CN104075827A - 一种还原炉温度的精确测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种还原炉温度精确测量的方法，步骤为：在还原炉进气管设置温度变送器、出气管上设置温度变送器和流量变送器；在还原炉冷却水进口处设置温度变送器、出口处设置温度变送器和流量变送器；在还原炉视镜处设置远红外测温仪；在还原炉加热电源处设置各相电压和电流测量装置；通过对施加在硅棒上的电压、电流进行计算，得出此时的硅棒电导率，根据电导率与温度一一对应的矩阵，自动查询、模糊取值，预测量出此时的硅棒温度；根据进出物料和进出冷却水所带走的热损失与还原炉电源所做的功进行比对、计算，求出温度修正系数k；最后，上位机根据红外测温仪所测温度值、预测量的温度值、温度修正系数k，经计算就可得出此时的还原炉温度。本测量方法结合虚拟仪器测量技术，具有自动、主动、预估的特点。
Description
技术领域
本发明涉及多晶硅行业的生产自动化技术，特别指一种多晶硅还原炉生产在线温度的精确检测方法。
背景技术
采用改良西门子工艺的多晶硅生产中，要求经过气化和混合的三氯氢硅混合气1080℃时在多晶硅还原炉内发生沉积反应，生成最终产品——多晶硅。如果温度高于1080℃则会生成爆米花、硅棒熔，超过1180℃反应速度会下降，温度低于1080℃则会生成颗粒硅，反应速度会下降。因此还原炉温度是多晶硅生产中的一个重要的控制指标、质量指标和产量影响因素，同时也是行业内的一个测量的难点。传统的温度测量实现方法是选用精度较高的红外测温仪，用探头瞄准具有典型还原炉热场意义的硅棒，此时测量出的硅棒温度就是还原炉的温度。从生产运行的实际来看，此种方法简单实用，但是不准确，温度仪所显示的温度较实际温度偏低50℃至100℃，给还原炉产量和质量的控制带来了较大的困难，同时也不利于还原炉的能耗控制。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种还原炉温度的精确测量方法，这种测量方法是对传统的由远红外测温仪测温系统性自动预估测量的改进，本测量方法基于计算机控制系统的虚拟测量原理，根据进出还原炉的物料温差、冷却水温差以及还原炉硅棒电阻率、温度仪显示值等参数综合分析，采用先进的PLC、DCS或单片机等作为上位机来进行虚拟测量，可实现连续、实时、可靠地测量。
本发明要解决的技术问题由如下方案来实现：一、以12对棒还原炉为例，有以下工艺流程，影响到硅棒温度的主要因素有，三氯氢硅量和进出温差、冷却水量和进出温差、加热电源的输出功率及其它。通过对整个还原炉热场的模拟分析，按照物料守恒和能量守恒原理，可以得出此时硅棒的温度为：
ty01=f[f1(t03，t05，F02)，f2(t02，t04，F01)，f3(v，i，δ)，t01]
这里：
ty01：上位机计算得出的实际温度值；
f1 函数表示进入还原炉的混合气的热损失；
f2 函数表示进入还原炉炉筒的冷却水热增加；
f3 函数表示根据当前电压、电流值计算出的硅棒电导率及对应温度值(其中v为当前电压、i为当前电导率、δ为对应的电导率)；
t01 根据温度仪测量的实时温度值；
t02 冷却水出口温度
t04 冷却水进口温度
F01 冷却水流量
t03 三氯氢硅混合气进口温度
t05 三氯氢硅混合气出口温度
F02 三氯氢硅混合气流量
实现步骤：
(1)在还原炉进气管设置温度变送器、出气管上设置温度变送器和流量变送器；
(2)在还原炉冷却水进口处设置温度变送器、出口处设置温度变送器和流量变送器；
(3)在还原炉视镜处设置远红外测温仪；
(4)在还原炉加热电源处设置各相电压和电流测量装置；
(5)通过对施加在硅棒上的电压、电流进行计算，得出此时的硅棒电导率，根据电导率与温度一一对应的矩阵，自动查询、模糊取值，预测量出此时的硅棒温度；
(6)根据进出物料和进出冷却水所带走的热损失与还原炉电源所做的功进行比对、计算，求出温度修正系数k；
(7)最后，上位机根据红外测温仪所测温度值、预测量的温度值、温度修正系数k，通过计算就可得出此时的还原炉温度。从而为还原炉的操作和控制提供稳定、准确和可靠的温度值数据，也为还原炉全自动运行提供了检测基础。
本发明的工作原理和优点：
(1)直接测量与间接测量相结合，红外测温仪直接测量多晶硅硅棒温度，然后与通过计算得出的被测值相比较和运算获得；
(2)静态测量与动态测量相结合，红外测温仪安装在相对固定的位置进行测量，而随着硅棒生长、直径在逐渐变大，通过不断变化的加热电源电压和电流可计算得出硅棒的温度；
(3)本测量方法具有自动、主动、预估的特点，结合了当前虚拟仪器测量的技术。
附图说明
图1是本发明的工作原理示意图。
具体实施方式
如图1所示，
1、在还原炉进气管1设置温度变送器、出气管2上设置温度变送器和流量变送器；
2、在还原炉冷却水进口3处设置温度变送器、出口处4设置温 送器和流量变送器；
3、在还原炉视镜处设置远红外测温仪；
4、在还原炉加热电源处设置各相电压和电流测量装置；
5、通过对施加在硅棒上的电压、电流进行计算，得出此时的硅棒电导率，根据电导率与温度一一对应的矩阵，自动查询、模糊取值，预测量出此时的硅棒温度；
6、根据进出物料和进出冷却水所带走的热损失与还原炉电源所做的功进行比对、计算，求出温度修正系数k；
7、最后，上位机根据红外测温仪所测温度值、预测量的温度值、温度修正系数k，通过计算就可得出此时的还原炉温度。
实施例：
硅棒直径目测为50mm，
当前加热电源电压为V=524v，电流为I=754A。
红外测温仪显示为t01=1006.317℃
冷却水流量F01=54000kg／h
冷却水进口温度t02=132℃ 出口温度t04=149℃
混合气流量F02=1108kg／h
混合气进口温度t03=131℃ 出口温度t05=550℃
根据上述数据可获知：
从加热电源的电压电流可得电导率0.0071Ω·cm，查询硅棒电导率与温度的模糊矩阵，可知函数f3的返回值为1290℃，
再综合冷却水、混合气热损失，可知
目前硅棒实际温度为ty01=1230℃。
Claims (1)
1.一种还原炉温度的精确测量方法，其特征是：
(1)在还原炉进气管设置温度变送器、出气管上设置温度变送器和流量变送器；
(2)在还原炉冷却水进口处设置温度变送器、出口处设置温度变送器和流量变送器；
(3)在还原炉视镜处设置远红外测温仪；
(4)在还原炉加热电源处设置各相电压和电流测量装置；
(5)通过对施加在硅棒上的电压、电流进行计算，得出此时的硅棒电导率，根据电导率与温度一一对应的矩阵，自动查询、模糊取值，预测量出此时的硅棒温度；
(6)根据进出物料和进出冷却水所带走的热损失与还原炉电源所做的功进行比对、计算，求出温度修正系数k；
(7)最后，上位机根据红外测温仪所测温度值、预测量的温度值、温度修正系数k，通过计算就可得出此时的还原炉温度。
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