一種位移測溫法
【專利摘要】本發(fā)明屬于溫度檢測領(lǐng)域，尤其涉及一種位移測溫法，其特征在于：爐中具有固定物、測溫物和位移物，確定測溫點(diǎn)，通過位移物相對于固定物或其它參照物的位移來達(dá)到測量測溫物所處位置的溫度的效果。本發(fā)明中的位移測溫法可測量難以直接觀察到的位置的溫度情況，判斷明顯，不受溫度過高，環(huán)境氧化還原氣氛，光譜等影響干擾，實(shí)施簡便穩(wěn)定，不需要任何昂貴的測溫設(shè)備器件。
【專利說明】一種位移測溫法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于溫度檢測領(lǐng)域，尤其涉及一種位移測溫法。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來人工合成晶體實(shí)驗(yàn)技術(shù)迅速發(fā)展，成功地合成了大量重要的晶體材料，如激光材料、半導(dǎo)體材料、磁性材料、人造寶石以及其它多種現(xiàn)代科技所要求的具有特種功能的晶體材料。當(dāng)前人工合成晶體已成為工業(yè)發(fā)展主要支柱的材料科學(xué)中一個(gè)重要組成部分。人工合成晶體的主要途徑是從溶液中培養(yǎng)和在高溫高壓下通過同質(zhì)多像的轉(zhuǎn)變來制備(如用石墨制備金剛石)等，制備方法有多種。影響晶體生長有諸多因素，比如溫度分布(溫場)、氣氛、組分濃度分布、壓力、溶液/熔體的流動、生長速度等。
[0003]其中溫度是影響晶體是否生長或質(zhì)量好壞的重要因素之一，因此控制合適的溫度非常重要，如何檢測到所需要溫度也是目前考慮的問題，尤其是某些特定位置溫度的檢測，如在底部籽晶法的晶體生長中，籽晶處溫度由于無法直接觀察，難以準(zhǔn)確測量，對生產(chǎn)科研均帶來很大的不便。
[0004]還有一些如陶瓷的高溫?zé)Y(jié)爐，一些金屬冶煉加工設(shè)備中的一些位置需要測溫，卻會受到較強(qiáng)的氣流，液流影響，導(dǎo)致測溫不準(zhǔn)?；蚴且恍?fù)雜機(jī)械，設(shè)備中由于遮擋或是要照顧運(yùn)動機(jī)構(gòu)等，也會導(dǎo)致難以用一般常見方法測溫。
[0005]現(xiàn)在比較多的檢測方法是使用紅外光譜類和熱偶類手段測溫。但是由于測量點(diǎn)所處環(huán)境和測量設(shè)備的種種限制，往往面臨高溫下難以準(zhǔn)確，穩(wěn)定測量溫度的問題。比如紅外和光譜測溫對于無法直接觀察的位置無法測溫，而熱偶測溫對于高溫下氧化還原氣氛非常敏感、容易損壞，從而在精度和穩(wěn)定性上難以滿足需求。
[0006]比如常用退火爐和一些加熱設(shè)備，由于加熱的內(nèi)腔體存在一定空間，這個(gè)空間內(nèi)由于加熱器的分布，會在不同地方產(chǎn)生溫度差，熱偶探頭所處溫度往往不等于所定測溫點(diǎn)的溫度，甚至可能相去甚遠(yuǎn)。而其中測溫?zé)崤加绕涫歉邷責(zé)崤?，不但精度和使用壽命及可靠性有限，尤其是難以精確測定一些探頭難以到達(dá)，甚至由于爐內(nèi)氣氛，比如較強(qiáng)碳?xì)夥涨治g導(dǎo)致無法使用一些測溫?zé)崤?，就更無從測定所定測溫點(diǎn)的溫度了。
[0007]


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種位移測溫法，此方法準(zhǔn)確，穩(wěn)定地判斷不可見位置的溫度是否達(dá)到某一特定溫度值，以此確定下步的操作步驟如何進(jìn)行，比如降溫或升溫，可測量難以直接觀察到的位置的溫度情況，判斷明顯，不受溫度過高，環(huán)境氧化還原氣氛，光譜等影響干擾，實(shí)施簡便穩(wěn)定，不需要任何昂貴的測溫設(shè)備器件。
[0009]解決以上技術(shù)問題的本發(fā)明中的一種位移測溫法，其特征在于:包含以下步驟:
(I)裝爐時(shí)按照要求確定測溫物的測溫點(diǎn)，將裝爐結(jié)構(gòu)做出相應(yīng)調(diào)整，使測溫點(diǎn)處具有固定物和位移物，并安裝好固定物和位移物；在不同的系統(tǒng)中使用該方法也會有相應(yīng)不同的結(jié)構(gòu)；
(2)根據(jù)測溫物熔點(diǎn)確定測溫點(diǎn)的估算溫度；
(3)按照實(shí)際要求使?fàn)t中溫度升高，當(dāng)溫度接近估算溫度5(T200°C時(shí)，觀察位移物相對于固定物是否移動；
(4)若位移物沒有移動，繼續(xù)加熱升溫；若位移物移動則暫停升溫，制定參數(shù)，以此確定相應(yīng)的下一步工藝。
[0010]所述觀察有眼睛直接觀察，也可通過信號的傳遞和轉(zhuǎn)換等間接觀察來實(shí)現(xiàn)。
[0011]固定物、測溫物和位移物可以是一個(gè)，也可以是兩個(gè)或兩個(gè)以上，滿足相應(yīng)的測溫需求。固定物，測溫物的大小和材料選擇，位移物位移的方式和距離，均要根據(jù)具體需求做出選擇和調(diào)整。
[0012]本發(fā)明中利用測溫物限制位移物相對于固定物或其它參照物的位移，當(dāng)測溫物到達(dá)一定溫度(如X°C)后無法再限制位移物，位移物發(fā)生位移。再通過直接或間接地觀察位移物相對于固定物或其它參照物的位移，來判定測溫物所處位置溫度達(dá)到該溫度(x°c)。
[0013]不論固定物、位移物和測溫物的數(shù)量、材料、結(jié)構(gòu)、受力及限制方式，所處環(huán)境，位移方式及大小，直接觀察位移還是通過設(shè)備、信號傳遞、轉(zhuǎn)換等任意間接方式觀察位移，或其它材料結(jié)構(gòu)等的更替，只要符合以上，均為本技術(shù)保護(hù)范圍。
[0014]本發(fā)明中的檢測方法可應(yīng)用于人工晶體生長過程中難測溫位置的測溫，也可應(yīng)用于諸如陶瓷燒結(jié)，熱處理，材料冶煉，加工，化學(xué)合成等大多數(shù)生產(chǎn)試驗(yàn)中必須測定一些位置溫度，尤其是測定該點(diǎn)是否到達(dá)所要求溫度，卻又難以用光譜測溫，熱偶探頭等常規(guī)手段直接測量的各種科研試驗(yàn)和生產(chǎn)之中。
[0015]

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明中實(shí)施例1中的結(jié)構(gòu)示意圖圖2為本發(fā)明中實(shí)施例2中的結(jié)構(gòu)示意圖圖3為本發(fā)明中實(shí)施例3中的結(jié)構(gòu)示意圖圖4為本發(fā)明中實(shí)施例4中的結(jié)構(gòu)示意圖
其中，圖中具體標(biāo)識為:1.位移物2.固化物3.測溫物4.測溫點(diǎn)5.位移6.觀察口 7.封閉頂蓋8.鑰絲9.坩堝10.籽晶管11.坩堝托12.測溫棒13.籽晶托14.被熱處理物15.加熱器16.熱偶探頭17.藍(lán)寶石

【具體實(shí)施方式】
[0017]實(shí)施例1
一種位移測溫法，包含以下步驟:
(1)裝爐時(shí)按照要求確定測溫物的測溫點(diǎn)，將裝爐結(jié)構(gòu)做出相應(yīng)調(diào)整，使測溫點(diǎn)處具有固定物和位移物，并安裝好固定物和位移物；
(2)根據(jù)測溫物熔點(diǎn)確定測溫點(diǎn)的估算溫度；
(3)按照實(shí)際要求使?fàn)t中溫度升高，當(dāng)溫度接近估算溫度5(T200°C時(shí)，觀察位移物相對于固定物是否移動； (4)若位移物沒有移動，繼續(xù)加熱升溫；若位移物移動則暫停升溫，制定參數(shù)，以此確定相應(yīng)的下一步工藝。
[0018]所述觀察有眼睛直接觀察，也可通過信號的傳遞和轉(zhuǎn)換等間接觀察來實(shí)現(xiàn)。
[0019]坩堝下降法為例，固定物、測溫物和位移物位置如圖1所示，通過位移物測量測溫點(diǎn)溫度是否達(dá)到某一固定溫度，通過觀察口直接觀察到位移作為判定標(biāo)準(zhǔn)。
[0020]該結(jié)構(gòu)由相對環(huán)境位置固定的固定物、到在工作環(huán)境下達(dá)固定溫度便會產(chǎn)生軟化、熔化或化學(xué)反應(yīng)或其它任意變化，最終導(dǎo)致其不再能限制位移物產(chǎn)生相對于固定物或其它參照物發(fā)生位移的測溫物，和位移物構(gòu)成。
[0021]位移物受測溫物限制而被固定，測溫物到達(dá)某一溫度無法再限制位移物后，位移物會因諸如重力(如圖1)、浮力、壓力、拉力或其它任意環(huán)境因素自然發(fā)生位移，并可間接或直接地被觀察到(如圖1通過觀察口直接觀察到)。
[0022]在升溫過程中，當(dāng)測溫物到達(dá)某一固定溫度后，無法再限制位移物相對于固定物或其它參照物移動時(shí)，位移物便會產(chǎn)生位移，并被間接或直接地觀察到。由觀察到的位移，指示出測溫物處所處溫度達(dá)到某一固定溫度，以起到測溫的效果。固定物、測溫物和位移物可以是一個(gè)，也可以是多個(gè)，以便滿足相應(yīng)的測溫需求。固定物，測溫物的大小和材料選擇，位移物位移的方式和距離，均要根據(jù)具體需求做出選擇和調(diào)整。
[0023]實(shí)施例2
以坩堝下降法生長YAG晶體為例，需要知道坩堝底部測溫點(diǎn)處溫度在升溫中，多少功率時(shí)達(dá)到Y(jié)AG熔點(diǎn)，便使用YAG晶體作為測溫物，坩堝作為位移物，溫場作為固定物，如圖2結(jié)構(gòu)。利用YAG晶體到達(dá)熔點(diǎn)后熔化無法繼續(xù)支撐坩堝，坩堝發(fā)生位移，從而獲知此處溫度達(dá)到熔點(diǎn)。
[0024]除了一般的直接觀察，也有如圖2，通過增加壓塊和鑰絲連接結(jié)構(gòu)，或通過光柵尺等設(shè)備間接的觀察到位移物的位移，所以整體結(jié)構(gòu)也會有相應(yīng)的變化。
[0025]具體操作步驟如下:
(I)裝爐采用水平尺，長短直尺，卡尺以確保整個(gè)結(jié)構(gòu)達(dá)到所需要求，要求爐中具有固定物、測溫物和位移物，確定測溫點(diǎn)。
[0026](2)執(zhí)行晶體爐抽真空和定比例充氣及總壓控制工藝。
[0027](3)啟動中頻電源，利用歐陸表控制進(jìn)行升溫.根據(jù)不同氣氛利用鎢錸或鉬銠熱偶，配合歐陸表對應(yīng)的PV值，電源功率表上的功率及經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)工藝以100_300°C /h或與之等效的歐陸PV值速率升溫。
[0028](4)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，通過熱偶或歐陸表，功率表讀數(shù)獲取精度較差的溫度估計(jì)值，在估計(jì)值達(dá)到低于目標(biāo)溫度50-200°C的時(shí)候，改以低于50°C /h的慢速升溫，由于爐內(nèi)高溫下亮度刺眼，所以需使用墨鏡頻繁觀察位移物是否出現(xiàn)位移。
[0029](5)觀察到位移后則暫停升溫，由值班人員通知技術(shù)員制定參數(shù)，并執(zhí)行相應(yīng)的下一步工藝。
[0030]實(shí)施例3
以坩堝下降法生長晶體，本實(shí)施例中位移物是籽晶托，測溫物由塊變成了測溫棒，觀察變成了間接的并且需要使用光柵尺，其它操作步驟如實(shí)施例1中的內(nèi)容。
[0031]同樣是下降法的情況，圖3中籽晶管插入中空籽晶托，不會阻礙籽晶托運(yùn)動。
[0032]籽晶托的位移無法直接觀察，但由下方光柵尺監(jiān)控，并受到電機(jī)支撐向上移動，直到其側(cè)面頂?shù)綔y溫棒，并受其阻礙無法繼續(xù)向上移動。
[0033]在慢升溫過程中，測溫棒頂部達(dá)到測溫棒熔點(diǎn)后開始逐漸熔化，籽晶托則受電機(jī)支撐力向上運(yùn)動。本實(shí)施例中，位移通過光柵尺的讀數(shù)來間接判斷。
[0034]可以看出本實(shí)施例雖同應(yīng)用于坩堝下降法，測量同樣位置的溫度，但是由于特殊需求采取的其它的方案，導(dǎo)致整個(gè)位移測溫法的結(jié)構(gòu)，運(yùn)動方式，位移物受力受限方式均與其它例有所不同。
[0035]實(shí)施例4
如圖4所示，在各種材料的熱處理中，加熱源難以空間均勻分布，就存在需要測定所處理物溫度的問題，但是諸如熱偶固定存在距離也就有溫度差，或因熱處理氣氛會腐蝕熱偶等情況導(dǎo)致難以準(zhǔn)確測量溫度。
[0036]在種情況下，可直接在被熱處理物下墊一測溫物，當(dāng)需要熱處理到達(dá)2050攝氏度后，作恒溫退火再慢降溫處理，則在被熱處理物下墊一塊約5mm厚的小塊藍(lán)寶石即可。
[0037]此例中，藍(lán)寶石塊為測溫物，被熱處理物為位移物，而放置被熱處理物的平臺則是固定物。具體操作如下:
1.在爐內(nèi)安裝好被熱處理物候，使熱處理爐持續(xù)升高加熱功率以持續(xù)升溫。
[0038]2.在一定加熱控制參數(shù)下，其下所墊藍(lán)寶石熔化。熱處理物因此產(chǎn)生位移，變?yōu)槲磯|藍(lán)寶石時(shí)狀態(tài)，可以直接觀察到。以此觀察結(jié)果說明藍(lán)寶石塊所直接接觸的被熱處理物達(dá)到2050攝氏度，此時(shí)即可停止升溫，進(jìn)入下一步恒溫和降溫的工序。
[0039]本發(fā)明中的位移測溫法中爐中具有固定物、測溫物和位移物，確定測溫點(diǎn)，通過位移物相對于固定物或其它參照物的位移來達(dá)到測量測溫物所處位置的溫度的效果。
[0040]坩堝下降法使晶體生長高溫和低溫2種晶體，用實(shí)施例2中的方法檢測籽晶熔化情況，測量其籽晶熔化長度:
籽晶熔化長度試驗(yàn)結(jié)果如下表:

【權(quán)利要求】
1.一種位移測溫法，其特征在于:包含以下步驟: (1)裝爐時(shí)按照要求確定測溫物的測溫點(diǎn)，將裝爐結(jié)構(gòu)做出相應(yīng)調(diào)整，使測溫點(diǎn)處具有固定物和位移物，并安裝固定物和位移物； (2)根據(jù)測溫物熔點(diǎn)確定測溫點(diǎn)的估算溫度； (3)按照實(shí)際要求使?fàn)t中溫度升高，當(dāng)溫度接近估算溫度50-200°C時(shí)，觀察位移物相對于固定物是否移動； (4)若位移物沒有移動，繼續(xù)加熱升溫；若位移物移動則暫停升溫，制定參數(shù)，以此確定相應(yīng)的下一步工藝。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種位移測溫法，其特征在于:所述觀察有眼睛直接觀察，或通過信號的傳遞、轉(zhuǎn)換間接觀察來實(shí)現(xiàn)。
【文檔編號】G01K13/00GK104180925SQ201410372142
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年7月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月31日
【發(fā)明者】林東科 申請人:成都東駿激光股份有限公司