SU436331A1 - Устройство для регулирования параметров газовой смеси - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к области регулировани  расхода газа и .может быть использовано в электрофизической, химической и вакуумной технике при создании различных устройств с заданным составом газовой среды 3 рабочем объеме.

Известны устройства дл  регулировани  параметров газовой смеси, содержащие блок управлени , соединенный через блок сравнени  парциальных давлений с цифровым автокомпенсатором , соединенным через дросселирующую аппаратуру с газовыми баллопами со смесительной камерой, .к которой подключены вспомогательный канал регулировани  и рабочий объем вакуумной установки с основным каналом регулировани .

Недостаток известных устройств состоит в том, что они не обеспечивают высокой точности получени  газовой смеси, так как позвол ют .регулировать только количество поступающего в смесительную камеру газа, а также обладают значительной инерционностью и большим коэффициентом запаздывани , что йе позвол ет осуществИ)ТЬ быструю перестройку устройств при получении газовых смесей с иным качеством.

Цель изобретени  - повышение быстродействи , точности и надежности работы устройства .

Сущность изобретени  состоит в том, что

в устройство дл  регулировани  параметров газовой смеси установлены логический блок и блок коррекции соотношени  парциальных давлений, выход которого подключен ко входу блока управлени , а входы - к выходам цифрового автокомпенсатора и логического блока , подключенного к каналам регулировани .

На чертеже представлена блок-схема устройства дл  регулировани  параметров газовой смеси, дозируемой в вакуумную установку с заданным соотношением состава газовых компонентов в рабочем объеме.

Предлагаемое устройство содержит программно-задающее устройство 1, блок управлени  2 выдачи кода, привод 3 отработки соотношени  парциальных давлений, кодовый блок 4 соотношени  парциальных давлений, преобразователь 5 заданных значений парциальных давлений исходных компонентов газовой смеси в закодированные (дискретные) электрические сигналы, пропорциональные численному значению парциальных давлений газовых компонентов в рабочем объеме, с распределителем и коммутатором, газопроводы 6, баллоны 7 с газом, магнитно-блокировочный вакуумметрический пост 8, блок сравнени  9 парциальных давлений, ра-бочий объем 10 вакуумной установки, дросселирующую аппаратуру 11, цифровой автокомпенсатор 12, смесительную камеру , 13, датчики 14 и 15 парциальных давлений, анализатор 16 парциальных давлений, преобразователь 17 высокочастотных сигналов идентифицированных газов в их численные значени , с блоком опроса и коммутатором, аналоговые ключи 18 и 19, преобразователь 20 измеренных текущих значений парциальных давлений исходных газовых компонентов в закодированные электрические сигналы, пропорциональные численным значени м текущих парциальных давлений, кодовый блок 21 вычислени  соотношени  парциальных давлений, блок сравнени  соотношени  парциальных давлений 22, дозирующий клапан 23, кодовые ключи 24 и 25, логические блоки пам ти 26 и 27, .кодовые ключи 28 и 29, блок 30 приема полной информации с  чеек пам ти, сортировки по каналам информации и передачи ее на блок вычислени  конечной разности, блок .вычислени  конечной разности 31, генератор 32 запуска, логический блок анализа конечной разности 33, блок выборочного запроса 34 текущих парциальных давлений исходных компонентов газовой смеси в рабочем объеме и передачи закодированных сигналов на блок сравнени , коммутатор 35, блок опроса 36, дещифратор 37, преобразователь 38 сигналов дешифратора и вакуумметрического поста в сигнал управлени  электроприводом дозирующего клапана, магниторазр дный манометр 39, схемы «ИЛИ 40-42, схемы задержки 43 и 44, ключ 45, триггер 46, блок коррекции соотношени  парциальных давлений 47, калибратор 48 и логическое устройство 49.

Имерение парциальных давлений исходных компонентов газовой смеси в рабочем объеме и последующее их сравнение с заданными значени ми производитс  по основному каналу регулировани , состо щему из датчика 14, электрически св занного с анализатором 16 парциальных давлений, который через блок опроса и коммутатор, встроенные в преобразователь 17, и аналоговый ключ 18 может передавать текущие значени  парциальных давлений исходных компонентов, измеренные в рабочем объеме 10 вакуумной установки, на преобразователь 20 и далее через кодовый ключ 24 на блок сравнени  9 парциальных давлений.

Измерение парциальных давлений исходных компонентов в смесительной камере с последующим расчетом соотношени  измеренных парциальных давлейий и сравнением их с заданным Соотношением производитс  по вспомогательному каналу регулировани , состо щему из датчика 15, анализатора 16 парциальных давлений, который через блок опроса и коммутатор, встроенные в преобразователь 17, и аналоговый ключ 19 может передавать текущие значени  парциальных давлений на преобразователь 20 и далее через кодовый ключ 25, блок опроса 36 и коммутатор 35 - на кодовый блок сравнени  соотношени  парциальных давлений 22. Результат сравнени , пройд  дещифратор 37, используетс  в качестве сигнала обратной св зи дл  управлени  дросселиР )ющей аппаратурой 11 и в качестве основного сигнала - дл  управлени  дозирующим клапаном 23.

5 Дозирующий клапан 23 настроен таким образом , что при отсутствии сигнала с преобразовател  38 он находитс  в положении «открыт , а при наличии сигнала он закрываетс .

Дл  контрол  вакуумных условий в рабо0 чем объеме служит магниторазр дный манометр 39, который выдает в случае ухудшени  вакуума на преобразователь 38 через вакуумметрический пост 8 сигнал обратной св зи по давлению дл  закрыти  дозирующего клапа5 на 23.

Дл  упра-влени  работой основного и вспомогательного каналов регулировани  служит схема управлени , состо ща  из схем «ИЛИ 40, 41 и 42, схем задержки 43 и 44, ключа 45 0 и триггера 46. Включение схемы управлени  в работу производитс  цифровым автокомпенсатором 12, электрически св занным со схемой «ИЛИ 40.

Возможны следующие режимы работы устройства дл  регулировани  параметров газовой смеси:

/п /е т , k т - k

п k п - k п k п k п k п k п k п k п k

где т - заданное значение парциальных давлений исходных компонентов; п - текущее значение парциальных давлений исходных компонентов, измеренное

в смесительной камере; k - текущее значение парциальных давлений исходных компонентов, измеренное в рабочем объеме вакуумной установки.

Любой режим работы устройства зависит от разности между значени ми парциальных давлений исходных компонентов в смесительной камере 13 и в рабочем объеме 10 и в случае , если эта разность отсутствует, т. е. гг , то егулирование параметров газовой смеси в рабочем объеме практически сводитс  .к созданию в смесительной камере условий, аналогичных заданным, а в рабочем объеме заданные услови  поддерживаютс  автоматически. Однако это возможно только дл  режима работы, когда и m k, а в случае, когда - регулирование невозможно, так как блок сравнени  9 парциальных давлений выдает отрицательный сигнал на закрытие дросселирующей аппаратуры 11. Дл  компенсации трицательного сигнала необходимо изменить соотнощение парциальных давлений исходных компонентов таким образом, чтобы их количественна  пропорци  сохранилась, а абсолютные значени  парциальных давлений изменились на величину, пропорциональную отрицательному сигналу. Иными словами устройств-о л  регулировани  параметров газовой смеси независимо от режима работы , или ni k, должно автоматически выравнивать значени  парциальных дав.тений исходных компонентов в смесительной камере и в рабочем объеме при одновременной хоррекции соотношени  парциальных давлений в смесительной камере в случае . Коррекци  соотношени  парциальных давлений в смесительной камере необходима также в случае, когда гг дл  режимов и m k. Практическое осуществление такой схемы работы осуществл етс  введением з основной и вспомогательный каналы регулировани  логического устройства 49 и установлением во вспомогательном канале регулировани  блока коррекции соотношени  парциальных давлеНИИ 47, вход которого электрически св зан с логической схемой анализа конечной разности, цифровым автокомпенсатором 12 и блоком сравнени  соотношени  парциальных давлений 22, а выход - через блок управлени  2 и схемы сравнени  св зан с дросселирующей аппаратурой 11 и дозирующим клапаном 23. Работа устройства дл  регулировани  параметров газовой смеси, дозируемой в вакуумную установку с заданным соотношением состава газовых компонентов в рабочем объеме, производитс  следующим образом. На программно-задающем устройстве 1 задаетс  программа работы устройства, т.е. допустимый диапазон изменени  фонового давлени  и состав газовой смеси в рабочем объеме вакуумной установки, парциальные давлени  исходных компонентов газовой смеси. Эти данные через блок управлени  2 передаютс  на преобразователь 5 в виде кодовых значений парциальных давлений исходных компонентов, на вакуумметрический пост 8 в виде допустимого перепада фонового давлени  в рабочем объеме и на блок сравнени  соотношени  парциальных давлений 22 в виде кодовой величины , пропорциональной отношению заданных парциальных давлений исходных компонентов. Из преобразовател  5 сигналы поступают на блок сравнени  9 парциальных давлений, куда одновременно приход т сигналы из основного капала регулировани , пропорциональные текущим значени м парциальных давлений исходных газовых компонентов, измеренным в рабочем объеме 10. Выходной сигнал с блока сравнени  9 поступает на цифровой автокомпенсатор 12 через калибратор 48 и на логический блок анализа конечной разности 33, информиру  его о режиме работы устройства и включа  в работу один из каналов , или т /г, выход которого подключей ко входу цифрового автокомпенсатора 12. Цифровой автокомпенсатор, куда также поступает сигнал с блока сравнени  соотноишни  парциальных давлений 22, сравнивает поступившие сигналы по знаку, суммирует их, а результат сравнени  и суммировани  поступает на дросселирующую аппаратуру И и на схему «ИЛИ 40, управл ющую работой основного и вспомогательного каналов регулирова1 и . Выходной сигнал со схемы «ИЛИ 40 поступает на схему «ИЛИ 42, котора  выдает команду на преобразователь 20 дл  отсчета парциального давлени  исходных компонентов в рабочем объеме. При этом ключи 19 к 25 разомкнуты, а 18 и 24, управл ющие триггером 46, наход тс  в замкнутом положении , что обеспечивает передачу измеренных значений парциальных давлений от анализатора 16 парциальных давлений по основному каналу па логический блок пам ти 27 и далее через блок выборочного опроса 34 - на блок сравнени  9 парциальных давлений. Таким образом, основной канал регулировани  посто нно подключен к блоку сравнени  парциальных давлений, что обеспечивает непрерывное поступление на него текущих значений парциальных давлений исходных компонентов , измеренных в рабочем объеме вакуумной установки, дл  сравнени  с заданными значени ми. Вспомогательный канал регулировани  подключаетс  в работу периодически через схему задержки 43, куда подаетс  сигнал со схемы «ИЛИ 40. Схема задержки 43 выдает сигнал, врем  задержки которого равно времени преобразовани  преобразовател  20. Эгот сигнал поступает на схему задержки 44 и на схему «ИЛИ 44, а с нее - на ключ 45, управл ющий триггером 46, который размыкает ключи 18 и 24 и замыкает ключи 19 и 25,. подключа  впомогательный канал регулировани  к отсчету значений парциальных давлений исходных компонентов в смесительной камере 13 через преобразователь 20, сигнал на запуск которого приходит со схемы задержки 43 через схему «ИЛИ 42. Закодированные значени  парциальных давлений из преобразовател  20 через ключ 25 поступают на логический блок пам ти 27 и далее через элементы вспомогательного канала регулировани  - на блок сравнени  соотношени  парциальных давлений 22 дл  сравнени  с заданным соотношением . Результат сравнени , пройд  дешифратор 37, используетс  дл  управлени  дроссельной аппаратурой II и дозирующим клапаном 23. Сигнал со схемы задержки 44, врем  задержки которой равно сумме времени преобразовани  преобразовател  20 и времени логической обработки результатов измерени  в логическом блоке анализа конечной разности 33, }:оступает через схему «ИЛИ 41 и ключ 45 на триггер 46, который разъедин ет ключи 19 м 25, замыкает ключи 18 и 24 и подключает основной канал регулировани  к отсчету парциального давлени  исходных компонентов в рабоче: 1 объеме вакуумной установки. Генератор тактовых имп льсов, запускаемый схемой задержки, замыкает кодовые ключи 28 и 29, обеспечива  поступление кодовых значений парциальных давлений с логическихблоков пам ти 27 основного и вспомогательного каналов регулировани  через блок 30 на блок вычислени  конечной разности 31. Блок вычислени  конечной разности 31 оп редел ет разность меладу значени ми парциальных давлений, измеренными в рабочем объеме и в смесительной камере, т. е. Д k-п, определ ет ее знак и направл ет в логический блок анализа конечной разности 33, который анализирует режим работы устройства, использу  входной сигнал от блока сравнени  парциальных давлений. Результаты анализа поступают на цифровой автокомпенсатор 12, а в случа х, когда имеет место один из следую-щих режимов работы устройства: гп . k /п k т k k п k п k п то также и на блок коррекции соотношени  парциальных давлений 47, запуска  его в работу . Этот блок посылает сигналы на блок управлени  2 дл  изменени  соотношени  парциальных давлений исходных компонентов таким образом, чтобы ликвидировать сигнал с цифрового автокомпенсатора 12. Откорректированное соотношение парциальных давлений из блока управлени  2 вводитс  через промежуточные элементы в блок сравнени  соотношени  парциальных давлений 22, а результат сравнени  поступает на блок коррекции соотношени  парциальных давлений 47 в качестве сигнала oiбpaтнoй св зи, компенсирующего сигнал с цифрового автокомпенсатора, а также на дешифратор 37 и далее на дросселирующую аппаратуру 11 через цифровой автокомпенсатор и на дозирующий клапан 23 через преобразователь 38. Дросселирующа  аппаратура напускает газ из баллонов в смесительную камеру до тех пор, пока сигналы, поступающие на нее с цифрового автокомпенсатора, не станут равны нулю. Поступление газовой смеси из смесительной камеры в рабочий объем вакуумной Зсталовки производитс  до тех пор, пока сигнал с преобразовател  38 равен нулю, т. е. напуск газа производитс  только в случае равенства заданного соотношени  парциальных давлений исходных газовых компонентов и текущего , измеренного в смесительной камере. Кроме того, если количество напускаемой газовой с.меси будет слишком большим, что приведет к ухудшению вакуума в рабочем объеме 10, то сработает вакуумметрический пост 8 и через преобразователь 38 перекроет дозирующий клапаа 23. Продолжительность включени  основного канала регулировани  дл  измерени  парциального давлени  исходных компонентов в рабочем объеме вакуумной установки и последующего ввода из.меренных значений в блок сравнени  9 устанавливаетс  логическим блоком анализа конечной разности 33, который разъедин ет или замыкает ключ 45. В случае, если ключ 45 разомкнут, триггер 46 держит ключи 18 и 24 в замкнутом положении , обеспечива  возможность непрерывной работы основного канала регулировани . Такой режим работы основного канала регулировани  может иметь место, когда устройство дл  регулировани  параметров газовой смеси работает в режиме m k, k n. Предложенное устройство дл  регулировани  параметров газовой смеси обеспечивает высокока,чественное приготовление в смесительной камере газовой смеси, парциальное давление исходных компонентов которой и соотношение парциальных давлений этих компонентов обеспечивают при ее напуске в рабочий объем вакуумной установки автоматическое поддержание заданных условий работы. Предмет изобретени  Устройство дл  регулировани  параметров газовой смеси, содержащее блок управлени , соединенный через блок сравнени  парциальных давлений с цифровым автокомпенсатором, соединенным через дросселирующую аппаратуру с газовыми баллонами со смесительной камерой, к которой подключены вспомогательный канал регулировани  и рабочий объем вакуумной установки с основным каналом регулировани , отличающеес  тем, что, с целью повышени  быстродействи , точности и надежности работы устройства, в нем установлены логический блок и блок коррекции соотношени  парциальных давлений, выход которого подключен ко входу блока управлени , а входы - к выходам цифрового автокомценсатора и логического блока, подключенного к каналам регулировани .

ад- IJjO