NL8104478A

NL8104478A - Massastroming-regelaar.

Info

Publication number: NL8104478A
Application number: NL8104478A
Authority: NL
Original assignee: Thermco Products Corp
Priority date: 1980-10-03
Filing date: 1981-10-01
Publication date: 1982-05-03
Also published as: US4658855A; DE3139023A1

Description

* r '*

'lE 5847-1 Ned P&C

Massasfcroming - regelaar.

De uitvinding heeft betrekking op een massastroming-regelaar.

Fabrikanten van halfgeleiders gebruiken gewoonlijk diffusie^ovens voor het doteren van silicium-kristallen of polykristallijne siliciumdragers met elementen uit de groep III of groep V, zoals boor en fosfor, voor het vervaardigen van halfgeleiders. De doteringsstoffen en passiveringsverbindingen worden aangevoerd door gasstromen die in de diffusieoven stromen. Typerende gassen zijn waterstof, chloorwaterstof, stikstof, zuurstof en silaan. Het is duidelijk dat de concentratie van doteringsmateriaal in het silicium zeer nauwkeurig moet worden beheerst teneinde halfgeleiders met voorspelbare en gelijkmatige elektrische eigenschappen te verkrijgen. Derhalve is’het noodzakelijk, de hoeveelheid gas die wordt toegevoerd aan de diffusieoven zeer nauwkeurig te doseren. Verder moeten soms twee of meer gassen reageren in de o*’en. In dat geval moeten nauwkeurige stoichiometrische verhoudingen worden gehandhaafd door meting van gasstromen.

Er is een aantal elektronische stelsels bekend met brugketens die worden gevoed uit bronnen van konstante stroom. De bruggen bevatten gewoonlijk een paar weerstanden die zijn aangebracht in de hoofd-gasstroom of een aftakking daarvan, dan wel in goede warmtegeleiding daarmee staan, waarbij de ene weerstand stroomopwaarts ten opzichte van de andere weerstand is aangebracht. Als stroom wordt toegevoerd aan de brugketen wekken zowel de stroomopwaartse als de stroomafwaartse weerstand warmte op, die wordt overgedragen aan het gas, dat langs de weerstanden stroomt. De stroomopwaartse weerstand wordt sterker afgekoeld dan de stroomafwaartse weerstand, waardoor de spanning op het knooppunt tussen de stroomopwaartse en de stroomafwaartse weerstand verschuift. Deze verschuiving van de knooppuntspanning wordt versterkt en vergeleken met een instel-spanning ter verkrijging van een foutr’signaal dat wordt toegevoerd aan een servoversterker die een doseerventiel bedient.

Het Amerikaanse Octrooischrift 3,372,590 beschrijft een th.erDixs.chestroming— meter waarin gebruik wordt gemaakt van een bron van konstante stroom met een transistor 26 die aan zijn basis wordt ingesteld door een daarmee verbonden zenerdicde. Er dient echter te worden opgemerkt dat deze stromingmeter een uit-gangsspanning levert met een niet-lineair verband met de stroomsnelheid in de leiding 90, zoals duidelijk blijkt uit.figuur 7.

De omgeving, waarin een massastromingregelaar voor een diffusieoven moet ’.verken bevat gewoonlijk veel elektrische ruis en het is wenselijk de hocy—frequente responsie van een regelcircuit te beperken onder handhaving van een goede gevoeligheid voor de betrekkelijk langzame veranderingen die de thermische opnemer 8·/ 0 4 4 78 -2- ondergaat.

Een hoofdoogmerk van de uitvinding is een massastrcming^regé-laar''te "verschaffen met een orgaan voor het behandelen van een opnemersignaal voor het verkrijgen van een gelinéariseerd signaal dat nagenoeg lineair is ten opzichte van de stroomsnelheid van het gas.

Daartoe verschaft de uitvinding een massastroom-regelaar die is gekenmerkt door ttermische opnemers die een opnemersignaal leveren dat een maat is voor de stroomsnelheid van gas door een buis, een versterker die het opnemersignaal ontvangt en versterkt tot een versterkt signaal, een lineair signaalbewerkings-orgaan met ten minste één element met variabele versterking die wordt bepaald door een amplitude van het versterkte signaal, welk element met variabele versterking het versterkte signaal zo bewerkt dat een gelineariseerd signaal ontstaat dat lineair verband houdt met de stroomsnelheid van het gas, een comparator die het gelineariseerde signaal vergelijkt met een instelsignaal en als reactie daarop een commandosignaal levert en een servoversterker die het com-mandosignaal ontvangt en een gasventiel bedient dat als reactie, daarop de gasstroming doseert.

Volgens een voorkeursuitvoering is de massastroming-regelaar voorzien van een met een zenerdiode ingestelde bron van konstante stroom die een brugketen voedt met een stroomopwaartse ‘weerstandtak en een stroomafwaartse weerstandtak - in goede warmtegeleiding met een aftakleiding tene inde thermisch de stroomsnelheid van gas door de buis te detecteren. Een brugversterker met variabele versterking en een goede gelijkspanningresponsie en een zeer geringe hoogfrequente versterking is aangesloten op de brug teneinde een versterkte opnemerspanning te verkrijgen die een maat is voor het relatieve temperatuurverschil van de stroomopwaartse en stroomafwaartse takken van de brug als reactie op de stroom-. snelheid van het gas door de aftakleiding. De brugversterker omvat een tegen-koppellus met een door de gebruiker instelbare impedantie ter verkrijging van een door de gebruiker instelbare versterking voor de brugversterker. Een reeks operationele versterkers die zijn uitgevoerd als precisiebegrenzers zijn paral-.....lel aan. elkaar aangesloten en ontvangén een uitgangssignaal van de brugversterker. Elk van de. precisiebegrenzers wordt tijdens de montage ingesteld vóór een trajectgewijze linearisering van het brugversterkersignaal. Een comparator met een beperkte versterking voor hoge frequenties ontvangt een instelspanning en het trajectgewijze gelineariseerde signaal en levert een uitgangssignaal met een amplitude die verband houdt met het verschil tussen het gelineariseerde signaal en het instelsignaal. Het uitgangssignaal van de comparator wordt toegevoerd aan een servoversterker die een met een magneetspoel bediend stuurven-tiel bedient. Een tegenkoppellus met een capacitieve reactantie is van een uitgang van de servoversterker aangesloten op een ingang van de- comparator, waar- 8104478 - t f * -3- door een tegenkoppelsignaal wordt toegevoegd aan het gelineariseerde signaal.

De massastroming-regelaar volgens de uitvinding is zeer nauwkeurig en niettemin betrekkelijk ongevoelig voor hoogfrequente elektrische stoorsignalén.

De uitvinding wordt hieronder nader toegelicht aan de hand van de tekening, die betrekking heeft op een uitvoeringsvoorbeeld van een inrichting volgens de uitvinding.

Figuur 1 is een blokschema van een massastroming-regelcircuit volgens de uitvinding.

Figuur 2a is een schema van een deel van het circuit uit Figuur 1.

Figuur 2b is een schema van een ander deel van het circuit uit Figuur 1;.

In Figuur 1 is een massastroming-regelaar 10 volgens de uitvinding afge-beeld. De massastroming-regelaar 10 omvat een bron van konstante stroom 12 die stroom toevoert aan een brugketen 14. De brugketen 14 bevat een paar weerstanden 16 en 18 die zijn opgesteld in een aftakbuis van een gasleiding. De weerstanden 16 en 18 bestaan in dit uitvoeringsvoorbeeld elk uit ongeveer 50 windingen van weerstanddraad met een weerstand van 1Ω per winding en zijn met goede warmtegeleiding gewikkeld om de aftakbuis, waarbij de weerstand 16 stroomopwaarts van de weerstand 18 is aangebracht. Een brugversterker 20 met variabele versterking die door de gebruiker kan worden vooringesteld door variatie van een impedantie in een geaard deel van een tegenkoppellus 22, is aangesloten op de' brug 14 en levert een uitgangssignaal evenredig met de differentiële weerstandsverandering van de weerstanden 16 en 18 veroorzaakt door gas dat langs de weerstanden 16 en 18 stroomt. Het uitgangssignaal van de brugversterker wordt toegevoerd aan een lineariseringsnetwerk 24 bestaande uit een reeks precisie-begrenzingscircuits. Het lineariseringsnetwerk 24 levert een nagenoeg lineaire spanning die recht evenredig is met de stroomsnelheid van het gas aan een comparator 26. Een door de gebruiker instelbare instelspanning die wordt gekozen door de instelling van de loper van een potentiometer 28 wordt eveneens toegevoerd aan de comparator 26. Een servoversterker 30 ontvangt een uitgangssignaal van de comparator 26 en levert een stuurstroom aan een met een magneetspoel bediend ventiel 32 dat de gasstroming door de leiding doseert.

Uit Figuur 2a blijkt dat, teneinde een stabiele signaalspanning van de brugketen 14 te leveren en te verzekeren dat de signaalspanning representatief is voor de stroomsnelheid van het gas, de bron 12 van konstante stroom, een weerstand 40 bevat die is aangesloten op een voedingspunt 42 waaraan een gestabiliseerde positieve gelijkspanning van 15V wordt aangelegd. Een leiding 44 yoert.deze spanning toe aan een zenerdiode 46 in sperinstelling en aan een yoedingsleiding 48 van een operationele versterker 50. Een.weerstand 52 is verbonden met de weerstand 40. De weerstand 52 voert naar een inverterende ingang 54 van de versterker 50. Een niet-inverterende ingang 56 van de operationele 8104478.

-4- versterker 50 is aangesloten op de kathode van de zenerdiode 46 en de weerstand 58 die is verbonden met een aardleiding 59. Een gestabiliseerde positieve spanning die door de zenerdiode 46 6v onder de voedingsspanning van 15V wordt gehouden wordt toegevoerd aan de niet-inverterende ingang 56 van de operationele versterker 50. Een condensator 60 is opgenomen in een tegenkoppellus tussen een uitgang 62 van de operationele versterker 50 en de inverterende ingang 54, teneinde de hoogfrequente versterking van de operationele versterker 50 te beperken en daardoor oscillaties van het uitgangssignaal van de operationele versterker 50 te . voorkomen. De weerstand 52 begrenst de stroom naar de inverterende ingang 54. Een weerstand 64 is verbonden met de uitgang 62 en de elektrolytische condensator 60 teneinde de stroom naar de basis 66 van een PNP-transistor 68 te begrenzen. De transistor 68 is met zijn emitter 70 verbonden met het knooppunt. van de weerstanden 40 en 52. Zijn collector 72 is verbonden met de brug 14.

De operationele versterker 50 heeft een voedingsleiding 74 die via een leiding 75 is verbonden met een negatief voedingspunt 75a met een negatieve spanning van 15V.

De brug 14 omvat de weerstanden 16 en 18 die twee van zijn takken vormen.

Een vaste weerstand 76 is verbonden met de weerstand 16 en de collector 72 van de transistor 68. Een vaste weerstand 78 is verbonden met de aardleiding 59 en de weerstand 18. Een potentiometer 80 is opgenomen tussen de weerstanden 76 en 78. De potentiometer 80 wordt gebruikt voor het nullen van de brugversterker 20 tijdens de ijking van het geheel. De loper 82 van de potentiometer 80 is aangesloten op een inverterende ingang 84 van de brugversterker 20. De brugversterker 20 omvat een operationele versterker 86 met een niet-inverterende ingang 88 die via een vaste weerstand 90 is verbonden met een knooppunt 92 tussen de weerstanden 16 en 18.

Terwijl gas stroomt door de aftakbuis wordt warmte, die wordt opgewerkt door de weerstanden 16 en 18 overgedragen aan het gas. Daar het gas ter plaatse van de stroomqpwaartse weerstand 16 koeler is dan ter plaatse van de stroomafwaartse weerstand 18, wordt de stroomopwaartse weerstand 16 sterker gekoeld en hij heeft daardoor een lagere weerstandswaarde, waardoor de spanning aan het knooppunt van de weerstanden 16 en 18 stijgt ten opzichte van de spanning aan het knoop-p\int van de weerstanden 76 en 78. Naarmate het gas sneller stroomt, is het temperatuurverschil tussen de weerstanden 16 en 18 groter. Bij zeer hoge stroomsnelheden van het gas is de differentiële koelwerking echter niet langer waarneembaar en zal een ander stelsel voor het meten van de stromingssnelheid moeten-. worden toegepast.

De relatieve weerstandvariatie van de weerstanden 16 en 18 brengt de brug 14 uit evenwicht en levert een differentiële ingangsspanning aan de ingangsaan-sluitingen 84 en 88 van de operationele versterker 86.. De differentiële spanning 8104478 ύ -5- houdt echter geen lineair verband met de stroomsnelheid van het gas door de af-takleiding. Daar het noodzakelijk is een zeer nauwkeurige instelling van de stroomsnelheden van het gas te verkrijgen voert de versterker 86 de differentiële spanning geleverd door de brug 14 op. Deze versterkte spanning wordt afge-geven aan een uitgang 92.

De versterker 86 is uitgevoerd als een differentiële versterker met een weerstand 94 die is aangesloten tussen de aardleiding 59 en de niet-inverterende ingang 88. Een elektrolytische condensator 96 is parallel geschakeld aan de weerstand 94. De elektrolytische condensator 96 en de weerstand 94 leveren een aardbaan met lage impedantie voor hoogfrequente ruis 'die anders .zou worden versterkt door de operationele versterker 86.

Het is duidelijk dat de diffusieoven waarmee de inrichting volgens de uitvinding samenwerkt elektrisch veel ruis veroorzaakt. Het is belangrijk deze ruis waar mogelijk te elimineren. Een elektrolytische condensator 98 met dezelfde capaciteit als de elektrolytische condensator 26 en een weerstand 100 met dezelfde weerstandwaarde als de weerstand 94 zijn parallel geschakeld en opgenomen in een tegenkoppellus 101 tussen de in verterende ingang 84 en de uitgang 92 van de operationele versterker 86. De elektrolytische condensator 98 en de weerstand 100 begrenzen de hoogfrequente responsie of bandbreedte van de operationele versterker 86 teneinde te voorkomen dat storende signalen worden ver- •Γ* ** u sterkt. In de tegenkoppellus zijn verder een vaste weerstand 102 en een deel van een potentiometer 104 opgenomen. Daar het deel van de totale weerstand van de potentiometer 104 dat is opgenomen in de tegenkoppellus 101 wordt bepaald door de instelling door de gebruiker van de loper 106 kan de gebruiker de relatieve versterking instellen die hij voor de brugversterker 20 wenst. De potentiometer 104 is verbonden met een vaste weerstand 108 die verder is verbonden met de aarde 59.

De responsie van het elektrische circuit is veel sneller dan de thermische responsie van de brug 14. De betrekkelijk langzame responsie van de brug 14 wordt veroorzaakt door de warmtetraagheid van de opneemweerstanden 16 en 18.

Als de stroomsnelheid van het gas verandert, verandert de differentiële spanning tussen de aansluiting 84 en 88 dus niet onmiddellijk. Teneinde deze warmte-traagheid te compenseren is een elektrolytische condensator 110 verbonden met de condensator 98 en de weerstand 100. Een weerstand 112 is verbonden met de elektrolytische condensator 110 en de aardleiding 59. De combinatie van de elektrolytische condensator 110 en de weerstand 112 levert een tijdverschuiving voor het signaal dat wordt toegevoerd aan de operationele versterker 86 en compenseert de warmtetraagheid van de brug 14.

Een aardleiding, of gemeenschappelijke leiding 113 is verbonden met de leiding 59. Een paar filtercondensatoren 114 en 115 is aangesloten tussen de gemeen- 8 1 0 4 4 78.

* ' 'ΐ! •........ - .. -6- schappelijke leiding 113 en een negatieve voedingsleiding 116.met een spanning van 15V, die is verbonden met de leiding 75 en eindigt op het knooppunt 75a.

Een tweede paar filtercondensatoren 117 en 118 is aangesloten tussen de gemeenschappelijke leiding 113 en een positieve voedingsleiding 119 met een spanning van 15V, die op een knooppunt 120 is aangesloten op een geschikte bron van gestabiliseerde gelijkspanning van +15V. De leiding 119 is eveneens verbonden met de leiding 42. De condensatoren 114 en *117 zijn elektolytische condensatoren.

Een leiding 122 is verbonden met de‘ leiding 75 teneinde aan een weerstand 124 een spanning van -15y toe te voeren’. Een zenérdiode 126 Is. aangesloten tussen de weerstand 124 en de aardleiding 59 teneinde een gestabiliseerde gelijkspanning van -6V te leveren aan een. voedingsleiding 128. De voedingsleiding 128 voedt een voedingsleiding 129 die op zijn beurt het linearisieringsnetwerk 24 voedt.

Het lineariseringsnetwerk 24 omvat 4 precisie-begrenzingcircuits.

Een eerste precisie-begrenzingcircuit 130, ook aan te duiden als de 25% precisie-begrenzer, omvat een Operationele versterker 132 met een geaarde, niet-inverterende ingang 134 en een inverterende ingang 136 die stroom ontvangt van een weerstand 138 die is verbonden met de leiding 93 en een weerstand 140.

De weerstand 140 wordt gevoed met de spanning van -6V van de leiding 129. De weerstand 138 wordt gevoed met het uitgangssignaal van de brugversterker 20.

Een tegenkoppelweerstand 142 is verbonden met het knooppunt van de inverterende - 'ingang 13¾ en de weerstand 138. Een diode 144 is verbonden met de weerstand 142 ,en met een knooppunt van de uitgang 146 van de. operationele versterker 132 en een diode 148. De diode 148 is verbonden met een knooppunt van de inverterende ingang 136 en de weerstand 140. Bij de hier beschreven uitvoering hebben de weerstanden 138 en 142 elk een weerstandwaarde van lOOkfl, terwijl de weerstand 140 een weerstandwaarde van 499kfl heeft. De versterker 132 versterkt het signaal van de brugversterker als dat een niveau van l,25v overschrijdt. Onder het niveau van l,25v is de diode 144 gesperd en de diode 148 geleidt,waardoor de beide uiteinden van de weerstand 142 zijn geaard en de versterker 132 in feite uit het circuit is verwijderd, zodat hij geen uitgangssignaal levert. Het omslagpunt ·. voor de versterkingskromme... van de versterker 132 heeft in dit geval een waarde van 1,25v.

Het uitgangssignaal van de brugversterker 20 wordt zo gekozen dat het varieert tussen 0V en +5V over het volledige van belang zijnde bereik van gasstroomsnelheden. Het omslagpunt van de versterker 132 ligt dus op ongeveer 25% van de ’ amplitude van de stroomsnelheid.

Een tweede precisie-begrenzer 150, ook aan te duiden als de 50% precisie-begrenzer, omvat een operationele versterker 152 met een niet-inverterende ingang 154, die is verbonden met de aardleiding 59 en een inverterende ingang 156, die is verbonden met een knooppunt van een weerstand 158 en een weerstand 160.

8104478 Μ ·· -7-

Een weerstand 162 is opgenomen in een tegenkoppellus van de versterker 152 tus- f sen het knooppunt van de ingang 156 en de weerstand 158 en een diode 164. De [ diode 164 is verbonden met een uitgang 166 van de operationele versterker 152. \

Een diode 168 is verbonden met het knooppunt van de diode 164 en de uitgang 166.

De diode 168 is verder verbonden met het knooppunt van de weerstand 160 en de inverterende ingang 156. De weerstand 158 ontvangt het signaal van de brugver-sterker vanuit de leiding 93. De weerstand 160 ontvangt de gestabiliseerde spanning van -6V uit de leiding 129.

Bij deze uitvoering hebben de weerstanden 158 en 162 elk een waarde van lOOkQ, terwijl de weerstand 169 een waarde van 249kfl heeft. De operationele versterker 152 inverteert het signaal van. de brugversterker zodra dat groter is dan -f-2,50V . Als het signaal van de brugversterker onder +2,50V ligt,'.is de diode 164 gesperd, terwijl de diode 168 geleidtvwaardoor het uitgangssignaal van de operationele versterker 152 wordt geëlimineerd en de versterker in feite wordt verwijderd uit het circuit. Derhalve ligt het omslagpunt van de versterkingkromme van de precisiebegrenzer 150 bij +2,50V, wat in dit geval overeenkomt met een ideale gasstroomsnelheid van 50%.

Een derde precisie-begrenzer 170, ook aangeduid als de 75% precisie-begrenzer, omvat een operationele versterker 172 met een niet-inverterende ingang 174, die is geaard, en een inverterende ingang 176 die is verbonden met een knooppunt 'van een weerstand 178 en een weerstand 180. Een tegenkoppelweerstand 182 is verbonden met het knooppunt van de weerstand 178 en de inverterende ingang 176.

Een diode 184 is verbonden met de weerstand 182. De uitgang 186 van de operationele versterker 172 is verbonden met de diode 184. Een diode 188 is verbonden met het knooppunt van de diode 184 en de uitgang 186. De diode 188 is verbonden met het knooppunt van de weerstand 180 en de inverterende ingang 176. De weerstand 178 ontvangt het signaal van de brugversterker uit de leiding 93, terwijl de weerstand 180 de gestabiliseerde spanning van -6v ontvangt uit de leiding 129. Zolang de uitgangsspanning van de brugversterker boven +3,75V ligt, inverteert de operationele versterker 172 het signaal van de brugversterker. Als het uitgangssignaal van de .brugversterker minder dan +3,75V bedraagt, is de diode 184 gesperd en de diode 188 geleidt, zodat de operationele versterker 172 geen uitgangssignaal levert en in feite uit het circuit is verwijderd. Met andere woorden, het omslagpunt van de versterkingkromme van de precisie-begrenzer 170 ligt bij +3,75V, wat overeenkomt met 75% van de maximale spanning. Het omslagpunt van +3,75V en de versterkingsfactor van -1 worden bepaald doordat de weer- [ standen 178 en 182 elk een waarde hebben van lOOkü en de weerstand 180 een waarde f

heeft van 165kïï. I

Teneinde correctiefactoren over het gehele van belang zijnde bereik van stroom- I

snelheden te verkrijgen, in dit geval overeenkomende met een spanning tussen 0V £ 8104478 I *

Sr- -δέη +5V, is een operationele versterker 200 uitgevoerd als een inverterende ver-* sterker met een· versterking.-1 aanwezig. Een weerstand 202 is aangesloten tussen de leiding 93 en de inverterende ingang 204 van de operationele versterker 200.

De operationele versterker 200 heeft verder een niet-inverterende ingang 206 en een uitgang 208. Een tegenkoppelweerstand 210 is aangesloten tussen de inverterende ingang 204 en de uitgang 208. Bij de hier beschreven uitvoering zijn de weerstanden 202 en 210 identieke weerstanden met een weerstandwaarde van lOOkfl. Het versterkersignaal wordt vanaf de uitgang 208 via een weerstand 212 overgebracht naar een optelknooppunt 213.

Het is derhalve duidelijk dat de versterkers· 132, 152, 172 en 200 alle inverteren met een versterkingsfactor -1. Het enige verschil tussen deze verster-' kers is dat de versterkingkromme een omslagpunt vertoont bij +1,25V voor" de versterker 132, bij +2,50V voor de versterker 152 en bij +3,75v voor de versterker. 172. De versterker 200 beslaat het volledige bereik tussen 0,Q0V en +5,00V.

Teneinde een trajectgewijze lineaire compensatie te verkrijgen worden geschikte weerstandwaarden gekozen voor een üitgangsweerstand die is verbonden met de uitgang van elk van de betreffende precisie-begrenzers. Bij de hier besproken uitvoering wordt èen üitgangsweerstand voor elk der precisie-begrenzers gebruikt voor het toesturen van de ingangszijde of uitgangszijde van de inverterende operationele versterker 200 voor het volle bereik, afhankelijk van de "· ' ·“ '· a*.

' polariteit ...van de correctiespanning. Hoewel bij de hier besproken uitvoering stroomsnelheidwaarden van 25%, 50% en 75% zijn gekozen voor de ijking, is het . duidelijk dat verdere precisie-begrenzers parallel kunnen worden geschakeld teneinde het gewenste aantal instelpunten of ijkpunten langs de kromme van stroomsnelheden te verkrijgen.

Het is verder duidelijk dat de correctiefactoren van de weerstanden 214 en 218 bij deze uitvoering worden opgeteld op het optelknooppunt 213, dat via een leiding 222 is verbonden met een inverterende ingang 224 van een operationele versterker 226. De operationele versterker 226 heeft verder een niet-inverterende ingang 228, die is verbonden met de aardleiding 59 en een uitgang 230 die is verbonden met een tegenkoppelweerstand 232. De tegenkoppelweerstand 232 is via een leiding 243 verbonden met de inverterende ingang 224 van dé operationele versterker 230. Het is duidelijk dat de keuze van de weerstandwaarden van de weerstanden 214 en 218 tezamen met de waarden van de tegenkoppelweerstand 232 de versterking bepaalt voor de betreffende spanningen die via deze weerstanden worden toegevoerd aan het optelknooppunt 213. Hoewel bij de afgeheelde uitvoering de weerstanden 214 en 218 zijn verbonden met de ingang van de versterker 200, terwijl de weerstand 216 is verbonden met de ingang van de versterker 226, is het duidelijk dat de ijking in andere gevallen andere aansluitcombinaties nodig kunnen maken om een trajectgewijze signaallinearisering te verkrijgen.

8104478 £ * · rr * -9-

Het signaal dat vanuit de versterker 200 wordt toegevoerd via de weerstand 213 wordt geïnverteerd door de operationele versterker 226 en wordt opgeteld bij het signaal van de weerstand 216.

Een uitgang-meetaansluiting 236 is verbonden met de uitgang 230, waarbij een weerstand 238 met een waarde van 100Ω is verbonden met de uitgangsleiding 236 teneinde de uitgangsspanning van het lineariseringnetwerk 24 uitwendig te bewaken. De gelineariseerde uitgangsspanning wordt via een weerstand 240 toegevoerd aan een inverterende ingang 242 van een comparator bestaande uit een operationele versterker 246. De operationele versterker 246 heeft tevens een niet-inver-terende ingang 248 en een uitgang 250. Een condensator 252 is aangesloten tussen de ingang 242 en de uitgang 250. Een uitwendige instelspanning wordt via een leiding 254 en een weerstand 256 toegevoerd aan een leiding 258 die is verbonden met de ingang 248. Een filtemetwerk, bestaande uit een weerstand 262 en een condensator 264 in serie tussen de weerstand 256 en de aardleiding 59 begrenst de hoogfrequente responsie van de operationele versterker 246 door hoogfrequente storende signalen af te voeren naar aarde, zodat alleen de instelgelijkspanning die moet worden aangelegd aan de niet-inverterende ingang 248 van de operationele versterker 246 overblijft.

Het signaal uit de comparator 26 wordt toegevoerd aan een weerstand 270 die is aangesloten tussen de uitgang 250 en de servoversterker 30. Het signaal wordt toegevoerd aan de basis 274 van een NPN-transistor 272. De collector 276 van de transistor 272 en de emitter 278 zijn in Darlington— configuratie aangesloten met een PNP-vermogentransistor 280. De basis 282 van de transistor 280 is verbonden met de collector 276. De emitter 284 is verbonden met de voedings-leiding. De collector 286 is via een oscillaties onderdrukkende condensator 288 verbonden met de emitter 278 van de transistor 272. Een instelweerstand 290 is verbonden met het knooppunt van de emitter 278 en de condensator 288. Een tran-sistor-beschermingsdiode 292 is aangesloten tussen de basis 274 en de emitter 278 van de transistor 272 teneinde beschadigingen door sperinstelling van de basis-emitter-keerlaag van de transistor 272 te voorkomen.

De transistor 280 wordt via zijn emitter 284 gevoed door de voedingsleiding 294 die is aangesloten op een uitwendige bron van een gestabiliseerde spanning van +12V. Een filtercondensator 296 is aangesloten tussen de emitter 284 en de aardleiding 59 teneinde hoogfrequente signalen uit de voedingsleiding voor de servoversterker te verwijderen. De collector 286 is aangesloten op een tegen-koppellus 298 en is tevens aangesloten op een ventiel-bestuurleiding 300. Een diode 302 in sperinstelling is eveneens aangesloten op de ventiel-besturingslei-ding 300, evenals een paar aansluitingen 304 en 306 aan weerszijden van de diode 302.

Het instelventiel 32 is een bekend instelventiel gestuurd door middel van 8104478 -10- een magneetspoel, gebruikt voor de instelling van de gastoevoer aan een diffu-sieoven. Het is duidelijk dat de hoeveelheid stroom door de emitter-collector-keerlaag van de transistor 284 de mate van opening van het stuurventiel 32 aangesloten op de aansluitingen 304 en .306 bepaalt.

Het signaal dat wordt geleverd door de comparator 246 wordt versterkt door de transistor 272 en bepaalt de hoeveelheid stroom door de eindtransistor 280. Deze stroom die wordt toegevoerd aan het instelventiel 32 bepaalt op zijn beurt de gasstroomsnelheid door de hoofdleiding. Teneinde beschadiging van de eindtransistor 28Ó te voorkomen is een'diode 302 in sperinstelling aanwezig teneinde stroom door te laten als het magnetische veld van de spoel wegvalt, als de voeding wordt beëindigd. Een oscillaties onderdrukkende condensator 310 is aangesloten tussen de diode 302 en de weerstand 290 en heeft dezelfde functie" als de condensator 288.

\ * 4

De tegenkoppellus 298 omvat een condensator 320 die in serie is geschakeld met een weerstand 322. De weerstand 322 is aangesloten op de inverterende ingang 242 van de comparator 246. Doordat de comparator 246 in grotere mate dan wenselijk is kan reageren op hoogfrequente componenten toegevoerd via de weerstand 240 is de condensator 252 in de tegenkoppellus 298 aanwezig teneinde de bandbreedte of hoogfrequente versterking van de operationele versterker 246 te beperken. Het is wenselijk de tegenkoppellus 298 te gebruiken voor het sturen van de hoeveelheid vermogen die rechtstreeks wordt .toegevoerd aan het instelventiel 32, opdat het ventiel betrekkelijk langzaam wordt versteld. Dit is wenselijk'met Met oog op de thermische traagheid in andere delen van het stelsel.

De tegenkoppellus 298 met de condensator 320 behandelt de comparator 246, de transistor 272 en de transistor 280 als een enkele versterker met een daling van de versterking aan het boveneinde van het frequentiebereik met 12 dB/oktaaf.

De condensator 320 is in de tegenkoppellus opgenomen om te voorkomen dat het circuit oscilleert nabij het omslagpunt van de versterking.

Het is derhalve duidelijk dat de uitvinding een massastroming-regelcircuit verschaft dat gevoelig is voor betrekkelijk kleinè veranderingen van de stroomsnelheid van gas door een buis. Het lineariseringsnetwerk levert een lineaire •correctie op een aantal punten langs de stroomsnelheidkromme tëneinde te verzekeren dat de spanning die wordt toegevoerd aan de .comparator 246 recht evenredig is met de stroomsnelheid van het gas door de buis. De comparator 246 reageert snel op alle veranderingen van het fout signaal door veranderingen van de gas-straomsnelheid door de buis. De condensatoren 252 en 320 begrenzen de hoogfrequente versterking van de versterker 246 en de servoversterker, teneinde de verstelling van het instelventiel betrekkelijk langzaam te doen plaatsvinden en doorschot van het instelventiel te voorkomen.

'8104 4 78

Claims

1. Massastroming-regelaar, gekenmerkt door een thermische opnemer, die een op-nemersignaal levert dat maatgevend is voor een stroomsnelheid van gas door een buis, een versterker die het opnemersignaal ontvangt en versterkt tot een versterkt signaal, een lineair signaal-bewerkingsorgaan met tenminste één element met variabele versterking die wordt bepaald door de amplitude van het versterkte signaal, welk element met variabele versterking het versterkte signaal bewerkt tot een gelineariseerd signaal dat een lineair verband houdt met de stroomsnelheid van het gas, een comparator die het gelineariseerde signaal vergelijkt met een instelsignaal en een commandosignaal als reactie daarop levert en een servoversterker die het commandosignaal ontvangt en als reactie daarop een gas-instelventiel stuurt dat de gasstroming doseert.

2. Inrichting volgens conclusie 1., met het kenmerk dat de thermische opnemer een brug met een paar weerstanden omvat, waarbij de ene weerstand in goede warmte-wisseling is met een stroomopwaarts deel van de buis en de andere weerstand in goede warmtewisseling is met een stroomafwaarts deel van de buis, zodat de differentiële afkoeling van de weerstanden veroorzaakt door de gasstroming een spanningverschuiving in de brug veroorzaakt die het opnemersignaal veroorzaakt.

3. ’Inrichting volgens conclusie 2., met het kenmerk dat de brug wordt gevoed met een elektrische stroom vanuit een bron van konstante stroom teneinde fouten bij de meting van de stroomsnelheid van het gas zo gering mogelijk te maken.

4. inrichting volgens een of meerdere conclusies in 1. t/m 3., met het kenmerk dat het element met variabele versterking een operationele versterker met tenminste één diode opgenomen in een tegenkoppellus is.

5. Inrichting volgens conclusie 4., met het kenmerk dat de operationele versterker een tweede diode bevat die is opgenomen in een tweede tegenkoppellus van de operationele versterker, waarbij de operationele versterker een signaal met een eerste amplitude levert als het versterkte signaal ligt in een eerste amplitudebereik en een signaal met een tweede amplitude levert als het versterkte signaal in een tweede amplitudebereik ligt.

6. Inrichting volgens een of meerder conclusies. 1. t/m 5., met het kenmerk, dat de versterker een verschilversterker is. 8104478