CN108221045A - 一种晶体生长炉温度控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种晶体生长炉温度控制系统。该系统包括：三个加热器、温度检测器和主控制器；主控制器将通过温度检测器采集的晶体生长炉内不同高度处的温度值进行记录，并按照晶体生长炉内的空间划分为上下温度区域；将上温度区域内的平均温度值和设定炉内温度值进行对比，计算出上温度区域内的温度偏差值，通过PID算法，获得输出值，根据输出值控制上部加热器的电源功率输出值；同理，获得中部加热器的电源功率输出值和底部加热器的电源功率输出值。本发明通过对晶体生长炉内的温度分区进行独立的PID控制调节三个加热器，调节方便，调节精确度高，调节速度快，受热均匀，保证了晶体生长的可靠温度环境，且提高了晶体生长周期。

Description

一种晶体生长炉温度控制系统
技术领域
本发明涉及晶体生长技术领域，更具体的涉及一种晶体生长炉温度控制系统。
背景技术
蓝宝石晶体是用于广泛制作运用于光电产业的LED的基本原料，然而蓝宝石炉晶体的拉制需要在一种蓝宝石炉内，将温度升至2050°以上，再通过引晶、放肩、等径、收尾一系列的操作来完成。得到大尺寸、高品质的蓝宝石晶体需要有一个适合于蓝宝石晶体生长的温度环境，这样就对蓝宝石炉的热场结构有着非常高的要求。
随着技术进步，人工生产蓝宝石晶体的方法越来越多，但无论哪一种好方法，只有达到蓝宝石晶体的长晶温度，蓝宝石晶体才能生长，然而现有的蓝宝石晶体生长炉通常通过单个电源柜使用铜排软连接与铜电极对里面的钨加热器进行加热，从而形成高温的环境。由于通常的钨加热器是采用鸟笼的结构形式，使用鸟笼式的加热器，随着热场的老化和变形，其温度分布持续变化，难以调节，很难形成径向温度梯度小、轴向温度梯度均匀的温度场。
发明内容
本发明实施例提供一种晶体生长炉温度控制系统，用以解决现有技术中存在当温度分布持续变化时，调节难度大的问题。
本发明实施例提供一种晶体生长炉温度控制系统，包括：加热器、温度检测器和主控制器；
所述加热器包括：上部加热器、中部加热器和底部加热器；所述上部加热器安装在所述晶体生长炉的炉筒上部电极上，所述中部加热器安装在所述晶体生长炉的炉筒中部电极上，以及所述底部加热器安装在所述晶体生长炉的炉底板电极上；所述上部加热器、所述中部加热器和所述底部加热器均与所述主控制器电连接；
所述晶体生长炉的炉盖上设置有电机，所述电机的输出轴上绕设有引线，所述引线的下端穿入所述晶体生长炉内并连接有重力球，所述重力球上设置有所述温度检测器；所述电机和所述温度检测器均与所述主控制器电连接；
所述主控制器将通过所述温度检测器采集的所述晶体生长炉内不同高度处的温度值进行记录，并按照所述晶体生长炉内的空间划分为上下温度区域；将上温度区域内的平均温度值和设定炉内温度值进行对比，计算出上温度区域内的温度偏差值，通过PID算法，获得输出值，根据输出值控制所述上部加热器的电源功率输出值；将下温度区域内的平均温度值和设定炉内温度值进行对比，计算出下温度区域内的温度偏差值，通过PID算法，获得输出值，根据输出值控制所述底部加热器的电源功率输出值；将上下温度区域内的平均温度值和设定炉内温度值进行对比，计算出所述晶体生长炉内的温度偏差值，通过PID算法，获得输出值，根据输出值控制所述中部加热器的电源功率输出值。
优选地，本发明实施例提供的一种晶体生长炉温度控制系统，还包括：报警器；所述报警器用于当晶体生长炉内的温度超出设定值范围时，发出报警信号。
优选地，所述上部加热器、所述中部加热器和所述底部加热器均为采用镍铬丝或钨丝编织而成的网状加热器。
优选地，所述上部加热器、所述中部加热器和所述底部加热器均设置在所述晶体生长炉的坩埚与保温屏之间。
优选地，所述温度检测器包括：温度传感器和A/D转换器；所述温度传感器通过所述A/D转换器与所述主控制器电连接。
优选地，所述引线上设置有刻度标记。
本发明实施例中，提供一种晶体生长炉温度控制系统，与现有技术相比，其有益效果如下：
本发明通过在晶体生长炉内设置三个上中下加热器，可以对晶体生长炉进行均匀加热；本发明通过将温度检测器设置在上下移动的重力球上，便于实时监测晶体生长炉内不同位置的温度，获取的温度时效性强，准确可靠；本发明通过对晶体生长炉内的温度分上下区进行独立的PID控制调节三个加热器，其调节方便，调节精确度高，调节速度快，保证了晶体生长的可靠温度环境，且提高了晶体生长周期。
本发明根据PID控制算法调节晶体生长温度，使晶体能在特定的温度区间和温度梯度内良好生长，使引晶和长晶过程都得到最优化的温度环境，另外，对于提高晶体生长品质，缩短生产周期，提高成品率，降低能耗都具有显著的效果；同时结构简单，设计合理，易于操作，适应多种晶体生长条件，控温效果理想。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种晶体生长炉温度控制系统原理示意图；
图2为本发明实施例提供的一种晶体生长炉内温度调节流程图一；
图3为本发明实施例提供的一种晶体生长炉内温度调节流程图二；
图4为本发明实施例提供的一种晶体生长炉内温度调节流程图三。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明实施例提供的一种晶体生长炉温度控制系统原理示意图。如图1所示，该系统包括：加热器1、温度检测器2和主控制器3。
具体地，加热器1包括：上部加热器11、中部加热器12和底部加热器13；上部加热器11安装在晶体生长炉的炉筒上部电极上，中部加热器12安装在晶体生长炉的炉筒中部电极上，以及底部加热器13安装在晶体生长炉的炉底板电极上；上部加热器11、中部加热器12和底部加热器13均与主控制器3电连接。
优选地，本发明的温度控制系统还包括：报警器4；报警器4用于当晶体生长炉内的温度超出设定值范围时，发出报警信号。
需要说明的是，本发明中的上部加热器11、中部加热器12和底部加热器13均为采用镍铬丝或钨丝编织而成的网状加热器；且上部加热器11、中部加热器12和底部加热器13均设置在晶体生长炉的坩埚与保温屏之间。
进一步地，本发明通过在晶体生长炉内设置三个上中下加热器，可以对晶体生长炉进行均匀加热。
具体地，晶体生长炉的炉盖上设置有电机5，电机5的输出轴上绕设有引线，引线的下端穿入晶体生长炉内并连接有重力球，重力球上设置有温度检测器2；电机5和温度检测器2均与主控制器3电连接。
优选地，温度检测器2包括：温度传感器21和A/D转换器22；温度传感器21通过A/D转换器22与主控制器3电连接。
较佳地，引线上设置有刻度标记，便于直观观察温度检测器2在晶体生长炉内的位置。
需要说明的是，电机5的数量可以为多个，根据实际需要而确定。
进一步地，本发明通过将温度检测器2设置在上下移动的重力球上，便于实时监测晶体生长炉内不同位置的温度，获取的温度时效性强，准确可靠。
参加图2、图3和图4，具体地，本发明中的主控制器3将通过温度检测器2采集的晶体生长炉内不同高度处的温度值进行记录，并按照晶体生长炉内的空间划分为上下温度区域；将上温度区域内的平均温度值和设定炉内温度值进行对比，计算出上温度区域内的温度偏差值，通过PID算法，获得输出值，根据输出值控制上部加热器11的电源功率输出值；将下温度区域内的平均温度值和设定炉内温度值进行对比，计算出下温度区域内的温度偏差值，通过PID算法，获得输出值，根据输出值控制底部加热器13的电源功率输出值；将上下温度区域内的平均温度值和设定炉内温度值进行对比，计算出晶体生长炉内的温度偏差值，通过PID算法，获得输出值，根据输出值控制中部加热器12的电源功率输出值。
需要说明的是，本发明通过对晶体生长炉内的温度分上下区进行独立的PID控制调节三个加热器，其调节方便，调节精确度高，调节速度快，受热均匀，保证了晶体生长的可靠温度环境，且提高了晶体生长周期。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种晶体生长炉温度控制系统，其特征在于，包括：加热器(1)、温度检测器(2)和主控制器(3)；
所述加热器(1)包括：上部加热器(11)、中部加热器(12)和底部加热器(13)；所述上部加热器(11)安装在所述晶体生长炉的炉筒上部电极上，所述中部加热器(12)安装在所述晶体生长炉的炉筒中部电极上，以及所述底部加热器(13)安装在所述晶体生长炉的炉底板电极上；所述上部加热器(11)、所述中部加热器(12)和所述底部加热器(13)均与所述主控制器(3)电连接；
所述晶体生长炉的炉盖上设置有电机(5)，所述电机(5)的输出轴上绕设有引线，所述引线的下端穿入所述晶体生长炉内并连接有重力球，所述重力球上设置有所述温度检测器(2)；所述电机(5)和所述温度检测器(2)均与所述主控制器(3)电连接；
所述主控制器(3)将通过所述温度检测器(2)采集的所述晶体生长炉内不同高度处的温度值进行记录，并按照所述晶体生长炉内的空间划分为上下温度区域；将上温度区域内的平均温度值和设定炉内温度值进行对比，计算出上温度区域内的温度偏差值，通过PID算法，获得输出值，根据输出值控制所述上部加热器(11)的电源功率输出值；将下温度区域内的平均温度值和设定炉内温度值进行对比，计算出下温度区域内的温度偏差值，通过PID算法，获得输出值，根据输出值控制所述底部加热器(13)的电源功率输出值；将上下温度区域内的平均温度值和设定炉内温度值进行对比，计算出所述晶体生长炉内的温度偏差值，通过PID算法，获得输出值，根据输出值控制所述中部加热器(12)的电源功率输出值。
2.如权利要求1所述的晶体生长炉温度控制系统，其特征在于，还包括：报警器(4)；所述报警器(4)用于当晶体生长炉内的温度超出设定值范围时，发出报警信号。
3.如权利要求1所述的晶体生长炉温度控制系统，其特征在于，所述上部加热器(11)、所述中部加热器(12)和所述底部加热器(13)均为采用镍铬丝或钨丝编织而成的网状加热器。
4.如权利要求1所述的晶体生长炉温度控制系统，其特征在于，所述上部加热器(11)、所述中部加热器(12)和所述底部加热器(13)均设置在所述晶体生长炉的坩埚与保温屏之间。
5.如权利要求1所述的晶体生长炉温度控制系统，其特征在于，所述温度检测器(2)包括：温度传感器(21)和A/D转换器(22)；所述温度传感器(21)通过所述A/D转换器(22)与所述主控制器(3)电连接。
6.如权利要求1所述的晶体生长炉温度控制系统，其特征在于，所述引线上设置有刻度标记。
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