CS266567B2 - Zařízení pro pěstování krystalů předem určeného tvaru - Google Patents

Abstract

Zařízení pro pěstování krystalů předem určeného tvaru je opatřeno kelímkem, umístěným v pěstebním prostoru a obsahujícím taveninu, vytahovacím a otáčecím motorem, které jsou ovládány regulátorem otáček, mechanickým měničem, uspořádaným mezi hřídelem, nesoucím krystal a hřídelem otáčecího motoru a vytahovacího motoru, generátorem výkonu, regulovaným generátorem výkonu, krystalem, umístěným rovněž v pěstebním prostoru, zasahujícím do taveniny a spojeným prostřednictvím hřídele s mechanickým měničem, elektronickými vahami a tvořičem diferenciálního signálu a zesilovačem. Podstata zařízení je v tom, že je opatřeno dálkovým vysílačem signálu, uspořádaným podél hřídele vytahovacího motoru, programovou řídicí jednotkou a měřicí jednotkou, přičemž vstupy tvořiče diferenciálního signálu a zesilovače jsou spojeny jednak s výstupy programové řídicí jednotky a jednak s výstupy měřicí jednotky. Na vstupy měřicí jednotky jsou připojeny výstupy vah a na vstupy programové řídicí jednotky je připojen dálkový vysílač impulsů a svazek vodičů, tvořící výstup zařízeni. Měřicí jednotka je tvořena prvním a druhým čítačem s pamětí a synchronizační jednotkou, jejichž vzájemně spojené vstupy tvoří vstup měřicí jednotky, dále spouštěcí jednotkou pro spouštění měření, časovým generátorem s číslicovým komparátorem, přičemž první čítač s pamětí je spojen s dalšími výstupy jednak spouštěcí jednotky pro spouštění měření a jednak s výstupem časového generátoru a na další vstupy druhého čítače s pamětí a synchronizační jednotky. Výstupy prvního a druhého čítače s pamětí jsou spojeny se vstupy komparátoru. Další vstupy druhého čítače s pamětí jsou vedeny na výstupy synchronizační jednotky. Výstup číslicového komparátoru tvoří výstup měřicí jednotky.

Description

Vynález se týká zařízení pro pěstování krystalů předem určeného tvaru, kterým se mohou krystaly pěstovat v souladu s Czochralskiho metodou tak, že se snižování hmotnosti taveniny plynule sleduje elektronickým vážícím zařízením a takto získané hodnoty se porovnávají s hodnotami, odvozenými z tažnosti, tvarových faktorů a měrné hmotnosti teoretických krystalů a diferenciálním signálem se upravuje teplota taveniny.

Jak známo, monokrystaly dobré kvality a s minimem vadných míst je možno pěstovat pouze tak, že tvar rostoucího krystalu je automaticky regulován. -Podstata Czochralskiho metody spočívá v tom, že se krystal plynulým otáčením vytahuje z taveniny. Z toho vyplývá, že tvar krystalu získává nezbytně tvar rotačního tělesa, to znamená, že určování tvaru spočívá v regulaci průměru. Před nasazením automatizovaných regulačních systémů je třeba nejprve zjistit, které z faktorů, ovlivňujících růst krystalu, je třeba a možno regulovat. V obecném případě jsou při pěstování krystalů regulovatelné tyto faktory: rychlost vyjímání krystalu, počet otáček, teplota, která je závislá na výkonu zahřívacího zařízení.

Teoreticky je každý z těchto faktorů regulovatelný, protože každý z nich ovlivňuje pěstování krystalů.

V praxi se však prokázalo, že teplotní veličiny, které jsou ovlivnitelné změnami rychlosti vyjímání, popřípadě počtem otáček, jsou jen ve výjimečných případech postačující pro regulaci procesu růstu krystalů. V důsledku toho se v současné době využívá pro regulaci průměru krystalů téměř výhradně změn teploty, popřípadě tepelného výkonu.

Pro automatickou regulaci průměru krystalů musí být známa okamžitá velikost průměru krystalu v průběhu jeho růstu. K tomu bylo vyvinuto několik známých metod, jako například tak zvaná bright ring metoda (E. J. Patzner, R. G. Dessauer, M. R. Poponiak: SCP and Solid State Techn. Out. 1967. 25.), sledování menisku paprskem laseru (H. J. A. van Dijk, J. Goorsien, U. Gross, A. Kersten, J. Pistorius: Acta Electronica 17 1974.45), určování profilu televizní kamerou /K. J. Gartner, K. F. Rittinghaus, A. Seeger: J. Crystal Growth 13/14 1972.619) atd. Tyto metody jsou poměrně zdlouhavé, proto se ve většině případů zjištování okamžitého průměru krystalu vrátilo k měření hmotnosti krystalu. První zařízení k provádění tohoto měření pochází již z roku 1959 a je popsáno v patentním spisu Sp.st.am. č. 2 908 004. Tento . základní princip se od doby svého vzniku dále zdokonalil a je popsán v poměrně velkém množství literárních materiálů (T. R. Kyle, G. Zydzik: Mat. Rrs. Bull. 8 1973. 443; A. J. Valentino, C. D. Bradle: J. Crystal Growth 26 1974.1; W. Bradsley, D. T. Hurle, G. C. Joyce, G. C. Wilson: J. Crystal Growth 40 1977. 21) . Přednost metody měření hmotnosti kelímků spočívá v tom, že je mechanicky snadno realizovatelná, její «nevýhoda však spočívá v tom, že vážící zařízení musí mít velký rozsah vážených hodnot a že při indukčním ohřevu musí být zabezpečena kompenzace kelímkového vinutí. Jiné metody měření hmotnosti spočívají v měření hmotnosti krystalu (W. Bradsley, G. W. Green, C. H. Holliday, D. T. J. Hurle: J. Crystal Growth 16, 1972. 277). Výhoda tohoto řešení spočívá v tom, že k provádění měření postačuje vážící zařízení s menším rozsahem vážených hoclnot; jeho nevýhodou však je skutečnost, že mechanické provedení je značně komplikované, protože jednou jedinou osou, zasahující do prostoru pěstování krystalu, musí být obstaráváno vytahování, otáčení a měření hmotnosti krystalu.

K provádění automatického postupu pěstování krystalů, založeného na měření· hmotnosti narůstajících krystalů, musí být k dispozici pro každý okamžik procesu odpovídající signál o hmotnosti krystalu s požadovaným tvarem. Tento signál musí být vytvářen s ohledem na tvarový faktor, na specifickou hmotnost a na další faktory, ovlivňující pěstování, zejména na povrchové napětí a odpařování taveniny, a rovněž na délku tažení, zejména délku již vytaženého krystalu.

Tyto faktory jsou s výjimkou okamžité hodnoty délky vytažení známé, popřípadě statisticky zjistitelné, délka vytažení se však musí pro zajištění odpovídající přesnosti plynule měřit. K tomu slouží u dosud známých zařízení zpravidla soustava vysílačů signálů, rozmístěná podél osy tažení krystalu, tvořená například šroubovicovým potenciometrem. Kluzný kontakt potencio

CS 266 567 B2 metru se otáčí tažným motorem, aby se po přivedení stejné úrovně na potenciometr mohlo být z jeho kluzného kontaktu snímáno proporcionální napětí. Jestliže se napětí, přiváděné na potenciometr, změní podle požadovaného tvaru krystalu, může být průměr krystalu ovlivněn tak, aby odpovídal požadavkům.

Na základě uvedených provedení je třeba v další části podrobněji vysvětlit nevýhody způsobu pěstování krystalů, prováděného automaticky a založeného na měření hmotnosti kelímku. Způsob se provádí následovně: pomocí elektronického vážícího zařízení se změří zmenšení hmotnosti taveniny, pomocí šroubovicového potenciómetru, uspořádaného podél osy tažení krystalu, se změří délka krystalu, oba signály se potom porovnají a diferenciální signál se přivádí k topným článkům pro regulací jejich výkonu a tím také pro regulaci teploty taveniny. Osa, tavenina, krystal, topné články a elektronické vážící zařízení jsou umístěny do prostoru pěstování krystalu, do kterého zasahuje také vytahovací osa, na které je upevněn krystal.

V pěstebním prostoru může být udržováno vakuum nebo plyn libovolného složení, jehož tlak nepřevyšuje podstatně atmosférický tlak. Způsob vyžaduje otáčení a vytahování krystalu, prováděné pomocí zařízení s tažnými a točivými motory a také ústrojí pro řízení počtu otáček. Na šroubovicový potenciometr, určující délku tažení krystalu, se přivádí z generátoru napětí příslušné napětí, odpovídající požadované krystalické formě.

Nevýhoda tohoto známého postupu spočívá především v tom, že napětí, odebírané z kluzného kontaktu šroubovicového potenciometru, musí být úměrné okamžité hmotnosti krystalu a protože na počátku růstu krystalu je ještě velmi malé, bylo by třeba bud napětí, přiváděné na potenciometr, skokovitě měnit nebo změnit mechanický pohon pro ovládání potenciometru. Jestliže by se měly zanedbat hodnoty, vyskytující se na počátku růstu, pak by zejména při 3 značných rozdílech mezi počáteční a konečnou hmotností krystalu, přesahující řádově 10 , nebylo možno zajistit potřebnou průměrnou stabilitu rozměru. Skoková změna napětí nebo záměna mechanického pohonu je automaticky řešitelná jen velmi složitými opatřeními a prostředky, protože je současně třeba změnit synchronně výstupní signál elektronického vážícího zařízení. Tyto změny se u známých zařízení provádějí ručně, takže tím se porušuje automatizace zařízení v celé pěstební oblasti. Další nevýhodou tohoto známého měření velikosti krystalu pomocí šroubovicového potenciometru je skutečnost, že jednak přesnost měření délky je omezena počtem 3 íávitů (větším než 10 ) odporového drátu a jednak může mít potenciometr v důsledku svého mechanického pohonu určitou hysterezi. U těchto známých zařízení je také problematická hodnota výstupního signálu elektronického vážícího zařízení.

Výstupní signál analogického vážícího zařízení je přizpůsobeno řešení se šroubovicovým potenciometrem, přičemž toto přizpůsobení je zvláště obtížné stabilizovat v určitém časovém intervalu zejména na začátku růstu krystalu, protože je třeba změřit hodnoty, překračující minimálně třikrát až pětkrát hmotnost rostoucího krystalu.

V závislosti na hmotnosti rostoucího krystalu musí být vážící zařízení velmi citlivé na malé rozdíly, musí mít rozlišovací schopnost, překračující několikanásobně 10 ⁶ a stabilitu po odpovídající časový interval.

Při číslicovém vážícím výstupu se problémy se stabilitou nevyskytují, avšak za předpokladu uvedené potřebné rozlišovací schopnosti by bylo nutno bud signál vážícího zařízení převést s odpovídající přesností na analogový signál, nebo přeměnit signál šroubovicového potenciometru s podobnými podmínkami na číslicovou formu. Tyto přeměny nejsou proveditelné s potřebnou přesností a byly by i zbytečné s ohledem na rozlišovací schopnost, dosažitelnou u potenciometru.

Úkolem vynálezu je současně eliminovat uvedené problémy a vyřešit zařízení, které by bylo schopno zajistit zjištění délky vytažení krystalu s dostatečnou rozlišovací schopností a zajistit také, aby přesnost měření nebyla omezována výstupními signály elektronického vážícího zařízení. V zásadě je úkolem vynálezu vyřešit automatické zařízení pro pěstování

CS 266 567 B2 krystalů s velkou hmotností, zejména přesahující 10 krát počáteční hmotnost krystalu.

Vynález je založen na poznatku, že délka vytažení krystalu je zjistitelná s velkou přesností z řady impulsů, odebíraných z osy vytahovacího motoru a že těmito impulsy je možno ovládat programovou řídicí jednotku.

Způsob pěstování krystalů pomocí nového zařízení podle vynálezu je vlastně dalším zdokonalením známého postupu, při kterém se krystal vytahuje z taveniny za stálého otáčení, hmotnost taveniny a vytahované hmoty, odpovídající délkové hmotnosti krystalu, se plynule měří, obě hodnoty se vzájemně porovnávají a diferenciálním signálem se plynule upravuje teplota taveniny.

Zdokonalení podle vynálezu spočívá v tom, že umožňuje zjištování vytahované hmoty a vytváří se řada impulsů, úměrných zjištěnému posuvu ve směru osy, přičemž se dále signály, získané měřením snižování hmotnosti taveniny, převádějí v řadu impulsů, načež se obě řady impulsů srovnávají pomocí programové řídicí jednotky a vytváří se řídicí signál pro řízení teploty taveniny.

S výhodou se délka tažení určuje tak, že na ose motoru je uspořádán kotouč, jehož otáčením se přerušuje dráha signálu a vytváří se impulsová řada, úměrná pohybu.

Do programové řídicí jednotky je výhodné uložit předem údaje a hodnoty, odpovídající tvarovým faktorům pro určení tvaru krystalu, povrchové napětí taveniny, ztráty taveniny odpařováním, měrnou hmotnost materiálu a podobně, načež je možno se známé hodnoty délky tažení určit hmotnost vytaženého materiálu, jehož hodnota se odečte od výchozí hmotnosti taveniny a takto získaná se sníží o hodnotu povrchového napětí a ztráty taveniny odparem, načež se takto získaná hodnota porovná se skutečně změřenými hodnotami a regulační signál pro regulaci teploty taveniny se podle potřeby upraví.

Je také výhodné vytvořit z naměřeného signálu nový signál, úměrný snížení hmotnosti tak, že se změří a uloží do paměti šířka signálu, získaného při měření hmotnosti, načež se porovná délka následujícího signálu, naměřeného při dalším měření, s délkou signálu, uloženého do paměti a vytvoří se signál s délkou, odpovídající rozdílu obou porovnávaných signálů.

Zařízení podle vynálezu představuje zdokonalení dosud známého zařízení, sloužícího k pěstování krystalů požadovaného tvaru a zejména je určeno k provádění způsobu podle vynálezu. Známé zařízení je opatřeno kelímkem, umístěným v pěstebním prostoru, obklopeným topným článkem a obsahujícím taveninu, točivým a vytahovacím motorem, poháněným prostřednictvím regulátoru otáček, mechanickým měničem, uspořádaným mezi osou krystalu a osami točivého motoru a také vytahovacího motoru, generátorem výkonu, regulovaným pomocí regulátoru výkonu, a dále krystalem, nacházejícím se rovněž v pěstebním prostoru, zasahujícím do taveniny a spojeným s mechanickým měničem prostřednictvím osy krystalu, elektronickým vážicím zařízením, vysílačem diferenciálních signálů a zesilovačem.

Zdokonalení tohoto zařízení a tedy podstata vynálezu spočívá v tom, že zařízení je opatřeno dálkovým vysílačem impulsů, uspořádaným podél osy vytahovacího motoru, programovou řídicí jednotkou a měřicí jednotkou. Na vstupy tvořiče diferenčních signálů a zesilovače jsou připojeny výstupy programové řídicí jednotky a měřicí jednotky, vstupy měřicí jednotky, jsou spojeny s výstupy elektronického vážícího zařízení, zatímco vstupy programové řídicí jednotky jsou spojeny s výstupy dálkového vysílače impulsů a s jedním svazkem vodičů, tvořícím vstup zařízení.

Podle konkrétního provedení vynálezu je výhodné, je-li dálkový vysílač impulsů opatřen kódovacím kotoučem, uloženým na ose vytahovacího motoru, vysílačem signálu a přijímačem signálu a také signální drahou mezi vysílačem signálu a přijímačem signálu, kterou prochází

CS 266 567 B2 kódovací kotouč, přičemž výstup přijímače signálu, který současně představuje výstup dálkového vysílače impulsů, je napojen na svazek vodičů.

Vynález je dále založen na tom, že při použití elektronické váhy, jejímž výstupním signálem je řada impulsů, přičemž šířka impulsu nese informaci o hmotnosti, je vytvořena také měřicí jednotka pro měření snižování šířky impulsu, která může být využita u popsaného zařízení pro pěstování krystalů. Měřicí jednotka sestává z prvního a druhého čítače a z paměti, synchronizační jednotky, časového členu a číslicového komparátoru, přičemž svazek vodičů, tvořící vstup měřicí jednotky, je připojen na první a druhý čítač a paměť a také na synchronizační jednotku.

Další vstupy prvního čítače a paměti jsou připojeny k jedné části výstupů spouštěcí jednotky měření a také na výstupy časového členu a také na další vstupy druhého čítače a paměti a synchronizační jednotky, zatímco výstupy prvního a druhého čítače a paměti jsou spojeny se vstupy číslicového komparátoru. Výstupy synchronizační jednotky jsou spojeny prostřednictvím svazku vodičů se vstupy druhého čítače a paměti. Výstupy měřicí jednotky jsou tvořeny výstupy číslicového komparátoru, napojenými na svazek vodičů.

Příklady provedení zařízení pro pěstování krystalů způsobem podle vynálezu jsou zobrazeny na výkresech, kde obr. 1 znázorňuje schéma provedení známého zařízení, obr. 2 schematické znázornění příkladného provedení zařízení podle vynálezu, na obr. 3 je časový diagram činnosti jednotlivých částí zařízení podle vynálezu, na obr. 4 je schematicky znázorněno provedení dálkového vysílače impulsů, obr. 5 znázorňuje příkladné provedení měřicí jednotky podle vynálezu a na obr. 6 je funkční diagram časového sledu činnost jednotlivých částí měřicí jednotky podle vynálezu.

Na výkresech jsou jednotlivé svazky vodičů označovány velkými písmeny a jimi přenášené signály odpovídajícími malými písmeny.

Známé zařízení pro pěstování krystalů je znázorněno na obr. 1. V pěstebním prostoru 15, ve kterém může být vakuum nebo plyn udržovaný pod tlakem, který nepřesahuje výrazně atmosférický tlak, je umístěn kelímek 19, obsahující taveninu 18 a obklopený topnými články 20, které jsou založeny například na indukčním nebo odporovém ohřevu. Do taveniny 18 zasahuje krystal 16, upevněný na hřídeli 17. Hřídel 17 je spojen s mechanickým měničem .14. Prostřednictvím této jednotky přenos otáček vytahovacího motoru 25 a otáčecího motoru 26, popřípadě přeměna otáčení vytahovacího motoru 25 na lineární pohyb. K mechanickému měniči 14 jsou připojeny hřídele 27 vytahovacího motoru 25 a druhý hřídel 28 otáčecího motoru 26. Vytahovací motor 25, popřípadě otáčecí motor 26 jsou řízeny prostřednictvím prvního svazku B vodičů, popřípadě prostřednictvím druhého svazku C vodičů prvním regulátorem 11 otáček, popřípadě druhým regulátorem 12 otáček. Podél manipulačního hřídele 17 je umístěn šroubovicový potenciometr 23 pro vytváření signálu, proporcionálního délce vytažení krystalu 16. V pěstebním prostoru 15 jsou dále umístěny elektronické váhy 22 pro měření společné hmotnosti kelímku 19 a taveniny 18.

Výstupy vah 22 jsou spojeny přes třetí svazek G vodičů s tvořičem diferenciálního signálu a se zesilovačem 24, jehož další vstupy jsou spojeny čtvrtým svazkem L vodičů s výstupy potenciometru 23, s jeho kluzným kontaktem a zemním kontaktem. Na potenciometr 23 je přiváděno pátým svazkem I vodičů z generátoru 29 napětí potřebné napětí, odpovídající požadovanému tvaru krystalu 16. Toto napětí je při pěstování válcových krystalů 16, které tedy mají konstantní průměr, konstantní, při proměnném průměru krystalu 16 se mění velikost napětí podle určité funkce, například lineární. Tvořič diferenciálního signálu a zesilovač 24 tvoří ze signálů, úměrných hodnotám hmotnosti, popřípadě délky, nastavovací signál, který je prostřednictvím šestého svazku H vodičů přiveden k regulátoru 21 výkonu. Regulátor 21 výkonu řídicí v závislosti na nastavovacím signálu generátoru 13 výkonu, přičemž regulátor 21 výkonu je spojen s generátorem 13 výkonu prostřednictvím sedmého svazku D vodičů. Generátor 13 výkonu ovládá a řídí prostřednictvím osmého svazku E vodičů topný článek 20 a řídí tím teplotu taveniny 18.

CS 266 567 B2

Na obr. 2 je znázorněno příkladné provedení zařízení podle vynálezu, které se odlišuje od příkladného provedení známého zařízení tím, že jsou vynechány šroubovicový potenciometr 23 a generátor 29 napětí, naproti tomu, je na hřídeli 27 vytahovacího motoru 25 osazen dálkový vysílač 30 impulsů, jehož výstupy jsou spojeny prostřednictvím devátého svazku F vodičů na výstupy programové řídicí jednotky 31. Další vstupy programové řídicí jednotky 31 jsou připojeny na desátý svazek M vodičů, který tvoří vstupy celého zařízení. Vstupy tvořiče diferenciálního signálu a zesilovače 24 jsou jednak prostřednictvím jedenáctého svazku N vodičů připojeny na výstupy programové řídicí jednotky 31 a jednak jsou dvanáctým svazkem P vodičů připojeny na měřicí jednotku 32.· Výstupy vah 22 jsou spojeny tvořičem diferenciálního signálu a zesilovačem 24 nikoli přímo, ale prostřednictvím měřicí jednotky 22. Výstupní signály vah 22 mohou být jak analogové, tak také číslicové nebo mohou být řadou impulsů krystalového oscilátoru, ve které šířka impulsů udává informaci o hmotnosti.

O vlastnostech jednotlivých výstupních forem signálů byla již zmínka, v širším měřítku jsou využitelná zejména obě poslední řešení. Měřicí jednotka 32 může provádět v závislosti na vahách 22 provádět jednoduchý posun úrovně při analogovém řešení, číslicové odečítání při číslicovém řešení nebo odečítání šířky impulsu, které bude ještě podrobněji popsáno a které se využívá při měnění šířky impulsů. Pro zařízení podle vynálezu jsou vhodná zejména obě poslední řešení, při malých hmotnostech pěstovaných krystalů 16 je však použitelné i analogové řešení. Funkce tvořiče diferenciálního signálu a zesilovače 24 může být rovněž analogová nebo digitální, aby se však odstranily zbytečné převody, je vhodnější vyhýbat se směšování druhů zpracování. Programová řídicí jednotka 31 pracuje rovněž číslicově a je zejména řízena mikroprocesorově, její výstup však může být při analogovém tvořiči diferenciálního signálu a zesilovače! 24 rovněž analogový odpovídající konverzí z digitální na analogovou funkci. S ohledem na požadovanou přesnost se však i zde ukazuje být výhodnější číslicové řešení.

Způsob probíhá podle časového diagramu na obr. 3 následovně. Očinkem délkového měřicího impulsového signálu f^ se mění programový řídicí signál n podle předem vloženého programu. Z hmotnostního měřicího signálu 2 se vytvoří měřicí signál £, přičemž se vychází z boku impulsu, který je v průběhu času pozdější. Výsledkem srovnání programového řídicího signálu n s měřicím signálem £ je potřebná změna úrovně nastavovacího signálu h. Tyto změny určují regulační signál d výkonu a tím také nový řídicí signál e pro topné prvky.

Označení jednotlivých signálů malými písmeny odpovídá označení jednotlivých svazků vodičů velkými písmeny, kterými jsou příslušné signály vedeny.

Před začátkem pěstování krystalu se předá programové řídicí jednotce 31 příslušný program, určující tvar krystalu 16, přičemž tento program se předává prostřednictvím snímače děrné pásky, magnetickou kazetou nebo klávesnicí. Programová řídicí jednotka 31 se snaží v průběhu své činnosti o skokové přiblížení se k ideální funkci a podle toho jsou určeny souřadnice jednotlivých bodů zlomu, zejména určené dvojicemi souřadnic, vztahujícími se k výchozím hodnotám a délce vytahování. Programová řídicí jednotka 31 působí především tak, že v jednotlivých bodech zlomu se provádění programu podle předem určeného zadání přerušuje a ze stejného bodu se potom dále pokračuje. Výhodnou vlastností programové řídicí jednotky 31 je především to, že obsah její paměti, ve které jsou uloženy předem stanovené souřadnice zlomových bodů, je možno v průběhu pěstování, bez přerušení pěstovacího procesu, měnit.

Funkce zařízení podle vynálezu je zřejmá z časového diagramu, zobrazeného na obr. 3. Z dálkového vysílače 30 impulsů se plynule vysílá délkový měřicí impulsový signál £, který se přivádí na programovou řídicí jednotku 31, jejíž výstup podle předem nastavené strmosti přímých přibližovacích úseků, uložených do paměti, posune impuls délkového měřicího impulsového signálu o jeden krok dále, to znamená že se zvětší nebo zmenší. Tento signál je programovým řídicím signálem n, který je veden jedenáctým svazkem N vodičů na vstup tvořiče diferenciálního signálu a zesilovače 24. Současně přicházejí od vah 22 prostřednictvím třetího svazku G vodičů plynule signály 2 ⁰ měření hmotnosti (na obrázku je informace o hmotnosti zakódována do šířky impulsu nosného výstupního signálu vah 22). Ze signálu 2 ° měřené hmotnosti

CS 266 567 B2 7 vytváří měřicí jednotka 32 měřicí signál p, který je veden dvanáctým svazkem P vodičů na jiný vstup tvořiče diferenciálního signálu a zesilovače 24. Tvořič diferenciálního signálu a zesilovač 24 určuje rozdíl a vytváří nastavovací signál h, který se přivádí Šestým svazkem H na regulátor 21 výkonu. Regulátor 21 výkonu vytváří z nastavovacího signálu h regulační signál d výkonu, ze kterého potom připravuje generátor 13 výkonu řídicí signál e pro topné články.

Funkce dálkového vysílače 30 impulsů je blíže vysvětlena pomocí příkladu jeho provedení, zobrazeného na obr. 4. Dálkový vysílač 30 impulsů sestává z kódového kotouče 61, upevněného na hřídeli 27 vytahovacího motoru 25, z přijímače 62 signálů a z vysílače 63 signálů, mezi nimiž je vytvořena signálová dráha 64. Vysílač 63 signálů a přijímač 62 signálů mohou být tvořeny dvojicí prvků, obsahující světelný emitor a fotodetektor. V takovém případě je signálovou drahou 64, procházející perforovaným kódovým kotoučem 61, světelný paprsek, avšak tato úloha může být řešena také na dielektrickém nebo magnetickém principu. Podle toho, jak často zakrývá kódový kotouč 61 na signálové dráze 64 vedený paprsek světla, mění se výstupní úroveň přijímače 62 signálu, která se vrací při novém snímání světla opět na svou výchozí hodnotu. Takto vytvářená řada impulsů se vede jako délkový měřicí impulsový signál na devátý svazek F vodičů, tvořící výstupy dálkového vysílače 30 impulsů. Vhodným vytvořením kódového kotouče 61 je možno dosáhnout toho, že délkové měřicí impulsy odpovídají vždy jednomu mikrometru délky nebo jeho celému násobku. Programová řídicí jednotka 31 je přitom programovatelná nezávisle na délce vytahování krystalu 16 a programový řídicí signál n, který se objevuje na jejím výstupu, je nezávislý na rychlosti vytahování a závisí pouze na délce vytahování krystalu 16. V popsaných příkladech provedení jsou v měřicí jednotce 32 analyzovány různé formy výstupních signálů vah 22. V další části bude pomocí blokového schématu na obr. 5 a časového diagramu na obr. 6 podrobněji popsána konstrukce a funkce měřicí jednotky 32, příslušející měřicímu signálu 2 ^s určitým formátem šířky impulsu.

Impuls, kterým je měřicí signál 2 o měření hmotnosti a který je přiváděn třetím svazkem G vodičů z vah 22, má na počátku pěstování svoji větší šířku, protože společná hmotnost kelímku 19 a taveniny 18 je na počátku největší. Je výhodné začínat pěstování s tárovanou ' hmotností, přičemž tárování se provádí měřicí jednotkou 32. Při tárování je třeba brát v úvahu především tyto skutečnosti a požadavky: váhy 22 musí být tárovatelné v celém měřicím,rozsahu; musí být možno a přípustno zvyšovat hmotnost po tárování, k němuž může docházet v důsledku roztavení případně vznikajícího okraje, odtaveného po ponoření jádra krystalu do taveniny; tárovaná hmotnost musí být v každém případě identická pouze s malým rozptylem, protože tak je možno jednoduše vyrovnat odchylky od pevné počáteční hmotnosti malým posunem nulového bodu tvořiče diferenciálního signálu a zesilovače 24.

Problém při tárování měřicího signálu 2 ⁰ měření hmotnosti spočívá v tom, že hmotnostní informace je nesena zadním doběhem impulsu, probíhajícím v pozdějším čase. Impuls vychází z oscilátoru řízeného krystalem, to znamená, že náběh impulsu se objevuje vždy ve stejném čase. Tárování je realizovatelné tak, že se změří počáteční šířka impulsu, získaná hodnota se uloží do paměti, načež se změří šířka všech ostatních impulsů a ta se odečte od hodnoty, uložené v paměti.

Měřicí jednotka 32 má následující funkci:

Měřicí signál 2 ° měření hmotnosti, přicházející z vah 22 třetím svazkem G vodičů, se přivádí na vstupy prvního čítače s pamětí 83 a druhého čítače s pamětí 85 a také na synchronizační jednotku 86. Další vstupy prvního čítače s pamětí 83 jsou jednak spojeny svazkem V vodičů s výstupy časového generátoru 82 a s dalšími vstupy druhého čítače s pamětí 85 a také synchronizační jednotky 86 a jednak jsou spojeny svazkem U vodičů s výstupy spouštěcí jednotky 81 pro spouštění měření.

Další vstupy druhého čítače s pamětí 85 jsou spojeny svazkem W vodičů se synchronizační jednotkou 86. Výstupy prvního čítače s pamětí 83, popřípadě druhého čítače s pamětí 85

CS 266 567 B2 jsou spojeny svazky T, X se vstupy číslicového komparátorů 84. Výstupy číslicového kompará toru 84 jsou připojeny na svazek P vodičů.

Funkce měřicí jednotky 32 může být óbjasněna také pomocí časového diagramu, zobrazeného na obr. 6:

Na čítače s pamětmi 83, 85 přicházejí plynule měřicí signály £ o měření hmotnosti a signál v časového generátoru 82. Výchozí stav druhého čítače s pamětí 85 je roven nule, zatímco výchozí stav prvního čítače s pamětí 83 je roven celému číslu, jinému než nula. Velikost tohoto čísla určuje přípustné zvýšení hmotnosti po tárování. Očinkem spouštěcího signálu u pro spuštění měření, který se vydává stlačením tlačítka, měří první čítač s pamětí 83 pomocí signálu v časového generátoru 82, synchronního s měřicím signálem £ o měření hmotnosti, hodnotu počátečního impulsu, přidává k tomu svoji vlastní výchozí hodnotu, odlišnou od nuly, a uzavírá svoje vstupy a v dalším ukládá takto určené hodnoty do paměti až do doby, kdy přijde nový spouštěcí signál u pro spuštění měření. Druhý čítač s pamětí 85, vycházející od nuly, měří podobným způsobem šířku prvního impulsu a potom každého dalšího impulsu. O vynulování druhého čítače s pamětí 85 po každém měření se stará synchronizační signál w. Výstupní signály t, x prvního čítače s pamětí 83 a druhého čítače s pamětí 85 se vedou na vstupy komparátorů 84, který provádí odčítání a vysílá měřicí signál £, odpovídající tárované hmotnosti. Přesnost tárování je určena frekvenčním poměrem měřicího signálu £ o měření hmotnosti a časového signálu v časového generátoru 82.

Rozptyl tárování v několika gramech je přijatelný a tato přesnost je řešitelná časovým signálem v časového generátoru 82 s frekvencí jednoho megahertzů.

Použitím způsobu, zařízení a měřicí jednotky podle vynálezu je možno při pěstování A krystalů se stanoveným tvarem nebo přírůstkem hmotnoti řádově 10 krát provádět přesná měření délky vytahování, zpracování informací o hmotnosti a určení proměnných programovatelných tvarů krystalu. Další přednost spočívá v tom, že vynález je možno aplikovat bez větších úprav a změn na stávající zařízení pro pěstování krystalů, která nejsou vybavena pro regulování průměru krystalu.

Claims (3)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1. Zařízení pro pěstování krystalů předem určeného tvaru sestávající z kelímku, obsahujícího taveninu, umístěného v pěstebním prostoru a obklopeného topnými články, z otáčecího motoru a vytahovacího motoru, které jsou řízeny regulátorem otáček, z mechanického měniče, umístěného mezi hřídelem a krystalem a hřídeli otáčecího motoru a vytahovacího motoru, z generátoru výkonu, řízeného regulátorem; výkonu, z krystalu, nacházejícího se rovněž v pěstebním prostoru, spojeného prostřednictvím hřídele s mechanickým měničem, z elektronických vah a z tvořiče diferenciálního signálu se zesilovačem, vyznačující se tím, že je opatřeno dálkovým vysílačem (30) impulsů, uspořádaným podél hřídele (27) vytahovacího motoru (25), programovou řídicí jednotkou (31) a měřicí jednotkou (32), přičemž vstupy tvořiče diferenciálních signálů a zesilovače (24) jsou spojeny prostřednictvím svazku (N) vodičů s výstupem programové řídicí jednotky (31) a prostřednictvím dalšího svazku (P> vodičů s výstupem měřicí jednotky (32), na vstupy měřicí jednotky (32) jsou přes třetí svazek (G) vodičů připojeny výstupy elektronických vah (22) a vstupy programové řídicí jednotky (31) jsou spojeny svazkem (F) vodičů s dálkovým vysílačem (30) impulsů a je na ně také připojen další svazek (M) vodičů, tvořící vstup zařízení.
2. 2. Zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že dálkový vysílač (30) impulsů je opatřen kotoučem (61), upevněným na hřídeli (27) vytahovacího motoru (25), přijímačem (62) signálu, vysílačem (63) signálu a signální dráhou (64), probíhající mezi vysílačem (63) a přijímačem (62) signálu a procházející kódovým kotoučem (61), přičemž výstupy přijímače (62) signálu

   CS 266 567 B2 jsou spojeny se svazkem (F) vodičů, který je veden na vstupy programové řídicí jednotky (31).
3. 3. Zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že měřicí jednotka (32) je tvořena prvním a druhým čítačem s pamětí (83, 85), synchronizační jednotkou (86), spouštěcí jednotkou (81) pro spouštění měření, časovým generátorem (82) a číslicovým komparátorem (84), přičemž svazek (G) vodičů, tvořící vstup měřicí jednotky (32) je veden na vstupy prvního a druhého čítače s pamětí (83, 85) a synchronizační jednotky (86), další vstupy prvního čítače s pamětí (83) jsou připojeny jednak svazkem (U) vodičů na výstupy spouštěcí jednotky (81) pro spouštění měření a jednak dalším svazkem (V) vodičů na výstupy časového generátoru (82) , popřípadě na další vstupy druhého čítače s pamětí (85) a synchronizační jednotky (86), zatímco výstupy prvního čítače s pamětí (83) jsou svazkem (T) vodičů spojeny se vstupy číslicového komparátoru (84), přičemž další vstupy druhého čítače s pamětí (85) jsou vedeny svazkem (W) vodičů s výstupy synchronizační jednotky (86), zatímco výstupy druhého čítače s pamětí (85) jsou spojeny dalším svazkem (X) s dalšími vstupy číslicového komparátoru (84), přičemž výstupy měřicí jednotky (32) jsou tvořeny svazkem (P) vodičů, napojeným na výstupy číslicového komparátoru (84).