一种基于PID自整定的管式扩散炉温区自动校准工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种基于PID自整定的管式扩散炉温区自动校准工艺，根据炉体中侧热电偶和控温热电偶检测到的温度，利用PID技术对管式扩散炉内温度进行自动校准，实现扩散工艺的温度稳定和温差自动补偿，具体过程包括以下步骤：（1）温度T1的稳定阶段；（2）温度T1温差自动补偿阶段；其中温度T1的稳定阶段为恒温设置，温度T1与扩散温度T0的关系为T1=T0，T0为扩散工艺所需要的目标温度。本发明专利技术在自动运行工艺中实现了温区温度的自动校准，且可以在同一工艺运行中实现多个温区的校准，替代了手工操作，简化操作流程，提高设备和工艺的可靠性，提高生产效率。

【技术实现步骤摘要】
—种基于PID自整定的管式扩散炉温区自动校准工艺
本专利技术属于太阳能电池
，具体涉及一种基于PID自整定的管式扩散炉温区自动校准工艺。
技术介绍
在晶体硅太阳能电池生产中，扩散炉恒温区温度的稳定性和精确性直接影响P-N结的品质，决定了太阳能电池的性能优劣。扩散工艺对扩散温度的要求十分严格，一般在850?1250°C范围内的某一给定温度下进行扩散，温度漂移不得超过±1°C，而且温度漂移越小越好。因此，在高温扩散工艺中，炉温的控制是至关重要的。为了保证扩散炉温度的可控性和稳定性，需要定期对恒温区温度进行校准。 目前扩散炉恒温区校准过程需要在相应的软件控制界面进行手动设定温度和气体流量，且每次手动设定一种温度，只能实现一种温区的校准。人工手动设定进行温区校准，校准时间长，人为影响因素大，不利于标准化操作，生产过程扩散炉温区异常时，不能及时有效的解决温区问题，耽误正常生产使用。 PID (Proport1nal-1ntegral-Differential,即比例、积分、微分)控制方法蕴含了动态控制过程中过去、现在和将来的主要信息，在实际的过程控制和运动控制中，是经典控制算法的典型代表。调节和温度控制的原理:当热电偶采集的被测温度偏离希望的给定值时，PID控制可根据测量信号与给定值的偏差进行比例(P)积分(I)微分(D)运算，从而输出某个适当的执行信号给执行单位，促使测量值恢复到给定值，达到自动控制的目的。 目前的扩散炉中，一般自带PID的温度控制和调节系统，但如何将该温度控制和调节系统与目前扩散炉温区校准时手动设定的工艺参数相结合，以及如何结合扩散工艺中温度控制的关键步骤，设定一种或几种需要精确控温的温度，在自动运行工艺中实现温区校准，是未来保证扩散炉温度的可控性和稳定性的发展方向。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于PID自整定的管式扩散炉温区自动校准工艺，该工艺利用PID的温度控制和调节系统，结合扩散工艺中温度控制的关键步骤，以及扩散工艺中的工艺参数，设定一种或几种需要精确控制的温度，自动运行自动校准工艺实现温区校准。 本专利技术的上述目的是通过以下技术方案来实现的:一种基于PID自整定的管式扩散炉温区自动校准工艺，根据炉体中侧热电偶和控温热电偶检测到的温度，利用PID技术对管式扩散炉内温度进行自动校准，实现扩散工艺的温度稳定和温差自动补偿，具体包括以下步骤:(1)温度Tl的稳定阶段；(2)温度Tl温差自动补偿阶段；其中温度Tl的稳定阶段为恒温设置，温度Tl与扩散温度TO的关系为Tl=TO, TO为扩散工艺所需要的目标温度。 其中，管式扩散炉内各温区温度设置相同，TO的温度范围优选为800?900°C。 其中温度Tl的检测通过温控热电偶检测，温度Tl温差通过侧热电偶检测。 步骤(2)温差自动补偿阶段，该阶段以扩散炉中的侧热电偶检测值作为反馈信号，通过侧热电偶检测温度与控制目标之间的温度差，进行温度补偿达到获得恒温区的控制目标。 在扩散炉控制系统中一般装有侧热电偶和温控热电偶，以及采用单片机和上位机的控制系统进行PID运算控制。恒温区间的温度控制通过温控热电偶检测值作为反馈信号，温度信号与目标之间的差值通过自动补偿实现，需要侧热电偶的参与，通过侧热电偶可以获得炉膛内的实际温度，进而获得与温控热电偶的温度差，特定温度点Tl恒温控制时，通过控温-温度稳定-获得温度补偿值-控温四个过程迭代，最终使炉膛内温度达到温控目标值，同时获得此点的补偿值；多段炉体和多个温区可以通过工艺自动运行，在短时间内自动获得温度补偿值和恒温区间，达到温区控制的目标。 以上是作为单一温区扩散过程的校准工艺。在实际使用中更多使用的是两温区的校准，针对需要两个温度区间的扩散工艺过程，本专利技术中的基于PID自整定的管式扩散炉温区自动校准工艺，包括以下步骤:(1)温度Tl的稳定阶段；(2)温度Tl温差自动补偿阶段；(3)温度T2的稳定阶段；(4)温度T2温差自动补偿阶段；其中温度T1、T2的关系为Tl ^ Τ2，且温度Τ1、Τ2与扩散工艺需要精确控温温度Τ0’、TO”的关系为T1=T0’，T2=T0”，其中TO’和TO”的温度范围为800?900°C。 TO’关T0’’，且TO’和TO”为两温区扩散工艺所需要的目标温度。 优选的，温度Tl <温度T2。 针对更为复杂的三温区的扩散过程，本专利技术中的基于PID自整定的管式扩散炉温区自动校准工艺，包括以下步骤:(1)温度Tl的稳定阶段；(2)温度Tl温差自动补偿阶段；(3)温度T2的稳定阶段；(4)温度T2温差自动补偿阶段；(5)温度T3的稳定阶段；(6)温度T3温差自动补偿阶段；其中温度T1、T2、T3的关系为Tl古Τ2古Τ3，且温度Τ1、Τ2、Τ3与扩散工艺需要精确控温温度 Τ0’、Τ0”、Τ0’’’ 的关系为1'1=1'0’，了2=1'0’’43=1'0’’’，其中1'0’、1'0” 和 Τ0，，，的温度范围为800?900°C。 其中TO’关TO”关TO’’’，且TO’、TO’’和TO’’’为三温区扩散工艺所需要的目标温度。 优选的，温度Tl <温度T2 <温度T3。 在上述各步骤中:步骤(I)、步骤(3)或步骤(5)中的稳定阶段的时间优选为l(T20min ;步骤(2)、步骤(4)或步骤(6)中的温差自动补偿阶段的时间优选为9(Tl20min。 步骤(I)- (6)中的稳定阶段和温差自动补偿阶段中还通入有氮气，氮气的流量优选为 10000mL/mirT20000mL/min。 其中步骤(2)、(4)、(6)中的温度的调整是通过扩散炉中的侧热电偶和炉体加热区附近的控温热电偶作用来实现的。 优选的，控温模式为温差自动补偿阶段时，工艺的参数设定以是否满足侧热电偶温度稳定性标准为结束条件，若当前工艺未到时间，而调整恒温区结束，工艺自动跳转到下一步操作，故温差自动补偿阶段时间设定值可以稍长。 本专利技术的优点如下:(1)本专利技术中的工艺能够科学有效的解决复机和扩散设备温度异常时的恒温区修复和调整；(2)本专利技术中的工艺是自动温区分布工艺，只需运行工艺，就可实现扩散炉的温度校准，且可以在同一工艺运行中实现多个温区的校准，简化了操作流程，缩短了校准时间；(3)本专利技术中的工艺自动操作替代了原先手动设定的过程，简化了操作流程，通过设定工艺参数，统一规范温区校准过程，并将此操作标准化，排除人为影响因素；(4)本专利技术在自动运行工艺中实现了温区温度的自动校准，且可以在同一工艺运行中实现多个温区的校准，提高了设备和工艺的可靠性，提高了生产效率。 【附图说明】 图1为本专利技术实施例1侧热电偶和控温热电偶结构示意图，图1中I为侧热电偶，2为温控热电偶，3为炉体加热区；图2为本专利技术实施例2中的温区自动校准工艺的流程图。 【具体实施方式】 实施例1单个温区的温度校准工艺如图1中所示，本实施例提供的基于PID自整定的管式扩散炉温区自动校准工艺，利用PID技术，根据炉体中侧热电偶I和控温热电偶2检测到的温度，利用PID技术对管式扩散炉内温度进行自动校准，实现扩散工艺的温度稳定和温差自动补偿，扩散炉中的侧热电偶和控温热电偶结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于PID自整定的管式扩散炉温区自动校准工艺，其特征是：根据炉体中侧热电偶和控温热电偶检测到的温度，利用PID技术对管式扩散炉内温度进行自动校准，实现扩散工艺的温度稳定和温差自动补偿，具体包括以下步骤：（1）温度T1的稳定阶段；（2）温度T1温差自动补偿阶段；其中温度T1的稳定阶段为恒温设置，温度T1与扩散温度T0的关系为T1=T0，T0为扩散工艺所需要的目标温度。

【技术特征摘要】
1.一种基于PID自整定的管式扩散炉温区自动校准工艺，其特征是:根据炉体中侧热电偶和控温热电偶检测到的温度，利用PID技术对管式扩散炉内温度进行自动校准，实现扩散工艺的温度稳定和温差自动补偿，具体包括以下步骤: (1)温度Tl的稳定阶段； (2)温度Tl温差自动补偿阶段； 其中温度Tl的稳定阶段为恒温设置，温度Tl与扩散温度TO的关系为Tl=TO, TO为扩散工艺所需要的目标温度。2.根据权利要求1所述的基于PID自整定的管式扩散炉温区自动校准工艺，其特征是包括以下步骤: (1)温度Tl的稳定阶段； (2)温度Tl温差自动补偿阶段； (3)温度T2的稳定阶段； (4)温度T2温差自动补偿阶段； 其中温度Tl、T2的关系为Tl ^ T2，且温度Tl、T2与扩散温度T0’、TC’ ’的关系为T1=T0’，T2=T0”，TO’和TO”为两温区扩散工艺所需要的目标温度。3.根据权利要求2所述的基于PID自整定的管式扩散炉温区自动校准工艺，其特征是:温度Tl <温度T2。4.根据权利要求1所述的基于PID自整定的管式扩散炉温区自动校准工艺，其特征是包括以下步骤: (1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：金凌云，张志敏，康磊杰，高雪超，刘晓娜，
申请(专利权)人：晶澳太阳能有限公司，
类型：发明
国别省市：河北;13