CN2464745Y

CN2464745Y - 精密电铸仪的电控装置

Info

Publication number: CN2464745Y
Application number: CN 00258663
Authority: CN
Inventors: 刘伟
Original assignee: Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Current assignee: Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Priority date: 2000-10-20
Filing date: 2000-10-20
Publication date: 2001-12-12
Anticipated expiration: 2010-10-20

Abstract

本实用新型属于纳微米加工工艺技术领域,涉及一种对精密电铸仪电控系统的改进。本实用新型达到了对精密电铸的工作条件要求极高的标准,如电铸脉冲、电铸温度、电铸时间、电铸电流、阴极移动等。A路,B路两部分电控可单独工作也可同时工作且可分别输出三种波形:直流、正向方波、正负双向方波,以满足不同铸件不同金属的要求。工作可靠、提高了设备的效率、环境适应性强、寿命长、温控精度高、操作简便、功能完备。

Description

精密电铸仪的电控装置

本实用新型属于纳微米加工工艺技术，涉及贵金属精密电铸所必需的专用设备，尤其是涉及一利对精密电铸仪电控系统的改进。

LIGA(德文LITHOGRAPHIE GALVANOFORMUG ABFORMUNG的缩写)技术做为微型机械制造的主要工艺方法。LIGA技术的工艺过程如下：用于X光刻的掩模板制作、X光深光刻、光刻胶显影、精密电铸成模、光刻胶剥离、塑铸成型，其中，精密电铸成模和制作X光刻掩膜板过程中的电铸工艺是技术条件要求极高的工艺，而国内还没有较完善的电铸设备，故电铸的质量难以得到提高。

已有技术精密电铸仪电控系统中：(1)、精密电铸仪电控系统的功率放大电路是由单片机输出信号，经倒相器给入小功率三极管放大，在小功率三极管的输出回路里串入电位器用以调节被电铸部件负载电流的大小，同时串入一支指针式电流表用以监测负载电流。电位器一端接三极管的射极，电位器的另一端接电流表，电流表另一端接到被电铸部件上。因电流表量程所限对大电流不能检测，所以，在电流表的一端并接一个波段开关。波段开关的中心点接电流表，波段开关有三个常开点分别是其中：一个常开点为空，一个常开点接电阻的一端，电阻的另一端接到电流表的另一端即并在电流表上。另一个常开点的接法与上述电阻相同，只是电阻的阻值不同。此种接法的目的是对电流表分流达到对大电流检测的目的，波段开关的三档分别是X1 X10 X100。

(2)、精密电铸仪电控系统的温度检测部分

它采用热敏电阻作传感器送至温度变送器。变送器采用平衡电桥电路，热敏电阻接入电桥的一臂，用热敏电阻作温度检测元件测量水温。当热敏电阻发生变化时，电桥平衡发生直流电压的变化，变化的直流电压经三极管放大送至转换器，再由转换器变成数字量送至单片机外部中断，用于对温度采集的中断响应，再由单片机输出信号控制加热器。

本实用新型的目的是克服已有精密电铸仪电控系统存在的缺点，解决下述问题：

a)由于采用普通热敏电阻温度传感元件的结构，使得系统精度低、抗干扰差、温漂大。b)已有技术对被控温度只能在开机前设置，在工作中不能对温度设置进行更新，则被电铸部件易产生质量问题。c)功率电路输出采用中功率三极管做功率放大，其功率输出和频率特征均满足不了电铸要求且效率低。d)功率电路和电源供给部分均无任何保护措施，况且功率级的负载是在水溶槽里，人工操作很容易短路使功放管及电源经常烧坏。e)被镀部件的电流显示是指示式电流表，其精度低误差大；电流微调电位器串入功率级回路里，使得控制微小电流困难，电位器的串入使输出波形失真功率降低，又增加了功率损耗，因负载电流大电位器及易损坏。

本实用新型的详细内容如图1所示：它共分A路和B路两部分，主要包括单片机1、输出接口2、输出接口3、光隔离电路4、程序存储器5、键盘显示接口芯片6、搅拌控制电路7、过热保护电路8、数字温控器10、时间及波形显示电路11、输入键盘12、过热检测电路16、电源17、电流调节电路18、加热功率电路19、机壳20、温度传感器21、加热器22，功率系统如图2所示：包括过流保护电路9、电流显示电路13、功率放大电路14、过流检测电路15、电流调节电路18；

单片机1的数据总线和地址总线分别接到程序存储器5和键盘显示接口芯片6上，键盘显示接口芯片6的输出端与时间及波形显示电路11的输入端联接，键盘显示接口芯片6的输入端接输入键盘12，搅拌控制电路7与单片机1P1口联接，单片机1的输出接口2和输出接3的输出端分别接到A路和B路中的光隔离电路4，A路和B路中：数字温控器10的控制信号端与单片机1P1口联接，数字温控器10的输入信号端接温度传感器21的输出端，数字温控器10中的数字温度显示电路将温度传感器21的温度值进行显示。数字温控器10输出端与加热功率电路19的输入端联接，过热检测电路16串接到电源17的输出端，过热检测电路16将检测到的电压信号串接到过热保护电路8的输入端，过流检测电路15的取样端与功率放大电路14的输出端联接，过流检测电路15的输出电压送到过流保护电路9的输入端，电流显示电路13的检测信号联接到功率放大电路14的负载回路里，电流调节电路18的一端与功率放大电路14的输入端联接，电流调节电路18的另一端接到光隔离电路4的输出端，数字温控器10的输入端接温度传感器21，数字温控器10的控制端接单片机1的P1口，数字温控器10中输出继电器的一端接电源17，数字温控器10的另一端接加热功率电路19的输入端，加热功率电路19的另一输入端接地，加热功率电路19的输出端接市电火线，加热功率电路19的另一端接加热器22，加热器22另一端接市电零线。

本实用新型的工作过程是：

当操作人员用输入键盘12将直流、方波、正负双向方波、时间、频率、占空比、A路、B路信号分别送入键盘显示接口芯片6，单片机1和程序程序存储器5将数值送入时间及波形显示电路11显示出来。按动输入键盘12的执行键启动单片机1开始工作。单片机1的定时器用于电铸时间的精确计时；定时器用于产生电铸脉冲波形，因定时器计时精度可达微秒级，故很容易实现电铸脉冲所需频率及占空比范围。输出正负双向电铸脉冲是电控仪的主要特点，正向电铸脉冲由单片机1P1.0口输入，负向电铸脉冲由单片机1P1.1口输出。其输出脉冲经接口电路2和3倒相再由光隔电路4送至功率放大电路14，当单片机1输出正脉冲时功率放大电路14中的大功率达林顿三极管导通。电流经过流检测电路15再经电流显示电路13进入负载即被电铸件流回功率放大电路14。电流显示电路13将负载电流直观的精确的显示出来。当单片机1输出负相脉冲时功率放大电路14中的大功率达林顿管三极管导通放大，电流则反方向流入负载即被电铸件，经电流显示电路13进入过流检测电路15。两路正负脉冲的输入端分别串入过流调节电路18用以控制功率放大电路14的输入信号大小以满足不同铸件对电流大小的要求。过流检测电路15的作用是：当负载电流超过允许值3A时即在过流检测电路15两端产生3.7V直流电压直接送入过流保护电路9的集成芯片，当芯片输入端有3.7V电压时其输出端即翻转输出高电平；此高电平信号经限流电阻R3限流后给中功率三极管放大导通输出高电平，使继电器吸合，其中两组常闭触点断开功率放大电路14的电源。一组常开触点将连接声光报警系统，发出报警声和光指示，当负载电流减小过流检测电路15两端电压低于3.7V时集成芯片将翻转使三极管截止，继电器关断，功率电源接通，功率系统恢复工作。过热检测电路16和过热保护电路8的工作原理与过流检测电路15和过流保护电路9相同，只是过热检测电路16的电压取自功率放大电路14电源的输入端。

当有关参数过键盘19送入后，单片机1开始工作由P1.2口和P1.4口启动数字温控器10控制信号端。在单片机1被启动之前，先对数字温控器10进行所需要的温度设置。数字温控器10的输入端接温度传感器21，并将温度的变化信号和人工操作送入内存的程序进行比较其结果在数字温控器10的输出端的继电器常开点上得到命令信号，此信号控制加热功率电路19的输入端，加热功率电路19的输出端控制加热器22以保证电铸槽内的水温。当水温超过设定值上限时数字温控器10控制加热功率电路19来关断加热器。当水温降到下限值时温控仪通过控制加热功率电路19来打开加热器，使电铸槽内水温保持在设定值内，并将温度值通过数字温控器10将温度直观的显示出来。此种循环按操作人员设置的电铸时间截止时，即由单片机1通过P1.2口和1.4口发出命令使温控器10停止工作。B路温控原理同A路。

本实用新型的积极效果：

本实用新型精密电铸仪电控系统达到了对精密电铸的工作条件要求极高的标准，如电铸脉冲(包括频率，占空比)电铸温度，电铸时间。电铸电流，阴极移动等。A路，B路两部分电控可单独工作也可同时工作且可分别输出三种波形：直流，正向方波，正负双向方波，以满足不同铸件不同金属的要求。

a)功率级由于将电流调节电位器接入功率级的输入端，使得输出波形不再失真，并使功率损耗大大降低，输出功率效率提高，最大输出电流了达到3A。电位器不再因负载电流大而烧坏，数字电流表将电流实时的显示出来。调节电流更加灵敏方便。

b)功率级加入了电流检测元件，当因操作失误或其它因素使负载电流突然变大时，检测元件会将此信号送入保护电路，保护电路被启动切断功率电源使功率级电路及功率级电源得到有效的保护。当负载恢复正常后保护电路将重新使各部分正常工作。在功率级的电源里加上了过热检测元件。当功率部分的温度超过允许值时，同样会得到有效的保护。保护电路的加入使该设备工作更加可靠，功耗降低，提高了设备的效率。

c)温度检测信号由于采用三线式薄膜溅射Pr100铂电阻元件，作温度检测元件并将检测信号直接送入XMT智能数显温控器的结构，使本实用新型具有测控精度高、抗干扰性能强、操作简单等特点。测量精度达0.2级，温漂小、镀制质量高，操作更加简便，功能更加完备。使得温度检测精度达到0.1％，比已有技术提高一个数量级。并且有环境适应性强、寿命长等特点。

d)已有技术只能对A、B两路时间波形作分时显示，本实用新型除显示A、B两路时间波形外，A、B两路还具有各自的工作电流显示、工作温度显示及各自的声光报警系统。使操作人员更加直观了解设备的工作情况，更好的使用、控制该设备，使设备实用性更强。

附图说明：

图1是本实用新型的系统框图

图2是本实用新型的功率电路原理图

图3是本实用新型的过热、过流保护电路原理图

图4是本实用新型的安装示意图

图5是本实用新型的软件流程图

本实用新型的实施例如附图所示：它共分A路和B路两部分，主要包括单片机1、输出接口2、输出接口3、程序存储器5、键盘显示接口芯片6、时间及波形显示电路11、输入键盘12每个部件均使用一个部件。光隔离电路4、搅拌控制电路7、过热保护电路8、过流保护电路9、数字温控器10、电流显示电路13、功率放大电路14、过流检测电路15、过热检测电路16、电源17、电流调节电路18、加热功率电路19、机壳20、温度传感器21、加热器22均采用两个部件。单片机1选用美国INTEL公司生产的8031型号。接口电路2和3是由集成电路芯片74LSO4TTL反向器组成。A路、B路的光隔离电路4是由三片集成电路TIL113达林顿输出型光耦组成。程序存储器5选用美国INTEL公司生产的2764型号。键盘显示接口芯片6选用美国INTEL公司生产的8279型号。搅拌控制电路7由大功率固态继电器组成。过热保护电路8、过流保护电路9、采用惠浦公司生产的555集成电路和上无七厂生产的继电器组成。数字温控器10、温度传感器21和加热器22采用北京师范大学师南仪器厂生产产品。时间及波形显示电路11和输入键盘1 2自制。电流显示电路13采用型号为ZN-4735。功率放大电路14采用扬州晶体管厂生产的大功率晶体管等组成，型号为YZ32。过流检测电路15和过热检测电路16采用精密电阻制成。电源17采用5伏和12伏。电流调节电路18采用北京元件七厂生产的线性电位器型号WXD3-132D。加热功率电路19采用固态继电器。机壳20采用铝材自制。循环电机23、24，阴极移动电机25、26，搅拌电机27、28预处理过滤泵29与外部机械相连并由面板上的开关控制。

Claims

1、一种精密电铸仪的电控装置，它主要包括：单片机1、输出接口2、输出接口3、光隔离电路4、程序存储器5、键盘显示接口芯片6、搅拌控制电路7、时间及波形显示电路11、输入键盘12、电源17、加热功率电路19、机壳20、温度传感器21、加热器22，单片机1的输出接口2和输出接口3的输出端分别接到A路和B路中的光隔离电路4，其特征在于：A路和B路中：数字温控器10的控制信号端与单片机1P1口联接，数字温控器10的输入信号端接温度传感器21的输出端，数字温控器10中的数字温度显示电路将温度传感器21的温度值进行显示。数字温控器10输出端与加热功率电路19的输入端联接，过热检测电路16串接到电源17的输出端，过热检测电路16将检测到的电压信号串接到过热保护电路8的输入端，过流检测电路15的取样端与功率放大电路14的输出端联接，过流检测电路15的输出电压送到过流保护电路9的输入端，电流显示电路13的检测信号联接到功率放大电路14的负载回路里，电流调节电路18的一端与功率放大电路14的输入端联接，电流调节电路18的另一端接到光隔离电路4的输出端，数字温控器10的输入端接温度传感器21，数字温控器10的控制端接单片机1的P1口，数字温控器10中输出继电器的一端接电源17，数字温控器10的另一端接加热功率电路19的输入端，加热功率电路19的另一输入端接地，加热功率电路19的输出端接市电火线，加热功率电路19的另一端接加热器22，加热器22另一端接市电零线。