Устройство для натекания газа - RU168325U1

Чертежи

Описание

Полезная модель относится к вакуумным приборам, предназначенным для открытия-закрытия, а также плавного напуска технологического газа в вакуумные технологические установки с возможностью автоматического регулирования давления газа и интенсивности его потока.

Известен игольчатый натекатель (вентиль тонкой регулировки) газов типа Н-12. Натекатель предназначен для ручного регулирования расхода газовой среды и перекрытия газопроводов (http://granat-e.ru/h12.html). Все игольчатые натекатели подобного типа конструктивно содержат корпус с продольным каналом, входной и выходной штуцеры для подачи и отвода газа, вентиль со штоком и седло. В канале размещена коническая игла. При вращении вентиля со штоком связанная с ним коническая игла плавно перемещается вдоль канала, увеличивая (уменьшая) сечение кольцевого зазора между ней и седлом, тем самым изменяя количество газа, проникающего в вакуумную систему через выходной штуцер. Шток снабжен дифференциальной микрометрической резьбой.

Основной недостаток натекателя данного типа заключается в том, что интенсивность потока газа регулируется вручную, что не позволяет точно выставить и в дальнейшем воспроизвести требуемый напуск газа в технологическую установку. Кроме того, в процессе эксплуатации такой натекатель может потерять герметичность; может произойти развальцовка седла.

Известен также электромеханический натекатель (ЭМН) предназначенный для плавного напуска газа в вакуумные системы и автоматического поддержания заданного давления (http://www.nitin.rzn.ru/product/nvd.htm). Идентичен ему и натекатель (http://www.chipmaker.ru/topic/141465/page_k_bb2fe024f8a71424996db6d9af08c1fc_setlanguage_1_langurlbits_topic/141465/_langid_1). Любой из них можно выбрать в качестве прототипа. Конструктивно натекатель содержит каркас, на котором смонтирован игольчатый натекатель (например, типа Н-12) с входным и выходным штуцерами для подачи и съема технологического газа, исполнительный механизм, выполненный на базе реверсивного электродвигателя, вал которого соединен с входным валом редуктора, таймер (например, типа ТРМ501). Выходной вал редуктора соединен со штоком игольчатого натекателя. Игольчатый натекатель газа соединен с электромагнитным высоковакуумным клапаном, предназначенным для мгновенного открытия и перекрытия потока газа. ЭМН также снабжен системой регулировки хода штока натекателя. Исполнительный механизм кроме реверсивного электродвигателя и редуктора включает также конечные выключатели, срабатываемые под действием давления одного конца рычага. Другой конец рычага подвижно связан со штоком игольчатого натекателя. Регулируя зазор между конечными выключателями и концом рычага, можно изменять расстояние, на которое передвигается шток игольчатого натекателя, в том числе передвигается и связанная с ним коническая игла. Конечные выключатели установлены в цепи, питающей реверсивный электродвигатель, включая и выключая его. Тем самым, ограничивается ход конической иглы, предотвращая возможное механическое вклинивание его в седло. В качестве прибора для обеспечения автоматизации режима поддержания заданных параметров газа использован таймер, выход которого электрически связан с клеммами питания реверсивного двигателя, что обеспечивает заданное время и направление вращения вала.

Недостаток данного типа ЭМН заключается в том, что для автоматического поддержания заданного давления газа в качестве регулятора использован встроенный таймер типа ТРМ501 с функцией поддержки выполнения программ технолога. Однако таймер не обеспечивает автонастройку по современному эффективному алгоритму, сложен в эксплуатации, не обеспечивает точность управления многоступенчатыми температурными режимами в вакуумных технологических установках. Кроме того, такие регуляторы достаточно инерционны и их параметры меняются при изменении температуры окружающей среды и технологического газа.

Технической задачей полезной модели является создание системы напуска газов, обеспечивающей высокую точность управления параметрами напускаемых газов, или смесей газов для использования в сверхвысоковакуумных технологических установках.

Технический результат достигается тем, что в качестве прибора для автоматического управления поддержания заданных параметров натекаемого газа применен пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор, причем подача газа, подлежащего регулировке, осуществляется параллельно на входной штуцер игольчатого натекателя и вход измерителя давления газа. С выхода измерителя давления унифицированный электрический сигнал подается на вход пропорционально-интегрально-дифференциального регулятора, с выхода которого электрический сигнал поступает на реверсивный электродвигатель, а съем технологического газа осуществляется с выходного штуцера игольчатого натекателя.

Применение ПИД-регулятора позволяет в широком диапазоне осуществлять высокоточное пошаговое программное регулирование технолога, обеспечивает нахождение регулируемой величины в установленных границах. При выходе этих величин за установленные границы технологический процесс не прерывается, но выдается предупреждение и срабатывает выходной элемент, к которому можно подключить различные сигнальные устройства (лампу, звонок и т.п.).

Конструкция полезной модели пояснена фиг. 1-2.

Конструктивно натекатель газа содержит каркас 1, на котором смонтирован игольчатый натекатель 2 с входным 3 и выходным 4 штуцерами для подачи и съема технологического газа, электромагнитный высоковакуумный клапан 5, пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор 6, регулирующий число оборотов и направление вращения вала электродвигателя, преобразователь давления 7 и исполнительный механизм. Штуцер 4 выведен на переднюю панель устройства (на чертеже размещен рядом с преобразователем давления 7).

Исполнительный механизм включает реверсивный электродвигатель 8, вал 9 которого посредством муфты соединен с входным валом 10 редуктора 11. Выходной вал 12 редуктора соединен со штоком игольчатого натекателя 2 газа. Игольчатый натекатель газа соединен с электромагнитным высоковакуумным клапаном 5, предназначенным для мгновенной подачи и перекрытия потока газа. Исполнительный механизм снабжен системой регулировки хода штока игольчатого натекателя 2, содержащей конечные выключатели 13 и 14, срабатываемые под действием давления конца рычага 15. Другой конец рычага через толкатель 16 подвижно связан со штоком игольчатого натекателя и придает поступательное движение через шток конической игле игольчатого натекателя 2. Регулируя зазор между конечными выключателями 13 и 14 и концом рычага 15, можно изменять расстояние, на которое будет перемещаться шток и коническая игла игольчатого натекателя. При этом коническая игла плавно перемещается вдоль канала, увеличивая (уменьшая) сечение кольцевого зазора между ней и седлом, и изменяя интенсивность потока газа на выходе устройства. Кроме того, так как конечные выключатели установлены в цепи, питающей реверсивный электродвигатель 8, то они включают и выключают в нужный момент времени. То есть, система регулировки хода штока ограничивает ход конической иглы, и предотвращает возможное механическое вклинивание иглы в седло игольчатого натекателя. В подвале каркаса 1 размещен блок питания устройства.

Устройство для натекания газа работает следующим образом:

Сначала на ПИД регуляторе 6 устанавливают значения исходных технологических данных, потом технологический газ подают на вход преобразователь давления 7 и одновременно во входной штуцер 3 игольчатого натекателя 2. В качестве преобразователя давления может быть применен, например, пьезоэлектрический прибор типа 014МТ. Преобразователи давления, в том числе называют датчиками давления. На выходе датчика давление газа преобразуется в унифицированный выходной сигнал по току или напряжению. Этот сигнал поступает на универсальный вход ПИД регулятора 6. С выхода ПИД регулятора сигнал поступает на электромагнитный клапан 5 и на вход электродвигателя 8 исполнительного механизма. При этом пропорциональная составляющая ПИД регулятора вырабатывает выходной сигнал, противодействующий отклонению регулируемой величины от заданного технологического значения, наблюдаемому в данный момент времени. Он тем больше, чем больше это отклонение. Если входной сигнал равен заданному значению, то выходной сигнал равен нулю. То есть выходной сигнал с ПИД регулятора управляет параметрами электродвигателя, увеличивая, или уменьшая число оборотов его вала, или реверсируя его направление вращения. Тем самым изменяется интенсивность потока газа и его давление на выходе игольчатого натекателя 2.

Реферат

Полезная модель относится к вакуумным приборам. Технический результат – высокая точность управления параметрами напускаемых газов, или смесей газов для использования в сверхвысоковакуумных технологических установках. Для этого в качестве прибора для автоматического управления поддержания заданных параметров натекаемого газа применен пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор, причем подача газа, подлежащего регулировке, осуществляется параллельно на входной штуцер игольчатого натекателя и вход измерителя давления газа. С выхода измерителя давления унифицированный электрический сигнал подается на вход пропорционально-интегрально-дифференциального регулятора, с выхода которого электрический сигнал поступает на реверсивный электродвигатель, а съем технологического газа осуществляется с выходного штуцера игольчатого натекателя. 3 ил.

Формула