專利名稱：直流程序升溫儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及真空技術(shù)，具體地說是一種直流程序升溫儀。
目前，在真空系統(tǒng)中，作程序升溫的裝置有兩類，一類是交流程序升溫儀，另一類是直流程序升溫儀。其中直流程序升溫儀的特點(diǎn)之一是輸出程序控制的直流低電壓、大電流，達(dá)幾安培至幾十安培。由于輸出直流電流較大，目前直流程序升溫儀的電流控制電路大多采用多級(jí)復(fù)合晶體管并聯(lián)電路，其驅(qū)動(dòng)電路比較復(fù)雜，器件較多，一般要采用2～3個(gè)晶體管驅(qū)動(dòng)電流控制電路中復(fù)合晶體管的1級(jí)，所以體積較大，費(fèi)用較高，另外還給安裝、維修帶來不便。
為了解決上述不足，本實(shí)用新型的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、運(yùn)行可靠的直流程序升溫儀。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的由光電隔離放大器、模擬放大器、光電耦合器、電流調(diào)整器、主直流電源、輔助直流電源組成，其中光電隔離放大器以計(jì)算機(jī)D/A端口0～10V的控制電壓為輸入信號(hào)，其輸出信號(hào)經(jīng)模擬放大器至光電耦合驅(qū)動(dòng)器，光電耦合器輸出端的電壓信號(hào)驅(qū)動(dòng)電流調(diào)整器，所述電流調(diào)整器由主直流電源輸出的直流電流控制，其輸出端的直流電流送入電爐，輔助直流電源提供一個(gè)高于主電源的直流電壓，加到光電耦合器的輸出端，以有效控制電流調(diào)整器，電爐中被加熱元件的采樣信號(hào)為模擬放大器輸入端比較信號(hào)；所述光電隔離放大器采用光電耦合器，PC計(jì)算機(jī)D/A接口輸出的0～10V的模擬控制電壓接光電耦合器一個(gè)輸入端，其輸出端送入模擬放大器中的差分放大器同相端；所述模擬放大器由差分放大器和晶體管串聯(lián)構(gòu)成，光電隔離放大器的輸出信號(hào)接差分放大器同相端，載有電爐中被加熱元件信號(hào)的第十三電阻接差分放大器負(fù)相端；差分放大器輸出端至一晶體管基極；所述光電耦合器為光電耦合元件其輸入信號(hào)來自模擬放大器中的晶體管，其一個(gè)輸出端接絕緣柵雙極晶體管的柵極；10伏交流電壓經(jīng)主直流電源的第一橋式整流器及并聯(lián)其輸出端的第一電阻、第二電容整流后，將直流電壓送入絕緣柵雙極晶體管的集電極；15伏交流電壓經(jīng)輔助直流電源的第二橋式整流器整流后輸出一個(gè)0～20V的控制電壓加在絕緣柵雙極晶體管的柵極；所述電流調(diào)整器采用絕緣柵雙極晶體管，其發(fā)射極至電爐中被加熱元件；在模擬放大器中的差分放大器同相端與光電隔離放大器中的的光電耦合器之間設(shè)手動(dòng)/自動(dòng)開關(guān)。
本實(shí)用新型的工作原理是加熱器中的熱電耦將檢測(cè)出的實(shí)際溫度信號(hào)經(jīng)前置放大器放大后反饋到PC計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)將程序輸出的溫度信號(hào)與實(shí)際檢測(cè)的溫度信號(hào)相比較，經(jīng)過數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換后由D/A口輸出0～10V的模擬信號(hào)，形成一個(gè)閉環(huán)控制。
本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)1.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠。所述絕緣柵雙極晶體管(Insulated Gate BipolorTransistor，縮寫IGBT)屬大功率元件，既具有場(chǎng)效應(yīng)管的電壓控制特性，又具有雙極晶體管的低飽和電壓的特點(diǎn)，所以只用一個(gè)光電耦合器就能驅(qū)動(dòng)，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)直流低電壓、大電流的控制，采用本實(shí)用新型無需選用多級(jí)復(fù)合晶體管并聯(lián)電路，簡(jiǎn)化了驅(qū)動(dòng)電路，器件較少。
2.價(jià)格低廉。與現(xiàn)有技術(shù)中同類設(shè)備相比，本實(shí)用新型成本低，如進(jìn)口日本同類設(shè)備花銷約2～3萬美元，而本實(shí)用新型則大約為8千人民幣。
3.安裝、維修方便。采用實(shí)用新型無需特殊維護(hù)。


圖1為本實(shí)用新型電路框圖。
圖2為本實(shí)用新型電路原理圖。
圖3為本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
實(shí)施例如圖1～2所示，由光電隔離放大器1、模擬放大器2、光電耦合器3、電流調(diào)整器4、主直流電源5、輔助直流電源6組成，其中光電隔離放大器1以計(jì)算機(jī)D/A端口0～10V的控制電壓為輸入信號(hào)，其輸出信號(hào)經(jīng)模擬放大器2至光電耦合器3，光電耦合器3輸出端的電壓信號(hào)驅(qū)動(dòng)電流調(diào)整器4，所述電流調(diào)整器4由主直流電源5輸出的直流電流控制，其輸出端的直流電流送入電爐7，輔助直流電源6根據(jù)負(fù)載功率大小提供一個(gè)高于主電源5的直流電壓，加到光電耦合器3的輸出端，以有效控制電流調(diào)整器4；電爐7中被加熱元件的采樣信號(hào)為模擬放大器2輸入端比較信號(hào)，這樣計(jì)算機(jī)輸出的程序溫度信號(hào)與實(shí)際溫度信號(hào)相比較，產(chǎn)生的差值信號(hào)送入電流放大器形成閉環(huán)控制。
所述光電隔離放大器1采用光電耦合器U3，PC計(jì)算機(jī)D/A接口輸出的0～10V的模擬控制電壓接光電耦合器U3一個(gè)輸入端，另一個(gè)輸入端經(jīng)第六電阻R6接地，其輸出端經(jīng)第七電阻R7和第十一電阻R11分壓后送入模擬放大器2中的差分放大器U2同相端。
所述模擬放大器2由差分放大器U2和晶體管Q2串聯(lián)構(gòu)成，光電隔離放大器1的輸出信號(hào)通過第十四電阻R14接差分放大器U2同相端，第十二電阻R12設(shè)在其同相端與地之間，載有電爐6中被加熱元件信號(hào)的第十三電阻R13經(jīng)第十五電阻R15接差分放大器U2負(fù)相端；差分放大器U2輸出端至一晶體管Q2基極，并經(jīng)串聯(lián)的第五電阻R5和第三電阻R3接地，所述兩個(gè)電阻的節(jié)點(diǎn)與差分放大器U2負(fù)相端之間設(shè)第四電阻R4，所述晶體管Q2用以增加驅(qū)動(dòng)光電耦合器3的電流。
所述光電耦合器3為光電耦合元件U1其輸入信號(hào)來自模擬放大器2中的晶體管Q2，其一個(gè)輸出端接絕緣柵雙極晶體管Q1的柵極，第二電阻R2、第一電容C1并聯(lián)后設(shè)在光電耦合元件U1另一個(gè)輸出端與第十三電阻R13之間。
10伏交流電壓經(jīng)主直流電源5的第一橋式整流器D1及并聯(lián)其輸出端的第一電阻R1、第二電容C2整流后，將約13V左右的直流電壓送入絕緣柵雙極晶體管Q1的集電極，絕緣柵雙極晶體管Q1的發(fā)射極至電爐7中被加熱元件。
15伏交流電壓經(jīng)輔助直流電源6的第二橋式整流器D2整流后輸出一個(gè)0～20V的控制電壓加在絕緣柵雙極晶體管Q1的柵極，使絕緣柵雙極晶體管Q1的發(fā)射極輸出一個(gè)與PC計(jì)算機(jī)D/A輸出成正比的大電流(0～12A)，這樣，電爐就得到一個(gè)穩(wěn)定的控制電流，達(dá)到溫度控制的目的。
所述電流調(diào)整器4采用絕緣柵雙極晶體管Q1，采用TOSHIBA MG50QIBS11(也可以使用其它同功能產(chǎn)品)。
在模擬放大器2中的差分放大器U2同相端經(jīng)第十四電阻R14與光電隔離放大器1中的的光電耦合器U3之間設(shè)手動(dòng)/自動(dòng)開關(guān)S1/S2。
本實(shí)用新型工作過程過程如下所述光電隔離放大器1采用光電耦合器U3，PC計(jì)算機(jī)D/A接口輸出一個(gè)0～10V的模擬控制電壓由光電耦合器U3隔離放大，差分放大器U2將PC計(jì)算機(jī)送來的D/A信號(hào)與來自電爐7中被加熱元件相連的第十三電阻R13上檢測(cè)出來(第十三電阻R13上的電壓與流過電爐的電流成正比)的信號(hào)經(jīng)差分放大后送入晶體管Q2，晶體管Q2經(jīng)第八電阻R8再將信號(hào)送入光電耦合驅(qū)動(dòng)器3中的光電耦合元件U1；由光電耦合元件U1將流過電爐的大電流與差分放大器隔離，防止噪聲干擾，并驅(qū)動(dòng)作為電流調(diào)整器4的絕緣柵雙極晶體管Q1的柵極；如圖3所示，PC計(jì)算機(jī)的D/A口輸出一個(gè)0～10V的模擬信號(hào)，經(jīng)本實(shí)用新型直流程序升溫儀轉(zhuǎn)換后，將0～12A的受控直流電流加到電爐(電爐放在真空系統(tǒng)中)，電爐再經(jīng)前置放大器至PC計(jì)算機(jī)完成進(jìn)行程序控制。
本電路可將電爐從室溫升溫至1000℃，控制溫度穩(wěn)定度的誤差為1‰。
由PC計(jì)算機(jī)完成的程序控制部分及前置放大器電路部分為現(xiàn)有技術(shù)。
本實(shí)用新型所述器件為市購(gòu)產(chǎn)品。
權(quán)利要求1.一種直流程序升溫儀，其特征在于由光電隔離放大器(1)、模擬放大器(2)、光電耦合器(3)、電流調(diào)整器(4)、主直流電源(5)、輔助直流電源(6)組成，其中光電隔離放大器(1)以計(jì)算機(jī)D/A端口0～10V的控制電壓為輸入信號(hào)，其輸出信號(hào)經(jīng)模擬放大器(2)至光電耦合驅(qū)動(dòng)器(3)，光電耦合器(3)輸出端的電壓信號(hào)驅(qū)動(dòng)電流調(diào)整器(4)，所述電流調(diào)整器(4)由主直流電源(5)輸出的直流電流控制，其輸出端的直流電流送入電爐(6)，輔助直流電源(6)提供一個(gè)高于主電源(5)的直流電壓，加到光電耦合器(3)的輸出端，以有效控制電流調(diào)整器(4)，電爐(7)中被加熱元件的采樣信號(hào)為模擬放大器(2)輸入端比較信號(hào)。
2.按照權(quán)利要求1所述直流程序升溫儀，其特征在于所述光電隔離放大器(1)采用光電耦合器(U3)，PC計(jì)算機(jī)D/A接口輸出的0～10V的模擬控制電壓接光電耦合器(U3)一個(gè)輸入端，其輸出端送入模擬放大器(2)中的差分放大器U2同相端。
3.按照權(quán)利要求1所述直流程序升溫儀，其特征在于所述模擬放大器(2)由差分放大器(U2)和晶體管(Q2)串聯(lián)構(gòu)成，光電隔離放大器(1)的輸出信號(hào)接差分放大器(U2)同相端，載有電爐(6)中被加熱元件信號(hào)的第十三電阻(R13)接差分放大器(U2)負(fù)相端；差分放大器(U2)輸出端至一晶體管(Q2)基極。
4.按照權(quán)利要求1所述直流程序升溫儀，其特征在于所述光電耦合器(3)為光電耦合元件(U1)其輸入信號(hào)來自模擬放大器(2)中的晶體管(Q2)，其一個(gè)輸出端接絕緣柵雙極晶體管(Q1)的柵極。
5.按照權(quán)利要求1所述直流程序升溫儀，其特征在于10伏交流電壓經(jīng)主直流電源(5)的第一橋式整流器(D1)及并聯(lián)其輸出端的第一電阻(R1)、第二電容(C2)整流后，將直流電壓送入絕緣柵雙極晶體管(Q1)的集電極。
6.按照權(quán)利要求1所述直流程序升溫儀，其特征在于15伏交流電壓經(jīng)輔助直流電源(6)的第二橋式整流器(D2)整流后輸出一個(gè)0～20V的控制電壓加在絕緣柵雙極晶體管(Q1)的柵極。
7.按照權(quán)利要求1所述直流程序升溫儀，其特征在于所述電流調(diào)整器(4)采用絕緣柵雙極晶體管(Q1)，其發(fā)射極至電爐(7)中被加熱元件。
8.按照權(quán)利要求1所述直流程序升溫儀，其特征在于在模擬放大器(2)中的差分放大器(U2)同相端與光電隔離放大器(1)中的的光電耦合器(U3)之間設(shè)手動(dòng)/自動(dòng)開關(guān)(S1/S2)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及真空技術(shù),具體地說是一種直流程序升溫儀。由光電隔離放大器、模擬放大器、光電耦合驅(qū)動(dòng)器、電流調(diào)整器、主直流電源、輔助直流電源組成,其中:光電隔離放大器以計(jì)算機(jī)D/A端口控制電壓為輸入信號(hào),其輸出信號(hào)經(jīng)模擬放大器至光電耦合驅(qū)動(dòng)器、驅(qū)動(dòng)電流調(diào)整器,電流調(diào)整器由主直流電源控制,其輸出端的直流電流送入電爐,電爐采樣信號(hào)接模擬放大器輸入端;輔助直流電源加到光電耦合驅(qū)動(dòng)器的輸出端。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、運(yùn)行可靠。
文檔編號(hào)G01N30/00GK2480841SQ01248198
公開日2002年3月6日 申請(qǐng)日期2001年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月15日
發(fā)明者朱曉雷, 王德崢 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所