Khóa luận tốt nghiệp Kỹ thuật máy tính: Thiết kế và xây dựng bộ điều khiển hệ máy glovebox - ứng dụng chế tạo màng vật liệu cho cảm biến khí

TÓM TẮT KHÓA LUẬNTrong khóa luận này, nhóm đề xuất thiết kệ hệ máy tạo môi trường chân không sạch được gọi là máy glovebox được sử dụng rộng rãi và phô biến trong y học trong các phòng t

ĐẠI HỌC QUOC GIA TP HO CHÍ MINH TRUONG DAI HQC CONG NGHE THONG TIN

KHOA KY THUAT MAY TINH

NGUYEN TRi PHU

KHOA LUAN TOT NGHIEP

THIET KE VA XAY DUNG BO DIEU KHIEN HE

MAY GLOVEBOX - UNG DUNG CHE TAO MANG

VAT LIEU CHO CAM BIEN KHÍ

DESIGN A SEMI-AUTOMATIC GLOVEBOX MACHINE

CONTROLLER AND AN APPLICATION TO MAKE FILMS

FOR GAS-SENSITIVE MATERIALS

KY SƯ NGÀNH KỸ THUAT MAY TÍNH

TP HO CHÍ MINH, 2023

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HÒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

KHOA KỸ THUẬT MÁY TÍNH

NGUYEN TRÍ PHU - 18521246

KHOA LUAN TOT NGHIEP

THIET KE VA XAY DUNG BO DIEU KHIEN HE

MAY GLOVEBOX - UNG DUNG CHE TAO MANG

VAT LIEU CHO CAM BIEN KHÍ

DESIGN A SEMI-AUTOMATIC GLOVEBOX MACHINE

CONTROLLER AND AN APPLICATION TO MAKE FILMS

FOR GAS-SENSITIVE MATERIALS

KỸ SU NGANH KY THUAT MAY TÍNH

GIANG VIEN HUONG DAN

Th.S Tran Quang Nguyén

Th.S Hồ Ngọc Diễm

TP HO CHÍ MINH, 2023

THONG TIN HOI DONG CHAM KHÓA LUẬN TOT NGHIỆP

Hội đồng chấm khóa luận tốt nghiệp, thành lập theo Quyết định số

75/QD-ĐHCNTT ngày 15 tháng 02 năm 2023 của Hiệu trưởng Trường Dai hoc Công nghệ Thông tin.

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, em muốn cám ơn các quý thầy, cô và các giảng viên đã và đang giảng dạy tại trường Đại học Công nghệ Thông tin - Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí

Minh đã góp công xây dựng trường của chúng ta ngày hôm nay.

Trong quá trình học tập và rèn luyện tại trường, chúng em nhận được sự chỉ bảo tận tình, nhận được những kiến thức, kinh nghiệm quý báu của các thầy cô, từ đó giúp

chúng em có được những kiến thức chuyên môn, sâu rộng như ngày hôm nay Ngoài ra, chúng em còn được trang bị những kĩ năng mềm trong quá trình theo học

tại trường, những điều đó giúp chúng em có thê vững bước trong cuộc sống và

trong tương lai.

Tiếp theo, nhóm em xin cám ơn các thầy cô thuộc Khoa Kỹ Thuật Máy Tính đã giúp đỡ bọn em trong những lúc khó khăn về học vụ, đăng ký học phần và hỗ trợ hết mình để nhóm em có thể mượn thiết bị trong lúc làm khóa luận.

Để hoàn thành khóa luận này, nhóm em xin được cám ơn thầy Trần Quang Nguyên

và cô Hồ Ngọc Diễm đã tận tình hướng dẫn tụi em thực hiện khóa luận và thầy

Nguyên cũng là người đã truyền cảm hứng và khởi đầu của dé tài này cũng như anh trong khoa và cựu sinh viên trường đã giúp đỡ chúng em bổ sung những kiến thức

cần thiết cho khóa luận.

Sau cùng, chúng em muốn gửi lời cảm ơn đến gia đình và bạn bè đã luôn là hậu

phương vững chắc, là chỗ dựa tỉnh thần giúp chúng em có thể hoàn thành khóa

luận.

Thanh phố Hô Chí Minh, tháng 1 năm 2023

Sinh viên thực hiện

NGUYỄN TRÍ PHÚ

2.1 Quy trình thiết kế hệ máy glovebox

2.2 Phân loại GÏOVebOX + k1 T HH HH TH ng HH 6

2.2.1 Glovebox TMAX St 2t St Sư 6

2.2.2 Loại Glove Box AS-800S - tsnnnnhherrrreirrrrrrrrrrerrre 7

2.2.3 Vật liệu chế tạo Glovebox -c-cc:¿-2222222c+z+2222vvvvecrrrrrrrres §

2.3 Bộ điều khiển bán tự động trên hệ máy glovebox - . + 27

2.3.1 Khái niệm bộ điều khiển bán tự động -: -c-+ 27

2.3.2 — Vi điều khiến c2222cccEECEkrrreErkrrrrrrrrrrrrrve 27

2.3.3 Chuẩn giao tiếp vi điều khiển ESP32

2.3.4 BlynkIOT cv 34

2.3.5 Bộ điều khiển Glovebox sử dụng vi điều khiển 3Õ

Chương 3 THIẾT KE HE MAY GLOVEBOX -+ 38

3.1 Nguyên lý hoạt động - - + +1 vn ngư 38

3.2 Thiết kế máy glovebox - -22¿-2222+22222E222211112222112222111 E1 ccre 40

Chương 4 THIẾT KE BỘ DIEU KHIÊN MAY GLOVEBOX 42

4.1 Nguyên lý hoạt động

4.2 Vật liệu thiết kế bộ điều khiền : 22222vv+rrrtrtrvrvvrrrrrrrrrrrvrev 42

4.3 Bảng so sánh các giao thỨC - +5 Sttk tt gi 42

4.4 Thiết kế bộ điều khiển :-222+22222++tEEES++ttEEEEvrrttrrkrrrrrrkrrrrrrkvv 42

Chương 5 HIỆN THỰC THIẾT KE HE MAY GLOVE BOX 45

5.1 Cấu trúc máy glOVebox ¿-©2+2++22E++2+2EEEE2EtEEE2E2E222212EEEkrrrrrtiv 45

5.2 Tích hợp bộ điều khiển vào máy glovebox -::cc5+ccccvx+ 50

5.3 Đưa mau vật liệu vào hệ máy sau khi tích hợp

5.4 Hoạt động trên hệ máy Glove DOX . - 5-55 +5++c++eceerererrrrrreer 52

Chương 6 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIEN CUA DE TAI 54

6.1 Kết luận co 2222 rrerriee 54

6.2 Khó khăn gặp phải +5: tt HH 54 6.2.1 _ Trong quá trình thiết kế 22cvcvcresrrrrrrrreerrrrrrer 54

6.2.2 _ Trong quá trình chế tạo -cccc:+2222vvvr+rttrrrrrrrerrrrrrrrr 54

6.3 Hướng phát triỀn ¿-+22++++22222E222211122221122222112 22221 tre 55

TÀI LIEU THAM KHẢO -2 22-222222EEE£22EEE2EEEEE2221222112 22212 xe 56

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Máy Glovebox trong thực tế (theo trang eletux-glovebox.com phan

Glovebox IOT Etelux Lab2000 được đăng bởi Christy vào 30/6/2020) 4

Hình 2.1 Cấu trúc máy glovebox (trích Gloveboxes từ Peter Senn, Ph.D) 5

Hình 2.2 Glove TMAX brand PLC (theo trang tmaxcn.com sản phẩm Stainless

Steel Vacuum Glovebox mô hình TMAX-VGŒB-6) - -ccSSSS S22 6 Hình 2.3 Glovebox AS-800S(theo sách AS ONE LABORATORY CATALOG

2017-2018 trang 823Š) - - 5 sọ Tu TH HH HT nh TH 8

Hình 2.4 Buồng 19001001 11211177 4 (A1lạnắIỎI 9300):580) 1001402184108 Ỏ 9

Hình 2.6 Vật liệu mICa c5 2 2116212223111 813125111 11111188211 11 119g 11 ky 10

Hình 2.7 Buồng đưa mau - 2-2 29E22EE+E£2E£EEEEEEEEEEEEEEEE12112121 111111 xe 10

I0 i89.8010 G5115 3ã 11

Hình 2.9 Bơm chân không vòng nƯỚC - - - 5 + +11 E#EESeEEeEeeereererserske 14

Hình 2.10 Bơm chân không vòng đầu -2- 2 £+S£2££+££+££+E££E+zEezxerxerszsez 14

Hình 2.11 Cấu tạo máy bơm chân không sử dụng dau ¿2-5 + s2 s2 15Hình 2.12 Cầu tạo máy bơm chân không không sử dung dầu - 16

Hinh 2.13 3:00 11 54 17

Hình 2.14 Đồng hồ đo khí Argon -5-22©5222E2EE2EEESEEE2EE2EEEEEESEkrrrkrrrecree 17Hình 2.15 Cấu tạo van cơ NOC ssesecssesesesssesessseessssecesssecessnecessneeessneessneeesnesesnneeesnnesees 18Hình 2.16 Các loại bộ điều khiển khí nén -¿- 5s SE+Ee£E+EE+EeEE+EeEEeEerxzrezxers 19

Hình 2.17 Nguyên lý của van khí nén tác động đơn + Sc Sex 20

Hình 2.18 Van khí nén tác động kép - - 5 1 S1 SH ng tr 21 Hình 2.19 Van tròn kín khí s5 t1 9119911910 1911 91g Hư 22

Hình 2.20 Van 2/2 và sơ đồ hoạt động -¿- ¿2+ ©+++2x+2Ext2EEtEEterxrzrxrrrecree 23Hình 2.21 Van 3/2 và sơ đồ hoạt động -¿- ¿+ ©+++2x++Ext2EEtrEterxrsrxerresree 23Hình 2.22 Van 4/2 và sơ đồ hoạt động - 2 2 +x++E+2E++EE+EEeEEEEErEkerkerrerer 24Hình 2.23 Van 5/2 và sơ đồ hoạt h0 501177 — 1._ÚÔÚÔÚ 24

Hình 2.24 Bộ van khí nén - - - -< 0 E21 2221011113131911 111111811111 111801111 ky 25

Hình 2.25 Nút bam gat hai Vị trÍ -2¿- 2-52 S£2EE£2EE2EEESEEE2EEEEEEEEEESEErrrrrrrerree 25Hình 2.26 Vi điều khiến đòng Atmel - 2-22 5¿©5£2S£+£E+2EEt2EEtEEEeExezrxerxecree 28Hình 2.27 Vi điều khiến dòng STMiecroelectronics :2¿©5¿©csz2zszs+scsz 28

Hình 2.28 Vi điều khiển dòng Microchip ¿5+ s55 s+£++£zEezkerxerxerxersrree 29

Hình 2.29 Module nhúng ESP32 - G1 11191 911191111 11 9 1 1H ng ng 31

Hình 2.30 Giao tiếp BLE của hai thiết bị 2¿- 2552252 22+c2E+tEE+ezxrerxerrecree 31Hình 2.31 Giao tiếp SPI giữa các vi điều khiến -2¿22¿©5++cxzczxcerxrrresree 32

Hình 2.32 Chế độ STA trong ESP322 -¿- ¿5£ + SE+EE£EE2EEEEEEE2E2EEEEEEEerkrrkrree 33

Hình 2.33 Chế độ soft-AP trong ESP32 2¿©22 2222x222 EEEESrkrrrrrrrrrree 33

Hình 2.34 Phương thức giao tiếp của blynk - - 2 s5 ++£z+EzEezxerxerxerxersrree 35

Hình 2.35 Blynk V2 cc cs2 12221221 E210211211211 1111211211111 xe 36

Hình 2.36 Mô hình bộ điều khiển - 2-2: 22E£+E+EE£EE££EE+EEvEEerEEzEErrxerxerex 36Hình 2.37 Vi điều khiến chính thiết kế bộ điều khiến . ¿- ¿55252 37Hình 2.38 Schematic của bộ điều khiên 2 2 2 +2x+2E£+EE+Exezxezzxsrxerxrres 37Hình 3.1 Tổng quan hệ máy gloVeboxX - ¿2£ ++SE+EE+EE+E£+E£E£EerEerxerxerszxez 38

Hình 3.2 Quy trình vận hành hệ máy glovebox - - 5+ + +ksseeeeeesrsers 38

Hình 3.3 Thiết kế hệ máy øloVebOX 2 2 £+S+E+EE#EE+EE+EE+EE£EEEerEerkerxrrsrree 40

Hình 4.1 Khai báo các chân pin trên Dashboard - -«- «+ +s£+s£+sc+se+se+sexsxs 43

Hình 4.2 Esp32 đang tìm tới wifi đã khai báo ở phan kết nối 43

Hình 4.3 Esp32 đã kết nối với Wif - ¿5c St 2E E1211211211211 211111111 43

Hình 4.4 Miền wifi khai báo dé kết nối - 2-52 5+2x2EE2EEvEEerErrrerxerrrree 44Hình 4.5 Các IO nút bam được khai báo ở smartphone 2 c5 s2 s+£+2 +2 44

Hình 4.6 Trạng thái các IO trên mOTIIẨOT 5 5 + + + x*#vE#vEeeEeeeeeeesersersersee 44

Hình 5.1 Glove DOX 00001000010 g0 vvreg 45

Hình 5.2 Buồng đưa mẫu - 2-22 2¿S+2EE+EE+SEE2EEE2E127112212112711221 21122 crk 46

Hình 5.3 Buồng ủ nhiỆP 2 2 SESESEE2EEEEEEEE2E121171711211211 21711111 Excre 46

Hình 5.4 Van cấp khí tro ATrgOn - + 2 S£+E2EEEEEEEEEEEEE 122121121121 71 21112 xe 47Hình 5.5 Bộ điều khiển ngoài - 2-5252 2E SE EEEEEE121121121 211111111 xe 48

Hình 5.6 Bộ van nén khí < 6 1111325111339 1 1118111118111 1 0111118111118 1 tr, 48

Hình 5.7 Van loadlock trátT - -. - - - + E1 E112 11901 9v 1g nh 49 Hình 5.9 Van loadlock phải SaU 5 <2 3 9 931 vn ng ng tr 49

Hình 5.8 Van loadlock phải fTƯỚC - 5 6 +13 9319911 19 1 g1 ng ng ng rưkp 49

Hình 5.10 Các nút bam trên glovebox - ¿5£ + E+EE+EE+E£+E£E£EerEerxerxersrree 49Hình 5.11 Thay thé các nút bam trên glovebox - 2-2 2 2+ +xe+++£x+z+zzszxe2 50Hình 5.12 Vi điều khiến thay thé ¿ 5-22©5222E22EE22EE2EE22EE2EEE2ESEErrrrrrrrcree 51Hình 5.13 Điều chỉnh tín hiệu các nút trên điện thoại 2s=+zszs+zzzszszs+z 52

Hình 5.14 Hé máy glove DOX c1 nh TH ng Hi ngư 52

DANH MỤC BANG

Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật Glovebox TMAX :- 2-52 2+ 2EeEEeEEeEeEerrrsres 7Bang 2.2 Thông số kỹ thuật Glovebox AS-800S 2-52 222++cxczkzrerserxeee 8Bảng 2.3 Thông số ký thuật buồng đưa mẫu -¿- ¿+2 5++cx2z++zx+sz+z 11Bang 2.4 Thông số kỹ thuật buồng ủ nhiỆt - 2-2 ©5225£+SE+£xvzEzEzzxrrxres 12

Bang 2.5 Bảng đơn vi do chan không ( trích trang monkey.edu.vn) 14

Bang 2.6 Danh sách các nút bam trên máy ølovebox - 2: z2+s+cs+zxzzsz 26

Bang 4.1 Bang so sánh giao thức ESÏP32 - - cv 1H SH HH ng ng 42

DANH MỤC TỪ VIET TAT

BLE Bluetooth Low Energy

1O INPUT/OUTPUT

Mpa Mega Pascal

SPI Serial Peripheral Interface

STA Station

AP Access Point

loT Internet of things

OTA Over the Air

PIC Programmable Intelligent Computer

CISC Complex Instruction Set Computer

RISC Reduced Instructions Set Computer

Atm Atmosphere

TÓM TẮT KHÓA LUẬN

Trong khóa luận này, nhóm đề xuất thiết kệ hệ máy tạo môi trường chân không sạch

được gọi là máy glovebox được sử dụng rộng rãi và phô biến trong y học trong các

phòng thí nghiệm dé sản xuất thuốc trong môi trường vô trùng hoặc chế tạo vật liệubởi tính nhỏ gọn, chỉ phí thấp và sử dụng các khí trơ ít hơn khá nhiều so với chỉ phíxây dựng một buồng chân không không khí sạch với độ rộng lớn

Sau khi đã xây dựng xong hệ máy glovebox, nhóm sẽ hướng tới việc thực hiện bán

tự động với máy glovebox bang cach sử dụng một bộ điều khiển tự động dé thay thécác nút bam có trên hệ máy, dẫn đến quy trình được cải thiện hơn, giảm các thao tác

thủ công để hướng tới tập trung các quy trình phức tạp

Kết quả sẽ được đánh giá theo các tiêu chí:

e Kích thước của buồng glovebox vừa đủ dé tích hợp máy phủ quay và bốc

bay tương ưng với kích thước mẫu vật liệu là 1.5cm?

e Kha năng truyén và nhận tin hiệu của bộ điều khiển

e Khảo sát độ trễ trong quá trình truyền và nhận tín hiệu của bộ điêu khiên

MỞ ĐẦU

Trong thời đại hiện đại hóa, việc áp dụng khoa học kĩ thuật vào đời sống là vô cùngthiết yếu Đặc biệt là các ngành công, nông nghiệp phát triển theo hướng bán tựđộng hoặc tự động Đóng vai trò như một sống lưng vàng của hầu hết các nước trênthế giới Và để có thể áp dụng những tỉnh hoa của nền khoa học hiện đại vào nềnmóng kinh tế đất nước, việc phát triển ngành sản xuất linh kiện điện tử đóng vai tròcốt lõi trong chiến dịch tiên phong công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước Dễ thấynhất khi ở Việt Nam, ngành công nghiệp điện tử sản xuất có vị trí then chốt trongnền kinh tế và tác động lan tỏa mạnh mẽ đến các ngành công nghiệp khác, chiếm tỷtrọng 17.8% toàn ngành công nghiệp, chủ yếu sản xuất linh kiện điện tử, máy vi

tính và sản phâm quan học Theo thống kê từ Bộ Công Thương ngành sản xuất linh

kiện điện tử tại Việt Nam, trong 6 tháng đầu năm 2022 tăng 16.4% cùng kỳ so với

năm ngoái, ước đạt trên 4.85 tỷ USD trong tháng 5/2022, tăng 8.64% so với tháng

4/2022 và tăng 25.18% so với cùng kỳ năm 2021 Dé có thé dat được các giá trikinh tế trong ngành sản xuất linh kiện điện tử, các phòng thí nghiệm buộc phải trang

bị đầy đủ các thiết bị cũng như xây dựng một hệ thong phong sach phuc vu muc

dich sản xuất Nhung điều đó chỉ có khả năng ở các phòng thí nghiệm lớn và hoàn

toàn bất khả thi ở các phòng thí nghiệm nhỏ, trung bình vì không đủ chi phí xâydựng phòng sạch Do đó, hướng đến xây dựng các loại phòng sạch nhỏ, hay còn gọi

là Glovebox dé phục vu cho nghiên cứu linh kiện bán dẫn hoàn toàn khả thi và tiếtkiệm khá nhiều chỉ phí so với việc xây một phòng thí nghiệm sạch với diện tích lớn

Chương 1 GIỚI THIỆU TONG QUAN DE TAI

này dẫn đến sự oxy hóa trên bề mặt vật liệu bởi các khí như oxi, hoặc bụi bámtrên bề mặt vật liệu gây cản trở sự lưu thông của hạt tải Do đó, để tránh sự ảnh

hưởng của các tác nhân từ môi trường xung quanh đến quy trình chế tạo vật liệu,môi trường sạch thật sự cần thiết và quan trọng trong nhăm đáp ứng các tiêu chuẩncũng như hạn chế các lỗi trong quy trình chế tao vật liệu cho linh kiện điện tử Bàitoán này được các phòng thí nghiệm lớn trên thế gidi giải quyết thông qua việc xâydựng các phòng sạch đạt tiêu chuẩn cao trong khi đây là bài toán khó đối với cácphòng thí nghiệm vừa và nhỏ, đặc biệt đối với các nước đang phát triển như Việt

Nam Tuy nhiên, hệ máy glovebox là một giải pháp khá hữu hiệu bởi vì, hệ máy glovebox chính là mô hình thu nhỏ của phòng sạch với chi phí phù hợp, kích thước

nhỏ gọn và giúp các phòng thí nghiệm vừa và nhỏ vẫn có thê tiếp tục các hướng

nghiên cứu mới trong lĩnh vực vật liệu và linh kiện điện tử này.

1.2 Hướng nghiên cứu đề tài

Dé có thé sản xuất các linh kiện bán dẫn với số lượng lớn, mà không phải tốn quánhiều chỉ phí vào việc xây dựng một môi trường sạch lớn như các phòng thí

nghiệm Hệ may glovebox được tạo ra và là sự lựa chọn khả thi bởi tính nhỏ gọn,

chi phí thấp và ít tốn kém việc sử dụng các khí trơ, cho nên chúng được sử dụng

rộng rãi trong y học dé sản xuất thuốc trong môi trường vô trùng và trong các phòng

thí nghiệm về chê tạo vật liệu.

Bằng cách này, việc chế tạo các vật liệu nhạy khí trong môi trường chân không,

hoặc thậm chí ta có thé điều chỉnh môi trường khí tùy thuộc vào tính chat vật liệu

mà không cần tốn quá nhiều chỉ phí thi công và xây dựng cả căn phòng vô trùng

1.3 Mục tiêu đề tài

Dựa trên các bản thiết kế glovebox từ các hãng sản xuất như TMAX, SylaTech,

AS-ƠNE, duoc minh họa như hình 1.1,Itex Lab 2000 Glovebox là một Glovebox siêu

thanh lọc Các thông số nước và oxy được kiểm soát và theo dõi trong thời gian

thực, khi có bất thường, các văn bản sẽ được gửi tới thiết bị theo dõi bên ngoài và

dữ liệu được ghi lại tối đa mười năm trong trường hợp dùng dé truy vấn.Được thiết

kế dé nghiên cứu khoa học vật liệu, hóa học, chất bán dẫn và các ngành liên quan,

Sử dụng vật liệu khử oxy BASF của Đức và vật liệu hấp thu hiệu quả cao UOP của

My, được sử dụng rộng rãi đê chuân bi vật liệu nano và vật liệu điện cực pin

| ` lg

5

Hình 1.1 Máy Glovebox trong thực tế (theo trang eletux-glovebox.com phan

Glovebox IOT Etelux Lab2000 được đăng bởi Christy vào 30/6/2020)

4

Chương2 CƠ SỞ LÝ THUYET

2.1 Quy trình thiết kế hệ máy glovebox

Gas inlet

Blower

Vacuum pump

Hình 2.1 Cấu trúc may glovebox (trích Gloveboxes từ Peter Senn, Ph.D)

May glove box hoạt động như một môi trường sạch trong phòng thí nghiệm nhưng

với điện tích nhỏ gọn và tiết kiệm chi phí so với việc xây dưng một phòng thínghiệm có môi trường sạch.Glovebox có một không gian buồng kín ngăn không khí

tạp chất từ môi trường bên ngoài , vì vậy một máy bơm chân không sẽ được thiết kế

dé có thể bơm chân không vào va day các không khí tạp chất từ trong glovebox ra

ngoài, tạo một môi trường sạch trước khi sử dụng, cùng với đó sẽ bơm khí trơ vào

sau khi hình thành môi trường sạch trong glovebox, dé buồng có thé hoạt động như

một môi trường bình thường mà không có tạp chất Và cuối cùng là máy thôi đóng

vai trò day chân không và nguồn khí tro được cấp từ ngoài vào trong buồngglovebox cũng như giải phóng chúng sau khi hoàn thành các quy trình chế tạo vật

liệu nhạy khí.

2.2 Phân loại Glovebox

Có khá nhiêu loại sản phâm glovebox trên thê giới, tùy thuộc vào nhu câu của người

sử dụng cũng như chỉ phí sản xuất nên chia glovebox làm 2 loại chính

- Glovebox dang tích hợp!??!: được tạo ra nhằm đáp ứng tất cả các điều kiện

nhu cầu của người sử dụng cũng như các quy trình sản xuất, mọi chức năngcần thiết sẽ được thiết kế trên một bộ glovebox dạng lớn

- Glovebox dạng đơn giảnZ23l: Phù hợp với kinh tế của người dùng, Glovebox

dạng đơn giản được thiết kế với mỗi buồng sạch và buồng bao tay, đáp ứng

nhu cầu kinh tế và người dùng sẽ phải thiết kế các bộ phận riêng biệt nhằm

hỗ trợ các máy có cau trúc đơn giản trong quy trình chế tạo

2.2.1 Glovebox TMAX

Hình 2.2 Glove TMAX brand PLC (theo trang tmaxcn.com sản phẩm Stainless

Steel Vacuum Glovebox mô hình TMAX-VGB-6)

Glovebox TMAXI2?! được tin dùng khá phổ biến với toàn bộ hộp được làm bằng

thép không gỉ, được gia cố và phun nhựa lên bề mặt nên hộp có khả năng chống ăn

mòn và dễ dàng làm sạch Bên trong của hộp có hộp găng tay và có thể nhìn thấy rõràng từ kính cường lực cửa số hình ảnh Được trang bị găng tay cao su có độ bềncao, các van được cài đặt cả bên trong lẫn bên ngoài, thuận lợi day nước hoặckhông khí vào bên trong.Hai cửa ra vào trong quá trình chuyên đối hộp, giải quyếtcác van đề của bom chân không liên tục cho hộp chính

Đồng thời hệ máy Glovebox này được sản xuất bởi công nghệ Etelux Solutions, nênhộp được thiết kế thiết bị lớp phủ chân không & hộp đựng găng tay khá tốt từ côngnghệ cao đảm bảo chất lượng trong quy trình sản xuất Thông số của hệ máy

glovebox TMAX được mô tả như bang 2.1

Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật Glovebox TMAXKết cau Câu trúc tích hợp (Có hệ thống thanh

2.2.2 Loại Glove Box AS-800S

Tủ được thiết kế từ hãng sản xuất AS-ONE đến từ Nhat Bản!23!, được thiết kế nhỏgọn với chỉ phí tiết kiệm nhưng đủ đảm bảo các chức năng của Glovebox, có trọng

lượng khoảng 23.1 kg.Bên trong hộp bao gồm Kệ đóng mở tiện lợi, 6 căm điện 2miệng bên trong có tổng công suất 1kW, đèn diệt khuẩn và đèn huỳnh quang (loại

thay đôi 50/60Hz), Van an toàn thực hiện áp suất xả tại thời điểm hộp áp suất

cao.Thông số của hệ máy glovebox AS-800S được mô tả như bảng 2.2

Hình 2.3 Glovebox AS-800S(theo sách AS ONE LABORATORY CATALOG

Hộp glovebox Thép không gỉ (SU304)

Cửa buồng Polycacbonat (Nhựa nhiệt dẻo)

2.2.3 Vật liệu chế tao Glovebox

Buồng sạch : Buồng sạch?*! được xem như một loại phòng sạch thu nhỏ, đượcthiết kế để giảm thiểu sự ra vào và lưu giữ các hat lơ lửng trong không khí, đồngthời kiểm soát các thông số liên quan khác như nhiệt độ, độ ẩm, áp suất khi cầnthiết Khi tat cả các yếu tố trong buồng được kiểm soát sẽ giúp hạn chế tối đa việcnhiễm khuân hoặc nhiễm chéo của sản phẩm trong quá trình nghiên cứu, sản xuất

đảm bảo vô trùng, không có khí độc hạil“*!.

Vì là một phòng sạch có diện tích thu nhỏ, nên được sử dụng phô biến dé chếtạo linh kiện điện tử bán dẫn, đồng thời buồng cũng tuân thủ theo tiêu chuẩn

nghiêm ngặt và được kiếm tra định kì Công dụng chủ yếu của buồng sạch là

dé chuyền các vật mẫu nhỏ giữa phòng sạch hoặc phòng không sạch có cấp độ

khác nhau nhăm giảm sô lân tôi đa mở cửa trong phòng sạch.

Một buồng sạch kín khí là điều cần thiết, nhóm chủ yếu sử dụng nhôm nguyênkhối!”5! đề thiết kế khung buồng, đồng thời bề mặt quan sát sử dụng vật liệu

mica dài 20nml26!,

Hình 2.6 Vật liệu mica

Buồng đưa mẫu : Buéng đưa mẫu”! được thiết kế dé đảm bảo dễ dàng tao

áp suất dương và âm theo yêu cầu của người sử dụn để thiết lập môi trường

tương tự của Glovebox một cách nhanh chóng Được dùng dé vận chuyền cácmẫu vật liệu đưa đến buồng sạch Glovebox thông qua tay đưa mẫu bán tựđộng So với việc phải làm sạch vật liệu từ bên ngoài bằng buồng sấy khô,buồng đưa mẫu được thiết kế có hệ thống hút chân không và luôn đảm bảo

môi trường sạch cho mẫu trước khi đưa vào buồng sạch glovebox

Buéng đưa mẫu được làm chủ yếu bằng thép Inox 31612! có độ cứng và độbền cao, không gỉ sét, chịu nhiệt lên tới 500 độ C, và được ưu tiên sử dụnghơn Inox 304 bởi chất lượng cao, được tin dùng hơn trong nhiều lĩnh vực như:

động cơ máy bay, thiết bị y tế, Đồng thời buồng đưa mẫu được thiết kế có

hình dạng như hình trụ dé tránh vật liệu biến dạng trong xuyên suốt quá trình

chế tạo Thông số buồng đưa mẫu được mô tả như bảng 2.3

10

Bảng 2.3 Thông số ký thuật buồng đưa mẫu

Vật liệu Thép không gỉ Inox 316 Hình dạng Hình trụ

Kích thước Đường kính 12 cm

Chiều dài ống 8 cm

Chức năng Vận chuyên vật liệu từ môi trường

bên ngoàải vào Làm sạch môi trường

bằng hệ thống hút chân không

Hình 2.8 Inox 316

Buồng ú nhiệt: Buoéng ủ nhiệt được thiết kế nhằm phục vụ mục đích riêng, và

phát triển hệ máy trong tương lai Với các thông số thiết kế tương tự như

buồng dua mẫu, buồng ủ nhiệt được thêm gá gia nhiệt cố định trên tay đưamẫu bán tự động Hướng tới các vật liệu có quy trình ủ nhiệt sau khi chế tạo,nhiệt độ của gá gia nhiệt được điều chỉnh theo ý người sử dụng thông qua thiết

bị điều khiển nhiệt độ được đặt ở bên ngoài buồng, lên tới 200 độ C Bên cạnh

đó, buông ủ nhiệt cũng có thê tạo môi trường chân không và được kiêm soát

11

bởi đồng hồ đo chân không nhằm tăng nhiệt độ nung mẫu, tạo điều kiện để

quá trình ủ nhiệt diễn ra tốt hơn Thông số buồng ủ nhiệt được mô tả theo bảng2.4 và thiết kế tương tự như buồng đưa mau),

Bảng 2.4 Thông số kỹ thuật buồng ủ nhiệt

Vật liệu Thép không gỉ Inox 316 Hình dạng Hình trụ

Kích thước Đường kính 12 cm

Chiều dài ống 8 cm

Chức năng Ủ nhiệt các sản phâm sau khi chế tạo

Có hệ thống hút chân không và điều

chỉnh nhiệt độ.

Hệ bơm chân không

Khái niệm : Hệ thống bom chân không được thiết kế dé tạo ra áp suất

chân không với dải chân không lớn, lưu lượng phù hợp, đảm bảo tính

ồn định áp suất chân không khi sử dụng trong nhiều mục đích khác

nhau.

Hệ bơm hút chân không cơ bản gồm 2 bơm hút chân không, một bìnhtích áp cho bơm chân không, một tủ điều khiển hai bơm chân khônghoạt động luân phiên Hệ thống khí bơm hút chân không hút khí ra

ngoài tạo môi trường chân không trong quy trình làm việc.

Nguyên lý hoạt động: Hầu hết các máy chân không hoạt động theonguyên lý tương tự máy bơm thé tích Giá trị chân không trong mộtkhông gian đóng kín (bình, bao túi) được tạo ra bằng cách hút bớt

không khí, hơi trong không gian đó bởi các khoang công tác của máy

bơm( giữa các piston, cánh quạt, ) Các khoang công tác của máy

bơm có thé tích thay đổi một cách tuần hoàn.Trong một chu trình làmviệc của máy bơm, khí khoang công tác có thể tích tăng dần, lúc này

12

bơm thực hiện hút chất lỏng công tác(nước hoặc dầu) kèm với cả

không khí, hơi Hỗn hợp chất lỏng, không khí, hơi theo sự biến đổi thé

tích của khoang dan bị nén và đây ra khỏi cửa máy bom Ra khỏi máybơm, không khí và chất lỏng lại được tách ra Chất lỏng theo bìnhngưng quay lại cung cấp cho máy bơm, tạo thành một vòng khép kín

Đơn vị đo chân không: Đơn vị đo chân không bao gồm nhiều loạikhác nhau như: mmHg, mBar, Kg/cm?, N/cm?, nhưng phổ biến nhất

Mật độ phân tử khí thực tế so với mật độ phân tử khí chuẩn càng thấp

thì mật độ chân không càng lớn và ngược lại Trạng thái chân không

biểu thị tại thời điểm lượng vật chất thấp hoặc rất thấp

Không gian sẽ được xem là trạng thái chân không khi: Giá trị áp suấtnhỏ hơn áp suất trung bình chuẩn của khí quyền được quy ước như

sau:

e Áp suất chân không thấp: p> 100 Pa

e Áp suất chân không trung bình: 0.1Pa < p < 100Pa

e Áp suất chân không cao: 10-5 Pa<p<0.IPa

e Áp suất chân không cực cao: p < 10-5 Pa

13

Bảng 2.5 Bảng đơn vị đo chân không ( trích trang monkey.edu.vn)

1 atm 1,013.105 1,013 760 1,033 1,034.10! 29,92 14,7

Phân loại

1 Bơm chân không không sử dụng dầu!2°!

2 Bơm chân không sử dung dầu

Hình 2.9 Bơm chân không vòng nước

[2.10]

14

Cấu tạo máy bơm chân không vòng dầu

1 Oil mist sepaator 5 Oil fill plug 9 Discharge filter

2 Inlet flange 6 Exhaust valve 10 Exhaust cover plate

3 Oil sight glass 7 Vane 11 Oil filter

4 Oil drain plug 8 Rotor 12 Oll sump

Hình 2.11 Cấu tạo may bơm chân không sử dung dau

Cấu tạo máy bơm chân không không sử dụng dầu

1 Phần động cơ gồm: trục bơm, cánh bơm thường sử dụng chất liệu

gang, kim loại, Inox

2 Phần buồng bơm: mặt bích, buồng chứa chân không Bơm I cấp có

1 buồng bơm, bơm 2 cấp có 2 buồng bom Đầu hút và đầu xả được

nôi chéo với nhau

15

3 Vách ngăn giữa 2 buồng bơm (được dùng với bơm chân không 2

Hình 2.12 Cau tạo máy bơm chân không không sử dụng dầu

Ứng dụng vào buồng glovebox : Hệ bơm chân không được thiết kế ở

cả hai đầu buồng đưa mẫu và buồng ủ nhiệt, với mục đích rút không

khí tạp chất của cả hai buồng ra bên ngoài, tạo nên một môi trườngchân không bao phủ bề mặt hai đầu buồng với áp suất khoảng -

0.5Mpa, để phục vụ cho bộ phận cấp khí Argon để tạo nên một buồng

sạch.

Bộ phận cấp khí Argon

Khái niệm : Khí Argon là một khí trơ trong tự nhiên và có nhiều ứngdụng trong sản xuất công nghiệp!”!°l, được biết đến như một phụphẩm của công nghệ tách không khí công nghiệp thông qua phân đoạnkhông khí lỏng từ khí quyền

16

Hinh 2.13 Binh Argon

Hình 2.14 Đồng hồ đo khí Argon

Ứng dụng: Khí Argon được sử dụng khá nhiều trong lĩnh vực cuộc

sông như sản xuất kim loại,hợp kim, hàn hồ quang,in 3D, phẫu thuậtlạnh trong lĩnh vực y tế, và có thể dùng trong lĩnh vực sản xuất bóng

đèn.

Ứng dụng vào hệ glovebox: Vì khí Argon có giá trị khá rẻ trên thịtrường so với các khí tro khác (Nitrogen, Heli, ), đồng thời phải duytrì khí trơ liên tục xuyên suốt quá trình chế tạo để làm làm sạch môi

trường ở các buồng sau khi rút chân không, giảm sự truyền nhiệt giữacác tam kính Vì thế nên các bình khí Argon trở nên khá cần thiết và

được ưu tiên trong chi phí.

17

Van kín khí ( Loadlock)

Khái niệm: Van kín khí giúp duy trì trạng thái trong không gian hơi.

Khi chất lỏng chảy ra khỏi vật liệu hoặc trạng thái chân không diễn ra,van kín khí có khả năng kiểm soát áp suất mong muốn trong giới hạn

có định Đồng thời, van còn có khả năng ngăn không khí và hơi 4m từ

môi trường bên ngoài xâm nhập vào không gian kín.

Cấu tạo :

Van kín khí được kết hợp bởi 2 phần:

1 Van cơ học

2 Bộ điêu khiên khí nén

Van cơ hoc!5!; Là bộ điêu khién các dạng van như van bi, van câu,

van xiên , Được câu tạo chung bởi các thành phân:

e Thân van: Chế tạo chủ yếu từ dòng vật liệu inox, đồng, gang nhựa

e Đĩa van- bi van: Bộ phận tiếp xúc trực tiếp với dòng chảy, thực

hiện đóng mở dòng chảy, chế tạo vật liệu tùy thuộc vào thân van

e Trục van: Là chi tiết kết nối trực tiếp với bộ khí nén và đĩa van

Giúp chuyền lực từ bộ điều khién xuống dé đóng mở dong lưu chất

e Gioăng làm kín: Được chế tạo từ Teflon(PTFE) hoặc cao su cao

cấp giúp van có độ kín khít cao nhất khi ở trạng thái đóng, không bị

Hình 2.15 Cấu tạo van cơ học

18

Bộ điều khiển khí nén!?!5l: Là thiết bị truyền động có thể biến đổinăng lượng khi nén thành chuyên động cơ học Có nhiều loại thương

hiệu khác nhau như: KosaPlus, Geko, Alohan, Và đều được sản xuấtvới 2 loại là bộ điều khiển tác động đơn và bộ điều khiến tác động kép

bao gồm các thành phần:

e Thân bộ điều khiển

e Piston

e Thanh răng bánh răng chuyền lực

e Lò xo 2 đầu (chỉ loại tác động đơn)

thuộc vào bat kề tác động ngoại lực từ bên ngoài

e Hoạt động van khí nén tác động đơnl”!”l:;

Dưa trên nguyên lý cung cấp áp lực khí nén 1 lần Ban đầu sẽ ởtrạng thái đóng hoàn toàn không hoạt động nhờ vào chỉ tiết lò xo 2đầu của bộ điều khiển khí nén Khi yêu cầu của hệ thống cần mở

van Ap lực khí nén sẽ cung cap vào khoang trong của bộ khí nén.

19

Áp lực khí nén lớn hơn lực đây của lò xo làm ép hai piston hai đầu

về hai phía Giúp xoay chuyên bộ chuyền xuống trục một góc 900

tạo trạng thái mở cho van.

Và khi yêu cầu hệ thống cần đóng thì chỉ cần ngừng cung cấp áplực khí nén vào đầu vào Lực đàn hồi lò xo sẽ đàn hồi lại đưa đĩa

van về trạng thái ban đâu.

IN WWÙ

Hình 2.17 Nguyên lý của van khí nén tác động đơn

e Hoạt động của van khí nén tác động kép!?!?l:

Là dòng van hoạt động dựa trên nguyên lý cung cấp áp lực khí nén

2 lần Với thiết kế một khoang giữa và 2 khoang hai đầu

Ban đầu van sẽ ở trạng thái đóng hoàn toàn Khi cung cấp áp lực

khí nén vào công, áp lực khí nén đó sẽ vào khoang trong của bộ khí

và đây 2 piston 2 bên về 2 phía giúp các thanh răng chuyển động

kéo bộ chuyền và trục van xoay chuyền 1 góc 90° tạo trang thái mở

cho van.

20

Khi yêu câu cân đóng thì cung câp áp lực khí nén đâu vào cho 2

khoang 2 bên Áp lực sẽ ép Piston về vị trí cũ đóng ban đầu đưa

Hình 2.18 Van khí nén tác động kép

Ứng dụng vào Glovebox: Van kín khí?!°Ì đóng vai trò vô cùng quan

trọng trong việc giữ khí trong buồng sạch glovebox, vì thế nên vanđược đặt ở hai đầu buồng nhằm đảm bảo tạp chất từ môi trường ngoàikhông thể xâm nhập vào bên trong Van còn đóng vai trò như một liênkết để chuyền vật liệu từ buồng đưa mẫu sang buồng glovebox, vàbuồng glovebox sang buồng ủ nhiệt Nhưng kèm với nó phải có mộtvan xả khí nhỏ phòng trường hợp khi rút chân không các buồng, với

áp suất lớn, việc mở van kín khí dé di chuyền vật liệu gần như bat khảthi, dé dam bảo van kín khí có thé mở và lưu thông vật liệu qua cácbuồng, van xả khí nhỏ được thiết kế để xả một lượng chân không vừa

đủ khả năng mở van kín khí và thuận lợi đưa mẫu sang buông kế tiếp.

21

Hình 2.19 Van tròn kín khí

Van khí nén

Khái niệm: Van khí nén còn được gọi là van đảo chiêu khí,

một bộ phận hoạt động dựa trên tác động của khí nén và được

điên khiên băng cơ hoặc điện đê có thê đóng mở các của van,

cung cấp khí nén cho thiết bị vận hành

Phân loại : Mặc dù là một phụ kiện nhỏ nhưng van khí nén lại

có nhiệm vụ quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả của thiết bị

nén khí, bao gôm các loại như:

1 Van loại 2/2!229

Được thiết kế có 2 công q công vào, | công ra) và 2 vi trí

Nguyên lý hoạt động: Khí chịu tác động của điện tử hoặc tác

động cơ, cửa số 1 sẽ mở ra cho khí đi vào sau đó thoát ra ở cửa

sô 2

22