DE2138286A1

DE2138286A1 - Metered gas feed - for vacuum systems through pressure control in intermediate tank and fixed restrictor

Info

Publication number: DE2138286A1
Application number: DE19712138286
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl Phys Hentschke
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-07-30
Filing date: 1971-07-30
Publication date: 1973-02-08

Abstract

A metered feed of gases or vapours into a vacuum system is obtained by passing them from a bottle through a metering valve to an intermediate tank. The pressure is measured here and kept constant by automatically adjusting the metering valve. They pass to the vacuum receiver through a pressure reduction stage with a fixed setting for the restriction.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum dosierten Einlaß von Gasen bzw.Method and device for the metered inlet of gases or

Dämpfen in Vakuumanlagen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum reproduzierbar dosierten Einlaß Von Gasen bzw. Dämpfen in Vakuumanlagen, in denen ein bestimmter Partialdruck dieser Gase bzw. Dämpfe erzeugt und aufrechterhalten werden soll, Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.Vaping in vacuum systems The invention relates to a method for reproducible metered inlet of gases or vapors in vacuum systems in which a certain partial pressure of these gases or vapors is generated and maintained The invention further relates to a device for implementation of the procedure.

Es ist bekannt, Gase und Dämpfe in Vakuumanlagen durch Dosierventile, z.B. Nadel- oder IgIembranflatterventile, einzulassen.It is known that gases and vapors in vacuum systems by metering valves, e.g. needle or IgI membrane flutter valves.

Dabei werden die einzulassenden Stoffe außerhalb des Rezipienten auf konstantem Druck, z.B. Atmosphärendruck oder Dampfdruck einer Flüssigkeit bei konstanter Temperatur, gehalten und strömen durch ein Leck mit veränderlichem Querschnitt in den Rezipienten. Da bei erweist es sich besonders bei kleinen Öffnungen als unmöglich, reproduzierbare Gasmengen pro Zeiteinheit über längere Zeiträume einzulassen, da Yerunreinigungen und andere noch nicht eindeutig lokalisierte Effekte an der Ventilöffnung die Durchflußrate immer wieder in unvorhersehbarer Weise verändern.The substances to be admitted are outside the recipient constant pressure, e.g. atmospheric pressure or vapor pressure of a liquid at constant Temperature, held and flow in through a leak with variable cross-section the recipient. It turns out to be impossible, especially with small openings, to let in reproducible amounts of gas per unit of time over longer periods of time, since Impurities and other not yet clearly localized effects on the valve opening keep changing the flow rate in unpredictable ways.

Bekanntlich setzt sich der Gesamtdruck in einer Vakuumanlage additiv aus den Partialdrticken der in der Restgasatmosphäre enthaltenen Komponenten wie Wasser, Stickstoff, Wasserstoff, Öldämpfe list. zusammen. Die Menge des aus dem Vorratsbehälter in den Vakuumrezipienten einströmenden Gases bestimmt sich durch die Differenz zwischen dem Gasdruck im Vorratsbehälter und dem Gesamtdruck im Rezipienten. Steigt infolge einer Störung, z.B. beim Ausfall der Stickstoff-Kühlfalle oder infolge von Gasausbruchen während des Verdampfungsprozesses, der Partialdruck einer Komponente der Restgasatmoshäre, so steigt in gleichem Maße auch der Gesamtdruck im Rezipienten. Dadurch sinkt die Druckdifferenz zwischen Vorratsbehälter und Rezipient, das Dosierventil schließt, um die Druckdifferenz wieder herzustellen, und verringert so die Menge des aus dem Vorratsbehälter in den Vakuumrezipienten fließenden Gasstromes. Damit sinkt jedoch der Partialdruck der gewünschten Gaskomponente noch weiter ab und erreicht erst nach längerer Zeit wieder den Sollwert.It is well known that the total pressure in a vacuum system is additive from the partial thicknesses of the components contained in the residual gas atmosphere such as Water, nitrogen, hydrogen, oil vapors list. together. The amount of the Reservoir in the vacuum recipient gas flowing in is determined by the difference between the gas pressure in the storage container and the total pressure in the recipient. Increases as a result of a malfunction, e.g. failure of the nitrogen cold trap or as a result of gas bursts during the evaporation process, the partial pressure of a component the residual gas atmosphere increases to the same extent the total pressure in the recipient. This reduces the pressure difference between the storage container and the recipient, the metering valve closes to restore the pressure difference and decreases so the amount of gas flowing from the storage container into the vacuum recipient. However, this reduces the partial pressure of the desired gas component even further and only reaches the setpoint again after a long period of time.

Dieser Nachteil ließe sich durch eine Überwachung des Partialdruckes des eingelassenen Gases im Rezipienten und eine damit verbundene Steuerung des Dosierventils überwinden. Dazu würde man jedoch einen kostspieligen, partialdruck-anzeigenden Massenspektrometer benötigen. Eine derartige Maßnahme ist aus wirtschaftlichen Gründen nicht durchführbar.This disadvantage could be solved by monitoring the partial pressure of the admitted gas in the recipient and an associated control of the dosing valve overcome. To do this, however, you would need an expensive, partial pressure display Need mass spectrometer. Such a measure is for economic reasons not feasible.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum reproduzierbar dosierten Einlaß von Gasen bzw. Dämpfen in Vakuumanlagen anzugeben, in denen ein bestimmter Partialdruck dieser Gase und Dämpfe erzeugt und aufrechberhalten werdell soll, das ohne kostspielige Apparaturen auskommt.The invention is therefore based on the object of a method for specify reproducible dosed inlet of gases or vapors in vacuum systems, in which a certain partial pressure of these gases and vapors is generated and maintained werdell, which works without expensive equipment.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Gase bzw. Dämpfe aus einem Vorratsbehälter über ein regelbares Dosierventil in einen Zwischenbehälter geleitet werden, daß der Druck im Zwischenbehälter gemessen und durch entsprechende Regelung des Dosierventils konstant gehalten wird und daß die Gase und Dämpfe aus dem Zwischenbehälter über eine fest eingestellte Druckstufe in den Vakuumrezipienten eingelassen werden Damit ergeben sich die Vorteile, daß eine genaue und reproduzierbare Dosierung der eingelassenen Gase und Dämpfe über einen weiten Druckbereich möglich ist, daß die eingelassene Gasmenge praktisch unabhängig von Druckveranderungen im Rezipienten ist und daß die Druckstufe nicht durch Verunreinigungen in ihrer Fuiiktion gestört werden kann. Die Menge des durch die Druckstufe fließenden Gas- bzw. Dampfstromes wird somit nicht wEe bei den bekannten Verfahren bei konstantem Druck im Vorratsbehälter durch eine veränderliche Öffnung, sondern in ungekehrter Weise bei konstanter Öffnung der Druckstufe durch einen veränderlichen Druck im Zwischenbehälter geregelt.This object is achieved in that the gases or vapors from one Storage container passed into an intermediate container via a controllable metering valve that the pressure in the intermediate container is measured and controlled accordingly of the metering valve is kept constant and that the gases and vapors from the intermediate container be admitted into the vacuum recipient via a fixed pressure level This has the advantages that an accurate and reproducible dosage of admitted gases and vapors over a wide pressure range is possible that the amount of gas admitted practically independent of pressure changes in the recipient and that the pressure stage is not disturbed in its Fuiiktion by impurities can be. The amount of gas or vapor flowing through the pressure stage will thus not wEe with the known methods at constant Pressure in the storage tank through a variable opening, but in reverse Way with constant opening of the pressure stage by a variable pressure in the Intermediate container regulated.

Der Faktor der Druckverminderung durch die fest eingestellte Druckstufe kann unterschiedliche Werte haben. Der Wert hängt davon ab, welche Abweichungen der einströmenden Gasrate vom Sollwert erlaubt sind. Vorzugsweise ist die Druckstufe so gewshlt, daß sie den Druck um den Faktor 100 vermindert. Dadurch wirken sich Störungen im Rezipienten praktisch nicht mehr auf den Druck im Zwischenbehälter aus. Der Gas- bzw. Dampfpartialdruck im Rezipienten wird durch den Druck im Zwischenbehälter gesteuert.The pressure reduction factor due to the fixed pressure level can have different values. The value depends on the deviations the inflowing gas rate from the setpoint are allowed. The pressure level is preferably chosen so that it reduces the pressure by a factor of 100. This have an effect Disturbances in the recipient practically no longer affect the pressure in the intermediate container the end. The gas or vapor partial pressure in the recipient is determined by the pressure in the intermediate container controlled.

Eine Vorrichtung zur Durchfuhrung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorteilhaft dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Vorratsbehälter und Vakuumrezipient ein Zwischenbehälter angeordnet ist, daß zwischen Vorratsbehälter und Zwischenbehälter ein Dosierventil vorgesehen ist, das mit Hilfe einer Regelvorrichtung den Druck im Zwischenbehälter konstant hält, und daß zwischen Rezipient und Zwischenbehälter eine fest eingestellte Druckstufe eingebaut ist.A device for carrying out the method according to the invention is advantageously characterized in that between the storage container and vacuum recipient an intermediate container is arranged that between the storage container and the intermediate container a metering valve is provided which controls the pressure with the aid of a control device holds constant in the intermediate container, and that between the recipient and the intermediate container a fixed pressure level is built in.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden.The invention is to be explained in more detail with the aid of the drawing.

Aus einem Vorratsbehälter 1, z.B. einer Gasflasche wird ein Gas, dessen Partialdruck im Vakuunirezipienten 7 dosiert aufrechterhalten werden soll, zunächst über ein regelbares Dosierventil 2 in einen Zwischenbehälter 3 geleitet. Mit dem Zwischenbehälter 3 ist eine Druckmeßvo:richtlmg 4 verbunden. Mit Hilfe des Meßwertes wird über die Regelstrecke 5 das Dosierventil 2 derart beeinflußt, daß der Gas- bzw. Dampfdruck im Zwischenbehälter 3 konstant auf dem Sollwert bleibt. Aus dem Zwischen behälter 3 wird das Gas zu der fest eingestellten Druckstufe 6 und von dort in den Rezipienten 7 geleitet. Der Rezipient 7 ist mit Hilfe des Stutzens 8 mit einer nicht dargestellten Vakuumpumpe verbunden. Infolge des Druckunterschiedes zwischen Zwischenbehälter 3 und Rezipient 7 fließt über die Druckstufe 6 ein praktisch konstan-ter Gasstrom, da die Druckstufe 6 im Gegensatz zu einem Dosierventil den Gasstrom auch bei einer Erhöhung des Gesamtdruckes im Rezipienten 7 nie absperrt. Zwischen Vorratsbehält er 1 und Dosierventil 2 sollte zur Verhinderung von Druckschwankungen in der Verbindungsleitung ein Reservoir 9 in Form eines Behälters eingefügt werden. Dieses Reservoir 9 ist beim Dosieren von Dämpfen praktisch unumgänglich.From a storage container 1, for example a gas cylinder, a gas is produced, its Partial pressure in the vacuum recipient 7 is to be maintained in a metered manner, initially passed through a controllable metering valve 2 into an intermediate container 3. With the Intermediate container 3 is a Druckmeßvo: Richtlmg 4 connected. With the help of the measured value the metering valve 2 is influenced via the control path 5 in such a way that the gas or the steam pressure in the intermediate container 3 remains constant at the setpoint. From the Between container 3 is the gas to the fixed pressure level 6 and from there into the recipient 7. The recipient 7 is with the help of the Stub 8 connected to a vacuum pump, not shown. As a result of the pressure difference between the intermediate container 3 and recipient 7 flows through the pressure stage 6 a practical constant gas flow, since the pressure stage 6, in contrast to a metering valve, the The gas flow is never shut off, even if the total pressure in the recipient 7 increases. Between the reservoir 1 and the metering valve 2 should be to prevent pressure fluctuations a reservoir 9 in the form of a container can be inserted in the connecting line. This reservoir 9 is practically indispensable when metering vapors.

Sollen mehrere Gase bzw. Dämpfe definiert in einem Rezipienten eingelassen werden, so werden selbstverständlich mehrere erfindungsgemäße Vorrichtungen vorgesehen, die je nach Bedarf parallel oder in Serie geschaltet sein können.If several gases or vapors are to be admitted in a defined manner in a recipient are, of course, several devices according to the invention are provided, which can be connected in parallel or in series as required.

5 Patentansprüche 1 Figur5 claims 1 figure

Claims

P a t e n t a n s p r-ü c h e 1. Method for reproducible dosing Inlet of gases resp.

Vapors in vacuum systems, in which a certain partial pressure of this Gases and vapors are to be generated and maintained in a way that is possible It is noted that the gases or vapors from a storage container (1) over a controllable metering valve (2) are passed into an intermediate container (3) that the pressure in the intermediate container (3) is measured and controlled by the Dosing valve (2) is kept constant and that the gases and vapors from the 'intermediate container (3) Admitted into the vacuum recipient (7) via a fixed pressure level (6) will.

2. The method according to claim 1, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e-t that the pressure level reduces the pressure by a factor of 100.

3. The method according to claim 1 and / or 2, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t that the gas or vapor partial pressure in the recipient is caused by the pressure is controlled in the intermediate container.

4. Apparatus for performing the method according to claim 1 to 3, that is, that between the storage container (1) and Vacuum recipient (7) an intermediate container (3) is arranged that between the storage container (1) and intermediate container (3) a metering valve (2) is provided, which with the help a control device (4,5) keeps the pressure in the intermediate container (3) constant, and that between the recipient (7) and the intermediate container (3) a fixed pressure level (6) is built in.

5. Apparatus according to claim 4, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t that in the connecting line between the storage container (1) and the metering valve (2) a reservoir (9-) in the form of a container is inserted.

L e r s e i t e