动稳压分子泵泵口的压力值，并将所述压力值发送给控制系统；

所述控制系统还与所述第一电磁阀组连接，所述控制系统根据目标真空压力和所述真空规检测的压力值的差值，控制所述第一电磁阀组的开关状态，短接不同的涡轮级，从而调整压缩比。

在一种可选的实施方式中，所述自动稳压分子泵还包括：第二电磁阀组，所述第二电磁阀组通过微孔与每级流口引出的气路连接。

在一种可选的实施方式中，所述第一电磁阀组包括多个第一电磁阀，所述第一电磁阀与涡轮一一对应设置，每个所述第一电磁阀均与其对应的涡轮的流口及相邻涡轮的流口引出的气路连接。

在一种可选的实施方式中，所述第二电磁阀组包括多个第二电磁阀，所述第二电磁阀与涡轮一一对应设置，每个所述第二电磁阀均通过微孔与其对应的涡轮的流口及相邻涡轮的流口引出的气路连接。

在一种可选的实施方式中，所述控制系统还与所述电机连接，所述控制系统还根据目标真空压力和所述真空规检测的压力值的差值，控制所述电机的转速。

第二方面，本发明提供了一种自动稳压分子泵的控制方法，基于第一方面所述的自动稳压分子泵，所述控制方法包括：

获取目标真空压力；

根据所述目标真空压力设定自动稳压分子泵的转速；

读取真空规检测的压力值；

根据目标真空压力和所述真空规检测的压力值的差值，控制第一电磁阀组的开关状态。

在一种可选的实施方式中，所述根据所述目标真空压力设定自动稳压分子泵的转速包括：

判断所述目标真空压力的真空级别，所述真空级别包括第一真空段和第二真空段，所述第一真空段级别低于所述第二真空段，所述第一真空段和第二真空段之和等于抽真空压力范围；

当所述目标真空压力属于所述第一真空段时，将自动稳压分子泵的转速设为第一转速；

当所述目标真空压力属于所述第二真空段时，将自动稳压分子泵的转速设为第二转速。

在一种可选的实施方式中，所述根据目标真空压力和所述真空规检测的压力值的差值，控制第一电磁阀组的开关状态包括：

当所述压力值差于所述目标真空压力时，关闭所述第一电磁阀组中的预设电磁阀；

当所述压力值优于所述目标真空压力时，打开所述第一电磁阀组中的预设电磁阀。

在一种可选的实施方式中，所述当所述压力值优于所述目标真空压力时，打开所述第一电磁阀组中的预设电磁阀，包括：

打开第二电磁阀组中的预设电磁阀；

判断所述压力值是否优于所述目标真空压力，当所述压力值优于所述目标真空压力时，打开所述第一电磁阀组中的预设电磁阀。

在一种可选的实施方式中，判断所述压力值是否优于所述目标真空压力，当所述压力值优于所述目标真空压力时，调整自动稳压分子泵的转速以及第一电磁阀组、第二电磁阀组的开关状态。

本发明提供了一种自动稳压分子泵，自动稳压分子泵各级涡轮的密封壳体上开有流口，自动稳压分子泵包括：电机、第一电磁阀组、真空规、控制系统、多级正向涡轮、多级反向涡轮，其中，多级正向涡轮和多级反向涡轮直联在自动稳压分子泵的电机上，正向涡轮用于正向抽气，反向涡轮用于反向抽气；第一电磁阀组与每级流口引出的气路连接；真空规与控制系统连接，真空规用于检测自动稳压分子泵泵口的压力值，并将压力值发送给控制系统；控制系统还与第一电磁阀组连接，控制系统根据目标真空压力和真空规检测的压力值的差值，控制第一电磁阀组的开关状态，短接不同的涡轮级，从而调整压缩比。本发明通过设计分子泵反向涡轮，利用反向涡轮主动降低压缩比，并在各级涡轮的密封壳体上开了流口，采用电磁阀连接不同的涡轮真空级，通过开关电磁阀，连接不同的流口，实现不同的压缩比，从而将真空气压调整为需要的压力。

本发明提供了一种自动稳压分子泵的控制方法，所述控制方法包括：获取目标真空压力；根据所述目标真空压力设定自动稳压分子泵的转速；读取真空规检测的压力值；根据目标真空压力和所述真空规检测的压力值的差值，控制第一电磁阀组的开关状态。通过控制第一电磁阀组的开关状来改变分子泵的压缩比，响应速度快，可以自动调整实现需要控制到的目标气压，通过应用本发明的技术用户实现同样目标的真空系统复杂性大为降低，也可以减少为了调整气压导致的试剂及气体的浪费，综合降低真空应用的成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的自动稳压分子泵的原理框图；

图2是根据本发明实施例的自动稳压分子泵的结构示意图；

图3是根据本发明实施例的自动稳压分子泵的控制方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本发明提供了一种自动稳压分子泵，自动稳压分子泵各级涡轮的密封壳体上开有流口，如图1所示，自动稳压分子泵包括：电机、第一电磁阀组、真空规、控制系统、多级正向涡轮、多级反向涡轮。其中，多级正向涡轮和多级反向涡轮直联在自动稳压分子泵的电机上，正向涡轮用于正向抽气，反向涡轮用于反向抽气。第一电磁阀组与每级流口引出的气路连接。真空规与控制系统连接，真空规用于检测自动稳压分子泵泵口的压力值，并将压力值发送给控制系统。控制系统还与第一电磁阀组连接，控制系统根据目标真空压力和真空规检测的压力值的差值，控制第一电磁阀组的开关状态，短接不同的涡轮级，从而调整压缩比。

在一具体实施例中，自动稳压分子泵电机转速是单向的，但涡轮设计为正反涡轮，正向涡轮和反向涡轮的级数根据项目需求设计。并且正反涡轮都配合有对应的分子泵静片。正向涡轮和反向涡轮都直联在分子泵电机上。正向涡轮的抽气方向为进气口到出气口，实现正向的抽气性能从而实现真空。反向涡轮的抽气方向为出气口到进气口，反向抽气从而抵消正向涡轮。自动稳压分子泵各级流口均连接第一电磁阀组，可以通过打开第一电磁阀组中不同的电磁阀，短接不同的涡轮级，使得选择的涡轮级起效或失效，从而实现调整压缩比的作用。真空规测试泵口的压力值，将压力值发送给控制系统，控制系统来控制泵的转速以及电磁阀的开闭，来实现准确有效的控制，使得泵口压力接近目标真空压力。如图2所示，为自动稳压分子泵的一种典型设计。

在本发明实施例中，正反涡轮安装在同一个主轴，直联在分子泵电机上，结构简单可靠。在其他实施例中，自动稳压分子泵除了设计正反涡轮以外，还可以设计多级正向涡轮，通过设计不同的正向涡轮级数可实现不同的抽气性能。

本发明提供了一种自动稳压分子泵，自动稳压分子泵各级涡轮的密封壳体上开有流口，自动稳压分子泵包括：电机、第一电磁阀组、真空规、控制系统、多级正向涡轮、多级反向涡轮，其中，多级正向涡轮和多级反向涡轮直联在自动稳压分子泵的电机上，正向涡轮用于正向抽气，反向涡轮用于反向抽气；第一电磁阀组与每级流口引出的气路连接；真空规与控制系统连接，真空规用于检测自动稳压分子泵泵口的压力值，并将压力值发送给控制系统；控制系统还与第一电磁阀组连接，控制系统根据目标真空压力和真空规检测的压力值的差值，控制第一电磁阀组的开关状态，短接不同的涡轮级，从而调整压缩比。本发明通过设计分子泵反向涡轮，利用反向涡轮主动降低压缩比，并在各级涡轮的密封壳体上开了流口，采用电磁阀连接不同的涡轮真空级，通过开关电磁阀，连接不同的流口，实现不同的压缩比，从而将真空气压调整为需要的压力。

在一种可选的实施方式中，如图2所示，第一电磁阀组包括多个第一电磁阀，第一电磁阀与涡轮一一对应设置，每个第一电磁阀均与其对应的涡轮的流口及相邻涡轮的流口引出的气路连接。

在一具体实施例中，各级流口连接电磁阀，通过打开不同的电磁阀，短接不同的涡轮级，使得选择的涡轮级失效，从而实现调整压缩比的作用。例如，当打开-1组负向涡轮对应的第一电磁阀时，短接了1组负向涡轮，减小了负向涡轮的抵消作用，从而增大了压缩比。当断开-1组负向涡轮对应的第一电磁阀时，增加了1组负向涡轮，增大了负向涡轮的抵消作用，从而利用反向涡轮主动降低了压缩比。当打开+2组正向涡轮对应的第一电磁阀时，短接了1组正向涡轮，减少了自动稳压分子泵的涡轮级数，从而降低了压缩比。当断开+2组正向涡轮对应的第一电磁阀时，增加了1组正向涡轮，增加了自动稳压分子泵的涡轮级数，从而增大了压缩比。

本发明采用多个第一电磁阀，来实现快速的气路切换，可以通过连接不同的气路，实现对不同抽气级的控制，使得不同抽气级生效或者失效，电磁阀的控制速度较快，所以能实现较快的控制响应速度。

在一种可选的实施方式中，如图2所示，自动稳压分子泵还包括：第二电磁阀组，第二电磁阀组通过微孔与每级流口引出的气路连接。

在一具体实施例中，第二电磁阀组包括多个第二电磁阀，第二电磁阀与涡轮一一对应设置，每个第二电磁阀均通过微孔与其对应的涡轮的流口及相邻涡轮的流口引出的气路连接。

具体地，第二电磁阀连接的气路，可以设计微孔，不同的微孔能实现不同的真空通导，从而使得响应速度可调，实现不同的需求。例如，当-1组负向涡轮对应的第一电磁阀打开，由于短接了该组负向涡轮，导致负向涡轮的抵消作用减小了，但又需要部分负向涡轮的抵消作用时，关闭该组负向涡轮对应的第二电磁阀，使得部分气体通过该组负向涡轮，从而起到部分负向涡轮的抵消作用。本发明中第二电磁阀连接的气路，可以设计微孔，不同的微孔能实现不同的真空通导，从而使得响应速度可调，实现不同的需求。

在一种可选的实施方式中，控制系统还与电机连接，控制系统还根据目标真空压力和真空规检测的压力值的差值，控制电机的转速。

在一具体实施例中，自动稳压分子泵结合电机调速与电磁阀气路切换，实现更大的真空压力调整范围。

本发明提供了一种自动稳压分子泵的控制方法，基于如图2所示的自动稳压分子泵，如图3所示，控制方法包括如下步骤：

步骤S11，获取目标真空压力。

在一具体实施例中，在初始状态下，进行自动稳压分子泵各系统设定值的初始化，输入需要控制的目标真空压力，其压力范围为1*10^-1Pa～1*10^-6Pa。

步骤S12，根据目标真空压力设定自动稳压分子泵的转速。

在一具体实施例中，根据目标真空压力计算泵转速档位，进而根据档位设定泵的转速。其中，各档位设定范围从40％转速～100％转速。

在本发明实施例中，步骤S12包括如下步骤：

步骤S121，判断目标真空压力的真空级别，真空级别包括第一真空段和第二真空段，第一真空段级别低于第二真空段，第一真空段和第二真空段之和等于抽真空压力范围。

步骤S122，当目标真空压力属于第一真空段时，将自动稳压分子泵的转速设为第一转速。

步骤S123，当目标真空压力属于第二真空段时，将自动稳压分子泵的转速设为第二转速。

具体地，当目标真空压力为分子泵压力范围低真空度一端的时候，即目标真空压力属于第一真空段时，转速设定为低转速，具体转速值根据项目设定。当设定压力为分子泵压力范围高真空一端的时候，即目标真空压力属于第二真空段时，转速设定为高转速或者满转速，具体转速值根据项目设定。第一真空段和第二真空段的分界值根据项目设定。

步骤S13，读取真空规检测的压力值。

在一具体实施例中，设定完泵的转速后，泵开始工作，读取真空规检测的压力值。

步骤S14，根据目标真空压力和真空规检测的压力值的差值，控制第一电磁阀组的开关状态。

在一具体实施例中，步骤S14包括如下步骤：

步骤S141，当压力值差于目标真空压力时，关闭第一电磁阀组中的预设电磁阀。

在本发明实施例中，根据压力值与目标真空压力差值档位，确定第一电磁阀组中关闭的电磁阀。当差值较小时，可关闭少量第一电磁阀，投入少量涡轮级数，具体投入数量及投入位置根据项目设置。当差值较大时，增加第一电磁阀关闭数量，投入涡轮级数增加，具体投入数量及投入位置根据项目设置。

步骤S142，当压力值优于目标真空压力时，打开第一电磁阀组中的预设电磁阀。

在本发明实施例中，当压力值优于目标真空压力时，首先打开第二电磁阀组中的预设电磁阀。第二电磁阀组调控后，再次判断压力值是否优于目标真空压力，当压力值优于目标真空压力时，打开第一电磁阀组中的预设电磁阀。第一电磁阀组调控后，再次判断压力值是否优于目标真空压力，当压力值优于目标真空压力时，调整自动稳压分子泵的转速以及第一电磁阀组、第二电磁阀组的开关状态。

具体地，当压力值优于目标真空压力时，先打开真空微孔的第二电磁阀，真空度还是过优、不能达到目标真空压力则打开直通气路的第一电磁阀，所有电磁阀打开仍不能达到，则关闭第一电磁阀组、第二电磁阀组后对分子泵调整转速档位，转速调整后，再次控制第一电磁阀组、第二电磁阀组的开关状态，直至达到目标真空压力。其中，第一电磁阀、第二电磁阀投入数量及投入位置根据项目设置。

本发明提供了一种自动稳压分子泵的控制方法，所述控制方法包括：获取目标真空压力；根据所述目标真空压力设定自动稳压分子泵的转速；读取真空规检测的压力值；根据目标真空压力和所述真空规检测的压力值的差值，控制第一电磁阀组的开关状态。通过控制第一电磁阀组的开关状来改变分子泵的压缩比，响应速度快，可以自动调整实现需要控制到的目标气压，通过应用本发明的技术用户实现同样目标的真空系统复杂性大为降低，也可以减少为了调整气压导致的试剂及气体的浪费，综合降低真空应用的成本。

在一具体实施的例子中，其可控的抽真空压力范围为1*10^-1Pa～1*10^-4Pa，用户根据工艺需要，设定其三段——首先抽真空使压力达到2*10^-3Pa，然后工艺中工作压力需要切换为5*10^-2Pa，工艺完毕再次抽真空到2*10^-3Pa，具体控制过程如下：

第1步，根据第一段设定值的高真空，计算泵转速档位为高转速档位；

第2步，泵开始工作后，真空规也开始测量实际达到的真空度，真空度差于设定真空则关闭电磁阀实现最大抽速，真空度优于设定真空则打开电磁阀降低真空——先打开真空微孔的电磁阀，真空度还是过优、不能达到设定值则打开直通气路的电磁阀，所有电磁阀打开仍不能达到，则关闭电磁阀后对分子泵调整转速档位，转速调整后，再次控制各个电磁阀，直至实现本例中2*10^-3Pa的设定值，完成第一段设定目标真空值；

第3步，当用户把第二段的设定值5*10^-2Pa指令下发，此时真空腔内可能也通了工艺气体，气压正在变化，分子泵通过检测真空规测量到的实时真空度与设定值进行判断比较，真空度差于设定真空则关闭电磁阀实现最大抽速，真空度优于设定真空则打开电磁阀降低真空——先打开真空微孔的电磁阀，真空度还是过优、不能达到设定值则打开直通气路的电磁阀，所有电磁阀打开仍不能达到，则关闭电磁阀后对分子泵调整转速档位，转速调整后，再次控制各个电磁阀，直至实现本例中5*10^-2Pa的设定值，完成第二段设定目标真空值；

第4步，当用户工艺完毕后，把第三段的设定值2*10^-3Pa指令下发，真空规也测量实时真空度，真空度差于设定真空则关闭电磁阀实现最大抽速，真空度优于设定真空则打开电磁阀降低真空——先打开真空微孔的电磁阀，真空度还是过优、不能达到设定值则打开直通气路的电磁阀，所有电磁阀打开仍不能达到，则关闭电磁阀后对分子泵调整转速档位，转速调整后，再次控制各个电磁阀，直至实现本例中2*10^-3Pa的设定值，完成第三段设定目标真空值。

在一具体实施的例子中，当目标真空压力和真空规检测的压力值的差值小于一定的定值，则认为已经达到设定压力，若差值过大，则会计算差值的档位，进行判断并将差值设定为泵转速，重新控制泵的转速及第一电磁阀组、第二电磁阀组的开关状态，使其达到目标真空压力，若多次循环调整的次数仍达不到目标真空压力，则会计算最接近的最大档或最小档，调整为这个最接近的档位并显示无法到达设定压力。

虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种自动稳压分子泵，其特征在于，所述自动稳压分子泵各级涡轮的密封壳体上开有流口，所述自动稳压分子泵包括：电机、第一电磁阀组、真空规、控制系统、多级正向涡轮、多级反向涡轮，其中，

多级所述正向涡轮和多级所述反向涡轮直联在自动稳压分子泵的电机上，所述正向涡轮用于正向抽气，所述反向涡轮用于反向抽气；

所述第一电磁阀组与每级流口引出的气路连接；

所述真空规与所述控制系统连接，所述真空规用于检测自动稳压分子泵泵口的压力值，并将所述压力值发送给控制系统；

所述控制系统还与所述第一电磁阀组连接，所述控制系统根据目标真空压力和所述真空规检测的压力值的差值，控制所述第一电磁阀组的开关状态，短接不同的涡轮级，从而调整压缩比。

2.根据权利要求1所述的自动稳压分子泵，其特征在于，所述自动稳压分子泵还包括：第二电磁阀组，所述第二电磁阀组通过微孔与每级流口引出的气路连接。

3.根据权利要求1所述的自动稳压分子泵，其特征在于，所述第一电磁阀组包括多个第一电磁阀，所述第一电磁阀与涡轮一一对应设置，每个所述第一电磁阀均与其对应的涡轮的流口及相邻涡轮的流口引出的气路连接。

4.根据权利要求2所述的自动稳压分子泵，其特征在于，所述第二电磁阀组包括多个第二电磁阀，所述第二电磁阀与涡轮一一对应设置，每个所述第二电磁阀均通过微孔与其对应的涡轮的流口及相邻涡轮的流口引出的气路连接。

5.根据权利要求1所述的自动稳压分子泵，其特征在于，所述控制系统还与所述电机连接，所述控制系统还根据目标真空压力和所述真空规检测的压力值的差值，控制所述电机的转速。

6.一种自动稳压分子泵的控制方法，其特征在于，基于权利要求1-5任一项所述的自动稳压分子泵，所述控制方法包括：

获取目标真空压力；

根据所述目标真空压力设定自动稳压分子泵的转速；

读取真空规检测的压力值；

根据目标真空压力和所述真空规检测的压力值的差值，控制第一电磁阀组的开关状态。

7.根据权利要求6所述的自动稳压分子泵的控制方法，其特征在于，所述根据所述目标真空压力设定自动稳压分子泵的转速包括：

判断所述目标真空压力的真空级别，所述真空级别包括第一真空段和第二真空段，所述第一真空段级别低于所述第二真空段，所述第一真空段和第二真空段之和等于抽真空压力范围；

当所述目标真空压力属于所述第一真空段时，将自动稳压分子泵的转速设为第一转速；

当所述目标真空压力属于所述第二真空段时，将自动稳压分子泵的转速设为第二转速。

8.根据权利要求6所述的自动稳压分子泵的控制方法，其特征在于，所述根据目标真空压力和所述真空规检测的压力值的差值，控制第一电磁阀组的开关状态包括：

当所述压力值差于所述目标真空压力时，关闭所述第一电磁阀组中的预设电磁阀；

当所述压力值优于所述目标真空压力时，打开所述第一电磁阀组中的预设电磁阀。

9.根据权利要求8所述的自动稳压分子泵的控制方法，其特征在于，所述当所述压力值优于所述目标真空压力时，打开所述第一电磁阀组中的预设电磁阀，包括：

打开第二电磁阀组中的预设电磁阀；

判断所述压力值是否优于所述目标真空压力，当所述压力值优于所述目标真空压力时，打开所述第一电磁阀组中的预设电磁阀。

10.根据权利要求9所述的自动稳压分子泵的控制方法，其特征在于，判断所述压力值是否优于所述目标真空压力，当所述压力值优于所述目标真空压力时，调整自动稳压分子泵的转速以及第一电磁阀组、第二电磁阀组的开关状态。