具有低漂移电阻反馈的电加热器制造技术

加热器包括至少一个电阻元件。所述至少一个电阻元件包括具有高的电阻温度系数(TCR)的材料，使得所述电阻元件用作加热器和温度传感器，所述电阻元件是选自由以下各项组成的组中的材料：大于约95％的镍、镍铜合金、不锈钢、钼‑镍合金、铌、镍‑铁合金、钽、锆、钨、钼、尼西尔和钛。在一种形式中，加热器是具有压实的MgO绝缘体和金属护套的管式加热器。

Electric heater with low drift resistance feedback

【技术实现步骤摘要】
具有低漂移电阻反馈的电加热器相关申请的交叉引用本申请要求2016年10月21日提交的美国临时专利申请62/411,197和2016年10月21日提交的美国临时专利申请62/411,202的权益和优先权。上述申请的公开内容通过引用结合于此。
本申请涉及电加热器，并且更具体地涉及具有改进的温度感测能力的电加热器。
技术介绍
本节中的陈述仅提供与本公开相关的背景信息，并且可以不构成现有技术。管式加热器、筒式加热器、和电缆加热器是管状的加热器，其通常用于空间有限的应用中。如果需要的话，可以将一个或多个温度传感器连接到加热器，以测量和监测加热器和/或周围环境的温度。温度传感器和用于将温度传感器连接到外部控制系统的相关联的电线可以消耗为加热器预留的宝贵空间，使得加热器的安装更加困难。当安装了具有多个传感器的多个加热器时尤其如此。
技术实现思路
在一种形式中，提供一种加热器，所述加热器包括电阻元件，所述电阻元件具有高的电阻温度系数(TCR)使得电阻元件用作加热器并用作温度传感器，该电阻元件是具有大于约95％镍的材料。在另一种形式中，提供了一种加热器，所述加热器包括电阻元件，所述电阻元件具有高的电阻温度系数(TCR)使得电阻元件用作加热器并用作温度传感器，该电阻元件具有至少约为1000ppm的TCR，并且在约500℃-1,000℃的温度范围内小于约1％的温度漂移。在又另一种形式中，提供了一种加热器，所述加热器包括电阻元件，所述电阻元件具有高的电阻温度系数(TCR)使得电阻元件用作加热器并用作温度传感器，该电阻元件是选自由以下各项组成的组中的材料：大于约95％的镍、镍铜合金、不锈钢、钼-镍合金、铌、镍-铁合金、钽、锆、钨、钼、尼西尔、和钛。在另一种形式中，提供了一种加热器，其包括至少一个电阻元件，该电阻元件包括具有高的电阻温度系数(TCR)并且具有选自由镍、镍-铬合金、铁-铬-铝合金、镍铝化合物和贵金属组成的组中的涂层材料的材料，使得电阻元件用作加热器并用作温度传感器。在另一种形式中，提供了一种加热器，其包括多个可独立控制的区域，每个可独立控制的区域包括由如下的材料制成的电阻元件：具有高的电阻温度系数(TCR)并且具有选自由镍、镍-铬合金、铁-铬-铝合金、镍铝化合物和贵金属组成的组中的涂层材料，使得电阻元件用作加热器并用作温度传感器。通过本文中提供的说明书，进一步的可用性领域将变得显而易见。应当理解的是，说明书和具体示例仅旨在用于说明的目的而并非用于限制本公开的范围。附图说明为了能够很好地理解本公开，现在将描述其各种形式，作为示例给出，对所附附图进行参考，其中：图1是根据本公开的一种形式的包括加热器控制模块和筒式加热器的加热器系统的示意图；图2是根据本公开另一种形式的筒式加热器的透视图；图3是具有多个区域的筒式加热器的透视图，其中为清楚起见，移除了绝缘材料和外部护套；图4是图3的加热器单元的透视图；图5是类似于图3的视图，示出了多个电阻元件、多个电力导体和一对导线之间的连接；图6是根据本公开的教导的双向热阵列和用于控制与电阻元件及其材料一起使用的双向热阵列的电力控制模块的示意图；图7是根据本公开的教导的使用用于电力控制的与电阻元件及其材料一起使用的可寻址开关的热阵列的示意图；图8是根据本公开的又另一种形式的使用电阻材料和/或控制的管式加热器的示意图；图9是根据本公开的另一种形式的使用电阻材料和/或控制的分层加热器的示意性截面图。具体实施方式以下的描述本质上仅是示例性的，并且不旨在限制本公开、应用或使用。例如，本公开的以下形式可以与半导体处理中的静电卡盘或热交换器一起使用。然而，应该理解的是，本文提供的加热器和系统可以用于各种应用中，并且不限于半导体处理应用。参考图1，根据本公开的一种形式的加热器系统10包括加热器控制模块20和加热器30。加热器控制模块20包括双线控制器22，双线控制器22包括温度确定模块24和电力控制模块26。双线控制器22通过一对电引线28与加热器30连通。加热器30可以是筒式加热器30，并且通常包括芯体32、缠绕在芯体32周围的电阻丝形式的电阻元件34、封围芯体32和其中的电阻元件34的金属护套36、以及绝缘材料38，该绝缘材料38填充在金属护套36中的空间中以使电阻元件34与金属护套36电绝缘并将来自电阻元件34的热量热传导到金属护套36。芯体32可以由陶瓷制成。绝缘材料38可以是压实的(compacted)氧化镁(MgO)，并且更具体地，在本公开的一种形式中是至少50％的MgO。多个电力导体42沿着纵向方向延伸穿过芯体32并且被电连接到电阻元件34。电力导体42还延伸穿过密封外护套36的端部件44。电力导体42经由一对电引线28被连接到双线控制器22。在美国专利No.2,831,951和No.3,970,822中更详细地阐述了筒式加热器的各种构造和进一步的结构和电气细节，这些专利与本申请被共同转让并且其内容通过引用整体并入本文。因此，应该理解的是，本文示出的形式仅仅是示例性的，并且不应该被解释为限制本公开的范围。另外，根据本公开的教导，可以采用除了图1中所示的筒式加热器30之外的其他类型的加热器，在下面更详细地描述这些加热器。双线控制器22(其是一种基于微处理器的形式)包括温度确定模块24和电力控制模块26。通过单组电引线28将加热器30连接到如所示的双线控制器。通过电引线28向加热器30提供电力，并且根据命令通过同一组电引线28向双线控制器22提供加热器30的温度信息。更具体地，温度确定模块24基于所计算的电阻元件34的电阻确定加热器30的温度，并随后将信号发送到电力控制模块26以相应地控制加热器30的温度。因此，仅需要单组电引线28，而不是一组用于加热器以及一组用于温度传感器。为了使电阻元件34用作除了加热器元件之外的温度传感器的功能两者，电阻元件34是具有相对高的电阻温度系数(TCR)的材料。因为金属的电阻随温度升高，因此在任意温度t(℃)处的电阻为：R＝R0(1+αt)(等式1)其中：R0是某个参考温度(通常为0℃)处的电阻，并且α是电阻温度系数(TCR)。因此，为了确定加热器的温度，由双线控制器22计算电阻元件34的电阻。在一种形式中，使用双线控制器22测量跨电阻元件34的电压和通过电阻元件34的电流，并且基于欧姆定律计算电阻元件34的电阻。使用等式1或使用电阻温度检测器(RTD)的温度测量领域中的技术人员已知的类似等式和已知的TCR，随后计算电阻元件34的温度并将其用于加热器控制。因此，在本公开的一种形式中，使用相对高的TCR，使得小的温度变化导致大的电阻变化。因此，包括诸如铂(TCR＝0.0039Ω/Ω/℃)、镍(TCR＝0.0041Ω/Ω/℃)、或铜(TCR＝0.0039Ω/Ω/℃)及其合金之类的材料的配方用于电阻元件34。在美国专利No.7,601,935和No.7,196,本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种加热器系统，包括：/n电阻元件，所述电阻元件具有至少约1000ppm的电阻温度系数(TCR)使得所述电阻元件用作加热器并用作温度传感器，所述电阻元件是具有大于约95％镍的材料；以及/n加热器控制模块，所述加热器控制模块包括具有电力控制模块的双线控制器，所述电力控制模块被配置成周期性地将所述电阻元件的测量到的电阻值与参考温度进行比较以在操作期间调整随时间的电阻漂移，使得所述电阻元件的温度漂移在约500℃-1,000℃的温度范围内小于约1％。/n

【技术特征摘要】
20161021 US 62/411,197;20161021 US 62/411,2021.一种加热器系统，包括：
电阻元件，所述电阻元件具有至少约1000ppm的电阻温度系数(TCR)使得所述电阻元件用作加热器并用作温度传感器，所述电阻元件是具有大于约95％镍的材料；以及
加热器控制模块，所述加热器控制模块包括具有电力控制模块的双线控制器，所述电力控制模块被配置成周期性地将所述电阻元件的测量到的电阻值与参考温度进行比较以在操作期间调整随时间的电阻漂移，使得所述电阻元件的温度漂移在约500℃-1,000℃的温度范围内小于约1％。


2.如权利要求1所述的加热器系统，其特征在于，进一步包括围绕所述电阻元件的绝缘材料和围绕所述绝缘材料的护套。


3.如权利要求2所述的加热器系统，其特征在于，所述绝缘材料包括MgO，并且所述护套是金属材料。


4.如权利要求1所述的加热器系统，其特征在于，所述电阻元件进一步包括选自由以下各项组成的组中的涂层材料：镍、镍合金、镍-铬合金、铁-铬-铝合金、镍铝化合物、钴合金、铁合金和贵金属。


5.如权利要求1所述的加热器系统，其特征在于，所述电阻元件包括选自由以下各项组成的组中的涂层材料：镍、镍合金、镍-铬合金、铁-铬-铝合金、镍铝化合物、钴合金、铁合金和贵金属。


6.如权利要求1所述的加热器系统，其特征在于，进一步包括多个电阻元件，所述多个电阻元件具有至少约1000ppm的TCR并且是具有大于约95％镍的材料。


7.如权利要求6所述的加热器系统，其特征在于，进一步包括具有多个电力节点的电力控制模块，
其中每个电阻元件被连接在所述多个电力节点中的第一电力节点与第二电力节点之间，每个电阻元件与被配置成对所述电阻元件进行激活和去激活的可寻址开关连接，其中每个电阻元件由所述控制系统独立地控制。


8.如权利要求6所述的加热器系统，其特征在于，进一步包括具有至少三个电力节点的电力控制模块，
其中所述多个电阻元件中的电阻元件被连接在每对电力节点之间。


9.如权利要求6所述的加热器系统，其特征在于，进一步包括具有多个电力节点的电力控制模块，
其中所述多个电阻元件中的第一电阻元件和第二电阻元件被连接在第一节点与第二节点之间，通过所述第一节点相对于所述第二节点的第一极性来对所述第一电阻元件进行激活并对所述第二电阻元件进行去激活，通过所述第一节点相对于所述第二节点的第二极性来对所述第一电阻元件进行去激活并且对所述第二电阻元件进行激活。


10.如权利要求1所述的加...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·奥泽，J·斯普勒，P·S·施密特，P·马格维奥，M·兰哈姆，P·瓦拉乔维克，B·菲利普斯，M·艾弗丽，
申请(专利权)人：沃特洛电气制造公司，
类型：发明
国别省市：美国;US