多段式解析度称重装置的制作方法

本发明涉及蓝宝石晶体新材料长晶设备，特别涉及多段式解析度称重装置。

背景技术：

蓝宝石ky长晶法在长晶的过程会缓缓地提拉晶体，并且会对晶体成长的重量、重量增加率做测量监测。所以重量测量是一个非常重要的参数，其测量的准确度直接影响晶体的成长品质。

目前主流的设计如图1至图3所示，在机台10上设有升降台20，升降台20的升降托座30上放置一对2个压力电阻40，晶杆托座60通过调整螺丝50安装架设在压力电阻40的顶部，晶杆吊杆70安装在晶杆托座60上。

晶杆吊杆70承受的重力通过晶杆托座60会压在压力电阻40上，使电阻材料产生形变，材料产生变形后会改变的电阻值，测量电阻的端电压差的变化来判定晶体80的重量，如图4所示。

压力电阻r(w)与重量w的关系式

r(w)＝r1+kw,r1为常数,在不受重压时的值

重力w和电压u的关系式

当r1+r2＞＞kw

v，r1,r2,k为常数，

r(w)在材料弹性限度内，k为常数，w为重力

u＝a+k′w

配合图5所示，然后把电压u,再经数位转进入电脑做处理，计算出重量和重量改变率。

称重系统的讯号解析度取决于称重的重量区间(wmax)和把电压讯号转换成多少位元的数位讯号。

称重区间0～wmax，电压umin～umax转换成n位元，

在长晶的过程是一种重量缓慢增加的过程，在重量增加的过程，其增加率也会增加。在大公斤数长晶(60kg以上)制程，由于在长晶初期重量的变化量小于称重系统的解析度，wmax越大，解析度越低；因此常会造成长晶重量改变率参数误判。但随着晶体重量渐渐加大后，重量改变率也会加大，那变化量开始大于称重系统的解析度，这时的测不准的影响会消除掉。简言之，长晶初期对称重系统的解析度要求高，中后期的要求会降低。而目前的设计并没办法满足这要求。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种多段式解析度称重装置，以满足到长晶过程中在不同重量区间其对测量解析度的要求。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

多段式解析度称重装置，在机台上设有升降台，升降台的升降托座上并排放置四对压力电阻，共8个压力电阻，晶杆托座通过调整螺丝安装架设在压力电阻的顶部，晶杆吊杆安装在晶杆托座上，每一对压力电阻的2个压力电阻并联，四对压力电阻串联后再与电脑联接，在不同称重的区间采用不同数量的压力电阻来分多段测量重量，并通过压力电阻将信号传送至电脑进行多段式解析。

所述升降托座的底部由中间向两边呈左右对称的阶段式增高，共有4个阶段，四对压力电阻依次放置在升降托座的4个阶段上，压力电阻的顶部也由中间向两边呈左右对称的阶段式增高。

采用上述方案后，本发明是利用四组8个压力电阻组成的称重系统，使系统在不同的称重区间有着不同的解析度，在小重量区间时其解析度高，随称重量增大解析度会分四阶段降低，以满足到长晶过程中在不同重量区间其对测量解析度的要求。

附图说明

图1是目前称重装置的机械结构示意图；

图2是目前称重装置的机械动作示意图；

图3是目前称重装置的机械结构放大图；

图4是目前称重装置的电路结构示意图；

图5是本发明的机械结构放大图；

图6是本发明的重量与电压差关系图；

图7是本发明的电路结构示意图；

图8是本发明的机械动作放大图一；

图9是本发明的机械动作放大图二；

图10是本发明的机械动作放大图三；

图11是本发明的机械动作放大图四。

标号说明

机台10，升降台20，升降托座30，阶段31，压力电阻40，调整螺丝50，晶杆托座60，晶杆吊杆70，晶体80。

具体实施方式

如图5至图11所示，本发明揭示的多段式解析度称重装置，在机台(图中未示出)上设有升降台20，升降台20的升降托座30上并排放置四对压力电阻40，共8个压力电阻40，晶杆托座60通过调整螺丝50安装架设在压力电阻40的顶部，晶杆吊杆70安装在晶杆托座60上，每一对压力电阻40的2个压力电阻40并联，四对压力电阻40串联后再与电脑(图中没有示出)联接，在不同称重的区间，采用不同数量的压力电阻40来分多段测量重量，并通过压力电阻40将信号传送至电脑进行多段式解析。

进一步，升降托座30的底部由中间向两边呈左右对称的阶段式增高，共有4个阶段31，四对压力电阻40依次放置在升降托座30的4个阶段31上，压力电阻40的顶部也由中间向两边呈左右对称的阶段式增高。

这样，本发明是利用四组8个压力电阻40组成的称重系统，如图6和图7所示，晶杆(图中未示出)的重力会压在压力电阻40上，使电阻材料产生形变，材料产生变形后会改变的电阻值，测量电阻两端的电压差的变化来判定晶体的重量。系统在不同的称重区间有着不同的解析度，在小重量区间时其解析度高，随称重量增大解析度会分四阶段降低，以满足到长晶过程中在不同重量区间其对测量解析度的要求。

本发明实际应用时，称重过程如下：

在第1阶段0～w1时，用一对压力电阻40测量，这时

δu＝k1δw

在第2阶段w1～w2时，用二对压力电阻40测量，因为并联受压材料，这时

在第3阶段w2～w3时，用三对压力电阻40测量，这时

在第4阶段w3～w4时，用四对压力电阻40测量，这时

转换成n位元数位讯号

那对应出

在第1阶段区间0～w1

在第2阶段区间w1～w2

在第3阶段区间w2～w3

在第3阶段区间w3～w4

且

例子：都是使用同样的大小(同型号和规格)的压力电阻40，其电压差和重量比都为k，

称重区间大小一样，w1＝w，w2＝2w，w3＝3w，w4＝4w，转换成n位元数位对应出

这时

u1-umin＝kw,

当重力在0～w1区间时，如图8所示，系统只作用在右一(一对)的压力电阻40上，当重力>w1但<w2时，如图9所示，这时超过w1的重力会分别作用在右一、右二(两对)的压力电阻40上；因为压力电阻40受挤变形，纵向高度会递减。在重量w1时，右二上端调整螺丝50刚好会触到压力电阻40上，因此大于w1的重量会别作用在两压力电阻40上。右二压力电阻40上端调整螺丝50可以决定w1的值，当调整螺丝50向下时，w1变小，向上时w1变大。

同理；当重力>w2但<w3时，如图10所示，超过w2的重力会分别作用在右一、右二和左二(三对)的压力电阻40上。当重力>w3时，如图11所示，超过w3的重力会分别作用在所有压力电阻40(四对)上。