顯微鏡探針冷熱台的真空壓力和氣氛精密控製解決方案

問題的提出

探針冷熱台能夠同時進行樣品溫控和透射光/反射光觀察，並支持腔內(nei) 樣品移動、氣密/真空腔、紅外/紫外/X光波段觀察、腔內(nei) 電接線柱、溫控聯動拍攝、垂直/水平光路以及倒置顯微鏡等功能，廣泛應用於(yu) 顯微鏡、紅外光譜儀(yi) 、拉曼儀(yi) 和X射線儀(yi) 器。這些台廣泛用於(yu) 高分子/液晶、材料、光譜學、生物、醫藥、地質、食品、冷凍幹燥等領域的微觀測量和研究。

（探針冷熱台真空控製係統）

（探針冷熱台）

然而，現有探針冷熱台通常隻能提供溫度控製，而對真空、壓力、氣氛和濕度的調節與(yu) 控製能力不足。為(wei) 解決(jue) 這一問題，本文提出了一種改進方案，重點解決(jue) 真空壓力和氣氛控製問題，以彌補現有配套裝置的不足。

解決(jue) 方案

針對顯微鏡探針冷熱台的真空壓力和氣氛的精密控製，本文提出了一套解決(jue) 方案，旨在提升係統的整體(ti) 控製精度。該解決(jue) 方案的技術指標包括：（1）真空壓力控製：絕對壓力範圍為(wei) 0.1Torr至1000Torr，控製精度為(wei) 讀數的±1%；（2）氣氛控製：可調節單一氣體(ti) 或多種氣體(ti) 的混合，氣體(ti) 濃度的控製精度優(you) 於(yu) ±1%。為(wei) 了實現這些技術指標，方案中采用了兩(liang) 種獨立的控製技術。

在真空壓力控製方麵，方案采用了動態平衡法技術。這種方法通過精確控製進入和排出測試腔體(ti) 的氣體(ti) 流量，以實現進氣和排氣流量的動態平衡，從(cong) 而確保在寬域範圍內(nei) 精確地控製任意設定的真空壓力。具體(ti) 實現中，係統分為(wei) 兩(liang) 個(ge) 高低真空壓力控製回路：高真空壓力控製回路和低真空壓力控製回路。高真空壓力控製回路適用於(yu) 0.1Torr至10Torr的壓力範圍，采用上遊控製模式，其控製回路包括進氣電動針閥、高真空計和真空壓力程序控製器。低真空壓力控製回路適用於(yu) 10Torr至1000Torr的壓力範圍，采用下遊控製模式，其控製回路由排氣電動針閥、低真空計和真空壓力程序控製器組成。全量程的真空壓力控製通過兩(liang) 個(ge) 不同量程的薄膜電容真空計進行覆蓋，這些真空計能夠達到±0.25%的讀數精度。係統中，真空計采集的真空度信號會(hui) 傳(chuan) 輸到真空壓力控製器，控製器依據設定值與(yu) 實際測量值的比較，通過PID算法計算後，輸出控製信號來調整電動針閥，進而改變進氣或排氣流量，從(cong) 而實現腔室內(nei) 氣壓的精密控製。

在具體(ti) 的真空壓力控製過程中，高真空壓力範圍（0.1Torr至10Torr）的控製需要先設置排氣電控針閥的開度為(wei) 固定值，然後通過高真空度控製回路自動調節進氣針閥的開度，以達到設定的真空壓力。而在低真空壓力範圍（10Torr至1000Torr）的控製中，首先設置進氣針閥的開度為(wei) 固定值，通過低真空度控製回路自動調整排氣針閥的開度來實現設定的真空壓力。此外，真空壓力變化可以按設定曲線進行程序控製，使用真空壓力控製器自帶的計算機軟件進行操作，同時顯示和存儲(chu) 過程參數及隨時間變化的曲線。係統的真空壓力控製精度主要由真空計、電控針閥和真空壓力控製器的精度決(jue) 定。所用的電阻矽真空計的控製範圍為(wei) 1.0x105-1.0x10-5Pa達到±0.1%的準確性。通過這樣的精度配置，全量程的真空壓力控製精度可以達到很高的水平，經考核試驗證明可輕鬆實現±1%的控製精度，若采用分段PID參數，精度可提升至±0.5%。

（高精度真空規及真空泵控製係統）

在氣氛控製方麵，係統使用了多個(ge) 氣體(ti) 質量流量控製器來精確調節各類氣體(ti) 的流量，進而控製環境氣體(ti) 中的混合比。具體(ti) 操作是通過精密測量後的工作氣體(ti) 在混氣罐中混合，然後將混合氣體(ti) 輸送到探針冷熱台。氣氛控製過程中需注意：首先，為(wei) 每種單獨的工作氣體(ti) 配備相應的氣體(ti) 質量流量控製器；其次，混氣罐的壓力需保持恒定，或在混氣罐出口處安裝減壓閥，以穩定混氣罐的出口壓力，這對於(yu) 準確控製腔室內(nei) 的真空壓力至關(guan) 重要。

總的來說，本方案通過高精度的真空壓力和氣氛控製技術，實現了顯微鏡探針冷熱台在寬範圍內(nei) 的精確控製。這種控製精度的提升將有助於(yu) 更精細的樣品分析和實驗操作，推動相關(guan) 領域的研究與(yu) 進步。

總結

綜上所述，本解決(jue) 方案有效解決(jue) 了顯微鏡探針冷熱台的真空壓力控製問題，並提供了高精度和自動化控製能力。其主要特點包括：（1）具有強大的適用性和可拓展性，通過調整部件參數或在進氣口添加微小流量可變泄漏閥，能夠實現不同範圍的真空壓力控製，包括超高真空度的精密控製；（2）控製器不僅(jin) 能用於(yu) 真空壓力控製，還可用於(yu) 冷熱台的溫度控製，如帕爾貼式TEC半導體(ti) 裝置和液氮低溫控製；（3）控製器配備的計算機軟件支持通過電腦屏幕直接操作，自動存儲(chu) 過程參數變化曲線，從(cong) 而簡化了控製係統的搭建和調試過程，極大地便利了微觀分析和測試研究。目前，針對顯微鏡探針冷熱台在微小空間內(nei) 濕度環境的高精度控製仍存在挑戰，這將是我們(men) 未來研究和開發的重點之一。