Устройство для измерения и регулирования количества реагента в газовой смеси

Устройство для измерения и регулирования количества реагента в газовой смеси

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Фаларис«в а

Г

Г I fnxg ! 3 !

Г ! е Аюе« и рае- «едюи щае аедаеаю к ивмеее ааааа аааа- феаИе ,к ге«аам Щ реаее«мм)Щ

Фм (21) 3493514/23-26 (22) 28.07.82 (46) 30.04.84. Бюл. Н - 16 (72) В.Г.Бибаев, Б.В.Рогачев, Е.В.Дмитриев, С.К.Ермашов и А.И.Строилов (53) 543.053:621.846(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР й.- 643847, кл. G 05 D 7/01, 1976.

2. Патент США N - 3939859, кл. G 05 D 7/01, 1976.

3. Авторское свидетельство СССР

Ф 387267, кл. G 01 N 133/00, 1971. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

И РЕГУЛИРОВАНИЯ КОЛИЧЕСТВА РЕАГЕНТА

В ГАЗОВОЙ СМЕСИ, содержащее эталонный и измерительный газовые каналы, в каждом из которых установлены диф„SU„„089460 A

3(Я) G 01 N !/22 G 05 D 7 00 фузионные ячейки с чувствительными элементами, подключенными к,измерителю концентрации реагента в газовой смеси, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения 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, подключенный управляющим входом через усилитель сравнения к выходу блока умножения, соединенно-. го первым и. вторым входами с датчиком расхода и с выходом измерителя концентрации реагента в газовой смеси.

89460 2

1 10

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

Известен регулятор соотношения расходов, содержащий датчики расхода, регулирукицие заслонки в трубопроводах, которые подключены к смег сителю, и чувствительный элемент, соединенный с датчиком расхода и связанный с исполнительным механиэмбм, который кинематически связан

ie регулирующими заслонками, установленными одна относительно другой с фазовым смещением 1.1 ).

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 смесй зависит от температуры. Термистор, имеющий отрицательный коэффи, циент сопротивления, соединяется с регулятором тока, чтобы автоматически регулировать расход газа-носителя в соответствии с изменением температуры источника реагента 12 3.

15 го

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

Цель изобретения — повышение точности измерения и качества целевого продукта.

Указанная цель достигается тем, что известное устройство, содержащее эталонный и измерительный газовые каналы, в каждом из которых . установлены диффузионные ячейки с чувствительными элементами, подклю-. ченными 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 регулируемый клапан, подключенный 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.

На, фиг. 1 представлена блок-схема

Однако данное устройство регулирует состав газовой смеси в случае изменения только температуры реагента. На количество же реагента в газовой смеси оказывают влияние и расход газа-носителя, и давление на входе в испаритель. Кроме того, применение термистора приводит к большим ошибкам при измерении из-эа темпера-". турных погрешностей.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является прибор для определения содержания тетрахлорнда кремния в водороде, содержащий эталонный и изме-. рительный газовые каналы, в каждом из которых установлены, диффузионные ячейки с чувствительными элементами, подключенными к измерителю концентрации реагента в газовой смеси, при этом в качестве чувствительных зле> ментов использованы термопреобразователи, соединенные s каждом канале последовательно в термобатарею (3). устройства для измерения и регулирования количества реагента в газовой

35 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 газоносителя, на выходе которого установлен усилитель 6, блок 7 умножения, усилитель 8 сравнения с задатчнком (не показан) и регулируемого клапана 9, .установленного в эталонном газовом канале. Эталонный 1 и измерительный 2 газовые каналы подключены к

50 испарителю 10.

Чувствительные элементы 3 (биспирали) помещены в диффузионные ячей-

55 ки 11 проточного типа. Датчик 5 расхода состоит из чувствительного элемента 12 - тонкой никелевой труб-, ки, внутри которой проходит газ

10

l25

Э 10 и на которую намотаны два теплоприемника — проволочные терморезисторы и нагреватель 13 иэ нихрома. Газноситель в эталонном канале 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 динамических сопротивлений трубки чувствительного элемента 12 и байпаса — трубок 15. Для сохранения постоянного коэффициента деления газового потока в широком диапазоне расхода газа-носителя характер потока в трубке элемента 12 и байпаса должен быль ламинарным.

Корпус 16 устройства изготовлен из нержавеющей стали.

Устройство работает следующим образом.

Газ"носитель поступает в устройство через входной штуцер в эталон" ный канал 1 и разделяется на два потока.

Терморезисторы на никелевой трубке 12 образуют часть мостовой схемы.

При отсутствии расхода оба терморезистора нагреты до одинаковой температуры, имеют одинаковое сопротивление, мост сбалансирован и вьиодной сигнал равен О. При наличии расхода газа-носителя первый по ходу газа терморезистор охлаждается, а второй нагревается, что приводит .к появлению в мосте сигнала, пропорционального расходу газа-носителя U, который усиливается усилителем 6 г-н где К .- коэффициент пропорциональности; асхо

Р д газа носителя.

Далее газ-носитель проходит между седлом и запорным органом регулируемого клапана 9 и поступает в испаритель 10 с реагентом (входит в состав технологического оборудова ния). При этом часть газового потбка заполняет диффузионно-apovomaye ячейку 11 с чувствительным элементом 3 — первичный преобразователь . теплопроводности газа-носителя.

Иэ испарителя 10 в измерительный канал 2 поступает газовая-смесь, проходящая во вторую диффузионнопроточную ячейку 11, в которой ус89460 4 тановлен второй чувствительный элемент 3 - первичный преобразователь теплопроводности газовой смеси.

"а

Первичные преобразователи теплопро, водности представляют собой терморезисторы в виде биспирали, нагретые электрическим током по опинаковой температуры. Терморезисторы образуют часть мостовой схемы. Одна биспираль расположена в среде газаносителя, другая — в среде. газовой смеси (газа-носителя и реагента).

Т;ак как гаэ-носитель и газовая смесь . имеют разную теплопроводность в эаl15 .висимости от мольнога отношения реагента к газу-носителю, то и значения терморезисторов станут различными при появлении реагента, что регистрируется измерителем 4 (U ).

U=K -gr ii

2 2 0„„ где K> - коэффициейт пропорциональности

Я„ - количество реагента, г/мин <

Сигналы 0. a U поступают на вход блока 2 умножения,. с выхода которого снимается сигнал 03 пропор» циональньй расходу реагента.

u3uU к к О.

1 Я Г

С выхода блока 2 умножения аналоговый сигнал поступает на усилитель 8 сравнения, где сравнивается с внешним напряжением задания для получения сигнала рассогласования, пропорционального разнице между заданным расходом и действительным расходом вещества, усиливается и подается на регулирующий клапан 9, 40 который изменяет проходное сечепие канала подачи .таза-носителя в испа-.

parens 10.

Регулируемый клапан 9 представляет собой шарик, который жестко

45 соединен с трубочкой, внутри которой

: находится нагреватель (не показан).

При увеличении тока через нагреватель трубочка нагревается, удлиняется:и приближает шарик к седлу. Шарико. у -,вый клапан регулирует расход гаэа-, . носителя так, чтобы разница между сигналом напряжения задания U и сигналом с умножителя U равня3 лось .О.

55 lUg! (Пзтf = О

Таким образом, когда напряжение

i задания превышает выходное напряже,ние расхода вещества (т.е. нужен

1Ю94бО

19 15 16 У ааза к испаяиталю ущщщ Заказ 2924/40 ТиРаж 823 Поцписное

Филиал ППП Патеот, г.ужгород, ул.Проектная, 4

S 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 эпитаксиальных слоев с точностью

57 за счет повышения точности измерения,и регулирования состава парогазовой смеси в широком диапазоне

5 расходов смеси и, как следствие, увеличить процесс выхода годных эпитаксиальных структур на l5X.