一種用于間歇式燒結爐的溫度控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于間歇式燒結爐的溫度控制系統(tǒng)，將間歇式燒結爐爐膛從上至下均勻分成多個溫區(qū)；每個溫區(qū)內安裝有一個溫區(qū)控制子系統(tǒng)；所述溫區(qū)控制子系統(tǒng)包括四個加熱器和一個用于測量該溫區(qū)溫度的熱電偶，所述四個加熱器分別安裝在所述溫區(qū)的四個側面內壁上；每兩個加熱器與一個雙路固態(tài)繼電器連接；所有溫區(qū)控制子系統(tǒng)的雙路固態(tài)繼電器、熱電偶均與PLC控制器的輸出端連接。本發(fā)明利用調節(jié)加熱器功率比例的方法，在實際升溫或保溫過程中根據不同位置溫度一致性的差異，相應調節(jié)對應加熱器的功率，以滿足加熱區(qū)內部各個位置及各時間段溫度一致性的工藝要求，保證爐膛內溫度的均勻性，且不影響爐膛內產品的擺放空間。
【專利說明】一種用于間歇式燒結爐的溫度控制系統(tǒng)
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于間歇式燒結爐的溫度控制系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 低溫共燒陶瓷（LTCC)燒結工藝是在一定的氣氛條件下低溫共燒陶瓷（LTCC)產品 經歷低溫排膠和高溫致密化的過程，以制造出致密的高強度陶瓷和精細的、高導電率的導 體布線，如何實現帶料與導體的共燒是燒結工藝的關鍵所在。低溫共燒陶瓷（LTCC)收縮匹 配的燒結是建立在漿料和帶料相對匹配的前提下，并通過選取科學的燒結方式來實現的。
[0003] 對于LTCC產品來說，燒結機理較為復雜，燒結工藝參數具體為：加熱速率、加熱時 間、保溫時間、降溫時間等。將熱切后的低溫共燒陶瓷生坯放入爐中，完成排膠和燒結工藝。 排膠溫度一般在400°C?500°C之間，燒結溫度一般在800°C?950°C之間。導體漿料使用 最多的是金、銀、鈀銀、銅等電阻率低的材料，目前使用最多的是金、銀漿料，可在空氣氣氛 中進行燒結。排膠工藝對低溫共燒陶瓷基板的質量有著嚴重的影響，排膠不充分，燒結后基 板會起泡、變形或分層；排膠過量，又可能使金屬化圖形脫落或基板碎裂。低溫共燒技術的 關鍵是燒結工藝溫度曲線和爐膛溫度的均勻性。燒結時升溫速度過快，會導致基板的平整 度差和收縮率大。爐膛溫度的均勻性差，燒結后基板收縮率的一致性也差。
[0004] 目前，間歇式低溫燒結爐的溫控為了保證在其工藝燒結溫度時（850°C左右）的均 勻性，相對于傳統(tǒng)常規(guī)的控溫方式，通常采用串級控溫設計方式，此方式理論上能在一定程 度解決爐膛均勻性問題，但同時由于爐膛內保溫結構的微小差異，熱模型非理論對稱，且對 于梯式間歇式爐膛氣流上下的擾動，會造成溫度波動很大，在實際應用過程中溫度控制難 以穩(wěn)定；同時這種設計方式需多根熱電阻絲放置于爐內控溫點，必然會影響爐膛內產品的 擺放空間。
【發(fā)明內容】
[0005] 本發(fā)明所要解決的技術問題是，針對上述現有技術的不足，提供一種用于間歇式 燒結爐的溫度控制系統(tǒng)。
[0006] 為解決上述技術問題，本發(fā)明所采用的技術方案是：一種用于間歇式燒結爐 的溫度控制系統(tǒng)，將間歇式燒結爐爐膛從上至下均勻分成多個溫區(qū)；每個溫區(qū)內安裝 有一個溫區(qū)控制子系統(tǒng)；所述溫區(qū)控制子系統(tǒng)包括四個加熱器和一個用于測量該溫 區(qū)溫度的熱電偶，所述四個加熱器分別安裝在所述溫區(qū)的四個側面內壁上；每兩個加 熱器與一個雙路固態(tài)繼電器連接；所有溫區(qū)控制子系統(tǒng)的雙路固態(tài)繼電器、熱電偶均 與PLC控制器的輸出端連接；當控制某一個溫區(qū)的溫度時，該溫區(qū)的熱電偶采集該溫 區(qū)的溫度，將熱電偶采集的溫度與目標溫度相減，得到的差值送入PLC控制器中，經 PID調節(jié)后，得到PID調節(jié)后的數值fY，然后利用下式調節(jié)該溫區(qū)四個加熱器的功率 = ;其中，I- = UW 為該溫區(qū)內第f個加熱器的額定功率；V為比例調 節(jié)參數J=O?1。
[0007] 與現有技術相比，本發(fā)明所具有的有益效果為：本發(fā)明利用調節(jié)加熱器功率比例 的方法，在實際升溫或保溫過程中根據不同位置溫度一致性的差異，相應調節(jié)對應加熱器 的功率，以滿足加熱區(qū)內部各個位置及各時間段溫度一致性的工藝要求，保證爐膛內溫度 的均勻性，且不影響爐膛內產品的擺放空間。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008] 圖1是本發(fā)明溫度控制系統(tǒng)的控制原理圖； 圖1中：100-主PID控制器；200?203-比例調節(jié)器；300?303_控制值生成器；400-輸 出加權；500-反饋差分器； 圖2是本發(fā)明溫度控制系統(tǒng)的總結構框圖； 圖3是本發(fā)明一溫區(qū)溫控系統(tǒng)裝置組成示意圖； 圖4是本發(fā)明一溫區(qū)溫控系統(tǒng)的電路連接原理圖； 圖4中：AlOl :為PID溫度控制模塊；A102 :4路PWM脈沖輸出模塊；A103 :熱電偶輸入 模塊；111、12:雙路固態(tài)繼電器出1323334:加熱器出1 :陶瓷熱電偶； 圖5是箱式爐腔加熱器的立體結構示意圖； 圖6是箱式爐腔加熱器溫區(qū)一主視圖； 圖5和圖6中：101 :溫區(qū)1后側面的加熱器；102 :溫區(qū)2后側面的加熱器；103 :溫區(qū)3 后側面的加熱器；104 :溫區(qū)4后側面的加熱器；102 :溫區(qū)1左側面的加熱器；103 :溫區(qū)1前 側面的加熱器；104 :溫區(qū)1右側面的加熱器； 圖7是低溫共燒陶瓷典型的排膠燒結工藝溫度曲線圖。
【具體實施方式】
[0009] 如圖2和圖3所示，本發(fā)明一實施例包括PLC控制器及多個溫區(qū)控制子系統(tǒng)。PLC 控制器負責整個溫度曲線過程的內部通訊、參數設置、集中管理等，是單個溫區(qū)控制子系統(tǒng) 的總指揮；溫區(qū)控制子系統(tǒng)包括PID溫度控制模塊、4路PWM輸出模塊、4路固態(tài)繼電器、4路 加熱器和反饋用單路熱電偶（圖4示）或包括PID溫度控制模塊、4路模擬電流輸出模塊、4 路晶閘管功率控制器（SCR)、4路加熱器和反饋用單路熱電偶。
[0010] PID溫度控制模塊具有溫度設置值、PID參數、實際值輸入、模擬輸出值等接口，能 夠通過閉環(huán)控制快速響應加熱系統(tǒng)。
[0011] 加熱器是根據加熱區(qū)的形狀對稱分布，圖5、圖6是箱式爐膛加熱器分布的示意 圖，溫區(qū)在垂直方向分布，在同一溫區(qū)一般在后、右、前、左側面布置四路獨立的加熱電阻。
[0012] 在加熱過程中，由PLC設置目標溫度和時間，以及各加熱電阻的功率分配因子，完 成一次完整的燒結工藝過程。圖7所示為低溫共燒陶瓷典型的排膠燒結工藝溫度曲線圖， 要求產品燒結區(qū)的溫度均勻性±2. 5°C，在工藝調試過程中需要多次微調加熱電阻功率因 子參數，調節(jié)規(guī)則是在同一溫區(qū)內或在各溫區(qū)間，該區(qū)域溫度相對于其他區(qū)域溫度偏高，則 適當降低比率參數值；該區(qū)域溫度相對于其他區(qū)域溫度偏低，則適當提高比率參數值。
[0013] 下表1為低溫共燒陶瓷工藝運行比例調節(jié)參數設置值分配表。一般地，立式爐腔 由于氣體層流的熱效應，頂端區(qū)域的加熱速率大于底端，在垂直方向加熱電阻的功率應從 大到小分布，即功率調節(jié)的比例參數設置值依次需要從大到小分布。根據實際的測量效果， 可適當的改變對應區(qū)域加熱電阻的功率調節(jié)比例參數，需要多次測量與調試，最終可滿足 低溫陶瓷燒結工藝的溫度均勻性要求。
[0014] 表1比例調節(jié)參數設置值分配表
【權利要求】
1. 一種用于間歇式燒結爐的溫度控制系統(tǒng)，其特征在于，將間歇式燒結爐爐膛從上至 下均勻分成多個溫區(qū)；每個溫區(qū)內安裝有一個溫區(qū)控制子系統(tǒng)；所述溫區(qū)控制子系統(tǒng)包括 四個加熱器和一個用于測量該溫區(qū)溫度的熱電偶，所述四個加熱器分別安裝在所述溫區(qū)的 四個側面內壁上；每兩個加熱器與一個雙路固態(tài)繼電器連接；所有溫區(qū)控制子系統(tǒng)的雙路 固態(tài)繼電器、熱電偶均與PLC控制器的輸出端連接；當控制某一個溫區(qū)的溫度時，該溫區(qū)的 熱電偶采集該溫區(qū)的溫度，將熱電偶采集的溫度與目標溫度相減，得到的差值送入PLC控 制器中，經PID調節(jié)后，得到PID調節(jié)后的數值fY，然后利用下式調節(jié)該溫區(qū)四個加熱器的 功率= ;其中，,-=1、2^4 為該溫區(qū)內第f個加熱器的額定功率，為加 熱器的比例調節(jié)參數，7=0?1。
2. 根據權利要求1所述的用于間歇式燒結爐的溫度控制系統(tǒng)，其特征在于，所述間歇 式燒結爐爐膛從上至下分成四個溫區(qū)。
【文檔編號】G05D23/22GK104391525SQ201410594948
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年10月30日 優(yōu)先權日:2014年10月30日
【發(fā)明者】楊金, 萬喜新, 鄧斌, 周水清, 文正 申請人:中國電子科技集團公司第四十八研究所