硅芯阻值检测电路、方法和系统与流程

1.本发明涉及检测技术领域，具体而言，涉及一种硅芯阻值检测电路、方法和系统。


背景技术：

2.多晶硅主流生产工艺多为改良西门子法，应用该工艺的多晶硅还原炉生产中，供电设备以多晶硅硅芯为负载，对其施加数千伏的高电压使其导通流过电流，电流通过硅芯产生热量使得还原炉的温度在生产过程中维持硅芯生产的温度条件。
3.还原炉起炉前，需要对硅芯阻值进行检测，以避免因硅芯本身质量或安装问题导致硅芯倒伏从而导致电路异常，或者因电极与底盘间的绝缘材料烧熔老化或无定型硅粘附绝缘材料导致电路异常。
4.目前主要依靠人工对硅芯阻值进行检测，以避免上述问题，通常采用兆欧表或耐压测试仪测量电阻，检测效率低且检测可靠性因人而异，并且操作现场环境恶劣，还存在安全隐患。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种硅芯阻值检测电路、方法和系统，以提高硅芯阻值检测的效率和可靠性。
6.为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：
7.第一方面，本发明提供一种硅芯阻值检测电路，包括控制单元、供电变压器、至少一个检测开关、检测变压器、电流检测器件和电压检测器件，所述供电变压器的二次绕组通过所述至少一个检测开关与所述检测变压器的低压绕组电连接，所述检测变压器的高压绕组与硅芯电连接；所述电流检测器件串联于所述供电变压器的二次绕组与所述检测变压器的低压绕组构成的回路上，所述电压检测器件并联于所述检测变压器的低压绕组上；所述至少一个检测开关、所述电流检测器件和所述电压检测器件均与所述控制单元电连接；
8.所述电流检测器件用于检测所述检测变压器的输入电流；
9.所述电压检测器件用于检测所述检测变压器的输入电压；
10.所述控制单元用于控制所述至少一个检测开关的通断；还用于根据所述电流检测器件的电流检测值和所述电压检测器件的电压检测值，推算所述硅芯的阻值。
11.在可选的实施方式中，所述至少一个检测开关包括第一检测开关和第二检测开关，所述供电变压器的二次绕组上设置有第一抽头、第二抽头和公共点，所述第一抽头通过所述第一检测开关与所述检测变压器的低压绕组的一端电连接，所述第二抽头通过所述第二检测开关与所述检测变压器的低压绕组的一端电连接，所述检测变压器的低压绕组的另一端与所述公共点电连接，所述第一检测开关和所述第二检测开关均与所述控制单元电连接，且所述第一检测开关和所述第二检测开关合闸相互闭锁。
12.在可选的实施方式中，所述硅芯阻值检测电路还包括限流电阻、隔离开关，所述限流电阻串联于所述供电变压器的二次绕组与所述检测变压器的低压绕组构成的回路上；所
述隔离开关串联于检测变压器的高压绕组与所述硅芯之间。
13.在可选的实施方式中，所述隔离开关为接触器或断路器。
14.在可选的实施方式中，所述检测开关为继电器或接触器。
15.第二方面，本发明提供一种硅芯阻值检测方法，应用于前述实施方式所述的硅芯阻值检测电路，所述方法包括：
16.所述控制单元控制所述检测开关闭合；
17.所述控制单元在所述检测变压器的高压绕组未与所述硅芯接通的情况下，根据所述电流检测器件的第一电流检测值和所述电压检测器件的第一电压检测值，计算所述检测变压器的空载损耗；
18.所述检测变压器的高压绕组与所述硅芯接通后，所述控制单元根据所述电流检测器件的第二电流检测值、所述电压检测器件的第二电压检测值，计算得到总损耗；所述总损耗包括所述检测变压器的空载损耗和所述硅芯上的损耗；
19.通过所述总损耗减去所述空载损耗折算出所述硅芯上的损耗，再通过所述硅芯上的损耗计算所述硅芯的阻值。
20.在可选的实施方式中，所述硅芯的阻值的计算公式为：r
x
＝u
12
/[k2(p
‑
p
空载损耗
)]，其中，u1为所述第一电压检测值，k为所述检测变压器的变比，p为根据所述第二电流检测值和所述第二电压检测值计算得到的总损耗，p
空载损耗
为根据所述第一电流检测值和所述第一电压检测值计算得到的所述检测变压器的空载损耗。
[0021]
在可选的实施方式中，所述至少一个检测开关包括第一检测开关和第二检测开关，所述供电变压器的二次绕组上设置有第一抽头、第二抽头和公共点，所述第一抽头通过所述第一检测开关与所述检测变压器的低压绕组的一端电连接，所述第二抽头通过所述第二检测开关与所述检测变压器的低压绕组的一端电连接，所述检测变压器的低压绕组的另一端与所述公共点电连接，所述第一检测开关和所述第二检测开关均与所述控制单元电连接，且所述第一检测开关和所述第二检测开关合闸相互闭锁；所述控制单元控制所述检测开关闭合的步骤包括：
[0022]
所述控制单元控制所述第二检测开关闭合以及所述第一检测开关断开，以使所述供电变压器输出第一电压；
[0023]
所述控制单元控制所述第二检测开关断开以及所述第一检测开关闭合，以使所述供电变压器输出第二电压；其中，所述第二电压高于所述第一电压；通过控制输出不同电压以对不同硅芯的阻值进行测量。
[0024]
在可选的实施方式中，所述第一电流检测值包括所述电流检测器件在所述检测变压器输入所述第一电压和所述第二电压时的电流检测值，所述第一电压检测值包括所述电压检测器件在所述检测变压器输入所述第一电压和所述第二电压时的电压检测值；所述控制单元根据所述电流检测器件的第一电流检测值和所述电压检测器件的第一电压检测值，计算所述检测变压器的空载损耗的步骤包括：
[0025]
所述控制单元根据所述电流检测器件在所述检测变压器输入所述第一电压时的电流检测值、所述电压检测器件在所述检测变压器输入所述第一电压时的电压检测值，或者，根据所述电流检测器件在所述检测变压器输入所述第二电压时的电流检测值、所述电压检测器件在所述检测变压器输入所述第二电压时的电压检测值，计算所述检测变压器的
空载损耗。
[0026]
第三方面，本发明提供一种硅芯阻值检测系统，包括高压启动回路、硅芯和前述实施方式任一项所述的硅芯阻值检测电路，所述高压启动回路包括第一开关、启动变压器、第二开关和电源，所述硅芯和所述第一开关串联于所述启动变压器的二次绕组，所述第二开关和所述电源串联于所述启动变压器的一次绕组。
[0027]
本发明实施例提供的硅芯阻值检测电路、方法和系统，该硅芯阻值检测电路包括控制单元、供电变压器、至少一个检测开关、检测变压器、电流检测器件和电压检测器件，供电变压器的二次绕组通过该至少一个检测开关与检测变压器的低压绕组电连接，检测变压器的高压绕组与硅芯电连接，电流检测器件串联于供电变压器的二次绕组与检测变压器的低压绕组构成的回路上，电压检测器件并联于检测变压器的低压绕组上，该至少一个检测开关、电流检测器件和电压检测器件均与控制单元电连接。该电流检测器件用于检测该检测变压器的输入电流，该电压检测器件用于检测该检测变压器的输入电压，该控制单元用于控制至少一个检测开关的通断，以及根据电流检测器件的电流检测值和电压检测器件的电压检测值，推算硅芯的阻值。如此，实现了硅芯阻值的自动检测，提高了硅芯阻值检测的效率和可靠性，避免了人工检测方式存在的安全隐患。
[0028]
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
[0029]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0030]
图1示出了本发明实施例提供的硅芯阻值检测系统的一种结构示意图；
[0031]
图2示出了本发明实施例提供的硅芯阻值检测系统的另一种结构示意图；
[0032]
图3示出了本发明实施例提供的硅芯阻值检测系统的又一种结构示意图；
[0033]
图4示出了本发明实施例提供的硅芯阻值检测方法的一种流程示意图。
[0034]
图标：10
‑
硅芯阻值检测系统；100
‑
硅芯阻值检测电路；200
‑
硅芯；300
‑
高压启动回路；301
‑
第一开关；302
‑
启动变压器；303
‑
第二开关；304
‑
电源；110
‑
控制单元；120
‑
供电变压器；130
‑
检测开关；140
‑
检测变压器；150
‑
隔离开关；160
‑
电流检测器件；170
‑
电压检测器件；r1
‑
限流电阻；ka1
‑
第一检测开关；ka2
‑
第二检测开关；121
‑
第一抽头；122
‑
第二抽头；123
‑
公共点；
具体实施方式
[0035]
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0036]
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人
员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0037]
需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0038]
请参照图1，为本发明实施例提供的硅芯阻值检测系统10的一种组成示意图。该硅芯阻值检测系统10可以包括硅芯阻值检测电路100、硅芯200和高压启动回路300，硅芯阻值检测电路100、硅芯200和高压启动回路300依次电连接。
[0039]
其中，该高压启动回路300包括第一开关301、启动变压器302、第二开关303和电源304，硅芯200和第一开关301串联于启动变压器302的二次绕组(即n2)，第二开关303和电源304串联于启动变压器302的一次绕组(即n1)。
[0040]
在本实施例中，该第一开关301可以为断路器，该第二开关303可以为可控开关，该电源304为交流电源，例如，可以采用380～800vac。该第二开关303可以调节电源304输出的电压大小，由于启动变压器302的容量一般较大，若直接由其给硅芯200供电，当硅芯200碰壁或所在回路绝缘异常时，极易引起短路等故障，存在安全隐患。因此，本发明实施例提供了一种硅芯阻值检测电路100，其在高压启动回路300启动前，能够对硅芯200的阻值进行自动检测。其中，该硅芯阻值检测电路100在进行阻值检测时，需要断开第一开关301，以隔离硅芯200和启动变压器302。
[0041]
下面，对硅芯阻值检测电路100的结构和检测原理进行说明。该硅芯阻值检测电路100可以包括控制单元110、供电变压器120、至少一个检测开关130、检测变压器140、电流检测器件160和电压检测器件170，供电变压器120的二次绕组(即n5)通过至少一个检测开关130与检测变压器140的低压绕组(即n3)电连接，检测变压器140的高压绕组(即n4)与硅芯200电连接；电流检测器件160串联于供电变压器120的二次绕组与检测变压器140的低压绕组构成的回路上，电压检测器件170并联于检测变压器140的低压绕组上；至少一个检测开关130、电流检测器件160和电压检测器件170均与控制单元110电连接。
[0042]
该电流检测器件160用于检测该检测变压器140的输入电流，该电压检测器件170用于检测该检测变压器140的输入电压；该控制单元110用于控制至少一个检测开关130的通断，还用于根据电流检测器件160的电流检测值和电压检测器件170的电压检测值，推算硅芯200的阻值。
[0043]
其中，该检测开关130可以为继电器或接触器但不限于此。
[0044]
在本实施例中，该硅芯阻值检测电路100的检测原理如下：第一开关301和检测开关130初始状态下均为断开状态，该硅芯阻值检测电路100进行阻值检测时，控制单元110先控制第一开关301断开，隔离硅芯200和启动变压器302；接着，控制单元110控制检测开关130闭合，在检测变压器140的高压绕组未与硅芯200接通的情况下，获取电流检测器件160的电流检测值和电压检测器件170的电压检测值，其中电流检测器件160的电流检测值为第一电流检测值(即检测变压器140在与硅芯200接通前且检测开关130闭合情况下的输入电
流)，电压检测器件170的电压检测值为第一电压检测值(即检测变压器140在与硅芯200接通前且检测开关130闭合情况下的输入电压)，控制单元110根据该第一电流检测值和第一电压检测值计算出该检测变压器140的空载损耗；最后，控制单元110在将硅芯200接入硅芯阻值检测电路100后(即检测变压器140的高压绕组与硅芯200接通后)，获取电流检测器件160的电流检测值和电压检测器件170的电压检测值，此时电流检测器件160的电流检测值为第二电流检测值(即检测变压器140在与硅芯200接通后且检测开关130闭合情况下的输入电流)，电压检测器件170的电压检测值为第二电压检测值(即检测变压器140在与硅芯200接通后且检测开关130闭合情况下的输入电压)，控制单元110根据该第二电流检测值、第二电压检测值计算得到总损耗，通过总损耗减去计算得到的空载损耗，计算得到硅芯200上的损耗，再通过硅芯200上的损耗计算出硅芯200的阻值。
[0045]
在本实施例中，假设第一电流检测值为i1，第一电压检测值为u1，第二电流检测值为i2，第二电压检测值为u2，则控制单元110根据第一电流检测值和第一电压检测值可以计算得到检测变压器140的空载损耗p
空载损耗
＝u1i1，根据第二电流检测值和第二电压检测值可以计算得到总损耗p＝u2i2，进而按照公式r
x
＝u
12
/[k2(p
‑
p
空载损耗
)]计算出硅芯200的阻值，其中k为检测变压器140的变比，(p
‑
p
空载损耗
)为硅芯200上的损耗。
[0046]
可见，本发明实施例提供的硅芯阻值检测电路100，可以采用小容量的供电变压器120提供阻值检测电源，进而实现硅芯200阻值的自动检测，相对于现有的人工检测方式，能够有效提高检测效率和可靠性，进而提高多晶硅的生产效率。该硅芯阻值检测电路100可集成于还原炉电源控制系统，有利于多晶硅还原炉电源系统的自动化运行。
[0047]
可选地，请参照图2，该硅芯阻值检测电路100还可以包括限流电阻r1、隔离开关150，限流电阻r1串联于供电变压器120的二次绕组与检测变压器140的低压绕组构成的回路上，该隔离开关150串联于检测变压器140的高压绕组与硅芯200之间，并且该隔离开关150还与控制单元110电连接，该控制单元110用于控制该隔离开关150的通断，通过控制隔离开关150的通断，实现检测变压器140的高压绕组与硅芯200接通或者断开。该限流电阻r1可以有效防止供电变压器120的二次绕组与检测变压器140的低压绕组构成的回路上的电流过大。
[0048]
在本实施例中，该隔离开关150可以为接触器或断路器，但不限于此。
[0049]
在实际应用中，考虑到用户有选择不同电压进行阻值检测的需求，可以通过设置多个开关的方式使得供电变压器120的二次绕组输出不同的电压。基于此，请参照图3，该至少一个检测开关130包括第一检测开关ka1和第二检测开关ka2，供电变压器120的二次绕组上设置有第一抽头121、第二抽头122和公共点123，第一抽头121通过第一检测开关ka1与检测变压器140的低压绕组的一端电连接，第二抽头122通过第二检测开关ka2与检测变压器140的低压绕组的一端电连接，检测变压器140的低压绕组的另一端与公共点123电连接，第一检测开关ka1和第二检测开关ka2均与控制单元110电连接，且第一检测开关ka1和第二检测开关ka2合闸相互闭锁。
[0050]
其中，第一检测开关ka1和第二检测开关ka2合闸相互闭锁，指的是第一检测开关ka1和第二检测开关ka2不会同时处于闭合状态。通过在供电变压器120的二次绕组上设置抽头，可将二次绕组分别低压绕组(即n6)和高压绕组(即n7)，使得二次绕组输出不同的电压，即控制单元110通过控制第一检测开关ka1和第二检测开关ka2的通断，可使供电变压器
120输出高电压或者低电压。
[0051]
在本实施例中，当硅芯阻值检测电路100中的至少一个检测开关130包括第一检测开关ka1和第二检测开关ka2时，硅芯阻值检测电路100的工作原理如下：
[0052]
首先，控制单元110控制第一开关301断开，隔离硅芯200和启动变压器302；其次，控制单元110控制隔离开关150断开，此时隔离开关150处于分闸状态，硅芯200与硅芯阻值检测电路100隔离；接着，控制单元110先控制第二检测开关ka2闭合、第一检测开关ka1断开，此时供电变压器120输出第一电压(低电压)，然后再控制第一检测开关ka1闭合、第二检测开关ka2断开，此时供电变压器120输出第二电压(高电压)，电流检测器件160和电压检测器件170在供电变压器120输出第一电压和第二电压时将对应不同的电流检测值和电压检测值，则最终得到的第一电流检测值将包括电流检测器件160在检测变压器140输入第一电压和第二电压时的电流检测值(即两种情况下的电流检测值)，最终得到的第一电压检测值包括电压检测器件170在检测变压器140输入第一电压和第二电压时的电压检测值(即两种情况下的电压检测值)。
[0053]
在本实施例中，控制单元110计算检测变压器140的空载损耗时，既可以根据电流检测器件160在检测变压器140输入第一电压时的电流检测值、电压检测器件170在检测变压器140输入第一电压时的电压检测值计算，又可以根据电流检测器件160在检测变压器140输入第二电压时的电流检测值、电压检测器件170在检测变压器140输入第二电压时的电压检测值计算。
[0054]
最后，控制单元110控制隔离开关150闭合，将硅芯200接入硅芯阻值检测电路100，控制单元110根据电流检测器件160的第二电流检测值、电压检测器件170的第二电压检测值计算得到总损耗，通过总损耗减去计算得到的空载损耗，计算得到硅芯200上的损耗，再通过硅芯200上的损耗计算出硅芯200的阻值。
[0055]
可见，本发明实施例提供的硅芯阻值检测电路100，通过先闭合供电变压器120的低压绕组与检测变压器140之间的第二检测开关ka2，实现以低电压初步测量硅芯200所在电路的通断和绝缘情况，在无故障时再闭合供电变压器120的高压绕组与检测变压器140之间的第一检测开关ka1，实现以高电压供电检测硅芯200的阻值，有效避免了直接由供电变压器120的高压绕组供电时因硅芯200碰壁或绝缘阻值异常造成的短路故障，提高了检测的安全性，且通过控制输出不同电压适宜对不同硅芯的阻值进行测量。
[0056]
请参照图4，为本发明实施例提供的硅芯阻值检测方法的一种流程示意图。需要说明的是，本实施例所提供的硅芯阻值检测方法，其基本原理及产生的技术效果和上述实施例相同，为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考上述的实施例中相应内容。该硅芯阻值检测方法可以应用于上述的硅芯阻值检测电路100，可以包括以下步骤：
[0057]
步骤s401，控制单元控制检测开关闭合。
[0058]
步骤s402，控制单元在检测变压器的高压绕组未与硅芯接通的情况下，根据电流检测器件的第一电流检测值和电压检测器件的第一电压检测值，计算检测变压器的空载损耗。
[0059]
步骤s403，检测变压器的高压绕组与硅芯接通后，控制单元根据电流检测器件的第二电流检测值、电压检测器件的第二电压检测值，计算得到总损耗；总损耗包括检测变压器的空载损耗和硅芯上的损耗。
[0060]
步骤s404，通过总损耗减去空载损耗折算出硅芯上的损耗，再通过硅芯上的损耗计算硅芯的阻值。
[0061]
在一些实施例中，该至少一个检测开关130可以包括第一检测开关ka1和第二检测开关ka2，上述步骤s401具体可以包括：控制单元控制第二检测开关闭合以及第一检测开关断开，以使供电变压器输出第一电压；控制单元控制第二检测开关断开以及第一检测开关闭合，以使供电变压器输出第二电压；其中，第二电压高于第一电压；通过控制输出不同电压以对不同硅芯的阻值进行测量。
[0062]
当该至少一个检测开关130包括第一检测开关ka1和第二检测开关ka2时，上述的第一电流检测值可以包括电流检测器件160在检测变压器140输入第一电压和第二电压时的电流检测值，上述的第一电压检测值可以包括电压检测器件170在检测变压器140输入第一电压和第二电压时的电压检测值。在此情况下，上述步骤s402具体可以包括：控制单元根据电流检测器件在检测变压器输入第一电压时的电流检测值、电压检测器件在检测变压器输入第一电压时的电压检测值，或者，根据电流检测器件在检测变压器输入第二电压时的电流检测值、电压检测器件在检测变压器输入第二电压时的电压检测值，计算检测变压器的空载损耗。
[0063]
其中，该硅芯200的阻值的计算公式为：r
x
＝u
12
/[k2(p
‑
p
空载损耗
)]，其中，u1为第一电压检测值，k为检测变压器140的变比，p为根据第二电流检测值和第二电压检测值计算得到的总损耗，p
空载损耗
为根据第一电流检测值和第一电压检测值计算得到的检测变压器140的空载损耗。
[0064]
可见，本发明实施例提供的硅芯阻值检测方法中，控制单元110通过控制检测开关130闭合，在检测变压器140的高压绕组未与硅芯200接通情况下，根据电流检测器件160的第一电流检测值和电压检测器件170的第一电压检测值，计算检测变压器140的空载损耗；接着，在检测变压器140的高压绕组与硅芯200接通后，根据电流检测器件160的第二电流检测值、电压检测器件170的第二电压检测值计算得到总损耗，通过总损耗减去空载损耗计算出硅芯200上的损耗，再通过硅芯200上的损耗计算硅芯200的阻值。如此，实现了硅芯200阻值的自动检测，提高了检测效率和可靠性，还能提高多晶硅的生产效率。此外，在有第一检测开关ka1和第二检测开关ka2的情况下，通过先闭合供电变压器120的低压绕组与检测变压器140之间的第二检测开关ka2，实现以低电压初步测量硅芯200所在电路的通断和绝缘情况，在无故障时再闭合供电变压器120的高压绕组与检测变压器140之间的第一检测开关ka1，实现以高电压供电检测硅芯200的阻值，有效避免了直接由供电变压器120的高压绕组供电时因硅芯200碰壁或绝缘阻值异常造成的短路故障，提高了检测的安全性，且通过控制输出不同电压适宜对不同硅芯的阻值进行测量。
[0065]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。