Vedoucí: Doc. Mgr. Pavel Kudrna, Dr.
Stav projektu: volný
Anotace:
Experimentální aparatury pro technologické plazma zpravidla nejsou z vakuového hlediska konstruovány pro mezní tlak pod 10-3 Pa. Příkladem jsou plazmatická tryska, planární magnetron nebo válcový magnetron. Pro dosažení potřebné čistoty pracovního plynu se systém provozuje v průtočném režimu, tj. vakuový systém se stále čerpá a současně se do něho napouští konstantním průtokem pracovní plyn s definovanou čistotou. Požadovaný tlak tohoto pracovního plynu se nastavuje rovnováhou mezi čerpací rychlostí vývěvy, která je zpravidla redukována škrticím ventilem nad jejím hrdlem, a vpouštěním plynu přes napouštěcí regulátor průtoku. Při obvyklém objemu vakuové komory od několika do pár desítek litrů jsou časové konstanty této rovnováhy dostatečně dlouhé a požadovaný tlak v oblasti jednotek až pár set pascalů jde udržovat na přibližně konstantní hodnotě bez nežádoucích změn.
Klíčovou součástí tohoto uspořádání je regulátor průtoku plynu (mass flow controller), který na základě přenosu tepla měří aktuální průtok plynu a je současně vybaven elektricky ovládaným jehlovým ventilem. Díky tomu průtok plynu nejen měří, ale ovládáním jehlového ventilu je na v závislosti na vstupním signálu schopen požadovanou hodnotu průtoku plynu udržovat.
Měření průtoku plynu na principu přenosu tepla nezávisí na tlaku a teplotě, je však závislé na druhu plynu prostřednictvím jeho hustoty a měrné tepelné kapacity. To se projeví tabelovanými kalibračními faktory, které jsou pro typické pracovní plyny k dispozici, pro další je možné je vypočítat a kalibrační faktor lze vyčíslit i pro případnou směs více plynů.
Pro letní projekt je již k dispozici potřebný hardware. Konkrétně jde o minipočítač Raspberry Pi, menší grafický displej, A/D a D/A převodníky, zdroj napětí a samozřejmě regulátory průtoku. Je k dispozici i předběžná verze ovládacího programu.
Úkolem studenta by bylo:
1) Seznámit se s ovládáním průtokoměru, konkrétně jde o analogové napěťové vstupy a výstupy 0 až 5 V a TTL vstupy.
2) Navrhnout jednoduchý plošný spoj pro propojení jednotlivých částí, tj. RPI, displeje, převodníků, zdroje napětí a konektorů Canon 15 pro připojení kontrolérů.
3) Dokončit a odladit ovládací program s možností nastavení kalibračních koeficientů.
4) Ověřit funkčnost řízení průtokoměrů.
5) Připravit krátkou prezentaci na seminář KFPP v září 2026.