Устройство для измерения и регулирования количества реагента в газовой смеси Советский патент 1984 года по МПК G01N1/22 G05D7/00 

и

3efatmf

о

00

со 4

Ci

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ КОЛИЧЕСТВА РЕАГЕНТА В ГАЗОВОЙ СМЕСИ, содержащее эталонный и измерительный газовые каналы, в каждом из которых установлены диффузионные ячейки с чувствительными элементами, подключенными к. измерителю концентрации реагента в газовой смеси, отличающе еся тем, что, с целью повьшения точности измерения и качества целевого продук та, оно дополнительно содержит блок умножения и усилитель сравнения с задатчиком расхода реагента и установленные в эталонном газовом канале датчик расхода и регулируемый клапан, подключенньй управляющим входом через усилитель сравнения к выходу блока умножения, соединенного первым и. вторым входами с датчиком расхода и с выходом измерителя концентрации реагента в газовой смеси.

ИяЛаими fiejnif«te

liHiiHianiu Itae- Инвилаши omneSimiHijtet« ii 9 «вЛГ fвeжвiв , я un nffuimMffUt) ,n9fuai«M(Uil ratmiM/Vy

Изобретение относится к подготовке и анализу газов и может применяться в автоматизированных системах управления технологическими процессами, преимущественно при производстве электронной техники.

Известен регулятор соотношения расходов, содержащий датчики расхода, регулирукяцие заслонки в трубопроводах, которые подключены к смесителю, и чувствительный элемент, соединенный с датчиком расхода и связанный с исполнительным механизMdM, который кинематически связан C регулирующими заслонками, установленными одна относительно другой с фазовым смещением tl3

Недостатком устройства является низкая точность и значительное время запаздывания, обусловленное наличием кинематической связи.

Известно также устройство для получения регулируемой газовой смеси в определенной пропорции при использовании трубки с реагентом, концентрация которого в газовой смеси зависит от температуры. Термнстор, имеющий отрицательный коэффициент сопротивления, соединяется с регулятором тока, чтобы автоматически регулировать расход газа-носителя в соответствии с изменением температуры источника реагента С23.

Однако данное устройство регулиует состав газовой смеси в случае, зменения только температуры реагена. На количество же реагента в газовой смеси оказывают влияние и расод газа-носителя, и давление на вхое в испаритель. Кроме того, применеие термибтора приводит к большим шибкам при измерении из-за темпераурных погрешностей.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является прибор для определения содержания тетрахлорида кремния в водороде, содержапщй эталонный и измег рительный газовые каналы, в каждом из которых установлены ,дйффузионные ячейки с чувствительными элементами, подключенными к измерителю концентрации реагента в газовой смеси, при этом в качестве чувствительньк элементов использованы термопреобразователи, соединенные в каждом канале последовательно в термобатарею Сз.

Недостатком известного прибора является значительная погрешность из-за использования термопреобразователёй, имеющих низкую чувствительность. Кроме того, применение диффузионных ячеек увеличивает постоянную времени прибора, а при работе в широком диапазоне расходов смеси появляется необходимость варьирования размеров диффузионной ячейки.

Цель изобретения - повьш1ение точности измерения и качества целевого продукта.

Указанная цель достигается тем,

что известное устройство, содержащее эталонный и измерительньй газовые каналы, в каждом из которых установлены диффузионные ячейки с чувствительными элементами, подключенными к измерителю концентрации реагента в газовой смеси, дополнительно содержит блок умножения и усилитель сравнения с задатчиком расхода реагента и установленные в эталонном газовом канале датчик расхода и регулируемьй клапан, подключенный управляющим входом через усилитель сравнения к выходу блока умножения, соединенного первым и вторьм входами с датчиком расхода и с выходом измерителя концентрации реагента в газовой смеси.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для измеренияи регулирования количества реагента, в газовой смеси; на фиг. 2 - вариант выполнения газовых каналов} на фиг. 3 газовые каналы, вид сверху.

Устройство состоит из эталонного 1 и измерительного 2 газовых каналов, чувствительных элементов 3, подключенных к измерителю 4 концентрации реагента в газовой смеси, датчика 5 расхода гаэоносителя, на выходе которого установлен усилитель 6, 7 умножения, усилитель 8 сравнения с задатчиком (не показан) и регулируемого клапана 9, установленного в эталонном газовом канале. Эталонный 1 и измерительный 2 газовые каналы подключены к испарителю 10.

Чувствительные элементы 3 (биспирали) помещены в диффузионные ячей55 ки 11 проточного типа. Датчик 5 расхода состоит из чувствительного элемента 12 - тонкой никелевой труб-, ки, внутри которой проходит газ и на которую намотаны два теплоприемника - проволочные терморезисторы и нагреватель 13 из нихрома. Газноситель в эталонном канапе 1 разделяется на -два потока, один из которых поступает в никелевую трубку по каналу 14, а другой через байпас - набор трубок 15. Динамическое сопротивление байпаса зависит от числа трубок 15. Коэффициент деления газового потока определяется отношением динa в чecкиx сопротивлений трубки чувствительного элемента 12 и байпаса - трубок 15. Дпя сохранения постоянного коэффициента деления газового потока в широком диапазоне расхода газа-носителя характер потока в трубке элемента 1 и байпаса должен быть ламинарным. Корпус 16 устройства изготовлен из нержавеющей стали. Устройство работает следующим образом. Газ-носитель nocTjmaeT в устройство через входной штуцер в эталонный канал 1 и разделяется на два потока. . Терморезисторы на никелевой труб ке 12 образуют часть мостовой схемы При отсутствии расхода оба терморезистора нагреты до одинаковой температуры, имеют одинаковое сопро тивление, мост сбалансирован и выходной сигнал равен 0. При наличи расхода газа-носителя первый по ходу газа терморезистор охлаждается, а второй нагревается, что приводит к появлению в мосте сигнала, пропор ционального расходу газа-носителя U. который усиливается усилителем 6 коэффициент пропорциональ ности РГ-Н расход газа носителя. Далее газ-носитель проходит между седлом и запорным органом регули руемого клапана 9 и поступает в испаритель 10 с реагентом (входит в состав технологического оборудования) . При этом часть газового потока заполняет диффузионно-проточную ячейку 11с чувствительным элементом 3 - первичный преобразователь теплопроводности газа-носителя. Из испарителя 10 в измерительный канал 2 поступает газовая-смесь проходящая во вторую диффузионнопроточную ячейку 11, в которой усТановлен второй чувствительЖ91й элемент 3 - первичный преобразователь теплопроводности газовой смеси. Первичные преобразователи теплопроводности представляют собой терно- : резисторы в виде биспирали, нагретые электрическим током по одинаковой температуры. Терморезисторы обра зуют часть мостовой схемы. ОДна биспираль расположена в среде газаносителя, другая - в среде газовой смеси (газа-носителя и реагента). Т.ак как газ-носитель и газовая смесь имеют разную теплопроводность в зависимости от мольного отношения реагента к газу-носителю, то и значения терморезисторов станут различНШ4И при появлении реагента, что регистрируется измерителем 4 (U). К Qrvr где К2 - коэффициент пропорциональности;Q - количество реагента, г/ман4 Сигналы и Uj поступают на вход блока 7 умножения, с выхода которого снимается «сигнал Uo, пропорциональный расходу реагента. из -«rU К. Kg Q. С вькода блока 7 умножения аналоговый сигнал поступает на усипитепь 8 сравнения, где сравнивается с внешним напряжением задания дпя . получения сигнала рассогласования, пропорционального разнице меящу заданным расходом и действительным расходом вещества, усиливается и подается на регулирую1ций KJianaH 9, который изменяет проходное сечение канала подачи таза-носителя в испаритель 10. Регулируемый клапан 9 представляет собой шарик, который жестко соединен с трубочкой, внутри которой находится нагреватель (не показан). Ири увеличении тока через нагреватель трубочка нагревается, удлиняется.; и приближает шарик к седпу. Шарйковый клапан регулирует расход газа- , носителя тдк, чтобы разница между сигналом напряжения задания U и сигналом с умножителя U, равнялось 0. - lUgrf ОТаким образом, когда напряжение задания превышает выходное найряжеие расхода вещества (т.е. нужен

больший уровень расхода вещества, чем есть на самом деле), усиленный разностный сигнал приоткрывает шариковый клапан до тех пор, пока рассогласование не станет равным нулю.

Применение изобретения позволяет проводить процессы по скорости роста эпитаксиаль,ных слоев с точностью 5% за счет повышения точности измерения и регулирования состава парогазовой смеси в широком диапазоне расходов смеси и, как следствие,

увеличить процесс выхода годйых эпитаксиальных структур на 15%. III / ftt- 15 16 Э Выход смеси ъазаиосителяФчг,3 Вход 1 смеси Выход газа к испарителю