Устройство для поддержания и регулирования температуры в индукционных ростовых установках

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИН А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПОДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНЯТИИ(7 Опытно-производственное предприятие по изготовлению уникальных физических приборов и оборудования Научно-технического объединения АН СССР (72) В.Н.Матросов, А.И.Старцев, А.И.Алимпиев и Т.А.Матросова (53) 66.912-52(088.8).(56) Высокоточный регулятор температуры ВРТ. Техническое описание и инструкция по эксплуатации, Вильнюс, 1979.Установка индукционная "Кристалл" ЗНУ.269.020 РЭ. Руководство по эксплуатации. Таганрогский завод электротермического оборудования, 1985.(54) УСТРОЙСТВО ДНЯ ПОДДЕРЖАНИЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ В ИНДУКЦИОННЫХ РОСТОВЫХ УСТАНОВКАХ (57) Изобретение относится к технике высокочастотного нагрева, в частности к устройствам для поддержания температуры в установках для выращивания кристаллов, и позволяет повысить точи) БО (в 1 44 25 6 ность поддержания и регулирования температуры в ростовых индукционныхустановках. Устройство состоит из последовательно соединенных датчикавходного сигнала, блока усиления,блока сравнения входного сигнала ссигналом задатчика с параллельно соединенным с ним блоком задатчика, блока усиления разностного сигнала,блока управления высокочастотнымпреобразователем, высокочастотногопреобразователя и индуктора, Новизнаизобретения заключается в том, чтов качестве датчика входного сигналаиспользуется металлический цилиндрс закрепленным на его поверхности угорячим спаем регулирующей термопары.Цилиндр отстоит от индуктора на опре ЫГ/деленном расстоянии и его температу- ("ра изменяется по тому же закону, чтои температура тигля. Температуру на- фгрева цилиндра можно изменять, прибли.жая его к индуктору или удаляя отнего, благодаря чему можно для управ- ыления высокотемпературными процесса- Д,ми использовать низкотемпературные рвысокостабильные термопары. 2 ил.Изобретение относится к технике высокочастотного нагрева, в частности к устройству для поддержания и регулирования температуры в установках дпя выращивания кристаллов.Целью изобретения является повыше ние точности поддержания и регулиро" вания температуры в ростовых индук" ционных установках. 10 На фиг. представлена камера ростовой установки, общий вид; на фиг.2 - блок-схема устройства для поддержания и регулирования температуры. 15Устройство для поддержания и регу" лирования температуры в индукционных ростовых установках содержит шток 1 вытягивания, камеру 2 установки, индуктор 3 затравку 4, кристалл 5, ти гель 6, керамическую подставку 7 пьедестал 8, термопару 9, керамический стакан 10, теплоизолирующий порошок 11, цилиндр 12, опору 13, датчик 14 входного сигнала, блок 15 уси ленин, блок 16 сравнения, блок 17 задатчика, блок 18 усиления разности сигналов, блок 19 управления высокочастотным преобразователем, высокочастотньш преобразователь 20, ин дуктор 21.Устройство работает следующим образом.Датчик входного сигнала состоит из термопары 9, помещенной в керамический стакан 10 и утепленной диэлектрическим порошком 11. Горячий спай термопары закреплен (припаян или зачеканен) на поверхности металлического цилиндра 12. Керамический стакан 40 10 установлен на опоре 13, которая может перемещаться в горизонтальном направлении относительно индуктора 3 с целью изменения расстояния А.Сигнал от темопары-датчика 14 входного сигнала поступает на соединенный последовательно блок 15 усиления и подается на блок 16 сравнения, где сравнивается с сигналом задания блока 17 задатчика, подсоединенного параллельно. Цилиндр 12 может быть выполнен из любого металла, воспринимающего электромагнитное поле, выдерживающего рабочую температуру цилиндра и атмосФеру, в которой проводится процесс выращивания кристаллов молибден, титан, никель и т.д.). Оптимальныеразмеры цилиндра 12: диаметр 20- 40 мм, высота,40-60 им, толщина стенки 0,3-1,0 мм, обеспечивают необходимую для регулирования ЭДС термопары 9.Керамический стакан 10 может бытьвыполнен из Ы Оэ, МБО, БхО и другихматериалов, выдерживающих рабочиетемпературы цилиндра 12. Размеры ста"кана 10 должны быть таковы, чтобы между стенками цилиндра и стакана 10 образовался зазор 5"О мм.В качестве теплоизолирующего порошка 11 может быть использован любойтеплоизолирующий порошок, выдерживающий рабочую температуру цилиндра 12600-1000 С.В качестве термопары может применяться любая термопара, работающаястабильно при рабочих температурахцилиндра 12 и длительно выдерживающая атмосФеру ростовой камеры, например платино-родий-платиновая ПП,которая приваривается к цилиндру.Подставка может быть выполнена изметалла или диэлектрического мате.риала и имеет возможность горизонтального перемещения относительно индуктора для изменения расстояния А(Фиг,) между продольной осью кера-.мического стакана 10 и продольнойЪосью индуктора 3, которое выбираетсяс таким расчетом, чтобы при температуре плавления выращиваемого соединения температура цилиндра 2 равнялась600- 1000 С. Ниже 600 С сигнал термопары 9 может быть недостаточным длястабильной работы системы регулироР,вания температуры. Выше 1000 С температура нежелательна, так как можетпривести к значительным нагрузкам натермопаре 9 и снизить ее срок службы,Экспериментально установлено, чтопри расстоянии А (К+г)+5 мм, где К -радиус индикатора; г - радиус керамического стакана, могут возникатьэлектрические пробои между индуктором3 и цилиндром 12 с отключением установки. При расстоянии А)К+г)+30 ммослабевает напряженность электромагнитного поля, увеличивается инерционность системы регулирования, ухудшается точность поддержания и регулирова"ния температуры, кристаллы растут более деФектными. Термопара 9 подключена к схеме ре-. гулирования и поддержания температуры ростовой установки. В тигле 6 растет кристалл 5. Тигель 6 нагревает14425ся за счет электромагнитного поля индуктора 3, этим же полем нагревается и цилиндр 12 устройства, в результате чего на термопаре возникает ЗДС1 5 которая подается в схему регулирования и сравнивается с сигналом задания. Если эти сигналы равны, система поддерживает параметры высокочастотного преобразователя заданными. Если 1 О в питающей электрической системе происходит снижение напряжения, уменьшаются параметры преобразователя, уменьшается температура на тигле 6 и цилиндре 12, так как они связаны одним 15 электромагнитным полем индуктора 3, ЭДС термопары 9 уменьшается и становится меньше заданной. В системе регулирования появляется сигнал рассогласования, равный разности сигнала за О дания и сигнала термопары, который поступает на блок управления преобразователя и изменяет параметры его так, что на тигле 6 и цилиндре 12 установится заданная температура, ко Б торую схема регулирования поддержива-, ет до очередного возмущения системы. Если происходит повышение напряжения питающей сети, что вызовет повышение температуры тигля 6 и цилиндра 12, ЗО 664то устройство понижает температурудо заданной.Формула изобретения Устройство для поддержания и регулирования температуры в индукционных ростовых установках, состоящее из последовательно соединенных датчика входного сигнала, блока усиления, блока сравнения сигнала с сигналом задания с параллельно подсоединенным к нему блоком задатчика, блока усиления разностного сигнала, блока управления высокочастотным преобразователем, высокочастотного преобразователя и индуктора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности поддержания и регулирования температуры, датчик входного сигнала выполнен в виде металлического цилиндра с закрепленным на его поверхности горячим спаем регулирующей термопары, причем цилиндр помещен в керамический стакан, заполненный порошком из высо" котемпературного диэлектрического материала, и расположен яа .расстоянии от оси индуктора так, что его продольная ось параллельна касательной к виткам индуктора.,д.4 ужгород, ул ктная,24 ТиражВНИИПИ Государственногпо делам изобретений3035, Москва, Ж, Рауш оизводственно-полиграфическое предпри 65 Подписнокомитета СССР открытий