Устройство для регулирования расхода газа

(19) (11) Е ИЗОБРЕТ И ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(2 Ц ,3514174/24-24(71 Государственный ордена Октябрьской Революции научно-исследователь-. ский и проектный институт редкометаллической промышленности(56) 1.Авторское свидетельство СССРВ 232537, кл. 6 05 1) 7/00, 1967.2.Авторское свидетельство СССР 9 951246, кл. 6 05 1) 7/00, 1980 (прототип),(54)(57) УСТРОИС 1 ВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ РАСХОДА ГАЗА, содержащее последовательно установленные в газовоймагистрали стабилизатор давления,дроссель и регулирующий орган, задатчики давления, выходы которыхсоединены с входами соответствующихпервых ключевых элементов, к управляющим входам которых подключенысоответствующие первые выходы программатора, датчик перепада давления на регулирующем органе, регулятор и электропневмопреобразователь,причем второй выход программаторасвязан с управляющим входом второго ключевого элемента, подключенного . первым входом к выходам первых ключевых элементов, третий выход программатора связан с управляющим вхо" дом третьего ключевого элемента, а четвертый выход программатора связан с управляющим входом четвертого ключевого элемента, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышенияточности и упрощения устройства, оно содержит дополнительный задатчик давления и переключающее реле, управляющий вход которого подключен к выходу четвертого ключевого элемента и к выключающему входу регулятора,первый вход - к выходу третьего ключевого. элемента, второй вход - к выхо- Я ду второго .ключевого .элемента, к первому входу регулятора и к первому входу третьего ключевого элемента, а выход - к входу регулирующего органа, пятый выход программатора связан с входом электропневмопреоб- й раэователя, подключенного выходом к второму входу третьего .ключевого элемента, выход датчика. перепада давления соединен с вторым входом регулятора, выход которого связан с вторым входом третьего ключевого .эле мента, выход дополнительного задат" чика. давления подключен к .входу четвертого ключевого элемента.Изобретение относится к регулиро"ванию расхода газа в потоке текучей среды и может быть использовано всистемах автоматического регулирования и управления газовыми потоками.,в частности при .получении сложных, . 5полупроводниковых, структур с .различным профилем и составом примесей .ле- .гирующих компонентовИзвестно устройство для регулировния расхода газа, содержащее измерителА расхода газа, стабилизатор давления, программное устройство.с реверсивным двигателем, запорные элементы, постоянный дроссель, установленный между стабилизатором давления 15и измерителем расхода, сопротивлениекоторого значительно превышает комму.- никационное сопротивление, а задатчик стабилизатора давления соединенмуФтой с реверсивным электродвигателем, подключенным к пневмоэлектрическому преобразователю, управляемому пневматическим генератором импульсов с регулируемой скважностью им"пульсов 1 .25К недостаткам известного устройства относятся сложность настройки,невозможность получения ступенчатойхарактеристики по расходу, высокаяпогрешность регулирования, достигаю- Зо щая 5 при изменении давления в выходной линии на 0,005 МНа, наличие люфтов и затираний в движущихся частях. увеличивает погрешность регулирования до 10.Наиболее близким к предлагаемому является устройство для регулирования расхода газа, содержащее последовательно установленные в газовой магистрали стабилизатор давления, дроссель, регулирующий орган и изме О ритель расхода, выход которого подключен к одному входу регулятора, к другому входу которого подключен первый выход программатора, выход регулятора через преобразователь 45 соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к второму выходу программатора, выходы задатчиков давления соединены с первыми входами соот О ветствующих вторых элементов ИЛИ, вторые входы которых связаны с соответствующими третьими выходами программатора, выход датчика перепада давления соединен через первый элемент памяти с первым входом блока суммирования, выходы вторых элементов ИЛИ через второй элемент памяти подключены.к второму входу блока суммирования и через третий элемент ИЛИ - к входу третьего элемен та памяти, к выходу первого элемента ИЛИ и к выходу четвертого эле- . мента ИЛИ, первый вход которого связан с выходом блока суммирования, а второй вход - с четвертым выходом 65 программатора, пятый выход которого соединен с вторым входом третьего элемента ИЛИ, а выход третьего элемента памяти подключен к регулирующему органу 2 .Недостатками данного устройства являются сложность .конструктивного исполнения, .обусловленная двумя.самостоятельными узлами .регулирования расхода газа на плавном и ступенчатом.участках программы, а также .ошибки в регулировании расхода газа (3-3,5) при изменении давления в выходной линии на 0,005 МПа, связанные .с особенностями схемы.Цель изобретения - повышение точности и упрощение устройства.Указанная цель достигается тем, что устройство для регулирования расхода газа, содержащее последовательно установленные в газовой магистрали стабилизатор давления, дроссель и регулирующий орган, задатчики давления, выходы которых соединены с входами соответствующих первых ключевых элементов, к управляющим входам которых подключены соответствующие первые выходы программатора, датчик перепада давления на регулирующем органе, регулятор и электропневмопреобразователь, причем второйвыход программатора связан с управляющим входом второго ключевого элемента, подключенного первым входом квыходам первых ключевых элементов, третий выход программатора связан с управляющим входом третьего ключевого элемента,а четвертый выход программатора связан с управляющим входом четвертого ключевого элемента, содержит дополнительный задатчикдавления и переключающее реле, управляющий вход которого подключен к выходу четвертого ключевого элемента и к выключающему входу регулятора, первый вход - к выходу третьего ключевого элемента, второй вход - к выходу второго ключевого элемента, к первому входу регулятора и к первому входу третьего ключевого элемента, а выход - к входу регулирующего органа,.пятый выход программатора связан с входом электропневмопреобразователя, подключенного выходом к второму входу третьего ключевого элемента, выход датчика перепада давления соединен с вторым входом регулятора, выход которого связан с вторым входом третьего ключевого элемента, выход дополнительного задатчика давления подключен к входу четвертого ключевого элемента.На чертеже представлена функциональная схема устройства.Устройство содержит стабилизатор 1 давления,. дроссель 2, регулирую-. щий орган 3, датчик 4 перепада давления, регулятор 5, второй ключевойэлемент 6, электропневмопреобразова.,тель 7, программатор 8, первые клю-.чевые элементы 9-11, задатчики давления 12-14, стабилизатор 15 давления и дополнительный задатчик 16давления, четвертый 17 и третий 18ключевые элементы, переключакицеереле 19 и исполнительный механизм 20. Стабилизатор 15 давления обеспечивает .питание сжатым воздухом (или 10 азотом) .задатчики.давления 12-14 и 16. Второй вход у первых ключевых элементов .9-11 заглушен, а у четвертого 17.ключевого элемента соединен. с атмосФерой. 15Устройство позволяет осуществить плавное, ступенчатое или комбинированное регулирование расхода газа.Для получения резких переходов в полупроводниковых структурах применяется ступенчатое изменение расхода газа-носителя, подаваемого в источник легирования. В зависимости от числа переходов используется различное количество ступеней расхода га за-носителя. Набор любого вида программ осуществлядтся последовательностью включения ключевых элементов 6, 9, 10, 11, 17, 18 н переключающего реле 19. ЭОРегулирование расхода газа осуществляется следующим образом.Технологический гаэ (например Н) подводится к стабилизатору 1 давления, с помощью которого задается рабочее давление в пределах 0,01 - 0,05 МПа. Затем газ через дроссель 2 и регулирующий орган 3 подается к источнику легирования (не показан). С помощью дросселя 2 задается верхний предел регулирования, а расход 40 газа измеряется датчиком 4 перепада давления.При плавном изменении расхода газа управлякицне команды с выходов программатора 8 на ключевые элементы 45 6;9,10,11,17 и 18 не подаются и пер" вые входы у них закрыты.С выхода датчика 4 перепада давления пневмосигнал (0,02-1 МПа) поступает на второй вход регулятора 5 (в камеры Д и Г элементов сравнения 21 и 22 соответственно), На первый вход регулятора 5 (в камеры Б н В элементов сравнения 21 и 22) через второй вход второго ключевого элемента 6 подается выходной пневматический сигнал (0,02-1 МПа) от аналогового электропневмопреобразователявход которого связан с пятым аналоговым выходом (0-5 МА).программатора 8, который выдает задание регу лятору 5.Сигнал на выходе регулятора 5 изменяется пропорционально отклонению действительного значения расхода от значения, определяемого про. грамматором .8. Выходной сигнал .Регулятора 5, усиленный усилителем мощности 23, поступает через нижнее ,сопло выключающего реле 24 .в .каме- РУ.Б и далее .на выход третьего 18. ключевого элемента,.второй вход которого соединен .с первым входом переключающего .реле 19. С выхода переключающего реле 19 сигнал регулятора 5 подается на вход регулирующего органа 3 - в исполнительный механизм 20, который меняет расход газа в соответствии,с накланным,участком про-. граммы легирования.Для ступенчатого изменения расхода .газа и последующего. поддержанияего на.задаином уровне,.с соответствующего .первого выхода.программато-. ра 8 подается команда на управляющий вход одного из первых ключевых элементов, например 9, вход которого соединен с выходом задатчика давления 12. При настройке устройства на выходе задатчика 12 устанавливается величина давления, соответствующая данной ступени расхода газа.С второго, третьего н четвертого выходов программатора 8 подаются команды на управляющие входы второго 6, третьего 18 и четвертого 17 ключевых элементов и они включаются.Пневмосигнал от задатчика 12 давления через ключевые элементы 9 и 6 подается на первый вход регулятора 5 (в камеры Б и В элементов сравнения 21 и 22), а также на первый вход третьего 18 ключевого элемента и второй вход переключающего реле 19.Одновременно пневмоснгнал от дополнительного задатчика 16 давления, подключенного к первому входу четвер- того ключевого элемента 17, подается на управляющий вход переключающего реле 19 и выключающий вход регу" лятора 5 (переключающие реле .25-24).При этом выход усилителя мощности 23 отключится от камеры Б переключающего реле 24 н от исполнительного механизма 20. После включения ключевых элементов 17 и 18 пневмосигнал задатчика 12 давления с первого входа третьего 18 ключевого элемента подается на его выход и далее через камеру Б и верхнее сопло переключакицего реле 24 н в камеру В элемента сравнения 21 и камеру Д элементов сравнения 22 и 26, а с вто" рого входа переключающего реле 19 - на его выход, соединенный с исполнительным механизмом 20, который установит регулирующий орган 3 в положение, соответствующее расходу гара для данной ступени.На второй входрегулятора 5 (камеры Д и Г элементов сравнения 21 и 22) поступит сигнал от датчика 4 перепада давления, и на выходе усилителя мощности 23 сФормируется сиг.нал, пропорциональный. заданной величине расхода.Поскольку пневмосигнал от задатчика 12 .давления попадает в камеры . положительной .обратной .связк элементов сравнения 21, .22 .и 26, .в них установится давление, равное давлению на исполнительном механизме 20.Это позволит предохранить линию исполнительного механизма 20 от скачка давления при подключении к нему регуля тора 5 и переходе на автоматическоеуправление, так как регулятор. 5 стра батывает,вэто время давление, отли- чающееся от давления на исполнитель-. ном механизме.20Через .1-.2 с (время задержки) после .включения ключевых элементов 17 и.18 на выходе регулятора 5 сФормируется пневмосигнал, близкий к пневмосигналу от задатчика 12 давления на исполнительном механизме 20, определяемый перепадом давления на регулирующем органе 3. Программатор 8 отключит ключевые элементы 17 и 18. Давление с управляющего входа переключающего 25 реле 19 и выключающего входа регулятора 5 через второй вход четвертого ключевого элемента 17, соединенного с атмосФерой, сбрасывается. Выход регулятора 5 через второй вход третьего.18 ключевого элемента и первый вход переключающего реле 19 соединяется с исполнительным механизмом 20, и на горизонтальном участке программы регулятор 5 поддерживает расход газа, определяемый задатчиком 12 дав-З 5 ления.Так как выход на заданный уровень расхода газа осуществляется без участия регулятора 5 и его настройка не оказывает влияние на переходный про цесс, то это позволяет повысить точность выхода на заданную программой ступень расхода газа.При переходе на новую ступень расхода газа-носителя подается ко манда от программатора 8 на ключевые элементы 17 и 18 и, например, 10. Второй ключевой элемент б остается включенным. Ключевой элемент 9 выключается. 50 Выход дополнительного задатчика 16 давления через четвертый 17 ключа вой элемент подключается к управляющему входу переключающего реле 19 и выключающему входу регулятора 5 (переключающие реле 25,и 24).При этом выход регулятора 5 отключается от исполнительного механизма 20. Выход задатчика 13 давления через ключевые элементы 10 и б подключается к первому входу регулятора 5,через выход третьего ключевого элемента 18 и переключающее реле 24 - к камерам положительной обратной связи элементов 21, 22 и 26 сравнения, а через второй вход переключающего реле 19 - к входу регулирующего органа 3 (исполнительному механизму 20)Регулирующий орган 3 устанавливается в положение, соответствующее данной ступени расхода. газа..Через 1-,2 .с на выходе усилителя 23 мощности регулятора 5 образуется сигнал,.близкий к пневмосигналу на исполнительном .механизме 20 Про- . грамматор 8 .выключает .ключевые элементы 17 и. 18, а регулятор 5 поддерживает значение расхода газа, опре-. ,деляемое задатчиком 13 давления.Последующий порядок включения ключевых элементов б, 9, 10, 11, 17, 18 и переключения реле 19,определяется программой технологического процесса.При изменении давления в технологической .линии регулятор 5 обеспечи-. вает поддержание расхода газа на за-. данном уровне .с точностью до.1 Ъ.на. всех участках программы, что позволяет упростить схему регулирования.Таким образом, данное изобретение по сравнению с известными позволяет повысить точность регулирования расхода технологического газа с 3-3,5 до 1% и упростить схему устройства.Изобретение может быть использовано для автоматического и программного управления расходом газов в различных технологических процессах, где требуется осуществление сложной программы изменения расхода газа в процессе производства.. Фил Подписноственного комитета .СССР .ретений.м открытийЖРауыская наб., д.4/