Устройство для регулирования расхода газа

Устройство для регулирования расхода газа

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалнстнческмк

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ()951246

\, / (61) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено 11.07.80 (21) 2g56041/18 24 (51)М. Кл. с присоединением заявки И

G 05 0 7/00

)6судэрстккиый квмктвт

СССР (23) Приоритет ио делам кзобретений и открытий (53) УДК 62 — 50 (088.8) Опубликовано 15.08.82. Бюллетень № 30

Дата опубликования описания 15 08.82 (72) Авторы изобретения

А. А. Агеев, Л. И. Дьяконов, Д. Д. Матвеев, Б, И. Синчук и В. Л. Сорокина

Государственный ордена Октябрьской Революции научно — исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленностй "Гиредмег™ (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ РАСХОДА ГАЗА

Изобретение относится к регулированию расхода газов в потоке текущей среды и может быть использовано в системах автоматического регулирования и управления газовыми потоками, в частности, при получении сложных полупроводниковых структур с различным профилем и составом примесей легирующих компонентов. Известно устройство для регулирования расхода газа, содержащее измеритель расхода газов, стабилизатор давления, программное уст о ройство с реверсивным двигателем, запорные элементы, постоянный дроссель, установленный между стабилизатором давления и измерителем расхода, сопротивление которого значительно превышает коммуникационное сопротивление, а

l5 задатчик стабилизатора давления соединен муфтой с реверсивным электродвигателем, подключенным к пневмозлектрическому преобразователю, управляемому пневматическим генератором импульсов с регулируемой скважностью импульсов (1) .

К недостаткам данного устройства относятся сложность настройки, невозможность получения ступенчатой характеристики по расходу, высокая погрешность регулирования, достигающая

" 57 прн изменении давления в выходной линии на 0,005 МПа, а наличие люфтов и затираний в движущихся частях увеличивает погрешность регулирования до 10%.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для регулирования расхода газов, содержащее последовательно установленные стабилизатор давления, дроссель, регулирующий орган и измеритель расхода, выход которого подключен совместно с одним из выходов программатора на вход регулятора, а выход регулятора через преобразователь соединен с входом элемента

ИЛИ, задатчики давления, связанные с элементами ИЛИ, управляющие входы которых подключены к программатору, выходы всех элементов ИЛИ объединены и подсоединены к исполнительному механизму регулирующего органа (2) .

Недостатком известного устройства является наличие ошибки регулирования (до 4 -) из--за гистерсзиса клапана и измспсннн расходной характеристики на 8--!A от изменения лавле-, 3 951246 ния в выходной линии на 0 005 МПа, что связано с высокой чувствительностью клапана к колебаниям давления.

Цель изобретения — повышение точности устройства, за счет чего повышается точность регулирования расхода газа.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для регулирования расхода газа, содержащее последовательно установленные в газовой магистрали стабилизатор давления, 10 дросссль, регулирующий орган и измеритель расхода, .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 ко второму выходу программатора, выходы, задатчиков давления соединены с первыми входами соответствующих вторых элементов ИЛИ, вторые входы которых связаны с соответствующими третьими выходами программатора, введены датчик перепада . давления, три элемента памяти, два элемента

ИЛИ и блок суммирования, причем выход датчика перепада давления соединен через первый элемент памяти с первым входом блока суммирования, выходы вторых элементов ИЛИ через второй элемент памяти подключен ко второму входу блока суммирования и через третий элемент ИЛИ - ко входу третьего элемента па30 мяти, 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 со вторым входом третьего элемента ИЛИ, а выход третьего элемента памяти подключен к регулирующему органу.

На чертеже представлена функциональна» схема устройства.

Устройство содержит стабилизатор давления

1, регулируемый дроссель 2, регулируюший орган 3, измеритель расхода 4, программатор 5, регулятор 6, преобразователь 7, первый ýëåмент ИЛИ 8, третий элемент памяти 9 подклю45 чек к исполнительному механизму 10 регулируюшего органа, третий элемент ИЛИ 11 и второй элемент памяти 12, блок суммирования 13, датчик 14 перепада давления на регулирующем органе 3, первый элемент памяти 15. Стабилизатор давления 16 обеспечивает питание сжатым воздухом (или азотом) задатчики давления

17, 18 и 19, вторые, элементы ИЛИ 20. 21 и

22, четвертый элемент ИЛИ 23.

Регулирование расхода осуществляется следующим образом.

Технологический газ (например, Н2) подводится к стабилизатору 1, с помощью которого задается рабочее давление в пределах 0,01-4

0,05. МПа. Затем газ поступает в дроссель 2, регулирующий орган 3 и через измеритель расхода 4 подается к источнику легирования.

С помощью дросселя 2 задается верхний предел регулирования расхода. При этом регулирующий орган 3 должен быть полностью открыт, Вручную осуществляют регулировку дросселя 2 до тех пор, пока показания измерителя расхода 4 (теплового расходомера) не превышают на 15 — 20% максимальное значение диапазона изменения расхода газа — носителя по технологической программе. После этого приступают к выбору и установке величин расхода в соответствии с технологической программой легирования и в зависимости от типа получаемых структур полупроводников, т. е. получением эпитаксиальных слоев с резко или плавно изменяющейся по определенному закону концентрацией примесей или же комбинированных, Устройство позволяет осуществить плав ное, ступенчатое или комбинированное регулирование расхода.

Для настройки устройства и подготовки его к работе имеются байпасные линии, к которым можно подключить любой газ на

"Сброс" включением клапанов, установленных на технологических линиях. Автоматическое регулирование расхода газа — носителя осуществляется с помощью электронного программатора 5 подачей в определенной последовательности управляющих команд на элементы

ИЛИ и клапаны, включающие и отключающие подачу технологических газов на

"Сброс" или для ведения процесса.

Настройка устройства на наклонном участке программы осуществляется при включенных клапане на "Сброс" газа — носителя и элементе

ИЛИ 8. Выход измерителя расхода 4 (теплового расходомера) совместно с аналоговым выходом программатора 5 подключены к входу регулятора 6, выход которого 0 — 5 МПа подается на вход аналогового преобразователя 7, где преобразовывается в пневмосигнал 0,02 — 0,1 МПа.

Затем управляющий сигнал через элемент ИЛИ

8 и элемент памяти 9 поступает на исполнительный механизм 10 регулирующего органа 3.

С помощью ручек настройки программатора

5 на исполнительном механизме 10 устанавливается управляющее давление пропорциональное расходу газа-носителя в момент включения наклонного участка программы, а на панели управления программатора 5 набирается угол наклона и скорость изменения расхода газа— носителя.

Для получения резких переходов в полупроводниковых эпитаксиальных струкгурах применяется ступенчатое изменение газа- носителя, подаваемого в источние легирования. В .зави5 95)2 симости от числа переходов используется различное количество ступеней расхода газа-носителя. Набор любого вида программ осуществляется последовательностью включения логических элементов ИЛИ,8, 11, 20, 21, 22 и 23. При отсутствии сигнала с программатора 5 пневмовыходы элементов ИЛИ 8, 11, 20 и 21 и 23 закрыты.

Для настройки первой ступени расхода газа. носителя ручным включением открываются элементы ИЛИ 11 и 20. С помощью пневмозадатчика 17 устанавливается на исполнительном механизме 10 давление. соответствующее данной ступени расхода газа — носителя, которое контролируется с помощью измерителя расхода 4 или проверяется по расходной характеристике регулирующего органа 3. Одновременно сигнал задатчика 17 через элемент 12 подается на один из входов блока суммирования 13, На другой вход этого блока поступает сигнал с датчика перепада давления 14 через элемент памяти 15. На выходе блока суммирования 13 устанавливается давление, соответствующее поданному управляющему сигналу задатчика 17 и перепаду давления на регулирую25 щем органе 3. Затей вручную отключается элемент ИЛИ ll, включается элемент ИЛИ 23 и проверяется значение расхода на данной ступени. В случае необходимости проводится корректировка расхода газа — носителя задатчиком 17. зо

Для гашения автоколебаний, возникающих в системе, в элементе сравнения блока суммирования 13 вводятся две обратные связи— положительная и отрицательная. Автоколебания, возникающие в случаях нарушения системы, затормаживаются с помощью постоянного дросселя, включенного в линию положительной обратной связи (на чертеже не показан). Аналогичным образом осуществляется установка уровней расхода газа — носителя на остальных ступенях. Для этого последовательно (тоже вручную) включаются элементы 21 и 22 и с помощью задатчиков !8 и 19 производят рс-. гулировку расхода газа — носители. Для запоминания управляющих сигналов, подаваемых на исполнительный механизм 10 и входы блока суммирования 13, используются элементы памяти9,12 и 15.

После завершения операций подготовки устройства регулирования к работе от отдельного задатчика (на чертеже не показан) подается единичный команднъ|й дискретный сигнал элементов памяти 9, 12 и 15. В них запоминается то давление, которое было на выходе в момент подачи командного сигнала и отвеча55 ющее расходу газа — носителя в начале следующего процесса легирования. Это позволяет избежать больших перерегулирований и автоколебаний по расходу газа, повысить точность вы46 б хода на заданный уровень ручным включением элемента ИЛИ | на чертеже не показан).

Длительность и момент каждого отдельного цикла включения уровней расхода газа — носителя набирается и осуществляется с помощью программатора 5, который выдает дискретные управляющие сигналы на элементы ИЛИ 11, 20 и 22, а также элемент ИЛИ 8, который включается на участке плавного изменения расхода газа — носителя.

При автоматическом управлении процессом легирования включается клапан на линии подачи газа — носителя к источнику легирования (н» чертеже не показан) от программатора 5.

Если программа легирования начинается, например, с плавного изменения расхода газа — носителя, то на вход регулятора 6 подаются сигналы от измерителя расхода 4 и аналоговой части программатора 5. Затем после преобразования электрического сигнала в пневматический в электропневмопреобразователе. 7, последний поступает через элемент ИЛИ 8 и элемент памяти 9 на исполнительный механизм 10. Этот сигнал также подается через элементы ll и 12 на вход блока суммирования 13. На другой вход блока суммирования 13 поступает сигнал с датчика перепада давления 14 через элемент памяти 15.

На выходе блока суммирования 13 формируется сигнал, отвеьзющий расходу газа — носителя в данный момент времени. Таким образом осуществляется подготовка к последующему этапу регулирования, После окончания аналоговой программы отключается элемент ИЛИ 8 и включаются элементы ИЛИ 11 и, например, 20. Пневмоситнал от задатчика 17 поступает через элемент ИЛИ

11 на исполнительный механизм 10, который с помощью регулирующего органа 3 устанавливает расход газа — носителя, близкий к,заданному. За время задержки (около 1 с) включения элемента ИЛИ 23 на выходе блока суммирования формируется сигнал, определяемый перепадом давления на регулирующем органе 3. и выходным давлением задатчика 17. Затем отключается элемент ИЛИ 11 и включается элемент ИЛИ 23. Если происходят изменения давления в технологической линии, то нарушае& ся равновесие схемы блока суммирования 13 и на выходе его устанавливзется новое значение сигнала.

При увеличении давления на выходе технологической линии выходной cHI I(RJl блока сумматора 13 уменьшается и регулирующий орган 3 увеличивает расход. При умснынении давления в технологической линии выходной сигнал блока суммирования 13 увеличивается и рзсхол . газа — носителя, умеш,шзется. Таким образом. осуществляется корректировка р;."х.-;га ааа-9512 носителя на горизонтальных участках програм. мы и при переключениях на новую ступень расхода. После завершения программы легирования от программатора 5 подается команда на запоминание подводимых давлений воздуха к элементам памяти 9, 12 и 15. Запоминание осуществляется подачей сигнала Ри . Это необходимо для того, чтобы избежать перерегулирований при последующих циклах легирования и переключении рабеты газовой системы с од- 10 ного реактора на другой, так как линия технологического газа к источнику легирования перекрывается на других этапах наращивания эпитаксиальных структур.

Данное изобретение по сравнению с извест- 15 ным устройством позволяет повысить точность регулирования расхода технологического газа с, 8 — 10% до 2,0 o.

Изобретение может бьиь использовано для дистанционного, автоматического и программно- що

ro управления расходом газов в различных технологических процессах, в частности при получении полупроводниковых материалов и где требуется осуществление сложной программы изменения расхода газа в процессе производства.

Разработка устройства для регулирования расхода газов начата с целью использования его в схемах регулирования и управления газовым потоком прп получении эпитаксиальных структур полупроводников, 3О

46 8 сель,. регулирующий орган и измеритель расхода; 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 подключей ко второму выходу программатора, выходь задатчиков давления соединены с первыми входами соответствующих вторых элементов

ИЛИ, вторые входы которых связаны с соответствующими третьими выходами программатора, о т л и ч а ю щ е е с s тем, что, с целью повышения точности устройства, оно содержит датчик перепада давления, три элемента памяти, два . элемента ИЛИ и блок суммирования, причем выход датчика перепада давления соединен через первый элемент памяти с первым входом блока суммирования, выходы вторых элементов ИЛИ через второй элемент памяти подключены ко второму входу блока суммирования и через третий элемент

ИЛИ вЂ” ко 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 со вторым входом третьего элемента ИЛИ а, выход третьего элемента памяти подключен к регулирующему органу.

Формула изобретения

Устроиство для регулирования расхода газа, содержащее последовательно установленные в газовой магистрали стабилизатор давления, дросИсточники информации, принятые во внимание лри экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР N 232537, кл. G 05 0 7/00, 1978.

2. Проект Института Гиредмет N С2977, 1979 (прототип) .

951246

Составитель Л. Златова

Техред А. Бабинец

Редактор М. Дылын

Заказ 5944/52

Тираж 914

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

l)3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Корректор О. Билак

Подписное