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其中： P為氣體壓強；
　　　
　　　 d為平行板電極間距離；
　　　
　　 　γ為陰極二次電子發(fā)射系數(shù)；
　　　
　　　 B為斯托列夫常數(shù)；

　　　 A是常數(shù)。

對式（1）求導，可得出擊穿電壓表達式（2）：　　

由式（2）可知，擊穿電壓V與氣體壓強和d有關，而一般實驗中d是固定不變，因此離子滲氮對壓強控制極為重要。

2　系統(tǒng)流量與壓強測控框圖
　　
流量計控制進氣口的氣體流量，當進氣和抽氣流量平衡時，爐體壓強保持穩(wěn)定。由于爐體氣體泄露及其他干擾因素的影響，爐體壓強上下波動，系統(tǒng)偏離平衡態(tài)，嚴重時影響等離子工藝處理。我們采用普通直流電動機，通過L298N驅動直流電動機，由電動機通過減速桿帶動錐體轉動。當錐體旋進時，抽氣機單位時間內(nèi)抽出氣體減少；旋出時，抽出氣體增多，從而使爐體內(nèi)的壓強穩(wěn)定在所需的值。爐體壓強的變化通過壓強傳感器測出并通過變送器，將氣體流量控制器送至反饋電壓。抽氣口采用電動真空蝶閥價格昂貴，如圖1所示。

3　L298N芯片介紹
　　
L298N可接受標準TTL邏輯電平信號V_SS，V_SS可接4．5～7 V電壓。4腳V_S接電源電壓，V_S電壓范圍V_IH為＋2．5～46 V。輸出電流可達2．5 A，可驅動電感性負載。1腳和15腳下管的發(fā)射極分別單獨引出以便接入電流采樣電阻，形成電流傳感信號。L298可驅動2個電動機，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之間可分別接電動機，本實驗裝置我們選用驅動一臺電動機。5，7，10，12腳接輸入控制電平，控制電機的正反轉。E_nA，E_nB接控制使能端，控制電機的停轉。表1是L298N功能邏輯圖。 　　

In3，In4的邏輯圖與表1相同。由表1可知E_nA為低電平時，輸入電平對電機控制起作用，當E_nA為高電平，輸入電平為一高一低，電機正或反轉。同為低電平電機停止，同為高電平電機剎停。

4　控制器原理
　　
圖3是控制器原理圖，由3個虛線框圖組成。

下面是3個虛線框圖功能：
　　
（1）虛線框圖1控制電機正反轉，U1A，U2A是比較器，V_I來自爐體壓強傳感器的電壓。當V_I＞V_RBF1時，U1A輸出高電平，U2A輸出高電平經(jīng)反相器變?yōu)榈碗娖剑�電機正轉。同理V_I＜V_RBF1時，電機反轉。電機正反轉可控制抽氣機抽出氣體的流量，從而改變爐體壓強。
　　
（2）虛線框圖2中，U3A，U4A兩個比較器組成雙

限比較器，當V_B＜V_I＜V_A時輸出低電平，當V_I＞V_A，V_I＜V_B時輸出高電平。V_A，V_B是由爐體壓強轉感器轉換電壓的上下限，即反應爐體壓強控制范圍。根據(jù)工藝要求，我們可自行規(guī)定V_A，V_B的值，只要爐體壓強在V_A，V_B所確定范圍之間電機停轉（注意V_B＜V_RBF1＜V_A，如果不在這個范圍內(nèi)，系統(tǒng)不穩(wěn)定）。
　　
（3）虛線框圖3是一個長延時電路。U5A是一個比較器，R_s1是采樣電阻，V_RBF2是電機過流電壓。R_s1上電壓大于V_REF2，電機過流，U5A輸出低電平。由上面可知，框圖1控制電機正反轉，框圖2控制爐體壓強的紋波大小。當爐體壓強太小或太大時，電動機轉到兩端固定位置停止，根據(jù)直流電機穩(wěn)態(tài)運行方程^[3]：
　　
U＝C_eФN＋R_aI_a

其中:Ф為電機每極磁通量；
　
　　　C_e為電動勢常數(shù)；
　
　 　 N為電機轉數(shù)；
　
　　　I_a為電樞電流；
　
　　　R_a電樞回路電阻。

電機轉數(shù)N為0，電機的電流急劇增加，時間過長將會使電機燒壞。但電機起動時，電機中線圈中的電流也急劇變大，因此我們必須把這兩種狀態(tài)分開。長延時電路可把這兩種狀態(tài)區(qū)分出來。長延時電路工作原理：當R_s1過流U5A產(chǎn)生一個負脈沖經(jīng)過微分后，脈沖觸發(fā)555的2腳，電路置位，3腳輸出高電平，由于放電端7腳開路，C₁，R₅及U6A組成積分器開始積分，電容C₁上的充電電壓線性上升，延時運放積分常數(shù)為100R₅C₁。當C₁上充電電壓，即6腳電壓超過2／3 V_CC，555電路復位，輸出低電平。電機啟動時間一般小于0．8 s，C1充電時間一般為0．8～1 s。U5A輸出電平與555的3腳輸出電平經(jīng)U7相或，如果U5A輸出低電平大于C₁充電時間，U7在C₁充電后輸出低電平由與門U8輸入到L298N的6腳ENA端使電機停止。如果U5A的輸出電平小于C₁充電時間，6腳不動作電機的正常啟動。長延時電路吸收電機啟動過流電壓波形，從而使電機正常啟動。

5　結　語
　　
采用此控制器控制氣體流量，可降低生產(chǎn)成本，提高系統(tǒng)性價比，改善整個系統(tǒng)控制的控制動態(tài)性能和穩(wěn)定性能。