專利名稱：一種熱處理高溫爐控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種熱處理高溫爐控制裝置。
背景技術(shù)：
材料制備工藝中，熱處理工藝是必不可少的一個重要環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)熱處理升溫速度較慢，這使得材料的制備周期加長，工作效率低，另外長時間的高溫熱作用會對材料的性能有一定影響。快速熱處理可以縮短材料的制備時間，提高工作效率。隨著計算機的普及和計算機成本逐漸降低，將計算機應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)控制中變得可行。計算機在高溫爐程控系統(tǒng)的應(yīng)用，使整個控制過程方便、簡潔而且工作效率高，用戶在操作過程中能掌握更多的信息。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種快速熱處理高溫爐控制裝置，該裝置能縮短材料的制備周期，提高工作效率。
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供的技術(shù)方案是一種熱處理高溫爐的控制裝置，由溫度傳感器、信號放大電路、接口電路、計算機、觸發(fā)電路、加熱元件組成，溫度傳感器設(shè)于熱處理高溫爐內(nèi)，溫度傳感器的輸出與信號放大電路的輸入聯(lián)接，信號放大電路的輸出通過接口電路與計算機聯(lián)接，計算機的輸出通過接口電路與觸發(fā)電路聯(lián)接，觸發(fā)電路的輸出與加熱元件的輸入聯(lián)接。
上述溫度傳感器為熱電偶。
上述加熱元件為鹵鎢燈。
上述信號放大電路為ICL7650和OP07串聯(lián)組成的二級放大電路。
上述觸發(fā)電路由移相電路和脈沖產(chǎn)生電路組成，移相電路的輸出與脈沖產(chǎn)生電路的輸入聯(lián)接。
上述觸發(fā)電路為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路。
本實用新型采用上述結(jié)構(gòu)，用于熱處理高溫爐可縮短材料的制備周期，提高工作效率。


圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本實用新型的熱電偶信號放大電路圖；
圖3是本實用新型的觸發(fā)電路圖；圖4是本實用新型采用三相交流電供電時，計算機通過觸發(fā)電路控制加熱元件的電路示意圖。
具體的實施方式
以下結(jié)合附圖及實施例對本實用新型做詳細的描述。
參見圖1，本實用新型包括熱電偶溫度傳感器、信號放大電路、接口電路、計算機、觸發(fā)電路、加熱元件鹵鎢燈。由于溫度傳感器熱電偶的信號比較微小，在微伏數(shù)量級，因此必須對該信號進行放大，其放大電路圖如圖2所示，運算放大器采用性能良好的運放ICL7650，圖1中的電路分為兩級，ICL7650及附加電路構(gòu)成第一級，主要作用是為了把熱電偶的低電壓信號放大到計算機能夠響應(yīng)的范圍；OP07及其附加電路夠成第二級，這部分是一個壓控電壓源二階低通有源濾波器，使經(jīng)過放大后的熱電偶信號更加穩(wěn)定。熱電偶的信號經(jīng)過放大、濾波后，輸出的電壓范圍在0～5V，此時，計算機就可以接收該信號。
接口電路采用計算機硬件廠商已經(jīng)生產(chǎn)出的通用接口板卡，具有A/D和D/A轉(zhuǎn)換功能，其主要作用是接收外部信號和輸出控制信號。
圖3為觸發(fā)電路圖，其作用是產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，觸發(fā)可控硅。觸發(fā)電路由分立元件構(gòu)成，正、負16V的交流電壓由帶中心抽頭的變壓器B1副邊輸出(圖4中也有說明)，經(jīng)過7、8、9端接入電路中，經(jīng)R1-R4、C1-C4阻容移相90°(移相的作用是為了讓信號同步)和降壓后與計算機通過D/A轉(zhuǎn)換器輸出電壓信號疊加，供給三極管G1、G2的基極。G1、G2為信號產(chǎn)生器，G3、G4組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路。由于G2與G1在結(jié)構(gòu)上是對稱結(jié)構(gòu)，因此G2的工作方式與G1相同，其差別僅僅是它們的導(dǎo)通時間不同而已。G1在輸入交流信號的負半周導(dǎo)通，正半周截止。G1截止時，15V直流電源通過D3向電容C5充電，C5上電壓為右“+”左“-”，充電時間常數(shù)很小，約為R5×C5。與此同時，偏置電阻R9保證G3導(dǎo)通，G4截止；G1導(dǎo)通時，C5上累積電荷放電，C5上電壓為右“+”左“-”，電壓通過D1作用在G3的基極，以保證G3截止，此時R7、D5、R8保證G4導(dǎo)通，由于C5較小，放電時間很短，維持G3截止、G4導(dǎo)通的狀態(tài)都是暫時的(這種狀態(tài)稱為暫穩(wěn)態(tài))，很快就會恢復(fù)原來的狀態(tài)，這時，脈沖變壓器MB上將會輸出脈沖，由1、2兩端輸入到可控硅觸發(fā)端。類似地，在交流信號的某段時間，G2導(dǎo)通，G2、C6、R6、D4對單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路也產(chǎn)生同樣的效果，也會產(chǎn)生脈沖。通過計算機調(diào)節(jié)控制信號，即改變A/D轉(zhuǎn)換器輸出電壓大小，與交流信號疊加后，可改變G1、G2的開始導(dǎo)通時間，從而改變可控硅導(dǎo)通角的大小，控制爐內(nèi)溫度，達到程控的目的。由于可控硅的控制極與T2端之間允許的反向電壓很小，為了防止反向擊穿，在脈沖變壓器副邊串聯(lián)二極管D6，可將反向電壓隔開，而并聯(lián)D7，可將反向電壓短路。
系統(tǒng)采用三相交流電供電，三個雙向可控硅的連接電路如圖4所示，由三個觸發(fā)電路(觸發(fā)電路1、2、3均采用圖3所示電路)產(chǎn)生三個脈沖，分別加在1～2、3～4、5～6端觸發(fā)三個雙向可控硅。RDS為快速熔斷器，其作用是為可控硅元件提供過電流保護；圖中電容電阻與可控硅并聯(lián)，實現(xiàn)可控硅的過電壓保護，這種過電壓保護，實際上利用電容吸收過電壓，即將造成過電壓的電磁能量變成靜電能存儲在電容中，電阻在此處起限制電流的作用(若為感性負載，電阻還可以防止電容與電感產(chǎn)生諧振)，一般電阻取數(shù)十歐，電容取零點幾到幾微法。計算機通過D/A轉(zhuǎn)換器發(fā)出控制信號，控制觸發(fā)電路產(chǎn)生觸發(fā)脈沖。通過脈沖控制可控硅導(dǎo)通角的大小來控制流過鹵鎢燈電流的大小，從而控制爐溫。
本實用新型還可通過計算機將采集到的信號在數(shù)據(jù)顯示部分顯示，并將溫度數(shù)據(jù)實時描繪，供用戶參考。通過溫度曲線，用戶能夠清楚地看到每一時刻爐內(nèi)溫度的變化情況，并根據(jù)計算機描繪的溫度曲線與用戶設(shè)定的曲線對比，用戶可以知道溫度的運行狀況是否令自己滿意。
本實用新型可用于硅及其化合物半導(dǎo)體材料離子注入后的退火，硅化物的形成等方面，也可用于鐵電薄膜以及各種半導(dǎo)體材料制備工藝后期的熱處理，可以縮短材料的制備時間，避免材料中易揮發(fā)成分的揮發(fā)而造成的組分偏離，制備的材料結(jié)構(gòu)均勻、性能優(yōu)良，并能與IC集成工藝兼容，因而在材料制備領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
權(quán)利要求1.一種熱處理高溫爐的控制裝置，其特征在于由溫度傳感器、信號放大電路、接口電路、計算機、觸發(fā)電路、加熱元件組成，溫度傳感器設(shè)于熱處理高溫爐內(nèi)，溫度傳感器的輸出與信號放大電路的輸入聯(lián)接，信號放大電路的輸出通過接口電路與計算機聯(lián)接，計算機的輸出通過接口電路與觸發(fā)電路聯(lián)接，觸發(fā)電路的輸出與加熱元件的輸入聯(lián)接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱處理高溫爐的控制裝置，其特征在于溫度傳感器為熱電偶。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的熱處理高溫爐的控制裝置，其特征在于加熱元件為鹵鎢燈。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的熱處理高溫爐的控制裝置，其特征在于信號放大電路為ICL7650和OP07串聯(lián)組成的二級放大電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的熱處理高溫爐的控制裝置，其特征在于觸發(fā)電路由移相電路和脈沖產(chǎn)生電路組成，移相電路的輸出與脈沖產(chǎn)生電路的輸入聯(lián)接。
6.據(jù)權(quán)利要求5所述的熱處理高溫爐的控制裝置，其特征在于觸發(fā)脈沖產(chǎn)生電路為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路。
專利摘要本實用新型公開一種熱處理高溫爐的控制裝置，由溫度傳感器、信號放大電路、接口電路、計算機、觸發(fā)電路、加熱元件組成，溫度傳感器設(shè)于熱處理高溫爐內(nèi)，溫度傳感器的輸出與信號放大電路的輸入聯(lián)接，信號放大電路的輸出通過接口電路與計算機聯(lián)接，計算機的輸出通過接口電路與觸發(fā)電路聯(lián)接，觸發(fā)電路的輸出與加熱元件的輸入聯(lián)接。本實用新型可用于硅及其化合物半導(dǎo)體材料離子注入后的退火，硅化物的形成等方面，也可用于鐵電薄膜以及各種半導(dǎo)體材料制備工藝后期的熱處理，可以縮短材料的制備時間，避免材料中易揮發(fā)成分的揮發(fā)而造成的組分偏離，制備的材料結(jié)構(gòu)均勻、性能優(yōu)良，并能與IC集成工藝兼容，因而在材料制備領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號G05D23/20GK2886630SQ20052009820
公開日2007年4月4日 申請日期2005年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月28日
發(fā)明者章天金, 梁坤, 張柏順, 劉江華, 萬能, 何軍, 李頌戰(zhàn) 申請人:湖北大學