Устройство для измерения мощности индуктора Советский патент 1987 года по МПК G01R21/08 

1130

Изобретение относится к измерительной технике, может быть использовано для измерения мощности нагре нательных индукторов в установках для производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем, в частности при плазмохимическом травлении или термоионном осаждении , пленок, и является усовершенствовани

ем известного устройства по авт. св. fO № 978061.

Целью изобретения является расширение области применения устройства за счет учета изменения частоты при переходе от холостого хода к рабоче- f5 му режиму.

На фиг. 1 представлена структурная схема измерителя мощности индуктора; на фиг. 2 - структурная схема, раскрывающая связь микро-ЭВМ 20 с преобразователями частоты и перемещения в коды.

Устройство содержит последовательно соединенные масштабный преобразочателем 16. Блок 15 запуска соединен с управляющими входами преобразо- вателе й 11 и 1 3 непосредственно, а с интерфейсом 14 - через элемент 17 задержки, необходимый для синхронизации работы устройства. Связь интерфейса 14 с микро-ЭВМ 12 осуществляется через шину 18 данных. Из массива восьмиразрядных портов интерфейса выделены порты, в которые осуществляется запись данных с преобразователей, соответствующих L (oi) и f, и поступают команды запуска программы и выбора режима.

В качестве ключей в блоке 15 и переключателе 16 можно использовать реле РЭС-44 с магнитоуправляемыми контактами.

Устройство работает следующим образом.

Если к индуктору приложено напряжение от высокочастотного генератора, ток через индуктор протекает как при отсутствии загрузки в нем (т.е.

ватель 1 напряжения индуктора, фазо- 25 на холостом ходу), так и. при размеще- чувствительный выпрямитель 2, первый квадратор 3, первый вычитающий блок 4 и измерительный прибор 5, последовательно соединенные масштабный пре- ; образователь 6 тока индуктора, вы- прямитель 7, второй вычитающий блок 8, второй квадратор 9, потенциометри- ческий регулятор 10, выход которого непосредственно соединен с вторым - входом первого вычитающего блока 4, 35 а через преобразователь I1 перемещения потенциометрического регулятора в код - с первым входом микро- ЭВМ 12, второй вход (соторого подклю- . чен через преобразователь 13 частоты 0 генератора в код к выходу масштабного преобразователя 1 напряжения: индукто- ра«

НИИ в его полости нагреваемой заготовки (в рабочем режиме), Сигналы, пропорциональные мгновенным значениям напряжения и тока индуктора, снимаются с выхода масштабных преобразователей 1 и 6 соответственно и поступают на входы выпрямителей 2 и 7. Выходные напряжения выпрямителей 2 и 7 соответственно равны

К J, . и- coscf и ,

где и, I, q) действующие значения напряжения и тока индуктора, а также фазовый угол между мгновенными значениями тока индуктора и напряжения;

С помощью преобразователя 11 может быть преобразовано как линейное L, так и угловое об перемещение регулятора 10. Связь микро-ЭВМ 12 с преобразователями перемещения потенциометрического регулятора L или cd и частоты f в соответствующие коды осуществляется с помощью интерфейса 14. Запуск (инициирование) программы, как и приведение.микро-ЭВМ в начальное состояние, осуществляется специаль- ным сигналом, который вырабатывается блоком 15 запуска. Выбор режима работы устройства (холостой ход или рабочий режим) осуществляется переклю

2

чателем 16. Блок 15 запуска соединен с управляющими входами преобразо- вателе й 11 и 1 3 непосредственно, а с интерфейсом 14 - через элемент 17 задержки, необходимый для синхронизации работы устройства. Связь интерфейса 14 с микро-ЭВМ 12 осуществляется через шину 18 данных. Из массива восьмиразрядных портов интерфейса выделены порты, в которые осуществляется запись данных с преобразователей, соответствующих L (oi) и f, и поступают команды запуска программы и выбора режима.

В качестве ключей в блоке 15 и переключателе 16 можно использовать реле РЭС-44 с магнитоуправляемыми контактами.

Устройство работает следующим образом.

Если к индуктору приложено напряжение от высокочастотного генератора, ток через индуктор протекает как при отсутствии загрузки в нем (т.е.

на холостом ходу), так и. при размеще-

НИИ в его полости нагреваемой заготовки (в рабочем режиме), Сигналы, пропорциональные мгновенным значениям напряжения и тока индуктора, снимаются с выхода масштабных преобразователей 1 и 6 соответственно и поступают на входы выпрямителей 2 и 7. Выходные напряжения выпрямителей 2 и 7 соответственно равны

холостом ходу), так и

К J, . и- coscf и ,

а холостом ходу), так и. при размеще-

где и, I, q)

К

действующие значения напряжения и тока индуктора, а также фазовый угол между мгновенными значениями тока индуктора и напряжения;

коэффициент передачи i-ro блока.

Выходное напряжение вычитающего блока 8 равно К Ucoscf-K I. Поэтому выходные напряжения квадраторов 3 и 9 соответственно равны K.U (KjUcosCf-K-t 1) . Потенциометрический регулятор 10 является пропорциональным звеном. Напряжение с его выхода поступает на преобразователь 11 перемещения подвижной части регулятора в код, а также на блок 4, выходной сигнал которого, равный. (UIcosC{ -

у

г

индицируется измерительным

31

прибором 5, Измерение мощности индуктора производится в два этапа. На первом этапе переключатель 16 разомкнут и производится уравновешивание двух сигналов, один из которых про- порционален полной мощности на зажимах индуктора, а второй - вычитаемому. При отсутствии загрузки индуктора подводимая к нему от генератора энергия затрачивается в самом ин- дукторе, т.е. полная мопщость равна мощности потерь. Следовательно,

|Г

-- R, где R - собственное активное

К

сопротивление индуктора. Последнее вследствие поверхностного эффекта зависит от глубины проникновения энергии, являющейся сложной функци- ей частоты генератора, в материал индуктора.

Поэтому уравновешивание производится во всем диапазоне рабочих частот для каждого дискретного значения, код которого вырабатывается пре

образователем 13, на .вход которого поступает сигнал, пропорциональ 1ый напряжению индуктора. В качестве преобразователя 13 целесообразно использовать серийный частотомер, имеющий выход на цифропечатающее устройство, сопрягаемый с микро-ЭВМ 12, например Ф5137, Ч3256, 43-57 и т.д. Изменение частоты генератора производится из- вестньми способами. Например, для автогенератора целесообразно изменят параметры регулируемых элементов колебательной системы. В серийных отечественных генераторах серии ВЧИ(ВЧС это достигается с помощью катушек связи с нагрузочным контуром или об- ратной связи. При ручном уравновешивании в качестве потенциометричес- кого регулятора целесообразно использовать серийные ползунковые реостаты (поворотные или линейные). Наиболее удобно в качестве преобразователя 11 использовать контактный квантующий преобразователь угла поворота кольцевого реостата в число импульсов, реостат может быть выполнен, например, в виде параллельно навитых в один слой двух обмоток, одна из которых - из неизолированного провода. Скользящий контакт при вращении периодически замыкает и размыкает цепь этой обмотки, генерируя электрические импульсы в виде последовательного одноканального число-им-

5 О

t5

20

25.

- 35

5

0

5

U4

пульсного кода. Для сопряжения с микро-ЭВМ этот код следует преобразовать в один из цифровых кодов обычным способом.

Уравновешивание может быть выполнено и с помощью автокомпенсатт)ра, который в этом случае играет роль как потенциометрического регулятора, так и измерительного прибора. Для этого подходят, например, серийные приборы типа КП, КС или КВ. Угол об или линейное перемещение L автокомпенсатора преобразуются механическим или электромеханическим путем в число оборотов выходной оси, которое подсчитывается счетчиком. В таком автокомпенсаторе целесообразно использовать второй реохорд, с которого снимается напряжение, пропорциональное углу поворота. Для сопряжения с микро-ЭВМ это напряжение должно быть последовательно проинтегри- рованно, преобразованно в частоту и в один из цифровых кодов.

В предлагаемом устройстве целесообразно использовать серийную микро- ЭВМ, например ДВК-2, СМЗ, СМ4. В этом случае связь микро-ЭВМ 12 с преобразователями М и 13 осуществляется с помощью интерфейса .типа И-5 по шине 18 (Q-BUS или UNIBUS).

После изменения частоты генератора на заданный шаг подается команда запуска программы с блока 15, которая открывает преобразователи 11 и 13, пройдя через элемент 17 задержки, поступает в соответствующий порт интерфейса 14, разрешая запись данных в порты L (fli,) и f.

Программа должна выполнить команду, которая передает содержание порта в один из регистров процесса. микро-ЭВМ. Протокол синхронизации при чтении данных обычен: посылка импульса, когда процессор готов для чтения данных, активирование операции ввода и т.д.

Таким образом, в памяти микро-ЭВМ образуется таблица зависимости L или оС от f, что соответствует зависимости сопротивления R от f в диапазоне .рабочих частот.

Измерения на втором этапе производятся в режиме нагрева детали, помещенной в индуктор.

При -том же положении потенциометрического регулятора 10, что и при последнем уравновешивании на. хопостом ходу, показания измерительного прибора 5 пропорциональны мощно- сти индуктора за вычетом потерь в нем, т.е. мощности в нагрузке. Но

поскольку частота в рабочем режиме не соответствует в общем случае частоте при холостом ходе, в показания индикатора должна быть внесена поправка, соответствующая разности указанных частот. Поскольку код частоты в рабочем режиме известен, то, выбирая из памяти ЭВМ соответствующий этому коду код перемещения потенцио- метрического регулятора, изменяют по

ложение последнего.

Обращение в памяти ЭВМ с целью выбора из заложенной в ней таблицы значения частоты, наиболее близкой к частоте рабочего режима, как и работа устройства на холостом ходу, обеспечивается алгоритмом.

В режиме измерения производится поиск в памяти машины значения частоты, наиболее близкой к рабочей. Для этого код последней сравнивается с последовательно возрастающими значениями частот, заложенных в памяти.

Составитель В. Егоров Редактор Л. Гратилло Техред А.Кравчук Корректор Л. Пилипенко

Заказ 1793/36 Тираж 731Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

89146

Когда значение рабочей частоты превысит текущее, этот момент фиксируется и производится коррекция положения потенциометрического регулятора. Истинное значение перемещения L находится как среднее арифметическое двух значений, соответствующих ближайшим большему и меньшему значеfO

ниям L, и L,

5

0

5

Формула изобретения

Ус;тройство для измерения мощности индуктора по авт. св. № 978061,. отличающееся тем, что, с целью расширения области применения устройства за счет учета изменения частоты при переходе от холостого хода к рабочему режиму, оно дополнительно содержит преобразователи частоты генератора и перемещения потенцио- метрического регулятора в коды, выходы которых подключены к соответствующим входам интерфейса микро-ЭВМ, а входы раздельно соединены с выходами масштабного преобразователя напряжения индуктора и потенциометрического регулятора соответственно.

Изобретение может быть использовано для измерения мощности нагревательных индукторов в установках ч. для производства полупроводниковых приборов. Цель изобретения - расшире ние области применения устройства. Устройство содержит масштабный преобразователь 1 напряжения индуктора, фоточувствительный выпрямитель 2, квадраторы 3 и 9, вычитающие блоки 4 и 8, масштабный преобразователь 6 тока индуктора, выпрямитель 7, потен- циометрический регулятор 10, микро- ЭВМ 12 и измерительный приббр 5. Введение преобразователей 13 и 11 частоты генератора и перемещения по- тенциометрического регулятора 10 позволяют учитывать изменения частоты при переходе от холостого хода к рабочему режиму. 2 ил. i (Л ГЧ)