Устройство для измерения и регулирования количества реагента в газовой смеси

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК Зс 53) С 01 Н /22 В 7 Оо АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ О Ф 3 ЫЬ.:М ЖИЛонные элемента азовой тем, телю концсмеси, очто, с цеизмеренията, оно думножениязадатчиконовленные ле датчикклапан, по. входом черк выходу бго первымком расходнцентраци ко см ларисе Г- Ю1 3 1 Г ьАюаеи рад- ФеАющавоюа ваза- ааИе,нфгиеелам 4 РааевемФФмУ юа 3 юю мйщфф ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ВТОРСКОМЮ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) 1, Авторское свидетельство СССРВ 643847, кл. С 05 Р 7/01, 1976,2. Патент США В 3939859,кл. С 05 Р 7/01, 1976.3. Авторское свидетельство СССРВ 387267, кл. С 01 Б 133/00, 1971.(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯИ РЕГУЛИРОВАНИЯ КОЛИЧЕСТВА РЕАГЕНТАВ ГАЗОВОЙ СМЕСИ, содержащее эталонный и измерительный газовые каналы,в каждом из которых установлены диф 0 089460 ячейки с чувствительными и, подключенными к,измериентрации реагента в г т л и ч а ю щ е ес я лью повышения точности и качества целевого продук полнительно содержит блок и усилитель сравнения срасхода реагента и устав эталонном газовом кана- расхода и регулируемый дключенный управляющим ез усилитель сравнения лока умножения, соединенно и,вторым входами с датчиа и с выходом измерителяи реагента в газовой89460 2 1 10Изобретение относится к подготовке и анализу газов и может применяться в автоматизированных системах управления технологическими процессами, преимущественно при производстве электронной техники.Известен регулятор соотношениярасходов, содержащий датчики расхода, регулнрукицие заслонки в трубопроводах, которые подключены к смегсителю, и чувствительный элемент,соединенный с датчиком расхода исвязанный с исполнительным механиэмбм, который кинематически связан с регулирующими заслонками, установ.ленными одна относительно другой сфазовым смещением 1.1 .Недостатком устройства являетсянизкая точность и значительное время запаздывания, обусловленное наличием кинематической связи.Известно также устройство дляполучения регулируемой газовойсмеси 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. 5 1 О 15 го 25 30 Недостатком известного прибораявляется значительная погрешностьиз-за использования термопреобразо"вателей, имеющих низкую чувствительность. Кроме того, применение диффузионных ячеек увеличивает постоянную времени прибора, а при работев широком диапазоне расходов смесипоявляется необходимость варьирова"ния размеров диффузионной ячейки.Цель изобретения - повышениеточности 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 счувствительными элементами, подклю-.ченными к измерителю концентрацииреагента в газовой смеси, дополнительно содержит блок умножения и усилитель сравнения сзадатчиком расхода реагента и установленные в эталонном газовом канале датчик расходаи регулируемый клапан, подключенныйуправляющим входом через усилительсравнения к выходу блока умножения,соединенного первым и вторым входами с датчиком расхода и с выходомизмерителя концентрации реагента вгазовой смеси,На, фиг. 1 представлена блок-схемаОднако 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 концентра" ции реагента в газовой смеси, при этом в качестве чувствительных элементов использованы термопреобразователи, соединенные в каждом канале последовательно в термобатарею 3. устройства для измеренияи регулирова.ния количества реагента в газовой 35смеси; 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 концент"рации реагента в газовой смеси,датчика 5 расхода газоносителя, навыходе которого установлен усилитель 6, блок 7 умножения, усилитель 8 сравнения с задатчнком (непоказан) и регулируемого клапана 9,,установленного в эталонном газовомканале. Эталонный 1 и измерительный 2 газовыеканалы подключены к 50испарителю 10.Чувствительные элементы 3 (биспирали) помещены в диффузионные ячей-55 ки 11 проточного типа. Датчик 5расхода состоит из чувствительного элемента 12 - тонкой никелевой труб-,ки, внутри которой проходит газ125 Э 10и на которую намотаны два теплоприемника - проволочные терморезисторыи нагреватель 13 иэ нихрома. Газноситель в эталонном канале 1 раэ"деляется на два потока, один из которых поступает в никелевую трубкупо каналу 14, а другой через байпас - набор трубок 15. Динамическоесопротивление байпаса зависит отчисла трубок 15. Коэффициент деления газового потока определяетсяотношением динамических сопротивлений трубки чувствительного элемен"та 12 и байпаса - трубок 15. Длясохранения постоянного коэффициента деления газового потока в широком диапазоне расхода газа-носителяхарактер потока в трубке элемента 12и байпаса должен быть ламинарным.Корпус 16 устройства изготовлениз нержавеющей стали.Устройство работает следующимобразом.Газ"носитель поступает в устройство через входной штуцер в эталон"ный канал 1 и разделяется на двапотока,Терморезисторы на никелевой трубке 12 образуют часть мостовой схемы.При отсутствии расхода оба терморезистора нагреты до одинаковойтемпературы, имеют одинаковое сопро"тивление, мост сбалансирован ивьиодной сигнал равен О. При наличиирасхода газа-носителя первый по хо"ду газа терморезистор охлаждается,а второй нагревается, что приводит.к появлению в мосте сигнала, пропорционального расходу газа-носителя 0,который усиливается усилителем 601 К 1 0 Г-нгде 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-проточную ячейку 11 с чувствительным элементом 3 - первичный преобразователь теплопроводности газа-носителя,Иэ испарителя 10 в измеритель" ный канал 2 поступает газовая-смесь, проходящая во вторую диффузионнопроточную ячейку 11, в которой ус 89460 4 тановлен второй чувствительный элемент 3 - первичный преобразовательтеплопроводности газовой смеси.Первичные преобразователи теплопро,водности представляют собой терморезисторы в виде биспирали, нагретые электрическнм током до опинаковой температуры. Терморезисторы обра.эуют часть мостовой схемы. Однабиспираль расположена в среде газаносителя, другая - в среде. газовойсмеси (газа-носителя и реагента).Т;ак как гаэ-носитель и газовая смесь .имеют разную теплопроводность в эа 15 .висимости от мольнога отношения реагента к газу-носителю, то и зна" чения терморезисторов станут различными при появлении реагента, что регистрируется измерителем 4 (0).200 =К - 2 0где К 2 - коэФфициейт пропорциональностиЯ - количество реагента,г/минСигналы 0; и 0 поступают навход блока 2 умножения,. с выхода которого снимается сигнал 0 З, пропорциональньй расходу реагента.3 О. 0 З- КК "О.1 Я ГС выхода блока 7 умножения аналоговый сигнал поступает на усилитель 8 сравнения, где сравнивается с внешним напряжением задания для получения сигнала рассогласования,пропорционального разнице междузаданным расходом и действительным расходом вещества, усиливается иподается на регулирующий клапан 9,40 который изменяет проходное сечепие канала подачи .газа"носителя в испа-. ритель 10. Регулируемый клапан 9 представляет собой шарик, который жестко 45 соединен с трубочкой, внутри которойПри увеличении тока через нагрева"тель трубочка нагревается, удлиняется:и приближает шарик к седлу. Шарико56,вый клапан регулирует расход гаэа-,. носителя так, чтобы разница междусигналом напряжения задания 0. исигналом с умножителя 0 равня 3лось .О.55 051 - 10 зт = ОэТаким образом, когда напряжениезадания превышает выходное напряже"1 Ю 94 бО ааза кцспарител з,З ВНЮПЩ Заказ 2924/40 Тираж филиал ПОП Патеот , г.ужгород, ул.Проектная, 4 3больший 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 15 Ж.