УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ГАЗОВОЙ СМЕСИ Советский патент 1974 года по МПК G05D11/03 

1

Изобретение относится к области регулирования расхода газа и .может быть использовано в электрофизической, химической и вакуумной технике при создании различных устройств с заданным составом газовой среды 3 рабочем объеме.

Известны устройства для регулирования параметров газовой смеси, содержащие блок управления, соединенный через блок сравнения парциальных давлений с цифровым автокомпенсатором, соединенным через дросселирующую аппаратуру с газовыми баллопами со смесительной камерой, .к которой подключены вспомогательный канал регулирования и рабочий объем вакуумной установки с основным каналом регулирования.

Недостаток известных устройств состоит в том, что они не обеспечивают высокой точности получения газовой смеси, так как позволяют .регулировать только количество поступающего в смесительную камеру газа, а также обладают значительной инерционностью и большим коэффициентом запаздывания, что йе позволяет осуществИ)ТЬ быструю перестройку устройств при получении газовых смесей с иным качеством.

Цель изобретения - повышение быстродействия, точности и надежности работы устройства.

Сущность изобретения состоит в том, что

в устройство для регулирования параметров газовой смеси установлены логический блок и блок коррекции соотношения парциальных давлений, выход которого подключен ко входу блока управления, а входы - к выходам цифрового автокомпенсатора и логического блока, подключенного к каналам регулирования.

На чертеже представлена блок-схема устройства для регулирования параметров газовой смеси, дозируемой в вакуумную установку с заданным соотношением состава газовых компонентов в рабочем объеме.

Предлагаемое устройство содержит программно-задающее устройство 1, блок управления 2 выдачи кода, привод 3 отработки соотношения парциальных давлений, кодовый блок 4 соотношения парциальных давлений, преобразователь 5 заданных значений парциальных давлений исходных компонентов газовой смеси в закодированные (дискретные) электрические сигналы, пропорциональные численному значению парциальных давлений газовых компонентов в рабочем объеме, с распределителем и коммутатором, газопроводы 6, баллоны 7 с газом, магнитно-блокировочный вакуумметрический пост 8, блок сравнения 9 парциальных давлений, ра-бочий объем 10 вакуумной установки, дросселирующую аппаратуру 11, цифровой автокомпенсатор 12, смесительную камеру , 13, датчики 14 и 15 парциальных давлений, анализатор 16 парциальных давлений, преобразователь 17 высокочастотных сигналов идентифицированных газов в их численные значения, с блоком опроса и коммутатором, аналоговые ключи 18 и 19, преобразователь 20 измеренных текущих значений парциальных давлений исходных газовых компонентов в закодированные электрические сигналы, пропорциональные численным значениям текущих парциальных давлений, кодовый блок 21 вычисления соотношения парциальных давлений, блок сравнения соотношения парциальных давлений 22, дозирующий клапан 23, кодовые ключи 24 и 25, логические блоки памяти 26 и 27, .кодовые ключи 28 и 29, блок 30 приема полной информации с ячеек памяти, сортировки по каналам информации и передачи ее на блок вычисления конечной разности, блок .вычисления конечной разности 31, генератор 32 запуска, логический блок анализа конечной разности 33, блок выборочного запроса 34 текущих парциальных давлений исходных компонентов газовой смеси в рабочем объеме и передачи закодированных сигналов на блок сравнения, коммутатор 35, блок опроса 36, дещифратор 37, преобразователь 38 сигналов дешифратора и вакуумметрического поста в сигнал управления электроприводом дозирующего клапана, магниторазрядный манометр 39, схемы «ИЛИ 40-42, схемы задержки 43 и 44, ключ 45, триггер 46, блок коррекции соотношения парциальных давлений 47, калибратор 48 и логическое устройство 49.

Имерение парциальных давлений исходных компонентов газовой смеси в рабочем объеме и последующее их сравнение с заданными значениями производится по основному каналу регулирования, состоящему из датчика 14, электрически связанного с анализатором 16 парциальных давлений, который через блок опроса и коммутатор, встроенные в преобразователь 17, и аналоговый ключ 18 может передавать текущие значения парциальных давлений исходных компонентов, измеренные в рабочем объеме 10 вакуумной установки, на преобразователь 20 и далее через кодовый ключ 24 на блок сравнения 9 парциальных давлений.

Измерение парциальных давлений исходных компонентов в смесительной камере с последующим расчетом соотношения измеренных парциальных давлейий и сравнением их с заданным Соотношением производится по вспомогательному каналу регулирования, состоящему из датчика 15, анализатора 16 парциальных давлений, который через блок опроса и коммутатор, встроенные в преобразователь 17, и аналоговый ключ 19 может передавать текущие значения парциальных давлений на преобразователь 20 и далее через кодовый ключ 25, блок опроса 36 и коммутатор 35 - на кодовый блок сравнения соотношения парциальных давлений 22. Результат сравнения, пройдя дещифратор 37, используется в качестве сигнала обратной связи для управления дросселиР)ющей аппаратурой 11 и в качестве основного сигнала - для управления дозирующим клапаном 23.

5 Дозирующий клапан 23 настроен таким образом, что при отсутствии сигнала с преобразователя 38 он находится в положении «открыт, а при наличии сигнала он закрывается.

Для контроля вакуумных условий в рабо0 чем объеме служит магниторазрядный манометр 39, который выдает в случае ухудшения вакуума на преобразователь 38 через вакуумметрический пост 8 сигнал обратной связи по давлению для закрытия дозирующего клапа5 на 23.

Для упра-вления работой основного и вспомогательного каналов регулирования служит схема управления, состоящая из схем «ИЛИ 40, 41 и 42, схем задержки 43 и 44, ключа 45 0 и триггера 46. Включение схемы управления в работу производится цифровым автокомпенсатором 12, электрически связанным со схемой «ИЛИ 40.

Возможны следующие режимы работы устройства для регулирования параметров газовой смеси:

/п /е т , k т - k

п k п - k п k п k п k п k п k п k п k

где т - заданное значение парциальных давлений исходных компонентов; п - текущее значение парциальных давлений исходных компонентов, измеренное

в смесительной камере; k - текущее значение парциальных давлений исходных компонентов, измеренное в рабочем объеме вакуумной установки.

Любой режим работы устройства зависит от разности между значениями парциальных давлений исходных компонентов в смесительной камере 13 и в рабочем объеме 10 и в случае, если эта разность отсутствует, т. е. гг , то егулирование параметров газовой смеси в рабочем объеме практически сводится .к созданию в смесительной камере условий, аналогичных заданным, а в рабочем объеме заданные условия поддерживаются автоматически. Однако это возможно только для режима работы, когда и m k, а в случае, когда - регулирование невозможно, так как блок сравнения 9 парциальных давлений выдает отрицательный сигнал на закрытие дросселирующей аппаратуры 11. Для компенсации трицательного сигнала необходимо изменить соотнощение парциальных давлений исходных компонентов таким образом, чтобы их количественная пропорция сохранилась, а абсолютные значения парциальных давлений изменились на величину, пропорциональную отрицательному сигналу. Иными словами устройств-о ля регулирования параметров газовой смеси независимо от режима работы , или ni k, должно автоматически выравнивать значения парциальных дав.тений исходных компонентов в смесительной камере и в рабочем объеме при одновременной хоррекции соотношения парциальных давлений в смесительной камере в случае . Коррекция соотношения парциальных давлений в смесительной камере необходима также в случае, когда гг для режимов и m k. Практическое осуществление такой схемы работы осуществляется введением з основной и вспомогательный каналы регулирования логического устройства 49 и установлением во вспомогательном канале регулирования блока коррекции соотношения парциальных давлеНИИ 47, вход которого электрически связан с логической схемой анализа конечной разности, цифровым автокомпенсатором 12 и блоком сравнения соотношения парциальных давлений 22, а выход - через блок управления 2 и схемы сравнения связан с дросселирующей аппаратурой 11 и дозирующим клапаном 23. Работа устройства для регулирования параметров газовой смеси, дозируемой в вакуумную установку с заданным соотношением состава газовых компонентов в рабочем объеме, производится следующим образом. На программно-задающем устройстве 1 задается программа работы устройства, т.е. допустимый диапазон изменения фонового давления и состав газовой смеси в рабочем объеме вакуумной установки, парциальные давления исходных компонентов газовой смеси. Эти данные через блок управления 2 передаются на преобразователь 5 в виде кодовых значений парциальных давлений исходных компонентов, на вакуумметрический пост 8 в виде допустимого перепада фонового давления в рабочем объеме и на блок сравнения соотношения парциальных давлений 22 в виде кодовой величины, пропорциональной отношению заданных парциальных давлений исходных компонентов. Из преобразователя 5 сигналы поступают на блок сравнения 9 парциальных давлений, куда одновременно приходят сигналы из основного капала регулирования, пропорциональные текущим значениям парциальных давлений исходных газовых компонентов, измеренным в рабочем объеме 10. Выходной сигнал с блока сравнения 9 поступает на цифровой автокомпенсатор 12 через калибратор 48 и на логический блок анализа конечной разности 33, информируя его о режиме работы устройства и включая в работу один из каналов , или т /г, выход которого подключей ко входу цифрового автокомпенсатора 12. Цифровой автокомпенсатор, куда также поступает сигнал с блока сравнения соотноишния парциальных давлений 22, сравнивает поступившие сигналы по знаку, суммирует их, а результат сравнения и суммирования поступает на дросселирующую аппаратуру И и на схему «ИЛИ 40, управляющую работой основного и вспомогательного каналов регулирова1 ия. Выходной сигнал со схемы «ИЛИ 40 поступает на схему «ИЛИ 42, которая выдает команду на преобразователь 20 для отсчета парциального давления исходных компонентов в рабочем объеме. При этом ключи 19 к 25 разомкнуты, а 18 и 24, управляющие триггером 46, находятся в замкнутом положении, что обеспечивает передачу измеренных значений парциальных давлений от анализатора 16 парциальных давлений по основному каналу па логический блок памяти 27 и далее через блок выборочного опроса 34 - на блок сравнения 9 парциальных давлений. Таким образом, основной канал регулирования постоянно подключен к блоку сравнения парциальных давлений, что обеспечивает непрерывное поступление на него текущих значений парциальных давлений исходных компонентов, измеренных в рабочем объеме вакуумной установки, для сравнения с заданными значениями. Вспомогательный канал регулирования подключается в работу периодически через схему задержки 43, куда подается сигнал со схемы «ИЛИ 40. Схема задержки 43 выдает сигнал, время задержки которого равно времени преобразования преобразователя 20. Эгот сигнал поступает на схему задержки 44 и на схему «ИЛИ 44, а с нее - на ключ 45, управляющий триггером 46, который размыкает ключи 18 и 24 и замыкает ключи 19 и 25,. подключая впомогательный канал регулирования к отсчету значений парциальных давлений исходных компонентов в смесительной камере 13 через преобразователь 20, сигнал на запуск которого приходит со схемы задержки 43 через схему «ИЛИ 42. Закодированные значения парциальных давлений из преобразователя 20 через ключ 25 поступают на логический блок памяти 27 и далее через элементы вспомогательного канала регулирования - на блок сравнения соотношения парциальных давлений 22 для сравнения с заданным соотношением. Результат сравнения, пройдя дешифратор 37, используется для управления дроссельной аппаратурой II и дозирующим клапаном 23. Сигнал со схемы задержки 44, время задержки которой равно сумме времени преобразования преобразователя 20 и времени логической обработки результатов измерения в логическом блоке анализа конечной разности 33, }:оступает через схему «ИЛИ 41 и ключ 45 на триггер 46, который разъединяет ключи 19 м 25, замыкает ключи 18 и 24 и подключает основной канал регулирования к отсчету парциального давления исходных компонентов в рабоче: 1 объеме вакуумной установки. Генератор тактовых имп льсов, запускаемый схемой задержки, замыкает кодовые ключи 28 и 29, обеспечивая поступление кодовых значений парциальных давлений с логическихблоков памяти 27 основного и вспомогательного каналов регулирования через блок 30 на блок вычисления конечной разности 31. Блок вычисления конечной разности 31 оп ределяет разность меладу значениями парциальных давлений, измеренными в рабочем объеме и в смесительной камере, т. е. Д k-п, определяет ее знак и направляет в логический блок анализа конечной разности 33, который анализирует режим работы устройства, используя входной сигнал от блока сравнения парциальных давлений. Результаты анализа поступают на цифровой автокомпенсатор 12, а в случаях, когда имеет место один из следую-щих режимов работы устройства: гп . k /п k т k k п k п k п то также и на блок коррекции соотношения парциальных давлений 47, запуская его в работу. Этот блок посылает сигналы на блок управления 2 для изменения соотношения парциальных давлений исходных компонентов таким образом, чтобы ликвидировать сигнал с цифрового автокомпенсатора 12. Откорректированное соотношение парциальных давлений из блока управления 2 вводится через промежуточные элементы в блок сравнения соотношения парциальных давлений 22, а результат сравнения поступает на блок коррекции соотношения парциальных давлений 47 в качестве сигнала oiбpaтнoй связи, компенсирующего сигнал с цифрового автокомпенсатора, а также на дешифратор 37 и далее на дросселирующую аппаратуру 11 через цифровой автокомпенсатор и на дозирующий клапан 23 через преобразователь 38. Дросселирующая аппаратура напускает газ из баллонов в смесительную камеру до тех пор, пока сигналы, поступающие на нее с цифрового автокомпенсатора, не станут равны нулю. Поступление газовой смеси из смесительной камеры в рабочий объем вакуумной Зсталовки производится до тех пор, пока сигнал с преобразователя 38 равен нулю, т. е. напуск газа производится только в случае равенства заданного соотношения парциальных давлений исходных газовых компонентов и текущего, измеренного в смесительной камере. Кроме того, если количество напускаемой газовой с.меси будет слишком большим, что приведет к ухудшению вакуума в рабочем объеме 10, то сработает вакуумметрический пост 8 и через преобразователь 38 перекроет дозирующий клапаа 23. Продолжительность включения основного канала регулирования для измерения парциального давления исходных компонентов в рабочем объеме вакуумной установки и последующего ввода из.меренных значений в блок сравнения 9 устанавливается логическим блоком анализа конечной разности 33, который разъединяет или замыкает ключ 45. В случае, если ключ 45 разомкнут, триггер 46 держит ключи 18 и 24 в замкнутом положении, обеспечивая возможность непрерывной работы основного канала регулирования. Такой режим работы основного канала регулирования может иметь место, когда устройство для регулирования параметров газовой смеси работает в режиме m k, k n. Предложенное устройство для регулирования параметров газовой смеси обеспечивает высокока,чественное приготовление в смесительной камере газовой смеси, парциальное давление исходных компонентов которой и соотношение парциальных давлений этих компонентов обеспечивают при ее напуске в рабочий объем вакуумной установки автоматическое поддержание заданных условий работы. Предмет изобретения Устройство для регулирования параметров газовой смеси, содержащее блок управления, соединенный через блок сравнения парциальных давлений с цифровым автокомпенсатором, соединенным через дросселирующую аппаратуру с газовыми баллонами со смесительной камерой, к которой подключены вспомогательный канал регулирования и рабочий объем вакуумной установки с основным каналом регулирования, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия, точности и надежности работы устройства, в нем установлены логический блок и блок коррекции соотношения парциальных давлений, выход которого подключен ко входу блока управления, а входы - к выходам цифрового автокомценсатора и логического блока, подключенного к каналам регулирования.

ад- IJjO