专利名称：直流程序升温仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及真空技术，具体地说是一种直流程序升温仪。
目前，在真空系统中，作程序升温的装置有两类，一类是交流程序升温仪，另一类是直流程序升温仪。其中直流程序升温仪的特点之一是输出程序控制的直流低电压、大电流，达几安培至几十安培。由于输出直流电流较大，目前直流程序升温仪的电流控制电路大多采用多级复合晶体管并联电路，其驱动电路比较复杂，器件较多，一般要采用2～3个晶体管驱动电流控制电路中复合晶体管的1级，所以体积较大，费用较高，另外还给安装、维修带来不便。
为了解决上述不足，本实用新型的目的是提供一种结构简单、价格低廉、运行可靠的直流程序升温仪。
本实用新型的目的是这样实现的由光电隔离放大器、模拟放大器、光电耦合器、电流调整器、主直流电源、辅助直流电源组成，其中光电隔离放大器以计算机D/A端口0～10V的控制电压为输入信号，其输出信号经模拟放大器至光电耦合驱动器，光电耦合器输出端的电压信号驱动电流调整器，所述电流调整器由主直流电源输出的直流电流控制，其输出端的直流电流送入电炉，辅助直流电源提供一个高于主电源的直流电压，加到光电耦合器的输出端，以有效控制电流调整器，电炉中被加热元件的采样信号为模拟放大器输入端比较信号；所述光电隔离放大器采用光电耦合器，PC计算机D/A接口输出的0～10V的模拟控制电压接光电耦合器一个输入端，其输出端送入模拟放大器中的差分放大器同相端；所述模拟放大器由差分放大器和晶体管串联构成，光电隔离放大器的输出信号接差分放大器同相端，载有电炉中被加热元件信号的第十三电阻接差分放大器负相端；差分放大器输出端至一晶体管基极；所述光电耦合器为光电耦合元件其输入信号来自模拟放大器中的晶体管，其一个输出端接绝缘栅双极晶体管的栅极；10伏交流电压经主直流电源的第一桥式整流器及并联其输出端的第一电阻、第二电容整流后，将直流电压送入绝缘栅双极晶体管的集电极；15伏交流电压经辅助直流电源的第二桥式整流器整流后输出一个0～20V的控制电压加在绝缘栅双极晶体管的栅极；所述电流调整器采用绝缘栅双极晶体管，其发射极至电炉中被加热元件；在模拟放大器中的差分放大器同相端与光电隔离放大器中的的光电耦合器之间设手动/自动开关。
本实用新型的工作原理是加热器中的热电耦将检测出的实际温度信号经前置放大器放大后反馈到PC计算机，计算机将程序输出的温度信号与实际检测的温度信号相比较，经过数学转换后由D/A口输出0～10V的模拟信号，形成一个闭环控制。
本实用新型具有如下优点1.结构简单，运行可靠。所述绝缘栅双极晶体管(Insulated Gate BipolorTransistor，缩写IGBT)属大功率元件，既具有场效应管的电压控制特性，又具有双极晶体管的低饱和电压的特点，所以只用一个光电耦合器就能驱动，即可实现对直流低电压、大电流的控制，采用本实用新型无需选用多级复合晶体管并联电路，简化了驱动电路，器件较少。
2.价格低廉。与现有技术中同类设备相比，本实用新型成本低，如进口日本同类设备花销约2～3万美元，而本实用新型则大约为8千人民币。
3.安装、维修方便。采用实用新型无需特殊维护。
图1为本实用新型电路框图。
图2为本实用新型电路原理图。
图3为本实用新型一个实施例结构示意图。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。
实施例如图1～2所示，由光电隔离放大器1、模拟放大器2、光电耦合器3、电流调整器4、主直流电源5、辅助直流电源6组成，其中光电隔离放大器1以计算机D/A端口0～10V的控制电压为输入信号，其输出信号经模拟放大器2至光电耦合器3，光电耦合器3输出端的电压信号驱动电流调整器4，所述电流调整器4由主直流电源5输出的直流电流控制，其输出端的直流电流送入电炉7，辅助直流电源6根据负载功率大小提供一个高于主电源5的直流电压，加到光电耦合器3的输出端，以有效控制电流调整器4；电炉7中被加热元件的采样信号为模拟放大器2输入端比较信号，这样计算机输出的程序温度信号与实际温度信号相比较，产生的差值信号送入电流放大器形成闭环控制。
所述光电隔离放大器1采用光电耦合器U3，PC计算机D/A接口输出的0～10V的模拟控制电压接光电耦合器U3一个输入端，另一个输入端经第六电阻R6接地，其输出端经第七电阻R7和第十一电阻R11分压后送入模拟放大器2中的差分放大器U2同相端。
所述模拟放大器2由差分放大器U2和晶体管Q2串联构成，光电隔离放大器1的输出信号通过第十四电阻R14接差分放大器U2同相端，第十二电阻R12设在其同相端与地之间，载有电炉6中被加热元件信号的第十三电阻R13经第十五电阻R15接差分放大器U2负相端；差分放大器U2输出端至一晶体管Q2基极，并经串联的第五电阻R5和第三电阻R3接地，所述两个电阻的节点与差分放大器U2负相端之间设第四电阻R4，所述晶体管Q2用以增加驱动光电耦合器3的电流。
所述光电耦合器3为光电耦合元件U1其输入信号来自模拟放大器2中的晶体管Q2，其一个输出端接绝缘栅双极晶体管Q1的栅极，第二电阻R2、第一电容C1并联后设在光电耦合元件U1另一个输出端与第十三电阻R13之间。
10伏交流电压经主直流电源5的第一桥式整流器D1及并联其输出端的第一电阻R1、第二电容C2整流后，将约13V左右的直流电压送入绝缘栅双极晶体管Q1的集电极，绝缘栅双极晶体管Q1的发射极至电炉7中被加热元件。
15伏交流电压经辅助直流电源6的第二桥式整流器D2整流后输出一个0～20V的控制电压加在绝缘栅双极晶体管Q1的栅极，使绝缘栅双极晶体管Q1的发射极输出一个与PC计算机D/A输出成正比的大电流(0～12A)，这样，电炉就得到一个稳定的控制电流，达到温度控制的目的。
所述电流调整器4采用绝缘栅双极晶体管Q1，采用TOSHIBA MG50QIBS11(也可以使用其它同功能产品)。
在模拟放大器2中的差分放大器U2同相端经第十四电阻R14与光电隔离放大器1中的的光电耦合器U3之间设手动/自动开关S1/S2。
本实用新型工作过程过程如下所述光电隔离放大器1采用光电耦合器U3，PC计算机D/A接口输出一个0～10V的模拟控制电压由光电耦合器U3隔离放大，差分放大器U2将PC计算机送来的D/A信号与来自电炉7中被加热元件相连的第十三电阻R13上检测出来(第十三电阻R13上的电压与流过电炉的电流成正比)的信号经差分放大后送入晶体管Q2，晶体管Q2经第八电阻R8再将信号送入光电耦合驱动器3中的光电耦合元件U1；由光电耦合元件U1将流过电炉的大电流与差分放大器隔离，防止噪声干扰，并驱动作为电流调整器4的绝缘栅双极晶体管Q1的栅极；如图3所示，PC计算机的D/A口输出一个0～10V的模拟信号，经本实用新型直流程序升温仪转换后，将0～12A的受控直流电流加到电炉(电炉放在真空系统中)，电炉再经前置放大器至PC计算机完成进行程序控制。
本电路可将电炉从室温升温至1000℃，控制温度稳定度的误差为1‰。
由PC计算机完成的程序控制部分及前置放大器电路部分为现有技术。
本实用新型所述器件为市购产品。
权利要求1.一种直流程序升温仪，其特征在于由光电隔离放大器(1)、模拟放大器(2)、光电耦合器(3)、电流调整器(4)、主直流电源(5)、辅助直流电源(6)组成，其中光电隔离放大器(1)以计算机D/A端口0～10V的控制电压为输入信号，其输出信号经模拟放大器(2)至光电耦合驱动器(3)，光电耦合器(3)输出端的电压信号驱动电流调整器(4)，所述电流调整器(4)由主直流电源(5)输出的直流电流控制，其输出端的直流电流送入电炉(6)，辅助直流电源(6)提供一个高于主电源(5)的直流电压，加到光电耦合器(3)的输出端，以有效控制电流调整器(4)，电炉(7)中被加热元件的采样信号为模拟放大器(2)输入端比较信号。
2.按照权利要求1所述直流程序升温仪，其特征在于所述光电隔离放大器(1)采用光电耦合器(U3)，PC计算机D/A接口输出的0～10V的模拟控制电压接光电耦合器(U3)一个输入端，其输出端送入模拟放大器(2)中的差分放大器U2同相端。
3.按照权利要求1所述直流程序升温仪，其特征在于所述模拟放大器(2)由差分放大器(U2)和晶体管(Q2)串联构成，光电隔离放大器(1)的输出信号接差分放大器(U2)同相端，载有电炉(6)中被加热元件信号的第十三电阻(R13)接差分放大器(U2)负相端；差分放大器(U2)输出端至一晶体管(Q2)基极。
4.按照权利要求1所述直流程序升温仪，其特征在于所述光电耦合器(3)为光电耦合元件(U1)其输入信号来自模拟放大器(2)中的晶体管(Q2)，其一个输出端接绝缘栅双极晶体管(Q1)的栅极。
5.按照权利要求1所述直流程序升温仪，其特征在于10伏交流电压经主直流电源(5)的第一桥式整流器(D1)及并联其输出端的第一电阻(R1)、第二电容(C2)整流后，将直流电压送入绝缘栅双极晶体管(Q1)的集电极。
6.按照权利要求1所述直流程序升温仪，其特征在于15伏交流电压经辅助直流电源(6)的第二桥式整流器(D2)整流后输出一个0～20V的控制电压加在绝缘栅双极晶体管(Q1)的栅极。
7.按照权利要求1所述直流程序升温仪，其特征在于所述电流调整器(4)采用绝缘栅双极晶体管(Q1)，其发射极至电炉(7)中被加热元件。
8.按照权利要求1所述直流程序升温仪，其特征在于在模拟放大器(2)中的差分放大器(U2)同相端与光电隔离放大器(1)中的的光电耦合器(U3)之间设手动/自动开关(S1/S2)。
专利摘要本实用新型涉及真空技术,具体地说是一种直流程序升温仪。由光电隔离放大器、模拟放大器、光电耦合驱动器、电流调整器、主直流电源、辅助直流电源组成,其中:光电隔离放大器以计算机D/A端口控制电压为输入信号,其输出信号经模拟放大器至光电耦合驱动器、驱动电流调整器,电流调整器由主直流电源控制,其输出端的直流电流送入电炉,电炉采样信号接模拟放大器输入端;辅助直流电源加到光电耦合驱动器的输出端。它结构简单、价格低廉、运行可靠。
文档编号G01N30/00GK2480841SQ01248198
公开日2002年3月6日 申请日期2001年6月15日 优先权日2001年6月15日
发明者朱晓雷, 王德峥 申请人:中国科学院大连化学物理研究所