Устройство для частотно-фазовой стабилизации вакуума Советский патент 1984 года по МПК F15B9/03 F15B3/00 

Изобретение относится к электропневМОавтоматике и может быть использовано в агрегатах нанесения по крытий/ использующих электроннолуче вое термическое испарение матери.ало Известно, устройство для частотно фазовой стабилизации вакуума, содер жащее корпус с размещенньду в нем подвижным плунжером, подводящий и отводящий каналы, электромеханический преобразователь с обмоткой управления , подключенной к системе управления и блок сравнения ClI , Недостатком известного устройства является низкая точность из-за существенной нелинейности его харак теристик. . . Известно также устройство для частотно-фазовой стабилизации вакуума, содержащее корпус с размещенны в нем- подвижным плунжером, подводящий и отводящий канальа, датчик давления в отводящем канале, электроме ханический преобразователь с обмоткой управления, подключенной к системе управления, включающей задатчик, блок сравнения из параллельно Соединенных -компараторов, связанных .полржительными входами с датчиком давления, модулятор, генератор стабильного напряжения, связанный выхо дом через- делитель частоты с модуля тором, связанным с блоком сравнения и с обмоткой управления, а также управляемые ключи, соединенные упра ляющими входами с выходом блокр. сра нения С23 . t Недостатком Данного устройства является низкая точность из-за чувствительности к изменениям температуры. Цель из-обретения - повышение точ ности. Указанная цель достигается тем, что в устройстве для частотно-фазовой стабилизации вакуума, содержаще корпус с размещенным в нем подвижны плунжером, подводящий и отводящий - каналы, датчик давления в отводящем канале, электромеханический преобра зователь с обмоткой yпpaвjaeния, под ключённой к системе управления, включающей задатчик, блок сравнения выполненный из параллельно соединен ных компараторов, связанных положительными входами с датчиком давления, модулятор, генератор стабильно го напряжения, связанный с выходом через делитель частоты с модулятором, связанным с блоком сравнения и с обмоткой управления, а/также управляемь1е ключи, соединенные управляющими вхбдами с -выходом блока сравнения, электромеханический преобразователь снабжен двумя обращен ными друг к другу полюсами взаимного отталкивания постоянными магнита ми, один из которых закреплен на плунжере, а другой - в корпусе, а система управления снабжена генератором пилообразного напряжения, тремя диодными матрицами, вторым блоком сравнения с двумя компараторами и с двумя управляемыми ключами, симистором, элементом ИЛИ-НЕ, инвертором, делителем напряжения, блоком смещения, а также ограничительным и корректирующими резисторами, при этом делитель частотьЗ подключен ч ерез управляе мые ключи к управ.ляющему 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-НЕ, другой - с-задатчиком, а остальные через корректирующие резисторы - с выходами остальных компараторов первого блока сравнения, отрицательные-входы которых подключены к блоку смещения, причем элемента ИЛИ-НЕ соединены с выходами тр.етьей диодной матрицы, один из входов которой через делитель напряжения, а другой через делитель напряжен.ия и инвертор соединены с анодом сикистора, 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 резистор 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- А - диаграммы импульсов на выходе генератора пилообразного напряжения, Б - диаграмма поджига симистора. В,Г - 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. Устройство для частотно-фазовой стабилизации вакуума содержит корпус 1 с размеренным в нем подвижным плунжером 2, подводящий канал 3 и отводящий канал 4, датчик 5 давления в канале 4, электромеханический преобразователь б с обмоткой 7 управления,-подключенной к системе управления, включающей задатчик 8, блок сравнения, выполненный из параллельно соединенных компараторов 9,10 и 11, связанных с положительны ми входами с датчиком 5, модулятор 12, генератор 13 стабильного на пряжения, связанный входом через де литель 14 ч-астоты с модулятором 12, 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 диодной матрицы 20 с диодами 21,22 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 изо бражен) , а выходы матрицы 20 соедин ны 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 из входов последней соединен с выходом элемента 33 ИЛИ-НЕ, другой - с задатчиком 8, а остальные через корректирующие резисторы 34 и 35 - с выходами остальных компараторов (иа чертеже изображен компаратор 11) первого блока сравнения, отрицатель ные входы которых подключены к блок 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 симистогра 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 постоянны 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-фазовой стабилизации вакуума работает следующим образом. Пусть плунжер 2 в процессе позиционирования находится в динс1мическом 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 (. 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 из 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 симис- тора 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 плунжера 2 в положении отсечки расхода реагента при отсутствии переменного магнитного потока. Пусть в результате возмущения система управления отрабатывает возникшее рассогласование, например, по увеличению степени вакуума, когда необходимо увеличение расхода реагента. Датчик 5 осуществляет преобразованиеК р ,, где Р - давление в вакуумной камере;и - напряжение на выходедатчика;К - коэффициент преобразователя, Уменьшению давления в вакуумной камере 49 соответствует увеличение напряжения выхода, что вызывает доследовательное срабатывание компараторов 9,10 и 11 в направлении от Хп к СХд (где Xv- номер компаратора И связанного с ним корректирующего резистора) от номинально cpa6oTaiBшего компаратора. Причем в сработан ном состоянии может находиться толь ко один иу них, так как с выхода каждого смежного компаратора при. ег срабатывании от возрастающего напря жения предыдущий ряд переходит в исходное состояние за счет действия обратных связей с выхода каждого смежйого компаратора на предащущйй. В соответствии со сраба/тываниями компараторов 9,10 и 11 соответствующий ключ .из ряда 15-18 переходит в проводящее состояние и сигнал дис кретной коммутирующей частоты (фиг. диаграмма Б), которая увеличивается с уменьшением порядкового номера ключа/ коммутирует вход модулятрР|а 12 и синхронизирует работу генератора 19 пилообразного.напряжения, формирующего пилунапряжения в каждом из полупериодов прямоуголь ного сигнала (фиг. 3, диаграмма А изображено для положительных полупериодов: ; . . . Tq/ ) . Пилооб разное напряжение сравнивается на входах компараторов 26 и 27 с напря .жением уставки ., задатчика 8 (фиг. 3,. диаграмма А) в каждом из полупериодов и при превышении первого срабатывают компараторы 26 и 27, обеспечивая импульсно-фазовую коммутацию симистора 41 в цепи модулятора 12 и катушХй 7. Увеличение частоты {фиг. 3, диаграмма В) мрдуляции ведет к увеличению расхода реагента (фиг, 4). Система управления отрабатывает рассогласование путем увеличения частоты частотноФазовог 5 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. Отли-чие при этом состоит в том, что увеличение давления вызьавает уменьшение напряжения на выходе датчика 5, а компараторы 9,10 и 11 срабатывают в на правлении от q., к cXvi от номинального сработавшего. Это вызывает переход в проводящее состояние соответствующего ключа из ряда ключей 15, 16, 17 и 18 и дискретное уменьшение Частоты модуляции. Расход реагента уменьшается и система регулирования возвращается в исходное согласованное состояние. Отсечка управляющего тока димистора происходит следующим образом. Пусть в результате частотной .модуляции постоянного напряжения, осу ществляемой модулятором 12 к аноду симистора 41 приложено напряжение. В результате фазовой коммутации ком параторов 26 и 27, что является ре эультатом .сравнения напряжений на инвертирующем и неинвертирующем входах операционных усилий, на базе которых исполнены этикойпарато жл, через, ключ 42 проходит положительный токовый импульс, ограниченный по амплитуде резистором 44 в цепи управляющего электрода симистора 41. Ключ 42 НсЕХОДИТСЯ в проводящем состоянии, так как полоЖительное напряжение с анода .cHiviHCTOpa 41 через делитель 39 и через диод 37 диодной матрицы 36 откривает этот ключ, т.е. логическая единица со средней точки делителя 39 через диодную матрицу 36 открывает ключ 42. ПодЖиг симистора 41 в фазе-Q--i (фиг. 3, диаграмма Б), соответствующий моменту равенства пилообразного напряжения (фиг. 3, ди.аграмма А) и напряжения задатчика UyjB точке Mj до момента его естественного гашения (период -Q/i), изменяет его внутреннее сопротивление так, что потенциал анода симистора лочти 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 вторы 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 операционногоУсилителя, 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 полупериод частотномодули юванного 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 ч€грез делитель 39, положительную полярность на выходелогйчаскую 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-напряжения и напряжения уставки на их входах, отрицательный токовый импульс с выхода компаратора 27 (фиг.З, диаграмма rj через р.езистор 44 коммутирует управляющий электрод, поджигая. симистор 41. (Симистор 41 с полной симметрией , который поджи:гается как отрицательными, так и положительными импульсами относител но катода симистора). Отсечка тока управления осуществляется с момента перехода симистора в проводящее сос тояние, причем логический нуль чере инвертор 40 и диод 38 диодной матри цы 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 симистора 41 позволяет увели.чить величин тока поджига и тем самым увеличить быстродействие срабатывания симистора при высокой надежности &г работы. На краях диапазона регулирования вступает в действие корректирующая связь, осуществляемая посредством крайних компараторов 9 и 11 максимальной и минимальной областей напряжений да:тчика 5, посредством коррек тирующих резисторов 24, 25, 34 и 35 и развязывающих диодных матриц 20 и 32. Сущность этой коррекций 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 которих осу ществляется частотная составляющая регулирования. Тем самым возможность уменьшения влияния инерционности плунжера, находяпз,егося при отработке рассогласования в динамическом состоянии различной частоты и скважности импульсов, обеспечивает увеличение точности позиционирования. Это означает, что заданная степень вакуума, необходимая 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.

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.

(fJuff.i

г

Ы

П

&.

ftfOX.

MI

ft

в г

ML

fpue.3

(-/)

8