УСТАНОВКА ДЛЯ СВЧ-ОБРАБОТКИ

Полезная модель относится к технике СВЧ, в частности к установкам для СВЧ-обработки различных диэлектрических объектов в рабочих камерах, представляющих собой объемные резонаторы.
Известна установка для СВЧ-обработки, состоящая из генератора СВЧ с магнетроном, рабочей камерой и устройством защиты, выполненным из полосового фильтра, подключенного к цепи анодного питания магнетрона и имеющего электрическую связь с усилителем, соединенным с реле, размыкающий контакт которого установлен в цепи питания генератора СВЧ (см. авт. свид. СССР №1232157, кл. A01C 1/00, 1986).
Недостатком такой установки является ее невысокая надежность вследствие утраты работоспособности устройства защиты при изменении параметров магнетрона в результате его значительного нагрева или старения. Кроме того, устройство защиты, входящее в состав известной установки, не обеспечивает гарантированного отключения питания при возникновении аварийного режима вследствие низкой информативности анализируемого параметра: при переходе от нормального режима к аварийному направление пятой гармонической составляющей (соответствующее частоте 250 Гц) в цепи анодного питания магнетрона изменяется только на 40%.
Известна также установка для СВЧ-обработки, содержащая генератор СВЧ на магнетроне, рабочую камеру и устройство защиты, включающее активный фильтр, блок формирования сигнала управления, датчик температуры, предварительный усилитель, буферный каскад и реле, причем вход активного фильтра подключен в анодную цепь магнетрона, а его выход - к первому входу блока формирования сигнала управления, реле подсоединено к выходу блока формирования сигнала управления, а нормально замкнутый контакт реле установлен в цепи питания генератора СВЧ (см. авт. свид. СССР №1475509, кл. A01C 1/00, 1989).
В этой установке отрицательное влияние температурного дрейфа параметров магнетрона частично устранено введением цепи термокомпенсации. Однако эта мера не позволила полностью исключить зависимость качества работы устройства защиты от степени прогрева магнетрона в широком диапазоне температур, а также от изменения параметров магнетрона при его старении. Кроме того, используемый в известной установке принцип распознавания аварийного режима, не обеспечивает получения достоверной информации при малых количествах обрабатываемого материала.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленной полезной модели является устройство для СВЧ-обработки, содержащее генератор СВЧ с рабочей камерой и последовательно соединенные датчик аварийного режима, усилитель мощности и реле, размыкающий контакт которого установлен в цепи питания генератора СВЧ, причем датчик аварийного режима выполнен в виде последовательно соединенных катушки индуктивности, фильтра низких частот, усилителя, порогового элемента, элемента «И» и триггера, второй вход которого подключен к выходу первого элемента задержки, второй вход элемента «И» подключен к выходу второго элемента задержки, а входы первого и второго элементов задержки подключены к цепи питания генератора СВЧ (см. авт. свид. СССР №1596493, кл. H05B G/64, 1990), выбранное в качестве прототипа.
Недостатком прототипа является его невысокая надежность, а также трудоемкость в проведении наладочных работ и необходимость периодического обслуживания при эксплуатации. Указанные недостатки обусловлены следующими причинами:
- При нагреве магнетрона происходит существенное изменение его параметров. В связи с этим изменяется величина э.д.с., наводимая в катушке индуктивности. Величина э.д.с., соответствующая нормальному режиму при прогретом магнетроне, может превысить величину э.д.с., соответствующую аварийному режиму при непрогретом магнетроне. В результате этого питание генератора СВЧ либо ложно отключится при нормальном режиме, либо не отключится при аварийном.
- Параметры магнетронов, используемых в устройствах для СВЧ-обработки, обладают значительным технологическим разбросом. Поэтому при одном и том же режиме работы величина э.д.с., наводимая в катушке индуктивности, для разных экземпляров однотипных магнетронов будет различной. Для обеспечения работоспособности устройства для СВЧ-обработки необходимо проводить трудоемкие наладочные работы на каждом изделии.
- В процессе длительной эксплуатации или хранения магнетрона его параметры изменяются. Вследствие этого для сохранения работоспособности устройства для СВЧ-обработки необходимо производить его периодическое техническое обслуживание, заключающееся в корректировке порога срабатывания реле. Эта операция является трудоемкой и должна производиться квалифицированным специалистом.
- При пониженном напряжении питания а аварийном режиме автоматическое отключение генератора СВЧ невозможно, поскольку величина э.д.с., наводимая при этом в катушке индуктивности, окажется меньше величины э.д.с., соответствующей нормальному режиму при номинальном напряжении питания.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение надежности работы установки для СВЧ-обработки.
Такой технический результат достигается тем, что известное устройство для СВЧ-обработки, содержащее генератор СВЧ с рабочей камерой, катушку индуктивности, усилитель мощности с подсоединенным к его выходу реле, дополнительно снабжено высокочастотным генератором, дополнительным реле, реле времени, замыкающей кнопкой «Пуск» и размыкающей кнопкой «Стоп», причем рабочая камера выполнена в виде полого параллелепипеда, разделенного на две части, совмещенные друг с другом по плоскости разделения, не соприкасающиеся между собой, генератор СВЧ подключен к питающей сети через последовательно соединенные замыкающий контакт реле времени, размыкающий контакт реле, размыкающую кнопку «Стоп» и замыкающую кнопку «Пуск», параллельно замыкающей кнопке «Пуск» установлен замыкающий контакт дополнительного реле, параллельно замыкающему контакту реле времени и генератору СВЧ подключены катушка реле времени и последовательно соединенные размыкающий контакт реле времени и высокочастотный генератор, а также катушка дополнительного реле, параллельно выходу высокочастотного генератора подключены последовательно соединенные части рабочей камеры и катушка индуктивности, параллельно катушке индуктивности подключен вход усилителя мощности, индуктивность катушки индуктивности составляет величину, определяющую возникновение резонанса напряжений в цепи последовательно соединенных с ней частей рабочей камеры при отсутствии нагрузки в рабочей камере.
При осуществлении установки для СВЧ-обработки выявленные отличительные признаки в совокупности с другими признаками обеспечивают получение положительного эффекта, заключающегося в повышении надежности работы.
На фиг.1 представлена принципиальная электрическая схема установки для СВЧ-обработки, на фиг.2 и фиг.3 - временные диаграммы ее работы при нормальном и аварийном режимах соответственно.
Установка для СВЧ-обработки содержит генератор 1 СВЧ, сочлененный с рабочей камерой 2, катушку 3 индуктивности L1, усилитель 4 мощности с подсоединенным к его выходу реле 5 К3, высокочастотный генератор 6, дополнительное реле 7 К1, реле 8 К2 времени, замыкающую кнопку 9 S1 «Пуск» и размыкающую кнопку 10 S2 «Стоп». Рабочая камера 2 выполнена в виде полого параллелепипеда, разделенного на две части, совмещенные друг с другом по плоскости разделения и не соприкасающиеся между собой. Расстояние между совмещенными частями рабочей камеры 2 не должно превышать четверти длины волны электромагнитной энергии, вырабатываемой генератором 1 СВЧ. Например, при рабочей частоте генератора 1 СВЧ 2450 МГц длина волны электромагнитной энергии составит 0,12 м и максимально допустимое расстояние между совмещенными частями рабочей камеры 2 не должно превышать 0,031 м.
Генератор 1 СВЧ подключен к питающей сети через последовательно соединенные замыкающий контакт К2.2 реле 8 К2 времени, размыкающий контакт К3.1 реле 5 К3, размыкающую кнопку 10 S2 «Стоп» и замыкающую кнопку 9 S1 «Пуск». Параллельно замыкающей кнопке 9 S1 «Пуск» установлен замыкающий контакт К 1.1 дополнительного реле 7 К1. Параллельно замыкающему контакту К2.2 реле 8 К2 времени и генератору 1 СВЧ подключены реле 8 К2 времени и последовательно соединенные размыкающий контакт К2.1 реле 8 К2 и высокочастотный генератор 6, а также катушка дополнительного реле 7 К1. Параллельно выходу высокочастотного генератора 6 подключены последовательно соединенные части рабочей камеры 2 и катушка 3 индуктивности L1.
Совмещенные части рабочей камеры 2 образуют электрический конденсатор с емкостью, величина которой зависит от диэлектрических параметров среды внутри рабочей камеры 2. Индуктивность катушки 2 индуктивности L1 составляет величину, определяющую возникновение резонанса напряжений в цепи последовательно соединенных с ней частями рабочей камеры 2 при отсутствии нагрузки в рабочей камере 2. Например, при частоте переменного напряжения, вырабатываемого высокочастотным генератором 6 30 кГц и величине электрической емкости, образуемой между частями рабочей камеры 2 при отсутствии в ней нагрузки, 20 пФ, величина индуктивности катушки 3 индуктивности L1, определяется из условия:
,
3
где ϖ=2πf=2×3,14×30×10=18,8 кГц.
Откуда
Установка для СВЧ-обработки работает следующим образом. При нажатии на кнопку 9 S1 «Пуск» получают питание дополнительное реле 7 К1 и реле 8 К2 времени. Замыкающий контакт К1.1 дополнительного реле 7 К1 замыкается и ставит цепь питания катушки дополнительного реле 7 К1 на самоподпитку. Одновременно включается высокочастотный генератор 6, и по цепи, состоящей из последовательно соединенных частей рабочей камеры 2 и катушки 3 индуктивности L1 начинает течь ток. Напряжение, образующееся на катушке 3 индуктивности L1, подается на вход усилителя 4 мощности.
Дальнейшая последовательность работы установки СВЧ-обработки зависит от наличия нагрузки (обрабатываемых объектов) внутри рабочей камеры 2.
При наличии нагрузки в рабочей камере 2 (нормальный режим) резонанс напряжений в цепи последовательно соединенных частей рабочей камеры 2 и катушки 3 индуктивности L1 не возникает. Величина напряжения, образующегося на выходе усилителя 4 мощности и подаваемого на катушку реле 5 К3 не достигает его порога срабатывания. Размыкающий контакт К3.1 реле 5 К3 остается в замкнутом состоянии.
По истечении времени, установленного в качестве выдержки для реле 8 К2 времени, происходит его срабатывание. Замыкающий контакт К2.2 реле 8 К2 времени замыкается и генератор 1 СВЧ получает питание. Генератор 1 СВЧ начинает вырабатывать сверхвысокочастотные электромагнитные колебания, которые, попадая в рабочую камеру 2, воздействуют на находящиеся внутри нее объекты. Одновременно с подачей питания к генератору 1 СВЧ происходит размыкание размыкающего контакта К2.1 реле 8 К2 времени, приводящее к обесточиванию питания высокочастотного генератора 6.
При нажатии на размыкающую кнопку 10 S2 «Стоп» дополнительное реле 7 К1 и реле 8 К2 времени обесточиваются, замыкающий контакт К2.2 реле 8 К2 времени размыкается и генератор 1 СВЧ выключается.
При отсутствии нагрузки в рабочей камере 2 (аварийный режим) величина электрической емкости, образуемой между частями рабочей камеры 2, уменьшится. В цепи последовательно соединенных частей рабочей камеры 2 и катушки 3 индуктивности L1 возникает резонанс напряжений. Величина напряжения на катушке 3 индуктивности L1, а следовательно, и на входе усилителя 4 мощности, резко возрастает. Величина напряжения на выходе усилителя 4 мощности и подаваемого на катушку реле 6 К3 превысит порог срабатывания последнего. Реле 5 К3 срабатывает, размыкающий контакт К3.1 реле 5 К3 размыкается и все элементы установки для СВЧ-обработки обесточивается.
Для повторного включения установки для СВЧ-обработки необходимо устранить причину аварийного режима (поместить нагрузку в рабочую камеру) и вновь нажать на кнопку 9 S1 «Пуск».
Установка для СВЧ-обработки обеспечивает надежную работу генератора 1 СВЧ благодаря своевременному распознаванию аварийного режима и автоматическому отключению питания при прогретом и непрогретом магнетроне, а также вне зависимости от изменения параметров магнетрона в процессе его эксплуатации или хранения, от технологического разброса параметров магнетронов и при изменении питающего напряжения. Повышение надежности определяет снижение или полное исключение затрат на ремонт и замену магнетронов, вышедших из строя при ошибочном включении установки для СВЧ-обработки в аварийном режиме.