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為充分發揮不銹鋼真空手套箱的強大功能，針對手套箱中真空度和溫度這兩個環境變量，本文詳細介紹了準確測量和控制真空度和溫度的一體化解決方案，描述了上游、下游、雙向和切換控制模式在不同真空度范圍內的具體應用，同時還展示了控制中用到的新型數控針閥、數控球閥和24位高精度PID控制器。
1.問題的提出
真空手套箱常用于易氧化和潮解物質在無氧無水環境下需要人工操作的化學反應、材料處理和性能測試，功能十分強大。手套箱的核心功能是提供真空環境和便于人工操作，但在目前的實際應用中，大多只用了手套箱的無氧環境和人工操作功能，并沒有充分發揮手套箱的作用。手套箱更強大的應用還體現在以下兩方面：
（1）真空手套箱是一個密閉式環境箱，真空度一般都可以達到10Pa左右，由此可以將手套箱內的真空度按照要求控制在10Pa至一個大氣壓之間的任何設定點上，這就可以進行各種對真空度敏感的化學反應、試驗和測試，并便于在不改變和破壞真空環境的條件下進行各種人工操作。
（2）除真空度外，溫度也是很多反應、試驗和測試的另一個重要環境變量。在手套箱中放置相應的加熱裝置，就可以進行溫度和真空度復合環境下的各種試驗研究。以此類推，還可以配置其他物理量環境條件，形成多種邊界條件下的多物理量耦合試驗條件。
為充分發揮真空手套箱的強大功能，針對手套箱中真空度和溫度這兩個環境變量，本文詳細介紹了準確測量和控制真空度和溫度的一體化解決方案，并針對不同真空度范圍介紹了真空度控制過程中的上游、下游和雙向控制模式。
2.手套箱的真空度控制
手套箱屬于一種低真空環境腔體，采用機械泵一般手套箱的真空度高可達壓力10Pa左右，通過抽真空和充惰性氣體，由此手套箱的真空度可以控制在10Pa至一個大氣壓（壓力0.1MPa）的范圍內。在如此跨越四個數量級的真空范圍內進行控制，會根據實際需要采用不同精度的真空度傳感器，相應就有不同控制模式。以下為各種控制模式的具體內容。
2.1上游控制模式
如在保持下游真空泵抽速恒定的條件下，上游控制模式是根據真空計測量信號，通過PID真空壓力控制器調節上游進氣口電動針閥的開度，即通過控制進氣流量使手套箱內的壓力控制在設定值。上游模式常用于高真空度控制。
圖1上游控制模式結構示意圖
2.2下游控制模式
在保持下游真空泵抽速恒定的條件下，下游控制模式是根據真空計測量信號，通過PID真空壓力控制器調節下游出氣口電動球閥的開度，即通過控制出氣流量使手套箱內的壓力控制在設定值。下游模式常用于低真空度控制。
