Устройство для регулирования параметров газовой смеси
) 436331
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Республик (61) Зависимое от авт. свидетельства— (22) Заявлено 13.07.71 (21) 1681926/18-24 с присоединением заявки №вЂ” (32) Приоритет—
Опубликовано 15.07.74. Бюллетень ¹ 26
Дата опубликования описания 27.02.75 (51) М, 1<л. G 05d 11/03
Государственный камнте
Совета Мнннстрое СССР ао делам изобретений н открытий
,53) УДК 62-53 (088.8) (72) Автор изобретения
Е. Н. Изотов (7 I ) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ
ГАЗОВОЙ СМЕСИ
Изобретение относится,к области регулирования расхода газа и может быть использовано в электрофизической, химической и вакуумной технике при создании различных устройств с заданным составом газовой среды в рабочем объеме, Известны устройства для регулирования параметров газовой смеси, содержащие блок управления, соединенный через блок сравнения парциальных давлений с цифровым автокомпенсатором, соединенным через дросселирующую аппаратуру с газовыми баллонами со смесительной камерой, .к которой подключены вспомогательный канал регулирования и рабочий объем вакуумной установки с основным каналом регулирования.
Недостаток известных устройств состоит в том, что они не обеспечивают высокой точности получения газовой смеси, так как позволяют .регулировать только количество поступающего в смесительную камеру газа, а также обладают значительной инерционностью и большим коэффициентом запаздывания, что не позволяет осуществить быструю перестройку устройств при получении газовых смесей с иным качеством.
Цель изобретения — повышение быстродействия, точпости и надежности работы устройства.
Сущность изобретения состоит в том, что в устройство для регулирования параметров газовой смеси установлены логический блок и блок коррекции соотношения парциальных давлений, выход которого подключен ко входу блока управления, а входы — к выходам цифрового автокомпенсатора и логического блока, подключенного к каналам регулирования.
На чертеже представлена блок-схема устройства для регулирования параметров газо10 вой смеси, дозируемой в вакуумную установку с заданным соотношением состава газовых компонентов в рабочем объеме, Предлагаемое устройство содержит программно-задающее устройство 1, блок управ15 ления 2 выдачи кода, привод 3 отработки соотношения парциальных давлений, кодовый блок 4 соотношения парциальных давлений, преобразователь 5 заданных значений парциальных давлений исходных компонентов газо20 вой смеси в закодированные (дискретные 1 электрические сигналы, пропорциональные численному значению парциальных давлений газовых компонентов в рабочем объеме, с распределителем и коммутатором, газопроводы b, баллоны 7 с газом, магнитно-блокировочный вакуумметрический пост 8, блок сравнения 9 парциальных давлений, рабочий объем 10 вакуумной установки, дросселирующую аппаратуру 11, цифровой автокомпенсатор 12, смезо сительную камеру 13, датчики 14 и 15 пар436331
3 циальных давлений, анализатор !6 парциальных давлений, преобразователь 17 высокочастотных сигналов идентифицированных газов в их численные значения, 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 значениям текущих парциальных давлений, кодовый блок 21 вычисления соотношения парциальных давлений, блок сравнения соотношения парциальных давлений 22, дозирующий клапан
23, кодовые ключи 24 и 25, логические блоки памяти 26 и 27, кодовые ключи 28 и 29, блок
30 приема полной информации с ячеек памяти, сортировки по каналам информации и передачи ее на блок вычисления конечной разности, блок вычисления 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 сравнения, коммутатор 35, блок опроса 36, дешифратор 37, преобразователь 38 сигналов дешифратора и вакуумметрического поста в сигнал управления электроприводом дозирующего клапана, магниторазрядный манометр 39, схемы «ИЛИ» 40 — 42, схемы задержки 43 и 44, ключ 45, триггер 46, блок коррекции соотношения 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 значениями производится по основному каналу регулирования, состоящему из датчика 14, электрически связанного с анализатором 16 парциальных давлений, который через блок опроса и коммутатор, встроенные в преобразователь 17, и аналоговый ключ 18 может передавать текущие значения парциальных давлений исходных компонентов, измеренные в рабочем объеме 10 вакуумной установки, на преобразователь 20 и далее через кодовый ключ 24 на блок сравнения 9 парциальных давлений.
Измерение парциальных давлений исходных компонентов в смесительной камере с последующим расчетом соотношения измеренных парциальных давлений и сравнением их с заданным соотношением производится по вспомогательному каналу регулирования, состоящему из датчика 15, анализатора 16 парциальных давлений, который через блок опро"а и коммутатор, встроенные в преобразователь 17, и аналоговый ключ 19 может передавать текущие значения парциальных давлений на преобразователь 20 и далее через кодовый ключ
25, блок опроса 36 и коммутатор 35 — на кодовый блок сравнения соотношения парциальных давлений 22. Результат сравнения, пройдя дешифратор 37, используется в качестве сигна4 ла обратной связи для управления дрссселирующей аппаратурой 11 и в качестве основного сигнала — для управления дозирующим клапаном 23.
Дозирующий клапан 23 настроен "àêèì образом, что при отсутствии сигнала с преобразователя 38 он находится в положении «открыт», а при наличии сигнала он закрывается.
Для контроля вакуумных условий в рабо-!
О чем объеме служит магниторазрядный манометр 39, который выдает в случае ухудшения вакуума на преобразователь 38 через вакуумметрический пост 8 сигнал обратной связи по давлению для закрытия дозирующего клапа!
5 на 23.
Для управления работой основного и вспомогательного каналов регулирования служит схема управления, состоящая из схем «ИЛИ»
40, 41 и 42, схем задержки 43 и 44, ключа 45
z0 и триггера 46. Включение схемы управления в работу производится цифровым автокомпенсатором 12, электрически связанным со схемой «ИЛИ» 40.
Возможны следующие режимы работы устройства для регулирования параметров газовой смеси:
m)k т
n=k n=k n=k и)/г n)k n)k а 30 где т — заданное значение парциальных давлений исходных компонентов; и — текущее значение парциальных давЗ5 лений исходных компонентов, измеренное в смесительной камере; k — текущее значение парциальных давлений исходных компонентов, измеренное в рабочем объеме вакуумной 40 установки. Любой режим работы устройства зависит от разности между значениями парциальных давлений исходных компонентов в смесительной камере 13 и в рабочем объеме 10 и в случае, если эта разность отсутствует, т. е. n=k, то регулирование параметров газовой смеси в рабочем объеме практически сводится .к созданию в смесительной камере условий, аналогичных заданным, а в рабочем объеме задан. 50 ные условия поддерживаются автоматически. Однако это возможно только для режима работы, когда т)lг и m=k, а в случае, когда т<Й вЂ” регулирование невозможно, так как блок сравнения 9 парциальных давлений выдает отрицательный сигнал на закрытие дросселируютцей аппаратуры 11. Для компенсации отрицательного сигнала необходимо изменить соотношение парциальных давлений исходных компонентов таким образом, чтобы их количе00 ственная пропорция сохранилась, а абсолютные значения парциальных давлений изменились на величину, пропорциональную отрицательному сигналу. Иными словами устройство для регулирования параметров газовой смеси 0> независимо от режима работы m 436331 15 23 n" д 50 д,) 60 65 г m = k, должно автоматически выравнивать значения парциальных давлений исходных компонентов з смесите lbHQH камере и в рабочем объеме при одновременной коррекции соотношения парциальных давлений в смесительиой камере в случае т(Е Коррекция соотношения парциальных давлений в смесительной камере необходима также в случае, когда k(n для режимов m>k и m=k Практическое осуществление такой схемы работы осуществляется введением з основной и вспомогательный каналы регулирования логического устройства 49 и установлением во вспомогательном канале регулирования блока коррекции соотношения парциальных давлений 47, вход которого электрически сгязан с логической схемой анализа конечной разности, цифровым автокомпенсатором 12 и блоком сравнения соотношения парциальных давлений 22, а выход — через блок управления 2 и схемы сравнения связан с дросселирующей аппаратурой 11 и дозирующим клапаном 23. Работа устройства для регулирования параметров газовой смеси, дозируемой в вакуумную установку с заданным соотношением состава газовых компонентов в рабочем объеме, производится следующим образом. На программно-задающем устройстве 1 задается программа работы устройства, т.е. допустимый диапазон изменения фонового давления и состяв газовой смеси в рабочем объеме вакуумной установки, парциальные давления исходных компонентов газовой смеси. Эти данные через блок управления 2 передаются на преобразователь 5 в виде кодовых значений парциальных давлений исходных компонентов, на вакуумметрический пост 8 в виде допустимого перепада фонового давления в рабочем объеме и на блок сравнения соотношения парциальных давлений 22 з виде кодовой величины, пропорциональной отношению заданных парциальных давлений исходных компонентов. Из преобразователя 5 сигналы поступают на блок сравнения 9 парциальных давлений, куда одновременно приходят сигналы из основного канала регулирования, пропорциональные текущим значениям парциальных давлений исходных газовых компонентов, измеренным в рабочем объеме 10, Выходной сигнал с блока сравнения 9 поступает на цифровой азтокомпенсатор 12 через калибратор 48 и на логический блок анализа конечной разности 33, информируя его о режиме работы устройства и включая в работу один Hç каналов m)/г, m(k или m k, выход которого подключен ко входу цифрового автокомпенсатора 12. Цифровой автокомпенсатор, куда также поступает сигнал с блока сравнения соотношения парциальных давлений 22, сравнивает поступившие сигналы по знаку, суммирует их, а результат сравнения и суммирования поступает на дросселирующую аппаратуру 11 и на схему «ИЛИ» 40, управляющую работой основного и вспомогательного каналов регулирования. Выходной сигнал со схемы «ИЛИ» 40 поступает на схему «ИЛИ» 42, которая выдает команду на преобразователь 20 для отсчета парциального давления исходных компонентов в рабочем объеме. При этом ключи 19 и 25 разомкнуты, а ключи 18 и 24, управляющие триггером 46, находятся в замкнутом положении„ что обеспечивает передачу измеренных значений парциальных давлений от анализатора 16 парциальных давлений по основному каналу на логический блок памяти 27 и далее через блок выборочного опроса 34 — на блок сравнения 9 парциальных давлений. Таким образом, основной канал регулирования постоянно подключен к блоку сравнения пяэциа 1ьнb1х давлений, что обеспечивает непрерывное поступление на него текущих значений парциальных давлений исходных I;QMnoнентов, измеренных в рабочем объеме вакуумн и установки, для сравнения с заданными значениями. БспомоГятелъныи канал регу IHpoBBHIIB подключается в раооту периодически через cxE1ló задержки 43, куда подается сигнал со схемы «ИЛИ» 40. Схема задержки 43 выдает сигнал, время задержки которого равно времени преобразования преобразователя 20. .. От сигнал поступает на схему задержки 44 и на схему «ИЛИ» 44, а с нее — на ключ 45, управляющий триггером 46, который размыкает ключи 18 и 24 и замыкает ключи 19 и 25, подключая впомогательный канал регулирования 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 значе.*..1я парциальных давлений из преобразователя 20 через ключ 25 поступают на логический блок памяти 27 и далее через элементы вспомогательного канала регулирования — на блок сравнения соотношения парциальных дав-лений 22 для сравнения с заданным соотношением. Результат сравнения, пройдя дешифратор 37, используется для управления дроссельной аппаратурой 11 и дозирующпм клапаном 23. Сигнал со схемы задержки 44, время задержки которой равно сумме времени преооразозания преобразователя 20 и времени логической обработки результатов измерения в логическом блоке анализа конечной разности 33, поступает через схему «ИЛИ» 41 и ключ 45 на тр.lããåð 46, которы"; ключи 19 и 25, замыкает ключи 18 и 24 и подключает ос:озной канал регулирования к отсчету парцияльного давления исходных компонентов в рабочем объеме вакуумной установки. Генератор TBKTDBblx импульсов, запускаемый схемой задержки, замыкает кодовые ключи 28 H 29, обеспечивая поступление кодовых значений парциальных давлений с логических блоков памяти 27 основного н вспомогательного каналов регулирования через блок 30 на блок вычисления конечной разности 31, 436331 Блок вычисления конечной разности 31 определяет разность между значениями парыальных давлений, измеренными в рабочем объеме и в смесительной камере, т. е. Л =- k — n, определяет ее знак и направляет в логический блок анализа конечной разности 33, которьш анализирует режим ра боты устройства, используя входной сигнал от блока сравнения парциальных давлений. Результаты анализа поступают на цифровой автокомпенсатор 12, а в случаях, когда имеет место один из следующих режимов работы устройства: и < k nz ) /г пг = k k /г) и k=п то также и на блок коррекции соотношения парциальных давлений 47, запуская его в работу. Этот блок посылает сигналы на блок управления 2 для изменения соотношения парциальных давлений исходных компонентов таким образом, чтобы ликвидировать сигнал с цифрового автокомпенсатора 12. Откорректированное соотношение парциальных давлений из блока управления 2 вводится через промежуточные элементы в блок сравнения соотношения парциальных давлений 22, а результат сравнения поступает на блок коррекции соотношения парциальных давлений 47 в качестве сигнала обратной связи, 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. Дросселирующая 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 установки производится до тех пор, пока сигнал с преобразователя 38 равен нулю, т.е. напуск газа производится только в случае равенства заданного соотношения парциальных давлений исходных газовых компонентов и текущего, измеренного в смесительной камере. Кроме того, если количество напускаемой газовой смеси будет слишком большим, что при8 ведет к ухудшению вакуума в рабочем объеме 10, то сработает вакуумметрический пост 8 и через преобразователь 38 перекроет дозирующий клапан 23. Продолжительность включе5 ния основного канала регулирования для измерения парциального давления исходных компонентов в рабочем объеме вакуумной установки и последующего ввода измеренных значений в блок сравнения 9 устанавливается 1О логическим блоком анализа конечной разности 33, который разъединяет или замыкает ключ 45. В случае, если ключ 45 разомкнут, триггер 46 держит ключи 18 и 24 в замкнутом положении, обеспечивая возможность непрерывной 15 работы основного канала регулирования. Такой режим работы основного канала регулирования может иметь место, когда устройство для регулирования параметров газовой смеси работает в режиме nz=k, k=n. Предложенное устройство для регулирования параметров газовой смеси обеспечивает высококачественное приготовление в смесительной камере газовой смеси, парциальное давление исходных компонентов которой и соотношение парциальных давлений этих компонентов обеспечивают при ее напуске в расочий объем вакуумной установки автоматическое поддержание заданных условий работы. ЗО Предмет изобретения Устройство для регулирования параметров газовой смеси, содержащее блок управления, З5 соединенный через блок сравнения парциальных давлений с цифровым автокомпенсатором, соединенным через дросселирующую аппаратуру с газовыми баллонами со смесительной камерой, к которой подключены вспомогатель40 ный канал регулирования и рабочий объем вакуумной установки с основным каналом регулирования, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия, точности и надежности работы устройства, в нем установлены 45 логический блок и блок коррекции соотношения парциальных давлений, выход которого подключен ко входу блока управления, а входы — к выходам цифрового автокомпенсатора и логического блока, подключенного к кана5О лам регулирования. 436331 Составитель Е. Изотов Техред 3. Тараненко Рсдгктор Е. Семанова Корректор Е. Рогайлина Подписное МОТ, Загорский цех Заказ 6375/2 Изд. № 1866 Тираж 760 1МНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий Москва, К-35, Раушская нгб., д. 4/5
