专利名称：测量双电极位置和弧长的控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种测量和控制双电极相对位置和电弧弧长的控制器。
真空双电极自耗炉是八十年代初发展起来的一种新型真空冶炼设备。它的问世为超合金提供了一种细晶组织，低宏观偏析、热加工性能良好的铸锭生产方法。这种设备是藉在真空室中水平对置的二根自耗电极，在通低电压，大电流的情况下，电极端面处产生强烈电弧而将自耗电极熔化的。因此。二根自耗电极的相对位置将对金属熔滴是否能始终滴入锭模，对电极熔化速率的控制，对熔滴形态和温度都有至关重要的影响。
美国特殊金属公司在它所申请的US4261412专利中未披露采用什么具体手段来控制二根自耗电极的相对位置及电弧弧长的测量，也未见任何有关如何准确测定电极位置和弧长的报导。
本实用新型的目的就是要提供一种能准确测量和自动控制两根电极端面位置和电弧弧长的电极自动控制器。
本实用新型采用工业摄象机摄取真空双电极自耗炉内电极位置和电弧弧长(电极间隙)信息，然后将工业摄象机所摄取的视频信号经过处理转换成二进制数码，送往微机处理系统，微机处理系统对所测量到的，并已经转换成数码的电极位置和电弧弧长与工艺规定的给定值进行比较求出偏差值，并进行数字滤波和PID(即比例、积分、微分)运算，最后输出给D／A数模转换器变成摸拟量去控制电极进给系统，使电极位置和电弧弧长与给定值保持一致，从而达到电极位置和电弧弧长自动控制的目的。
现结合附图对本实用新型加以说明
图1为测量双电极位置和弧长控制器的方框图图中1为视频放大器，2为比较器，3为同步分离器，4为行频输入电路，5为行频计数器，6为行频译码器，7为信号源，8为控制门，9为电极位置计数器，10为弧长计数器，11为位置值寄存器，12为弧长值寄存器，13为光电隔离器。所有方框图中的元件均集中置于一有金属外壳的处理器中。
图2为视频放大器1，比较器2，同步分离器3，行频输入电路4，行频计数器5，行频译码器6，信号源7和控制门8的电原理图。
图3为电极位置计数器9，弧长计数器10，位置值寄存器11和弧长值寄存器12的电原理图。
图4为光电隔离器13的电原理图。
本实用新型采取下列措施达到，它包括工业摄象机、监视器、微机处理系统，以及将工业摄象机所摄取的电极位置和电弧弧长的视频信号处理为微机能接受的二进制数码的处理器，这种转换视频信号为二进制数码的处理器包括有视频放大器1，比较器2，同步分离器3，行频输入电路4，行频计数器5，行频译码器6，信号源7，控制门8，电极位置计数器9，弧长计数器10，位置值寄在器11，弧长值寄存器12，光电隔离器13，并均置于一金属外壳中。工业摄象机所摄取的电弧弧长和电极位置的视频信号，经视频放大器1放大后分二路输入，一路包括比较器2，信号源7，控制门8，电极位置计数器9，位置值寄存器11，光电隔离器13；另一路包括同步分离器3，行频计数器5，行频译码器6，弧长计数器10，弧长值寄存器12，光电隔离器13。来自监视器的行同步信号进入行频输入电路4，经处理器处理并已转换成二进制数码的电极位置值和弧长值均输出至微机系统。
工业摄象机所摄取的电极位置和弧长的视频信号，经视频放大器1放大后分成二路，一路送往比较器2，与某一固定电平进行比较，取出弧光信号，另一路送往同步分离器3，从全电视信号中分离出同步信号，此同步信号作为行频计数器5的清除信号，行频计数器5的计数信号取自监视器的行同步信号，通过行频译码器6取出某行的弧光信号，此弧光信号的宽度与电弧弧长成正比，弧光信号的前沿与电视行扫描起始点之间时间间隔和电极位置成正比，然后信号源7对弧光信号宽度和该行扫描起点与弧光信号的前沿之间的时间间隔数字化，取得电极位置值和电弧弧长值，并寄存在相应的寄存器11和12里。
在图2中，视频放大器1由IC1SF357集成电路、R1～6W1及W2组成，工业摄象机输出的视频信号经R3送至SF357正输入端进行同相放大，放大倍数由R4、W1和R2的比值决定，图中W1可将放大倍数进行适当调整。
比较器2由IC2高速电压比较器SF82、R9、R10、C1及W3组成，视频放大器1输出的正弧光信号经D1送至SF32的负输入端，当弧光信号正电平大于SF82正输入端输入的电平时(该电平由W3调节决定)，比较器2输出端有负脉冲输出，此负脉冲经IC3反相器反相后送控制门8。
同步分离器3由D2、T13CG23、IC4SF82、R11～13、R15、R16、C2、C3及W4组成。视频放大器输出的另一路信号经D2、T1，由RB与C2组成积分器对同步信号积分，由于行同步信号比帧同步信号窄得多，当R13、C2取适当值时，比较器2IC4只对帧同步信号起作用。当C2上的积分电平大于某一电平时(此电平由W4调节决定)；比较器2IC4有负脉冲输出，此负脉冲经IC6反相器反相作为行频计数器5IC12，IC13的清除信号。
行频输入电路4由T23DK4和IC11反相器组成，完成对行同步信号电平转换和反相功能。
行频计数器5和行频译码器6分别由IC12、IC13计数器T215和IC15、IC16译码器T333和IC16、IC17反相器以及IC10与非门等电路组成。其功能为译出第K行(即电极位置和弧长)扫描信号送控制门8。
信号源7由IC08224和19。6MHZCR晶振组成。产生19。6MHZ信号送控制门8。
控制门8由二部分组成。一部分为电极位置计数控制门，由IC19、IC22、IC27反相器，IC20J154单稳态电路和IC21、IC23、IC24、IC26及IC10与非门组成。当IC18译码器输出的第K行扫描信号前沿触发IC20单稳态电路，其输出端输出一窄脉冲使由IC23和IC24双与非门组成的R－S触发器置位，这样IC24输出端为高电平，IC27输出端亦为高电平，IC10与非门打开，让19。6MHZ的量化脉冲通过IC10输出，电极位置计数器开始计数。在第K行扫描期间，IC3输出的弧光信号送IC21与非门，当第K行扫描弧光信号的前沿一出现，就使R－S触发器复位，IC24输出端为低电平，IC27输出端亦为低电平，与非门IC10关闭，电极位置计数器停止计数，从而实现电极位的测量。另一部分为弧长计数控制门，由IC3、IC9和IC7反相器组成。在第K行扫描期间IC3输出的弧光信号送IC5与非门，经IC7反相器反相其输出端为高电平，与非门IC9打开，让19。6MHZ的量化脉冲通过IC9输出，弧长计数器开始计数，当弧光信号结束时，IC3输出为低电平，IC5输出亦为低电平，与非门IC9关闭，弧长计数器停止计数，从而实现弧长的测量。
图2中的IC2574LS123单稳态电路，当第K行扫描信号结束，其后沿用来触发IC25产生记忆信号，经IC28、IC29反相器反相后输出送图3，作为位置值寄存器11和弧长值寄存器12的记忆信号。图中的IC30J154单稳态电路用来产生清除信号，当记忆信号结束，其后沿用来触发IC30产生清除信号经IB31反相器反相送图3，作为电极位置计数器9和弧长计数器10的清除信号。
在图3中，电极位置计数器9由IC39、IC40、IC42四位二进制同步计数器74LS161A和IC39、IC41反相器组成。对控制门8IC10输出的电极位置量化脉冲进行计数，实现电极位置测量。弧长计数器10由IC43、IC45、IC47四位二进制计数器74LS161A和IC44、IC46反相器组成。对控制门8IC9输出的弧长量化脉冲进行计数，实现弧长测量。每当行频译码器6输出的第K行信号结束时产生的记忆信号，把电极位置计数器9里的计数值和弧长计数器10里的计数值分别存入由IC32、IC33及IC34组成位置值寄存器11和由IC35IC36及IC37组成的弧长值寄存器12里。位置值寄存器11里和弧长值寄存器12里所寄存的数据分别送往图4光电隔离器13的输入端作为光电隔离器13的输入信号。
在图4中，光电隔离器13主要由12只LD光耦合器和12只反相器组成。用于测量双电极位置和弧长自动控制器与微机系统进行电隔离，组成不共地系统，防止干扰信号通过地线相互干扰，使微机控制系统稳定可靠地工作。
经光电隔离器13输出的电极位置值和弧长值分别送入微机系统，按照自动控制程序控制电极位置和电弧弧长。也即微机系统对输入的电极位置和电弧弧长数据与给定值比较，求出偏差值，并进行数字滤波和P1D(比例、积分、微分)运算，最后输出给D／A数模转换器，变成模拟量去控制电极进给系统，使电极位置和电弧弧长与给定值保持一致，从而达到电极位置和电弧弧长自动控制的目的。
上述所有电路也即图1虚线所框部分，均集中置于一个金属外壳的机箱中。
图1中监示器用于观察冶炼过程中真空双电极自耗炉内情况。
本实用新型已成功地用于真空双电极自耗炉，并能根据工艺要求调整各参数，采用本实用新型已顺利地熔炼出GH22、GH901、3J22等细晶锭，取得了实用效果。使用证明本实用新型性能稳定可靠、操作灵活方便，抗干扰能力强，控制精度高，使用寿命长，成本低等优点。
本实用新型不仅适用于真空双电极自耗炉，也可用于类似需要测量位置和间隙场合。
权利要求1.一种测量双电极位置和弧长的控制器，它包括工业摄象机、监视器、微机处理系统，其特征在于，还包括将工业摄象机所摄取的电极位置和电弧弧长的视频信号处理为微机能接受的二进制数码的金属外壳处理器。
2.如权利要求1所说的控制器，其特征在于1所说的处理器包括有视频放大器1，经视频放大器1放大的信号分二路输入，一路包括比较器2，信号源7，控制门8，电极位置计数器9，位置值寄存器11，光电隔离器13，另一路包括同步分离器3，行频计数器5，行频译码器6，弧长计数器10，弧长值寄存器12，光电隔离器13，以及行频输入电路4，电极位置及弧长值输出均输入微机系统。
专利摘要本实用新型涉及一种测量和控制双电极相对位置和电弧弧长的控制器。它提供一种能自动控制电极位置和电弧弧长的测量装置，它将工业摄象机所摄取的视频信号转换成二进制数码送往微机系统进行自动控制。本装置已成功地应用于真空双电极自耗炉，自动控制双电极的位置和弧长，并能根据工艺要求调整各参数，采用本装置已顺利地熔炼出6H22，GH901，3J22等细晶锭，本装置还可适用于类似需要测量位置和间隙的场合。
文档编号H01H9/00GK2032783SQ8821197
公开日1989年2月15日 申请日期1988年6月30日 优先权日1988年6月30日
发明者邱明财, 马征骙 申请人:上海钢铁研究所