ORANSAL BASINÇ REGÜLATÖRLERİ

1. Oransal Basınç Regülatörünün Tanıtımı

Mikro Lazer Işın Kaynağı (Micro-LBW), mikroskobik bir kaynak oluşturmak için çok ince çaplı bir lazer ışınının yansıtılmasıyla farklı metallerin birleştirilmesi işlemidir. Bu sistemlerdeki kritik süreçlerden biri, kaynak odasındaki atmosferin ve basıncın hassas bir şekilde kontrol edilmesidir.

Spesifik Gereksinimler:

• Kaynak odasının soy gaz ile doldurulması.
• Odada mutlak basıncın 10 Pa ile 0.1 MPa (Atmosfer) arasındaki geniş vakum aralığında hassas ve sabit tutulması.
• Herhangi bir kontrol noktasındaki basınç dalgalanmasının % $\pm 1$‘den az olması gerekmektedir.

Bu makale, yukarıda belirtilen teknik gereksinimlere yönelik çözümü önermektedir. Özgün uygulama planı, farklı aralıklara sahip vakum göstergeleri, oransal basınç regülatörleri, elektrikli küresel çıkış vanaları ve çift kanallı yüksek hassasiyetli PID kontrolörleri kullanılarak, farklı vakum aralıkları için akış yukarı (upstream) ve akış aşağı (downstream) kontrol modlarının benimsenmesidir. Bu yaklaşım, tüm aralıkta sabit kontrolün sağlanmasını amaçlar ve belirlenen herhangi bir ayar noktasında vakumun % $\pm 1$’den az bir dalgalanma oranıyla sabit kalmasını mümkün kılar.

2. Oransal Basınç Regülatörü Çözümü

Mikro-LBW için gerekli olan hava basıncı ayar aralığı (mutlak basınç) 10 Pa‘dan 0.1 MPa‘ya kadar geniş bir vakum derecesini kapsamaktadır. Bu geniş ölçeği kapsamak ve gerekli stabiliteyi sağlamak için çözüm, iki ayrı kontrol döngüsü kullanmaktadır.

Kontrol Döngüsü 1: Yüksek Basınç Kontrolü (1 kPa – 101 kPa)

Bu döngü, 1 kPa ile 101 kPa arasındaki yüksek hava basıncını kontrol etmekten sorumludur (yaklaşık 7.5 Torr ile 760 Torr).

Bileşen	Özellikler	Kontrol İşlevi
Sensör	1000 Torr aralığına sahip film kapasitans vakum göstergesi.	Basıncı ölçer ve analog sinyale dönüştürür.
Kontrol	PID kontrolörünün Birinci Kanalı.	Vakum sinyalini alır, ayar değeriyle karşılaştırır ve oransal basınç regülatörüne sinyal gönderir.
Aktüatör	Oransal Basınç Regülatörü.	Kaynak odasındaki hava basıncını hızla ayar değerine ulaştırır ve sabit tutar.

Kontrol Döngüsü 2: Düşük Basınç Kontrolü (10 Pa – 1 kPa)

Bu döngü, 10 Pa ile 1 kPa arasındaki düşük basıncı kontrol etmekten sorumludur (yaklaşık 0.075 Torr ile 7.5 Torr).

Bileşen	Özellikler	Kontrol İşlevi
Sensör	10 Torr aralığına sahip film kapasitans vakum göstergesi.	Düşük basınç aralığında yüksek çözünürlüklü ölçüm sağlar.
Kontrol	PID kontrolörünün İkinci Kanalı.	Vakum sinyalini alır, ayar değeriyle karşılaştırır ve oransal basınç regülatörünü ayarlar.
Aktüatör	Oransal Basınç Regülatörü.	Oda basıncını düşük vakum aralığında hassas bir şekilde stabilize eder.

Hassasiyet ve Stabilite Gereksinimleri

Kontrol doğruluğunu ve kararlılığını sağlamak için bu çözüm, özellikle kontrol bileşenlerinde yüksek standartlar gerektirir:

• Oransal Basınç Regülatörü: Tepki hızı 1 saniye içinde olmalıdır. Hızlı tepki süresi, kaynak sürecindeki anlık basınç değişimlerine karşı koymak için hayati öneme sahiptir.
• Çift Kanallı PID Kontrolörü: Yüksek hassasiyetli ölçüm ve çıkış için 24-bit AD (Analogdan Dijitale Dönüştürücü) ve 16-bit DA (Dijitalden Analoğa Dönüştürücü) yeteneklerine sahip olması gerekmektedir. Bu yüksek bit derinliği, hedefteki % $\pm 1$’lik dalgalanma oranını başarıyla yönetmek için kritik öneme sahiptir.