CN104357900A - 应用于单晶炉的晶体称重装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种单晶炉的晶体称重装置，包括串联重量传感器组，串联重量传感器组包括第一重量传感器和第二重量传感器，第一重量传感器与第二重量传感器串联连接，第一重量传感器量程大于第二重量传感器，第二重量传感器的精度高于第一重量传感器。本发明的重量传感器设置在真空腔外，线缆不需要真空电极转接，增强了抗电磁干扰能力。

Description

应用于单晶炉的晶体称重装置

技术领域

本发明涉及一种应用于单晶炉的晶体称重装置，尤其是一种适用于泡生法的大重量蓝宝石单晶炉的称重机构，属于晶体生长设备的技术领域。

背景技术

随着全球新能源市场的迅速发展，LED产业逐渐成为能源工业新的增长点，已经具备了赶超其他节能产业的能力，在世界范围内呈现迅猛发展之势。

蓝宝石单晶炉是LED产业链中重要的晶体生长设备。目前，世界上用于蓝宝石单晶体生长的主流方法有以下几种：导模法、热交换法和泡生法。泡生法在扩肩生长后的晶锭直径较大，有利于生长出大尺寸、低缺陷密度、高品质的蓝宝石单晶体，因此具有更大的优势。

泡生法蓝宝石单晶炉内的称重机构是晶体生长过程中的重量信号收集与反馈系统，也是整个晶体生长过程中最重要的参考数据与评判依据。传统蓝宝石单晶炉所使用的称重机构，多采用大小量程传感器同级并联，传感器设置在真空腔内。传统机构在晶体重量小于150公斤时基本满足使用要求。但仍存在信号易受电磁干扰，结构复杂，调试难度大，称重重复性和可靠性欠缺问题。这些问题在晶体重量增大后将更加明显。

当前国内120公斤蓝宝石单晶的生产工艺已基本成熟。单晶晶体重量越大，经济效益越好。蓝宝石单晶的生产设备和工艺一直在向大重量晶体发展，更大晶体对称重机构会有更高要求。

目前，在蓝宝石单晶炉称重机构中，称重传感器设置在真空腔外、小量程称重传感器和大量程称重传感器串联的设计未见诸报道。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种量程较大，并且在小量程时称重精度较高且结构简单可靠的应用于单晶炉的晶体称重装置。

技术方案：本发明应用于单晶炉的晶体称重装置，包括串联重量传感器组，串联重量传感器组包括第一重量传感器和第二重量传感器，第一重量传感器与第二重量传感器串联连接，第一重量传感器量程大于第二重量传感器，第二重量传感器的精度高于第一重量传感器。因为单晶炉的晶体称重装置对传感器的量程和精度要求均较高，很难找到量程大，且精度高的传感器。在此，本发明通过将大量程低精度重量传感器与小量程高精度传感器的串联实现晶体的高精度重量测量，又能满足大重量晶体测量的需求，增强了晶体称重装置的测量性能，并且结构简单可靠避免了复杂的传感器连接机构。

进一步地，串联重量传感器组还包括传感器限位保护装置，第二重量传感器设置有传感器限位保护装置。该传感器限位装置防止高精度的第二重量传感器过度形变超过量程而导致第二重量传感器发生损坏。

进一步地，所述第二重量感器安装板一端固定在第一重量传感器的一侧上，另一端压靠在右侧第一重量传感器的另一侧上，所述第二重量传感器底部安装在第二重量传感器安装板的上面，这样第二重量传感器与第一重量传感器串联连接。

进一步地，包括两组串联重量传感器组。

进一步地，还包括称重平台、磁流体密封装置安装座、磁流体密封装置、电机安装座、减速电机和籽晶杆，两组串联重量传感器组对称设置于称重平台上，每组串联重量传感器组均向上延伸并支承磁流体密封装置安装座相对两侧中的一侧，磁流体密封装置设置于磁流体密封装置安装座上，磁流体密封装置上方还设置有电机安装座，减速电机设置于电机安装座上，减速电机转轴与磁流体密封装置的转轴相连接，磁流体密封装置的转轴再连接至籽晶杆。

进一步地，还包括称重波纹管和提升波纹管，称重波纹管与提升波纹管均设置于两组串联重量传感器组之间，其中称重波纹管密封连接磁流体密封装置和称重平台，其中提升波纹管密封连接称重平台和单晶炉的炉体。

进一步地，还包括称重平台支撑座、提升丝杆、提升导轨、提升滑座和若干调节螺丝，称重平台支撑座支撑称重平台，在称重平台支撑座与称重平台间还设置有若干调节螺丝，称重平台支撑座上设置有提升滑座，提升丝杆穿过提升滑座，提升滑座上设置有与提升丝杆相配合的螺纹，提升导轨平行于提升丝杆竖直设置，提升滑座与提升导轨之间滑动配合。

进一步地，磁流体密封装置内设置有称重轴承。

本发明与现有技术相比，其有益效果是：1)本发明的重量传感器设置在真空腔外，线缆不需要真空电极转接，增强了抗电磁干扰能力。2)本发明采用串联的重量传感器组对称设置，同一级上的传感器型号相同，即支撑相同，这样就不存在称重过程中支撑点高度不一致的情况。这样避免了传统机构中称重支点与称重负载盘间的球面配合的摩擦，提高了称重的重复性和可靠性。也使结构较传统机构简化。3)本发明的串联称重传感器组分多级，可方便扩展称重范围和提高小重量称重精度。4)旋转电机轴与籽晶杆中间没有传统机构的拨杆，可避免称重数值随电机旋转周期波动的问题。

附图说明

图1为本发明实施例1的应用于单晶炉的晶体称重装置结构示意图；

图2为本发明实施例1的应用于单晶炉的晶体称重装置结构侧视示意图；

图3为本发明实施例1的第二重量感器安装板安装方式示意图。

具体实施方式

下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于实施例。

实施例1：

本实施例的蓝宝石单晶炉的晶体称重装置，其采用小量程高精度的第二重量传感器6和大量程相对低精度的第一重量传感器8串联成两级称重传感器组，该称重传感器组设置在真空腔外。其中：

称重平台9固定在两个竖直的滑轨座14上，用提升丝杠11驱动，可以升降，以控制晶体的升降运动。称重平台9底部与单晶炉炉体用焊接波纹管通过提升波纹管10相连，波纹管起对直线运动密封作用。称重平台9底部设置4对调节螺钉，用于调节平台的水平。每对螺钉的一个用于顶起平台，另一个把平台和支座拉紧。

两个由同型号的重量传感器构成的串联重量传感器组底部与称重平台9固定，两个重量传感器组对称设置。两个重量传感器组顶部与磁流体密封装置安装座固定。共同承载磁流体密封装置和相关件，并对晶体称重。

在串联传感器组中与称重平台固定的一层传感器为第一重量传感器8，在其上方的小量程高精度传感器为第二重量传感器6。这时磁流体密封装置安装座4固定在第二传感器的顶部。第二传感器旁用第二传感器最大称量重量时第二传感器长度相同的支撑柱作为防止第二传感器形变过度的第二重量传感器限位保护装置5。

磁流体密封装置3下部与称重平台9用称重波纹管16相连。称重波纹管16起密封作用，同时适应称串联重传感器组的变形。

磁流体密封装置1上部安装减速电机1。减速电机轴用联轴器与磁流体密封装置3的轴相连，驱动晶体旋转运动。磁流体密封装置3的轴下端用联轴器与籽晶杆相连，籽晶杆下部固定着晶体。

磁流体密封装置中设置有能承受晶体重量周向力的轴承。

本实施例的称重平台支撑座上均配有高度调节螺丝，通过调节螺丝，改变各称重支点高度，使称重平台处于水平位置。

在本实施例中，第二重量传感器的量程为100N，第一重量传感器的量程为1000N。设置和晶体固定连接的附件总重100N，则在晶体小于100N时，称重精度可达±5g(传感器综合精度0.05％F.S)。最大可称重210kg晶体。

称重平台9用螺丝安装在称重平台支撑座上13上。称重平台支撑座上13上的螺丝可调节称重平台9的水平。提升丝杠11可驱动称重平台9沿提升导轨12上下移动。称重平台9上下移动过程中，提升波纹管10连接称重平台和炉体，保证对真空的密封。第一级的两个量程为1000N的第一重量传感器8对称安装在称重平台9上。第一重量传感器8上面安装有第二重量传感器安装板7。第二重量传感器安装板7上安装第二重量传感器6。第二重量传感器6的旁边有第二重量传感器限位保护装置。第二重量传感器6限位保护装置5是一支撑柱，其高度等于第二重量传感器6安全变形的最小高度。此处第二重量传感器6的量程为100N，也是两个对称安装。第二重量传感器6上部安装磁流体密封装置安装座4。磁流体密封装置安装座4上安装起旋转密封作用的磁流体密封装置3。磁流体密封装置3的旋转轴要求能承受3000N的轴向力。磁流体密封装置3的外壳上部安装有电机安装座2。电机安装座2上部安装减速电机1。减速电机1的轴用联轴器15与磁流体密封装置3的转轴相连。称重波纹管16上部与磁流体密封装置3相连，下部与称重平台9相连，起到密封和适应重量传感器变形的作用。

如图3所示，第二重量感器安装板7一端固定在第一重量传感器8的一侧上，另一端压靠在右侧第一重量传感器8的另一侧上，第二重量传感器6底部安装在第二重量传感器安装板7的上面，这样第二重量传感器与第一重量传感器8串联连接。第二重量传感器安装板7一端固定，另一端可在水平方向自由活动。这样以卸除安装应力，减少对称重影响。

本装置的安装要点有：1、传感器必须保证竖直安装，以测量真实重量；2、为消除第一重量传感器8的预应力，可将第二重量传感器安装板4一端固定，让另一端在水平方向自由活动。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (8)

1.一种应用于单晶炉的晶体称重装置，其特征在于，包括串联重量传感器组，所述的串联重量传感器组包括第一重量传感器(8)和第二重量传感器(6)，第一重量传感器(8)与第二重量传感器(6)串联连接，所述第一重量传感器量程(8)大于第二重量传感器(6)，所述第二重量传感器(6)的精度高于第一重量传感器(8)。

2.根据权利要求1所述的应用于单晶炉的晶体称重装置，其特征在于，所述串联重量传感器组还包括传感器限位保护装置(5)，第二重量传感器设置有所述传感器限位保护装置(5)。

3.根据权利要求1所述的应用于单晶炉的晶体称重装置，其特征在于，所述第二重量感器安装板(7)一端固定在第一重量传感器(8)的一侧上，另一端压靠在右侧第一重量传感器(8)的另一侧上，所述第二重量传感器(6)底部安装在第二重量传感器安装板(7)的上面，这样第二重量传感器与第一重量传感器(8)串联连接。

4.根据权利要求1～3任一所述的应用于单晶炉的晶体称重装置，其特征在于，包括两组所述串联重量传感器组。

5.根据权利要求4所述的应用于单晶炉的晶体称重装置，其特征在于，还包括称重平台(9)、磁流体密封装置安装座(4)、磁流体密封装置(3)、电机安装座(2)、减速电机(1)、旋转电机联轴器(15)和籽晶杆，所述两组串联重量传感器组对称设置于称重平台(9)上，每组串联重量传感器组均向上延伸并支承所述磁流体密封装置安装座(4)相对两侧中的一侧，所述磁流体密封装置(3)设置于磁流体密封装置安装座(4)上，所述磁流体密封装置(3)上方还设置有电机安装座(2)，所述减速电机(1)设置于电机安装座(2)上，所述减速电机(1)转轴与磁流体密封装置(3)的转轴相连接，所述磁流体密封装置(3)的转轴再连接至籽晶杆。

6.根据权利要求5所述的应用于单晶炉的晶体称重装置，其特征在于，还包括称重波纹管(16)和提升波纹管(10)，所述称重波纹管(16)与提升波纹管均设置于两组串联重量传感器组之间，其中所述的称重波纹管(16)密封连接磁流体密封装置(3)和称重平台(9)，其中所述的提升波纹管(10)密封连接称重平台(9)和所述单晶炉的炉体。

7.根据权利要求6所述的应用于单晶炉的称重装置，其特征在于，还包括称重平台支撑座(13)、提升丝杆(11)、提升导轨(12)、提升滑座(14)和若干调节螺丝，所述的称重平台支撑座(13)支撑所述称重平台(9)，在称重平台支撑座(13)与称重平台(9)间还设置有若干调节螺丝，所述的称重平台支撑座(13)上设置有提升滑座(14)，所述提升丝杆(11)穿过所述提升滑座(14)，所述提升滑座(14)上设置有与提升丝杆(11)相配合的螺纹，所述提升导轨(12)平行于提升丝杆(11)竖直设置，所述提升滑座(14)与提升导轨(12)之间滑动配合。

8.根据权利要求5所述的应用于单晶炉的称重装置，其特征在于，所述磁流体密封装置(3)内设置有称重轴承。