SU951246A1 - Устройство дл регулировани расхода газа - Google Patents

Description

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ РАСХОДА ГАЗА

Изобретение относитс  к регулированию расхода газов в потоке текущей средь и может быть использовано в системах автоматического регулировани  и управлени  газовыми потоками в частности, при получении сложных полупроводниковых структур с различным профилем и составом примесей легирующих компонентов. Известно устройство дл  регулировани  расхода газа, содержащее измеритель расхода газов , стабилизатор давлени , программное устройство с реверсивным двигателем, запорные элементы, посто нный дроссель, установленный между стабилизатором давлени  и измерителем расхода, сопротивление которого значительно превышает коммуникационное сопротивление, а задатчик стабилизатора давлени  соединен муфтой с реверсивным электродвигателем, подключённым к пневмоэлектрическому преобразователю , управл емому пневматическим генераторо импульсов с регулируемой скважностью импульсов 1 . К недостаткам данного устройства относ тс  сложность настройки, невозможность получени  ступенчатой характеристики по расходу, высока  погрешность регулировани , достигающа  5% при изменении давлени  в выходной линии на 0,005 МПа, а наличие люфтов и затираний в движущихс  част х увеличивает погрешность регулировани  до 10%., Наиболее близким техническим решением к изобретению  вл етс  устройство дл  регулировани  расхода газов, содержащее последовательно установленные стабилизатор давлени , дроссель, регулирующий орган и измеритель расхода, выход которого подключен совместно с одним из выходов программатора на вход регул тора, а выход регул тора через преобразователь соединен с входом элемента ИЛИ, задатчики давлени , св занные с элементами ИЛИ, управл ющие входы которых подключены к программатору, выходы всех элементов ИЛИ объединены и подсоединены к исполнительному механизму регулирующего органа 2 . Недостатком известного устройства  вл етс  наличие ошибки регу;и)ропанм  (до 4%) из-за гистерезиса клапана и M-JMCHCIIHH расходной характерис1ики на Я -lO.v от нчмспгми  давле- . 395 ки  в выходной линии на 0,005 МГ1а, что св зано с высокой (упствительностью клапана к колебани м давлени . Цель изобретени  - повьнление точности устройства, за счет чето повышаетс  точность регулировани  расхода газа. Указанна  цель достигаетс  тем, что в устройство дл  регулировани  расхода газа, содержащее последовательно установленные в тазовой магистрали стабилизатор давлени , дроссель, регулирующий орган и измеритель расхода, выход которого подключен к одному входу регул тора, к другому входу которого нодключен первый выход программатора,выход регул тора через преобразователь соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, второй вход которого подключен ко второму выходу программатора, выход1 1 . задатчиков давлепи  соединены с первыми входами соответствующих вторых элементов ИЛИ, вторые входы которых св заны с соответствующими третьими выходами программатора, введе1Ш датчик перепада . давлени , три элемента пам ти, два элемента ИЛИ и блок суммировани , причем выход датчика перепада давлепи  соединен через первый элемент пам ти с первым входом блока суммировани , выходы вторых элементов ИЛИ через второй элемент пам ти подключен ко вто рому входу блока суммировани  и через трети элемент ИЛИ - ко входу третьего элемента пам ти , к выходу первого элемента ИЛИ и к вы ходу четвертого элемента ИЛИ, первый вход которого св зан с выходом блока суммировани а второй вход - с четвертым выходом программатора , п тый выход которого соединен со вторым входом третьего элемента ИЛИ, а выход третьего элемента пам ти подключен к регулирующему oprairy. На чертеже представлена функциональна  схема устройства. Устройство содержит стабилизатор давлени  1, регулируемый дроссель 2, регулирующий орган 3, измеритель расхода 4, программатор 5, регул тор 6, преобразователь 7, первый элемент ИЛИ 8, третий элемент пам ти 9 подключен к исполнительному механизму 10 регулиру ющего органа, третий элемент ИЛИ 1J и второй элемент пам ти 12, блок суммировани  13 датчик 14 перепада давлени  на регулирующем органе 3, первый элемент пам ти 15. Стабилизатор давле1вд  16 обеспечивает питание сжатым возд; хом (или азотом) задатчики давлени  17, j1 и 19, вторые элементы ИЛИ 20, 21 и 22, четвертый элемент ИЛИ 23. Регулирование расхода осуществл етс  след ющим образом. Техиолопшеский газ (например, Hj) подводатс  к стабилизатору 1, с помощью которого задаетс  рабочее давление в пределах 0,010 ,05 МПа. Затем газ поступает в дроссель 2, регулирующий орган 3 и через измеритель расхода 4 подаетс  к источнику легировани . С помощью дроссел  2 задаетс  верхний предел регулировани  расхода. При этом регулирующий орган 3 должен быть полностью открыт. Вручную осуществл ют регулировку дроссел  2 до тех пор, пока показани  измерител  расхода 4 (теплового расходомера) не превыщают на 15-20% максимальное значение диапазона изменени  расхода газа-носител  по технологической программе. После этого приступают к выбору и установке величин расхода в соответствии с технологической программой легировани  и в зависимости от типа получаемых структур полупроводников , т. е. получением эпитаксиальных слоев с резко и и плавно измен ющейс  по определенному закону концентрацией примесей или же комбинированных. Устройство позвол ет осуществить плавное , ступенчатое или комбинированное регулирование расхода. Дл  настройки устройства и подготовки его к работе имеютс  байпасные линии, к которым можно подключить любой газ на Сброс включением клапанов, установленных на технологических лини х. Автоматическое регулирование расхода газа-носител  осуществл ете .; с помощью электронного программатора 5 подачей в определенной последовательности управл ющих команд на элементь ИЛИ и клапань, включающие и отключающие подачу технологических газов на Сброс или дл  ведени  процесса. Настройка устройства на наклонном участке программы осуществл етс  при включенных клапане на Сброс газа-носител  и элементе ИЛИ 8. Выход измерител  расхода 4 (теплового расходомера) совместно с аналоговым выходом программатора 5 подключены к входу регул тора 6, выход которого 0-5 МПа подаетс  на вход аналогового преобразовател  7, где преобразовываетс  в пневмосигнал 0,02-0,1 МПа. Затем управл ющий сигнал через элемент ИЛИ 8 и элемент пам ти 9 поступает на исполнительный механизм 10 регулирующего органа 3. С помощью ручек настройки программатора 5 на исполнительном механизме 10 устанавливаетс  управл ющее давление пропорциональное расходу газа-носител  в момент включени  наклонного участка программы, а на панели управлени  программатора 5 набираетс  угол наклона и скорость изменени  расхода газаносител . Дл  получени  резких переходов в полупроводниковых эпитаксиалып)1х структурах примен етс  ступенчатое изменение газа--носи7е:; , подаваемого в источние легировани . В з;ши5 .9

симости от числа перехолоп используетс  различное количество ступеией расхода газа-носител . Набор любого вида программ осуществл етс  последовательностью включени  логических элементов ИЛИ ,8, П, 20, 21, 22 и 23. При отсутствии сигнала с программатора 5 пневмовыходы элементов ИЛИ 8, 11, 20 и 21 и 23 закрыты.

Дл  настройки первой ступени расхода газаносител  ручным включением открываютс  элементы ИЛИ 11 и 20. С помощью пневмозадатчика 17 устанавливаетс  на исполнительном механизме 10 давление, соответствующее данно ступени расхода газа-носител , которое контролируетс  с помощью измерител  расхода 4 или провер етс  по расходной характеристике регулирующего органа 3. Одновременно сигнал задатчика 17 через элемент 12 подаетс  на один из входов блока суммировани  13.

На другой вход этого блока JiocTjoiaeT сигнал с датчика перепада давлени  14 через элемент пам ти 15. На выходе блока суммировани  13 устанавливаетс  давление, соответствующее поданному управл ющему сигналу задатчика 17 и перепаду давлени  на регулирующем органе 3. Зате вручную отключаетс  элемент ИЛИ 11, включаетс  элемент ИЛИ 23 и провер етс  значение расхода на данной ступени . В случае необходимости проводитс  корректировка расхода газа-носител  задатчиком 17.

Дл  гашени  автоколебаний, возникающих , в системе, в элементе сравнени  блока суммировани  13 ввод тс  две обратные св зи - положительна  и отрицательна . Автоколебани , возникающие в случа х нарушени  системы, затормаживаютс  с помощью посто нного дроссел , включенного в линию положительной об ратной св зи {на чертеже не показан). Аналогичным образом осуществл етс  установка уровней расхода газа-носител  на остальных ступен х. Дл  этого последовательно (тоже вручную) включаютс  элементы 21 и 22 и с помощью задатчиков 18 и 19 производ т регулировку расхода газа-носител . Дл  запоминани  управл ющих сигналов, подаваемых на исполнительный механизм 10 и входы блока суммировани  13, используютс  элементы пам ти 9, 12 и 15.

После заверщени  операций подготовки устройства регулировани  к работе от отдельного задатчика (на чертеже не показан) подаетс  единичный командный дискретный сигнал элементов пам ти 9, 12 и 15. В них запоминаетс  то давле1ше, которое было на выходе в момент подачи командного сигнала и отвечающее расходу газа-носитеп  в начале следующего процесса легировани . Это позвол ет избежать больших перерегулирований и автоколебаний по расходу газа, повысить точность вы46-6

хода на заданный уровень ручным включением элемента ИЛИ (на чертеже не показан).

Длительность и момент каждого отдельного цикла включени  уровней расхода газа-носител  5 набираетс  и осуществл етс  с помощью программатора 5, который выддет дискретные управл ющие сигналы на элементы ИЛИ 11, 20 и 22, а также элемент ИЛИ 8, который включаетс  на участке плавного изменени  O расхода газа-носител .

При автоматическом управлении процессом легировани  включаетс  клапан на линии подачи газа-носител  к источнику легировани  (на чертеже не показан) от программатора 5.

5 Если программа легировани  начинаетс , например , с плавного изменени  расхохш газа-носител , то на вход регул тора 6 подаютс  сигналы от измерител  расхода 4 и аналоговой части программатора 5. Затем после преобраэо0 вани  электрического сигнала в пневматический в электропневмопреобразователе 7, последний поступает через элемент ИЛИ 8 и элемент пам ти 9 на исполнительный механизм 10. Этот сигнал также подаетс  через элементы 11 и 12

5 на вход блока суммировани  13. На другой вход блока суммировани  13 поступает сигнал с датчика перепада давлени  14 через элемент пам ти 15.

На выходе блока суммировани  13 форми0 руетс  сигнал, отвечающий расходу газа-носител  в данный момент времени. Таким образом осуществл етс  подготовка к последующему этапу регулировани .

После окончани  аналоговой программы отключаетс  элемент ИЛИ 8 и включаютс  элементы ИЛИ 11 и, например, 20. Пневмосигнал от задатчика 17 поступает через элемент ИЛИ 11 на исполнительный механизм 10, который с помощью регулирующего органа 3 устанавр ливает расход газа-носител , близкий к,заданному . За врем  задержки (около 1 с) включени  элемента ИЛИ 23 на выходе блока суммировани  формируетс  сигнал, определ емый перепадом давлени  на регулирующем органе 3 и выходным давлением задатчика 17. Затем отключаетс  элемент ИЛИ 11 и включаетс  элемент ИЛИ 23. Если происход т изменени  давлени  в технологической линии, то нарушаетг с  равновесие схемы блока с)т 1М1фовани  13 и на выходе его устанавливаетс  повое значение сигнала.

Claims (2)

1. При увеличении давлени  на выходе технологической линии выходной сигнал блока cyMN/iaтора 13 уменьшаетс  и регулирующий орган 3 увеличивает расход. При умсныиенин лавлетси  в технологической линии выходной сигнал блока суммировани  13 упсличипастс  и pacxojt газа-носител , уме)гы |астс . Таким обр;):юм. осуществл етс  корректировка jKicxr,;. ia:ia носител  на горизонтальных участках програм мы и при переключени х на новую ступень расхода. После завершени  программы легировани  от программатора 5 подаетс  команда на запоминание подводимых давлений воздуха к элементам пам ти 9, 12 и 15. Запоминание осуществл етс  подачей сигнала РЦ . Это необходимо дл  того, чтобы избежать перерегулирований при последующих « иклах легировани  и переключении рабвты газовой системы с одного реактора на другой, так как лини  технологического газа к источнику легировани  перекрываетс  на других зтапах наращивани  эпитаксиальных структур. Данное изобретение по сравнению с известным устройством позвол ет повысить точность регулировани  расхода технологического газа с. 8-10% до 2,0%. Изобретение может бьиь использовано дл  дистанционного, автоматического и программного управлени  расходом газов в различных технологических процессах, в частности при получении полупроводниковых материалов и где требуетс  осуществление сложной программ изменени  расхода газа в процессе производств Разработка устройства дл  регулировани  расхо да газов начата с .целью использовани  его в схемах регулировани  и управлени  газовым потоком при получении эпитаксиальных структур полупроводников. Формула изобретени  Устройство дл  регулировани  расхода газа содержащее последовательно установленные в газовой магистрали стабилизатор давлени , дрос сель,, регулирующий орган и измеритель расхода, выход которого подключен к одному входу регул тора , к другому входу которого подключен первый выход программатора, выход регул тора через преобразователь соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, второй вход которого подключен ко второму выходу программатора, выходы задатчиков давлени  соединены с первыми входами соответствующих вторых элементов ИЛИ, вторые входы которых св заны с соответствующими третьими выходами программатора, отличающеес  тем, что, с целью повыщени  точности устройства, оно содержит датчик перепада давлени , три элемента пам ти, два элемента ИЛИ и блок суммировани , причем выход датчика перепада давлени  соединен через первый элемент пам ти с первым входом блока суммировани , выходы вторых элементов ИЛИ через второй элемент пам ти подключены ко второму входу блока суммировани  и через третий элемент ИЛИ - ко входу третьего элемента пам ти, к выходу первого элемента ИЛИ и к выходу четвертого злёмента ИЛИ, первый вход которого св зан с выходом блока суммировани , а второй вход - с четвертым выходом программатора , п тый выход которого соединен со вторым входом третьего элемента ИЛИ а, выход третьего элемента пам ти подключен к регулирующему органу. Источ1шки информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 232537, кл. G 05 D 7/00, 1978.
2. 2.Проект Института Гиредмет № С2977, 1979 (прототип).