Устройство для измерения плотности газа

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 291281 (21) 3375456/18-25 11 М. Ки.з 6 01 М 9/32 с присоединением заявки Нов Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения цин, .Б.И.Син А.А в. Е.В.Си Б.С Государственный ордена Октябрьскойнаучно-исследовательский и проектныредкометаллической промышленности волюц инстит) Заявитель 54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗИЕР ЛОТНОСТИ Г О О Изобретение относится к измерительной технике и предназначено вчастности, для измерения плотностигаза при получении различных полу-,проводниковых материалов,Известно устройство для измере,ния расхода (плотности) газа или жидкости, содержащее подводящий патрубок, один конец которого упруго сое-.динен с подводящим штуцером, а другой(свободный) изогнут под прямымуглом и установлен .с зазором противпластины, закрепленной на одном конце подпружиненного рычага, второй,.конец которого соединен шарнирнымштоком с плунжером дифтрансформатора,а катушка последнего соединена сподводящим патрубком 11Недостатком предложенного устройства является зависимость показаний от коз.абаний температуры и давления газа, .оно не предназначено дляизмерения меняющего соотношения плотностей двух газов в смеси.Наиболее близким по техническойсущности и достигаемому результатук изобретению является устройстводля измерения плотности и расходагаза, содержащее корпус с патрубкомдля вывода газа, два чувствительных элемента, размещенные внутри корпу- са, причем один.из них расположен на пластине против формирующего соп" ла, закрепленного в корпусе, а выхо" ды чувствительных элементов подключены.по дифференциальной .схизме, к электронному блоку, соединенному . с измерительным приборомГ 21.В известном устройстве струя оцтака газа, сформированная соплом, воздействует на первый тензометрический чувствительный элемент, эакф репленный на пластине. Под действием ударного давления струи происходит деформация тензометрического чувствительного элемента . При .этом на выходе тензометрического чувствительного элемента формируется сигнал, пропорциональный деформации и статическому давлению, а следовательно, плотности потока (при постоянном рас-: ходе),. Второй тензометрический чувствительный элемент измеряет толь" ко статическое давление, Выходныесигналы от обоих тензометрических чувствительных элементов подключены к электронному блоку по дифференциаль; ной схеме. Для выравнивания стати" ческих давлений по обе стороны упругой пластины входная и выходная ка 994963меры сообщаются между собой. Величина плотности потока регистрируется измерительным прибором.К недостаткам известного устройства относятся наличие ошибки измерения до 3-4 из-за изменения температуры потока газа-носителя в пределах +5 ОС, 5-6 - за счет изменения давления потока в пределах 0,03- 0,05 МПа. Кроме того, устройство не предназначено для измерения меняющегося соотношения плотностей двух газов в смеси.Целью изобретения является повышение точности измерения плотности газа и расширение области применения устройства.Указанная цель достигается тем, что устройство для измерения плотности газа, содержащее корпус с патрубком для вывода газа, два чувствительных элемента размещенные внутри корпуса, причем один из них расположен на пластине против формирующегося сопла, закрепленного в корпусе, а выходы чувствительных элементов подключены к электронному блоку, соединенному с измерительным прибором, дополнительно содержит стабилизатор давления, два измерителя расхода, две камеры, второе формирующее сопло, датчик перепада дав ления, регулятор и патрубок с регулирующим клапаном, выход стабилизатора давления соединен, с обоими измерителями расхода, установленными на .входах первой и второй камер соот ветственно, а выходы камеР образованы первым и вторым формирующими соплами, второе формирующее сопло закреплено в корпусе против второго чувствительного элемента, установленО ного на пластине, входы датчика перепада давления соединены с обоими камерами, а выход подключен к регулятору, соединенному с регулирующим клапаном, расположенным на патрубке, установленном во второй камере, имеющей вход для дополнительного паза.На чертеже показана схема предлагаемого устройства для измерения плотности газа.Устройство содержит стабилизатор 1 давления, измерители 2 и 3 расхода, камеры 4 и 5,формирующие сопла 6 и 7, корпус 8, патрубок 9 для вывода газа, чувствительные элементы 10 и 11, пластину 12, электронный блок 13, измерительный прибор 14, датчик 15 перепада давления, регулятор 16, регулирующий клапан 17, патрубок 18, вентиль 19. Стабилиза-тор давления 1 соединен с измерителями расхода 2 и 3, которые установлены на входах камер 4 и 5, соответственно. Выходы камер 4 и 5 образованы формирующими соплами 6 и 7, зак-Я репленными в корпусе 8 с патрубком 9 для вывода газа. Формирующие сопла 6 и 7 расположены против чувст-вительных элементов 10 и 11, установленных на пластине 12. Выходы чувствительных элементов 10 и 11 подключены к электронному блоку 13,соединенному с измерительным прибором 14.Камеры 4 и 5 соединены с входом датчика 15 перепада давления, выходкоторого подключен к регулятору 16,соединенному с регулирующим клапаном 17, расположенном на патрубке 18,установленном во второй камере 5,имеющей вход для дополнительного газа через регулирующий вентиль 19.Устройство работает следующим образом.В начальной стадии осуществляютподготовку к работе устройства с газом-носителем, расход которого определяется технологическим процессом.Газ-носитель от стабилизатора 1 давления подводится к измерителям 2 и 3 расхода. Суммарная величина расходагаза-носителя, равная Й + Я, устанавливается с помощью регулирующих вентилей измерителей 2 и 3 расхода, соединенных с соответствующими камерами 4 и 5. Через формирующие сопла 6 и 7, образующие выхода камер 4 и 5, газ-носитель направляется в виде струй на чувствительные элементы 10 и 11 (например, тензометрические или, объемные датчики), закрепленные на пластине 12 с одной или же с "обеих сторон. Выход газа-носителя осуществляетсячерез патрубок 9 корпуса 8. Характеристики чувствительных элементов 10 и 11 идентичны, формирующие сопла 6 и 7 имеют одинаковую длину, равное отношение внутреннего диаметра к внешнему. Для одинакового расположения формирующих сопел 6 и 7 относительно чувствительных.элементов 10 и 11 предусмотрена воэможность продольного перемещения сопел 6 и 7.Под действием ударных давлений струй происходит, деформация чувствительных элементов 10 и 11 пропорционально квадрату скорости и плотности потоков Я и О и обратно пропорционально площади формирующих сопел 6 и 7. При постоянном сечении сопел 6 и 7 усилие, развиваемое струей газа, пропорционально рЯгде р - плотность газа;Я - объемный расход.Поэтому после определения градуировочнсй характеристики чувствительных элементов 10 и 11 на одном иэ газовнапример, азоте легко рассчитать величину усилия и соответствующий выходной сигнал для любого газа- носителя. Таким образом, отпадает необходимость в градуировке приборана рабочем газеРасход газа-носите- тов 10 и 11 изменяется пропорциональля через формирующие сопла б и 7 но изменению плотности смеси газа будет зависеть только от давления в .в камере 5, так как .величины расхокамерах 4 и 5, которые с соответствую- дов, истекающих из формирующих сощими формирующими соплами б и 7 осу- пел, остаются неизменными. ществляют сглаживание пульсаций вход Подключив чувствительные элементы ного давления. 10 и 11 к электронному блоку 13, поПодавая гаэ-носитель, добиваются схеме соотношения, по дифференциальравенства выходных сигналов, чувст-ной схеме, или любой Другой опредевительных элементов 10 и 11, которое ляют плотность смеси газа-носителя. через электронный блок 13 регистри При отклонении температуры или давруется измерительным прибором 14. лення газа-носителя от номинальных , Если установка формирующих сопел значений выходные сигналы чувстви и 7 относительно чувствительных: ,тельных элементов 10 и 11 изменяются элементов 10 и 11 производится пред- на одну и ту же величину, а покаварительно на стенде, то равенства. 15 эания прибора 14 остаются неизменвыходных сигналов добиваются измене- ными. При изменении температуры или нием расходов Й 1 и Втаким образом, давления другого газа, вводимого в чтобы суммарная величина расхода, камеру 5 увеличивается его объем определяемая технологическим процес- и возрастает давление в камере 5. сом оставалась постоянной. Коррек- . . Однако регулятор 15 с помощью регули.Ф20тировку выходных сигналов чувствитель рующего клапана 17 выравнивает заных элементов 10.и 11 можно осущест-. данные величины давления в камерах вить перемещением формирующих сопел 4 и 5, компенсирует дополнительную 6 и 7 в продольном направлении при погрешность, вызванную изменением равенстве потоков газа Яи 6 . температуры или давления газа. Это Затем в камере 5 задают давление 25 позволяет снизить погрешность измеувеличивают расход через иэмери- рения плотности газа-носителя и сметель 3 расхода)превышающее давление си с 5-6 до 1,5-2, Кроме того, в камере 4 на 5-10 торр. Замер устройство позволяет измерять плот- перепада давления в камерах 4 и 5 ность (или изменение ее) как чисто- осуществляется датчиком 15, выход 30 го газа, так и смеси газов в предекоторого подключен к регулятору 16лах, определяемых чувствительностью Регулятору 16 устанавливают такую тензометрических или объемных датвеличину задания, чтобы давление чиков, готовить смесь необходимого в камерах 4 и 5 выровнялись. Вырав- состава и плотности, использовать нивание давления происходит с помо его в системах автоматического упщьюрегулирующего клапана 17, уста- равления технологическими процессайовленного на патрубке 18 и соеди- ми, что дает возможность расширить ненном с камерой 5. Избыточное дав-область применения устройства. ление в камере 5 передается в линию Минимальный порог чувствительноссброса или на факел. Дополнительный 40 ти, например, тензометрических датконтроль эа равенством давлений в ка- чиков составляет 0.1 мм вод,ст. мерах 4 и 5 осуществляется измеритель- Основная приведенная предельная поным прибором 14. грешность выходного, например, пневТаким образом, устройство подго- матического сигнала датчика перетовлено к работе к последующему цик пада давления типа ДМПК.составляет лу измерения. Затем с помощью регу- +1. а эона нечувствительности не лируемого вентиля 19 подается газ, более 0.1. Класс точности испольвводимый в поток газа-носителя,. зуемого регулятора типа ПРЗ.31-1. и определяемый технологией производ- Таким образом, изобретение по ства. При подаче дополнительного га- сравнению с известным устройством за (например РИЗ, РС 23, БСЙ 51 Н 4, позволяет снизить погрешность изме-,50АэСУ и тп.) в камере 5 происходит рения плотности технологического3смещение этого газа с газом-носи- газа с 5-6 до 2 и расширить обтелем и соответственно повышается ластьприменения устройства за счет давление. Однако датчик 15 перепа- иэмерения меняющегося соотношения да давления следит за изменением55плотностей двух газов. Изобретение давления в камерах 5 и 4. и посред- может быть использовано для иэмереством регулятора 16 и регулирующего ния и регулирования плотности потолапана 17 давления в камерах 4 и 5 ка газа-носителя в различных техноклвыравниваются. В то же время плот- логических процессах, в частнос и,т ность смеси газа в камере 5 изменя- е 0 при получении полупроводниковых мается в зависимости от количества по- териалов, а также где требуется ваваемого дополнительного газа. По- широких пределах измерять и регули- . давольку давление в камерах 4 и 5 ос- ровать плотность смеси газов. ро Раз а- сколькутается постоянным, то величина выход- ботка устройства для измерения и лотных сигналов чувствительных элемен ности газа начата с целью использо994963 Формула изобретения 29/27 исное тент",роектная,4 7вания его в схемах регулирования и управления процессами получения эпитаксиальных структур. Устройство для измерения плотности ,газа, содержащее корпус с патрубком для вывода газа, два чувствительных элемента, размещенные внутри корпу са, причем один из них расположен на пластине против формирующего сопла, закрепленного в корпусе, а выходы чувствительных элементов подключены к электронному блоку, соединенному с измерительным прибором, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения плотности газа и расширения области применения устройства, оно дополнительно содержит стабилизатор давления, два измерителя расхода, две камеры, второе Формирующее сопло, датчик перепада давления, регулятор и патрубок с регулирующимклапаном, выход стабилизатора давления соединен с обоими измерителямирасхода, установленными на входахпервой и второй камер соответственно, а выходы камер образованы первыми вторым формирующими соплами, второе формирующее сопло закреплено вкорпусе против второго чувствительного элемента, установленного на плас-.тине, входы;датчика перепада давления, соединены с обоими камерами,а выход подключен к регулятору, соединенному с регулирующим клапаном,расположенным на патрубке, установленном во второй камере, имеющей входдля дополнительного газа.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 504090, кл. 6 01 И 9/00, 1976.2. Левин В,М. Расходомеры малыхрасходов для схем промышленной автоматики. М 1971, с. 55-56 прототип).