CC BY
46
АВТОМАТИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ
УДК 621.317.444
В.А. Киселев
АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУРНОЙ СТАБИЛЬНОСТИ МАГНИТНЫХ ПЕРИОДИЧЕСКИХ ФОКУСИРУЮЩИХ СИСТЕМ С МАЛЫМ ДИАМЕТРОМ РАБОЧИХ КАНАЛОВ В ДИАПАЗОНЕ ТЕМПЕРАТУР -65 ч +250°С
Рассматривается структурная схема, приведены технические характеристики автоматизированной системы контроля температурной стабильности магнитных периодических фокусирующих систем с диаметром рабочих каналов 2,5-6 мм в диапазоне температур -65 ч +250 °С. Процесс контроля автоматизирован на базе микроЭВМ.
V.A. Kiselev
THE AUTOMATED CHECK-OUT SYSTEM OF THE TEMPERATURE STABILITY
OF MPFS AT TEMPERATURE RANGE FROM -65 + +250°С
The block diagram is considered in this article and also characteristics of system of the automated monitoring system of temperature stability of magnetic periodic focusing systems with diameter of working channels 2,5-6 mm in a range of temperatures -65 ч +250 С. Process of the control is automated on the basis of the computer.
Стабильность параметров, качество и надежность электровакуумных приборов сверхвысоких частот (ЭВП СВЧ) во многом определяются температурной стабильностью магнитных систем. Стремление к снижению веса и габаритов ЭВП СВЧ, обеспечению требуемых параметров и стабильности их привело к разработке новых магнитотвердых материалов для магнитных периодических фокусирующих систем (МПФС) на основе редкоземельных материалов и кобальта (PSM-Co) и ниодим-железо-бор (Nd-Fe-B) имеющих высокий энергетический уровень. Разработку и последующий выпуск МПФС и ЭВП СВЧ с малым весом и габаритами с требуемой стабильностью параметров существенно осложняет отсутствие средств контроля температурной стабильности магнитов и МПФС в широком диапазоне температур, отвечающих современным требованиям. Требование высокой воспроизводимости результатов измерения индукции (0,01-0,1%) сильно неоднородных магнитных полей для обеспечения контроля температурной стабильности МПФС с температурным коэффициентом порядка 1-10-3 -1-10-4 1/°С, широкий диапазон температур контроля (-65 - +250°С), малый диаметр рабочих каналов (2,4-15 мм) при достаточно большой их длине (200-600 мм),
необходимость автоматизации процесса контроля и обработки результатов измерения определяют сложность и важность решения проблемы по созданию средств контроля температурной стабильности МПФС в широком диапазоне температур.
На рис. 1 представлена автоматизированная система контроля температурной стабильности широкой номенклатуры МПФС в диапазоне температур -65 +250°С [1].
Рис. 1. Общий вид автоматизированной системы контроля: 1 - стенд измерительный;
2 - клавиатура микроЭВМ; 3 - микроЭВМ (Электроника МС-0507.02); 4 - устройство
вывода
печатающее (Электроника 6313); 5 - автоматический потенциометр КСП4; 6 - стойка измерительная; 6.1, 6.10 - блоки вентиляторов; 6.2 - блок измерения температуры;
6.3 - цифровой вольтметр типа В7-31; 6.4 - блок измерения магнитной индукции (БИМИ);
6.5 - блок управления температурой (БУТ); 6.6 - блок автоматического поддерживания температуры (БАПТ); 6.7 - блок калибровки (БК); 6.8 - блок управления механизмами
(БУМ);
6.9 - блок питания шагового двигателя (БПШД); 6.11 - блок питания (БП);
7 - термокамера; 8 - стойка термокамеры; 9 - блок сопряжения (БС)
В качестве первичных измерительных преобразователей магнитной индукции использованы преобразователи Холла типа ПХЭ 606817 с габаритными размерами 1х1х0,6 мм и 0,5х0,5х0,6 мм. Для исключения влияния температурной зависимости параметров преобразователей Холла на результат измерения применен комбинированный способ стабилизации параметров по возмущению и стабилизации температуры по отклонению.
В системе контроля имеется два самостоятельных измерительных канала (рис. 2). Один канал в составе измерительного зонда, БИМИ и автоматического потенциометра КСП-4 обеспечивает автоматическую запись распределения продольной составляющей индукции в рабочем канале МПФС и температурных изменений максимальных значений магнитной индукции (при дифференциальном методе измерения) на диаграммной ленте автоматического потенциометра типа КСП-4.
При этом сигнал, снимаемый с преобразователя Холла, предварительно усиливается высокостабильным измерительным усилителем, а затем подается на вход автоматического потенциометра КСП-4. Одновременно обеспечивается синхронное перемещение измерительного зонда в рабочем канале МПФС и диаграммной ленты потенциометра.
Дифференциальный метод измерения температурных изменений максимальных значений магнитной индукции при скомпенсированном сигнале основной ее величины с записью разностного сигнала на малых пределах измерения позволил повысить разрешающую способность и точность измерения относительных температурных изменений магнитной индукции [2].
Второй канал измерения - измерительный зонд, БИМИ, цифровой вольтметр ВТ-31, из которого результаты измерения через блок сопряжения поступают в микроЭВМ. При этом выход измерительного усилителя подключен к входу цифрового вольтметра с высокой точностью измерений (на пределе 1 В погрешность измерения 0,02%) типа В7-31.
В режиме второго канала измерения перемещение измерительного зонда в канале МПФС осуществляется под управлением микроЭВМ через БПШД шаговым двигателем ШД5-Д1. При этом система контроля обеспечивает автоматическое управление процессом измерения, обработку поступающей информации по заданной программе и выдачу на ЦПМ следующих результатов измерения для каждой температуры измерения:
- максимальных значений магнитной индукции с указанием знака и порядкового номера кольцевого магнита;
- относительного разброса максимальных значений магнитной индукции;
- относительных температурных изменений максимальных значений магнитной индукции каждого кольцевого магнита МПФС относительно максимальных значений этих магнитов при комнатной температуре;
- температурного коэффициента максимальных значений индукции каждого кольцевого магнита.
Калибровка измерительных каналов перед измерениями производится на пределе 50 мТл с помощью калибровочного соленоида, подключенного к стабилизированному источнику тока.
Основой метода определения температурной нестабильности МПФС является сравнение значений магнитной индукции В, измеренной при текущей температуре * и значения магнитной индукции До, измеренной при комнатной температуре /0.
Температурный коэффициент X определяется по формуле (1)
В - В*
Х = —----^ -100% (1)
В,„(* - /0) . (1)
При дифференциальном методе измерения температурный коэффициент определяется по формуле (2)
ж -ав,
Х = —*-----^ -100% (2)
ВЛ< - *0) , (2)
где АВ( и АВ*0 - нескомпенсированные значения магнитной индукции, измеренные при температуре / и комнатной температуре /0 соответственно.
Конструктивно автоматизированная система контроля выполнена в виде стойки термокамеры, стойки измерительной и стенда измерительного с расположенной на нем микроЭВМ (рис. 1, 2).
Рис. 2. Структурная схема автоматизированной системы контроля:
1 - стойка термокамеры; 2 - термокамера; 3 - соленоид; 4 - координатное устройство;
5 - зонд измерительный (ИЗ); 6 - механизм для перемещения стола с МПФС (МПС);
7 - механизм перемещения зонда (МПЗ); 8 - шаговый двигатель (ШД); 9 - пневмоблок
(ПБ);
10 - стойка измерительная; 11 - цифровой прибор Ф266; 12 - цифровой вольтметр В7-31; 13 - блок измерения магнитной индукции (БИМИ); 14 - блок калибровки (БК); 15 - блок автоматического поддерживания температуры (БАПТ); 16 - блок управления
температурой
(БУТ); 17 - блок управления механизмами (БУМ); 18 - блок питания шагового двигателя (БПШД); 19 - блок питания (БП); 20 - стенд измерительный; 21 - автоматический потенциометр КСП-4; 22 - блок сопряжения (БС); 23 - микроЭВМ (Электроника МС
0507.02);
24 - устройство вывода печатающее (Электроника МС 6313)
Стойка термокамеры включает в себя термокамеру, механизм загрузки МПФС, механизм перемещения зонда с шаговым двигателем.
Необходимая температура внутри термокамеры устанавливается и поддерживается с помощью блока управления температурой БУТ в любой точке диапазона от минус 65 до плюс 250°С с точностью ±3°С. Создание высоких температур осуществляется при помощи нагревателей, а низких - с помощью жидкого азота, подаваемого в рабочий объем камеры из сосудов Дьюара. Контроль температуры МПФС осуществляется с помощью термопар, подключенных к блоку измерения температуры (БИТ) с цифровым прибором Ф 266.
Для установки МПФС в термокамере и для обеспечения соосности МПФС с измерительными зондами разработаны кассеты с направляющими для зондов (рис. 3, 4).
Рис. 3. Измерительные зонды
Рис. 4. Магнитные периодические фокусирующие системы и кассета для их установки
Блок сопряжения (БС) организует двунаправленный обмен данными между микроЭВМ и внешними устройствами с помощью типовых интерфейсных модулей. Внешние устройства работают в программно-управляемых режимах.
Система контроля позволяет производить измерение магнитной индукции в диапазоне 0^500 мТл со следующими поддиапазонами:
0 ^ ±20 мТл; 0 ^ ±50 мТл; 0 ^ ±100 мТл; 0 ^ ±200 мТл; 0 ^ ±300 мТл; 0 ^ ±500 мТл.
Предел допускаемых значений приведенной погрешности измерения магнитной индукции на всех поддиапазонах измерения во всем диапазоне температур не превышает 1%.
Погрешность измерения относительных температурных изменений максимальных значений магнитной индукции при температурном коэффициенте порядка 0,01%/°С и при измерении через интервал температур 50°С не превышает 15%.
Система обеспечивает контроль МПФС в диапазоне температур:
а) при использовании измерительных зондов с направляющими с наружным диаметром 4 мм:
-65 ^ +250°С при длине контролируемых МПФС не более 350 мм;
-65 ^ +200°С при длине контролируемых МПФС не более 400 мм;
б) при использовании измерительных зондов с направляющими с наружным диаметром 2,4 мм.
-65 ^ +160°С при длине контролируемых МПФС не более 210 мм. Автоматизированная система контроля МПФС в широком диапазоне температур разработана под руководством и при непосредственном участии автора в ЦНИИИА (г. Саратов).
ЛИТЕРАТУРА
1. Киселев В. А. Автоматизированная система контроля температурной стабильности магнитных периодических фокусирующих систем в диапазоне температур -65 ^ +250°С / В.А. Киселёв // Актуальные проблемы электронного приборостроения АПЭП - 2000: материалы Междунар. науч.-техн. конф. Саратов: СГТУ, 2000. С. 328-333.
2. А.с. 323749 СССР, МКИ3 001г 33/02. Устройство для автоматической записи малых изменений магнитной индукции в широком диапазоне температур / В. А. Киселёв, Е М. Шабанов (СССР). № 1408145/18-10; заявка 23.11.70; опубл. 10.11.72. Бюл. № 1. 3 с.
Киселев Виталий Алексеевич -
кандидат технических наук,
доцент кафедры «Автоматизация оборудования пищевых производств»
Саратовского государственного аграрного университета им. Н.И. Вавилова
