RU2593294C1 - Device for preparation of gas mixture - Google Patents
Device for preparation of gas mixture Download PDFInfo
- Publication number
- RU2593294C1 RU2593294C1 RU2015132012/05A RU2015132012A RU2593294C1 RU 2593294 C1 RU2593294 C1 RU 2593294C1 RU 2015132012/05 A RU2015132012/05 A RU 2015132012/05A RU 2015132012 A RU2015132012 A RU 2015132012A RU 2593294 C1 RU2593294 C1 RU 2593294C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mixture
- gas
- mixing chamber
- valves
- gases
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Accessories For Mixers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к смесителям газов и может использоваться для получения смеси газов в различных технологических процессах, например для получения смеси газов, используемой в качестве плазмообразующей среды в процессе плазменного напыления.The invention relates to gas mixers and can be used to obtain a mixture of gases in various technological processes, for example, to obtain a mixture of gases used as a plasma-forming medium in the process of plasma spraying.
В настоящий момент существует большое количество смесителей, которые имеют в своем составе анализаторы расхода, давления и концентрации газов (например, патент Германии №10125863, МПК B01F 3/02, опубл. 2002 г.). Полученные анализаторами данные используются для регулирования параметров процесса смешивания, таких как расход, давление и концентрация компонентов в газовой смеси.Currently, there are a large number of mixers that include gas, pressure and gas concentration analyzers (for example, German patent No. 10125863, IPC
Недостаток подобных смесителей состоит в том, что они обладают большими массогабаритными характеристиками, невысокой точностью регулирования, что не обеспечивает постоянство заданной концентрации компонентов газовой смеси во времени.The disadvantage of such mixers is that they have large weight and size characteristics, low control accuracy, which does not ensure the constancy of the given concentration of the components of the gas mixture in time.
Известен смеситель газов, состоящий из блоков, каждый из которых включает в себя два регулятора расхода, две камеры дозирования и одну камеру смешивания, при этом герметичные относительно друг друга камеры дозирования разделены переборкой с установленной в ней мягкой диафрагмой, в которую упираются штоки регуляторов расхода поступающих в камеры газов, дозирование которых осуществляется через стенку, выполненную из чередующихся между собой металлических и резиновых пластин, в которых просверлены отверстия, расположенные соосно и имеющие одинаковую форму, причем размеры у резиновых пластин больше, чем у стальных, а концентрация данного газа в смеси определяется количеством открытых отверстий в стенке между камерой дозирования и камерой смешения (патент РФ №2419482, МПК B01F 3/02, опубл. 2011 г.).A known gas mixer consisting of blocks, each of which includes two flow controllers, two metering chambers and one mixing chamber, while the metering chambers that are sealed against each other, are separated by a bulkhead with a soft diaphragm installed in it, against which the rods of the flow regulators into the gas chambers, the dosage of which is through a wall made of alternating metal and rubber plates, in which holes are drilled, located coaxially and having they have the same shape, the sizes of rubber plates being larger than steel ones, and the concentration of this gas in the mixture is determined by the number of open holes in the wall between the metering chamber and the mixing chamber (RF patent No. 2419482, IPC
Недостатком известного смесителя является невысокая скорость смешивания газов и неоднородный состав смеси.A disadvantage of the known mixer is the low gas mixing rate and the heterogeneous composition of the mixture.
Известен смеситель газов с электронным управлением, содержащий ресивер первого газа, ресивер второго газа, камеру смешивания, выполненную в виде полости смешивания, два входных фильтра, установленные перед каждым ресивером, и два выходных фильтра, установленные после каждого ресивера, две входные и две выходные дозирующие дюзы, два датчика давления, подключенные к ресиверам, и третий датчик давления, включенный дифференциально между ресивером первого газа и полостью смешивания газов, два входных и два выходных клапана, плата управления, подключенная к датчикам давления, входным и выходным клапанам и источнику питания, причем каждый из входных клапанов соединен с одной из входных дозирующих дюз, через которые поступает первый или второй газ в ресивер, на выходе каждого ресивера размещено по выходному клапану, соединенному с одной из выходных дозирующих дюз, первый и второй датчики подключены соответственно к первому и второму ресиверу, а третий датчик подключен к камере смешивания (патент РФ №2492919, МПК B01F 3/02, опубл. 2013 г. - ближайший аналог).A known electronically controlled gas mixer comprising a receiver of a first gas, a receiver of a second gas, a mixing chamber made in the form of a mixing cavity, two input filters installed in front of each receiver, and two output filters installed after each receiver, two input and two output dosing nozzles, two pressure sensors connected to the receivers, and a third pressure sensor connected differentially between the receiver of the first gas and the gas mixing cavity, two inlet and two outlet valves, a control board, connected to pressure sensors, inlet and outlet valves, and a power source, each of the inlet valves being connected to one of the inlet metering nozzles through which the first or second gas enters the receiver; at the outlet of each receiver, there is an outlet valve connected to one of the outlet dosing nozzles, the first and second sensors are connected respectively to the first and second receiver, and the third sensor is connected to the mixing chamber (RF patent No. 2492919, IPC
Недостатками известных технических решений являются узкий диапазон регулируемых давлений, невысокая точность определения пропорций газовой смеси, сложность конструкции устройства и регулирование его работы.The disadvantages of the known technical solutions are a narrow range of adjustable pressures, the low accuracy of determining the proportions of the gas mixture, the complexity of the design of the device and the regulation of its operation.
Задачей предложенного технического решения является создание универсального устройства для приготовления газовой смеси, которое позволяет получить смесь газов с определенной пропорцией требуемых компонент, сформировать необходимый газовый поток полученной смеси в рабочую камеру, поддерживать необходимое давление смеси газов в объеме смесителя и рабочей камере, осуществлять управление параметрами смеси и газового потока как в ручном режиме, так и в полуавтоматическом или автоматическом режимах.The objective of the proposed technical solution is to create a universal device for preparing a gas mixture, which allows to obtain a mixture of gases with a certain proportion of the required components, to form the necessary gas flow of the resulting mixture into the working chamber, maintain the necessary pressure of the gas mixture in the volume of the mixer and the working chamber, to control the parameters of the mixture and gas flow both in manual mode and in semi-automatic or automatic modes.
Поставленная задача достигается тем, что устройство для приготовления газовой смеси, используемой при ионно-плазменном напылении, содержит камеру смешивания, сообщенную с плазменной ячейкой устройства, впускные клапаны подачи газа, установленные на входе в камеру смешивания, выпускной клапан подачи газовой смеси, установленный на выходе камеры смешивания, датчики давления, установленные в камере смешивания и в плазменной ячейке, блок управления, при этом все клапаны соединены с блоком управления и датчиками давления с обеспечением возможности автоматического переключения клапанов для дискретной порционной подачи газов в камеру смешивания.This object is achieved in that the device for preparing the gas mixture used in ion-plasma spraying comprises a mixing chamber in communication with the plasma cell of the device, gas inlet valves installed at the inlet to the mixing chamber, and a gas mixture outlet valve installed at the outlet mixing chambers, pressure sensors installed in the mixing chamber and in the plasma cell, a control unit, while all valves are connected to the control unit and pressure sensors with the possibility of automatic valve switching capabilities for discrete portioned gas supply to the mixing chamber.
Предложенное техническое решение позволяет получить смесь газов с определенной пропорцией требуемых компонент, в качестве которых могут выступать все газы, составляющие атмосферу, летучие и парообразующие углеводороды, а также активные газы типа СО и СО2, сформировать необходимый газовый поток полученной смеси в рабочую камеру, поддерживать необходимое давление смеси газов в объеме камеры смешивания и в плазменной ячейке, осуществлять управление параметрами смеси и газового потока, как в ручном режиме (оператор непосредственно вручную работает с органами блока управления), так и в полуавтоматическом (режимы процесса выбраны, и процесс смешивания и подачи может идти автономно, но у оператора остается возможность корректировки работы устройства, не останавливая его работу) или автоматическом режимах (программное компьютерное управление - режимы определяются оператором, и связь с устройством осуществляется через блок сопряжения и экранный интерфейс).The proposed technical solution allows to obtain a mixture of gases with a certain proportion of the required components, which can be all the gases that make up the atmosphere, volatile and vapor-forming hydrocarbons, as well as active gases such as CO and CO 2 , to form the necessary gas stream of the resulting mixture into the working chamber, to maintain the necessary pressure of the gas mixture in the volume of the mixing chamber and in the plasma cell, to control the parameters of the mixture and gas flow, as in manual mode (the operator directly manually UYU works with the control unit organs), either semi-automatically (process modes are selected, and the mixing and feeding process can go independently, but the operator still has the opportunity to adjust the device without stopping its operation) or automatic modes (programmed computer control - the modes are determined operator, and communication with the device is carried out through the interface unit and the screen interface).
На фиг. 1 представлена схема подключения устройства; на фиг. 2 (а, б) - камера смешивания; на фиг. 3 - структурная схема управляющей системы БУСГ (блок управления смесителя газов); на фиг. 4 - ПЭВМ для запуска программного обеспечения БУСГ; на фиг. 5 - схема работы клапанов (форсунок) в режиме импульсного управления открытием и закрытием клапанов.In FIG. 1 shows a connection diagram of a device; in FIG. 2 (a, b) - mixing chamber; in FIG. 3 is a structural diagram of a control system BUSG (control unit for a gas mixer); in FIG. 4 - PC for running BUSG software; in FIG. 5 is a diagram of the operation of valves (nozzles) in the pulse control mode of opening and closing valves.
Работа предлагаемого устройства для формирования газовой смеси основывается на дискретном управлении впускных и выпускного клапанов.The work of the proposed device for forming a gas mixture is based on discrete control of the intake and exhaust valves.
На представленной фиг. 1 в качестве примера изображена схема подключения предлагаемого устройства для приготовления газовой смеси из двух компонентов, содержащая два газовых баллона 1, 2, каждый из которых подключен через последовательно сообщенные понижающий газовый редуктор 3 (4), запорный клапан 5 (6) и автоматический впускной клапан подачи газа 7 (8) в камеру смешивания 9. Камера смешивания 9 через автоматический выпускной клапан подачи газовой смеси 10 подключена к плазменной ячейке (рабочей камере) 11 устройства. Камера смешивания 9 содержит датчик давления 12, а плазменная ячейка (рабочая камера) 11 содержит датчик давления 13.In the presented FIG. 1 as an example, shows the connection diagram of the proposed device for preparing a gas mixture of two components, containing two
Оба датчика подключены к блоку управления 14, содержащему компьютер (не показан) с программным управлением.Both sensors are connected to a
Камера смешивания представляет собой металлический баллон объемом 1 л, сообщенный с плазменной ячейкой (ячейка вместе с камерой после сборки представляет единую конструкцию объемом около 5 л). Впускные клапаны подачи газа (стандартные форсунки подачи топлива BOSH) установлены на входе в камеру смешивания; выпускной клапан подачи газовой смеси (стандартная форсунка подачи топлива BOSH) установлен на выходе камеры смешивания и служит разделительным элементом между камерой смешивания и рабочей камерой (плазменной ячейкой). Датчики давления (для создания обратной связи по управлению процессом формирования газовой среды и ее подачи в рабочую камеру, контроля давлений в камере смешивания и плазменной ячейке, а также для контроля газового потока) установлены в камере смешивания и в плазменной ячейке (датчик типа ПД100-ДИ0, 4-111-0,5 и датчик типа ЛМ4 вакуумметра ВИТ-2 соответственно). Блок управления (электронный блок с органами управления и интерфейсным каналом для связи смесителя и компьютера) служит для управления работой клапанов.The mixing chamber is a 1 liter metal cylinder in communication with the plasma cell (the cell together with the chamber after assembly represents a single structure with a volume of about 5 liters). Gas inlet valves (standard BOSH fuel nozzles) are installed at the inlet to the mixing chamber; the gas mixture outlet valve (BOSH standard fuel injector) is installed at the outlet of the mixing chamber and serves as a separation element between the mixing chamber and the working chamber (plasma cell). Pressure sensors (for creating feedback on controlling the process of forming a gas medium and its supply to the working chamber, monitoring pressures in the mixing chamber and plasma cell, and also for controlling the gas flow) are installed in the mixing chamber and in the plasma cell (PD100-DI0 type sensor , 4-111-0.5 and the type sensor LM4 of the VIT-2 vacuum gauge, respectively). The control unit (an electronic unit with controls and an interface channel for communication between the mixer and the computer) serves to control the operation of the valves.
Все клапаны являются быстродействующими малоинерционными электромагнитными клапанами с большим ресурсом работы. Это дает возможность электронного управления этими устройствами с помощью импульсной электронной техники, что позволяет перевести процесс на цифровое программное управление. С учетом этого, процесс формирования газовой смеси и, затем, передачи ее в устройство, теоретически, не имеет ограничений, а определяется лишь параметрами выбранных элементов конструкции.All valves are high-speed, low-inertia solenoid valves with a long service life. This enables electronic control of these devices using pulsed electronic technology, which allows you to transfer the process to digital program control. With this in mind, the process of forming a gas mixture and then transferring it to the device, theoretically, has no limitations, but is determined only by the parameters of the selected structural elements.
Например, требуется сформировать смесь Ar, N2 в пропорции 70% к 30%. Тогда если в камере смешивания впускной клапан аргона открыть 70 раз, а впускной клапан азота открыть 30 раз, то получится смесь с процентным содержанием 70/30 (при условии, что впускные клапаны идентичны). Однако для получения той же пропорции можно открыть первый клапан 7 раз, а второй 3 раза. Можно, также, первый клапан открыть 700 раз, а второй 300 раз. Во всех случаях процентное соотношение газовой смеси будет 70/30. Однако погрешность состава газовой смеси в первом случае будет около 1%, во втором 10%, а в третьем 0,1%. Количество впускных клапанов принципиально неограниченно, то есть потребитель может сформировать любую нужную ему смесь (например, 10% - кислород, 80% - азот, 8% - аргон, 0,8% - ксенон, 0,5% - H2S, 0,7% - N2O, что в данном примере соответствует 6 впускным клапанам).For example, you want to form a mixture of Ar, N 2 in the proportion of 70% to 30%. Then, if the argon inlet valve is opened 70 times in the mixing chamber and the nitrogen inlet valve is opened 30 times, a mixture with a percentage of 70/30 will be obtained (provided that the inlet valves are identical). However, to obtain the same proportion, you can open the
Подачу уже сформированной газовой смеси также можно варьировать в широких пределах. Например, можно открывать выпускной клапан с интервалом 5 мс, можно - 20 мс, можно - 33 ч, можно держать его непрерывно закрытым или открытым. На практике, как правило, приходится задавать некоторые наборы последовательностей импульсов дискретной подачи нужной смеси для того, чтобы не превысить допустимое (или требуемое заказчиком, например, по нормам техники безопасности) давление в камере смешивания, а также выдержать нужное для технологических режимов потребителя давление, которое требуется в рабочей камере (например, давление газовой смеси в момент сгорания топлива в рабочей камере отопительного котла ракетного крейсера или детского сада или давление смеси ацетилена и кислорода в резаке газовой горелки сварочного аппарата).The supply of the already formed gas mixture can also be varied within wide limits. For example, you can open the exhaust valve with an interval of 5 ms, you can - 20 ms, you can - 33 hours, you can keep it continuously closed or open. In practice, as a rule, it is necessary to set some sets of sequences of pulses of discrete supply of the desired mixture in order not to exceed the permissible (or required by the customer, for example, safety standards) pressure in the mixing chamber, as well as withstand the pressure necessary for the consumer’s process conditions, which is required in the working chamber (for example, the pressure of the gas mixture at the time of fuel combustion in the working chamber of the heating boiler of the missile cruiser or kindergarten or the pressure of the mixture of acetylene and ki sulphide in the torch cutter of the welding machine).
Датчики давления (как и клапаны) соединены с блоком управления для обеспечения обратной связи (которая осуществляется, либо оператором, либо электронными модулями, либо компьютером) и автоматического переключения клапанов с целью дискретной порционной подачи газов (в объем камеры смешивания) и смеси нужного типа (в плазменную ячейку), а также поддержания требуемого давления в камере смешивания и плазменной ячейке.Pressure sensors (like valves) are connected to the control unit to provide feedback (which is carried out either by the operator, or electronic modules, or a computer) and automatically switch valves for discrete portioned gas supply (into the volume of the mixing chamber) and the mixture of the desired type ( into the plasma cell), as well as maintaining the required pressure in the mixing chamber and the plasma cell.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Редукторами 3 и 4 задается давление на входе клапанов 7 и 8, после чего впускные клапаны 7 и 8 начинают дискретным образом открываться необходимое количество раз с тем, чтобы обеспечить нужную для технологического режима пропорцию газов (например, аргон, азот) в камере смешивания. Количество и последовательность импульсов задается вручную с блока управления или программно с компьютера. После того, как по показаниям датчика 12 в камере смешивания установится заданное давление газовой смеси, начинает дискретным образом работать выпускной клапан 10. Его управление также осуществляется либо с блока управления, либо с компьютера. При этом полученная газовая смесь поступает в объем рабочей камеры 11. Поскольку интенсивность газового потока смеси определяется перепадом давлений в камере смешивания 9 и рабочей камере 11, а также пропускной способностью клапана 10, то контроль за интенсивностью потока осуществляется путем анализа показаний датчиков 12 и 13.
В качестве клапанов 7, 8, 10 могут быть использованы инжекторные форсунки фирмы BOSCH с минимальным временем срабатывания 5 миллисекунд. В качестве датчика давления газовой смеси 12 может быть использован датчик типа ПД100-ДИ0, 4-111-0,5. Контроль давления в рабочем объеме плазменной ячейки (датчик 13) может быть осуществлен с помощью вакуумметра ВИТ-2 с термопарным датчиком типа ЛМ4.As
Предложенное техническое решение обеспечивает возможность дискретной порционной подачи газов нужного типа и требуемого давления в камеру смешивания, что позволяет получить смесь газов с определенной пропорцией требуемых компонент, сформировать необходимый дозированный газовый поток полученной смеси в рабочую камеру (плазменную ячейку), поддерживать необходимое давление смеси газов в объеме камеры смешивания и в рабочей камере (плазменной ячейке), осуществлять управление параметрами смеси и газового потока в ручном, полуавтоматическом или автоматическом режимах.The proposed technical solution provides the possibility of a discrete portioned gas supply of the desired type and required pressure to the mixing chamber, which makes it possible to obtain a gas mixture with a certain proportion of the required components, form the required metered gas flow of the resulting mixture into the working chamber (plasma cell), and maintain the necessary pressure of the gas mixture in the volume of the mixing chamber and in the working chamber (plasma cell), to control the parameters of the mixture and gas flow in a manual, semi-automatic com or automatic modes.
Преимуществами предложенной схемы являются простота конструкции, простота управления рабочими устройствами, простота формирования газовой смеси, простота управления газовыми потоками, высокая точность определения пропорций газовой смеси, возможность использования ручного, полуавтоматического и полностью автоматического управления как процессом формирования газовой смеси, так и управления газовыми потоками. Соответственно, это дает возможность строго выдерживать технологические режимы в рабочей камере.The advantages of the proposed scheme are the simplicity of the design, the simplicity of controlling the working devices, the simplicity of the formation of the gas mixture, the simplicity of controlling the gas flows, the high accuracy of determining the proportions of the gas mixture, the possibility of using manual, semi-automatic and fully automatic control of the process of forming the gas mixture and controlling gas flows. Accordingly, this makes it possible to strictly withstand technological conditions in the working chamber.
Универсальность устройства можно пояснить на примере уже созданного устройства - смесителя газов СГ-001.The versatility of the device can be illustrated by the example of an already created device - gas mixer SG-001.
Смеситель газов СГ-001 предназначен для создания прецизионного состава газовых смесей и прецизионной подачи полученной газовой смеси в требуемый объем дискретным автоматическим способом (при давлении 2·103 Па - погрешность 1%, при давлении 3·105 Па - погрешность 0,001%).The SG-001 gas mixer is designed to create a precise composition of gas mixtures and to precisely supply the resulting gas mixture to the required volume using a discrete automatic method (at a pressure of 2 · 10 3 Pa - 1% error, at a pressure of 3 · 10 5 Pa - error 0.001%).
Условное обозначение в документации: смеситель газов СГ-001 №001-01-0001 ТУ.Symbol in the documentation: SG-001 gas mixer No. 001-01-0001 TU.
В соответствии с классификацией, предусмотренной ГОСТ Р 51330.11-99 (МЭК 60079-12-78), СГ-001 относится к подгруппе ПС-БЭМЗ группы II и предназначен для работы, как при избыточном давлении, так и для работы с вакуумными установками в диапазоне 2·103 Па-3·105 Па.In accordance with the classification provided by GOST R 51330.11-99 (IEC 60079-12-78), SG-001 belongs to the subgroup PS-BEMZ group II and is designed to work both with overpressure and for working with vacuum installations in the
Рабочая газовая смесь - аргон и азот (процентное соотношение газов регулируется, задается программно).The working gas mixture is argon and nitrogen (the percentage of gases is regulated, set programmatically).
Диапазон используемых давлений регулируется, задается программно.The range of pressure used is adjustable, set by software.
В данной модели реализованы следующие требования:The following requirements are implemented in this model:
- обеспечение потока смеси газа в вакуумную камеру;- ensuring the flow of the gas mixture into the vacuum chamber;
- степень чистоты внутреннего объема камеры смешивания определяется его вакуумированием до давления остаточных газов 10-1 Па;- the degree of purity of the internal volume of the mixing chamber is determined by its evacuation to a pressure of residual gases of 10 -1 Pa;
- регулируемый поток газа в рабочую камеру в диапазоне 2·10-4÷20 см3/с;- adjustable gas flow into the working chamber in the range of 2 · 10 -4 ÷ 20 cm 3 / s;
- приготовление газовой смеси из двух компонент (Ar, N2);- preparation of a gas mixture of two components (Ar, N 2 );
- точность поддержания пропорции сформированной газовой смеси: при давлении 2·103 Па - погрешность 1%, при давлении 3·105 Па - погрешность 0,001%;- accuracy of maintaining the proportion of the formed gas mixture: at a pressure of 2 · 10 3 Pa -
- обеспечение равномерности потока газовой смеси путем поддержания давления газовой смеси: в основном объеме смесителя газов при давлении 2·103 Па - погрешность 1%, при давлении 3·105 Па - погрешность 0,001%;- ensuring the uniformity of the flow of the gas mixture by maintaining the pressure of the gas mixture: in the main volume of the gas mixer at a pressure of 2 · 10 3 Pa -
- цикл непрерывной работы - 24 ч;- a cycle of continuous operation - 24 hours;
- компонентами смеси могут выступать все газы, составляющие атмосферу, летучие и парообразующие углеводороды, а также активные газы типа СО и CO2.- the components of the mixture can be all gases that make up the atmosphere, volatile and vapor-forming hydrocarbons, as well as active gases such as CO and CO 2 .
Комплектация конкретного реализованного устройства следующая:The specific equipment of the implemented device is as follows:
- уплотняющие прокладки (материал - ветон, фторопласт, вакуумная резина);- gaskets (material - wind, fluoroplastic, vacuum rubber);
- регулирующие клапаны - форсунка 1-St/Pc-0-280-158-107 BOSCH;- control valves - nozzle 1-St / Pc-0-280-158-107 BOSCH;
- датчик давления газовой смеси - ПД100-ДИ0, 4-111-0,5;- gas mixture pressure sensor - PD100-DI0, 4-111-0.5;
- редуктор газовый углекислотный БАМЗ БУО-5 МГ;- carbon dioxide gas reducer BAMZ BUO-5 MG;
- газовая арматура (шланги, хомуты).- gas fittings (hoses, clamps).
Поскольку разработка данного устройства была нацелена на соответствие требованиям, изложенным выше, в качестве регулирующих клапанов была выбрано стандартное изделие типа: форсунка 1-St/Pc-0-280-158-107 BOSCH. Клапан подобного типа имеет два состояния - открыт/закрыт. В этом смысле клапаны (как впускные, так и выпускной) работают как триггерное устройство, то есть как устройство, которое имеет два состояния. Соответственно, такой клапан может подавать газ только дискретными порциями (в том числе не подавать, если он закрыт, или подавать непрерывно, если он постоянно открыт). Время перехода форсунки из одного состояния в другое составляет 5 мс. Это отличает данное устройство от плавно управляемых запирающих регулирующих устройств, в которых используется либо принцип управления заслонкой, либо диафрагмирования потока, либо иной запирающий механизм.Since the development of this device was aimed at meeting the requirements set forth above, a standard product of the type: nozzle 1-St / Pc-0-280-158-107 BOSCH was chosen as control valves. A valve of this type has two states - open / closed. In this sense, the valves (both inlet and outlet) operate as a trigger device, that is, as a device that has two states. Accordingly, such a valve can supply gas only in discrete portions (including not supplying if it is closed, or supplying continuously if it is constantly open). The nozzle transition time from one state to another is 5 ms. This distinguishes this device from smoothly controlled locking regulating devices that use either the principle of controlling the damper, or diaphragming the flow, or another locking mechanism.
Наличие такого механизма подразумевает: сам механизм (заслонка и т.п.), редукторное устройство (как правило) и двигатель, который приводит систему в действие. Поэтому применение дискретной подачи газа позволило существенно упростить и сделать более точным процесс формирования газовой смеси и подачи ее в рабочую камеру.The presence of such a mechanism implies: the mechanism itself (shutter, etc.), a gear device (as a rule) and the engine that drives the system. Therefore, the use of discrete gas supply has significantly simplified and made more accurate the process of forming a gas mixture and feeding it into the working chamber.
Для управления дискретной подачей газа, в данном конкретном случае, был разработан блок управления смесителем газов (БУСГ-001). БУСГ имеет три идентичных канала управления форсунками (по одному каналу на каждую форсунку). Каждый из каналов построен по следующему принципу. Имеется генератор прямоугольных импульсов с одинаковым временем задержки между импульсами (20 мс) и регулируемой длительностью импульсов (от 10 до 200 мс). Каждый из каналов имеет тумблер вкл./выкл. и ручку регулировки длительности срабатывания форсунки. Два канала соответствуют впускным клапанам, а один соответствует выпускному клапану. Таким образом, каждая из форсунок может быть включена или выключена по желанию оператора, а также настроена на определенную частоту срабатывания. Как правило, этот режим удобен в случае настройки и подготовки всей системы в целом, когда необходимо проверить герметичность систем, правильность подачи газов и распределение газовых потоков. Подобрав нужную длительность и включая и выключая форсунки, оператор добивается нужного режима работы (в нашем случае, это было поддержание давления в рабочей камере на уровне 5÷20 Па и устойчивый поджиг плазменного разряда). Этот режим подразумевает ручное управление смесителем.To control the discrete gas supply, in this particular case, a gas mixer control unit (BUSG-001) was developed. The BUSG has three identical nozzle control channels (one channel for each nozzle). Each of the channels is built according to the following principle. There is a rectangular pulse generator with the same delay time between pulses (20 ms) and an adjustable pulse duration (from 10 to 200 ms). Each channel has a toggle switch on / off. and a knob for adjusting the duration of the nozzle. Two channels correspond to inlet valves, and one corresponds to an exhaust valve. Thus, each of the nozzles can be turned on or off at the request of the operator, as well as tuned to a specific response frequency. As a rule, this mode is convenient in the case of tuning and preparing the entire system as a whole, when it is necessary to check the tightness of the systems, the correct gas supply and the distribution of gas flows. Having selected the required duration and turning the nozzles on and off, the operator achieves the desired operating mode (in our case, this was maintaining the pressure in the working chamber at the level of 5 ÷ 20 Pa and stable ignition of the plasma discharge). This mode implies manual control of the mixer.
В случае, если длительности срабатываний впускных клапанов и выпускного клапана отрегулированы и соответствуют требованиям оператора, нужно перевести все три тумблера в положение «Включен», и система будет работать автономно и непрерывно (до принудительной остановки оператором). При этом у оператора есть возможность изменять частоту работы клапанов. Этот режим подразумевает управление смесителем в полуавтоматическом режиме.If the durations of the intake valve and exhaust valve are adjusted and meet the requirements of the operator, you need to put all three toggle switches in the “On” position, and the system will work independently and continuously (until the operator stops forcibly). In this case, the operator has the opportunity to change the frequency of the valves. This mode implies control of the mixer in semi-automatic mode.
В описываемом примере для управления в автоматическом режиме было разработано программное обеспечение управления работой смесителя газов БУСГ. Чтобы перейти к программному управлению, необходимо перевести тумблер «Ручной/Автомат» в положение «Автомат». При этом БУСГ будет работать, как блок сопряжения смесителя и компьютера.In the described example, for automatic control, software for controlling the operation of the BUSG gas mixer was developed. To switch to program control, it is necessary to set the Manual / Automatic toggle switch to the Automatic position. In this case, the BUSH will work as a unit for interfacing the mixer and the computer.
В качестве управляющей системы может быть использована любая ПЭВМ, оснащенная аналого-цифровым преобразователем фирмы Advantech (например, любой платой АЦП серии PCI-17** или PCL-**). Программное обеспечение написано в среде Delphi 7.0.As a control system, any PC equipped with an Advantech analog-to-digital converter (for example, any PCI-17 ** or PCL - ** series ADCs) can be used as a control system. The software is written in Delphi 7.0.
Структурная схема управляющей системы приведена на фиг. 3.The block diagram of the control system is shown in FIG. 3.
Для запуска программного обеспечения БУСГ необходимо загрузить файл SUN.EXE, при этом на экран ПЭВМ будет выведено окно, представленное на фиг. 4.To run the BUSG software, you need to download the SUN.EXE file, and the window shown in FIG. four.
Программное обеспечение БУСГ позволяет работать в трех режимах управления - ручном программном (режим 1), автоматическом с остановкой после выполнения установленного задания (режим 2) и непрерывном автоматическом режиме до принудительного завершения работы оператором (режим 3).The BUSG software allows you to work in three control modes - manual program (mode 1), automatic with a stop after completing the set task (mode 2) and continuous automatic mode until the operator completes the work (mode 3).
Выбор необходимого режима работы БУСГ осуществляется путем установки галочки в меню выбора режима в левом верхнем углу окна.The selection of the required operating mode of the BUSG is carried out by setting a checkmark in the mode selection menu in the upper left corner of the window.
Режим 1 ручного программного управления
В данном режиме управления открытие и закрытие клапанов Ф1, Ф2 (впускные клапаны на входе в смеситель) и Ф3 (выпускной клапан в плазменную ячейку) осуществляется в ручном программном режиме путем нажатия стрелочкой мыши соответствующих кнопок на экранном интерфейсе (Ф1 вкл., Ф2 вкл., Ф3 вкл.), при этом открытие клапанов можно проконтролировать по загоранию соответствующих светодиодных индикаторов экранного интерфейса.In this control mode, the opening and closing of the valves F1, F2 (inlet valves at the inlet to the mixer) and F3 (exhaust valve into the plasma cell) is carried out in manual program mode by clicking the corresponding buttons on the screen interface (F1 on, F1 on. , F3 on), while the opening of the valves can be controlled by lighting the corresponding LED indicators on the screen interface.
Давление газов в камере смешивания и плазменной ячейке контролируется визуально с помощью соответствующих индикаторов, а также с помощью графика реального времени, выводимого в правом верхнем углу окна.The gas pressure in the mixing chamber and the plasma cell is visually controlled using appropriate indicators, as well as using a real-time graph displayed in the upper right corner of the window.
Режим 2 автоматического управления с остановкой после выполнения задания
Данный режим позволяет поддерживать в автоматическом режиме состав газовой смеси в камере смешивания (процентное соотношение между аргоном и азотом), а также поддерживать требуемые давления в камере смешивания (Р1 - считывается с датчика 12) и плазменной ячейке (Р2 - считывается с датчика 13). Давление в камере смешивания Р1 поддерживается работой впускных клапанов Ф1, Ф2 и колеблется между верхним и нижним допустимыми уровнями (задается оператором). Давление в плазменной ячейке Р2 поддерживается работой выпускного клапана Ф3 и колеблется между верхним и нижним допустимыми уровнями для плазменной ячейки (задается оператором и определяется технологическим режимом). Поддерживая перепад давлений между камерой смешивания и плазменной ячейкой, можно с указанной выше точностью поддерживать поток газовой смеси с учетом того, что клапаны (форсунки) имеют фиксированное проходное сечение, обусловленное четырьмя отверстиями в мембране. Диаметры отверстий - 200 мкм.This mode allows you to automatically maintain the composition of the gas mixture in the mixing chamber (percentage ratio between argon and nitrogen), as well as maintain the required pressure in the mixing chamber (P1 is read from the sensor 12) and the plasma cell (P2 is read from the sensor 13). The pressure in the mixing chamber P1 is supported by the operation of the intake valves F1, F2 and fluctuates between the upper and lower permissible levels (set by the operator). The pressure in the plasma cell P2 is supported by the operation of the exhaust valve F3 and fluctuates between the upper and lower acceptable levels for the plasma cell (set by the operator and determined by the technological mode). By maintaining the pressure differential between the mixing chamber and the plasma cell, it is possible to maintain the gas mixture flow with the above accuracy, given that the valves (nozzles) have a fixed flow area due to four holes in the membrane. The diameters of the holes are 200 microns.
Задание требуемого состава газовой смеси в камере смешиванияSetting the required composition of the gas mixture in the mixing chamber
Процентное соотношение газов в камере смешивания задается с помощью смещения соответствующих ползунков экранного интерфейса. Например, если требуется задать соотношение газа 1 и 2 как 75% и 25%, то необходимо с помощью ползунков выставить цифры 75 для Ф1 и 25 для Ф2, при этом в сумме получается 100%, это значение и выводится на экран в поле Ф3 (соотношение газов может и не равняться 100%, например, можно установить значения 70 для Ф1 и 40 для Ф2, в сумме получится Ф3=110).The percentage of gases in the mixing chamber is set by offsetting the corresponding sliders of the screen interface. For example, if you want to set the
Для реализации требуемого состава газовой смеси используется импульсное управление открытием и закрытием клапанов.To implement the required composition of the gas mixture, pulse control of the opening and closing of the valves is used.
Работа клапанов в этом режиме поясняется на фиг. 5.The operation of the valves in this mode is illustrated in FIG. 5.
Длительность импульсов для впускных клапанов Ф1 и Ф2 одинакова (по умолчанию 100 мс). Длительность импульсов может быть изменена при нажатии кнопки «Изменить», при этом на экран будет выведена дополнительная форма, в которой можно ввести новое значение длительности импульсов.The pulse duration for the inlet valves F1 and F2 is the same (default 100 ms). The pulse duration can be changed by pressing the “Change” button, and an additional form will be displayed on which you can enter a new value for the pulse duration.
Время между импульсами постоянно и равно 20 мс.The time between pulses is constant and equal to 20 ms.
Время цикла работы системы определяется наибольшим количеством импульсов (Ф1 или Ф2), т.е. Т цикла=Ф1·(Тимп + Тпром), в данном случае он равен: Т цикла=75·(100+20)=9000 мс.The cycle time of the system is determined by the largest number of pulses (F1 or F2), i.e. T cycle = F1 · (Timp + Tprom), in this case it is equal to: T cycle = 75 · (100 + 20) = 9000 ms.
За это время форсунка Ф1 будет открыта 75 раз, а форсунка Ф2 - 25 раз.During this time, the F1 nozzle will open 75 times, and the F1 nozzle - 25 times.
Количество таких циклов формирования газовой смеси задается нажатием кнопки «Изменить» ниже соответствующего индикатора, при этом на экран будет выведена дополнительная форма, в которой можно ввести новое значение количества циклов работы системы.The number of such cycles of formation of the gas mixture is set by pressing the "Change" button below the corresponding indicator, and an additional form will be displayed on which you can enter a new value for the number of cycles of the system.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015132012/05A RU2593294C1 (en) | 2015-08-03 | 2015-08-03 | Device for preparation of gas mixture |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015132012/05A RU2593294C1 (en) | 2015-08-03 | 2015-08-03 | Device for preparation of gas mixture |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2593294C1 true RU2593294C1 (en) | 2016-08-10 |
Family
ID=56612861
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015132012/05A RU2593294C1 (en) | 2015-08-03 | 2015-08-03 | Device for preparation of gas mixture |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2593294C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019191514A1 (en) * | 2018-03-28 | 2019-10-03 | Flow Devices And Systems Inc. | Mixing manifold and delivery system for gas delivery |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4345610A (en) * | 1979-04-20 | 1982-08-24 | Herter Martin | Process and device for the mixing of gases |
| SU1333391A1 (en) * | 1986-03-24 | 1987-08-30 | Ленинградский Политехнический Институт Им.М.И.Калинина | Gas mixing set |
| DE10125863A1 (en) * | 2001-05-25 | 2002-11-28 | Air Liquide Gmbh | Commercial gas flow production involves taking mixed gas from buffer, and compensating for deviations in flow from surplus gas flow, to maintain constant mixture ratio |
| RU2419482C1 (en) * | 2009-09-30 | 2011-05-27 | Глеб Афанасьевич Федоренко | Gas mixer |
| RU2492919C1 (en) * | 2012-03-11 | 2013-09-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "Компания СИВИК" | Gas mixer with electronic control |
-
2015
- 2015-08-03 RU RU2015132012/05A patent/RU2593294C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4345610A (en) * | 1979-04-20 | 1982-08-24 | Herter Martin | Process and device for the mixing of gases |
| SU1333391A1 (en) * | 1986-03-24 | 1987-08-30 | Ленинградский Политехнический Институт Им.М.И.Калинина | Gas mixing set |
| DE10125863A1 (en) * | 2001-05-25 | 2002-11-28 | Air Liquide Gmbh | Commercial gas flow production involves taking mixed gas from buffer, and compensating for deviations in flow from surplus gas flow, to maintain constant mixture ratio |
| RU2419482C1 (en) * | 2009-09-30 | 2011-05-27 | Глеб Афанасьевич Федоренко | Gas mixer |
| RU2492919C1 (en) * | 2012-03-11 | 2013-09-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "Компания СИВИК" | Gas mixer with electronic control |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019191514A1 (en) * | 2018-03-28 | 2019-10-03 | Flow Devices And Systems Inc. | Mixing manifold and delivery system for gas delivery |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20140190581A1 (en) | Raw material gas supply apparatus for semiconductor manufacturing equipment | |
| RU2010118491A (en) | AUTOMATED SETUP OF GAS TURBINE FUEL COMBUSTION SYSTEMS | |
| US20160354742A1 (en) | System and method for blending biogas | |
| GB2446313A (en) | Precursor gas delivery with carrier gas mixing | |
| RU2013120942A (en) | COMBUSTION DEVICE WITH PULSE DIVISION OF FUEL | |
| RU2593294C1 (en) | Device for preparation of gas mixture | |
| CN202511284U (en) | Numerical control gas burner | |
| TWM462748U (en) | Mixed gas generating apparatus | |
| CN201764255U (en) | Gas supply device for gas mixing | |
| CN103420339A (en) | Negative pressure and positive pressure auto-ignition method for hydrogen chloride synthesizing furnace | |
| CN203656972U (en) | Closed-loop combustion control system | |
| CN102508432A (en) | Automatic control steady-state undisturbed switching method for desulphurization booster fan | |
| CN219032010U (en) | Flame temperature control system for lamp cap of bottle making machine | |
| CN204006102U (en) | Burner auxiliary fuel supply-system | |
| CN204700424U (en) | A kind of electric current of fine plasma cutting machine and gas control system | |
| JP2013134166A (en) | Simulation gas supply apparatus | |
| CN216458102U (en) | Multi-gas mixing control device | |
| CN113144925B (en) | Real-time gas mixing system and working method thereof | |
| CN108947209A (en) | A kind of glass fibre pure oxygen kiln automatic burner control system | |
| JPH11347393A (en) | Two liquid mixing method | |
| RU2492919C1 (en) | Gas mixer with electronic control | |
| CN220194517U (en) | Multi-component dynamic gas distribution device | |
| CN111318192A (en) | System and method for automatically proportioning various fuel gases and air according to flow requirements | |
| JP3875596B2 (en) | Functional ultrapure water production method and apparatus used therefor | |
| KR100919749B1 (en) | A method for controlling pressure of mix gas in coke oven |