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瑞利-布里渊散射光谱测量中温度和压力的精确控制方法

  • 上海依阳实业
    2022/01/17
  • 私聊

红外光谱(IR)

  • 摘要:针对瑞利-布里渊散射(RBS)包络谱实验装置,用户提出要对测量气室实现温度和压力的高精度控制。本文了介绍具体实施方案,其中高精度温度控制采用半导体TEC模组实现。压力控制采用高精度真空压力控制系统,其中包括高精度压力传感器、精密电动针阀和24位采集精度PID控制器。此温度和压力控制方案已得到广泛应用和证明。


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    一、技术要求

    根据客户要求,要对如图1所示的瑞利-布里渊散射(RBS)包络谱实验装置中的温度和压力(图1中红色方框区域内容)进行精确控制,具体要求如下:

    (1)温度范围300K~318K;控温精度±0.02K。

    (2)压力范围30kPa~90kPa(绝压);控压精度±0.1kPa;气氛99.99%氮气。


    图1 RBS包络谱测量的实验装置



    二、温度控制方案

    对于室温附近的高精度温度控制,拟采用如图2所示的半导体加热制冷技术予以实现,具体内容包括:

    (1)加热制冷器:TEC模组。

    (2)传感器:铂电阻或热敏电阻温度。

    (3)PID控制器:高精度24位温度压力控制器。


    图2 高精度温度控制装置

    三、压力控制方案

    实验装置要求工作的绝对压力范围为30kPa~90kPa,并要求在此范围内的压力可以在任意设定点上准确恒定。为此,拟采用如图2所示的真空压力控制系统进行实施,具体内容如下:


    图3 高精度真空压力控制系统



    (1)采用1000torr程的电容压力计进行压力测量,其精度可达±0.2%。也可采用更高精度±0.05%的真空压力传感器进行测量。

    (2)采用24位A/D采集的高精度PID真空压力控制器,以匹配高精度真空压力传感器的测量精度,并保证控制精度。

    (3)在气室的进气口和排气口分别安装电动针阀和电动球阀,电动针阀直接安装在进气口处,电动球阀安装在排气口和真空泵之间。如果气室容积很小,可以用电动针阀代替电动球阀。

    (4)控制过程中,真空泵开启后抽速保证恒定。先将进气电动针阀进行设定,使得进气口压力和流量恒定,然后进行PID参数自整定,通过自动调节排气口流量实现气室压力精确控制。

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