专利名称：测温装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种温度量测设备，特别是涉及一种适用于量测长晶炉内部及硅熔汤温度的测温装置。
背景技术：
在太阳能产业中，高转换效率和低成本一直是各太阳能产业业者开发的目标，然而就目前为止结晶硅仍是太阳能电池的主流，其电池具有较高的转换效率。结晶硅主要生产方式包括单晶硅采用柴氏法(CZ)和多晶硅采用定向凝固法(DSS)。多晶硅锭的生产流程是将多晶硅原料填入喷有涂层的石英坩埚内后放入长晶炉内，关闭炉腔后，抽真空，然后加热。待硅原料完全熔化后，打开绝缘笼且缓慢向上拉高，则炉温缓慢会下降，促使硅熔汤从石英坩埚底部开始凝固，硅晶锭从硅熔汤底部向顶部生长。待长晶完成后，硅晶锭会再经过退火、冷却后出炉为整个多晶硅锭的生产过程。多晶硅锭生产过程中影响晶锭的品质之一就是长晶速率的控制，影响长晶速率的众多因素之中，长晶炉炉温的控制最为重要。炉温是由温控系统控制，温控系统又由测温装置、可程式控制单元、功率控制器、加热元件等组成。测温装置是测量炉温的关键单元，是整个温控系统的基础，其主要功能为通过量测炉内温度后，控制长晶炉中加热器的输出功率，以控制炉温、硅原料熔化速率及长晶速率。因此，长晶炉设备商、硅晶片制造商或学术单位会采用模拟软件(如CGSM)，模拟长晶炉内部炉温变 化，但是采用此方式并非实际的温度。此外，如中国台湾证书号1319224号专利案，是利用该坩埚底部设置第一测温元件与第二测温元件，并无法量测坩埚内部的硅熔汤于各时程的温度，再如中国台湾公开编号201235517号申请案，是通过长晶炉的一个观察孔撷取液态原料的画面，并对该画面运算处理，换算成火色温度，以获得液态原料的温度，这种量测方式也无法直接对液态原料不同位置进行量测。再者，也有将红外线测温装置架设于长晶炉上方，以量测硅熔汤表面的温度变化，但是无法量测到长晶炉炉内及硅熔汤不同位置的温度变化。因此，上述现有测温的技术并无法精确量测硅熔汤不同位置的温度，也无法精确地控制长晶速率及掌握晶锭的品质。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种能量测长晶炉内部及硅熔汤不同位置的温度，并能提升产品制程品质的测温装置。本实用新型的测温装置，包含一个架体、一个驱动单元、一个测温棒、一个归零感测器、一个位置检知单元、一个电流侦测器及一个可程式控制单元，该驱动单元安装于该架体，并具有一个马达及一个受该马达驱动的连动件，该测温棒具有一个固定于该连动件且呈单向开放的中空管状的保护套管及一支穿设于该保护套管内部且相对于该保护套管产生定位的热电偶，该保护套管具有一个与该连动件反向设置的末端部，该热电偶具有一个对应该末端部的感测端部，该热电偶能量测温度，并输出温度讯号，该归零感测器安装于该架体，且能与该连动件配合产生归零讯号，该位置检知单元能检知该连动件与该测温棒的移动量，且输出检知讯号，该电流侦测器电连接于该驱动单元，且用于侦测该驱动单元的电流值，并输出侦测讯号，该可程式控制单元电连接于该驱动单元、该热电偶、该归零感测器、该位置检知单元及该电流侦测器，该可程式控制单元能控制该马达的启动、停止，该可程式控制单元根据该电流侦测器的侦测讯号控制该驱动单元的马达运作方向，并根据该位置检知单元的检知讯号、该归零讯号、该侦测讯号，比较该侦测讯号与预设的固液界面临界电流值，计算出该归零讯号产生时所对应的检知讯号与判断出该侦测讯号大于固液界面临界电流值时所对应的检知讯号之间的差异，该可程式控制单元根据此差异计算出该感测端部的移动距离及该移动距离中的每一位置，且由该热电偶量测在该移动距离中不同位置的温度值。本实用新型的测温装置，该驱动单元的马达为伺服马达，该驱动单元还具有一个能输出该马达动力的减速机。本实用新型的测温装置，该驱动单元还具有一支轴设于该架体且受该减速机驱动的导螺杆及一支平行于该导螺杆的导引件，该连动件螺合于该导螺杆，该测温棒平行于该导螺杆。本实用新型的测温装置，该位置检知单元内建于该马达。本实用新型的测温装置，该驱动单元的马达为线性伺服马达，并具有一支固设于该架体的定子及一个套设于该定子上的动子，该定子呈长杆状且平行于该测温棒，该连动件固定于该动子，该位置检知单元具有一个安装于该架体且位于该定子一侧的光学尺及一个安装于该动子的读取头。本实用新型的测温装置，该电流侦测器电连接于该马达。本实用新型的测温装置，该电流侦测器内建于该马达。本实用新型的测温装置，还包含安装于该架体的一个下感测器及一个上感测器，该下感测器与该上感测器分别设于该归零感测器的下方及上方位置，能分别与该连动件配合，并分别产生一个下停止讯号及一个上停止讯号，该可程式控制单元能在接收该下感测器的下停止讯号及该上感测器的上停止讯号时控制该马达停止。本实用新型的测温装置，还包含一个电连接于该可程式控制单元的人机界面。本实用新型的有益效果在于:利用该电流侦测器侦测该马达电流值变大，且该可程式控制单元比对该侦测讯号大于该固液界面临界电流值，并配合该归零感测器与该位置检知单元产生的讯号及该可程式控制单元进行运算，就能精确计算出该感测端部的行程距离，且由该热电偶量测在该移动距离中每一位置的温度值，可以提升产品制程品质。
图1是本实用新型的第一较佳实施例的安装示意图；图2是该较佳实施例的平面组合图；图3是该较佳实施例的控制流程图；图4是该较佳实施例的量测动作示意图；[0024]图5是本实用新型的第二较佳实施例的安装示意图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本实用新型进行详细说明。如图1、图2及图3所示，本实用新型测温装置的一个较佳实施例，适宜安装于一个长晶炉100，该长晶炉100具有一个炉体110、一个设置于该炉体110内部的坩埚120，且该坩埚120中能填充硅料，该硅料熔化后产生一个硅熔汤140，该测温装置包含一个架体10、一个驱动单元20、一支测温棒30、一个归零感测器40、一个下感测器41、一个上感测器42、一个位置检知单元50、一个电流侦测器60、一个人机界面70及一个可程式控制单元80。该架体10固设于该长晶炉100的炉体110顶部，并具有一个邻近于该炉体110的底板11、一个设置于该底板11上方的顶板12及一个垂直连接于该底板11与该顶板12之间的竖板13。本实施例的驱动单元20安装于该架体10，并具有一个可为伺服马达且安装于该顶板12上的马达21、一个能输出该马达21动力的减速机22、一个能将该马达21动力传递至该减速机22的联轴器23、一支轴设于该架体10的导螺杆24、一支平行于该导螺杆24的导引件25、一个螺合于该导螺杆24的连动件26。该导螺杆24垂直轴设于该底板11与该顶板12之间，且受该减速机22所连动，该导引件25呈杆状，且垂直连接于该底板11与该顶板12之间，该连动件26具有一个螺合于该导螺杆24的螺孔261、一个能滑动且供该导引件25穿设的导孔262及一个设置于该导孔262外侧的锁固部263。该测温棒30沿一条轴线L延伸且平行于该导螺杆24，并具有一个固定于该连动件26的锁固部263且呈单向开放的中空管状的保护套管31及一支穿设于该保护套管31内部且相对于该保护套管31产生定位的热电偶32，该保护套管31具有一个与该连动件26反向设置的末端部311，该热电偶32具有一个对应该末端部311的感测端部321，该热电偶32能量测温度，并输出温度讯号。在本实施例中，虽然指以单一保护套管31作说明，但是熟知此技艺人士可以理解，也能在该保护套管31外叠套多层保护套管，以提高耐热等级。该归零感测器40为光学感测器，且安装于该架体10的竖板13上，该归零感测器40与该连动件26配合，能产生一个归零讯号，且确定该测温棒30的归零点Iv在本实施例中，该测温棒30的归零点Iitl设计成该末端部311趋近于该硅熔汤140液面，且位于该硅熔汤140液面与该坩埚120底壁之间。该下感测器41为光学感测器，且设于该归零感测器40的下方，当该下感测器41与该连动件26配合时，能产生一个下停止讯号。该上感测器42为光学感测器，且设于该归零感测器40的上方，当该上感测器42与该连动件26配合时，能产生一个上停止讯号。如图3中假想线所示，该连动件26对应于该上感测器42时位于一个停止位置。本实施例的位置检知单元50可为编码器(Encoder)，且能安装于该马达21或该减速机22 —侧，且当该马达21或该减速机22的一支出力轴(图未示)转动时，该位置检知单元50同步转动,能检知该马达21或减速机22的转动量,并产生检知讯号。目前市售的伺服马达是将该位置检知单元50内建于马达壳体内，也适用于本实用新型。该电流侦测器60 (Ammeter)电连接于该驱动单元20，并用于侦测该驱动单元20的电流值，并输出侦测讯号。该电流侦测器60能电连接于该马达21，也能直接内建于该马达21。该人机界面70具有一个能供设定作动参数及启动、关闭该测温装置的操作面板71及一个能显示该测温棒30的行程距离与对应该行程距离中的每一位置的温度的显示幕72。该可程式控制单元80电连接于该驱动单元20、该热电偶32、该归零感测器40、该下感测器41、该上感测器42、该位置检知单元50、该电流侦测器60及该人机界面70。该可程式控制单元80根据该操作面板71所受的操作控制该马达21的启动、停止，该可程式控制单元80根据该电流侦测器60的侦测讯号控制该驱动单元20的马达21运作方向，能在接收到该下感测器41的下停止讯号及该上感测器42的上停止讯号时控制该马达21停止。该可程式控制单元80根据该位置检知单元50的检知讯号、该归零讯号、该侦测讯号，比较该侦测讯号与预设的固液界面临界电流值I1，计算出该归零讯号产生时(就是归零点h)所对应的检知讯号与判断出该侦测讯号大于固液界面临界电流值I1时(就是一个停止点hj所对应的检知讯号之间的差异，该可程式控制单元80根据此差异计算出该感测端部321的移动距离，且由该热电偶32量测在该移动距离中每一位置的温度值，并显示于该显不眷72。再如图1、图3及图4所示，本实用新型的测温装置在进行长晶炉100内部温度的测量时，首先，操作该人机界面70且启动该马达21，利用该马达21带动该联轴器23与该减速机22运转，该减速机22又能驱动该导螺杆24旋转的作用，则螺合于该导螺杆24上的该连动件26及该测温棒30也跟着向下移动。因为该测温棒30垂直向下接触到该长晶炉100内部的硅熔汤140 (液体)或坩埚120 (固体)所承受的压力不同，该测温棒30的末端部311接触到固体时由于压力的变化，该电流侦测器60会侦测到该驱动单元20的电流值变大并输出侦测讯号，该可程式控制单元80比较该侦测讯号大于固液界面临界电流值I1时，会控制该马达21进行反向运作，使得该连动件26垂直向上移动，带动该测温棒30垂直向上移动，直到该测温棒30离开硅熔汤140的表面，而回到停止位置。在上述的测温过程中，该连动件26先从对应于该上感测器42的该停止位置向下移动经过该归零感测器40时，能由该可程式控制单元80记录该测温棒30的归零点hQ，当该测温棒30下端接触到固体时，该电流侦测器60侦测到该马达21的电流值变大，再经该可程式控制单元80比对该电流值大于该固液界面临界电流值I1时，就能记录该停止点Ii1的所在位置，同时，该可程式控制单元80能将该位置检知单元50检知该马达21的转动量、该减速机22的减速比、该导螺杆24的节距等参数进行运算，也就是说，能计算出该测温棒30在归零点Iitl与该停止点Ii1之间的移动距离及该移动距离中的每一位置，且由该热电偶32对应该移动距离中的每一位置所量测的温度值，并将该不同位置的温度值显示于该显示幕72上。当然该测温棒30的移动距离也能由该停止点Ii1与该归零点Iitl之间的行程距离计算取得。当该可程式控制单元80再控制该连动件26向上移动通过该归零感测器40，并在该连动件26又对应于该上感测器42时，会回到该停止位置。[0043]值得一提的是，该归零感测器40位于该架体10中间，为了保护该测温装置，利用增设该上感测器42、该下感测器41感测该连动件26垂直向上、下行程的上、下极限，该连动件26的停止位置可以设定在该上感测器42，或该归零感测器40与该上感测器42之间，也就是说，该可程式控制单元80在该马达21带动该连动件26向上移动时，在接到归零讯号后延迟一段时间后就控制该马达21停止，且延迟的时间必须小于该连动件26在该归零点h0与该上极限之间移动所须的时间。本实用新型的测温装置，能在该人机界面70上设定间隔一段时间量测一次，以避免量测过于频繁。另外，当该测温棒30进入该长晶炉100内时，该测温棒30未接触到硅熔汤140，该测温棒30能在该长晶炉100内任何一个位置停留时间为1-100秒，当该测温棒30由空气碰到硅熔汤140时，该电流侦测器60侦测到的电流值会第一次变大，在碰到固体时电流值会第二次变大，此时该测温棒30在硅熔汤140停留时间为1-2秒，且在该可程式控制单元80中除了比较侦测讯号与该固液界面临界电流值I1，进行前述计算，还比较侦测讯号与预设的气液界面临界电流值I2，计算出该归零讯号产生时所对应的检知讯号与判断出该侦测讯号大于气液界面临界电流值I2时所对应的检知讯号之间的差异，根据此差异计算出液面高度，不但可以量测硅熔汤140的温度，还可以量测液面以上的长晶炉100内部的温度。因此，本实用新型的测温装置利用该可程式控制单元80能将该电流侦测器60所输出的侦测讯号与预设的固液界面临界电流值I1进行比对，通过该测温棒30接触硅熔汤140和固体时的不同的电流值变化，可以追踪该测温棒30所行走的行程距离，该测温棒30也会在移动过程中，将所量测到每一位置的温度传送至该人机界面70，同时显示于该人机界面70的显示幕72，不需要人工量测，完全采用自动化量测，可以精准量测晶锭生产过程中长晶炉100炉内不同位置温度的变化，且可以量测到硅熔汤140内不同位置的温度变化及温梯。由于可以实际所量测到的温度变化，所以研究人员或开发人员可精准掌握硅熔汤140或硅晶锭成长的温梯变化后，再藉由调整制程最佳参数，以获得最佳品质的晶锭。此外，本实用新型的测温装置结构简单、易于操作、量测精准、成本低，且能减少人为失误所造成的测温棒30等异常现象的发生。值得一提的是，上述实施例是以一支能对该坩埚120内部进行测温的测温棒30作说明，但是也能对该坩埚120内部不同位置进行测温，且增加对该坩埚120内部进行测温的测温棒30的数量。再如图5所示，本实用新型的测温装置的一个第二较佳实施例，与该第一实施例大致相同，且差异处在于:该驱动单元20’的马达200’为线性伺服马达，并具有一个固设于该架体10’的定子21’及一个套设于该定子21’上的动子22’，该定子21’呈长杆状且平行于该测温棒30’，该连动件26’固定于该动子22’，该位置检知单元50’具有一个安装于该架体10’且位于该定子21’ 一侧的光学尺51’及一个安装于该动子22’的读取头52’，利用该驱动单元20’的动子22’带动该读取头52’相对于该光学尺51’产生位移，也能精确计算该测温棒30’的移动距离及该移动距离中的每一位置，且配合该测温棒30’在该移动距离的每一位置所量测的温度，也能达到与第一实施例相同的目的及功效。
权利要求1.一种测温装置，包含一个架体、一个驱动单元、一个测温棒、一个归零感测器、一个位置检知单元、一个电流侦测器及一个可程式控制单元，该测温装置的特征在于: 该驱动单元安装于该架体，并具有一个马达及一个受该马达驱动的连动件； 该测温棒具有一个固定于该连动件且呈单向开放的中空管状的保护套管，及一支穿设于该保护套管内部且相对于该保护套管产生定位的热电偶，该保护套管具有一个与该连动件反向设置的末端部，该热电偶具有一个对应该末端部的感测端部，该热电偶能量测温度，并输出温度讯号； 该归零感测器安装于该架体，且能与该连动件配合产生归零讯号； 该位置检知单元能检知该连动件与该测温棒的移动量，且输出检知讯号； 该电流侦测器电连接于该驱动单元，且用于侦测该驱动单元的电流值，并输出侦测讯号; 该可程式控制单元电连接于该驱动单元、该热电偶、该归零感测器、该位置检知单元及该电流侦测器，该可程式控制单元能控制该马达的启动、停止，该可程式控制单元根据该电流侦测器的侦测讯号控制该驱动单元的马达运作方向，并根据该位置检知单元的检知讯号、该归零讯号、该侦测讯号，比较该侦测讯号与预设的固液界面临界电流值，计算出该归零讯号产生时所对应的检知讯号与判断出该侦测讯号大于固液界面临界电流值时所对应的检知讯号之间的差异，该可程式控制单元根据此差异计算出该感测端部的移动距离及该移动距离中的每一位置，且由该热电偶量测在该移动距离中不同位置的温度值。
2.根据权利要求1所述的测温装置，其特征在于:该驱动单元的马达为伺服马达，该驱动单元还具有一个能输出该马达动力的减速机。
3.根据权利要求2所述的测温装置，其特征在于:该驱动单元还具有一支轴设于该架体且受该减速机驱动的导螺杆及一支平行于该导螺杆的导引件，该连动件螺合于该导螺杆，该测温棒平行于该导螺杆。
4.根据权利要求3所述的测温装置，其特征在于:该位置检知单元内建于该马达。
5.根据权利要求1所述的测温装置，其特征在于:该驱动单元的马达为线性伺服马达，并具有一支固设于该架体的定子及一个套设于该定子上的动子，该定子呈长杆状且平行于该测温棒，该连动件固定于该动子，该位置检知单元具有一个安装于该架体且位于该定子一侧的光学尺及一个安装于该动子的读取头。
6.根据权利要求2或5所述的测温装置，其特征在于:该电流侦测器电连接于该马达。
7.根据权利要求2或5所述的测温装置，其特征在于:该电流侦测器内建于该马达。
8.根据权利要求1所述的测温装置，其特征在于:还包含安装于该架体的一个下感测器及一个上感测器，该下感测器与该上感测器分别设于该归零感测器的下方及上方位置，能分别与该连动件配合，并分别产生一个下停止讯号及一个上停止讯号，该可程式控制单元能在接收该下感测器的下停止讯号及该上感测器的上停止讯号时控制该马达停止。
9.根据权利要求1所述的测温装置，其特征在于:还包含一个电连接于该可程式控制单元的人机界面。
专利摘要一种测温装置，包含一个架体、一个驱动单元、一个归零感测器、一个位置检知单元、一个电流侦测器及一个可程式控制单元，该可程式控制单元控制该驱动单元，且驱动一个连动件及一支测温棒移动，当该测温棒接触到固体时，该可程式控制单元比较该马达电流值大于预设的固液界面临界电流值时，能控制该马达反向运作，同时，该可程式控制单元根据该位置检知单元的检知讯号、该归零感测器的归零讯号、该电流侦测器的侦测讯号进行计算，以及配合该测温棒量测温度，能精确量测不同位置的温度变化。
文档编号C30B35/00GK202974479SQ20122061098
公开日2013年6月5日 申请日期2012年11月19日 优先权日2012年11月19日
发明者刘安钧, 黄志伟, 邵任民, 洪羿达 申请人:昱成光能股份有限公司