РАСХОДОМЕР СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 1997 года по МПК G01F3/12 

Изобретение относится к области микроэлектроники, а точнее к технологии изготовления резисторов путем вакуумного напыления тонких пленок термическим методом при непрерывной подаче порошка испаряемого материала на испаритель.

Известно устройство для измерения расхода сыпучих материалов, содержащее горизонтальный шток, установленный на двух плоских пружинах, на одном конце которого закреплен наклонный лоток, а на другом плунжер дифференциально-трансформаторного датчика (авт. св. 263191, МКИ G 01 F 3/16, БИ N 7, 1970). Поток вещества, падая на лоток, оказывает на него динамическое воздействие, горизонтальная составляющая которого вызывает перемещение штока с плунжером. Это перемещение регистрируется вторичным прибором. Чтобы привести в движение шток, вес свободно падающего на лоток вещества должен превышать массу подвижной части устройства и силу упругости плоских пружин.

При напылении тонкопленочных резисторов расход порошка резистивного материала составляет от 38•10^-4 г/сек до 175•10^-4 г/сек. Поэтому чувствительность известного устройства будет недостаточна.

Известно, что расход сыпучих материалов из вибропитателя контролируют путем измерения амплитуды пульсирующего напряжения, поступающего на электромагнит вибропитателя (техническое описание вибропитателя 3.868.010 ТО, схему блока управления вибропитателем 3.868.010 Сх. Э. установки вакуумного напыления УВН-71-П3, техническое описание 3.273.007 ТО). В состав вибропитателя входит чашка с расходным патрубком, установленная на якоре, который удерживается над электромагнитом на плоских пружинах, закрепленных на основании вибропитателя. Под воздействием колебаний чашки порошок резистивного материала по лотку, спирально расположенному на ее внутренней боковой поверхности, поднимается от дна к верхней кромке и через разгрузочный патрубок подается на испаритель. Колебания чашки возникают в момент совпадения частоты собственных колебаний подвижной части вибропитателя с частотой пульсирующего напряжения, которое получают от трансформатора, включенного в промышленную электросеть с частотой 50 Гц. Предварительная настройка колебательной системы в резонанс производится при изготовлении вибропитателя путем подбора плоских пружин с определенной силой упругости. Более точная настройка осуществляется регулированием величины зазора между электромагнитом и якорем. Скорость расхода порошка оценивают по величине амплитуды пульсирующего напряжения, поступающего на электромагнит. Больше амплитуда больше расход и наоборот. При заполнении чашки расходуемым материалом ее масса увеличивается. Поэтому частота собственных колебаний вибропитателя уменьшается, в то время как частота пульсирующего напряжения остается всегда неизменной. В результате колебательная система выходит из резонанса, амплитуда колебаний чашки уменьшается и, как следствие, скорость расхода порошка падает. По мере освобождения чашки от порошка частота колебательной системы приближается к резонансной и расход порошка произвольно увеличивается.

Поэтому контроль расхода сыпучего материала по величине амплитуды напряжения, питающего электромагнит, носит субъективный характер и весьма приблизителен.

Задача, решаемая настоящим изобретением увеличение точности измерения расхода сыпучих материалов.

Поставленная задача решается следующим образом. В расходомере сыпучих материалов, содержащем вибропитатель, включающий чашку вибропитателя с расходным патрубком, которая закреплена на якоре, расположенном на плоских пружинах над электромагнитом, закрепленных на основании вибропитателя, установлен С-образный разомкнутый магнитопровод и расположенный на кронштейне, закрепленном на чашке вибропитателя, отрезок магнитопровода, установленный с возможностью размещения его в зоне действия магнитного поля С-образного разомкнутого магнитопровода, установленного на диэлектрической плате, которая с помощью скобы закреплена на основании вибропитателя, при этом С-образный разомкнутый магнитопровод имеет две обмотки, одна из которых соединена с выходом генератора высокой частоты, а другая соединена с амплитудным детектором, выход которого подключен к входу измерителя напряжения.

На фиг. 1 приведена электрическая схема расходомера сыпучих материалов; на фиг. 2 схематически показан принцип работы предлагаемого устройства; на фиг. 3 показан общий вид описываемого расходомера.

Расходомер сыпучих материалов содержит высокочастотный генератор 1, С-образный разомкнутый магнитопровод 2, на котором размещены две обмотки: первичная 3 и вторичная 4, отрезок магнитопровода 5, амплитудный детектор 6, измеритель напряжения 7. При помощи кронштейна 8 отрезок магнитопровода закреплен на чашке вибропитателя 9, которая, в свою очередь, закреплена на якоре 10, расположенном над электромагнитом 11. При помощи плоских пружин 12 якорь крепится к основанию вибропитателя 13. С-образный магнитопровод установлен на диэлектрической плате 14, которая посредством скобы 15 закреплена на основании вибропитателя.

Расходомер работает следующим образом. Первичная и вторичная обмотки индуктивно связаны между собой и размещены на С-образном разомкнутом магнитопроводе, который изготавливается из ферромагнетика. Высокочастотные колебания с выхода генератора поступают на первичную обмотку. Во вторичной обмотке индуцируется переменное напряжение, частота которого соответствует частоте генератора, а амплитуда определяется соотношением числа витков в каждой из обмоток. Вследствие того, что С-образный магнитопровод имеет разрыв, а магнитная проницаемость воздуха во много раз меньше, чем у ферромагнетиков, то в разрыве между концами магнитопровода имеет место значительное ослабление магнитного потока, которое, в свою очередь, обуславливает небольшую величину амплитуды индуцированного напряжения. Если концы С-образного магнитопровода замкнуть отрезком магнитопровода, изготовленного из такого же ферромагнетика, то ослабление магнитного потока резко уменьшится, а амплитуда индуцированного во вторичной обмотке напряжения увеличится. Эти закономерности использованы при реализации конструкции расходомера. С-образный сердечник установлен на диэлектрической плате, которая закреплена на основании вибропитателя. Отрезок магнитопровода крепится на чашке вибропитателя. В момент протекания импульса тока через обмотку электромагнита чашка вибропитателя поворачивается на угол α и отрезок магнитопровода, приблизившись к концам С-образного магнитопровода, замыкает магнитный поток. В этом случае напряжение во вторичной обмотке достигает наибольшей величины. В момент отсутствия тока, протекающего через электромагнит вибропитателя, его чашка находится в состоянии покоя и отрезок магнитопровода максимально удален от концов С-образного магнитопровода. В этом случае напряжение во вторичной обмотке будет иметь наименьшую величину. Изменения амплитуды колебаний чашки будут вызывать соответствующие изменения амплитуды напряжения, индуцированного во вторичной обмотке. Таким образом происходит амплитудная модуляция высокочастотного сигнала, поступающего от генератора. Напряжение со вторичной обмотки подается на амплитудный детектор, в котором происходит выделение низкочастотной составляющей. Ее величина пропорциональна величине механических колебаний чашки вибропитателя и считывается по шкале измерителя напряжения.

Пример конкретного выполнения расходомера. Генератор высокой частоты на 9 МГц собирают на микросхеме К155ЛАЗ (см. "Радио", 1. 1980, с. 41, Н. Сало LC-генератор на логической микросхеме). Для изготовления С-образного разомкнутого магнитопровода и отрезка магнитопровода используют сердечник кольцевой из феррита марки 20ВЧ (сердечник М20ВЧ-7-К20x10x5-ПЯО.707.074 ТУ). Амплитудный детектор собран из четырех диодов Д9В, соединенных в виде моста, одна диагональ которого подключена к выводам вторичной обмотки, а ко второй диагонали подключены конденсатор и цифровой вольтметр Щ4300.

Таким образом, предлагаемый расходомер позволяет производить точные измерения колебаний чашки вибропитателя и, следовательно, измерять подачу резистивного порошка на испаритель. Это позволяет улучшить качество напыленных пленок и, тем самым, повысить процент выхода годный изделий микроэлектроники.

Использование: область микроэлектроники. Сущность изобретения: расходомер сыпучих материалов содержит чашку 9 вибропитателя с расходным патрубком. Чашка 9 закреплена на якоре 10, удерживаемом над электромагнитом 11 при помощи плоских пружин 12, закрепленных на основании вибропитателя. К чашке 9 прикреплен при помощи кронштейна 8 отрезок 5 магнитопровода, взаимодействующий с магнитным потоком С-образного разомкнутого магнитопровода, закрепленного на основании вибропитателя и имеющего две обмотки, одна из которых присоединена к выходу генератора высокой частоты, а вторая - к амплитудному детектору, выход которого подключен ко входу измерителя напряжения. 3 ил.

Расходомер сыпучих материалов, содержащий вибропитатель, включающий чашку вибропитателя с расходным патрубком, которая закреплена на якоре, расположенном на плоских пружинах над электромагнитом, закрепленных на основании вибропитателя, отличающийся тем, что он снабжен С-образным разомкнутым магнитопроводом и расположенным на кронштейне, закрепленном на чашке вибропитателя, отрезком магнитопровода, установленным с возможностью размещения его в зоне действия магнитного поля С-образного разомкнутого магнитопровода, установленного на диэлектрической плате, которая с помощью скобы закреплена на основании вибропитателя, при этом С-образный разомкнутый магнитопровод имеет две обмотки, одна из которых соединена с выходом генератора высокой частоты, а другая соединена с амплитудным детектором, выход которого подключен к входу измерителя напряжения.