SU1089460A1

SU1089460A1 - Device for measuring and adjusting amount of reagent in gas mixture

Info

Publication number: SU1089460A1
Application number: SU823493514A
Authority: SU
Inventors: Владимир Григорьевич Бибаев; Борис Вениаминович Рогачев; Евгений Васильевич Дмитриев; Станислав Кузьмич Ермашов; Алексей Иванович Строилов
Original assignee: Предприятие П/Я В-8495
Priority date: 1982-07-28
Filing date: 1982-07-28
Publication date: 1984-04-30

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ КОЛИЧЕСТВА РЕАГЕНТА В ГАЗОВОЙ СМЕСИ, содержащее эталонный и измерительный газовые каналы, в каждом из которых установлены диффузионные чейки с чувствительными элементами, подключенными к. измерителю концентрации реагента в газовой смеси, отличающе ес тем, что, с целью повьшени точности измерени и качества целевого продук та, оно дополнительно содержит блок умножени и усилитель сравнени с задатчиком расхода реагента и установленные в эталонном газовом канале датчик расхода и регулируемый клапан, подключенньй управл ющим входом через усилитель сравнени к выходу блока умножени , соединенного первым и. вторым входами с датчиком расхода и с выходом измерител концентрации реагента в газовой смеси.A DEVICE FOR MEASURING AND REGULATING THE NUMBER OF REAGENT IN A GAS MIXTURE containing the reference and measuring gas channels, each of which has diffusion cells with sensitive elements connected to the measuring instrument of the reagent concentration in the gas mixture, distinguished by the fact that, in order to increase the measurement accuracy and the quality of the target product, it additionally contains a multiplication unit and a comparison amplifier with a reagent consumption unit and a flow sensor and regulator installed in the reference gas channel A tunable valve connected by a control input through a comparison amplifier to the output of a multiplier unit connected first and. the second inputs with the flow sensor and the output meter of the concentration of the reagent in the gas mixture.

Description

иand

3efatmf3efatmf

оabout

0000

со 4from 4

CiCi

И Лаими fiejnif«te And Laimi fiejnif "te

liHiiHianiu Itae- Инвилаши omneSimiHijtet« ii 9 «вЛГ fвeжвiв , un nffuimMffUt) ,n9fuai«M(Uil ratmiM/VyliHiiHianiu Itae- Invilas omneSimiHijtet "ii 9" VLG fVezhviv, un nffuimMffUt), n9fuai "M (Uil ratmiM / Vy

Изобретение относитс к подготовке и анализу газов и может примен тьс в автоматизированных системах управлени технологическими процессами , преимущественно при производстве электронной техники.The invention relates to the preparation and analysis of gases and can be used in automated process control systems, mainly in the manufacture of electronic equipment.

Известен регул тор соотношени расходов, содержащий датчики расхода , регулирук цие заслонки в трубопроводах , которые подключены к смесителю , и чувствительный элемент, соединенный с датчиком расхода и св занный с исполнительным механизMdM , который кинематически св зан C регулирующими заслонками, установленными одна относительно другой с фазовым смещением tl3 A known flow ratio controller contains flow sensors, damper control in pipelines that are connected to the mixer, and a sensing element connected to the flow sensor and connected to the actuator MdM, which are kinematically connected with control valves one another relative to the other. offset tl3

Недостатком устройства вл етс низка точность и значительное врем запаздывани , обусловленное наличием кинематической св зи.The disadvantage of the device is low accuracy and significant latency due to the presence of kinematic coupling.

Известно также устройство дл получени регулируемой газовой смеси в определенной пропорции при использовании трубки с реагентом, концентраци которого в газовой смеси зависит от температуры. Термнстор , имеющий отрицательный коэффициент сопротивлени , соедин етс с регул тором тока, чтобы автоматически регулировать расход газа-носител в соответствии с изменением температуры источника реагента С23.It is also known a device for producing a controlled gas mixture in a certain proportion when using a reagent tube whose concentration in the gas mixture depends on temperature. A thermistor with a negative resistance coefficient is connected to the current regulator to automatically control the flow rate of the carrier gas according to the change in temperature of the reagent source C23.

Однако данное устройство регулиует состав газовой смеси в случае, зменени только температуры реагена . На количество же реагента в газовой смеси оказывают вли ние и расод газа-носител , и давление на вхое в испаритель. Кроме того, применеие термибтора приводит к большим шибкам при измерении из-за темпераурных погрешностей.However, this device regulates the composition of the gas mixture in the case that only the temperature of the reagent is changed. The amount of reagent in the gas mixture is also influenced by the carrier gas and the pressure on the vacuum in the evaporator. In addition, the use of a thermostat leads to large errors in measurement due to temperature errors.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству вл етс прибор дл определени содержани тетрахлорида кремни в водороде , содержапщй эталонный и измег рительный газовые каналы, в каждом из которых установлены ,дйффузионные чейки с чувствительными элементами, подключенными к измерителю концентрации реагента в газовой смеси, при этом в качестве чувствительньк элементов использованы термопреобразователи , соединенные в каждом канале последовательно в термобатарею Сз.The closest in technical essence to the proposed device is a device for determining the content of silicon tetrachloride in hydrogen, containing the reference and measuring gas channels, each of which has diffusion cells with sensitive elements connected to a measuring instrument of the reagent concentration in the gas mixture, while Thermal converters are used as sensitive elements, connected in each channel successively to a C3 thermopile.

Недостатком известного прибора вл етс значительна погрешность из-за использовани термопреобразователёй , имеющих низкую чувствительность . Кроме того, применение диффузионных чеек увеличивает посто нную времени прибора, а при работе в широком диапазоне расходов смеси по вл етс необходимость варьировани размеров диффузионной чейки.A disadvantage of the known device is a significant error due to the use of thermal converters with low sensitivity. In addition, the use of diffusion cells increases the time constant of the instrument, and when operating in a wide range of mixture flow rates, it is necessary to vary the sizes of the diffusion cell.

Цель изобретени - повьш1ение точности измерени и качества целевого продукта.The purpose of the invention is to improve the measurement accuracy and quality of the target product.

Указанна цель достигаетс тем,This goal is achieved by

что известное устройство, содержащее эталонный и измерительньй газовые каналы, в каждом из которых установлены диффузионные чейки с чувствительными элементами, подключенными к измерителю концентрации реагента в газовой смеси, дополнительно содержит блок умножени и усилитель сравнени с задатчиком расхода реагента и установленные в эталонном газовом канале датчик расхода и регулируемьй клапан, подключенный управл ющим входом через усилитель сравнени к выходу блока умножени , соединенного первым и вторьм входами с датчиком расхода и с выходом измерител концентрации реагента в газовой смеси.that the known device containing the reference and measuring gas channels, each of which has diffusion cells with sensitive elements connected to the reagent concentration meter in the gas mixture, additionally contains a multiplication unit and a comparison amplifier with the flow meter of the reagent and the flow sensor installed in the reference gas channel and an adjustable valve connected by a control input through a comparison amplifier to the output of a multiplication unit connected by the first and second inputs to the ra descent and exit meter concentration of the reagent in the gas mixture.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства дл измерени и регулировани количества реагента, в газовой смеси; на фиг. 2 - вариант выполнени газовых каналов} на фиг. 3 газовые каналы, вид сверху.FIG. Figure 1 shows a block diagram of a device for measuring and controlling the amount of reactant in a gas mixture; in fig. 2 shows an embodiment of the gas channels} in FIG. 3 gas channels, top view.

Устройство состоит из эталонного 1 и измерительного 2 газовых каналов , чувствительных элементов 3, подключенных к измерителю 4 концентрации реагента в газовой смеси, датчика 5 расхода гаэоносител , на выходе которого установлен усилитель 6, 7 умножени , усилитель 8 сравнени с задатчиком (не показан) и регулируемого клапана 9, установленного в эталонном газовом канале. Эталонный 1 и измерительный 2 газовые каналы подключены к испарителю 10.The device consists of a reference 1 and measuring 2 gas channels, sensitive elements 3 connected to the meter 4 concentration of the reagent in the gas mixture, sensor 5 of the gas carrier flow, the output of which is installed multiplying amplifier 6, 7, comparing amplifier 8 with the setting device (not shown) and adjustable valve 9 installed in the reference gas channel. Reference 1 and measuring 2 gas channels are connected to the evaporator 10.

Чувствительные элементы 3 (биспирали ) помещены в диффузионные чей55 ки 11 проточного типа. Датчик 5 расхода состоит из чувствительного элемента 12 - тонкой никелевой труб-, ки, внутри которой проходит газ и на которую намотаны два теплоприемника - проволочные терморезисторы и нагреватель 13 из нихрома. Газноситель в эталонном канапе 1 раздел етс на -два потока, один из которых поступает в никелевую трубку по каналу 14, а другой через байпас - набор трубок 15. Динамическое сопротивление байпаса зависит от числа трубок 15. Коэффициент делени газового потока определ етс отношением динa в чecкиx сопротивлений трубки чувствительного элемента 12 и байпаса - трубок 15. Дп сохранени посто нного коэффициента делени газового потока в широком диапазоне расхода газа-носител характер потока в трубке элемента 1 и байпаса должен быть ламинарным. Корпус 16 устройства изготовлен из нержавеющей стали. Устройство работает следующим образом. Газ-носитель nocTjmaeT в устройство через входной штуцер в эталонный канал 1 и раздел етс на два потока. . Терморезисторы на никелевой труб ке 12 образуют часть мостовой схемы При отсутствии расхода оба терморезистора нагреты до одинаковой температуры, имеют одинаковое сопро тивление, мост сбалансирован и выходной сигнал равен 0. При наличи расхода газа-носител первый по ходу газа терморезистор охлаждаетс , а второй нагреваетс , что приводит к по влению в мосте сигнала, пропор ционального расходу газа-носител U. который усиливаетс усилителем 6 коэффициент пропорциональ ности РГ-Н расход газа носител . Далее газ-носитель проходит между седлом и запорным органом регули руемого клапана 9 и поступает в испаритель 10 с реагентом (входит в состав технологического оборудовани ) . При этом часть газового потока заполн ет диффузионно-проточную чейку 11с чувствительным элементом 3 - первичный преобразователь теплопроводности газа-носител . Из испарител 10 в измерительный канал 2 поступает газова -смесь проход ща во вторую диффузионнопроточную чейку 11, в которой усТановлен второй чувствительЖ91й элемент 3 - первичный преобразователь теплопроводности газовой смеси. Первичные преобразователи теплопроводности представл ют собой терно- : резисторы в виде биспирали, нагретые электрическим током по одинаковой температуры. Терморезисторы обра зуют часть мостовой схемы. ОДна биспираль расположена в среде газаносител , друга - в среде газовой смеси (газа-носител и реагента). Т.ак как газ-носитель и газова смесь имеют разную теплопроводность в зависимости от мольного отношени реагента к газу-носителю, то и значени терморезисторов станут различНШ4И при по влении реагента, что регистрируетс измерителем 4 (U). К Qrvr где К2 - коэффициент пропорциональности; Q - количество реагента, г/ман4 Сигналы и Uj поступают на вход блока 7 умножени , с выхода которого снимаетс «сигнал Uo, пропорциональный расходу реагента. из -«rU К. Kg Q. С вькода блока 7 умножени аналоговый сигнал поступает на усипитепь 8 сравнени , где сравниваетс с внешним напр жением задани дп . получени сигнала рассогласовани , пропорционального разнице ме щу заданным расходом и действительным расходом вещества, усиливаетс и подаетс на регулирую1ций KJianaH 9, который измен ет проходное сечение канала подачи таза-носител в испаритель 10. Регулируемый клапан 9 представл ет собой шарик, который жестко соединен с трубочкой, внутри которой находитс нагреватель (не показан). Ири увеличении тока через нагреватель трубочка нагреваетс , удлин етс .; и приближает шарик к седпу. Шарйковый клапан регулирует расход газа- , носител тдк, чтобы разница между сигналом напр жени задани U и сигналом с умножител U, равн лось 0. - lUgrf ОТаким образом, когда напр жение задани превышает выходное найр жеие расхода вещества (т.е. нуженSensitive elements 3 (bipirale) are placed in diffusion cells of a flow type. The flow sensor 5 consists of a sensing element 12 - a thin nickel pipe, a tube, inside which gas passes and on which two heat sinks are wound - wire thermistors and a nichrome heater 13. The gas carrier in the reference canape 1 is divided into two streams, one of which enters the nickel tube through channel 14 and the other through the bypass - a set of tubes 15. The dynamic resistance of the bypass depends on the number of tubes 15. The division ratio of the gas stream is determined by the ratio of din to the resistances of the tube of the sensing element 12 and the bypass are of the tubes 15. The preservation of a constant dividing ratio of the gas flow in a wide range of flow rates of the carrier gas should be laminar in the tube of the element 1 and the bypass. The housing 16 of the device is made of stainless steel. The device works as follows. The carrier gas nocTjmaeT into the device through the inlet fitting into the reference channel 1 and is divided into two streams. . Thermistors on the nickel pipe 12 form part of the bridge circuit. In the absence of flow, both thermistors are heated to the same temperature, have the same resistance, the bridge is balanced and the output signal is 0. When there is a carrier gas flow, the thermistor cools down along the gas and the second heats up, which leads to the appearance of a signal proportional to the flow rate of carrier gas U. in the bridge, which is amplified by the amplifier 6 and the coefficient of proportionality of the WG-H carrier gas flow rate. Next, the carrier gas passes between the saddle and the shut-off member of the adjustable valve 9 and enters the evaporator 10 with the reagent (included in the process equipment). At the same time, part of the gas flow fills the diffusion flow cell 11c with the sensing element 3, the primary transducer of thermal conductivity of the carrier gas. From the evaporator 10 to the measuring channel 2 enters the gas-mixture passing to the second diffusion-flow cell 11, in which the second sensing element 3, the primary converter of the thermal conductivity of the gas mixture, is installed. Thermal conductivity primary transducers are tertiary: Bispiral coil resistors heated by electric current at the same temperature. Thermistors form part of the bridge circuit. One of the coil is located in the gas carrier medium, the other - in the gas mixture medium (carrier gas and reagent). Since the carrier gas and the gas mixture have different thermal conductivities depending on the molar ratio of reactant to carrier gas, then the thermistor values will differ from 4 to 4 when the reagent appears, which is recorded by meter 4 (U). К Qrvr where К2 - proportionality coefficient; Q is the amount of reagent, g / man4 Signals and Uj are fed to the input of multiplication unit 7, from the output of which a "Uo signal is taken, which is proportional to the consumption of the reagent. from - "rU K. Kg Q. From the code of block 7 multiply, the analog signal is fed to compare 8, where it is compared with the external voltage of dp. obtaining a mismatch signal proportional to the difference between the space given by the flow rate and the actual flow rate of the substance is amplified and supplied to the control unit KJianaH 9, which changes the flow cross section of the delivery channel of the pelvis-carrier to the evaporator 10. The adjustable valve 9 is a ball that is rigidly connected to the pipe with a heater inside it (not shown). In addition to increasing the current through the heater, the tube heats up, lengthens; and brings the ball closer to the sedpa. A ball valve regulates the flow rate of gas and carrier tdk so that the difference between the voltage signal U of the task U and the signal from the multiplier U is equal to 0. - lUgrf In a way, when the voltage of the task exceeds the output load rate of the substance (i.e.

больший уровень расхода вещества, чем есть на самом деле), усиленный разностный сигнал приоткрывает шариковый клапан до тех пор, пока рассогласование не станет равным нулю.a higher level of substance consumption than it actually is), the amplified differential signal opens the ball valve slightly until the mismatch becomes zero.

Применение изобретени позвол ет проводить процессы по скорости роста эпитаксиаль,ных слоев с точностью 5% за счет повышени точности измерени и регулировани состава парогазовой смеси в широком диапазоне расходов смеси и, как следствие,The application of the invention allows to carry out processes on the growth rate of epitaxial layers with an accuracy of 5% by increasing the accuracy of measurement and regulation of the composition of the vapor-gas mixture in a wide range of mixture flow rates and, as a result,

увеличить процесс выхода годйых эпитаксиальных структур на 15%. III / ftt- 15 16 Э Выход смеси ъазаиосител Фчг,3 Вход 1 смеси Выход газа к испарителюincrease the yield of any epitaxial structures by 15%. III / ftt- 15 16 Oe Mixture output Fazh, 3 Mix inlet 1 Gas outlet to the evaporator

Claims

DEVICE FOR MEASUREMENT

AND REGULATING THE NUMBER OF REAGENT IN A GAS MIXTURE, containing reference and measuring gas channels, in each of which diffusion cells are installed with sensitive elements connected to a reagent concentration meter in a gas mixture, characterized in that, in order to increase the accuracy of measurement and the quality of the target product, it additionally contains a multiplication unit and a comparison amplifier with a reagent flow rate adjuster and a flow sensor and an adjustable valve connected to the control unit installed in the reference gas channel -governing input through to the output of the comparison amplifier multiplying unit connected to the first and. second inputs with a flow sensor and with the output of the meter 'reagent concentration in the gas mixture.

I will send a repop to Ypu * oSZhtglM (Tsg) indica * ras Nnyikascha ton "·" α-pactaia, carrier (u-tl

1 1089460