專利名稱：一種多晶鑄錠爐控制系統(tǒng)的側(cè)溫加熱控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于多晶鑄錠爐技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種多晶鑄錠爐控制系統(tǒng)的側(cè)溫加熱控制裝置。
技術(shù)背景當(dāng)前在各種類型的太陽電池中，晶體硅太陽電池由于其轉(zhuǎn)換效率高、技術(shù)成熟而大規(guī)模的應(yīng)用在各行各業(yè)中。晶體硅太陽能電池是主要采用單晶硅和多晶硅制作而成。而用于生產(chǎn)多晶硅的設(shè)備是多晶鑄錠爐。用于太陽能行業(yè)的多晶硅鑄錠多采用定向凝固技術(shù)，比較常見的有布里曼法、熱交換法、電磁鑄錠法和澆鑄法等四種，在國內(nèi)生產(chǎn)商中，比較普遍的是熱交換法。多晶硅原料在鑄錠爐中加熱到一定溫度，使其全部成熔融狀態(tài)，然后從坩堝底部實(shí)現(xiàn)熱交換，使坩堝內(nèi)的熔融硅內(nèi)部形成了一個(gè)垂直溫度梯度。這個(gè)梯度使坩堝內(nèi)的硅料從底部開始結(jié)晶，實(shí)現(xiàn)從熔體底部向頂部逐步長(zhǎng)晶的過程。由于定向凝固只能是單方向散熱，沿坩堝徑向不能散熱，也即徑向溫度梯度趨于零，而坩堝和熱源又靜止不動(dòng)，因此隨著凝固的進(jìn)行，熱源也即熱場(chǎng)溫度是由底向頂?shù)臏囟葷u冷過程，同時(shí)此間又必須保證無徑向熱流，所以溫場(chǎng)的控制與調(diào)節(jié)施本項(xiàng)目的技術(shù)難度點(diǎn)。一般在坩堝底部會(huì)設(shè)置一熱開關(guān)，熔化時(shí)熱開關(guān)關(guān)閉，起隔絕外界熱交換作用；凝固開始時(shí)熱開關(guān)打開，以實(shí)現(xiàn)坩堝底部快速降溫。長(zhǎng)晶速度受坩堝底部散熱強(qiáng)度控制。然而一些不確定因素的影響，導(dǎo)致在長(zhǎng)晶過程的垂直溫度梯度不均勻，有的梯度過大有的梯度過密，導(dǎo)致長(zhǎng)晶速度難以控制，影響長(zhǎng)晶質(zhì)量，甚至在坩堝內(nèi)出現(xiàn)較為嚴(yán)重的徑向溫度梯度，從而影響生長(zhǎng)質(zhì)量出現(xiàn)微晶。而在現(xiàn)有的多晶鑄錠爐中用于檢測(cè)溫度的只有溫控?zé)犭婑睿錂z測(cè)的坩堝內(nèi)的溫度梯度不夠精準(zhǔn)，并且在坩堝內(nèi)的溫度梯度出現(xiàn)不均勻或者出現(xiàn)徑向溫度梯度時(shí)也不能通過坩堝底部的散熱來進(jìn)行調(diào)節(jié)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有的技術(shù)存在上述問題，提出了一種多晶鑄錠爐控制系統(tǒng)的側(cè)溫加熱控制裝置，該裝置能夠輔助溫控?zé)犭婑畹臏囟葯z測(cè)，并在坩堝內(nèi)的垂直溫度梯度或者徑向溫度梯度出現(xiàn)異常時(shí)能夠及時(shí)進(jìn)行溫度補(bǔ)償，提高長(zhǎng)晶質(zhì)量。本實(shí)用新型通過下列技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)一種多晶鑄錠爐控制系統(tǒng)的側(cè)溫加熱控制裝置，包括設(shè)置于多晶鑄錠爐坩堝外側(cè)的環(huán)形加熱棒，其特征在于，該裝置還包括PLC控制器和若干個(gè)用于檢測(cè)坩堝溫度的紅外測(cè)溫傳感器，所述的紅外測(cè)溫傳感器與PLC控制器的輸入端連接，所述PLC控制器的輸出端通過中間轉(zhuǎn)換電路與上述的環(huán)形加熱棒連接，所述PLC控制器用于接收紅外測(cè)溫傳感器輸送的當(dāng)前實(shí)時(shí)溫度并將該當(dāng)前實(shí)時(shí)溫度與PLC控制器內(nèi)部設(shè)定溫度進(jìn)行比較，并從PLC控制器輸出端輸出相應(yīng)控制信號(hào)。本側(cè)溫加熱控制裝置用于補(bǔ)償坩堝內(nèi)偏離的溫度，使坩堝內(nèi)的溫度梯度保持符合工藝要求的溫度，即通過紅外測(cè)溫傳感器實(shí)時(shí)輔助檢測(cè)坩堝內(nèi)的溫度，在坩堝內(nèi)的垂直溫度梯度或者徑向溫度梯度偏離當(dāng)前設(shè)置的工藝要求的溫度時(shí)，紅外測(cè)溫傳感器檢測(cè)的溫度會(huì)低于PLC控制器內(nèi)設(shè)置的溫度，PLC控制器將差值計(jì)算出來后轉(zhuǎn)化為控制量，該控制量通過中間轉(zhuǎn)換電路使環(huán)形加熱棒加工作直至坩堝內(nèi)的溫度梯度保持符合工藝要求的溫度。在上述的多晶鑄錠爐控制系統(tǒng)的側(cè)溫加熱控制裝置中，所述的中間轉(zhuǎn)換電路為可控硅溫度控制器，所述的PLC控制器輸出端與可控硅溫度控制器連接，所述可控硅溫度控制器的輸出端與上述的環(huán)形加熱棒連接。PLC控制器將控制信號(hào)給可控硅溫度控制器后，可控硅溫度控制器接通環(huán)形加熱棒與電源的連接電路，使環(huán)形加熱棒加熱，直至PLC控制器再無控制信號(hào)發(fā)出。在上述的多晶鑄錠爐控制系統(tǒng)的側(cè)溫加熱控制裝置中，所述紅外測(cè)溫傳感器的數(shù)量為三個(gè)，分別為用于檢測(cè)坩堝上方的垂直溫度的紅外測(cè)溫傳感器一、用于檢測(cè)坩堝側(cè)壁溫度的紅外測(cè)溫傳感器二和用于檢測(cè)坩堝底部中心位置溫度的紅外測(cè)溫傳感器三。采用紅外測(cè)溫傳感器能檢測(cè)整個(gè)坩堝上部、側(cè)部和中部的溫度，準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)坩堝的溫度梯度。 在上述的多晶鑄錠爐控制系統(tǒng)的側(cè)溫加熱控制裝置中，所述的PLC控制器內(nèi)設(shè)有放大電路和A/D轉(zhuǎn)換器，上述的紅外測(cè)溫傳感器一、紅外測(cè)溫傳感器二和紅外測(cè)溫傳感器三分別與PLC控制器內(nèi)的放大電路輸入端連接，放大電路輸出端連接A/D轉(zhuǎn)換器輸入端。在上述的多晶鑄錠爐控制系統(tǒng)的側(cè)溫加熱控制裝置中，所述的PLC控制器的輸出端還連接有用于進(jìn)行手動(dòng)操作的工控計(jì)算機(jī)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本多晶鑄錠爐控制系統(tǒng)的側(cè)溫加熱控制裝置通過增加紅外測(cè)溫傳感器來檢測(cè)坩堝內(nèi)的溫度梯度，并在坩堝內(nèi)的溫度偏離時(shí)控制環(huán)形加熱棒進(jìn)行溫度補(bǔ)償，使坩堝內(nèi)的溫度梯度符合工藝所要求的溫度，使得多晶鑄錠爐的控制系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確控制坩堝內(nèi)的溫度，從而提高長(zhǎng)晶質(zhì)量。

圖I是本實(shí)用新型的電路框圖。圖中，I、環(huán)形加熱棒；2、紅外測(cè)溫傳感器；21、紅外測(cè)溫傳感器一 ；22、紅外測(cè)溫傳感器一 ；23、紅外測(cè)溫傳感器一 ；3、PLC控制器；4、放大電路；5、A/D轉(zhuǎn)換器；6、可控娃溫度控制器；7、工控計(jì)算機(jī)。
具體實(shí)施方式
以下是本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，并結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步的描述，但本實(shí)用新型并不限于這些實(shí)施例。如圖I所示，本多晶鑄錠爐控制系統(tǒng)的側(cè)溫加熱控制裝置，包括環(huán)形加熱棒I、三個(gè)紅外測(cè)溫傳感器2和PLC控制器3等，用于輔助溫控?zé)犭婑畹臏囟葯z測(cè)，并在坩堝內(nèi)的垂直溫度梯度或者徑向溫度梯度出現(xiàn)問題時(shí)能夠及時(shí)進(jìn)行溫度補(bǔ)償，提高長(zhǎng)晶質(zhì)量。具體來說，在多晶鑄錠爐的坩堝外設(shè)置若干根垂直上下排列的環(huán)形加熱棒1，環(huán)形加熱棒I將坩堝包圍住。紅外測(cè)溫傳感器2的數(shù)量為三個(gè)，分別為用于檢測(cè)坩堝上方的垂直溫度的紅外測(cè)溫傳感器一 21、用于檢測(cè)坩堝側(cè)壁溫度的紅外測(cè)溫傳感器二 22和用于檢測(cè)坩堝底部中心位置溫度的測(cè)溫傳感器三23。紅外測(cè)溫傳感器一 21設(shè)置于爐鼎上，紅外測(cè)溫傳感器二 22和紅外測(cè)溫傳感器三23設(shè)置在爐壁上。紅外測(cè)溫傳感器2能夠避免爐內(nèi)1500°C的高溫并且能夠檢測(cè)坩堝內(nèi)的溫度梯度，采用兩個(gè)且對(duì)稱設(shè)置能將坩堝全部覆蓋。PLC控制器3設(shè)置在控制柜內(nèi)，紅外測(cè)溫傳感器2與PLC控制器3的輸入端連接，PLC控制器3內(nèi)設(shè)有放大電路4和A/D轉(zhuǎn)換器5，紅外測(cè)溫傳感器2連接PLC控制器3內(nèi)的放大電路4輸入端，放大電路4輸出端連接A/D轉(zhuǎn)換器5輸入端，A/D轉(zhuǎn)換器5輸出端連接PLC控制器3內(nèi)處理芯片。PLC控制器3的輸出端通過中間轉(zhuǎn)換電路與環(huán)形加熱棒I連接，PLC控制器3用于三個(gè)接收紅外測(cè)溫傳感器2輸送的當(dāng)前實(shí)時(shí)溫度并將該當(dāng)前實(shí)時(shí)溫度與PLC控制器3內(nèi)部設(shè)定溫度進(jìn)行比較，并從PLC控制器3輸出端輸出相應(yīng)控制信號(hào)。中間轉(zhuǎn)換電路為可控硅溫度控制器6，設(shè)置在控制柜中，PLC控制器3輸出端與可控硅溫度控制器6連接,可控娃溫度控制器6的輸出端與上述的環(huán)形加熱棒I連接。PLC控制器3的輸出端還連接有用于進(jìn)行手動(dòng)操作的工控計(jì)算機(jī)7。本側(cè)溫加熱控制裝置的工作過程如下通過紅外測(cè)溫傳感器2實(shí)時(shí)輔助檢測(cè)坩堝內(nèi)的溫度，在坩堝內(nèi)的垂直溫度梯度或者徑向溫度梯度偏離當(dāng)前設(shè)置的工藝要求的溫度時(shí)，紅外測(cè)溫傳感器2檢測(cè)的溫度會(huì)低于PLC控制器3內(nèi)設(shè)置的溫度，PLC控制器3將差值計(jì)算出來后轉(zhuǎn)化為控制量，該控制量通過可控硅溫度控制器6使環(huán)形加熱棒I加工作直至坩堝內(nèi)的溫度梯度保持符合工藝要求的溫度。PLC控制器3將控制信號(hào)給可控硅溫度控制器6后，可控硅溫度控制器6接通環(huán)形加熱棒I與電源的連接電路，使環(huán)形加熱棒I加熱，直至PLC控制器3再無控制信號(hào)發(fā)出。本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對(duì)本實(shí)用新型精神作舉例說明。本實(shí)用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，但并不會(huì)偏離本實(shí)用新型的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。盡管本文較多地使用了環(huán)形加熱棒I、紅外測(cè)溫傳感器2、紅外測(cè)溫傳感器一 21、紅外測(cè)溫傳感器一 22、紅外測(cè)溫傳感器一 23、PLC控制器3、放大電路4、A/D轉(zhuǎn)換器5、可控硅溫度控制器6、工控計(jì)算機(jī)7等術(shù)語，但并不排除使用其它術(shù)語的可能性。使用這些術(shù)語僅僅是為了更方便地描述和解釋本實(shí)用新型的本質(zhì)；把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本實(shí)用新型精神相違背的。
權(quán)利要求1.一種多晶鑄錠爐控制系統(tǒng)的側(cè)溫加熱控制裝置，包括設(shè)置于多晶鑄錠爐坩堝外側(cè)的環(huán)形加熱棒(1)，其特征在于，該裝置還包括PLC控制器(3)和若干個(gè)用于檢測(cè)坩堝溫度的紅外測(cè)溫傳感器(2 )，所述的紅外測(cè)溫傳感器(2 )與PLC控制器(3 )的輸入端連接，所述PLC控制器(3)的輸出端通過中間轉(zhuǎn)換電路與上述的環(huán)形加熱棒(I)連接，所述PLC控制器(3)用于接收紅外測(cè)溫傳感器(2)輸送的當(dāng)前實(shí)時(shí)溫度并將該當(dāng)前實(shí)時(shí)溫度與PLC控制器(3)內(nèi)部設(shè)定溫度進(jìn)行比較，并從PLC控制器(3)輸出端輸出相應(yīng)控制信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多晶鑄錠爐控制系統(tǒng)的側(cè)溫加熱控制裝置，其特征在于，所述的中間轉(zhuǎn)換電路為可控硅溫度控制器(6)，所述的PLC控制器(3)輸出端與可控硅溫度控制器(6 )連接，所述可控硅溫度控制器(6 )的輸出端與上述的環(huán)形加熱棒(I)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的多晶鑄錠爐控制系統(tǒng)的側(cè)溫加熱控制裝置，其特征在于，所述紅外測(cè)溫傳感器(2)的數(shù)量為三個(gè)，分別為用于檢測(cè)坩堝上方的垂直溫度的紅外測(cè)溫傳感器一(21)、用于檢測(cè)坩堝側(cè)壁溫度的紅外測(cè)溫傳感器二(22)和用于檢測(cè)坩堝底部中心位置溫度的紅外測(cè)溫傳感器三(23 )。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多晶鑄錠爐控制系統(tǒng)的側(cè)溫加熱控制裝置，其特征在于，所述的PLC控制器(3)內(nèi)設(shè)有放大電路(4)和A/D轉(zhuǎn)換器(5)，上述的紅外測(cè)溫傳感器一(21)、紅外測(cè)溫傳感器二( 22 )和紅外測(cè)溫傳感器三(23 )分別與PLC控制器(3 )內(nèi)的放大電路(4 )輸入端連接，放大電路(4)輸出端連接A/D轉(zhuǎn)換器(5)輸入端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多晶鑄錠爐控制系統(tǒng)的側(cè)溫加熱控制裝置，其特征在于，所述PLC控制器(3)的輸出端還連接有用于進(jìn)行手動(dòng)操作的工控計(jì)算機(jī)(J)。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種多晶鑄錠爐控制系統(tǒng)的側(cè)溫加熱控制裝置，屬于多晶鑄錠爐技術(shù)領(lǐng)域。它解決了現(xiàn)有多晶鑄錠爐在坩堝內(nèi)的溫度梯度出現(xiàn)不均勻或者出現(xiàn)徑向溫度梯度時(shí)也不能通過坩堝底部的散熱來進(jìn)行調(diào)節(jié)的問題。本裝置包括設(shè)置于多晶鑄錠爐坩堝外側(cè)的環(huán)形加熱棒，還包括PLC控制器和用于檢測(cè)坩堝溫度的紅外測(cè)溫傳感器，紅外測(cè)溫傳感器與PLC控制器的輸入端連接，PLC控制器的輸出端通過中間轉(zhuǎn)換電路與環(huán)形加熱棒連接，PLC控制器用于接收紅外測(cè)溫傳感器輸送的當(dāng)前實(shí)時(shí)溫度并將該當(dāng)前實(shí)時(shí)溫度與PLC控制器內(nèi)部設(shè)定溫度進(jìn)行比較，并從PLC控制器輸出端輸出相應(yīng)控制信號(hào)。該裝置能夠及時(shí)進(jìn)行溫度補(bǔ)償，提高長(zhǎng)晶質(zhì)量。
文檔編號(hào)G05D23/27GK202717878SQ201220370429
公開日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月27日
發(fā)明者莫丹君, 顏衛(wèi)兵 申請(qǐng)人:浙江宏業(yè)新能源有限公司