Устройство для стабилизации вакуума

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАБШ1ИЗАЦИИ ВАКУУМА, содержащее датчик давления, задатчик, блок сравнения, генератор стабильной частоты, подключенный к делителю частоты, управляющие ключи, кодовые коммутаторы, блок синхронизации , исполнительные органы, причем обмотка управления каждого исполнительного органа подключена к сети через симисторный коммутатор, о т личающееся тем, что, с целью увеличения точности устройства при обеспечении постоянства соотношения компонентов остаточного давления и расширения диапазона уставок вакуума, в него введены счетчикдешифратор , первьй RS-триггер, элемент задержки, выполненньй в виде суммирующего счетчика-дешифратора, два элемента 2И-НЕ и первый счетчик, причем блок сравнения вьшолнен в виде реверсивного счетчика, подключен- . ного разрушающим входом к выходу элемента 2И, а входами прямого и об . ратного счета - к выходам второго RS-триггера, входы которого попарно объединены с входами элемента 2И, блок синхронизации вьшолнен в виде последовательно соединенных нуль-органа ,инвертора и третьего RS-триггера, симисторный коммутатор выполнен в виде симистора, подключенного управляющим электродом к выходам двух управляющих ключей, задатчик вьшолнен в виде последовательно соединенных кнопочного номеронабирателя и второго счетчика, при этом первый, второй и третий кодовые коммутаторы объединенными информационными входами подключены к выходам делителя частоты, а управляющими входами первьй кодовьй коммутатор подключен к выходам первого счетчика, подключенного входом к датчику давления,второй кодовьй коммутатор управляющими входами подключен к выходам второго счетчика, объединенным с информационными входами реверсивного счетчи (Л ка, связанного выходами с управляющими входами третьего кодового коммутатора ,-подключенного выходом через последовательно соединенные счетчик-дешифратор и дервьй RS-триггер к разрешающему входу, а непосредственно - к информационному входу четвер4 2 того кодового коммутатора, соединенСО ного управляклцими входами также с выо ходами третьего RS-триггера,а выходаО ) ми - с входами управляющих ключей первого симисторного коммутатора и с входами суммирующего счетчика-дешифратора , подключенного выходом к объединенным первым входам двух элементов 2И-НЕ, вторые входы которых подключены к выходам третьего RS-триггера , один из выходов которого подсоединен к R-входу первого RS-триггера, выходы элементов 2И-НЕ подключены к входам управляющих ключей второго симисторного коммутатора, а выходы первого и второго кодовых коммутаторов подключены к входам элемента 2И.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (I9) (I I ) 4(5)) F 15 В 3 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

llO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3651221/24-24 (22) 05. 10. 83 (46) 07.04.85. Бюл. Ф 13 (72)В.П.Решетов,).А.КаюковН.Н.Ермолов (53) 621.555.6(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 832090, кл. F 15 В 3/00, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР .по заявке N - 3374076/06, кл. F 15 В 3/00, 20.03.83 прототип.) (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ

ВАКУУМА, содержащее датчик давления, задатчик, блок сравнения, генератор стабильной частоты, подключенный к делителю частоты, управляющие ключи, кодовые коммутаторы, блок синхронизации, исполнительные органы, причем обмотка управления каждого исполнительного органа подключена к сети через симисторный коммутатор, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения точности устройства при обеспечении постоянства соотношения компонентов остаточного давления и расширения диапазона уставок вакуума, в него введены счетчикдешифратор, первый RS-триггер, элемент задержки, выполненный в виде суммирующего счетчика-дешифратора, два элемента 2И-HE и первый счетчик, причем блок сравнения выполнен в виде реверсивного счетчика, подключенного разрушающим входом к выходу элемента 2И, а входами прямого и обратного счета — к выходам второго

RS-триггера, входы которого попарно объединены с входами элемента 2И, блок синхронизации выполнен в виде последовательно соединенных нуль-органа,инвертора и третьего RS-триггера, симисторный коммутатор выполнен в виде симистора, подключенного управляющим электродом к выходам двух управляющих ключей, задатчик выполнен в виде последовательно соединенньтх кнопочного номеронабирателя и второго счетчика, при этом первый, второй и третий кодовые коммутаторы объединенными информационными входами подключены к выходам делителя частоты, а управляющими входами первый кодовый коммутатор подключен к выходам первого счетчика, подключенного входом к датчику давления,второй кодовый коммутатор управляющими входами подключен к выходам второго счетчика, объединенным с информационными входами реверсивного счетчика, связанного:выходами с управляющими входами третьего кодового коммутатора, подключенного выходом через последовательно соединенные счетчик-дешифратор и первый RS-триггер к разрешающему входу, а непосредственно — к информационному входу четвертого кодового коммутатора, соединен" ного управляющими входами также с выходами третьего RS-триггера,а выходами - с входами управляющих ключей первого симисторного коммутатора и с входами суммирующего счетчика-дешифратора, подключенного выходом к объединенным первым входам двух элементов 2И-НЕ, вторые входы которых подключены к выходам третьего RS-триггера, один иэ выходов которого подсоединен к R-входу первого Rs-триггера, выходы элементов 2И-НЕ подключены к входам управляющих ключей второго симисторного коммутатора, а выходы первого и второго кодовых коммутаторов подключены к входам элемента 2И.

1149060

55

Изобретение относится к области электропневмоавтоматики и может быть использовано в агрегатах нанесения покрытий, использующих, например, электронно-лучевое термическое испарение материалов в вакуумных камерах с нормированным технологическим процентнвы отношением компонентов остаточного давления.

Известно устройство для частотно- 10 .фазовой стабилизации вакуума, содержащее корпус с размещенным в нем подвижным плунжером, подводящий и отводящий каналы, электромеханический преобразователь с обмоткой управления, 15 подключенной к системе управления, и блок сравнения (1 ).

Недостатком данного устройства является низкая точность из-эа существенной нелинейности его характеристик. 20

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство стабилизации вакуума, некритичное к внешним условиям и содержащее систему импульсно-фазового управле-.,;-.; д5 ния, включающую симистор, генератор пилообразного напряжения, компараторы (устройство сравнения), управляемый ключи, диодные матрицы, резистивный делитель, задатчик степени ваку- 0 ума, датчик и элемент 2ИЛИ-НЕ, а также стабильный генератор с подсоединенным делителем частоты, подключенным через управляемые ключи к усилителю-модулятору, и корректирующие резисторы, при этом исполнительный ор35 ган выполнен в виде пролетного золотника, перекрывающего в крайних положениях входной и перепускной каналы натекателя в вакуумную камеру 2

Недостатки известного устройства заключаются в том, что оно не обеспечивает с достаточной точностью .стабилизацию вакуума в широком диапазоне уставок вакуума, а также не позволяет проводить регулировку соотношения компонентов реагента остаточного давления.

Целью изобретения является увеличение точности устройства при обеспечении постоянства соотношения компонентов остаточного давления и расширения диапазона уставок вакуума.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для стабилизации вакуума, содержащее датчик давления, задатчик, блок сравнения, 2 генератор стабильной частоты, подключ"- нный к делителю частоты, управляющие ключи, кодовые коммутаторы, блок синхронизации, исполнительные органы, причем обмотка управления каждого исполнительного органа подключена к сети через симисторныи коммутатор, введен счетчик-дешифратор, первый RS-триггер, элемент задержки, выполненный в виде суммирующего счетчика-дешифратора, два элемента 2И-НЕ и первый счетчик, причем

-блок сравнения выполнен в виде реверсивного счетчика, подключенного разрешающим входом к выходу элемента 2И, а входами прямого и обратного счета — к выходам второго RS-триггера, входы которого попарно объединены с входами элемента 2И, блок синхронизации выполнен в виде последовательно соединенных нуль-органа, инвертора, и третьего RS-триггера, симисторный коммутатор выполнен в виде симистора, подключенного управляющим электродом к выходам двух управляющих ключей, задатчик выполнен в виде последовательно соединенных кнопочного номеронабирателя и второ"

I го счетчика, при этом первый, второй и третий кодовые коммутаторы объединенными информационными входами подключены к выходам делителя частоты, а управляющими входами первый кодовый коммутатор подключен к выходам первого счетчика, подключенного входом к датчику давления, второй кодовый коммутатор управляющими входами подключен к выходам второго счетчика, объединенным с информационными вхоДами реверсивного счетчика, связанного выходами с управляющими входами третьего кодового коммутатора, подключенного выходом через последовательно соединенные счетчик-дешифратор и первый RS-триггер к разрешающему входу, а непосредственно - к информационному входу четвертого кодового коммутатора, соединенного управляющими входами также с выходами третьего RS-триггера, а выходами — с входами управляющих ключей первого симисторного коммутатора и с входами суммирующего счетчика-. дешифратора, подключенного выходом к объединенным первым входам двух элементов 2И-НЕ, вторые входы которых подключены к выходам третьего RSтриггера, один из выходов которого

60 4

3 11490 подсоединен к R-входу первого RS-триггера, выходы элементов 2И-НЕ подключены к входам управляющих ключей второго симисторного коммутатора, а выходы первого и второго кодовых ком5 мутаторов подключены к входам элемента 2И.

Такая структура предлагаемого устройства обеспечивает следящий режим за заданным задатчиком давлением в вакуумной камере синхронным изменением интенсивности работы работающих с разной интенсивностью исполнительных органов, т.е. при отработке рассогласований. При этом исключаются погреш-<5 ности широтно-импульсного управления, ратора, так как в сравнении с извест-, ным устройством эти элементы в струк25 лельным вводом информации по D--вхо1

ЗО. дам, подключенный к элементу 2И 20

40

Цифровая задача номера обеспечивает необходимую линейность без какихлибо подстроечных резисторов как, на- 5 структуры соответственно блоков срав-5О нения и синхронизацни и каждого симисторного коммутатора; на фиг.5— диаграммы, поясняющие принцип частот55 образуемые нелинейностью генератора пилообразного напряжения и погрешностями срабатываний амплитудного компатуре предлагаемого устройства отсутствуют, Синхронная обработка рассогласований исполнительных органов определяет постоянство порциальных отношений втекающих в вакуумную камеру компонентов.

Диапазон уставах давления в вакуумной камере расширен счетчиком расширения до дискретно приближающейся к координатной оси кривой, так как осуществлена синхронизация работы устройства с источником переменного напряжения в соответствии с изменением коэффициента деления i счетчика при срабатывании исполнительного органа в выбранный полупериод питающего напряжения переменного тока, причем порядковый (и+1) номер полупериода срабатывания в группе пропущенных

i„-полупериодов определяется коэффициентом деления. пример, это осуществляется в известном устройстве, На фиг.1 изображена структурная блок-схема устройства; на фиг.2-4— но-фазового управления (вместо известного широтно-импульсного управ ления симистором на базе сравнения амплитуд с линейно изменяющимся напряжением); на фиг.6 — диаграммма зависимости времени t от полупериода напряжения Е и периода 1; на фиг.7 и 8 — диаграммы, поясняющие соответственно работу элементов импульсно-фазового управления, когда пеи и риод измерительного импульса 2 короче частотно-нормированного импульса "3 и когда он длиннее частотно-нормированного (Q — диаrpaMма срабатываний RS-триггера в блоке сравнения, à — диаграмма тактирования реверсивного счетчика этого блока в режиме суммирования и в режиме вычитания).

Устройство для частотно-фазовой стабилизации вакуума содержит (фиг.1) исполнительные органы 1 и 2, датчик 3 давления,задатчик 4, блок 5i сравнения, генератор 6 стабильной частоты, подключенный к делителю 7 частоты, кодовые коммутаторы 8-11, блок 12 синхронизации, симисторные коммутаторы 13 и 14, элемент 15 задержки, два элемента 2И-НЕ 16 и 17 и первый счетчик 18, подключенный к датчику 3. !

Блок 5 сравнения включает реверсивный счетчик 19 (фиг.2) с парали к выходам второго RS-триггера 21, блок 12 синхронизации включает нульорган 22 (фиг.3), подключенный через инвертор 23 к третьему RS-триггеру

24; симисторные коммутаторы 13 и 14 включают (фиг.4) симистор 25, подключенный к выходам двух управляющих ключей 26 и 27; задатчик 4 включает кнопочный номеронабиратель 28 (фиг.1) с вторым счетчиком 29 шагового набора и счетчик-дешифратор 30, объединенный с дешифратором, который подключен к первому RS-триггеру

31; элемент 15 задержки состоит иэ суммирующего счетчика-дешифратора

32, объединенного с дешифратором.

В качестве исполнительных органов

1 и 2 (фиг.1), обеспечивакицих дозированное поступление компонентов в вакуумную камеру с производительностью, определяющей необходимое соотношение К= Я (Й2, где („и QZ— производительность, могут быть использованы либо пролетные механические золотники, перекрывающие перепускной канал в крайних положениях, либо сегнетоэлектрические элементы, обеспечивающие микроперемещения под

11490

S действием проложенного напряжения, что требует создания микроклимата работы.

В системе управления датчик 3 . (фиг. 1} преобразует остаточные давления в вакуумной камере в частотный функциональный сигнал-меандр, который при помощи счетчика-.делителя 18 воздействует на управляющие S -входы кодового коммутатора 8.

Кодовые коммутаторы 8-10 в соответствии с кодом числа на управляющих S. -входах коммутаторов подключают

А. -шину входа на выход. Например, 1 и и при коде числа "1 подключается пер-. вая шина, при коде числа "2" — вторая и т.д.

Кодовый коммутатор 11 подключает входную х-шину на выходах х и у в соответствии с двоичным кодом на управляющих Я и 8 -входах, причем код определяется работой триггера 24 блока 12 синхронизации: в.положительный полупериод переменного напряжения сигнал на х-входной шине передается на х -выход, а в отрицательный полупериод — на у -выход. Алгоритм работы кодового коммутатора 11 представлен в таблице (стрел.ками условно изображены подключения вход — выход).

Из алгоритма видно, что при параллельном подключении к входам первого канала входов второго обеспечивается синхронная отработка рассогласований . при масштабировании уставок требуемого соотношения компонентов

К =—

0 (1) 40

e„ выбором периода задержки элементом 15 задержки (фиг. 1) . Коэффициент К при отработке рассогласований - величина постоянная K=const.

Блок 12 синхронизации (фиг.3) обеспечивает посредством нуль-органа

22, формирующего строб-импульс перехода синусоиды через нуль, сброс делителя 7 и счетчика 18 для формирования первым нормированных частотных

50 импульсов (фиг.5) поджига симисторного коммутатора и измерительных импульсов вторым, а также синхронные переключения триггера 24 в каждый полупериод напряжения Е . Триггер 24 типа

КЗ выполнен на базе ЕС логики, что обеспечивает высокую помехозащиту, так как при поступлении в положительный полупериод единичного сигнала "1" с второго выхода нуль-органа 25 инвертором 23 формируется логический "О", обеспечивающий переключение триггеров по С-входу. В отрицательный полупериод на втором выходе нуль-органа 25 формируется логический "0" и триггер

27 переключается по приоритетному

R-входу в исходное состояние при высокой помехозащите и надежности работы.

Задатчик 4 вакуума посредством кнопочного номеронабирателя 28 обеспечивает необходимое заполнение счетчика 29 в соответствии с технологическим требованием к степени давления в вакуумной камере. Блоком в составе дешифратора и индикатора (не изображено) обеспечивается воэможность визуального контроля набранного в счетчике числа, причем в зависимости от этого числа коммутируется та или иная информационная шина кодового коммутатора 9. Таким образом, задатчиком 4 обеспечивается выбор частотно-нормированного импульса с соответствующей фазой поджига . симисторного коммутатора (фиг.5), что определяет шаговый расход натяжения компонентов в вакуумную камеру. Если элемент 15 задержки (фиг.1) настроен на нулевую задержку, то условия поджига симисторных коммутаторов 13 и

14 одинаковые и отношение втекающих компонентов равно единице, а при задержке на ь период коэффициент не равен единице.

Возможно регулировать коэффициент отношения в диапазоне дискретных чисел К=1 .. 0 посредством переключе. ния шин дешифратора в счетчике-дешифраторе 32.

Устройство для частотно-фаэовой стабилизации вакуума работает следующим образом.

Пусть задатчиком 4 вакуума (фиг.1) установлена фаза поджига симисторного коммутатора 13 (фиг.5, диаграмма 3), соответствующая визуальному наблюдению цифры "3" на индикаторах и q — расходу натекания ь первого компонента за полупериод при фазе . Элементом 15 задержки (фиг. 1) обеспечиваются задержка импульса поджига симисторного комму.татора 14 (фиг.5) и, следовательно, другой расход натекания второго ком- понента

1149060

8 кодовое значение которого (в двоичном коде) воздействует на S, -входы управ1 ления кодового коммутатора 10 (фиг.1), определяя выбор А шины, которая подключается к выходу, и, следовательно, нормированный импульс с выхода делителя 7, определяющий фазу . поджига

1 симистора в коммутаторе 13 и фазу (V. — 9 ) (фиг.5, диаграмма Д ) поджига симистора в коммутаторе 14, воздействует на х-вход кодового коммутатора 11. В зависимости от кодовой информации (таблица) на А и В -входах кодового коммутатора 11 в положительные полупериоды напряжения f сигнал с с х-шины (фиг.1) поступает на х -выход, а в отрицательное полупериоды— на у -выход, обеспечивая открывание соответственно управляемых ключей

26 и 27 (фиг.4) и поджиг симистора

25 в соответствующей фазе положительным и отрицательным напряжениями +1 ем и -демблоков смещения.

Если ключи 26 и 27 выполнены на ос- = нове одновибраторов, ток управляющего электрода симистора отсекается заблаговременно до окончания коммутации симистора.

Импульсы с выходов кодового коммутатора 11 (фиг.8 и 9, диаграмма A} фазовым фронтом производят сброс счетчика-дешифратора 32 (фиг.1), объединенного с дешифратором и появляется возможность его тактирования в 7-период (фиг. 5, диаграмма A ), длительность которого определяется подключением объединенного входа элементов 2И-НЕ 16 и 17 к выходной шине дешифратора с соответствующим номером. На выходе этих элементов формируется сигнал в полярные полупериоды напряжения f на вторых входах от блока 12 синхронизации.

Рассмотрим работу элементов расширения диапазона в задатчике 4, позволяющую обеспечить напуск весьма малых объемов компонентов в вакуумную камеру при малых давлениях, например 10 мм рт.ст. где q u q — расход в полупериоде, и — число полупериодов.

Общий расход — Я +Я

Датчик 3 давления частотного преобразования формирует, частоту им- пульсов, пропорциональную давлению, f = ф (р)"- р.

Э 10 где р — давление; к —. коэффициент пропорциональности.

Число импульсов, записанное в счетчике 18 с момента его сброса строб-импульсом нулевого перехода синусоиды f (фиг.5, диаграмма А ) ° определяет выбор нормированного импульса на соответствующей шине А. кодоl ваго коммутатора 8, например, периодом t (фиг.5, диаграмма 2), который проходит на его выход и сравнивается в блоке 5 сравнения с импульсом, прохождение которого на выход кодового коммутатора 9 с делителя 7 определено 25 задатчиком 4.

Импульсы стабильного генератора 6 на выходах делителя 7 формируют нормированные частотные импульсы (фиг.5) с совпадающим передним фронтом, так

30 как осуществляется сброс делителя по

R-входу.

Сравнение импульсов "2" и "3" (фиг.8) в блоке 5 сравнения (фиг. 1) осуществляется по длительности периода (а не по амплитуде как в известном устройстве) на элементе 20 (фиг.2), выходной импульс которого периодом (Т -С2) разрешает тактирование реверсивного счетчика 19, в который разрешающим строб-импульсом нулевого пере40 хода f записана параллельно введенная кодовая информация со счетчика 29 (фиг. 1) no D; — âõoäàì. При тактировании счетчика 19 он работает в режиме суммирования (фиг.7, диаграмма Г), 45 так как триггер 21 (фиг.2) формирует импульс Г„= (-т. ) (фиг. 7, диаграмма

Й от задних фронтов импульсов по

RS-входам с переходом в состояние

Q(eP<()

Если импульс "2" имеет большую длительность периода и ) с, то триггер переходит в состояние Я 1Я д1 счетчик 19 тактирует в режиме вычитания (фиг.8, диаграмма Г).

Сигнал рассогласования к концу полупериода измерения представлен.числом в счетчике 19 блока 5 сравнения, 1

Импульсы нормированной длительности, которыми формируется закон отработки рассогласования, тактируют счетчик-дешифратор 30 (фиг. 1), заполняя его и последовательно коммутируя шины объединенного с ним дешифратора. При срабатывании RS-триггера 31 по S-входу по окончании периода (фиг.6) снимается запрет

1149060 ременного жения

Положительный

Отрицательный х — у

Запрет

Любая комбинация тактирования

9 стробирования коммутатора 11 по W входу и в полупериоде (i+1) после пропуска (i Т/2) полупериодов срабатывают исполнительные органы 1 и 2 (фиг. 1) . Возврат триггера 31 в ис- 5 ходное состояние осуществляется по

К-входу от импульса блока синхронизации. Для отключения расширенного диапазона Б-вход триггера 31 подключают к шине "Общий", что переводит триггер в состояние Я о, разрешающее стробирование кодового коммутатора 11.

Сравнение импульсов по длитель- 15 ности периода их формирования (фиг.7 и 8) обеспечивает качественно отличное формирование закона сигнала отработки рассогласования — напуск компонентов в вакуумную камеру с 20 большей или меньшей производительностью по нелинейному закону со знаком, обеспечивающим компенсацию отклонения давления от неравномерности откачки вакуумного насоса, от 25 процесса испарения покрытия и т.д. при сохранении процентного соотношения напускаемых компонентов, При частотном нормировании импуль-3р сов, которые сравниваются с импульсами, полученными в результате измерения давления по длительности периода, оказывается возможным упразднить генератор линейно изменяющегося на35 пряжения и компаратор в схеме сравнения и этим устранить погрешности нелинейности и амплитудного сравнения, упростить наладку и обеспечить большую унификацию элементов структуры 4о системы управления. Кроме того, обеспечивается расширение диапазона уставок, ограниченного только емкостью используемых счетчиков. г

Предложенное техническое решение дает возможность использовать в качестве исполнительных органов или электромеханический преобразователь на базе пьезоэлементов, или преобразователи с пролетными золотниками, перекрывающими каналы в крайних положениях (последний использован в известном устройстве), т.е. функциональные возможности предложенного устройства расширены.

Базовое устройство для стабилиза-ции — импортный натекатель газа (Франция) с системой управления, которая не обеспечивает достаточной

Г точности стабилизации вакуума при изменении внешних условий и достаточно стабильное соотношение напускаемых компонентов в результате использова- ния широтно-импульсного управления (одна из причин).

Модернизация системы управления на базе устройства частотно-фазовой стабилизации позволяет улучшить точность стабилизации при стабильных соотношениях компонентов, упростить наладку системы и автоматизировать процесс натекания и стабилизации, в частности, при двух компонентах натекания.

Предлагаемое техническое решение перспективно, так как дает возможность использовать при безлюдном технологическом процессе микропроцессор с числовым управлением. Система управления реализуется в виде твердотельной схемы на сравнительно небольшой печатной плите.

Экономический эффект от реализации предлагаемого изобретения определяется улучшением качества напыляемых изделий, упрощением наладочных работ и возможностью ведения безлюдного технологического процесса.

1149060 х, х, Фиг.2

1149060

Фиг5

П ФГ ц Н

Фщ,7

Ф

ВНИИПИ Заказ 1851/25 Тираж 648 Подписное филиал. ППП "Патент", r.ужгород, ул. Проектная, 4