扩散真空泵性能自动测试系统的研制(2)

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)东北大学机械工程与自动化学院 作者:梁文升

  本套测试系统使用上位PC 机和下位单片机的双级控制系统实现对整个测试系统和测试过程的自动控制。上位机使用有2 路RS- 232 接口的普通台式或笔记本式PC 机即可; 下位机是C8051F005 单片机;数字微机型数显复合真空计采集的压强信号,通过RS- 232 接口直接与上位机通信;自主研发的光电式液位传感器在滴管中液位达到设定高度时输出5 V 电压,这一开关量信号经过光耦传入单片机。单片机输出的开关量信号通过三级继电器逐级增强电压的方法控制扩散泵、旋片泵和提升电机的动作。单片机还和步进电机驱动器通信,实现步进电机的控制。上位机接受来自下位机和数据采集系统的信号,通过控制软件向下位机发送操作指令,并自动处理采集的试验数据、计算结果、自动生成表格、自动绘制试验产品的性能曲线、自动生成试验报告并可对试验报告进行编辑、修改和打印输出;本套测试系统的控制数据流如图2 所示。

自动测试系统控制流程示意图

图2 自动测试系统控制流程示意图

3、自动测试系统的控制软件

  本套自动测试控制系统的控制软件是在Windows 环境下,采用Visual Basic6.0 语言编译而成。测试系统控制软件由主界面、测试管理系统界面和数据管理系统界面三部分组成,具体关系见图3。

自动测试系统控制软件结构图

图3 自动测试系统控制软件结构图

  在测试管理系统界面下,待测产品信息设定模块包括待测扩散泵信息选择、测试员信息选择、新产品信息录入和测压点选择。系统抽放气控制模块可以完成对系统抽气和放气过程的自动控制,如图4 所示,实时显示测试罩内压强。极限压力与抽速测试控制模块是整个系统的核心部分,可以自动完成测压点的确定和指导滴管的选取,完成该测压点的压强调节,最终完成该测压点抽速的测试,并将测试结果保存到数据库中。测试曲线预览和产品性能报表打印两个模块完成抽速曲线的自动绘制,并且可以通过打印机输出。

  数据管理系统可以完成用户信息,测试人员信息的设定和修改,例如用户名和密码,测试员姓名等。扩散泵的型号、生产厂家及生产日期等被测产品信息也可以通过该部分进行输入、修改、查询和输出。该数据管理系统也可以保存已经测试过的扩散泵抽速曲线,并可以随时输出。

系统抽放气控制界面

图4 系统抽放气控制界面

4、技术难点和解决措施

  在一年多的研制过程中,遇到了很多困难,也走了很多弯路,现将主要的技术难点和解决措施总结如下:

4.1、液位传感器的选择

  按照国标规定,所选取的滴管最小内径为1.5 mm 和3 mm,而且实验中这两种滴管使用得非常频繁;管内的测试液体则是透明度很好的变压器油。研制过程中遇到的首要困难就是:目前尚没有适合本系统使用、能够实现透明微细液柱非接触式高精度液位测试的液位开关。在近半年多方寻求无果的情况下,我们自主开发了一种光纤式光电液位开关,成功地解决了这一难题。不仅满足了本测试系统的工作要求,还单独申报了国家发明专利。

  光电液位开关在本系统中的使用方法是:确定对任一滴管和任一测压点,都选定相同的液位高度h=h2- h1。分别在滴管h2 和h1 高度处安装了上、下液位开关,当液位上升至h1 处时,下液位开关向单片机输出一个信号,开始记时;当液位开关升至h2 处时,上液位开关也向单片机输出一个信号,记时结束并记录时间间隔。

4.2、微调阀的控制

  在两个不同测压点之间进行转换时,需要利用微调阀来调节气流量,控制测试罩内的压力到达新的测压点。最初始的控制方案是采用电控压电阀进行气体流量的控制调节,具有简单易行的优点,但考虑压电阀可能存在有电压漂移和时间漂移等不可预知的误差因素,因此放弃了这一方案。最终确定仍然采用流量稳定的机械针阀作为调节元件,并利用步进电机经减速机构驱动针阀。其中步进电机型号为42HS03,驱动器型号为M415- 64/M515。驱动器上的光隔电源端,脉冲信号端,方向信号端和电机使能端分别与单片机相连,并且可以通过上位机的控制软件修改电机的步进参数,达到调节气流量的要求。

  系统调试过程中还发现,利用步进电机驱动针阀,受转动力矩的限制,无法像手工作业那样将针阀完全关闭,从而为测试泵的极限压力带来误差。后来在微调针阀与测试罩充气口之间加装了一个高真空电磁阀,在测泵的极限压力时关闭此阀,解决了这一问题。

5、结束语

  本文介绍了一套新研制的扩散真空泵性能自动测试系统。借助操作人员手工作业更换滴管和连接管路,该系统能够自动完成扩散真空泵的极限压力和抽速曲线的连续测试。图5 是该系统的实物照片图。该系统的应用,能够大大降低对测试人员所必须具备的专业知识和实验技能的要求,减轻操作人员的劳动强度,提高测试精度和可靠性,有利于生产企业自主开展扩散泵产品性能的实际测试检验。

扩散真空泵性能自动测试系统的实物照片图

图5 扩散真空泵性能自动测试系统的实物照片图

  今后,将对该测试系统做进一步的改进,使其更能够适应企业的实际需求,操作更为简单和人性化。同时扩展开发出更多功能,例如:在被测扩散泵出口管路处再加设一套由步进电机驱动的微调针阀和相应的真空计,就能够测试扩散泵的临界前级压力;在测试罩上安装相应的盛液管,也可以测试扩散泵的返油率;从而实现对扩散泵性能的全面测试。

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