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1、基于L298N芯片對(duì)離子滲氮中壓強(qiáng)的控制摘要:離子滲氮工藝對(duì)爐體內(nèi)壓強(qiáng)的控制要求比較高,本文設(shè)計(jì)了一種基于L298 N芯片驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)控制的氣體流量控制器,可用于控制反應(yīng)爐的抽氣氣體流量,提高了爐體壓強(qiáng)控制精度,降低了生產(chǎn)成本。 關(guān)鍵詞:驅(qū)動(dòng)電路;L298N;離子滲氮,延遲電路 1離子滲氮理論滲氮是強(qiáng)化金屬表面的一種化學(xué)熱處理方法,他是將金屬零件置于活性氮的介質(zhì)中,在一定溫度和保溫時(shí)間下,使氮元素滲入金屬表層,從而改變金屬層的化學(xué)成份,使之具有高的耐磨性、疲勞強(qiáng)度、抗蝕能力及抗燒傷性等,因而在工業(yè)上獲得廣泛應(yīng)用1。離子滲氮是在低溫等離子中進(jìn)行的,低氣壓氣體
2、在電場(chǎng)作用下使之電離,產(chǎn)生高能離子和高能中性原子,這些高能粒子可以改善滲層組織結(jié)構(gòu)和促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程,加速滲氮層的形成。離子滲氮是在輝光放電中進(jìn)行,在離子滲氮過(guò)程中對(duì)爐體的壓強(qiáng)控制精度要求比較高,控制偏差幾十帕。根據(jù)帕邢定律2:其中:P為氣體壓強(qiáng);d為平行板電極間距離;為陰極二次電子發(fā)射系數(shù);B為斯托列夫常數(shù);A是常數(shù)。對(duì)式(1)求導(dǎo),可得出擊穿電壓表達(dá)式(2):由式(2)可知,擊穿電壓V與氣體壓強(qiáng)和d有關(guān),而一般實(shí)驗(yàn)中d是固定不變,因此離子滲氮對(duì)壓強(qiáng)控制極為重要。2系統(tǒng)流量與壓強(qiáng)測(cè)控框圖流量計(jì)控制進(jìn)氣口的氣體流量,當(dāng)進(jìn)氣和抽氣流量平衡時(shí),爐體壓強(qiáng)保持穩(wěn)定。由于爐體氣體泄露及其他干擾因素的影響
3、,爐體壓強(qiáng)上下波動(dòng),系統(tǒng)偏離平衡態(tài),嚴(yán)重時(shí)影響等離子工藝處理。我們采用普通直流電動(dòng)機(jī),通過(guò)L298N驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī),由電動(dòng)機(jī)通過(guò)減速桿帶動(dòng)錐體轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)錐體旋進(jìn)時(shí),抽氣機(jī)單位時(shí)間內(nèi)抽出氣體減少;旋出時(shí),抽出氣體增多,從而使?fàn)t體內(nèi)的壓強(qiáng)穩(wěn)定在所需的值。爐體壓強(qiáng)的變化通過(guò)壓強(qiáng)傳感器測(cè)出并通過(guò)變送器,將氣體流量控制器送至反饋電壓。抽氣口采用電動(dòng)真空蝶閥價(jià)格昂貴,如圖1所示。 3L298N芯片介紹L298N可接受標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)VSS,VSS可接457 V電壓。4腳VS接電源電壓,VS電壓范圍VIH為2546 V。輸出電流可達(dá)25 A,可驅(qū)動(dòng)電感性負(fù)載。1腳和15腳下管的發(fā)射極分別單獨(dú)引出以便接入
4、電流采樣電阻,形成電流傳感信號(hào)。L298可驅(qū)動(dòng)2個(gè)電動(dòng)機(jī),OUT1,OUT2和OUT3,OUT4之間可分別接電動(dòng)機(jī),本實(shí)驗(yàn)裝置我們選用驅(qū)動(dòng)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)。5,7,10,12腳接輸入控制電平,控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。EnA,EnB接控制使能端,控制電機(jī)的停轉(zhuǎn)。表1是L298N功能邏輯圖。In3,In4的邏輯圖與表1相同。由表1可知EnA為低電平時(shí),輸入電平對(duì)電機(jī)控制起作用,當(dāng)EnA為高電平,輸入電平為一高一低,電機(jī)正或反轉(zhuǎn)。同為低電平電機(jī)停止,同為高電平電機(jī)剎停。4控制器原理圖3是控制器原理圖,由3個(gè)虛線框圖組成。 下面是3個(gè)虛線框圖功能:(1)虛線框圖1控制電機(jī)正反
5、轉(zhuǎn),U1A,U2A是比較器,VI來(lái)自爐體壓強(qiáng)傳感器的電壓。當(dāng)VIVRBF1時(shí),U1A輸出高電平,U2A輸出高電平經(jīng)反相器變?yōu)榈碗娖剑姍C(jī)正轉(zhuǎn)。同理VIVRBF1時(shí),電機(jī)反轉(zhuǎn)。電機(jī)正反轉(zhuǎn)可控制抽氣機(jī)抽出氣體的流量,從而改變爐體壓強(qiáng)。(2)虛線框圖2中,U3A,U4A兩個(gè)比較器組成雙限比較器,當(dāng)VBVIVA時(shí)輸出低電平,當(dāng)VIVA,VIVB時(shí)輸出高電平。VA,VB是由爐體壓強(qiáng)轉(zhuǎn)感器轉(zhuǎn)換電壓的上下限,即反應(yīng)爐體壓強(qiáng)控制范圍。根據(jù)工藝要求,我們可自行規(guī)定VA,VB的值,只要爐體壓強(qiáng)在VA,VB所確定范圍之間電機(jī)停轉(zhuǎn)(注意VBVRBF1VA,如果不在這個(gè)范圍內(nèi),系統(tǒng)不穩(wěn)定)。(3)虛線框圖3是一個(gè)長(zhǎng)延時(shí)
6、電路。U5A是一個(gè)比較器,Rs1是采樣電阻,VRBF2是電機(jī)過(guò)流電壓。Rs1上電壓大于VREF2,電機(jī)過(guò)流,U5A輸出低電平。由上面可知,框圖1控制電機(jī)正反轉(zhuǎn),框圖2控制爐體壓強(qiáng)的紋波大小。當(dāng)爐體壓強(qiáng)太小或太大時(shí),電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)到兩端固定位置停止,根據(jù)直流電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行方程3:UCeNRaIa其中:為電機(jī)每極磁通量; Ce為電動(dòng)勢(shì)常數(shù); N為電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù); Ia為電樞電流; Ra電樞回路電阻。電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)N為0,電機(jī)的電流急劇增加,時(shí)間過(guò)長(zhǎng)將會(huì)使電機(jī)燒壞。但電機(jī)起動(dòng)時(shí)
7、,電機(jī)中線圈中的電流也急劇變大,因此我們必須把這兩種狀態(tài)分開。長(zhǎng)延時(shí)電路可把這兩種狀態(tài)區(qū)分出來(lái)。長(zhǎng)延時(shí)電路工作原理:當(dāng)Rs1過(guò)流U5A產(chǎn)生一個(gè)負(fù)脈沖經(jīng)過(guò)微分后,脈沖觸發(fā)555的2腳,電路置位,3腳輸出高電平,由于放電端7腳開路,C1,R5及U6A組成積分器開始積分,電容C1上的充電電壓線性上升,延時(shí)運(yùn)放積分常數(shù)為100R5C1。當(dāng)C1上充電電壓,即6腳電壓超過(guò)23 VCC,555電路復(fù)位,輸出低電平。電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間一般小于08 s,C1充電時(shí)間一般為081 s。U5A輸出電平與555的3腳輸出電平經(jīng)U7相或,如果U5A輸出低電平大于C1充電時(shí)間,U7在C1充電后輸出低電平由與門U8輸入到L298N的6腳ENA端使電機(jī)停止。如果U
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