CN204185591U - 一种泡生法蓝宝石长晶设备的冷却水温度自动控制装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种泡生法蓝宝石长晶设备的冷却水温度自动控制装置，包括设置在长晶设备的冷却进水管上的进水温度传感器和冷却出水管上的出水温度传感器，以及冷却出水管上的电子流量阀，进行集中控制的PLC控制器，所述的进水温度传感器、出水温度传感器、电子流量阀与所述的PLC控制器通过信号线连接和通信，所述的进水温度传感器和出水温度传感器的精度大于0.1度，具有数字接口可与所述的PLC控制器进行数字通信。所述的电子流量阀的最小调节范围为1升/分钟，具有数字接口可与所述的PLC控制器进行数字通信。利用本实用新型能使泡生法蓝宝石长晶设备冷却水系统出水温度变化控制在0.1度以内，减少了水温波动对晶体生长过程的影响，提高了晶体生长的质量。
Description
技术领域
本专利涉及泡生法蓝宝石晶体制造领域，尤其涉及一种泡生法蓝宝石长晶设备的冷却水温度自动控制装置，同时可适用于其他相似领域。
背景技术
蓝宝石又称白宝石，是世界上硬度仅次于金刚石的晶体材料，由于具有优良的物理、机械、化学及红外透光性能，一直是微电子、航空航天、军工等领域急需的材料，尤其是光学级大尺寸蓝宝石材料，由于其具有性能稳定、市场需求量大、综合利用率及产品附加值高等特点，成为近年国内外研究开发和产业化热点。
蓝宝石晶体制造的一般过程是将一根受冷的籽晶与熔体接触，如果界面的温度低于凝固点，则籽晶开始生长，为了使晶体不断长大，就需要逐渐降低熔体的温度，同时旋转晶体，以改善熔体的温度分布。也可以缓慢的（或分阶段的）上提晶体，以扩大散热面。晶体在生长过程中或生长结束时不与坩埚壁接触，这就大大减少了晶体的应力。不过，当晶体与剩余的熔体脱离时，通常会产生较大的热冲击。目前常用的高温溶液顶部籽晶法是该泡生法的改良和发展。
由于温度梯度很小，泡生法蓝宝石晶体生长过程是一个及其缓慢的降温过程，每小时的功率降幅低于50W，而加热功率则高达50KW。生长过程中微小的波动就对晶体生长过程产生影响。长晶设备中影响功率的因素除了热场外，还有水冷系统，多余的热量需要通过水冷带走，由于水冷系统的水量很大，一般可达到6000升/小时，由于进水温度一般是恒定的，那么出水温度的微小偏差就意味着水冷系统携带的热量的明显增大，一般1度的偏差就能有1KW的影响，这对晶体生长过程将有显著的影响，为此采用一种可自动控制出水温度的进而控制进出水温度差的装置对于生长高质量的晶体非常重要，自动控制过程对于提高工作效率也非常有利。
发明内容
（一）要解决的技术问题
本实用新型的主要目的在于提供一种泡生法蓝宝石长晶设备的冷却水温度自动控制装置，抑制水温波动，提高了晶体生长的质量。
（二）技术方案
为达到上述目的，本实用新型提供了一种泡生法蓝宝石长晶设备的冷却水温度自动控制装置，包括设置在所述长晶设备的冷却进水管上的进水温度传感器，设置在所述的长晶设备的冷却出水管上的出水温度传感器、设置在所述的长晶设备的冷却出水管上的电子流量阀，进行集中控制的PLC控制器，所述的进水温度传感器、出水温度传感器、电子流量阀与所述的PLC控制器通过信号线连接和通信。
所述的进水温度传感器和出水温度传感器的精度大于0.1度，具有数字接口可与所述的PLC控制器进行数字通信。
所述的电子流量阀的最小调节范围为1升/分钟，具有数字接口可与所述的PLC控制器进行数字通信。
（三）有益效果
从上述技术方案可以看出，本实用新型具有以下有益效果：利用该冷却水温度自动控制装置，可以使泡生法蓝宝石长晶设备的冷却水系统出水温度变化控制在0.1度以内，减少了水温波动对晶体生长过程的影响，提高了晶体生长的质量。
附图说明
图1为长晶设备的原理框图；
图2为冷却水温自动控制算法的流程图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本实用新型作进一步展开说明，但需要指出的是，本实用新型所要求保护的结构并不限于实施例及说明书附图中的具体结构。对于本领域普通技术人员可以推知的其他结构形式，亦属于本发明所要求保护的范围之内。
一种泡生法蓝宝石长晶设备1的冷却水温度自动控制装置，包括设置在所述长晶设备1的冷却进水管2上的进水温度传感器4，设置在所述的长晶设备1的冷却出水管3上的出水温度传感器5、设置在所述的长晶设备1的冷却出水管3上的电子流量阀6，进行集中控制的PLC控制器，所述的进水温度传感器4、出水温度传感器5、电子流量阀6与所述的PLC控制器通过信号线连接和通信。所述的PLC控制器通过所述的进水温度传感器4和出水温度传感器5可以测量冷却水的进水温度和出水温度，通过所述的电子流量阀6可以控制冷却水的流量。
所述的进水温度传感器4和出水温度传感器5的精度大于0.1度，具有数字接口可与所述的PLC控制器进行数字通信。所述的电子流量阀6的最小调节范围为1升/分钟，具有数字接口可与所述的PLC控制器进行数字通信。
所述的PLC控制器内部设置冷却水温自动控制算法。所述的自动控制算法包括以下步骤：
步骤一：检测所述的进水温度传感器4，获得进水温度T0，调节所述的电子流量阀6的流量为Q，直到所述的出水温度传感器5的输出为出水温度T1；
在步骤一中，建立了热平衡：带走热功率W=C* (T1-T0) *Q*ρ,其中，ρ为水的密度，C为水的比热容；
步骤二：检测所述的出水温度传感器5，获得出水温度t1，并计算温度偏差△T= t1-T1，如果△T不为零，则进入步骤三；
步骤三：调节所述的电子流量阀6的流量，调节量△Q= Q*△T/( T1- T0),然后返回步骤二。
在步骤三中，△T不为零，则说明冷却水带走热量的功率发生变化：W+△W=C*(T1+△T-T0)*Q*ρ，为了平抑温度的变化，需要调节冷却水的流量，则W+△W=C*(T1-T0)*(Q+△Q)*ρ，两式相等则得到(T1-T0)*△Q=Q*△T，因此得到所述的电子流量阀6的调节量为△Q= Q*△T/(T1-T0)。
Claims (3)
1.一种泡生法蓝宝石长晶设备的冷却水温度自动控制装置，其特征在于：包括设置在所述长晶设备的冷却进水管上的进水温度传感器，设置在所述的长晶设备的冷却出水管上的出水温度传感器、设置在所述的长晶设备的冷却出水管上的电子流量阀，进行集中控制的PLC控制器，所述的进水温度传感器、出水温度传感器、电子流量阀与所述的PLC控制器通过信号线连接和通信。
2.根据权利要求1所述的泡生法蓝宝石长晶设备的冷却水温度自动控制装置，其特征在于：所述的进水温度传感器和出水温度传感器的精度大于0.1度，具有数字接口可与所述的PLC控制器进行数字通信。
3.根据权利要求1所述的泡生法蓝宝石长晶设备的冷却水温度自动控制装置，其特征在于：所述的电子流量阀的最小调节范围为1升/分钟，具有数字接口可与所述的PLC控制器进行数字通信。
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