Bij alle vacuümprocessen moet de druk in het systeem voortdurend worden gecontroleerd en zo nodig worden geregeld. Moderne installatiebesturing vereist bovendien dat alle meetwaarden die belangrijk zijn voor de bewaking van een installatie naar centrale stations, bewakings- en controlecentra worden verzonden en overzichtelijk worden samengesteld. Drukveranderingen worden in de loop van de tijd vaak geregistreerd door registratieapparatuur. Dit betekent dat er extra eisen worden gesteld aan vacuümmeters:  

 a) continue weergave van meetwaarden, zo veel mogelijk analoog en digitaal 
b) duidelijke en handige aflezing van de meetwaarden 
c) registratie-uitgang voor aansluiting van een registratie-instrument of bedienings- of regelapparatuur 
d) ingebouwde digitale interface (bv. RS 232) 
e) voorziening voor het activeren van schakelbewerkingen door ingebouwde activeringspunten 

Aan deze eisen wordt doorgaans voldaan door alle vacuümmeters die een elektrische meetwaardeweergave hebben, met uitzondering van mechanische membranen en vloeistofgevulde vacuümmeters. De betreffende regeleenheden zijn uitgerust met registratie-uitgangen die continu spanningen tussen 0 en 10 V leveren, afhankelijk van de drukaflezing op de meterschaal, zodat de drukwaarden in de loop van de tijd door middel van een registratie-instrument kunnen worden geregistreerd. Als er een drukschakeleenheid is aangesloten op de recorderuitgang van de meter, kunnen schakelingen worden geactiveerd wanneer de waarden boven of onder de gespecificeerde instelpunten komen. De instelpunten of schakeldrempelwaarden voor het activeren van schakelingen direct in de meters worden triggerwaarden genoemd. Naast vacuümmeters zijn er membraandrukschakelaars die bij het bereiken van een bepaalde druk een schakelbeweging (zonder weergave van een meetwaarde) via een contactversterker activeren. Zo kunnen bijvoorbeeld ook kleppen via dergelijke schakelingen worden aangestuurd.  

De bescherming van een vacuümsysteem tegen storingen is uiterst belangrijk. Bij een storing kunnen zeer hoge materiaalwaarden in het gedrang komen, hetzij door het verlies van het gehele systeem of belangrijke componenten ervan, door het verlies van de te verwerken materiaalbatch of door verdere productiestilstand. Er moet derhalve worden gezorgd voor een adequate operationele controle en bescherming, met name in het geval van grote productie-installaties. De afzonderlijke factoren waarmee hierbij rekening moet worden gehouden, worden het best weergegeven aan de hand van een voorbeeld: Afb. 3,20 toont het schema van een hoogvacuümpompsysteem. Het vat (11) kan worden geëvacueerd met behulp van een stuwpomp (14) of een diffusiepomp (15), die beide samenwerken met de hulppomp (1). De stuwpomp wordt gebruikt in het middenvacuümbereik en de diffusiepomp in het hoogvacuümbereik (u kunt ook een turbomoleculaire pomp gebruiken). De kleppen (3), (8) en (16) worden elektropneumatisch bediend. De afzonderlijke componenten worden via een bedieningspaneel met drukknoppen bediend.

Het pompsysteem moet worden beschermd tegen storingen zoals hieronder beschreven. De maatregelen die moeten worden genomen om dergelijke storingen te voorkomen, worden ook vermeld: 

a) Maatregelen bij stroomuitval: Alle kleppen zijn gesloten om het binnendringen van lucht in het vacuümvat te voorkomen en de diffusiepomp tegen schade te beschermen. 

b) Beveiliging bij drukverlies in het persluchtnet: De perslucht wordt door een drukbewakingsapparaat (5) bewaakt. Als de druk onder een voorgeschreven waarde daalt, kan eerst een signaal worden afgegeven of kunnen de kleppen automatisch worden gesloten. In dit geval is een voldoende reservetoevoer van perslucht nodig (niet afgebeeld in afb. 3,20), waardoor alle kleppen minstens één keer kunnen worden aangestuurd. 

c) Maatregelen bij uitval van het koelwater naar de diffusiepomp: Het koelwater wordt bewaakt door een stroom- of temperatuurbewakingsapparaat (6) en (7). Als de stroom van het koelwater onvoldoende is, wordt de verwarming van de diffusiepomp uitgeschakeld en wordt er een signaal gegeven; de klep (8) sluit. 

d) Beveiliging tegen uitval van de diffusiepompverwarming: onderbreking van het diffusiepompverwarmingssysteem kan door een relais worden bewaakt. Als de temperatuur boven een maximaal toegestane waarde stijgt, reageert een temperatuurbewakingsapparaat (6). In beide gevallen sluit de klep (8) en wordt er een signaal gegeven.

e) Bescherming bij storing van de hulppomp: riemaangedreven hulppompen moeten zijn voorzien van een centrifugaalschakelaar die het hele systeem uitschakelt in geval van riembreuk of een andere storing. Monoblokpompen waarbij de aandrijving direct op de as is gemonteerd, kunnen worden bewaakt door stroomrelais en dergelijke. 

f) Beveiliging tegen een drukstijging in het vat boven een bepaalde grenswaarde: de hoogvacuümbewaking (10) geeft een signaal af wanneer een bepaalde druk wordt overschreden. 

g) Zorgen voor de kritische voordruk van de diffusiepomp: wanneer een bepaalde tegendruk wordt overschreden, worden alle kleppen gesloten door de tegendrukbewaking (2), worden de pompen uitgeschakeld en wordt er opnieuw een signaal gegeven. De stand van de kleppen (3), (8) en (16) wordt op het bedieningspaneel aangegeven door middel van eindschakelaars (13). De druk in het vat wordt gemeten met een hogevacuümmeter (12) en geregistreerd met een recorder (9). De beveiliging tegen bedieningsfouten kan worden gewaarborgd door de afzonderlijke schakelaars zo te vergrendelen dat ze alleen in een vooraf bepaalde volgorde kunnen worden bediend. De diffusiepomp kan bijvoorbeeld niet worden ingeschakeld wanneer de hulppomp niet draait, de vereiste hulpdruk niet wordt gehandhaafd of de koelwatercirculatie niet werkt. 

Regeling en regeling hebben de functie om een fysieke variabele – in dit geval de druk in het vacuümsysteem – een bepaalde waarde te geven. Het gemeenschappelijke kenmerk is de actuator die de energietoevoer naar de fysieke variabele en dus de variabele zelf verandert. Regeling verwijst naar het beïnvloeden van een systeem of eenheid via commando's. In dit geval wordt de actuator en dus de werkelijke waarde van de fysieke variabele direct met een gemanipuleerde variabele gewijzigd. Voorbeeld: Aansturing van een klep door middel van een drukafhankelijke schakelaar. Werkelijke waarde kan door extra externe invloeden ongewenst veranderen. De geregelde eenheid kan niet op de regeleenheid reageren. Daarom wordt gezegd dat regelsystemen een open werkingsvolgorde hebben. Bij een regeling wordt de werkelijke waarde van de fysieke variabele voortdurend vergeleken met het ingestelde instelpunt en bij een eventuele afwijking zo geregeld dat deze het instelpunt zo dicht mogelijk benadert. Voor alle praktische doeleinden moet de regeling altijd worden gecontroleerd. Het belangrijkste verschil is de regelaar waarin het instelpunt en de werkelijke waarde worden vergeleken. Het geheel van alle elementen die bij het regelproces betrokken zijn, vormt het regelcircuit. De termen en karakteristieke grootheden voor de beschrijving van regelprocessen zijn vastgelegd in DIN 19226. 

Over het algemeen wordt een onderscheid gemaakt tussen een onderbroken regeling (bv. twee- of drietrapsregeling) met specificatie van een drukvenster, waarbinnen de druk kan variëren, en een continue regeling (bv. PID-regeling) met een gespecificeerde drukinstelwaarde, die zo nauwkeurig mogelijk moet worden aangehouden. We hebben twee mogelijke manieren om de druk in een vacuümsysteem aan te passen: eerst door de pompsnelheid te wijzigen (de snelheid van de pomp te wijzigen of te smoren door een klep te sluiten); en ten tweede door gas toe te laten (een klep te openen). Dit resulteert in een totaal van 4 procedures. 

Onderbroken drukregeling

Hoewel continue regeling ongetwijfeld de elegantere procedure is, is in veel gevallen een twee- of drietrapsregeling in alle vacuümbereiken volledig toereikend. Voor het specificeren van het drukvenster zijn twee of drie variabele, drukafhankelijke schakelcontacten nodig. Het maakt hierbij niet uit of de schakelcontacten in een meter met display of in een nageschakelde eenheid zijn ingebouwd of dat het om een drukschakelaar zonder display gaat. Afbeelding 3,21 illustreert het verschil tussen tweetrapsregeling door begrenzing van de pompsnelheid, tweepuntsregeling door gastoevoer en driepuntsregeling door een combinatie van begrenzing van de pompsnelheid en gastoevoer. Figuur 3,22 en 3,23 tonen het circuit en de structuur van de twee tweetraps regelsystemen. Bij tweetrapsregeling door begrenzing van de pompsnelheid (Fig. 3,22), wordt de pompklep 4 van spanning voorzien, d.w.z. deze is open wanneer de relaiscontacten zich in de vrijgavetoestand bevinden. Bij een niveau onder het bovenste schakelpunt blijft de klep open vanwege de zelfhoudfunctie van het hulprelais. Pas bij een niveau onder het onderste schakelpunt wordt de relaisvergrendeling vrijgegeven. Als de druk vervolgens stijgt, wordt de klep opnieuw geopend bij het bovenste schakelpunt.

ο Manometer met twee schakelpunten

➁ Smoorklep
ο Vacuümpomp
ο Pompventiel
➄ Vacuümvat

Fu – Zekering
R, Mp – Netaansluiting 220 V/50 Hz
Smax – schakelpunt voor maximumwaarde
Smin – schakelpunt voor minimumwaarde
PV – Pompklep
R1 – Hulprelais voor pompklep
K1 – Relaiscontact van R1
M – Meet- en schakelapparaat

ο Manometer met twee schakelpunten
➁ Variabel lekventiel
ο Inlaatklep
ο Gastoevoer
➄ Smoorklep
Vacuümpomp
➆ Vacuümvat

Fu – Zekering
R, Mp – Netaansluiting 220 V/50 Hz
Smax – schakelpunt voor maximumwaarde
Smin – schakelpunt voor minimumwaarde
EV – Inlaatklep
R2 – Hulprelais voor inlaatklep
K2 – Relaiscontact van R2
M – Meet- en schakelapparaat

Bij tweetrapsregeling door gastoevoer wordt de inlaatklep eerst gesloten. Als het bovenste drukschakelpunt niet wordt bereikt, verandert er niets; pas als de druk onder het onderste schakelpunt daalt, openen de 'maakcontacten' de gasinlaatklep en wordt tegelijkertijd het hulprelais met zelfhoudfunctie aangestuurd. De terugkeer naar de rusttoestand met het sluiten van de gasinlaatklep vindt pas plaats nadat het bovenste schakelpunt is overschreden door het vrijgeven van de relais-zelfhoudfunctie.  

Afbeelding 3,24 toont het overeenstemmende drietraps regelsysteem dat met de zojuist beschreven twee componenten is gecreëerd. Zoals de naam al aangeeft, zijn twee schakelpunten, het onderste schakelpunt van het regelsysteem door begrenzing van de pompsnelheid en het bovenste schakelpunt van het gasinlaatregelsysteem, gecombineerd. 

ο Manometer met drie schakelpunten 
➁ Variabel lekventiel 
ο Variabele lekklep 
ο Inlaatklep 
➄ Gastoevoer 
➅ Smoorklep 
Vacuümpomp 
➇ Pompventiel 
➈ Vacuümvat 

Fu – Zekering
R, Mp – Netaansluiting 220 V/50 Hz
Smax – schakelpunt voor maximumwaarde
Smitte – schakelpunt voor gemiddelde waarde
Smin – schakelpunt voor minimumwaarde
T – GRPAHIX DRIE
PV – Pompklep
EV – Inlaatklep
R1 – Hulprelais pompinterval
R2 – Hulprelais voor inlaatinterval
K1 – Relaiscontact van R1
K2 – Relaiscontact van R2
M – Meet- en schakelapparaat

Om de ingewikkelde installatie met hulprelais te vermijden, bieden veel eenheden de mogelijkheid om het type functie van de ingebouwde triggerwaarden via software te wijzigen. In eerste instantie kan men kiezen tussen individuele schakelpunten (of 'niveautriggers') en onderling verbonden schakelpunten ('intervaltriggers'). Deze functies worden uitgelegd in Afb. 3,25. Met intervaltriggers kan men ook de grootte van de hysterese en het type instelpuntspecificatie selecteren, d.w.z. ofwel een vaste instelling in de eenheid of een specificatie via een externe spanning, bijv. van 0 – 10 volt. Met de Leybold CEREVAC en GRAPHIX THREE kan bijvoorbeeld een drietraps regelsysteem (zonder hulprelais) worden ingesteld. 

Continue drukregeling 

Hier moeten we een onderscheid maken tussen elektrische regelaars (bv. PID-regelaars) met een proportionele klep als actuator en mechanische membraanregelaars. In een regelsysteem met elektrische regelaars is de coördinatie tussen regelaar en actuator (piezo-elektrische gasinlaatklep, inlaatklep met motoraandrijving, vlinderregelklep, smoorklep) moeilijk vanwege de zeer verschillende randvoorwaarden (volume van het vat, effectieve pompsnelheid bij het vat, drukregelbereik). Dergelijke regelcircuits hebben de neiging om gemakkelijk te trillen wanneer er processtoringen optreden. Het is nagenoeg onmogelijk om algemeen geldende standaardwaarden op te geven.

Veel regelproblemen kunnen beter worden opgelost met een membraanregelaar. De functie van de membraanregelaar (zie afb. 3,27) kan eenvoudig worden afgeleid van die van een membraanvacuümmeter: het stompe uiteinde van een buis of leiding wordt ofwel afgesloten door middel van een elastisch rubberen membraan (voor referentiedruk > procesdruk) ofwel vrijgegeven (voor referentiedruk < procesdruk), zodat in het laatste geval een verbinding wordt gemaakt tussen de proceszijde en de vacuümpomp. Dit elegante en min of meer 'automatische' regelsysteem heeft uitstekende regeleigenschappen (zie Afb. 3,28).

P₁ = procesdruk, P₂ = druk in pomp, Pref = referentiedruk

Voor hogere debieten kunnen meerdere membraanregelaars parallel worden aangesloten. Dit betekent dat de proceskamers en de referentiekamers ook parallel zijn aangesloten. Afb. 3,29 toont een dergelijke aansluiting van 3 MR 50 membraanregelaars. 

Om een vacuümproces te regelen, is het vaak nodig om de druk in afzonderlijke processtappen te wijzigen. Met een membraanregelaar kan dit handmatig of via elektrische regeling van de referentiedruk gebeuren. 

Elektrische regeling van de referentiedruk van een membraanregelaar is relatief eenvoudig vanwege het kleine referentievolume dat altijd constant blijft. Afb. 3,31 toont een dergelijke opstelling links als afbeelding en rechts schematisch, zie 3.5.5 voor toepassingsvoorbeelden met membraanregelaars. 

Om de referentiedruk en dus de procesdruk te kunnen wijzigen naar hogere drukwaarden, moet er bovendien een gasinlaatklep bij de proceskamer worden geïnstalleerd. Deze afsluiter wordt geopend door middel van een drukverschilschakelaar (niet afgebeeld in Afb. 3,31) wanneer de gewenste hogere procesdruk de huidige procesdruk met meer overschrijdt dan het drukverschil dat is ingesteld op de verschildrukschakelaar.  

Als de druk binnen bepaalde grenzen constant moet worden gehouden, moet een evenwicht worden gecreëerd tussen het gas dat in het vacuümvat wordt toegelaten en het gas dat tegelijkertijd door de pomp wordt afgevoerd met behulp van kleppen of smoorinrichtingen. Dit is niet erg moeilijk in grof- en middenvacuümsystemen, omdat de desorptie van geadsorbeerde gassen van de wanden doorgaans verwaarloosbaar is in vergelijking met de hoeveelheid gas die door het systeem stroomt. De druk kan worden geregeld via de gasinlaat of de pompsnelheidsregeling. Het gebruik van membraanregelaars is echter alleen mogelijk tussen atmosferische druk en ongeveer 10 mbar. 

In het hoog- en ultrahoogvacuümbereik daarentegen heeft de gasontwikkeling uit de vaatwanden een beslissende invloed op de druk. Het instellen van specifieke drukwaarden in het hoog- en ultrahoogvacuümbereik is daarom alleen mogelijk als de gasontwikkeling uit de wanden verwaarloosbaar is in verhouding tot de gecontroleerde gastoevoer door middel van de drukregeleenheid. Daarom wordt de drukregeling in dit bereik meestal uitgevoerd als gastoevoerregeling met een elektrische PID-regelaar. Als actuatoren worden piëzo-elektrische of servomotorgestuurde variabele lekkleppen gebruikt. Voor drukregeling onder 10-6 mbar mogen alleen volledig metalen gasinlaatkleppen worden gebruikt.