研發(fā)背景

       隨著真空爐實現(xiàn)無氧環(huán)境熱處理給行業(yè)帶來了里程碑式的進步，但更加苛刻的一些新材料的處理不僅局限無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（氣氛場），結(jié)合真空爐本來有相對均勻的溫度場，從而實現(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，10E-3到10E5跨越了8個數(shù)量級，氣體狀態(tài)也從分子流過渡到粘滯流，要想整個范圍內(nèi)控制在技術(shù)上難度很大，也沒有必要。實際上工業(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，氣體分子已經(jīng)很少，微量的氣體或者真空的節(jié)流都會造成很大的壓力值的波動，一般用微小流量計、電磁比例調(diào)節(jié)閥、針型閥等在進氣端（簡稱上游，下同）充氣，配合真空規(guī)和控制系統(tǒng)保持平衡。
• 在1.33~133Pa這個量級，可控進氣即可保持這個真空范圍，且進氣量一般較少，即便有進氣量的波動一般不會對材料產(chǎn)生較大影響；排氣端（簡稱下游）保持全通徑狀態(tài)。
• 在1KPa~10E5Pa這個量級,進入爐膛的氣體量往往較大，要實現(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)濟等考量，所以進行下游排氣端的自動調(diào)節(jié)最行之有效。就1KPa以上的壓力，實踐中我們嘗試過上游使用手動針型閥、玻璃轉(zhuǎn)子流量計、質(zhì)量流量控制器控制定量進氣，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)以下的問題。
• 圓孔球閥的調(diào)節(jié)很不線性，尤其初期小角度開啟，孔徑隨角度變化太大，流量難以控制，經(jīng)常出現(xiàn)關(guān)閉-開啟的調(diào)節(jié)，而不是孔徑大小的調(diào)節(jié)，這樣會造成壓力的波動。
• V孔球閥改善了初期孔徑變化太大情況，可以實現(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)帶來難度。
• V孔球閥的有效孔徑法蘭公稱通徑要小，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，且不同通徑的閥門該角度不一致，編程者較難確認孔徑的開關(guān)臨界角度。
• 普通真空球閥的共性，轉(zhuǎn)軸非耐久設(shè)計，難以承受長時間的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動。
• 轉(zhuǎn)軸的壓緊密封，導(dǎo)致球閥所需要的扭矩較大，執(zhí)行器長時間調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動功耗很大，也易損。
• 球閥的球孔邊緣長時間處于半開合位置，會引起閥座受力不均，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，氣體分子已經(jīng)很少，微量的氣體或者真空的節(jié)流都會造成很大的壓力值的波動，一般用微小流量計、電磁比例調(diào)節(jié)閥、針型閥等在進氣端（簡稱上游，下同）充氣，配合真空規(guī)和控制系統(tǒng)保持平衡。
• 在1.33~133Pa這個量級，可控進氣即可保持這個真空范圍，且進氣量一般較少，即便有進氣量的波動一般不會對材料產(chǎn)生較大影響；排氣端（簡稱下游）保持全通徑狀態(tài)。
• 在1KPa~10E5Pa這個量級,進入爐膛的氣體量往往較大，要實現(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)濟等考量，所以進行下游排氣端的自動調(diào)節(jié)最行之有效。就1KPa以上的壓力，實踐中我們嘗試過上游使用手動針型閥、玻璃轉(zhuǎn)子流量計、質(zhì)量流量控制器控制定量進氣，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)以下的問題。
• 圓孔球閥的調(diào)節(jié)很不線性，尤其初期小角度開啟，孔徑隨角度變化太大，流量難以控制，經(jīng)常出現(xiàn)關(guān)閉-開啟的調(diào)節(jié)，而不是孔徑大小的調(diào)節(jié)，這樣會造成壓力的波動。
• V孔球閥改善了初期孔徑變化太大情況，可以實現(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)帶來難度。
• V孔球閥的有效孔徑法蘭公稱通徑要小，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，且不同通徑的閥門該角度不一致，編程者較難確認孔徑的開關(guān)臨界角度。
• 普通真空球閥的共性，轉(zhuǎn)軸非耐久設(shè)計，難以承受長時間的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動。
• 轉(zhuǎn)軸的壓緊密封，導(dǎo)致球閥所需要的扭矩較大，執(zhí)行器長時間調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動功耗很大，也易損。
• 球閥的球孔邊緣長時間處于半開合位置，會引起閥座受力不均，出現(xiàn)溝痕，影響壽命，尤其不能再兼做截止使用。