Устройство для частотно-фазовой стабилизации вакуума

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 801867254 А 3(59 Р 15 В О ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ АНИЕ ИЗОБРЕТЕНДЕТЕЛЬСТВУ ТОРСНОМУ(21) 3374076/25-06 и с двумя управляемыми ключами, си"1 (22) 31.12,81 мистором, элементом ИЛИ-НЕ, инверто- (46) 15.01,84, Бю ром, делителем напряжения, блоком (72) В.П.Решетов, ин, смещения, а также ограничительным НН,Ермолов, Ю,А,и корректирующими резисторами, при и Л,В,Решетова этом делитель частоты .подключен че- (53) 62.521 .(088.8) рез управляемые ключй к управляюще- (56) 1Авторское свидетельство СССР му входу модулятора и через генера- Р 832090, кл. Р 15 В 3/00, 1980. тор пилообразного напряжения - к2,Приборы и техника.эксперимен- одному из входоз первой диодной матта. МНаука ф, В 5, 1980, с.231, рицы, другие входы которой соединерис. 1 3 (прототип), ны через корректирующие резисторыс выходами компараторов первого бло- (54) (57) устРОйСтВО Для ЧАСтатНО- ка сравнения, отрицательные входы фАЗОВОИ СтАБИЛИЭАЦИИ ВАкуУМА, содер- которых подключены к блоку смещения, жащее корпус с размещенным в нем , а выходы первой диодной матрицы подвижным плунжером, подводящий и соединены с положительным входом вИ отводящий каналы, датчик давления одного и отрицательным входом второ- в отводящем канале, электромехани- . го компараторов второго блока сравческий преобразователь с обмоткой нения другие входы которых соедине" управления, подключенной к системе ны с выходами второй диодной матри- ( управления, включающей задатчик, цы, один из входов последней соедиблок сравнения, выполненный из па" нен с выходом элемента ИЛИ-НЕ, дру." Я раллельно соедйненных компараторов, гой - с эадатчиком, а остальные чесвязанных положительными входами с рез корректирующие резисторы - с датчиком давления, генератор ста- выходами остальных .компараторов пербильного напряжения, связанный вы- . вого блока сравнения, отрицательные ходом через дедитель частоты с моду"входы которых подключены к блоку сме лятором, связанным с блоком сравне" щения, причем входы элемента ИЛИ-НЕ ния и с обмоткой управления, а так- соедийены с выходами третьей диодной в 1 же управляемые ключи,. соедийенные матрицы, общин из входов которой че" управляющими входами с выходом бло; рез делитель напряжения, а другой м ка сравнения, о т л и ч а ю щ е е - вход черезделитель напряжения и ин-с я тем, что, с целью повыаения . вертор соединены с анодом симистора, точности, электромеханический пре- связанным с модулятором, кроме того, образователь снабжен двумя обращен- выходы третьей диодной матрицы подными друг к другу полюсами взаимно" ключены к управляющим входам ключей го отталкивания постоянными магии- второго блока сравнения, один из ко- фр тами, один из которых закреплен на . торых подключен к выходу соответстплунжере, а другой - в корпусе, а вующего компаратора анодом, а другой- система управления снабжена гейера- катодом, а другие электроды этих тором пилообразного напряжения, тре-, ключей через ограничительный резисмя диодными матрицами, вторым бло- . тор соединены с управляющим входом ком сравнения с двумя компараторами. симистора. л, В 2А,Д.КривопишКаюков10 б 7254Изобретение относится к электропиенмоантоматике и может быть использовано в агрегатах нанесения покрытий, использующих электроннолучевое термическое испарение материалов.Известно. устройство для частотнофазовой стабилизации вакуума, содержащее корпус с размещенным в немподвижным плунжером,.подводящий иотводящий каналы, электромеханический преобразователь с обмоткой управления, подключенной к системеуправления и блок сравнения 11Недостатком известного устройства является низкая точность из-засущественной нелинейности его характеристик.Известно также устройство длячастотно-фазовой стабилизации вакуума содержащее корпус с размещеннымн 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 из параллельносоединенных компараторов, связанныхположительными входами с датчикомдавления, модулятор, генератор стабильного напряжения, связанный выхо- Зо,дом через делитель частоты с модулятором, связанным с блоком сравненияи с обмоткой управления, а такжеуправляемые ключи, соединенные упранляющими входами с выходом блока сраннения С 214Недостатком данного устройстваявляется низкая точность из-за чувствительности к изменениям температуры, 4 ОЦель изобретения - повышение точности,Укаэанная цель достигается тем,что в устройстве для частотно-фазовой стабилизации вакуума, содержащем 45корпус с размещенным в нем подвижнымплунжером, подводящий и отводящийканалы, датчик давления в отводящемканале, электромеханический преобразователь с обмоткой управления, под- цключенной к системе управления,включающей задатчик, блок сравнения,выполненный из параллельно соединенных компараторов, связанных положительными входами с датчиком давления, модулятор, генератор стабильного напряжения, связанный с выходомчерез делитель частоты с модулятором, связанным с блоком сравненияи с обмоткой управления, а.такжеуправляемые ключи, соединенные управляющими нхЬдами с выходом блокасравнения, электромеханический преобразователь снабжен двумя обращенными друг к другу полюсами взаимного отталкивания постоянными магнита-.65 ми, один из которых закреплен наплунжере, а другой - в корпусе, асистема Управления снабжена генератором пилообразного напряжения, тремя диодными матрицами, вторым блоком сравнения с двумя компараторамии с двумя управляемыми ключами, симистором, элементом ИЛИ-НЕ, инвертором, делителем напряжения, блокомсмещения, а также ограничительными корректирующими резисторами, приэтом делитель частоты подключен через управляемые ключи к управляющему входу модулятора и через генератор пилообразного напряжения - кодному из входов первой диоднойматрицы, другие входы которой соединены через корректирующие резисторы с выходами компараторов первого блока сравнения, отрицательныевходы которых подключены к блокусмещения, а выходы первой диоднойматрицы соединены с положительнымвходом одного и отрицательным входом второго компараторов второгоблока сравнения, другие входы которых соединены с выходами второйдиодной матрицы, один из входовпоследней соединен с выходом элемента ИЛИ в , другой - с задатчиком,а остальные через корректирующиерезисторы - с выходами остальныхкомпараторов первого блока сравнения, отрицательные входы которыхподключены к блоку смещения, причемвходы элемента ИЛИ-НЕ соединены свыходами третьей диодной матрицы,один иэ входов которой через делитель напряжения, а другой черезделитель 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 другойкатодом, а другие электроды этихключей через ограничительный резис-.тор соединены .с управляющим входомсимистора. 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 поджигасимистора, В,Г - диаграммы импульсов на выходах компараторов второгоблока сравнения; на фиг, 4 - диаграммы зависимости расхода рабочей средыот частоты, где А - диаграмма безкорректирующих резисторов,.Б - скорректирующими резисторами,Устройство для частотно-фазовойстабилизации вакуума содержит кор"пус 1 с раэме,енным в нем подвижнымплунжером 2, подводящий канал 3 иотводящий канал 4, датчик 5 давления в канале 4, электромеханическийпреобразователь 6 с обмоткой 7 управления, подключенной к системеуправления, включающей эадатчик 8,блок сравнения, выполненный иэ параллельно соединенных компараторов 109,10 и 11, связанных с положительными входами с датчиком 5, модулятор 12, генератор 13 стабильного напряжения, связанный входом через делитель 14 частоты с модулятором 12, 15связанным с обмоткой 7 управления,а также управляемые ключи 15-18,связанные управляющими вхОдами свыходами компараторов 9,10 и 11,Делитель 14 частоты подключен черезуправляемые ключи 15-18 к управляющему входу модулятора 12 и черезгенератор 19 пилообразного напряжения - к одному из входов первой дисцной матрицы 20 с диодами 21,22и,23, другие входы которой соединены через корректирующие резисторы24 и 25 с выходами компараторов 9и 10, отрицательные входы которыхподключены 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 28-31второй диодной матрицы 32, один иэвходов последней соединен с выходомэлемента 33 ИЛИ-НЕ, другой - с задатчиком 8, а остальные через корректирующие резисторы 34 и 35 - с 40выходами остальных компараторов (начертеже изображен компаратор 11)первого блока сравнения, отрицатель 45 55 К 50 где Р К уменьшению давления в вакуумной камере 49 соответствует увеличение напряжения выхода, что вызывает Последовательное срабатывание компараторов 9,10 и 11 в направлении от С к О. (где О - номер компараторл 65 ные входы которых подключены к блокусмещения,Входы элемента 33 соединены с выходами третьей диодной матрицы 36 сдиодами 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 диоднойматрицы 36 подключены к управляющимвходам ключей 42 и 43 второго блокасравнения, ключ 42 подключен к выходу компаратора 26 анодом, а ключ43 - к выходу компаратора 27 катодом, а другие электроды этих ключейчерез ограничительный резистор 44,соединены с управляющим входом симистора 41. В корпусе 1 установлен постоянный магнит 45 и немагнитная втулка 46,а на плунжере 2постоянный магнит 47, обращенный полюсом взаимного отталкивания к ключу 43, в корпусе 1 выполнен перепускной канал 48отводящий 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 положе" нии 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 систеМа управления отрабатывает возникшее рассогласование, например, по увеличению степени вакуума, когда необходимо увеличение расхода реагента.Датчик 5 осуществляет преобразо- ваниее давление в вакуумной камере;напряжение на выходе датчика;- коэффициент преобразователя.1067254 кретной коммутирующей частоты (фиг,3,15диаграмма Б), которая увеличиваетсяс уменьшением порядкового номераключа, коммутирует вход модулятора 12 и синхронизирует работу генератора 19 пилообразного. напряжения, 20Формирующего пилу напряжения ф"Поджиг симистора 41 в фазе 91(Фиг. 3, диаграмма Б), соответствующий моменту равенства пилообразного напряжения (фиг. 3, диаграмма А) и напряжениязадатчика Ояв 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 1 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 вторыд 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 минус- состояние (фиг. 3, диаграмма В)и отсечку управляющего тока симистора 41.5 Аналогично обеспечивается отсечка управляющего тока симистора 41 в отрицательный полупериод частотно- модулированного напряжения (фиг.З,25 30 35 40 50 В результате фаэовой коммутации ком й связанного с ним корректирующегорезистора) от номинально сработавшего компаратора. Причем в сработанном состоянии может находиться только один иэ них, так как с выходакаждого смежного компаратора при.его срабатывании от возрастающего напряженил предыдущий ряд переходит висходное состояние эа счет действияобратных связей с выхода каждогосмежного компаратора на предыдущий.В соответствии со срабатываниямикомпараторов 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 Аизображено для положительных полупериодов: ТиТ,. Т ), Пилооб"разное .напряжение сравнивается навходах компараторов 26 и 27 с напряжением уставки.ц задатчика 8(фиг. 3,. диаграмма А) в каждом изполупериодов и при превышении первого срабатывают компараторы 26 и 27, обеспечивая импульсно-фазовую коммутацию симистора 41 в цепи модулятора 12 и катуни 7, Увеличениечастоты (Фиг. 3, диаграмма Б) модуляции ведет к увеличению расходареагента (фиг, 4), Система уйравления отрабатывает рассогласованиепутем увеличения частоты частотнофазового регулирования, В сторонууменьшения осуществляется изменениерасхода реагента при другом знакеошибки рассогласования, т,е. привозмущении, когда степень вакуумаухудшается и давление в вакуумнойкамере увеличивается, Отличие приэтом состоит в том, что увеличениедавления 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 пере"ход в проводящее состояние соответ- .ствующего ключа иэ 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 симистора происходит следующим образом. Пусть в результате частотной .модуляции постоянного напряжения, осуществляемой модулятором 12 к анодусимистора 41 приложено напряжение,параторов 26 и 27, что является результатом .сравненйя напряжений наинвертирующем и неинвертирующемвходах операционных усилий, на базекоторых исполнены эти компараторы,через ключ 42 проходит положительный токовый импульс, ограниченныйпо амплитуде резистором 44 в цепиуправляющего электрода симистора 41.Ключ 42 находится в проводящем состоянии, так как положительное напряжение с анода симистора 41 черезделитель 39 и через диод 37 диоднойматрицы 36"открывает этот ключ, т.е,логическая единица со средней точки делителя 39 через диодную матрицу 36 открывает ключ 42,диаграмма Б) с той разницей, чтоинвертор 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 науправляющий вход ключа 43, переводяего в проводящее состояние. В фазовый момент коммутации компараторов26 и 27, что возникает после достижения равенства пилообразного .напря,жения и напряжения уставки на их входах, отрицательный токовый импульс с выхода компаратора 27 (Фиг.З, диаграмма Г) через резистор 44 коммутирует управляющий электрод, "под. жигаясимистор 41, (Симистор 41 с полной симметрией, которыйподжи-. 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 фподжига 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 улуч.шает линейность диапазона регулирования, расширяя диапазон уставок(фиг. 4, диаграмма Б). Количествокоммутирующих резисторов на краяхдиапазона зависит от конкретных условий, Два резистора на краях диапазона уже заметно спрямляют рабочуюхарактеристику (фиг. 4) устройства.Чем больше количество компараторовсодержит первый блок сравнения, тем .меньше дискрет частот, в диапазоне 15 которых. осуществляется частотнаясоставляющая регулирования. Тем са"мым возможность уменьшения влиянияинерционности плунжера, находящегося при отработке рассогласования вдинамическом состоянии различнойчастоты и скважности импульсов,обеспечивает увеличение точностипозиционирования. Это означает, чтозаданная степень вакуума, необходи мая для заданного технологического. процесса, поддерживается с большейточностью и стабильностью.1Использование данного изобретенияв агрегатах нанесения покрытий позволит повысить их точность и темсамым эффективность их использования.1 31067254 ставитель С,Рождественскийхред А. Бабинец орректор М. Редактор амен Подпис аказ 11174/4 Филиал ППП ффПатентф г,ужгород, ул.Проектная,4 Тираж 672 ВНИИПИ Государств по делаМ изобре 13035- Москва, Ж-Зного комитета СССРений и.открытийРаушская наб., д.4/5