一種高精密溫控裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開一種高精密溫控裝置,包括雙級無接觸磁力攪拌機構、外桶、強力磁性攪拌機臺、溫度探頭、電加熱棒、PID溫控系統(tǒng)及桶蓋,雙級無接觸磁力攪拌機構包括框架、燒杯、磁性攪拌子,燒杯放在框架內,燒杯內底部放置磁性攪拌子,溫度探頭安裝在燒杯的外壁上,雙級無接觸磁力攪拌機構整體放在外桶內,外桶整體放在強力磁性攪拌機臺上,電加熱棒放置在外桶內,電加熱棒及溫度探頭的導線一起接入到PID溫控系統(tǒng),桶蓋蓋在外桶上。本實用新型的優(yōu)點在于:使用該高精密溫控裝置,溫控精度和溫度均勻性均能達到0.02℃,應用于對控溫精度要求高的場合。
【專利說明】一種高精密溫控裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及溫控裝置,尤其涉及一種高精密的溫控裝置。
【背景技術】
[0002]目前制作周期極化鈮酸鋰波導芯片的制作工藝相對比較復雜,國內具有制作周期極化鈮酸鋰波導芯片完整工藝能力的廠家非常的少,主要原因除了制作成本高之外,其制作工藝也非常的復雜。而質子交換是周期極化鈮酸鋰波導芯片制作工藝的其中的一個重要制作環(huán)節(jié)。
[0003]鈮酸鋰波導芯片在做質子交換時,需要將芯片放置在120?220°C左右的苯甲酸溶液中,產(chǎn)生質子交換過程的原理是將苯甲酸溶液中的氫離子(質子)擴散到晶片中,替代晶格中的鋰離子。質子交換過程一般需要24小時左右才能完成,在此過程中,苯甲酸溶液的溫度均勻性需要能夠達到0.02°C,其主要原因是質子交換過程中擴散的均勻性將影響和決定最后成品的鈮酸鋰光波導傳輸損耗。溫度的高低主要影響質子交換速率的快慢,但溫度的均勻性將直接影響最后成品的光波導的傳輸損耗。
[0004]現(xiàn)有技術中,如發(fā)明專利《一種質子交換工藝隔離控溫裝置》(專利號為201010259963.5)公開了一種控溫裝置,其特點是使用雙層空氣隔熱結構,利用磁力攪拌/旋轉及上下抖動裝置實現(xiàn),僅可滿足溫控精度為rc、溶液溫度梯度小于TC的工藝要求,遠遠達不到溫控精度和溫度均勻性為0.02°C的需求。
實用新型內容
[0005]本實用新型的所要解決的技術問題在于提供一種溫控精度和溫度均勻性均能達到0.02°C的高精密溫控裝置。
[0006]本實用新型采用以下技術方案解決上述技術問題的:一種高精密溫控裝置,包括外桶(15)、強力磁性攪拌機臺(17)、溫度探頭(18)、電加熱棒(20)、PID溫控系統(tǒng)(21)以及桶蓋(22),外桶(15)整體放在強力磁性攪拌機臺(17)上,電加熱棒(20)放置在外桶(15)內,電加熱棒(20)的通電導線及溫度探頭(18)的導線一起接入到PID溫控系統(tǒng)(21)之中,桶蓋(22)蓋在外桶(15)上,其改進點在于:還包括雙級無接觸磁力攪拌機構,所述雙級無接觸磁力攪拌機構包括框架(I)、旋轉主軸(2)、一級磁鐵組(3)、二級磁鐵組(4)、攪拌葉輪
(5)、墊塊(6)、燒杯(7)、磁性攪拌子(8),所述框架(I)由一分隔部(101)分成上下兩部分,墊塊(6)固定在框架(I)內的分隔部(101)的上方,燒杯(7)放在墊塊(6)上,燒杯(7)內底部放置磁性攪拌子(8),溫度探頭(18)安裝在燒杯(7)的外壁上,所述雙級無接觸磁力攪拌機構整體放在外桶(15)內,電加熱棒(20)位于雙級無接觸磁力攪拌機構的外圍,一級磁鐵組(3)和二級磁鐵組(4)分別固定安裝在旋轉主軸(2)的下端和上端,攪拌葉輪(5)固定安裝在旋轉主軸(2)的中段,且一級磁鐵組(3)、二級磁鐵組(4)、攪拌葉輪(5)與磁性攪拌子(8)同軸放置,旋轉主軸(2)可轉動的安裝在分隔部(101),攪拌葉輪(5)和一級磁鐵組(3)位于框架(I)內的分隔部(101)的下方,二級磁鐵組(4)位于框架(I)內的分隔部(101)的上方,且位于燒杯(7)的正下方。使用時,在所述燒杯(7)內和外桶(15)內根據(jù)需要放入溶液,構成雙層油浴結構。
[0007]具體的,可以用螺釘將墊塊(6)固定在框架(I)上,也可以采用粘結、卡扣等現(xiàn)有的各種固定方式。
[0008]為了使燒杯(7)放置的更穩(wěn)固,墊塊(6)最好設置成三個或者三個以上。
[0009]外桶(15)及桶蓋(22)外可以包裹上隔熱保溫層(16)。
[0010]作為優(yōu)化的方案,所述四個溫度探頭(18)安裝在燒杯(7)外壁的上下左右四個位置。
[0011]作為優(yōu)化的方案,所述電加熱棒(20)彎成W形狀。
[0012]當本實用新型所述的高精密溫控裝置用于質子交換時,燒杯(7)上蓋有密封蓋
(11),裝有鈮酸鋰波導芯片(9)的樣品籃(10)用吊繩吊在密封蓋(11)上,樣品籃(10)底部開孔。
[0013]為了使燒杯(7)的密封性更好,密封蓋(11)內與燒杯(7)接觸的位置裝有密封圈
(12)。
[0014]為了方便密封蓋(11)的打開,密封蓋(11)上部裝有把手(13)。
[0015]所述磁性攪拌子(8)外包裹有耐高溫耐腐蝕的塑料,避免了由于磁性材料直接接觸燒杯(7)內溶液而對其產(chǎn)生污染。
[0016]本實用新型的優(yōu)點在于:采用本實用新型的裝置,溫控精度和溫度均勻性均能達到0.02°C,應用于對控溫精度要求高的場合。
[0017]本實用新型的裝置特別適合為生產(chǎn)周期極化鈮酸鋰波導芯片提供質子交換工藝及高精密溫控,實現(xiàn)高精度的同時無污染。具體表現(xiàn)為:
[0018]1、使用時,將苯甲酸溶液置入燒杯中,硅油置入外桶中,該裝置使硅油和苯甲酸構成雙層油浴,相對于現(xiàn)有技術中使用空氣作為隔熱層,硅油可作為加熱介質,且液體導熱性較好,可使內層的苯甲酸溶液均勻受熱,同時為內層的苯甲酸溶液達到保濕的效果;實驗結果表明,使用雙層油浴結構,溫控精度高,溫度均勻性好,可以達到0.02°C,比現(xiàn)有技術的溫控精度1°C高出兩個數(shù)量級;
[0019]2、采用雙級無接觸磁力攪拌機構,且磁性攪拌子外包裹有耐高溫耐腐蝕的塑料(比如特氟龍),避免了由于直接接觸而對苯甲酸溶液產(chǎn)生污染;
[0020]3、使用W形狀的電加熱棒,在加熱時可以增加與硅油的接觸面積,達到橫向、縱向的均勻加熱。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1為本實用新型高精密溫控裝置中雙級無接觸磁力攪拌機構圖;
[0022]圖2是在圖1的基礎上加上外桶及保溫層、磁性轉臺示意圖;
[0023]圖3是高精密溫控裝置的完整結構示意圖;
[0024]圖4是電加熱棒結構示意圖,其中圖4a是主視圖,圖4b是俯視圖,圖4c是立體結構圖;
[0025]圖5是雙級磁鐵組和磁性攪拌子示意圖;
[0026]圖6是本實用新型中的樣品籃結構示意圖,其中圖6a是主視圖,圖6b是右視圖,圖6c是立體結構圖;
[0027]圖7是本實用新型中攪拌轉速分別在140、160、180、200、220RPM時,在120分鐘內的溫度波動圖。
【具體實施方式】
[0028]以下結合附圖對本實用新型進行詳細的描述。
[0029]請參閱圖1至圖3所示,本實用新型高精密溫控裝置包括雙級無接觸磁力攪拌機構、外桶15、隔熱保溫層16、強力磁性攪拌機臺17、溫度探頭18、電加熱棒20、PID溫控系統(tǒng)21以及桶蓋22,所述雙級無接觸磁力攪拌機構包括框架1、旋轉主軸2、一級磁鐵組3、二級磁鐵組4、攪拌葉輪5、墊塊6、燒杯7、磁性攪拌子8、密封蓋11、密封圈12、把手13。
[0030]雙級無接觸磁力攪拌機構的具體連接及位置關系如下:所述框架I由一分隔部101分成上下兩部分,墊塊6固定在框架I內的分隔部101的上方,具體的,可以用螺釘將墊塊6固定在框架I上,也可以采用粘結、卡扣等現(xiàn)有的各種固定方式。燒杯7放在框架I內的墊塊6上,為了使燒杯7放置的更穩(wěn)固,墊塊6最好設置成三個或者三個以上。一級磁鐵組3和二級磁鐵組4分別固定安裝在旋轉主軸2的下端和上端,攪拌葉輪5固定安裝在旋轉主軸2的中段。旋轉主軸2可轉動的安裝在分隔部101,攪拌葉輪5和一級磁鐵組3位于框架I內的分隔部101的下方,二級磁鐵組4位于框架I內的分隔部101的上方,且位于燒杯7的正下方。燒杯7內底部放置磁性攪拌子8,且與一級磁鐵組3、二級磁鐵組4、攪拌葉輪5同軸放置。燒杯7上蓋有密封蓋11,為了使燒杯7的密封性更好,密封蓋11內與燒杯7接觸的位置裝有密封圈12,為了方便密封蓋11的打開,密封蓋11上部裝有把手13。
[0031]溫度探頭18安裝在燒杯7的外壁上,所述雙級無接觸磁力攪拌機構整體放在外桶15內,外桶15外可以包裹上隔熱保溫層16,外桶15整體放在強力磁性攪拌機臺17上。電加熱棒20放置在外桶15內,位于雙級無接觸磁力攪拌機構的外圍,電加熱棒20的通電導線及溫度探頭18的導線一起接入到PID溫控系統(tǒng)21之中,桶蓋22蓋在外桶15上,桶蓋22外可以包裹上隔熱保溫層16,外桶15采用無磁性材料。
[0032]這里需要說明的是,四個溫度探頭18是安裝在燒杯7外壁的上下左右不同位置的,如圖2所示,而不是把溫度探頭18直接放置在燒杯7內的溶液中直接測量溫度,原因有二:其一,由于溶液大多對于電子溫度探頭18有腐蝕性,會造成電子儀器的破壞;其二,如果將溫度探頭18放置在燒杯7內部的溶液中,會對溶液造成污染,如果該裝置用于質子交換,則會影響質子交換的純凈度。由于溫度探頭18緊貼在燒杯7的外壁,且分別放置在燒杯7的上下左右不同位置,當四個溫度探頭18反饋溫度在某一具體溫度(例如125°C )±0.02°C的范圍內,則可以認為燒杯7內部的溶液的溫度也在(125±0.02)°C的范圍內。
[0033]所述電加熱棒20的結構圖如圖4所示,彎成W形狀,以增加與裝在外桶15內的溶液19的接觸面積,以保證加熱時溫度在橫向、縱向的均勻分布,可使溶液19中的溫度均勻性更好。
[0034]該高精密溫控裝置的安裝過程如下所述。
[0035]如圖1所示,首先將框架I搭建好,將墊塊6固定在框架I上,將旋轉主軸2與一級磁鐵組3、二級磁鐵組4、攪拌葉輪5 —起安裝到框架I上;然后將裝好溶液14的燒杯7放在框架I內,直接接觸到墊塊6,并將磁性攪拌子8放入溶液14內,磁性攪拌子8與旋轉主軸2、一級磁鐵組3、二級磁鐵組4、攪拌葉輪5同軸放置,直接接觸燒杯7的底端,如圖5所示;再將需要控溫的產(chǎn)品放置在燒杯7之中,蓋上密封蓋11。參閱圖2,將裝好的雙級無接觸磁力攪拌機構(如圖1所示)安裝上溫度探頭18,然后將整個雙級無接觸磁力攪拌機構部分放入到外桶15中,桶外包裹上隔熱保溫層16,將外桶15整體放在強力磁性攪拌機臺17上。繼續(xù)參閱圖3,在外桶15內加入溶液19,然后將電加熱棒20放置在外桶15內,浸沒在溶液19中,位于雙級無接觸磁力攪拌機構的外圍,將電加熱棒20的通電導線及溫度探頭18的導線一起接入到PID溫控系統(tǒng)21之中,蓋上桶蓋22,桶蓋22外包裹上隔熱保溫層16。
[0036]PID溫控系統(tǒng)21可通過“探測-反饋-調節(jié)-再探測”的方法,使得雙層油浴結構中的溶液19的溫度均勻性保持在±0.02°C,進而保持燒杯7內的溶液14的溫度均勻性控制在 ±0.02。。。
[0037]本實用新型所述的高精密溫控裝置,在開啟強力磁性攪拌機臺17后,將帶動固定在外桶15上的旋轉主軸2轉動,與旋轉主軸2連帶的一級磁鐵組3、二級磁鐵組4及攪拌葉輪5同軸轉動,二級磁鐵組4利用旋轉磁場,進一步帶動位于盛放溶液14的燒杯7內的磁性攪拌子8同軸轉動。
[0038]當本實用新型所述的高精密溫控裝置用于質子交換時,所述燒杯7內放入苯甲酸溶液14,裝有鈮酸鋰波導芯片9的樣品籃10用吊繩吊在密封蓋11上,樣品籃10底部有細小圓孔102,如圖6所示,可使苯甲酸溶液14完全滲透到樣品籃10中,裝有鈮酸鋰波導芯片9的樣品籃10在苯甲酸溶液14中的位置,要使得鈮酸鋰波導芯片9完全浸泡在苯甲酸溶液14中。所述外桶15內放入硅油19。
[0039]因為苯甲酸溶液14的升華溫度小于110°C,而加工中使用的溫度在120?220°C范圍內,所以盛放苯甲酸溶液14的燒杯7必須使用密封蓋11進行密封,避免苯甲酸升華滲出。
[0040]硅油19即使在120?220°C左右也有一定的粘性,所以用攪拌葉輪5進行攪拌;燒杯7中的苯甲酸溶液14中則使用一個磁性攪拌子8進行攪拌。磁性攪拌子8的攪拌速率優(yōu)選的可維持在140?220RPM左右,這樣做可以防止局部溶液過熱,而且不形成渦流,保證液溫均勻分布。
[0041]所述磁性攪拌子8外包裹有耐高溫耐腐蝕的塑料,比如特氟龍,避免了由于磁性材料直接接觸苯甲酸溶液14而對苯甲酸溶液14產(chǎn)生污染。
[0042]圖7為本實用新型所述的溫控裝置應用在質子交換時在轉速分別為140、160、180、200、220RPM時,120分鐘以內的溫度波動圖,其數(shù)據(jù)從圖2中四個溫度探頭18得出。從圖7中可以明顯看出,苯甲酸溶液14的溫控精度完全控制在0.02°C以內,因此本溫控裝置完全可以達到在質子交換過程中所需的高溫控精度、低溶液溫度梯度的工藝要求。
[0043]以上所述僅為本實用新型創(chuàng)造的較佳實施例而已,并不用以限制本實用新型創(chuàng)造,凡在本實用新型創(chuàng)造的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等,均應包含在本實用新型創(chuàng)造的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種高精密溫控裝置,包括外桶(15)、強力磁性攪拌機臺(17)、溫度探頭(18)、電加熱棒(20)、PID溫控系統(tǒng)(21)以及桶蓋(22),外桶(15)整體放在強力磁性攪拌機臺(17)上,電加熱棒(20)放置在外桶(15)內,電加熱棒(20)的通電導線及溫度探頭(18)的導線一起接入到PID溫控系統(tǒng)(21)之中,桶蓋(22)蓋在外桶(15)上,其特征在于:還包括雙級無接觸磁力攪拌機構,所述雙級無接觸磁力攪拌機構包括框架(I)、旋轉主軸(2)、一級磁鐵組(3)、二級磁鐵組(4)、攪拌葉輪(5)、墊塊(6)、燒杯(7)、磁性攪拌子(8),所述框架(I)由一分隔部(101)分成上下兩部分,墊塊¢)固定在框架(I)內的分隔部(101)的上方,燒杯(7)放在墊塊(6)上,燒杯(7)內底部放置磁性攪拌子(8),溫度探頭(18)安裝在燒杯(7)的外壁上,所述雙級無接觸磁力攪拌機構整體放在外桶(15)內,電加熱棒(20)位于雙級無接觸磁力攪拌機構的外圍,一級磁鐵組(3)和二級磁鐵組(4)分別固定安裝在旋轉主軸(2)的下端和上端,攪拌葉輪(5)固定安裝在旋轉主軸(2)的中段,且一級磁鐵組(3)、二級磁鐵組(4)、攪拌葉輪(5)與磁性攪拌子(8)同軸放置,旋轉主軸(2)可轉動的安裝在分隔部(101),攪拌葉輪(5)和一級磁鐵組(3)位于框架(I)內的分隔部(101)的下方,二級磁鐵組(4)位于框架(I)內的分隔部(101)的上方,且位于燒杯(7)的正下方。
2.如權利要求1所述的一種高精密溫控裝置,其特征在于:所述墊塊(6)為至少三個。
3.如權利要求1所述的一種高精密溫控裝置,其特征在于:所述外桶(15)及桶蓋(22)外包裹上隔熱保溫層(16)。
4.如權利要求1所述的一種高精密溫控裝置,其特征在于:所述溫度探頭(18)有四個,分別安裝在燒杯(7)外壁的上下左右四個位置。
5.如權利要求1所述的一種高精密溫控裝置,其特征在于:所述電加熱棒(20)彎成W形狀。
6.如權利要求1至5任一項所述的一種高精密溫控裝置,其特征在于:所述燒杯(7)上蓋有密封蓋(11),裝有鈮酸鋰波導芯片(9)的樣品籃(10)用吊繩吊在密封蓋(11)上,樣品籃(10)底部開孔。
7.如權利要求6所述的一種高精密溫控裝置,其特征在于:所述密封蓋(11)內與燒杯(7)接觸的位置裝有密封圈(12)。
8.如權利要求6所述的一種高精密溫控裝置,其特征在于:所述密封蓋(11)上部裝有把手(13)。
9.如權利要求6所述的一種高精密溫控裝置,其特征在于:所述磁性攪拌子(8)外包裹有耐高溫耐腐蝕的塑料。
【文檔編號】G05D23/30GK204009630SQ201420416587
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年7月25日 優(yōu)先權日:2014年7月25日
【發(fā)明者】謝秀平, 張海亭, 鄭名揚, 代云啟, 申屠國樑, 周飛, 張強 申請人:山東量子科學技術研究院有限公司, 濟南量子技術研究院, 張強