3.5 Пристрій завантаження-вивантаження

П

Рисунок 3.6 - Кварцовий човник

ристрій завантаження-вивантаження звичайно розміщується в камері з ламінарним потоком повітря, що створює знепилену атмосферу в зоні роботи завантажувача човників з пластинами. Камери завантаження побудовані за принципом технологічних скафандрів.

Перед завантаженням в реакційну трубу дифузійної печі пластини розміщуються в кварцовому човнику на відстані 710 мм одна від одної (рис.3.6).

При завантаженні можлива поява кварцових мікрочастинок, які, попадаючи на поверхню підшарків разом з потоком ПГС, призводять до появи дефектів структур. Тому створені різні конструкції завантажувальних пристроїв, що замінюють тертя ковзанням тертям котіння або взагалі виключають тертя за рахунок використання консольних тримачів та завантажувачів. Швидкість переміщення човника з пластинами при завантаженні звичайно не перевищує 3070 см/хв і контролюється системою керування для зменшення термодинамічних навантажень на пластини і підвищення відтворюваності результатів процесу.

3.6 Система регулювання температури

При регулюванні температури в електропечах (і в інших об’єктах) необхідно розв’язати дві основні задачі: забезпечити статичну і динамічну точність:

Т_ср-Т_з₁ , Т_max₂,

де Т_ср – середня за період температура, ^оС;

Т_з – задана температура, ^оС;

Т – амплітуда коливань температури, ^оС;

₁, ₂ – допустимі відхилення температури, ^оС.

Д – датчик; ЗУ - задаючий пристрій; ПП - попередній підсилювач; РП – регулюючий пристрій; ВП – виконуючий пристрій; О – об’єкт регулювання

Рисунок 3.7 – Структурна схема автоматичної системи регулювання температури

Принцип прецизійного регулювання температури можна пояснити за допомогою рис.3.7, на якому приведена структурна схема регулятора.

В об’єкті регулювання О (електропіч) встановлений датчик температури Д; сигнал Х₁ цього датчика разом із сигналом Х₃ задавача температури ЗП (задаючий пристрій) у вигляді різниці цих сигналів Х₂ поступає на попередній підсилювач ПП, а з нього – на регулюючий пристрій РП. Цей пристрій враховує не тільки поточне значення температури в робочій зоні печі, а й швидкість і напрям її зміни; результуючий вихідний сигнал РП поступає на виконавчий пристрій ВП, який фактично виконує функцію підсилювача потужності. Ця потужність поступає на нагрівач печі і забезпечує підтримання з високою точністю температури в печі вздовж усієї робочої зони.

Датчиком температури є термопара (платина-платинородій) з чутливістю (диференційною термо-е.р.с.) 11 мкВ/К.

Оскільки термічні процеси проводяться при високих температурах - до 13001350 ^оС, то максимальний сигнал датчика може бути більшим 14 мВ. Такого ж порядку має бути і максимальний вихідний сигнал задаючого пристрою ЗП (багатообертового потенціометра).

Рисунок 3.8 – Пропорційний підсилювач

Найбільш складну функцію виконує регулюючий пристрій РП, що складається з трьох підсилювачів: пропорційного (рис.3.8), інтегруючого (інтегруючий ланцюг і підсилювач - рис.3.9) і диференційного (диференціюючий ланцюг і підсилювач див. на рис.3.10).

а б

Рисунок 3.9 – Інтегруючий RC-ланцюг (а) і підсилювач (б)

а б

Рисунок 3.10 – Диференціюючий RC-ланцюг (а) і підсилювач (б)

Пропорційний підсилювач відповідає за підтримання середнього (за період) значення температури на заданому рівні; диференціюючий - враховує швидкість і напрям зміни температури в печі.

Один із варіантів схеми регулюючого пристрою наведено на рис.3.11.

Рисунок 3.11 - Схема регулюючого пристрою

Після виходу печі на заданий режим температура в робочій зоні періодично змінюється в невеликих межах (до 0,5 ^оС).

Вихідний сигнал регулюючого пристрою в загальному вигляді можна описати такою формулою:

,

де К – коефіцієнт перетворення; Т_і, Т_д –відповідно час інтегрування та час диференціювання.

До сигналу пропорційного підсилювача додаються сигнали інтегруючого і диференціюючого підсилювачів в певній фазі.

Принцип роботи розглянутого регулятора схожий з принципом роботи звичайного компенсаційного стабілізатора напруги, але суттєво відрізняється від нього тим, що в регуляторі температури враховується велика інерційність об’єкта регулювання - печі (Додаток Б).

Для забезпечення високої точності розподілу температури між центральною і допоміжними крайніми секціями використовують триканальну систему регулювання, причому температура крайніх секцій визначається відносно середньої секції.

На рис.3.12 зображена в розгорнутому вигляді структурна схема автоматичного регулювання температури дифузійної печі.

1-3 – секції нагрівача; 4-11 – термопари; 12 – регулятори температури; 13 – пристрій прецизійного задавання температури; 14 – підсилювач; 15 – функціональний підсилювач потужності; 16 – тиристори; 17 – силові трансформатори; 18 – обмежувач температури; 19 – контактор

Рисунок 3.12 – Структурна схема автоматичного регулювання температури дифузійної печі

Рисунок 3.13 – Графік виходу

дифузійної печі на заданий режим

Графік виходу печі на заданий режим показаний на рис.3.13. Час виходу печі на заданий режим (від кімнатної температури до 12001300 ^оС – 11,5 год.

Реальний температурний профіль вздовж робочої зони печі показано на рис.3.14. З нього видно, що відхилення температури від заданої (1200 ^оС) в жодній точці не перевищує +0,5 ^оС.

Рисунок 3.14 – Температурний профіль робочої зони печі

Розглянутий автоматичний регулятор температури є регулятором універсальним: він може не тільки стабілізувати температуру, а й програмно збільшувати або зменшувати її. Якщо ж замість датчика температури (термопари) поставити датчик будь-якого іншого параметра, то регулятор буде належним чином керувати цим параметром.