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Título: Control de temperatura apparatus

Inventor/es: Witkin; Donald E.

Bowles; Arnold G.

Fecha de solicitud: 27 de Julio de 1976

Resumen:
La invención revelada describe un apparatus y método para traer un sistema habiendo alto porciones interactivas a una distribución de temperatura predeterminada. La invención incluye un controlador de diferencia qué proporciona, a través de dos conductores separados, una cantidad total fija de la energía al ser de sistema controló. Si el ser de sistema controló también tiene un tiempo de ciclo largo, segundo y terceros controladores de temperatura pueden soler traer el sistema a la temperatura de equilibrio con una cantidad mínima de overshoot. La invención es particularmente ventajoso cuándo utilizado dentro conexión con una presión alta, barco de temperatura alta útil dentro creciendo cristales de cuarzo.

Breve sumario:
FONDO DE LA INVENCIÓN

Esta invención relaciona a un control de temperatura apparatus y método y más particularmente a un control de temperatura apparatus y método para utilizar dentro conexión con multi-sección, sistemas interactivos qué tener una masa térmica grande y en qué la temperatura que nota los dispositivos están localizados suficientemente lejos de la fuente de calentar que un tiempo significativo lag ocurre entre el calor de tiempo está aplicado y el tiempo cuándo es primero grabado o notado por el dispositivo de notar.

Control de temperatura apparatus y los métodos son bien sabidos. Generalmente requieren uno o más sensores de temperatura cuya producción está entregada a un circuito de control eléctrico qué compara la producción del sensor a un estándar predeterminado. A raíz de la comparación, más o menos el poder está aplicado a un elemento de temperatura asociado con el sensor de temperatura. Varios tipos diferentes de circuitos de control de la temperatura y los sensores son comercialmente disponibles para uso en una variedad de aplicaciones.

En aquellas situaciones donde control de temperatura apparatus suele control las temperaturas en al menos dos ubicaciones diferentes en el mismo sistema, varios problemas pueden surgir. Primero, los controladores eléctricos, donde hay al menos un controlador asociado con cada ubicación, puede interaccionar. Por ello un aumento en el poder de calefacción en una ubicación en el sistema puede afectar el rendimiento de un controlador asociado con otra ubicación en el sistema. Mientras esto introduce complejidad adicional al control de temperatura apparatus, dentro más circunstancias, hay comercialmente disponibles apparatus para mantener el control de temperatura apropiado y el sistema de controlador múltiple mantendrán la distribución de temperatura apropiada y control.

En casos seguros, aun así, comercialmente los sistemas disponibles son insatisfactorios. Un ejemplo es control de temperatura en un barco de presión alto utilizó para crecer cristales de cuarzo de calidad altos. En el cuarzo particular que crece proceso de interés, un barco de presión está dividido a secciones superiores y más bajas. Una solución de cuarzo saturada está mantenida en la sección más baja y un cristal de semilla a qué cuarzo depositará está colocado en una solución de cuarzo en la sección superior del barco. Los movimientos de solución de cuarzo saturados, por convección, a la sección superior, donde la solución acontece supersaturated cuál causa cuarzo para depositar al cristal de semilla. La dos temperatura más crítica los parámetros que afectan el crecimiento de cristales de calidad alta es la temperatura en la sección superior del barco (la zona de crecimiento) y la diferencia dentro temperatura entre las secciones superiores e inferiores del barco. Desde entonces, el proceso de crecer proporciona una transferencia interna significativa de calor de la sección inferior a la sección superior como los movimientos fluidos saturados arriba, allí resulta qué para comercialmente sistemas de control disponible es una cantidad intolerable de interacción entre el controlador que afecta la temperatura en la sección superior y el controlador que afecta la temperatura en la sección inferior.

Un problema adicional en el cuarzo que crece el proceso es la respuesta extremadamente lenta del sistema termodinámico. Esto es especialmente cierto cuándo los sensores de temperatura están colocados en el fluido a lo largo de la línea de centro del barco, la ubicación preferida para medir temperatura desde estos es las temperaturas reales qué afectar el proceso. El tiempo de ciclo de tal sistema, dependiendo a la construcción de barco, puede ser hasta 24 o 48 horas. Bajo estas circunstancias, el tiempo requirió para lograr equilibrio estable, utilizando sistemas comerciales sin intervención manual, es inaceptable desde el cristal de resultar no es de suficientemente calidad alta.

El cristal de resultar es inaceptable porque cristal de depósitos de solución continuamente mientras los intentos de controlador de la temperatura para efectuar equilibrio. Así como la temperatura varía, tan hace la calidad y estructura del cristal. Para solucionar el problema de tiempo de ciclo largo, típicamente, el beneficio del controlador de temperatura está reducido a un valor que corresponde al tiempo de ciclo largo o tiempo térmico lag. Esto es una función de ambas posición de sensor y masa térmica. Además de reducir el beneficio de controlador, estos controladores a menudo tienen capacidad de reinicialización qué, los solicitantes han encontrado, más allá aumenta el problema de control. Necesariamente, la intervención manual es entonces requerido para reajustar el controlador para reducir el tiempo requirió para obtener equilibrio.

Es por tanto un objeto de la invención para proporcionar, en un sistema de control de la temperatura en qué los controladores de temperatura interacciona y en qué la respuesta termodinámica es despacio, un método de control de la temperatura y apparatus cuál automáticamente consigue condiciones de equilibrio en un tiempo mínimo. Otros objetos de la invención son para proporcionar una temperatura mejorada y superior método de control y apparatus cuál es sencillo dentro construcción, eficaz dentro operación, fiable, gratis de intervención manual, y qué minimizes interacción entre los controladores.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

Dentro un aspecto, la invención presenta un sistema de control de la temperatura habiendo primer y segunda temperatura que nota significa cuáles proporcionan producciones indicative de la temperatura al principio y segundas ubicaciones respectivamente en un ser de sistema controló. Un primer controlador de temperatura habiendo una señal de producción responsive a ambos el primer y segunda temperatura que nota el medio está proporcionado para controlar la producción de un paseo significa. El paseo significa, los cuales pueden incluir un primer y un segundo conductor, es responsive al primer controlador y aplica energía a un primer elemento de calentador asociado con la primera ubicación y un segundo elemento de calentador asociado con la segunda ubicación. La energía total aplicó a los elementos de calentador es sustancialmente independientes de la señal de producción del controlador de temperatura.

En un preferido embodiment, la temperatura que nota el medio es termopares y el controlador de temperatura es responsive a la diferencia entre las temperaturas notó en el primer y segundas ubicaciones. Además, la producción de cada conductora es proporcional a la señal de producción del controlador. Es también preferible de mantener la energía total aplicó a la constante de calentadores.

En otro aspecto, la invención presenta dos controladores de temperatura, cada responsive a la temperatura en un sistema habiendo un tiempo largo lag o tiempo de ciclo. El primer controlador está ajustado de modo que su punto de conjunto es offset del borde alto de su banda proporcional, aquello es, donde la energía aplicada por un conductor a su elemento de calefacción asociado es significativamente bajo su valor máximo. El segundo controlador opera con su conductor asociado para proporcionar una cantidad grande de la energía hasta la temperatura supera un nivel predeterminado en qué punto la producción de energía está reducida. Preferentemente el primer controlador opera en un beneficio alto y sin reinicialización. En esta manera, el equilibrio es relativamente deprisa logrado con mínimo overshoot.

Los cuatro controladores describieron encima es, en el preferido embodiment de la invención, advantageously combinó. Tal sistema está descrito de ahora en adelante.

Dónde el controlador de temperatura apparatus está utilizado dentro conexión con un barco de presión habiendo una fuerza alta cuarto amurallado qué está dividido por un desconcertar a porciones superiores y más bajas o secciones, la invención más allá presenta superior y las paredes aislantes más bajas espaciaron outwardly de las secciones superiores y más bajas cerradas del cuarto. La pared aislante superior está construida para efectuar pérdidas de calor más grande que normalmente sería esperado por proporcionar agujeros de aire a través de qué calor pueden huir y por hacer el grosor de las paredes aislantes menos de aquel de las paredes aislantes más bajas.

El método para controlar la temperatura en dos ubicaciones en un sistema interactivo presenta los pasos de notar la temperatura en una primera ubicación, notando la temperatura en una segunda ubicación, aplicando poder de producción dentro respuesta a las diferencias entre el notó temperaturas a elementos de calentador y manteniendo la energía total aplicó a los elementos de calentador sustancialmente constantes.

En otro aspecto, el método presenta notar la temperatura en un sistema en qué hay tiempo sustancial lag y aplicando energía dentro respuesta a la temperatura notada a dos calentadores. La energía suministró a un calentador está reducido en un predeterminó la temperatura notada y la energía aplicaron al otro calentador está controlado de modo que la energía suministró es mínimo en la temperatura de equilibrio.

Advantageously Ambos aspectos del método pueden ser combinados.

Nota: Traducción automatizada de una patente publicada en la oficina de patentes de EEUU. Ver texto original