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1.考核試驗方案
在真空腔體的真空度（壓強）控制過程中，會針對具體要求對真空度進行準確的定點控制或程序曲線控制，并配套使用真空計、電動針閥、電動球閥（電動蝶閥）、真空泵和高精度PID控制器。
在真空度具體控制過程中，一般會根據(jù)具體工藝要求在上游控制和下游控制這兩種模式中選擇一種。一般而言，在低真空（高壓）下會選擇下游控制模式，在高真空（低壓）下會選擇上游控制模式。
為了考察真空度（壓強）控制模式和控制系統(tǒng)的控制精度，分別設計了兩個考核試驗方案。
1.1.配備電動針閥的上游控制模式
上游控制模式考核試驗方案如圖1-1所示。

圖1-1上游控制模式試驗方案示意圖
在上游模式中主要考核1Torr以下的高真空度恒定控制，所以采用了1Torr量程的薄膜電容真空計。真空腔體的進氣由24位高精度的PID控制器控制電動針閥來進行調節(jié)，真空腔體的出氣則由真空泵進行抽取。在真空泵抽氣速率恒定的情況下，通過自動調節(jié)電動針閥的開度來實現(xiàn)腔體內真空度的控制。
實施上述設計方案的考核試驗裝置如圖1-2所示。

圖1-2上游控制模式考核試驗裝置
1.2.配備電動球閥的下游控制模式
下游控制模式考核試驗方案如圖1-3所示。

圖1-3下游控制模式試驗方案示意圖
在下游模式中主要考核小于一個大氣壓（760Torr以下）的低真空度恒定控制，所以采用了1000Torr量程的薄膜電容真空計。真空腔體的進氣由手動閥門保持一恒定開度，真空腔體的出氣則由真空泵進行抽取，但通過24位高精度的PID控制器控制電動球閥來調節(jié)出氣速度。在進氣和真空泵抽氣速率都恒定的情況下，通過自動調節(jié)電動球閥的開度來實現(xiàn)腔體內真空度的控制。
實施上述設計方案的考核試驗裝置如圖1-4所示。

圖1-4下游控制模式考核試驗裝置
2.試驗和結果
2.1.上游控制模式試驗和結果
在上游模式試驗過程中，首先開啟真空泵后使其全速抽氣，然后在68Pa左右對PID控制器進行PID參數(shù)自整定。自整定完成后，分別對12、27、40、53、67、80、93和107Pa共8個設定點進行了控制，整個控制過程中真空度的變化如圖2-1所示。

圖2-1上游控制模式真空度定點控制考核試驗曲線
將上述不同真空度恒定控制點處的控制效果以波動率來表達，則得到如圖2-2所示的不同真空度下的控制波動率。從波動率圖可以看出，采用1Torr真空計控制1Torr以下真空度時，波動率會隨著真空度的升高（壓強降低）而增大，主要因為以下幾方面的原因：

圖2-2上游模式真空度恒定控制波動率
（1）在整個控制過程中，始終采用的是在68Pa真空度恒定點處自整定后的PID參數(shù)，顯然將此PID參數(shù)應用于12Pa恒定點控制并不太合適，還需進行單獨的PID參數(shù)。
（2）在PID參數(shù)自整定后，并未對PID進行更進一步的精細調節(jié)，直接采用了自整定獲得的PID參數(shù)，這也是影響波動率的一個原因。
（3）1Torr真空計的量程為0.0001~1Torr，即0.013~133.32Pa，對應的模擬信號輸出為0~10V。在上述實際測量中，最低真空度恒定點107Pa時的模擬信號為8.026V，最高真空度恒定點12Pa時的模擬信號為0.900V，那么對于一定采集精度的控制器而言，測量和控制0.900V時的測控誤差顯然會較大。
2.2.下游控制模式試驗和結果
在下游模式試驗過程中，首先開啟真空泵后使其全速抽氣，并將進氣閥調節(jié)到微量進氣的位置，然后在300Torr左右對PID控制器進行PID參數(shù)自整定。自整定完成后，分別對70、200、300、450和600Torr共5個設定點進行了控制，整個控制過程中真空度的變化如圖2-3所示。

圖2-3下游控制模式真空度定點控制考核試驗曲線
將上述不同真空度恒定控制點處的控制效果以波動率來表達，則得到如圖2-4所示的不同真空度下的控制波動率。從波動率圖可以看出，采用1000Torr真空計控制1000Torr以下真空度時，波動率會隨著真空度的升高（壓強降低）而略有增大，與上游控制模式中的現(xiàn)象一致。

圖2-4下游模式真空度恒定控制波動率
3.結論
通過上下游兩種控制模式的考核試驗，可得出以下結論：
（1）配備有目前型號電動針閥、電動球閥和PID控制器的真空度（壓強）控制系統(tǒng)，在采用了薄膜電容真空計條件下，恒定真空度（壓強）控制的波動率可輕松的保持在±1%以內；
（2）由于真空控制系統(tǒng)中進氣或出氣流量與真空度并不是一個線性關系，因此在整個測控范圍內采用一組PID參數(shù)并不一定合適，為了使整個測控范圍內的波動率穩(wěn)定，還需采用2組以上PID參數(shù)。
（3）今后還需開展進一步的研究和試驗工作，希望控制波動度能降低到±0.5%以下，而且提高控制響應速度，以滿足更苛刻的真空工藝要求。