[发明专利]一种坩埚内材料质量的在线测量装置和方法

权利要求书

1.一种坩埚内材料质量的在线测量装置，包括从内向外依次设置的坩埚、工艺层、隔离层和壳体，其特征在于，该装置包括：

设于所述坩埚与所述工艺层上的滑动机构；

设于所述坩埚底部的限位块和隔离机构，所述限位块与所述隔离机构固定连接；

与所述隔离机构固定连接的第一磁力部，与所述第一磁力部正对设置并间隔预设距离的第二磁力部，与所述第二磁力部固定连接的弹簧连接部；

与所述第一磁力部或所述第二磁力部连接的控制电路，用于调整所述第一磁力部或所述第二磁力部的磁力强度；

设于所述壳体上的位置传感器，用于检测所述坩埚的位置；

以及，测量机构，用于在所述位置传感器检测到所述坩埚的位置改变时，测量所述弹簧连接部的弹簧形变量，确定所述坩埚内的材料质量。

2.根据权利要求1所述的坩埚内材料质量的在线测量装置，其特征在于，

所述第一磁力部包括：铁芯和电磁线圈，所述铁芯与所述隔离机构固定连接，所述电磁线圈环绕在所述铁芯外，所述控制电路与所述电磁线圈电连接；

所述第二磁力部为永磁体，所述永磁体与所述弹簧连接部连接；

或者，所述第一磁力部为永磁体，所述永磁体与所述隔离机构固定连接；

所述第二磁力部包括：铁芯和电磁线圈，所述铁芯与所述弹簧连接部固定连接，所述电磁线圈环绕在所述铁芯外，所述控制电路与所述电磁线圈电连接。

3.根据权利要求2所述的坩埚内材料质量的在线测量装置，其特征在于，所述测量机构包括：测量尺，所述测量尺竖直设于所述弹簧连接部的一侧。

4.根据权利要求2所述的坩埚内材料质量的在线测量装置，其特征在于，所述测量机构包括：测量电路；

所述测量电路包括：可调电阻、第一电源、电压表和导线，所述可调电阻、第一电源和电压表通过所述导线连接形成并联回路；

所述可调电阻与所述第二磁力部连接，所述第二磁力部在竖直方向上的移动改变所述可调电阻接入所述测量电路的阻值。

5.一种坩埚内材料质量的在线测量方法，采用权利要求1-4任一项所述的坩埚内材料质量的在线测量装置，其特征在于，包括：

在控制电路的电流输出范围内输出电流；

在位置传感器检测到坩埚位置改变时，利用测量机构确定弹簧连接部的弹簧形变量；

利用坩埚内的材料质量和弹簧连接部的弹簧形变量之间的函数关系，确定坩埚内的材料质量。

6.根据权利要求5所述的坩埚内材料质量的在线测量方法，其特征在于，该方法还包括在测量之前进行预处理，所述预处理的步骤为：

建立坩埚内的材料质量和弹簧连接部的弹簧形变量之间的函数关系；

确定控制电路的电流输出范围和弹簧连接部的弹簧形变量范围；

根据弹簧形变量范围，确定测量机构的量程。

7.根据权利要求6所述的坩埚内材料质量的在线测量方法，其特征在于，所述建立坩埚内的材料质量和弹簧连接部的弹簧形变量之间的函数关系，包括：

在位置传感器检测到坩埚位置改变时，对坩埚内材料质量的在线测量装置进行受力分析：

设坩埚及与其固定连接的部件的总重力为G+G₁₀，其中，G为坩埚内的材料质量，则对于坩埚及与其固定连接的部件，有：

G+G₁₀＝NBIL； (1)

式(1)中，N为电磁线圈的匝数，B为永磁体的磁场强度，I为电磁线圈内的电流，L为一匝电磁线圈的长度；

设第二磁力部的重力为G₂₀，对于第二磁力部，有：

NBIL＝KX+G₂₀； (2)

式(2)中，K为弹簧的弹簧系数，X为弹簧的弹簧形变量；

则坩埚内的材料质量和弹簧连接部的弹簧形变量之间的函数关系为线性关系：

G＝KX-G₂₀-G₁₀。 (3)