專利名稱:一種泡生法藍(lán)寶石長晶設(shè)備的冷卻水壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種泡生法藍(lán)寶石長晶設(shè)備的冷卻水壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)，該裝置包括壓力傳感器、電子流量閥、PLC控制器，其中，壓力傳感器，電子流量閥與PLC控制器通過信號線連接和通信，壓力傳感器安裝在冷卻出水口位置，電子流量閥安裝在冷卻進(jìn)水口。出水壓力變化通過壓力傳感器傳輸給PLC控制器，PLC控制器調(diào)節(jié)電子流量閥就能使水壓自動保持在所需壓力的±0.01兆帕度，從而形成冷卻水壓力的閉環(huán)控制。利用本專利能在使泡生法藍(lán)寶石長晶設(shè)備冷卻水系統(tǒng)進(jìn)出水壓力變化控制在0.01兆帕以內(nèi)，減少了水壓波動對晶體生長過程的影響，提高了晶體生長的質(zhì)量。
【專利說明】一種泡生法藍(lán)寶石長晶設(shè)備的冷卻水壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本專利涉及泡生法藍(lán)寶石晶體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種泡生法藍(lán)寶石長晶設(shè)備的冷卻水壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)，同時(shí)可適用于其他相似領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]藍(lán)寶石又稱白寶石，是世界上硬度僅次于金剛石的晶體材料，由于具有優(yōu)良的物理、機(jī)械、化學(xué)及紅外透光性能，一直是微電子、航空航天、軍工等領(lǐng)域急需的材料，尤其是光學(xué)級大尺寸藍(lán)寶石材料，由于其具有性能穩(wěn)定、市場需求量大、綜合利用率及產(chǎn)品附加值高等特點(diǎn)，成為近年國內(nèi)外研宄開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化熱點(diǎn)。
[0003]藍(lán)寶石晶體制造的一般過程是將一根受冷的籽晶與熔體接觸，如果界面的溫度低于凝固點(diǎn)，則籽晶開始生長，為了使晶體不斷長大，就需要逐漸降低熔體的溫度，同時(shí)旋轉(zhuǎn)晶體，以改善熔體的溫度分布。也可以緩慢的(或分階段的)上提晶體，以擴(kuò)大散熱面。晶體在生長過程中或生長結(jié)束時(shí)不與坩禍壁接觸，這就大大減少了晶體的應(yīng)力。不過，當(dāng)晶體與剩余的熔體脫離時(shí)，通常會產(chǎn)生較大的熱沖擊。目前常用的高溫溶液頂部籽晶法是該泡生法的改良和發(fā)展。
[0004]由于溫度梯度很小，泡生法藍(lán)寶石晶體生長過程是一個(gè)及其緩慢的降溫過程，每小時(shí)的功率降幅低于50W，而加熱功率則高達(dá)50KW。生長過程中微小的波動就對晶體生長過程產(chǎn)生影響。長晶設(shè)備中影響功率的因素除了熱場外，還有水冷系統(tǒng)，多余的熱量需要通過水冷帶走，由于水冷系統(tǒng)的水量很大，一般可達(dá)到6000升/小時(shí)，微小水壓偏差就意味著水流量的變化，那么水冷系統(tǒng)攜帶的熱量的就有明顯變化，這對晶體生長過程將有顯著的影響，為此采用一種可自動控制水壓的裝置對于生長高質(zhì)量的晶體非常重要，自動控制過程對于提高工作效率也非常有利。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005](一)要解決的技術(shù)問題
[0006]本發(fā)明的主要目的在于提供一種泡生法藍(lán)寶石長晶設(shè)備的冷卻水壓力控制裝置，抑制水壓波動，提高了晶體生長的質(zhì)量。
[0007](二)技術(shù)方案
[0008]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種泡生法藍(lán)寶石長晶設(shè)備的冷卻水壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)，包括安裝在冷卻出水口的壓力傳感器，安裝在冷卻進(jìn)水口的電子流量閥，進(jìn)行集中控制的PLC控制器，其中，所述的壓力傳感器、電子流量閥與所述的PLC控制器通過信號線連接和通信。
[0009]所述的壓力傳感器的精度達(dá)到0.01兆帕，具有數(shù)字接口可與所述的PLC控制器進(jìn)行數(shù)字通信。
[0010]所述的電子流量閥的調(diào)節(jié)精度達(dá)到I升/秒，具有數(shù)字接口可與所述的PLC控制器進(jìn)行數(shù)字通信。
[0011]所述的PLC控制器內(nèi)部設(shè)置冷卻水壓力自動控制算法，所述的冷卻水壓力自動控制算法包括以下步驟:
[0012]步驟一:調(diào)節(jié)所述的電子流量閥的流量為Q，使所述的壓力傳感器達(dá)到P。；
[0013]步驟二:檢測所述的壓力傳感器，獲得出水壓力匕，并計(jì)算壓力偏差ΛΡ= P1-Ptl,如果Λ P的絕對值大于0.01兆帕，則進(jìn)入步驟三；
[0014]調(diào)節(jié)所述的電子流量閥的流量，調(diào)節(jié)量Λ Q=-S2A P/ ( P Q),然后返回步驟二，其中，S為所述的冷卻進(jìn)水口的截面積，P為冷卻水的密度。
[0015](三)有益效果
[0016]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果:利用該冷卻水水壓自動控制裝置，可以使泡生法藍(lán)寶石長晶設(shè)備的冷卻水系統(tǒng)進(jìn)出水壓力變化控制在0.01度以內(nèi)，減少了水壓波動對晶體生長過程的影響，提高了晶體生長的質(zhì)量。

【附圖說明】

[0017]圖1為長晶設(shè)備的原理框圖；
[0018]圖2為冷卻水壓力自動控制算法的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合具體的實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步展開說明，但需要指出的是，本發(fā)明所要求保護(hù)的結(jié)構(gòu)并不限于實(shí)施例及說明書附圖中的具體結(jié)構(gòu)。對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以推知的其他結(jié)構(gòu)形式，亦屬于本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
[0020]一種泡生法藍(lán)寶石長晶設(shè)備的冷卻水壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)，包括安裝在冷卻出水口3的壓力傳感器4，可以檢測冷卻水的出口壓力，還包括安裝在冷卻進(jìn)水口 2的電子流量閥5，可調(diào)節(jié)冷卻水的流量大小，以及進(jìn)行集中控制的PLC控制器，其中，所述的壓力傳感器4、電子流量閥5與所述的PLC控制器通過信號線連接和通信。
[0021]所述的壓力傳感器4的精度達(dá)到0.01兆帕，具有數(shù)字接口可與所述的PLC控制器進(jìn)行數(shù)字通信。所述的電子流量閥5的調(diào)節(jié)精度達(dá)到I升/秒，具有數(shù)字接口可與所述的PLC控制器進(jìn)行數(shù)字通信。
[0022]所述的PLC控制器內(nèi)部設(shè)置冷卻水壓力自動控制算法，所述的冷卻水壓力自動控制算法包括以下步驟:
[0023]步驟一:調(diào)節(jié)所述的電子流量閥5的流量為Q，使所述的壓力傳感器4達(dá)到P。；
[0024]壓力值P。為額定工作壓力。
[0025]步驟二:檢測所述的壓力傳感器4，獲得出水壓力P1，并計(jì)算壓力偏差Λ P= P1-P0,如果Λ P的絕對值大于0.01兆帕，則進(jìn)入步驟三；
[0026]在步驟二中，所述的壓力傳感器4不間斷地檢測冷卻水的出口壓力，如果壓力發(fā)生偏離，則進(jìn)入步驟三進(jìn)行處理。
[0027]步驟三:調(diào)節(jié)所述的電子流量閥的流量，調(diào)節(jié)量Λ Q=-S2A P/ ( P Q),然后返回步驟二，其中，S為所述的冷卻進(jìn)水口的截面積，P為冷卻水的密度。
[0028]根據(jù)伯努利方程，P+P gh+P V2/2=C，其中，g為重力加速度，V為流速，h為所在高度，C是一個(gè)常量，而管道的高度是固定的，所以也可以認(rèn)為h是一個(gè)常量。對該公式進(jìn)行兩w )
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【權(quán)利要求】
1.一種泡生法藍(lán)寶石長晶設(shè)備的冷卻水壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)，其特征在于，包括安裝在冷卻出水口的壓力傳感器，安裝在冷卻進(jìn)水口的電子流量閥，進(jìn)行集中控制的PLC控制器，其中，所述的壓力傳感器、電子流量閥與所述的PLC控制器通過信號線連接和通信。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種泡生法藍(lán)寶石長晶設(shè)備的冷卻水壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的壓力傳感器的精度達(dá)到0.0l兆帕，具有數(shù)字接口可與所述的PLC控制器進(jìn)行數(shù)字通信。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種泡生法藍(lán)寶石長晶設(shè)備的冷卻水壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的電子流量閥的調(diào)節(jié)精度達(dá)到I升/秒，具有數(shù)字接口可與所述的PLC控制器進(jìn)行數(shù)字通信。
【文檔編號】C30B17-00GK204281887SQ201420705326
【發(fā)明者】劉瑜, 陳曉玲 [申請人]杭州晶一智能科技有限公司