摘要：針對瑞利-布裡淵散射（RBS）包絡譜實驗裝置，用戶提出要對測量氣室實現溫度和壓力的高精度控制。本文了介紹具體實施方案，其中高精度溫度控制采用半導體TEC模組實現。壓力控制采用高精度真空壓力控制系統，其中包括高精度壓力傳感器、精密電動針閥和24位采集精度PID控制器。此溫度和壓力控制方案已得到廣泛應用和證明。
根據客戶要求，要對如圖1所示的瑞利-布裡淵散射（RBS）包絡譜實驗裝置中的溫度和壓力（圖1中紅色方框區域内容）進行精确控制，具體要求如下：
（1）溫度範圍300K~318K；控溫精度±0.02K。
（2）壓力範圍30kPa~90kPa（絕壓）；控壓精度±0.1kPa；氣氛99.99%氮氣。
圖1 RBS包絡譜測量的實驗裝置
二、溫度控制方案對于室溫附近的高精度溫度控制，拟采用如圖2所示的半導體加熱制冷技術予以實現，具體内容包括：
（1）加熱制冷器：TEC模組。
（2）傳感器：鉑電阻或熱敏電阻溫度。
（3）PID控制器：高精度24位溫度壓力控制器。
圖2 高精度溫度控制裝置
三、壓力控制方案實驗裝置要求工作的絕對壓力範圍為30kPa~90kPa，并要求在此範圍内的壓力可以在任意設定點上準确恒定。為此，拟采用如圖2所示的真空壓力控制系統進行實施，具體内容如下：
圖3 高精度真空壓力控制系統
（1）采用1000torr程的電容壓力計進行壓力測量，其精度可達±0.2%。也可采用更高精度±0.05%的真空壓力傳感器進行測量。
（2）采用24位A/D采集的高精度PID真空壓力控制器，以匹配高精度真空壓力傳感器的測量精度，并保證控制精度。
（3）在氣室的進氣口和排氣口分别安裝電動針閥和電動球閥，電動針閥直接安裝在進氣口處，電動球閥安裝在排氣口和真空泵之間。如果氣室容積很小，可以用電動針閥代替電動球閥。
（4）控制過程中，真空泵開啟後抽速保證恒定。先将進氣電動針閥進行設定，使得進氣口壓力和流量恒定，然後進行PID參數自整定，通過自動調節排氣口流量實現氣室壓力精确控制。
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