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(shí)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(gè)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(zhǎng)，工作效率低，另外長(zhǎng)時(shí)間的高溫?zé)嶙饔脮?huì)對(duì)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(shí)間，提高工作效率。隨著計(jì)算機(jī)的普及和計(jì)算機(jī)成本逐漸降低，將計(jì)算機(jī)應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)控制中變得可行。計(jì)算機(jī)在高溫爐程控系統(tǒng)的應(yīng)用，使整個(gè)控制過(guò)程方便、簡(jiǎn)潔而且工作效率高，用戶在操作過(guò)程中能掌握更多的信息。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)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(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)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(hào)放大電路、接口電路、計(jì)算機(jī)、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(hào)放大電路的輸入聯(lián)接，信號(hào)放大電路的輸出通過(guò)接口電路與計(jì)算機(jī)聯(lián)接，計(jì)算機(jī)的輸出通過(guò)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(hào)放大電路為ICL7650和OP07串聯(lián)組成的二級(jí)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(shí)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(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本實(shí)用新型的熱電偶信號(hào)放大電路圖；
圖3是本實(shí)用新型的觸發(fā)電路圖；圖4是本實(shí)用新型采用三相交流電供電時(shí)，計(jì)算機(jī)通過(guò)觸發(fā)電路控制加熱元件的電路示意圖。
具體的實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做詳細(xì)的描述。
參見(jiàn)圖1，本實(shí)用新型包括熱電偶溫度傳感器、信號(hào)放大電路、接口電路、計(jì)算機(jī)、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(hào)比較微小，在微伏數(shù)量級(jí)，因此必須對(duì)該信號(hào)進(jìn)行放大，其放大電路圖如圖2所示，運(yùn)算放大器采用性能良好的運(yùn)放ICL7650，圖1中的電路分為兩級(jí)，ICL7650及附加電路構(gòu)成第一級(jí)，主要作用是為了把熱電偶的低電壓信號(hào)放大到計(jì)算機(jī)能夠響應(yīng)的范圍；OP07及其附加電路夠成第二級(jí)，這部分是一個(gè)壓控電壓源二階低通有源濾波器，使經(jīng)過(guò)放大后的熱電偶信號(hào)更加穩(wěn)定。熱電偶的信號(hào)經(jīng)過(guò)放大、濾波后，輸出的電壓范圍在0～5V，此時(shí)，計(jì)算機(jī)就可以接收該信號(hào)。
接口電路采用計(jì)算機(jī)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(hào)和輸出控制信號(hào)。
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(fù)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(shuō)明)，經(jīng)過(guò)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(hào)同步)和降壓后與計(jì)算機(jī)通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器輸出電壓信號(hào)疊加，供給三極管G1、G2的基極。G1、G2為信號(hào)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(duì)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(shí)間不同而已。G1在輸入交流信號(hào)的負(fù)半周導(dǎo)通，正半周截止。G1截止時(shí)，15V直流電源通過(guò)D3向電容C5充電，C5上電壓為右“+”左“-”，充電時(shí)間常數(shù)很小，約為R5×C5。與此同時(shí)，偏置電阻R9保證G3導(dǎo)通，G4截止；G1導(dǎo)通時(shí)，C5上累積電荷放電，C5上電壓為右“+”左“-”，電壓通過(guò)D1作用在G3的基極，以保證G3截止，此時(shí)R7、D5、R8保證G4導(dǎo)通，由于C5較小，放電時(shí)間很短，維持G3截止、G4導(dǎo)通的狀態(tài)都是暫時(shí)的(這種狀態(tài)稱為暫穩(wěn)態(tài))，很快就會(huì)恢復(fù)原來(lái)的狀態(tài)，這時(shí)，脈沖變壓器MB上將會(huì)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(hào)的某段時(shí)間，G2導(dǎo)通，G2、C6、R6、D4對(duì)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路也產(chǎn)生同樣的效果，也會(huì)產(chǎn)生脈沖。通過(guò)計(jì)算機(jī)調(diào)節(jié)控制信號(hào)，即改變A/D轉(zhuǎn)換器輸出電壓大小，與交流信號(hào)疊加后，可改變G1、G2的開(kāi)始導(dǎo)通時(shí)間，從而改變可控硅導(dǎo)通角的大小，控制爐內(nèi)溫度，達(dá)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(kāi)，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(gè)雙向可控硅的連接電路如圖4所示，由三個(gè)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(gè)脈沖，分別加在1～2、3～4、5～6端觸發(fā)三個(gè)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(guò)電流保護(hù)；圖中電容電阻與可控硅并聯(lián)，實(shí)現(xiàn)可控硅的過(guò)電壓保護(hù)，這種過(guò)電壓保護(hù)，實(shí)際上利用電容吸收過(guò)電壓，即將造成過(guò)電壓的電磁能量變成靜電能存儲(chǔ)在電容中，電阻在此處起限制電流的作用(若為感性負(fù)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(diǎn)幾到幾微法。計(jì)算機(jī)通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器發(fā)出控制信號(hào)，控制觸發(fā)電路產(chǎn)生觸發(fā)脈沖。通過(guò)脈沖控制可控硅導(dǎo)通角的大小來(lái)控制流過(guò)鹵鎢燈電流的大小，從而控制爐溫。
本實(shí)用新型還可通過(guò)計(jì)算機(jī)將采集到的信號(hào)在數(shù)據(jù)顯示部分顯示，并將溫度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)描繪，供用戶參考。通過(guò)溫度曲線，用戶能夠清楚地看到每一時(shí)刻爐內(nèi)溫度的變化情況，并根據(jù)計(jì)算機(jī)描繪的溫度曲線與用戶設(shè)定的曲線對(duì)比，用戶可以知道溫度的運(yùn)行狀況是否令自己滿意。
本實(shí)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(shí)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(hào)放大電路、接口電路、計(jì)算機(jī)、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(hào)放大電路的輸入聯(lián)接，信號(hào)放大電路的輸出通過(guò)接口電路與計(jì)算機(jī)聯(lián)接，計(jì)算機(jī)的輸出通過(guò)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(hào)放大電路為ICL7650和OP07串聯(lián)組成的二級(jí)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(shí)用新型公開(kāi)一種熱處理高溫爐的控制裝置，由溫度傳感器、信號(hào)放大電路、接口電路、計(jì)算機(jī)、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(hào)放大電路的輸入聯(lián)接，信號(hào)放大電路的輸出通過(guò)接口電路與計(jì)算機(jī)聯(lián)接，計(jì)算機(jī)的輸出通過(guò)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(shí)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(shí)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(hào)G05D23/20GK2886630SQ20052009820
公開(kāi)日2007年4月4日 申請(qǐng)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(wàn)能, 何軍, 李頌戰(zhàn) 申請(qǐng)人:湖北大學(xué)