Устройство для регулирования соотношения массовых расходов потоков в трубопроводах Советский патент 1983 года по МПК G05D11/16 G05D11/02 

1. Изобретение относится к регуляторам соотношения двух потоков и предназначено для регулирования и автоматичес-кого поддержания соотношений массовых расходов потоков или массового расхода испаряемого вещества в газе-носитепе. Известно устройство для регулирования соотношения массовых расходов двух потоков. Устройство содержит теплообменник, термобатареи (термопреобрааова- тели), каждая из которых - термопары, потеноиометрический задатчик, регулятор и исполнительный механизм. Термопрео&разрватели соединены последовательно друг с другом, а точка их соединения сое дивева с входсм потёнциометрического задатчика, второй вход которого соединен с выходом потёнциометрического за- датчика, соединенного с термопреобразо- вателями, а выход регулятора соединен с исполнитель№1м механизмом, установленным на трубопроводе одного из потоков и теплообменника, на входных и выходных патрубках каждого компонента установлены термопары соответствующих тврморд3HCTOj)OB. Принцип работы устройства заключаат ся в следующем. Потеншюметрнческим задатчиком устанавливают требуе9«1ов соотношенве расхо доБ реагентов. Реагенты (потоки) с различной температурой, прохощ через теп лоо еннвк, обмениваются те1Ш(я. Зависимость между расходами 171 и № первого и второго потоков и вх приращениями температуры АЬ и Abgимеет спедующнй вид tA. ч, . ЛЬ где с и с А - теплоемкость, т.е. отноше ние приращений температур обратно про порционально произведениям массовых рао ходов жидкостей на их теплоемкость. Приращения температурд-t-jи utj измеряются термометрами первого и второго, термопреобразователей. Выходной снгвал последних поступает на вход регулятора. Регулятор воздействует на исполнительный мехаШюм, перемещение регулирующего органа которого происходит до уотановпения заданного соотношения расхода реагентов. Теплообмен реагентов осуществляется через стенку теплообменника в результате чего между ними отсутствует непосредственный контакт. Это исключает энтальпийные изменения и связанную с ними погрешность регулирования массового соотношения расходов двух pearei&тов l . Недостатком этого устройства является низкая точность регулирования соотношений расходов потоков, вызванная влиян№-ем окружающей среды {термопреобразователи установлены каждый на своем трубопроводе, т.е. находятся в разных температурных условиях, погрешность в этом случае возникает из-за иа енения температуры окружающей среды), влиянием температуры потоков (при равенстве температур потоков и окружающей среды температура потоков может меняться, а это вызывает изменение сигнала). Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для регулирования соотношения масс вых расходов потоков. Устройство содержит термопреобразователи, например терморезисторы, и регулятор, один вход которого соединен с потеншнометрическим задатчиком, а выход - с входом исполнительного механизма, установленного на трубопроводе одного из потоков. Кроме того, устройство содержит резистивны делитель напряжения, включенный в первое и второе плечи моста, одна диагональ которого подключена к источнику питания термопреобразователей, другая - к другом входу регулятора, а терморезистрры охватывают одновременно все трубопроводы и включены в третье и четвертое плечи мос та. На компараторе сравниваются сигналы с измерителя и потендиометрического задатчика. Сигналы прессования воздействуют на исполнительный механизм, который регулирует один из потоков таким образом, чтобы отношение массовых расходов потоков вызвало сигнал с моста, усиле№ный усилителем и равный сигналу с задатчика. Потенциометрическтш задатчиком устанавливают требуемое соотношение (пропорцию) расходов потоков 2 J. Недостатком известного устройства является низкая точность регулирования, обусловленная тем, что на точность и величину выходного сигнала оказывают лияние изменение давления, температур ы потока, действие физико-химических роцессов при смещении потоков. Целью изобретения является повыш&ие точности устройства. Поставленная цель достигается тем, го в устройство для регулирования cootошения массовых расходов потоков в рубопроводах, содержащее терморезисоры, источник питания, резистивный деитель напряжения, выполненный в виде становленного между постоянными резисорами переменного резистора, и регуляор, вь1ход которого подключен к входу сполнительного механизма, размещенноо в одном из трубопроводов, введены отендиометрический делитель напряжения, одключенный паратшельно источнику пиания и парам размещенных на каждом трубопроводе последовательно соединенных терморезисторов, причем точки соединения терморезисторов в каждой паре соединены между собой через резистивный делитель напряжения, к переменному резистору которого подключены входы регулятора, а установочный вход переменного резистора соединен с движком потенииометрического делителя напряжения. На чертеже представлена принципиаль ,, ная схема устройства. Устройство содержит термопреобразователи в виде терморезисторов 1-4, которые размещены (охватывают)цопарно на трубопроводах 5 и б исоединены последовательно. Для устранения влияния окружающей среды и разности температур потоков на точность регулирования соотношения потоков устройство снабжено теплопроводящим кожухом 7 из материала с высокой теплопроводностью, например, меди, охватывающим одновременно оба трубопровода 5 и 6. Пары последовательно соединенных терморезисторов 1, 2 и 3,4 подключены параллельно потенциометрическому делителю 8 напряжения и источнику 9 питания. На одном из тру бопроводов, например 5, установлен иополнительный механизм 10, каждый из трубопроводов 5 и б соединен с барботером (смесителем) 11. Точки коммутации терморезисторов 1 и 2, 3 и 4 соединены попарно между собой и подключены к резистивному делителю напряжения, состоящему из двух постоянных 12 и 13 и переменного 14 резисторов, причем установочный вход переменного резистора 14 связан с движком потенциометрического делителя 8 напряжения, а выводы переменногр резистора 14 подключены к вх6« дам дифференииальшго усипитепя 15, выход которого соединен с входом компаратора 16 и измерителем 17 соотношения массовых расходов потоков. Другой вход компаратора 16 связан с зада тчиком 18 соотношения, питаемым от источника постоянного напряжёийя (не показан), а выход подключен к исполнительному механизму 1О.. Устройство работает следующим образом. Включают источник 9 питания термопреобразователей 1-4 для их нагрева. На вход допопнителБНого механизма 1О, размещенного в трубопроводе 5, подают поток газа, а по трубопроводу 6 подают тот же поток газа, но с добавкой другог газа (пара), например диффузата. Газы, проходя р трубопроводах 5 и 6, вьюывают охлаждение термопреобразователей 2 и4 в большей степени, чем 3 и 1, так как к ним газ подходит уже подогр е. тым. Функции термопреобразрвателей 1, 2 И 3 совмещешл с функцией нагревателя так как термопреобразователи выполнены из материала с высоким температурным коэффициентом сопротивления и обладают высокой чувствительностью к изменению температуры, в частности при изменении массового расхода потоков. Между точками коммутации терморезисторов 1-4 появляется сигнал, пропорциональный раз ности расходов потоков, который делится потенциометрическим делителем 8 напряжения и часть его поступает на входы дифференциального усилителя 15, с выхода которого усиленный сигнал поступает на измеритель 17 и один из входов компаратора 16. По сигналу измеритепя судят -о разности (сротпошении) массо-вых расходов потоков. В зависимости от положения перемен ного резистора 14, средняя т.очка которого соединена с потенциометрическим . делителем 8 напряжения, изменяется чув ствительность к изменению (к сигналу {засходов потоков в трубопроводах 5 или 6. Так как изменение положения установечного входа резистора 14 меняет соот ношение сигналов с расхода потоков-в трубопроводах 5 и 6, то можно получить одинаковые сигналы во всем диапазоне изменения потоков при подаче одинаковых расходов потоков. Это позволяет повысит точность измерения разности расходов потоков в случае измерения расхода пара или соотноше{гая массовых расходов по токов при близких значениях расходов потоков. Изменение положения установочного входа резистора 14 изменяет шунтирование сигнала в больйгей или меньшей степени с трубопроводов 5 или 6 за счет уменьшения чувствительности сигнала по-« тенциометрическим яепителем 8. Для исключения смещения О выходного сигнал ла во ъсем диапазоне расходов потоков при их равенстве положение движка потешгаометрического делителя 8 может изменяться. Для устранения смещения О при изменении чувствительности выбирают такое положение средней точки ПСУ тешшометрического делителя 8, чтобы это смещение не наблюдалось во всем диапазоне (енения чувствительности. Значение выходного сигнала с дифференшшльного усилителя 15 сравнивают с сигналом задатчика 18 расхода и компа ратф 16 управляет работой исполнитель ного механизма 10. такт образо;.;, чтобы сигнал задатчика равнялся сигналу с ди4 ференциального усилителя 15, т.е. проио ХОДИТ процесс автсматического регулирснвания соотношения расходов потоков, Изменяя напряжение, подаваемое на задатчик 18, можно задать любую необ ходймую величину отношения массовых ршсходов потоков и поддерживать это отношение постоянным с высокой точноотью.,. Введение в конструкцию устройства . потенциометркческого делителя напряже ния позволило увеличить точность регулирования близких значений расходов потоков или соотношений расходов, близких к единице, например, при регулировании расхода диффузанта. Изменение давления, температуры потока, действия фвзико- химических процеосов при смешении потоков, действие внешней температуры и других факторов не влияет на-точность и величину выходнс го сигнала. Так как терморезисторы нагреты, то температура потока может, быть любой, в т. ч. и равной температуре окружающей сроды. Устройство может найти применение . для регулирования массовых расходов испаряемого вещества в газе-носителе, например, в попупроводниковом проязво/ стве на операции легирования и на опе рации наращивания эпитаксиальных слоев. Использование этого устройства ва операции легирования позволяет повысить производительность труда и увеличить выход горной продукции. Формула взобретевия Устройство для регулирования соотно шешш массовых расходов потоков в труи бопроводах, содержащее терморезисторы, источник питания, резистивный делитель напряжения, выполненный в виде jrcTaHOBленно1Ч между постоянными резисторами переменного резистора, и регулятор, выход которого подключен к входу исполни тельного механизма, размещенного в од ном из трубопроводов, отличаю - ш е е с я тем, что, с целью повышения точности устройства оно содергкит поте диометрический делитель напряжения, подключенный параллельно источнику ni тания и парам размещенных на каждом трубопроводе последовательно соединенны терморезисторов, ггричем точки соединения терморезисторов в каждой паре соединены между собой через резистивный делитель напряжения, к переменному р&зистору которого подключены входы регулятора, а установочный вход первменн1 го резистора соединен с движком потении- ометрического делителя напряжения. Источники информашга, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР №619907, кл. Q 051) 11/16, 1978, 2.Авторское свидетельство СССР № 805268, кл. 0-051} 11/16, 1979 (прототип)