利用溫度變化監測液氮流速的方法
2023-10-04 00:55:29 3
專利名稱：利用溫度變化監測液氮流速的方法
技術領域：
本發明的方法適用於利用液氮製冷並要求對液氮的流速進行監控的場合下，特別是在分子束外延(MBE，Molecular Beam Epitaxy)設備中。
背景技術：
在利用液氮製冷的過程中，例如分子束外延(MBE)的應用中，要求對液氮的流速進行調節。因為流量過小可能會使腔壁冷卻不均勻，使真空腔室中的雜質分子逃出屏壁，使真空室中的真空度下降，影響到材料的生長質量；如果流速過大就會造成液氮的浪費，因此如何對液氮的流速進行控制是一個非常重要的問題。
為了解決這個問題，目前最為常用的方法是將液氮的輸出端接上透明的塑料管道，用來觀察從系統冷屏排出來的是氣體還是液體，如果是純粹的氣體，則說明液氮的流速過小，如果流出的液氮量過大，則說明液氮的流速過大。採用這種方法要求用戶時時察看液氮的流速狀況，成為MBE正常運行中最為耗人力的部分，更大的缺點是它將液氮氣化出來的氮氣直接排在室內，這對工作在這種環境下的工作人員來說非常有害。長期在這種缺氧的環境中工作，會導致胸悶，頭痛，氮氣的濃度過高的情況下，還可能窒息甚至有生命危險。
目前還有一種比較常用的方法是將氮氣的出口排到室外，這樣解決了工作環境缺氧的問題，但這種方法在判斷液氮流速的時候不很準確，而且這種辦法還是不能把人從這項無聊的監測工作中解放出來。
發明內容
本發明的目的在於提供一種利用溫度變化監測液氮流速的方法，其是利用溫度隨液氮流速變化特點，利用設備出氣口的溫度變化間接判斷液氮流速的方法，讓系統把設備氣化出來的氮氣排到室外，保證了健康的工作環境；本發明還採用計算機監測溫度，代替人來監測液氮的流速狀態；另外，本發明還有遠程監測客戶端，使用戶可以藉助網絡的力量從遠程計算機上觀察到設備中的液氮的速狀態。總之，它們之間相互結合，形成了一個有機的系統，我們稱之為LNFA(Liquid Nitrogen FlowrateAlarm，液氮流速報警)系統。
本發明一種利用溫度變化監測液氮流速的方法，其特徵在於，包括如下步驟a)在液氮設備的輸出處放置一個溫度傳感器，溫度傳感器的輸出端與儀表相連，而儀表與計算機的RS232接口相連；b)利用計算機時刻監測溫度傳感器處的溫度的變化狀況；c)在緊靠液氮設備的輸出口處增加一個彎道，溫度傳感器就放在這個彎道的底部；d)在液氮設備的輸出口放置一個溫度傳感器，利用計算機監測這裡的溫度從而間接確定液氮的流速，來斷定液氮是否需要調整；當溫度超過用戶設定值時，向用戶報警。
其中溫度傳感器採用可以在液氮溫區正常工作的鉑金電阻式傳感器。
其中為了提高溫度傳感器對液氮流速的靈敏度，要將溫度傳感器的位置放在距離設備出口1米的範圍內。
其中在緊靠設備出口處增加一個彎道，這個彎道既可以在效地阻止液氮的流出，又可以提高溫度判斷的準確性。
為進一步說明本發明的技術內容，以下結合實施例及附圖，詳細說明如後，其中圖1是本發明利用溫度變化監測液氮流速的方法的設備連接圖；圖2是液氮報警系統流程圖；圖3是系統運行的測試結果圖。
具體實施例方式
請參閱圖1所示，本發明利用溫度變化監測液氮流速的方法的設備連接方式如圖1所示為了防止液氮的氣化氣和液氮排在室內，在液氮消耗設備3的輸出端5接一液氮輸出管道，將這個管道的出口通到室外4，這樣就可以把液化的氮氣排出室外，防止室內空氣中的氮氣含量過高。
雖然直接把氮氣輸出口接到室外，從根本上解決了液氮氣化氣排在室內的老問題，但如何監測液氮的流速卻成了一個問題。因為用戶在一般情況下是看不到室外排氣口4到底是氣體狀態還是氣液混合的狀態，而氮氣的室外出口則太遠，因而判斷不準確。如何判斷液氮消耗設備3中的液氮流速成了一個大的問題。我們的方法是在液氮消耗設備的出口處5增加一個溫度傳感器6，由於液氮輸出口處5的溫度會隨著液氮流速的變化而變化。如果液氮的流速低，則液氮消耗設備的輸出口處5的溫度越高，因為設備3中的液氮已經充分氣化，氣體的溫度有所升高，而相反如果液氮的流速高，則消耗設備出口處5的溫度越低，而如果設備輸出口處5有液態的氮流出，則溫度將會更低。
本發明中，在設備的出口處5增加一個彎道9，並把溫度傳感器6放在這個彎道9的底部，從設備出口處5流出的液氮總是先在這裡停留，這樣既可以有效地阻止液氮的流出，又可以提高溫度傳感器6對液氮流速的敏感度。
在本發明中，使用計算機8來不斷監測溫度傳感器6所測量得到的溫度，並作出響應。具體實現方式如下溫度傳感器6所得到的信號是模擬信號，這個信號並不能直接被計算機8識別，儀表7則起到了溫度傳感器6和計算機8之間的橋梁作用，建立起了計算機8與溫度傳感器6之間的對話通道，儀表7不斷將溫度傳感器6所得到的模擬信號轉變成計算機可以處理的數位訊號，當計算機需要查詢的時候，儀表7把這些數據傳輸給計算機。
本發明的利用溫度變化監測液氮流速的方法(參考圖2)，開始運行後，用戶可以設置溫度的上限和下限，上限是指設備正常運行時出口處的溫度的不能高於的溫度，當設備出口處5的溫度高於這個溫度的時候，說明液氮的流速過低，需要將液氮的流速提高；下限是指設備正常運行時出口處的溫度不能低於這個溫度，當溫度低於這個溫度時，說明液氮的流速過高，需要將液氮的流速調低。軟體運行後不斷掃描溫度傳感器6的溫度值，當採集到的溫度超出所設定的溫度範圍時，軟體啟動報警程序，警告用戶目前的液氮流速需要調整。只有當溫度處於上限和下限之間時，說明設備正常運行，軟體系統才不會報警。
本發明一種利用溫度變化監測液氮流速的方法，包括如下步驟a)在液氮設備的輸出處放置一個溫度傳感器，溫度傳感器的輸出端與儀表相連，而儀表與計算機的RS232接口相連；b)利用計算機時刻監測溫度傳感器處的溫度的變化狀況；c)在緊靠液氮設備的輸出口處增加一個彎道，溫度傳感器就放在這個彎道的底部；d)在液氮設備的輸出口放置一個溫度傳感器，利用計算機監測這裡的溫度從而間接確定液氮的流速，來斷定液氮是否需要調整；當溫度超過用戶設定值時，向用戶報警。
其中溫度傳感器採用可以在液氮溫區正常工作的鉑金電阻式傳感器。
其中為了提高溫度傳感器對液氮流速的靈敏度，要將溫度傳感器的位置放在距離設備出口1米的範圍內。
其中在緊靠設備出口處增加一個彎道，這個彎道既可以在效地阻止液氮的流出，又可以提高溫度判斷的準確性。
為了更進一步地方便用戶的使用，本系統還可以讓用戶在另外的遠程計算機10上也可以看到目前主機8上的液氮流速狀況，如果主機8已經啟動了報警程序，則客戶機10也相應地向用戶報警，提醒用戶。
另外，將溫度隨時間的變化曲線顯示在電腦屏幕上，而且還可以把所得到的溫度值和時間等信息保存在計算機中，如果有需要，用戶可以對這些數據進行分析。
採用本方法所得到的測試結果如圖3所示，當系統運行於正常狀態下時，也就是說這時的冷屏已經冷卻下來，不會再像初始通液氮的時候有大量的氣噴出來，輸入的液氮的流速相對穩定。
從測試結果可以看出，計算機採集到的溫度值隨入口液氮的流速變化反應靈敏，稍微調節一下入口的閥門都可以在計算機屏幕上體現出來。
權利要求
1.一種利用溫度變化監測液氮流速的方法，其特徵在於，包括如下步驟a)在液氮設備的輸出處放置一個溫度傳感器，溫度傳感器的輸出端與儀表相連，而儀表與計算機的RS232接口相連；b)利用計算機時刻監測溫度傳感器處的溫度的變化狀況；c)在緊靠液氮設備的輸出口處增加一個彎道，溫度傳感器放在這個彎道的底部；d)在液氮設備的輸出口放置一個溫度傳感器，利用計算機監測這裡的溫度從而間接確定液氮的流速，來斷定液氮是否需要調整；當溫度超過用戶設定值時，向用戶報警。
2.根據權利要求1所述的利用溫度變化監測液氮流速的方法，其特徵在於，其中溫度傳感器採用可以在液氮溫區正常工作的鉑金電阻式傳感器。
3.根據權利要求1所述的利用溫度變化監測液氮流速的方法，其特徵在於，其中為了提高溫度傳感器對液氮流速的靈敏度，要將溫度傳感器的位置放在距離設備出口1米的範圍內。
4.根據權利要求1所述的利用溫度變化監測液氮流速的方法，其特徵在於，其中在緊靠設備出口處增加一個彎道，這個彎道既可以在效地阻止液氮的流出，又可以提高溫度判斷的準確性。
全文摘要
一種利用溫度變化監測液氮流速的方法，包括如下步驟a)在液氮設備的輸出處放置一個溫度傳感器，溫度傳感器的輸出端與儀表相連，而儀表與計算機的RS232接口相連；b)利用計算機時刻監測溫度傳感器處的溫度的變化狀況；c)在緊靠液氮設備的輸出口處增加一個彎道，溫度傳感器放在這個彎道的底部；d)在液氮設備的輸出口放置一個溫度傳感器，利用計算機監測這裡的溫度從而間接確定液氮的流速，來斷定液氮是否需要調整；當溫度超過用戶設定值時，向用戶報警。
文檔編號G01F1/684GK1667369SQ20041003966
公開日2005年9月14日 申請日期2004年3月12日 優先權日2004年3月12日
發明者孫永偉 申請人:中國科學院半導體研究所