Способ контроля температуры и устройство для его осуществления

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоввтсиикСоциалистичвсиииРвслублии щ 899739(22) Заявлено 23,06.80(2 т) 2944698/22-26с присоединением заявки рйле делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения Л, С. Кременчугский, Ю. К. Лингарт и С. К. С и туХ, ":-иОраенв Трудового Краевого Знамени ивотитут тиеиииАН Украинской ССР(54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУРЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУШЕСТВЛЕНИЯ Изобретение относится к контролю технологии выращивания высокотемпературных монокристаллов бесконтактным способом. Известен способ определения положения расплавленной эоны в процессе зонной перекристаллизации, осуществляемый в герметичной камере со смотровыми окнами, который основан на сравнении интенсивности излучения расплава и прилегающихтО к нему твердых участков перекристаллиэуемого образца, воспринимаемого приемником излучения фотоэлектрическойсистемы 11 .1Недостатком этого способа является то, что эа период времени, в течение которого осуществляется визирование обьекта в двух исследовательных точках, температурное поле претерпевает сущест 20 венные изменения и показания положения фрон го кристаллизации не соответствуют положению в данный момент времени. Крою. гого, результат измерения эависит от излучательной способности иссле- дуемого объекта.. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способопределения положения расплавленнойзоны в процессе зонной перекристаллизации. Способ включает сравнение интенсивностей излучения расплава и прилегающих к нему участков кристаллизуемого образца, воспринимаемых приемникомизлучения.Этот способ позволяет измерить псъложение границы между твердой частью образца и расплавом с точностью, не зависящей от степени запыленности смотрового окнаСпособ осуществляют устройством для определения положения расплавленнойзоны в процессе кристаллизации, содержащем приемник излучения с оптической системой и усилительно-преобразовательный блок 2).Недостатком укаэанных способа и устройства является необходимость пере 899739. юстировки прибора для измерения в двух точках исследуемого объекта, а также зависимость результата измерения от излучательной способности исследуемого объекта. 5Цель изобретения - повышение очности и измерение абсолютного значения градиента температур.Указанная цель достигается техническим решением, представляющим собойО новый способ контроля температуры вблизи фронта кристаллизации, включающий сравнение интенсивностей излучения раоплава и прилегающих к нему участков кристаллжзуемого образца воспринимае мых приемником излучения, осуществление которого обуславливается применением устройства новой конструкцииПредлагаемый способ отличается отизвестного способа тем, что после сравнения одновременно определяют значениеразности и суммы сигналов, получаемыхс приемника излучения, вычисляют отношение этих величин и умножают получен 25ное значение на величину, равную половине значения температуры кристаллизации,Такой способ может быть осуществленустройством новой конструкции для контроля температуры вблизи фронта кристаллизации, содержащим приемник излученияс оптической системой и усилительнопреобраэовательный блок.Отличие устройства, позволяющееосуществить новый способ, состоит в том,что приемник излучения содержит пластину из пироактивного материала, на однойстороне которой расположен облучаемыйэлектрод, на противоположной - два необлучаемых электрода, а усилительнопреобразовательный блок содержит сумматор, блоки вычитания и умножения,при этом входы сумматора и блока вычитания соединены с необлучаемыми элект- н 5родами, а их выходы подключены к блокуумножения.На фиг. 1 изображена блок-схема устройства; на фиг. 2 - пироэлектрическийприемник излучения, 5 ОУстройство содержит модулятор 1,фокусирующую систему 2, приемник 3излучения, сумматор 4, блок 5 вычитанияблок 6 умножения, у пироэлектрическогоприемника на облучаемой стороне пластаны расположен узкий электрод 7, на не,облучаемой - узкие электроды 8 и 9,У асположенные под углом к электроду 7,исследуемый объект 10, с фронтом 11кристаллизации и точками А и В, излучение от которых падает на пироактивныеучастки образованные электроаами,Устройство работает следующим образом.Излучение от двух точек вблизи фронта кристаллизации с помощью фикусирующей системы 2 проектируется на заземленный облучаемый электрод 7 приемника 3. Снимаемые с необлучаемых электродов 8 и 9 сигналы поступают на сумматор 4 и блок 5 вычитания, а затемна блок 6 умножения, где происходитумножение сигнала на постоянную величину - половинное значение температуры кристаллизации.Сущность способа заключается вследующем,В процессе кристаллизации, осуществляемом в герметичной камере со смотровым окном, излучение двух участков исследуемого объекта, один из которыхнахоаится вблизи от фронта кристаллизации А, а второй в направлении градиентатемператур В, попадает на чувствительные элементы приемника излучения. Возникающие сигналы от двух участков объекта А и В можно записатьгде ТА и Т - абсолютные значениятемператур участков А,и В;К - коэффициент преобразования устройства в целом;Ьс и А - коэффициенты, зависящие от/испускательной и поглощательной способности объекта, приемника, степени запыленностисмотрового окна, а такжеот геометрии излучения участка объекта и приемной площадки чувствительного элемента.При измерении градиента температур выбираются участки, находящиеся на небольшом расстоянии, так чтот: т,т дтгде ДТТА ит (2)т,=т,Тогда можно получить после разложения и сокращения членов более высоких порядков малости5 899739При этом отношение регистрируемое ф о р м у л авыходным приборомЪ:.ъ, ат(4)1. Способ кЧр+Чв Тр зи фронта крис5 с ввнение инте 6изобретения Так квк температура кристаллизации вещества Тг является известной физической константой, а измеряемые участ- киА и В находятся вблизи фронта кристалли. зации и их температуры согласно неравен ству (2) вблизи к Т, умножая выражение (4) на половиннса значение температуры кристаллизации -фполучим абсолютТ2ную разность - градиент температур ЬТ. Как видно иэ вышеизложенного, резуль тат измерения не зависит от излучательной способности объекта и поглощатедьной способности приемника.Предлагаемым способом выращивают кристаллы лейкосапфира, алюмоитровые що и желеэоитровые гранаты, спинели, температура плавления которых 1000 С и выше. Величина температурного градиента составляет (10 - 40) К/С, Точность поддержания с точки зрения технологии 25 1 К/С.Использование данного способа и устройство для определения абсолютного значения градиента температур вблизи фронта кристаллизации позволит повысить точность измерения при контроле и уцрввлении процессом кристаллизации. В настоящее время процесс ведется по косвеннымпараметрам: мощности или напряжениюив нагревателе, по ширине эоны расплава 35и визуальной оценке положения фронтакристаллизации. Объективный контрольза ростом вышеуказанных материаловотсутствует, в связи с чем выход годнойпродукции составляет 50-60%. При испо льзовании предлагаемого способа и устройства процент выкоаа повышается цо 80-9 у,онтроля температуры вблиталлизвции, включающийР нсивностей излучения рвсплава и прилегающих к нему участковкриствллизуемого образца, воспринимаемых приемником излучения, о т л и ч в ю ш и й с я тем, что, с целью повыше ния точности и измерения абсолютного значения градиента температур, после сравнения одновременно оиредедяют значение разности и суммы сигналов, получаемых с приемника излучения, вычисляют отношение этих величин и умножают полученное значение на величину, равную половине значения температуры кристаллизации. 2. Устройство для осуществления сцособа по и. 1, содержащее приемник излучения с оптической системой и усилительно-преобразовательный блок, о т л ич а ю щ е е с я тем, что приемник излучения содержит пластину иэ пировктивного материале, на одной стороне когорой расположен облучаемый электрод, на противоположной - два необлучаемых . электрода, в усилительно-преобразовательный блок содержит сумматор, блоки вычитания и умножения, при этом входы сумматора и блока вычитания соединены с необлучаемыми электродами, а их выходы подключены к блоку умножения,а Источники информации,принятые во внимание прн экспертизе 1, Вильке К. Т. Выращивание кристал" лов, Л., "Недра, 1977, с. 81, 2. Авторское свидетельство СССР. Домбровсйвес Составитель ехред М, Редактор А. Ша ектор Г. Назаров аказ 12098/3 Подписноеного комитета СССРний и открытий35, Раушская наб., д. 4/5 9 Тираж 37 ИПИ Государстве ло делам изобрет 035, Москва, Ж лиал ППП Патент, г, Ужгород, ул. Проектная, 4