Устройство для регулирования расхода газа Советский патент 1984 года по МПК G05D7/00 

Изобретение относится к регулиро ванию расхода газа в потоке текучей среды и может быть использовано в системах автоматического регулирования и управления газовыми потокам в частности при .получении сложных. полупроводниковых. структур с разли ным профилем и: составом примесей ле гирующих компонентов. ... . Известно устройство для регулиро вния расхода газа, содержащее измери тел, расхода газа, стабилизатор дав ления, программное устройство.с реверсивным двигателем, запорные элементы, постоянный дроссель, установ ленный между стабилизатором давлени и измерителем расхода, сопротивлени которого значительно превышает комм никационное сопротивление, а задатчик стабилизатора давления соединен муфтой с реверсивным электродвигате лем, подключенным к пневмоэлектрическому преобразователю, управляемо му пневматическим генератором импул сов с регулируемой скважностью импульсов l .. К недостаткам известного устройства относятся сложность настройки, невозможность получения ступенчатой характеристики по расходу, высокая погрешность регулирования, достигаю щая 5% при изменении давления в выходной линии на 0,005 МПа, наличие люфтов и затираний в движущихся час тях, увеличивает погрешность регулирования до 10%. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для регулирования расхода газа, содержащее последовательно установленные в газовой магистрали стабилизатор давления, дроссель, регулирующий орган и измеритель pacxoJDia, выход которого подключен к одному входу регулятора, к другому входу которого подключен первый выход программатора, выход регулятора через преобразователь соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к второму выходу программатора, выходы задатчиков давления соединены с первыми входами соответствующих вторых элементов ИЛИ, вторые входы которых связаны с соответствующими третьими выходами программатора, выход датчика перепада давления соединен через первый элемент памяти с первым входом блока суммирования, выходы вторых элементов ИЛИ через второй элемент пацяти подключены к второму входу блока суммирования и через третий элемент ИЛИ - к входу третьего элемента памяти, к выходу первого элемента ИЛИ и к выходу четвертого элемента ИЛИ, первый вход которого связан с выходом блока суммирования, а второй вход - с четвертым выходом программатора, пятый выход которого соединен с вторым входом третьего элемента ИЛИ, а выход третьего эле мента памяти подключен к регулирующему органу Н недостатками данного устройства являются сложность .конструктивного исполнения,.обусловленная двумя.Самостоятельными узлами .регулирования расхода газа на плавном и ступенчатом участках программы, а также ошибки в регулировании расхода газа (33,5%) .при изменении давления в выходной линии на 0,005 МПа, связанные с особенностями схемы. Цель изобретения - повышение точности и упрощение устройства. Указанная цель достигается тем, что устройство для регулирования расхода газа, содержащее последовательно установленные в газовой магистрали стабилизатор давления, дроссель и регулирующий орган, задатчики давления, выходы которых соединены с входами соответствующих первых ключевых элементов, к управлякнцим входам которых подключены соответствукяцие первые выходы программатора, датчик перепада давления на регулирукицем органе, регулятор и электропневмопреобразователь, причем второй выход программатора связан с управляющим входом второго ключевого элемента, подключенного первым входом к выходам первых ключевых элементов, третий выход программатора связан с управляющим входом третьего ключевого элемента,а четвертый выход программатора связан с управляющим входом четвертого ключевого элемента, содержит дополнительный задатчик давления и переключающее реле, управляющий вход которого подключен к выходу четвертого ключевого элемента и к выключакхцему входу регулятора, первый вход - к выходу третьего ключевого элемента, второй вход - к выходу второго ключевого элемента, к первому входу регулятора и к первому входу третьего ключевого элемента, а выход - к входу регулирующего органа, .пятый выход программатора связан с входом электропневмопреобразователя, подключенного выходом к второму входу третьего ключевого элемента выход датчика перепада давления соединен с вторым входом регулятора, выход которого связан с вторым входом третьего ключевого элемента, выход дополнительного задатчика давления подключен к входу четвертого ключевого элемента. На чертеже представлена функциональная схема устройства. Устройство содержит стабилизатор 1 давления, дроссель 2, регулируюий орган 3, датчик 4 перепада давения, регулятор 5, второй ключевой

элемент б, электропневмопреобраэователь 7, программатор 8, первые ключевые элементы 9-11, задатчики давления 12-14, стабилизатор 15 давления и дополнительный задатчик 16 давления, четвертый 17 и третий 18 ключевые элементы, переключающее реле 19 и исполнительный механизм 20

Стабилизатор 15 давления обеспечивает .питание сжатым воздухом (или азотом) .задатчики .давления 12-14 и 16. Второй вход у первых ключевых элементов.9-11 заглушен, а у четвертого 17 ключевого элемента соединен с атмосферой. . .

Устройство позволяет осуществить плавное, ступенчатое или комбинированное регулирование расхода газа.

Для получения резких переходов в полупроводниковых структурах примен ется ступенчатое изменение расхода газа-носителя, подаваемого в источник легирования. В зависимости от числа переходов используется различное количество ступеней расхода гаэа-носителя. Набор любого вида программ осуществляется последовательностью включения ключевых элементов

6,9, 10, 11, 17, 18 и переключающего реле 19.

Регулирование расхода газа осуществляется следующим образом.

Технологический газ (например Н подводится к стабилизатору 1 давления, с помощью которого задается ра бочее давление в пределах 0,01 0,05 МПа. Затем газ через дроссель и регулирующий орган 3 подается k источнику легирования (не показан). С помощью дросселя 2 задается верхний предел регулирования, а расход газа измеряется датчиком 4 перепада давления.

При плавном изменении расхода газа управляющие команды с выходов программатора В на ключевые элемент 6,9,10,11,17 и 18 не подаются и первые входы у них закрыты.

С выхода датчика 4 перепс1да давления пйевмосигнал (0,02-1 МПа) поступает на второй вход регулятора 5 (в камеры Д и Г элементов сравнения 21 я 22 соответственно). На первый вход регулятора 5 (в камеры Н и В элементов сравнения 21 и 22) через второй вход второго ключевого элемента 6 подается выходной пневматический сигнал (0,02-1 МПа) от аналогового электропневмопреобразователя

7,вход которого связан с пятым аналоговым выходом (0-5 МА). программатора 8, который выдает задание регу лятору 5.

Сигнал на выходе регулятора 5 изменяется пропорционально отклонению действительного значения расхода от значения, определяемого программатором 8. Выходной сигнал.регулятора 5., усиленный усилителем мощности 23, поступает через нижнее сопло выключакадего реле 24 в камеру .В и далее .на выход третьего 1В . ключевого элемента, второй вход которого соединен с первым входом переключающего реле 19. С выхода переключающего реле 19 сигнал регулятора 5 подается на вход регулирующего органа 3 - в исполнительный механизм 20, который меняет расход газа в соответствии .с наклонным.участком програм1«з1 легирования.. . .

Для ступенчатого изменения расхода .газа и последуквдего. поддержания . его на заданном уровне, .с соответствующего .первого выхода прогрги мато- . ра 8 подается команда на управляющий вход одного из первых ключевых элементов, например 9, вход которого соединен с выходом задатчика давления 12. При настройке устройства на выходе задатчика 12 устанавливается величина давления, соответствующая данной ступени расхода газа.

С второго, третьего и четвертого выходов программатора 8 подаются команды на управляющие входы второго 6, третьего 18 и четвертого 17 ключевых элементов и сэни включаются.

Пневмосигнал от задатчика 12 давления через ключевые элементы 9 и 6 подается на первый вход регулятора 5 (в камеры В и Б элементов сравнения 21 и 22), а также на первый вход третьего 18 ключевого элемента и второй вход переключающего реле 19.

Одновременно пневмосигнал от дополнительного задатчика 16 давления, подключенного к первому входу четвертого ключевого элемента 17, подается на управляющий вход переключающего реле 19 и выключающий вход регулятора 5 (переключающие реле 25-24).

При этом выход усилителя мощности 23 отключится от камеры В переключающего реле 24 и от исполнительного механизма 20. После включения ключевых элементов 17 и 18 пневмосигнал задатчика 12 давления с первого входа третьего 18 ключевого элемента подается на его выход и далее через камеру В и верхнее сопло переключающего реле 24 и в камеру В элемента сравнения 21 и камеру Д элементов сравнения 22 и 26, а с вто рого входа переключающего реле 19 на его выход, соединенный с исполнительным механизмом 20, который установит регулирующий орган 3 в положение, соответствующее расходу гаэа для данной ступени.

На второй BxoJEi регулятора 5 (камеры Д и Г элементов сравнения 21 и 22) поступит сигнал от датчика 4 перепада давления, и на выходе усилителя мрщносги 23 сформируется снгнал, пропорциональный заданной величине расхода. Поскольку пневмоснгнал от задатчика 12 давления попадает в камеры положительной .обратной связи элементов сравнения 21, 22 и 26,.в них установится давление,равное давлению на исполнительном механизме 20.Это позволит предохранить линию исполните ль ногЬ механизма 20 от скачка давления при подключении к нему регулятора 5 и переходе на автоматическое управление, так как .регулятор. 5 отра батышает з.это время давление, отлиг чакадееся от давления на исполнитель-: ном механизме .2.0, . ... ... Через .1-:2 с (время задержки) посл .включения ключевых элементов 17 и.18 на выходе регулятора 5 сформщ)уется пневмосигнал, близкий к пневмосигналу от задатчика 12 давления на испол нительном механизме 20, определяемый перепадом давления на регулирующем органе 3. Программатор 8 отключит ключевые элементы 17 и 18. Давление с управлякяцего входа переключакицего реле 19 и выключающего входа регулятора 5 через второй вход четвертого ключевого элемента 17, соединенного с атмосферой, сбрасывается. Выход регулятора 5 через второй вход третьего.18 ключевого элемента и первый вход переключающего реле 19 соединяется с исполнительным механизмом 20, и на- горизонтальном участке программы регулятор 5 поддерживает расход газа, определяемый задатчиком 12 дав ления. Так как выход на заданный уровень расхода газа осуществляется без учас тия регулятора 5 и его настройка не оказывает влияние на переходный процесс, то это позволяет повысить точность выхода на заданную программой ступень расхода газа. При переходе на новую ступень расхода газа-носителя подается команда от программатора 8 на ключевые элементы 17 и 18 и, например, 10. Второй ключевой элемент 6 остается включенным. Ключевой элемент 9 выключается. Выход дополнительного задатчика 16 давления через четвертый 17 ключе вой элемент подключается к управляющему входу переключающего реле 19 и выключающему входу регулятора 5 (переключающие реле 25. и 24). При этом выход регулятора 5 отключается от исполнительного механизма 20. Выход задатчика 13 давления через ключевые элементы 10 и 6 подключается к первому входу регулятора 5,через выход третьего ключевого элемента 18 и переключающее реле 24 - к камерам положительной обратной связи элементов 21, 22 л 26 сравнения, а через второй вход переключающего реле 19 - к входу регулирующего органа 3 (исполнительному механизму 20). . Регулирующий орган 3 устанавливается в положение, соответствующее данной ступени расхода .газа. Через 1т2 .с на выходе .усилителя 23 мощности регулятора 5 образуется сигнал, близкий к пневмосигналу на исполнительном .механизме 20. Программатор 8 .выключает .ключевые элементы 17 и. 18, а регулятор 5 поддерживает значение расхода газа, определяемое задатчиком 13 давления. Последующий порядок включения ключевых элементов 6, 9, 10, 11, 17, 18 и переключения реле 19.определяется программой технологического процесса. ... .... ... При изменении давления в технологической .линии регулятор 5 обеспечит вает поддержание расхода газа на заданном уровне .с точностью до 1% на всех участках программы, чхо позволяет упростить схему регулирования. Таким образом, данное изобретение по сравнению с известными позволяет повысить точность регулирования расхода технологического газа с 3-3,5 до 1% и упростить схему устройства. Изобретение может быть использоВано для автоматического и програмного управления расходом газов в различных технологических процессах, где требуется осуществление сложной программы изменения расхода газа в роцессе производства.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ РАСХОДА ГАЗА, содержащее последовательно установленные в газовой магистрали стабилизатор давления, дроссель и регулирующий орган, задатчики давления, выходы которых соединены с входами соответствуюдих первых ключевых элементов, к управляющим входам которых подключены соответствуницие первые выходы программа гора, датчик перепада давления на регулирующем органе, регулятор и электропневмопреобразователь, причем второй выход программатора связан с управляющим входом второго ключевого элемента, подключенного . первым входом к выходам первых ключевых элементов, третий выход программатора связан с управляющим вхо.дом третьего ключевого элемента, а четвертый выход программатора связан с управлякяцим входом четвертого ключевого элемента, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и упрощения устройства, оно содержит дополнительный задатчик давления и переключёисхцее рэле, управляющий вход которого подключен к выходу четвертого ключевого элемента и к выключающему входу регулятора,первый вход - к выходу третьего ключевого, элемента, второй вход - к выхо-§ 3 ду второго .ключевого .элемента, к ,. первому входу регулятора и к первому входу третьего ключевого элемента, а выход - к входу регулирующего органа, пятый выход программатора связан с входом электропневмопреобразователя, подключенного выходом., к второму входу третьего.ключевого элемента, выход датчика.перепада . давления соединен с вторым входом регулятора, выход которого связан с вторым входом третьего ключевого .элемента, выход дополнительного задатСХ) чика давления подключен к.входу четСО вертого ключевого элемента. а 00