Устройство для частотно-фазовой стабилизации вакуума

Устройство для частотно-фазовой стабилизации вакуума

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЧАСТОТНОФАЗОВОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ ВАКУУМА, содержащее корпус с размещенным в нем подвижным плунжером, подводящий и отводящий каналы, датчик давления в отводящем канале, электроме ханический преобразователь с обмоткой управления, подключенной к системе управления, включающей задатчик, блок сравнения, выполненный из параллельно соединенных компараторов j. , связанных положительными входа ш с датчиком давления, генератор стабильного напряжения, связанный выходом через делитель частоты с модулятором , связанным с блоком сравнения и с обмоткой управления, а также управляемые ключи,, соединейные управляющими входами с выходом блока , сравнения, отличающее . с я тем, что, с целью повышения точности, электромеханический преобразователь снабжен двумя -обращенными друг к другу полюсами взаимного отталкивания постоянными магнитами , один из которых закреплен на плунжере, а другой - в корпусе, а система управления снабжена генератором пилообразного напряжения .мя диодными матрицами, вторы{л бло- / ком сравнения с двумя компараторами. и с двумя управляемыми ключами, си-П мисторрм, элементом ИЛИ-НЕ, инвертором , делителемиапряжения, блоком смещения, а также ограничительным и корректирующими резисторами, при этом делитель частоты .подключен управляемые ключи к управляющему входу модулятора и через генератор пилообразного напряжения - к одному из входов первой диодной матрицы , другие входы которой соединены через корректирующие резисторы С выходами компараторов первого блока сравнения, отрицательные входы которых подключены к блоку смещения, ,а выходаа первой диодной матрицы соединены с положительным входом одного -и отрицательным входом второ (Л го компараторов второго блока сравнения , другие входы которых соединес: ны с выходс1мк второй диодной матрицы , один из входов последней соединен с выходом элемента ИЛИ-НЕ, другой - с задатчиком, а остальные через корректирующие резисторы - с . выходами остальных .компараторов первого блока сравнения, отрицательные входы которых подключены к блоку смеО ) щения , причём входы элемента ИЛИ-НЕ соединены с выходами третьей .диодной матрицы, оДин из входов которой чею рез делитель напряжения, а другой ел. вход через делитель напряжения.и инвертор соединены с анодом симистора, 4; связанным с модулятором, кроме того, выхода третьей диодной матрицы под ключены к управля1Ш1.им входам ключей второго блока сравнения, один из которых подключен к выходу соответствующего компаратора анодом, а другойкатодом , а другие электроды этих ключей через ограничительный резистор соединены с управляющим входом симистора.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Ь (21) 3374076/25-06 (22) 31. 12, 81 (46) 15.01,84, Бюл. 9 2 (72) В.П.Решетов, A.Ä.Кривопишин, Н.Н.Ермолов, Ю.А. Каюков и Л,В.Решетова (53) 62.521 .(088.8) (56) 1 ° Авторское свидетельство СССР

Р 832090, кл. F 15 В 3/00, 1980.

2,Приборы и техника.эксперимента. М., Наука, В 5, 1980, с.231, рис. 1 3 (прототип) . (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЧАСТОТНОфАВОВОЙ СТАВИЛИВА11ИИ ВАКУУМА, сОДеРжащее корпус с размещенным в нем подвижным плунжером, подводящий и отводящий каналы, датчик давления в отводящем канале, электромеханический преобразователь с обмоткой управления, подключенной к системе управления, включающей задатчик, блок сравнения, выполненный из параллельно соедйненных компараторов, связанных положительными входами с датчиком давления, генератор стабильного напряжения, связанный выходом через делитель частоты с модулятором, csasaHHHM с блоком сравнения и с обмоткой управления, а также управляемые ключи, соедийенные управляющими входами с выходом бло; ка сравнения, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повыаения точности, электромеханический пре- образователь снабжен двумя обращенными друг к другу полюсами взаимного отталкивания постоянными магии« тами, один из которых закреплен на плунжере, а другой — в корпусе, а система управления снабжена генератором пилообразного напряжения, тре", мя диодными матрицами, вторым блоком сравнения с двумя компараторами.

„„Я0„„1067254 A

3(59 F 15 B 9/03у F 15 В 3 00 и с двумя управляемыми ключами, си- 1 мистором, элементом ИЛИ-НЕ, инвертором, делителем напряжения, блоком смещения, а также ограничительным и корректирующими резисторами, при этом делитель частоты подключен через управляемые ключй к управляющему входу модулятора и через генератор пилообразного напряжения — к одному из входоз первой диодной матрицы, другие входы которой соединены через корректирующие резисторы с выходами компараторов первого блока сравнения, отрицательные входы которых подключены к блоку смещения,,а выходы первой диодной матрицы соединены с положительным входом щ

И одного .и отрицательным входом второго компараторов второго блока сравнения другие входы которых соединеиы о выходами второй диодиой матдицы, один из входов последней соединен с выходом элемента ИЛИ-НЕ, дру" Я гой — с- эадатчиком, а остальные через корректирующие резисторы — с выходами остальных .компараторов первого блока сравнения, отрицательные входы которых подключены к блоку сме щения, причем входы элемента ИЛИ-НЕ соедийены с выходами третьей диодной матрицы, общин из входов которой через делитель напряжения, а другой вход через делитель напряжения и инвертор соединены с анодом симистора, связанным с модулятором, кроме того, выходы третьей диодной матрицы подключены к управляющим входам ключей второго блока сравнения, один из которых подключен к выходу соответствующего компаратора анодом, а другойкатодом, а другие электроды этих ключей через ограничительный резистор соединены с управляющим входом симистора.

10б 7254

Изобретение относится к электропиевмоавтоматике и может быть использовано в агрегатах нанесения покрытий, использующих электроннолучевое термическое испарение материалов.

Известно, устройство для частотнофазовой стабилизации вакуума, содержащее корпус с размещенным в нем подвижным плунжером,.подводящий и отводящий каналы, электромеханический преобразователь с обмоткой управления, подключенной к системе управления и блок сравнения С11

Недостатком известного устройства является низкая точность из-за существенной нелинейности его харак- 15 териатик.

Известно также устройство для частотно-фазовой стабилизации вакуi Mà содержащее корпус с размещенным н нем.подвижным плунжером, подводя- 7О щий и отводящий каналы, датчик давления в отводящем канале, электромеханический преобразователь с обмоткой управления, подключенной к системе управления, включающей задат-. 75 чик, блок сравнения из параллельно соединенных .компараторов, связанных положительными входами с датчиком давления, модулятор, генератор стабильного напряжения, связанный выхо- Зо ,дом через. делитель частоты с модулятором, связанным с блоком сравнения и с обмоткой управления, а также управляемые ключи, соединенные управляющими входами с выходом блока срав- 5 нения С21

Недостатком данного устройства является низкая точность из-за чувствительности к изменениям температуры. 4О

Цель изобретения — повышение точ-. ности, Укаэанная цель достигается тем, что в устройстве для частотно-фазовой стабилизации вакуума, содержащем 45 корпус с размещенным в нем подвижным плунжером, подводящий и отводящий каналы, датчик давления в отводящем канале, электромеханический преобразователь с обмоткой управления, под- ц» ключенной к системе управления, включающей задатчик, блок сравнения, выполненный из параллельно соединенных компараторов, связанных положительными входами с датчиком давления, модулятор, генератор стабильного напряжения, связанный с выходом через делитель частоты с модулятором, связанным с блоком сравнения и с обмоткой управления, а.также управляемые ключИ, соединенные уп- 60 равляющими вхЬдами с .выходом блока сравнения, электромеханический преобразователь снабжен двумя обращенными друг к другу полюсами взаимного отталкивания постоянными магнита-. 65 ми, один из которых закреплен на плунжере, а другой — в корпуае, а система Управления снабжена генератором пилообразного напряжения, тремя диодными матрицами, вторым блоком сравнения с двумя компараторами и с двумя управляемыми ключами, симистором, элементом ИЛИ-HE инвертором, делителем напряжения, блоком смещения, а также ограничительным и корректирующими резисторами, при этом делитель частоты подключен через управляемые ключи к управляющему входу модулятора и через генератор пилообразного напряжения — к одному из входов первой диодной матрицы, другие входы которой соединены через корректирующие резисторы с выходами компараторов первого блока сравнения, отрицательные входы которых подключены к блоку смещения, а выходы первой диодной матрицы соединены с положительным входом одного и отрицательным входом второго компараторов второго блока сравнения, другие входы которых соединены с выходами второй диодной матрицы, один из входов последней соединен с выходом элемента ИЛИ вЂ , другой — c задатчиком, а остальные через корректирующие резисторы — с выходами остальных компараторов первого блока сравнения, отрицательные входы которых подключены к блоку смещения, причем входы элемента ИЛИ-НЕ соединены с выходами третьей диодной матрицы, один иэ входов которой через делитель напряжения, а другой через делитель напряжения и инвертор соединены с анодом симистора, связанным с модулятором, кроме того, выходы третьей диодной матрицы подключены к управляющим входам ключей второго блока сравнения, один из которых подключен к выходу соответствующего кампаратора.анодом, а другой катодом, а другие электроды этих ключей через ограничительный резис-. тор соединены .с управляющим входом симистора.

На фиг. 1 изображена схема устройства для частотно-фазовой стабилизации вакуума; на фиг. 2 — схемасистема управления; на фиг. 3 — временные диаграммы сигналов на выходах элементов системы управления, где A — диаграммы импульсов на выходе генератора пилообразного напряжения, Б — диаграмма поджига симистора, В,à — диаграммы импульсов на выходах компараторов второго блока сравнения; на фиг. 4 — диаграммы зависимости расхода рабочей среды от частоты, где А — диаграмма без корректирующих резисторов,-Б — с корректирующими резисторами.

1067254

Устройство для частотно-фазовой стабилизации вакуума содержит корпус 1 с раэме.,енным в нем подвижным плунжером 2, подводящий канал 3 и отводящий канал 4, датчик 5 давления в канале 4, электромеханический преобразователь 6 с обмоткой 7 управления,.подключенной к системе управления, включающей эадатчик 8, блок сравнения, выполненный иэ параллельно соединенных компараторов 10

9,10 и 11, связанных с положительными входами с датчиком 5, модулятор 12, генератор 13 стабильного напряжения, связанный входом через делитель 14 частоты с модулятором 12, 5 связанным с обмоткой 7 управления, а также управляемые ключи 15-18, связанные управляющими входами с выходами компараторов 9,10 и 11.

Делитель 14 частоты подключен через управляемые ключи 15-18 к управляющему входу модулятора 12 и через генератор 19 пилообразного напряжения — к одному из входов первой дисцной матрицы 20 с диодами 21,22 д5 и,23, другие входы которой соединены через корректирующие резисторы

24 и 25 с выходами компараторов 9 и 10, отрицательные входы которых подключены к блоку смещения (не иэо- ° бражен), а выходы матрицы 20 соединены с положительным входом компарато- ° ра 26 и отрицательным входом компаратора 27 второго блока сравнения, другие входы компараторов 26 и 27 . соединены с выходами диодов 28-31 второй диодной матрицы 32, один иэ входов последней соединен с выходом элемента 33 ИЛИ-НЕ, другой — с задатчиком 8, а остальные через корректирующие резисторы 34 и 35 — с 4О выходами остальных компараторов (на чертеже изображен компаратор 11) первого блока сравнения, отрицатель45

К

U где P

Уменьшению давления в вакуумной камере 49 соответствует увеличение напряжения выхода, что вызывает По следовательное срабатывание компараторов 9,10 и 11 в направлении от

С к 0. (где О., — номер компараторл

65 ные входы которых подключены к блоку смещения, Входы элемента 33 соединены с вы» ходами третьей диодной матрицы 36 с диодами 37 и 38, один из входов которой через делитель 39 напряжения., а другой через делитель 39 и инвертор 40 соединены с анодом симисто-. ра 41, связанным с модулятором 12, кроме того, выходы третьей диодной матрицы 36 подключены к управляющим входам ключей 42 и 43 второго блока сравнения, ключ 42 подключен к выходу компаратора 26 анодом, а ключ

43 — к выходу компаратора 27 катодом, а другие электроды этих ключей через ограничительный резистор 44. соединены с управляющим входом симистора 41.

В корпусе 1 установлен постоянный магнит 45 и немагнитная втулка 46, а на плунжере 2 постоянный магнит 47, обращенный полюсом взаимного отталкивания к ключу 43, в корпусе 1 выполнен перепускной канал 48 ° отводящий канал 4 соединен с чакуумной камерой 49.

Устройство для частотно-фаэовой стабилизации вакуума работает следующим образом.

Пусть плунжер 2 в процессе позиционирования находится в динамическом состоянии, соответствующем частоте, при котором поступление реагента в вакуумную камеру 49 поддерживает некоторую степень вакуума в соответствии с заданным технологическим процессом. В крайнем положении плунжера 2 (фиг. 1) вакуумная камера 49 через канал 4 соединяется с каналом 48, а в другом крайнем положении входной канал 3 соединяется с перепускным каналом 48. Поступление реагента в вакуумную камеру 49 происходит в период перемещения плунжера 2 иэ одного крайнего положения в другое, причем величина расхода реагента определяется как частотой его перемещения, так и периодом выстоя в крайних положениях плунжера 2. Период выстоя, в свою очередь, определен фазой поджига симистора 41, уставка которой задана задатчиком 8. При поджиге симистора 41 токовые импульсы разной полярности в обмотке 7 создают переменный магнитный поток, который, складываясь с постоянным магнитным потоком постоянных магнитов 45 и 47,. приводит плунжер 2 в динамическое состояние, причем постоянный магнит 45 служит для фиксации плунже-. ра 2 в положении отсечки расхода реагента при отсутствии переменного магнитного потока.

Пусть в результате возмущения систеща управления отрабатывает возникшее рассогласование, например, по увеличению степени вакуума, когда необходимо увеличение расхода реагента.

Датчик 5 осуществляет преобразованиее давление в вакуумной камере; напряжение на выходе датчика; — коэффициент преобразователя.

1067254 и связанного с ним корректирующего резистора) от номинально сработавшего компаратора. Причем в сработанном состоянии может находиться TgJIbко один иэ них, так как с выхода каждого смежного компаратора при.его срабатывании от возрастающего напряженил предыдущий ряд переходит в исходное состояние эа счет действия обратных связей с выхода каждого смежного компаратора на предыдущий.

В соответствии со срабатываниями компараторов 9,10 и 11 соответствующий ключ.из ряда 15 — 18 переходит в проводящее состояние и сигнал дисв каждом из полупериодов прямоугольного сигнала (фиг. 3, диаграмма А изображено для положительных полупериодов: Т ; Т, ... Т ) . Пилооб разное.напряжение сравнивается на входах компараторов 26 и 27 с напря 25 жением уставки.U задатчика 8 (фиг. 3,. диаграмма А) в каждом из полупериодов и при превышении первого срабатывают компараторы 26

30 и 27, обеспечивая импульсно-фазовую коммутацию симистора 41 в цепи модулятора 12 и катушки 7. Увеличение частоты (фиг. 3, диаграмма Б) модуляции ведет к увеличению расхода реагента (фиг. 4). Система уйравления отрабатывает рассогласование путем увеличения частоты частотнофазового регулирования, В сторону уменьшения осуществляется изменение расхода реагента при другом знаке ошибки рассогласования, т.е. при возмущении, когда степень вакуума ухудшается и давление в вакуумной камере увеличивается. Отличие при этом состоит в том, что увеличение давления вызывает уменьшение напряжения на выходе датчика 5, а компараторы 9,10 и 11 срабатывают в направлении от с „ к О. от номинального сработавшего. Это вызывает переход в проводящее состояние соответ- . ствующего ключа иэ ряда ключей 15, 35

45

16, 17 и 18 и дискретное уменьшение частоты модуляции. Расход реагента уменьшается и система регулирования возвращается в исходное согласованное состояние.

Отсечка. управляющего тока симистора происходит следующим образом.

Пусть в результате частотной .модуляции постоянного напряжения, осуществляемой модулятором 12 к аноду сими сто ра 4 1 приложено напряжение.

В результате фаэовой коммутации ком- 65 кретной коммутирующей частоты (фиг.3,15 диаграмма Б), которая увеличивается с уменьшением порядкового номера ключа, коммутирует вход модулятора 12 и синхронизирует работу генератора 19 пилообразного напряжения, 20 формирующего пилу напряжения параторов 26 и 27, что является результатом .сравненйя напряжений на инвертирующем и неинвертирующем входах операционных усилий, на базе которых исполнены эти компараторы, через ключ 42 проходит положительный токовый импульс, ограниченный по амплитуде резистором 44 в цепи управляющего электрода симистора 41.

Ключ 42 находится в проводящем состоянии, так как положительное напряжение с анода симистора 41 через делитель 39 и через диод 37 диодной матрицы 36 открывает этот ключ, т.е. логическая единица со средней точки делителя 39 через диодную матрицу 36 открывает ключ 42. Поджиг симистора 41 в фазе.91 (фиг. 3, диаграмма Б), соответствующий моменту равенства пилообразного напряжения (фиг. 3, диаграмма A) и напряжения задатчика 0яв точке М до момента его естественного. гашения (период -О ), изменяет его внутреннее сопротивлЕние так, что потенциал анода симистора дочти не отличается от потенциала катода, соединенного с шиной Общий, т.е. логический нуль, возникший при поджиге симистора на его аноде, воздействуя через делитель 39 и диод 37 диодной матрицы 36 на вход элемента 33 ИЛИ-НЕ, преобразуется в логическую единицу, которая через диодную матрицу 32 воздействует на вторые входы компараторов 26 и 27, вызывая их переброску в исходное состояние (фиг. 3, диаграмма В и Г).

В частности, логическая единица, приложенная к инвертирующему входу операционного усилителя, на базе которого выполнен компаратор 26, вызывает его переключение в минуссостояние (фиг. 3, диаграМма В)и отсечку управляющего тока симистора 41.

Аналогично обеспечивается отсечка управляющего тока симистора 41 в отрицательный палупериод частотномодулированного напряжения (фиг.3, диаграмма Б) с той разницей, что инвертор 40 формирует из отрицательной полярности напряжение на входе, которое поступает с анода непроводящего симистора 41 через делитель 39, положительную полярность на выходелогическую единицу, поступающую через диод 38 диодной матрицы 36 на управляющий вход ключа 43, переводя его в проводящее состояние. В фазовый момент коммутации компараторов

26 и 27, что возникает после достижения равенства пилообразного .напря, жения и напряжения уставки на их входах, отрицательный токовый импульс с выхода компаратора 27 (фиг.3, диаграмма Г) через резистор 44 коммутирует управляющий электрод, "под1067254. жигая . симистор 41. (Симистор 41 с. полной симметрией, который поджи-. гается как отрицательными, так и положительнЫми импульсами относительно катода симистора) . Отсечка тока управления осуществляется с момента перехода симистора в проводящее состояние, причем логический нуль через инвертор 40 и диод 38 диодной матрицы 36, воздействуя на второй вход элемента 33 ИЛИ-НЕ, преобразуется в логическую единицу, а компаратор

27 переключается в исходное состояние (фиг. 3, диаграмма Г).

Отсечка управляющего тока симис.— тора 41 позволяет увеличить величину тока поджига и тем самым, увеличить быстродействие срабатывания симистора при высокой надежности .его работы.

На краях диапазона регулирования вступает в действие корректирующая связь, осуществляемая посредством крайних компараторов 9 и 11 максимальной и минимальной областей напря-.: жений датчика 5, посредством корректирующих резисторов 24, 25, 34 и 35 и развязывающих диодных матриц, 20 и 32. Сущность этой коррекции состоит в том, что часть: напряжения сработавшего компаратора крайних областей напряжения датчика 5 в качестве дополнительного источника смещения воздействует на входы компараторов 26 и 27 и смещает их рабочую точку. Это ведет к фазовой коррекции коммутации симистора и улучшает линейность диапазона регулирования, расширяя диапазон уставок (фиг. 4, диаграмма Б). Количество коммутирующих резисторов на краях диапазона зависит от конкретных условий. Два резистора на краях диапазона уже заметно спрямляют рабочую характеристику (фиг. 4) устройства.

Чем больше количество компараторов содержит первый блок сравнения, тем . меньше дискрет частот, в диапазоне

15 которых. осуществляется частотная составляющая регулирования. Тем самым возможность уменьшения влияния инерционности плунжера, находящегося при отработке рассогласования в динамическом состоянии различной частоты и скважности импульсов, обеспечивает увеличение точности позиционирования. Это означает, что заданная степень вакуума, необходи25 мая для заданного технологического процесса, поддерживается с большей точностью и стабильностью.

Использование данного изобретения в агрегатах нанесения покрытий позволит повысить их точность и тем самым эффективность их использования.

1 3

1067254

1067254

: Корректор М.лароши

Тираж 672

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делаМ изобретений и. открытий

113035„- Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Подписное

Заказ 11174/40

Филиал ППП Патент r.Óèè îðîä, ул.Проектная,4

Составитель С,Рождественский

Редактор Л.Авраменко Техред A. Бабинец