Способ контроля температуры и устройство для его осуществления
Патент 899739
Авторы
Классы МПК
Способ контроля температуры и устройство для его осуществления
Иллюстрации
Реферат
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Соватсиик
Социаиистнчвснни
Рвспттблии и,899739 (8I ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 23.06.80(2т ) 2944698/22-26 с присоединением заявки рй (23) Приоритет
Опубликовано 23.01.82.бюллетень М 3
Дата опубликования описания 25.01.82 (5t)M, Кл. ,С 30 В 15/20
3Ьеударетиииый камитвт
СССР ле делам изобретений и открытий (53) УДК 621.315.
° 592 (088.8) (72) Авторы изобретения
J1. С. Кременчугский, Ю. К. Лингарт и С. К. С тух:. ":.-. и
Ораенв Труаового Крво ного Знамени ивотитут тиеииа, AH Украинской ССР (7() Заявитель (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 прилегающих тО к нему твердых участков перекристаллиэуемого образца, воспринимаемого приемником излучения фотоэлектрической системы f1) .
Недостатком этого способа является то, что эа период времени, в течение которого осуществляется визирование обьекта в двух исследовательных точках, температурное поле претерпевает сушест 20 венные изменения и показания положения фрон ге кристаллизации не соответствуют пхуложенню в данный момент времени.
Кроху. гого, результат измерения эависит от изпучательной способности иссле дуемого обьекта. . Наиболее близким техническим решенн ем к предлагаемому является способ определения положения раснлавленной зоны в процессе зонной перекристаппизации. Способ включает сравнение интенсивностей излучения расплава и прилегающих к нему участков кристалпизуемого образца, воспринимаемых приемником излучения.
Этот способ позволяет измерить пс ложение границы между твердой частью образца и расплавом с точностью, не зависящей от степени запыленности смотрового окна.
Способ осуществляют устройством для определения положения расплавленной
° зоны в процессе.кристаллизации, содержащем приемник излучения с оптической системой и усилительно-преобразовательный блок (2).
Недостатком укаэанных способа и уст° ройства является необходимость пере899739
° юстировки прибора для измерения в двух точках исследуемого объекта, а также зависимость результата измерения от излучательной способности исследуемого объекта. 5
Цель изобретения — повышение очности и измерение абсолютного значения градиента температур.
Указанная цель достигается техническим решением, представляющим собой 10 новый способ контроля температуры вблизи фронта кристаллизации, включающий сравнение интенсивностей излучения расплава и прилегающих к нему участков кристаллжзуемого образца, воспринимае- 15 мых приемником излучения, осуществление которого обуславливается применением устройства новой конструкции Предлагаемый способ отличается от известного способа тем, что после сравнения одновременно определяют значение разности и суммы сигналов, получаемых с приемника излучения, вычисляют отношение этих величин и умножают получен25 ное значение на величину, равную половине значения температуры кристаллизации, Такой способ может бьггь осуществлен устройством новой конструкции для контроля температуры вблизи фронта кристаллизации, содержащим приемник излучения с оптической системой и усилительнопреобраэовательный блок.
Отличие устройства, позволяющее осуществить новый способ, состоит в том, что приемник излучения содержит пластину из пироактивного материала, на одной стороне которой расположен облучаемый электрод, на противоположной — два необлучаемых электрода, а усилительнопреобразовательный 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.
На фиг. 1 изображена блок-схема устройства; на фиг. 2 — пироэлектрический приемник излучения. 50
Устройство содержит модулятор 1, фокусируюшую систему 2, приемник 3 излучения, сумматор 4, блок 5 вычитания блок 6 умножения, у пироэлектрического приемника на облучаемой стороне пласти- 55 ны расположен узкий электрод 7, на не,облучаемой — узкие электроды 8 и 9, 9 асположенные под углом к электроду 7, исследуемый объект 10, с фронтом 11 кристаллизации и точками А и В, излучение от которых падает на пироактивные участки образованные электродами.
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.электр родов 8 и 9 сигналы поступают на сумматор 4 и блок 5 вычитания, а затем на блок 6 умножения, где происходит умножение сигнала на постоянную величину — половинное значение температуры кристаллизации.
Сущность способа заключается в следу юше м.
В процессе кристаллизации, осуществляемом в герметичной камере со смотровым окном, излучение двух участков исследуемого объекта, один из которых находится вблизи от фронта кристаллизации А, а второй в направлении градиента температур В, попадает на чувствительные элементы приемника излучения. Возникающие сигналы от двух участков объекта А и В можно з an ис ать
Чд =f А KGT>" " Ч,= AKGT4 { 1) где Тд и Т вЂ” абсолютные значения температур участков A ,и В;
К вЂ” коэффициент преобразования устройства в целом;
6f и А - коэффициенты, зависящие от
/ испускательной и поглошательной способности объекта, приемника, степени запыленности смотрового окна, а также от геометрии излучения участка объекта и приемной площадки чувствительного элемента.
При измерении градиента температур выбираются участки, находящиеся на не1 большом расстоянии, так что
Тд Tpt ЬТ где ДТ«Тд иТв (2)
Т,=Т, Тогда можно получить после разложения и сокрашения членов более высоких порядков малости
Чв = АК6(Ро+ДТ)"-То" )=ЕАК64Т
Чц + vв = 2 Е А К б Тоо
5 8997 39
При этом отношение регистрируемое Ф о р м у л а выходным прибором ь:Ъ R T (4)
1. Способ к
VA+ Чв Тр зи фронта крис
S с авнение инте
6 изобретения
Так как температура кристаллизации
I вещества T„ является известной физической константой, а измеряемые участкиА и В находятся вблизи фронта кристаллизации и их температуры согласно неравен- 1о ству (2) вблизи к Т„, умножая выражение (4) на половинная значение температуры кристаллизации - Я- получим абсолютт а ную разность — градиент температур ЬТ.
Как видно иэ вышеизложенного, резуль- Б тат измерения не зависит от излучательной способности объекта и поглощательной 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 2s
1 К/С.
Использование данного способа и устройство для определения абсолютного значения градиента температур вблизи фронта кристаллизации позволит повысить точ-зО ность измерения при контроле и уцравлении процессом кристаллизации. В настоящее время процесс ведется по косвенным параметрам: мощности или наяряжеиию иа нагревателе, по ширине эоны расплава 35 и визуальной оценке положения фронта кристаллизации. Объективный контроль за ростом вышеуказанных материалов отсутствует, в связи с чем выход годной продукции составляет 50-60% При испо- льзовании предлагаемого способа и ус ройства процент выхода повышается до 80-9g%,. онтроля температуры вблиталлизации, включающий
P нсивностей излучения рас1 плава и прилегающих к нему участков кристаллизуемого образца, воспринимаемых приемником излучения, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повыше ния точности и измерения абсолютного значения градиента температур, после сравнения одновременно определяют значение разности и суммы сигналов, получаемых с приемника излучения, вычисляют отношение этих величин и умножают полученное значение на величину, равную половине значения температуры кристал» лнзации.
2. Устройство для осуществления сцособа по и. 1, содержащее приемник излучения с оптической системой и усилительно-преобразовательный блок, о т л ич а ю а е е с я тем, что приемник излучения содержит пластину иэ пироактивного материала, на одной стороне когорой расположен облучаемый электрод, на противоположной - два необлучаемых
- электрода, а 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.
Источники информации, принятые во внимание прн экспертизе
1. Вильке К. Т. Выращивание кристал» лов, П., "Недра, 1977, с. 81.
2. Авторское свидетельство СССР
% 254489, кл. С 30 В 13/30, 1968.
8997 39
Составитель А. Домбровская
Редактор A. Шандор Техред М. Рейвес Корректор Г. Назарова
Заказ 12098/39 Тираж 372 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР ло делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал HIM Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4