一种可快速适配的模块化低气压控制装置

本发明涉及空间环境模拟，特别涉及一种可快速适配的模块化低气压控制装置。

背景技术：

1、为考核航天器及其组件、电子及电气元件、微电子器件等在低气压下的耐电击穿能力和确定低气压环境对其工作特性的影响，需具备能够提供稳定低气压环境的地面模拟装置，目前能够提供稳定的低气压环境的设备主要有低气压试验箱和热真空环境模拟试验设备。

2、低气压试验箱的极限压力仅能达到102pa量级，热真空环境模拟试验设备极限压力虽然能够达到10-6pa量级，但其在从1pa到达极限真空度之前压力是持续降低的，无法将压力稳定在试验所要求的压力值附近，即不能够在1pa及以下的微放电区域提供稳定的低气压环境。而gjb 360b-2009《电子及电气元件试验方法方法105低气压试验》和gjb 548b-2005《微电子器件试验方法和程序方法1001低气压(高空作业)》中均中给出了4 572～200000m不同高度下对应的低气压值，从而航天器及其组件等在进行低气压试验时需要稳定的压力值低于1pa，有的甚至达到10-6pa量级的水平，故现有的热真空环境设备无法满足试验的需求。

3、公开号为cn106681385a的中国专利《一种plc真空容器低气压自动调节控制装置》也是通过plc控制器对真空容器的气压值进行控制，但是其实现的稳定控压范围为1～105pa，公开号为cn105539888a的中国专利《低气压试验装置》虽实现了在1pa及以下的微放电区域提供稳定的低气压环境，但是对原热真空试验系统的改造大，且操作繁琐，不可移植、成本高，同时采用的方法不同，其采用的是控制抽气速率和充气速率的方式实现，而本装置采用的是获取和自适应原热真空试验设备的抽气速率，通过控制多个质量流量计流量的大小从而实现稳定的气压功能，可快速将压力值稳定在所需的真空段范围内，本装置主要针对的是1pa以下真空段控制，而该区间段低气压段试验没有控制速率的试验需求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对于航天器及组件等在进行低气压试验时要求的稳定压力值低于1pa的试验需求，设计了一种可快速适配的模块化低气压控制装置。可将该装置接入传统的热真空环境模拟试验设备，可快速实现在10-1pa～10-4pa高真空段的任意压力值稳定功能，且控压波动度系数±0.2。且可通过适配真空容器接口的方式应用于多套热真空环境模拟试验设备，操作简易，成本低。

2、为达到上述目的，本发明通过下述技术方案实现。

3、本发明提出了一种可快速适配的模块化低气压控制装置，所述装置通过适配接口与热真空试验设备连接，用于控制热真空试验设备中真空容器的真空度值稳定在设定真空值；

4、所述装置包括：真空度获取模块、数据处理模块和流量控制器模块；其中，

5、所述真空度获取模块，用于获取热真空试验设备中真空容器的真空度值；

6、所述数据处理模块，用于读取热真空试验设备的实际真空度值，并与设定的真空度值比较，并根据比较结果输出控制信号；

7、所述流量控制器模块，用于控制输入气体流量值大小，并根据数据处理模块输出的控制信号对输入气体的流量值进行调节，实现对真空容器中真空度值的控制。

8、作为上述技术方案的改进之一，所述真空度获取模块，包括复合真空计，用于探测和显示热真空试验设备中真空容器的真空度值。

9、作为上述技术方案的改进之一，所述复合真空计包括电离规探头和电阻规探头，用于分别探测热真空试验设备中真空容器不同真空段内的真空度值。

10、作为上述技术方案的改进之一，所述数据处理模块包括：通讯子模块、可编程控制器子模块和数模转换子模块；其中，

11、所述通讯子模块，用于将真空度获取模块获取的真空度值通过协议传送到可编程控制器子模块；

12、所述可编程控制器子模块，用于通过预先写入的程序读取真空度获取模块传来的实际真空度值，并与设定的真空度值比较，并根据比较结果输出控制信号；

13、所述数模转换子模块，用于对可编程控制器子模块输出的控制信号进行数模转换处理，并将转换处理后的控制信号输出到流量控制器模块。

14、作为上述技术方案的改进之一，所述可编程控制器子模块中，根据比较结果输出控制信号，具体包括：

15、当比较结果为实际真空度值大于设定真空度值时，可编程控制器子模块输出减小真空度值的信号；

16、当比较结果为实际真空度值不小于设定真空度值时，可编程控制器子模块输出增大真空度值的信号。

17、作为上述技术方案的改进之一，所述流量控制器模块包括依次连接的截止阀、质量流量控制器和充气接口；其中，

18、所述截止阀，与数据处理模块和热真空试验设备中真空容器连接，用于根据数据处理模块输出的控制信号控制质量流量控制器与热真空试验设备中真空容器的导通与断开；

19、所述质量流量控制器，与数据处理模块连接，用于根据数据处理模块输出的控制信号调节开度，对通过的气体流量进行控制；

20、所述充气接口，用于外接供气装置。

21、作为上述技术方案的改进之一，所述质量流量控制器设置为1个或多个；所述质量流量控制器设置为多个时，每个质量流量控制器设置不同的质量流量，对不同真空段内的真空度值进行控制。

22、作为上述技术方案的改进之一，所述装置还包括部署在上位机上的控制模块和人机交互模块；其中，

23、所述控制模块，用于控制装置各项功能的实现；

24、所述人机交互模块，用于显示实际的真空度值、输入设定所需的真空度值、设定控制模式是手动还是自动等。

25、作为上述技术方案的改进之一，所述装置用于控制热真空试验设备中真空容器的真空度值稳定在10-1～10-4pa。

26、作为上述技术方案的改进之一，所述装置的控制流程包括：

27、低气压控制装置开启后，真空度获取模块测量真空容器实际的真空度值；

28、数据处理模块提取实际的真空度值，并与设定的真空度值进行比较，若实际的真空度值小于设定的真空度值，则输出增大气体流量的控制信号；若实际的真空度值不小于设定的真空度值，则输出减小气体流量的控制信号；

29、流量控制器模块根据减小气体流量或增大气体流量的控制信号通过质量流量控制器对输入的气体流量进行控制，实现对真空容器中真空度值的控制。

30、本发明与现有技术相比优点在于：

31、(1)能够实现高真空压力值在10-1～10-4pa范围内稳定可控，且控制精度高：试验时，本发明的控制装置运用可编程控制器的控制方法，动态读取热真空试验设备的实际真空度和设定的真空度值，动态调节装置质量流量计充气流量，实现将真空度值稳定在试验所要求的范围内，且控制精度高；

32、(2)装置可快速适配且可移植性强，通过适配接口的方式可以将该装置功能应用于不同的热真空环境模拟试验设备：试验时，本发明的控制装置通过真空规接口和充气阀管路接口与热真空环境模拟试验设备进行连接，实现10-1～10-4pa范围内稳定控制功能，热真空试验设备真空容器均具备真空规接口和放气阀(手阀)接口，只需将他们连接即可；

33、快速适配有两成含义：

34、1.装置自带复合真空计和充气管路，只需将复合真空计的线和充气管路连接至热真空试验设备即可实现功能，连接方便快捷。

35、2.装置采用获取和自适应原热真空试验设备的抽气速率，通过调节多个质量流量计流量的大小，从而对真空容器进行精准开度的充气量，可快速将设备压力值稳定在所需的真空段范围内。

36、(3)具备充多种气体的功能，可以实现对热真空环境试验设备充装氮气后真空度值稳定在10-1pa量级水平，使在10-1pa量级热真空环境试验设备真空规更耐用，不易损坏。