Name: in situ surface temperature measurement in a conveyor belt furnace via inline infrared thermography
Uploaded: 2020-05-30T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about In Situ Surface Temperature Measurement in a Conveyor Belt Furnace via Inline Infrared Thermography at JoVE.com

Эта работа поддерживается Федеральным министерством экономики Германии в рамках проекта "Feuerdrache" (0324205B). Авторы благодарят коллег, которые внесли свой вклад в эту работу, и партнеров по проекту (InfraTec, Rehm Thermal Systems, Heraeus Noblelight, Trumpf Photonic Components) за софинансирование и оказание выдающейся поддержки.

1. Установка ИК-камеры в конвейерную ленту печи
<ol><li>Решите, какая часть печи должна быть измерена ИК-камерой. ПРИМЕЧАНИЕ: Здесь выбрана пиковая зона процесса стрельбы (см. оранжевую выделенную зону в зоне обстрела рисунка 1A).</li>
	<li>Определите температурный диа...

<ol>
	<li>Xu, J., Zhang, J., Kuang, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Conveyor Belt Furnace Thermal Processing. , (2018).</li><li>Breitenstein, O., Warta, M. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Langenkamp Lock-in Thermography: Basics and Use for Evaluating Electronic Devices and Materials. , (2010).</li><li>Ravindra, N. M., Ravindra, K., Mahendra, S., Sopori, B., Fiory, A. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modeling+and+Simulation+of+Emissivity+of+Silicon-Related+Materials+and+Structures.">Modeling and Simulation of Emissivity of Silicon-Related Materials and Structures.</a> Journal of Electronic Materials. 32 (10), 1052-1058 (2003).</li><li>Ourinson, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+Situ+Solar+Wafer+Temperature+Measurement+during+Firing+Process+via+Inline+IR+Thermography.">In Situ Solar Wafer Temperature Measurement during Firing Process via Inline IR Thermography.</a> Physica Status Solidi (RRL) - Rapid Research Letters. 13 (10), 1900270 (2019).</li><li>Ourinson, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In-situ+wafer+temperature+measurement+during+firing+process+via+inline+infrared+thermography.">In-situ wafer temperature measurement during firing process via inline infrared thermography.</a> AIP Conference Proceedings. 2156, 020013 (2019).</li><li>Cooper, I. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Understanding+and+Use+of+IR+Belt+Furnace+for+Rapid+Thermal+Firing+of+Screen-Printed+Contacts+to+Si+Solar+Cells.">Understanding and Use of IR Belt Furnace for Rapid Thermal Firing of Screen-Printed Contacts to Si Solar Cells.</a> IEEE Electron Device Letters. 31 (5), 461-463 (2010).</li><li>Schubert, G., Huster, F., Fath, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Physical+understanding+of+printed+thick-film+front+contacts+of+crystalline+Si+solar+cells-Review+of+existing+models+and+recent+developments.">Physical understanding of printed thick-film front contacts of crystalline Si solar cells-Review of existing models and recent developments.</a> Solar Energy Materials and Solar Cells. 90 (18-19), 3399-3406 (2006).</li><li>Rauer, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Aluminum+Alloying+in+Local+Contact+Areas+on+Dielectrically+Passivated+Rear+Surfaces+of+Silicon+Solar+Cells.">Aluminum Alloying in Local Contact Areas on Dielectrically Passivated Rear Surfaces of Silicon Solar Cells.</a> IEEE Electron Device Letters. 32 (7), 916-918 (2011).</li><li>Pawlik, M., Vilcot, J. -. P., Halbwax, M., Gauthier, M., Le Quang, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impact+of+the+firing+step+on+Al+2+O+3+passivation+on+p-type+Czochralski+Si+wafers:+Electrical+and+chemical+approaches.">Impact of the firing step on Al 2 O 3 passivation on p-type Czochralski Si wafers: Electrical and chemical approaches.</a> Japanese Journal of Applied Physics. 54 (8), 21 (2015).</li><li>Lee, B. J., Zhang, Z. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=RAD-PRO:+Effective+Software+for+Modeling+Radiative+Properties+in+Rapid+Thermal+Processing.">RAD-PRO: Effective Software for Modeling Radiative Properties in Rapid Thermal Processing.</a> 2005 13th International Conference on Advanced Thermal Processing of Semiconductors. , (2005).</li><li>. Temperature Measurements Available from: <a target="_blank" href="https://meettechniek.info/measuring/temperature.html">https://meettechniek.info/measuring/temperature.html</a> (2020)</li><li>Blakers, A. W., Wang, A., Milne, A. M., Zhao, J., Green, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=22.8%+efficient+silicon+solar+cell.">22.8% efficient silicon solar cell.</a> Applied Physics Letters. 55 (13), 1363-1365 (1989).</li><li>Dullweber, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=PERC+:+industrial+PERC+solar+cells+with+rear+Al+grid+enabling+bifaciality+and+reduced+Al+paste+consumption.">PERC+: industrial PERC solar cells with rear Al grid enabling bifaciality and reduced Al paste consumption.</a> Progress in Photovoltaics: Research and Applications. 24 (12), 1487-1498 (2016).</li><li>Ourinson, D., Emanuel, G., Lorenz, A., Clement, F., Glunz, S. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluation+of+the+burnout+phase+of+the+contact+firing+process+for+industrial+PERC.">Evaluation of the burnout phase of the contact firing process for industrial PERC.</a> AIP Conference Proceedings. 2147 (1), 040015 (2019).</li></ol>

Как правило, температура термографии корректируется путем измерения и адаптации оптических параметров объекта, трансмиссивного окна и траектории, а также температуры окружающей среды объекта итрансмиссивного окна 2. В качестве альтернативного метода в этом протоколе оп?...

Контроль процесса и обеспечение качества объектов, обрабатываемых вконвейерных печах 1, важны и осуществляется путем измерения температуры поверхности объекта. В настоящее время температура обычно измеряется термокоуплом1. Поскольку термокомпые измерения требуют контакта с объектом, термокоупли неизбежно повреждают объект. Поэтому обычно выбирают репрезентативные образцы партии для измерения температуры, которые не обрабатываются с момента их повреждения. Измеренные температуры этих поврежденных объектов затем обываются на оставшиеся образцы из партии, которые затем обрабатываются. Соответственно, производство должно быть прервано для термоотесных измерений. Кроме того, контакт является локальным, нуждается в корректировке после каждого измерения и влияет на местную температуру.
Инфракрасная (ИК)термография 2 имеет ряд преимуществ по сравнению с классическими измерениями термокорпуса и представляет собой бесконтактный, на месте, в режиме реального времени, экономию времени и пространственно решенный метод измерения температуры. Используя этот метод, каждый образец партии, включая те, которые дополнительно обрабатываются, может быть измерен без прерывания производства. Кроме того, можно измерить распределение температуры поверхности, что дает представление о однородности температуры в процессе. Функция в режиме реального времени позволяет коррекции температурных параметров на лету. До сих пор возможными причинами отказа от использования ИК-термографии в конвейерных лентах являются 1) неизвестные оптические параметры горячих объектов(особенно для неметаллов 3)и 2) паразитическое экологическое излучение в печи (т.е. отраженное излучение, обнаруженное ИК-камерой в дополнение к испускаемому излучению излучения от объекта), что приводит к ложнойтемпературной выходу 2.
Здесь, в качестве репрезентативного доказательства концепции пример ИК-термографии в конвейерной ленте печи, мы успешно установили inline термографии системы в ИК-лампы питание солнечной печи огня (Рисунок 1), который используется в процессе контактной стрельбы промышленных солнечных батарей Si (Рисунок 2A,B)4,5. Процесс стрельбы является важным шагом в конце промышленного производства солнечных батарей6. На этом этапе контакты ячейки образуются7,,8,а поверхностная пассивация активируется9. Чтобы успешно достичь последнего, профиль температуры времени во время процессастрельбы (рисунок 2C) должен быть точно реализован. Поэтому необходим достаточный и эффективный контроль температуры. В этом протоколе описывается, как установить ИК-камеру в конвейерную ленту печи, провести коррекцию заказчика заводской откалиброванной ИК-камеры, а также оценить пространственное распределение температуры поверхности целевого объекта.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:665px;" width="665">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Datalogger incl. Thermal barrier</td>
			<td style="width:121px;">Datapaq Ltd.</td>
			<td style="width:161px;"></td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">IR thermography camera &#34;Image IR 8300&#34;</td>
			<td style="width:121px;">InfraTec GmbH</td>
			<td style="width:161px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">IR thermography software &#34;IRBIS Professional 3.1&#34;</td>
			<td style="width:121px;">InfraTec GmbH</td>
			<td style="width:161px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Solar cells</td>
			<td style="width:121px;">Fraunhofer ISE</td>
			<td style="width:161px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Solar firing furnace &#34;RFS 250 Plus&#34;</td>
			<td style="width:121px;">Rehm Thermal Systems GmbH</td>
			<td style="width:161px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Sheath thermocouples type K</td>
			<td style="width:121px;">TMH GmbH</td>
			<td style="width:161px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Thermocouple quartzframe</td>
			<td style="width:121px;">Heraeus Noblelight GmbH</td>
			<td style="width:161px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

in situ surface temperature measurement in a conveyor belt furnace via inline infrared thermography

Измерение температуры поверхности объектов, обрабатываемых в конвейерных печах, является важным инструментом контроля процесса и обеспечения качества. В настоящее время температура поверхности объектов, обрабатываемых в конвейерных печах, обычно измеряется с помощью термокоуплей. Тем не менее, инфракрасная (ИК) термография представляет многочисленные преимущества по сравнению с термокорпусными измерениями, так как это бесконтактный, в режиме реального времени и пространственно разрешенный метод. Здесь, в качестве репрезентативного доказательства концепции пример, inline термографии система успешно установлена в ИК-лампа питание солнечной печи стрельбы, которая используется для процесса контактного стрельбы промышленных солнечных батарей Si. В этом протоколе описывается, как установить ИК-камеру в конвейерную ленту печи, провести коррекцию заказчика заводской откалиброванной ИК-камеры, а также выполнить оценку пространственного распределения температуры поверхности на целевом объекте.

Как показано на рисунке 3БХД, пример объекта (здесь, кремний солнечный элемент; строго говоря, пассивированный излучатель и задняя ячейка (PERC)12; Рисунок 2A,B) может быть четко обнаружен ИК-камерой в различных конфигурациях<sup cl...

Watch this Scientific Journal Video about In Situ Surface Temperature Measurement in a Conveyor Belt Furnace via Inline Infrared Thermography at JoVE.com

In Situ Surface Temperature Measurement in a Conveyor Belt Furnace via Inline Infrared Thermography

В этом протоколе описывается, как установить инфракрасную камеру в конвейерную ленту печи, провести заказчик коррекции заводской откалиброванной ИК-камеры, а также оценить пространственное распределение температуры поверхности объекта, представляющий интерес. Примером объектов являются промышленные кремниевые солнечные элементы.

Измерение температуры поверхности situ в печи конвейерной ленты с помощью инфракрасной термографии

Measuring the surface temperature of objects that are processed in conveyor belt furnaces is an important tool in process control and quality assurance. ...

Поскольку очень важно измерить температуру объектов, обработанных в стационарных печах, здесь мы представляем inline термографию как перспективную альтернативу классическим измерениям температуры термокоплами. Термокоупли повреждают объект, измеряют температуру локально и требуют прерывания производства. Наша inline камеры термографии однако, измеряет температуру объекта в бесконтактной, в режиме реального времени, пространственно-решенной образом.Мы используем стационарные печи для контактной стрельбы кремниевых солнечных элементов. Поэтому мы установили в нашу печь камеру термографии, чтобы исследовать эти преимущества. Выберите камеру с диапазоном длин волн обнаружения, который максимально соответствует диапазону длин волн самого высокого излучения объекта, представляющий интерес для температурного диапазона.Чтобы установить камеру за пределами камеры печи, удалите стену печи и изоляции в месте, где оптический путь должен быть расположен, избегая тревожных объектов, таких как инфракрасные лампы, в оптическом пути. Закройте отверстие окном, которое тепло изолирует камеру печи, будучи максимально прозрачным для диапазона длин волн обнаружения камеры. Затем поместите камеру над окнами так, чтобы камера была визуальной на движущийся ремень.Избегайте как можно большего обнаружения паразитического излучения камерой, избегая близлежащих объектов, которые излучают или отражают излучение в диапазоне длин волн обнаружения камеры. Затем изучите термографическое изображение с помощью программного обеспечения инфракрасной камеры, чтобы проверить полученное поле зрения камеры. Для коррекции температуры клиента для кремниевых солнечных элементов, сначала проверьте солнечный элемент для местных оптических артефактов.Поскольку коррекция температуры основана на термокоуплях, чтобы проверить действительность термоотеса, смонтировать термокупл на задней алюминиевой стороне пластины и измерить температурный профиль времени для стандартного процесса стрельбы. Если профиль температуры времени показывает нарушение в виде более плоской кривой при алюминиевой кремниевой эвтектической температуре 577 градусов по Цельсию, термокупл, скорее всего, правильно откалиброван. Проведте термоотесные измерения с проверенным термокоплом, установленным на задней стороне солнечной батареи, и зарегионировать пластину с помощью инфракрасной камеры.Проведение нескольких термоотесанных измерений в температурном диапазоне интереса в одном и том же месте объекта и в пространственно различных случайных пятнах объектов для получения статистически значимых температурных профилей времени. Для определения локальной неисправленной температуры термографии солнечных батарей под термокупом извлекайте местную температуру в положении термокупла. Войти измеренных температур через термокупы против определенных температур с помощью неисправленной инфракрасной термографии, и получить кривую подходят в качестве общей единой глобальной формулы коррекции для неисправленного изображения термографии.Затем используйте эту кривую подходят данные для коррекции неисправленного изображения термографии во всем мире. Чтобы создать двухмерную карту распределения пиковой температуры, напишите сценарий на соответствующем языке программирования, чтобы отслеживать температуру поверхности для поверхности каждого объекта по всему полю зрения камеры, чтобы выступать в качестве виртуального термокопла, размещенного на всех вафельных пятнах одновременно. Затем извлекайте пиковое значение температуры для каждого места и навеяете эти температуры на соответствующую 2D-карту распределения.Для выполнения среднего распределения температуры в направлении пропускной способности среднее распределение 2D-температуры в измерении перпендикулярно направлению пропускной способности. Для выполнения распределения средней температуры перпендикулярно направлению пропускной способности, среднее распределение 2D-температуры в измерении в направлении пропускной способности. Как по этому рисунку, исправленная температура этого кремниевого солнечного элемента может быть четко обнаружена инфракрасной камерой в различных конфигурациях.Монофациализно металлизированные, бифациализно металлизированные и неметаллизированные образцы воспримилочных образцов. В этих анализах диапазон температур, представляющий интерес, напоминал типичный пиковый температурный диапазон процесса стрельбы. Как отмечается на этом снимке, контактный термокомп на задней стороне солнечной батареи вызывает падение температуры вокруг себя, скорее всего, из-за рассеивания тепла и затенения.Последнее падение имеет важное значение для оценки температуры клетки во время стрельбы без термокоуплей, по сравнению с температурой, измеряемой термокуплом, как для этой ячейки, расположенной на раме при контакте с термокоплом. При размещении непосредственно на поясе инфракрасная камера позволяет осуществлять наблюдение за локальным тепловым рассеиванием ячеек конвейерной лентой. На этом снимке показано репрезентативное пространственное пространственное распределение температуры солнечных батарей, а также выведенное среднее распределение в транспортном направлении и перпендикулярно транспортному направлению.Используя стационарные печи для контактного обжига кремниевых солнечных элементов, мы установили инфракрасную камеру в нашу печь для создания инновационного приложения термографии. Получение пространственно разрешенных пиковых температурных распределений во время процесса стрельбы позволяет изутовить корреляции распределения температуры с пространственно решенными параметрами солнечных батарей, которые значительно влияют на стрельбу.

Research

JoVE Journal

Engineering

In-situ Tapering of Chalcogenide Fiber for Mid-infrared Supercontinuum Generation

In-situ Tapering of Chalcogenide Fiber for Mid-infrared Supercontinuum Generation

В месте сужения Халькогенидные волокно для средней инфракрасной области спектра генерации супер

Supercontinuum  generation (SCG) in a tapered chalcogenide fiber is desirable for broadening mid-infrared  (or mid-IR, roughly the 2-20 &mu;m wavelength ...

Fabrication and Operation of a Nano-Optical Conveyor Belt

Изготовление и эксплуатация нанооптических конвейерной

The technique of using focused laser beams to trap and exert forces on small particles has enabled many pivotal discoveries in the nanoscale biological ...

Advanced Experimental Methods for Low-temperature Magnetotransport Measurement of Novel Materials

Расширенный Экспериментальные методы низкотемпературной магнитотранспорте измерения новых материалов

Novel electronic materials are often produced for the first time by synthesis processes that yield bulk crystals (in contrast to single crystal thin film ...

The Measurement of Unsteady Surface Pressure Using a Remote Microphone Probe

Измерение неустойчивую поверхность давления с помощью выносного микрофона Probe

Microphones are widely applied to measure pressure fluctuations at the walls of solid bodies immersed in turbulent flows. Turbulent motions with various ...

Optical Trap Loading of Dielectric Microparticles In Air

Оптическая ловушка Загрузка Диэлектрические микрочастицами In Air

We demonstrate a method to trap a selected dielectric microparticle in air using radiation pressure from a single-beam gradient optical trap. Randomly ...

Recombination Dynamics in Thin-film Photovoltaic Materials via Time-resolved Microwave Conductivity

Рекомбинация Динамика в тонкопленочных фотоэлектрических материалов с помощью времяразрешенные СВЧ проводимости

A method for investigating recombination dynamics of photo-induced charge carriers in thin film semiconductors, specifically in photovoltaic materials ...

High Temperature Fabrication of Nanostructured Yttria-Stabilized-Zirconia (YSZ) Scaffolds by In Situ Carbon Templating Xerogels

High Temperature Fabrication of Nanostructured Yttria-Stabilized-Zirconia YSZ Scaffolds by In Situ Carbon Templating Xerogels

Высокая температура Изготовление наноструктурные стабилизированный оксидом иттрия оксида циркония-(YSZ) на строительные леса<em&gt; В Ситу</em&gt; Углеродные Шаблонизаторы Ксерогели

We demonstrate a method for the high temperature fabrication of porous, nanostructured yttria-stabilized-zirconia (YSZ, 8 mol% yttria - 92 mol% zirconia) ...

Preparation and High-temperature Anti-adhesion Behavior of a Slippery Surface on Stainless Steel

Подготовка и высокой температуры антиадгезионное поведение скользкой поверхности из нержавеющей стали

Anti-adhesion surfaces with high-temperature resistance have a wide application potential in electrosurgical instruments, engines, and pipelines. A ...

Generation of Size-controlled Poly (ethylene Glycol) Diacrylate Droplets via Semi-3-Dimensional Flow Focusing Microfluidic Devices

Generation of Size-controlled Poly ethylene Glycol Diacrylate Droplets via Semi-3-Dimensional Flow Focusing Microfluidic Devices

Поколение под контролем размер поли (этиленгликоля) Diacrylate каплями через Semi-3-мерной потока упором Microfluidic приборы

Uniform and size-controllable poly (ethylene glycol) diacrylate (PEGDA) droplets could be produced via the flow focusing process in a microfluidic device. ...

Near-Infrared Temperature Measurement Technique for Water Surrounding an Induction-heated Small Magnetic Sphere

Методика измерения температуры ближней ИК-области спектра для воды вокруг индукции подогреваемый маленький магнитный шар

A technique to measure the temperature of water and non-turbid aqueous media surrounding an induction-heated small magnetic sphere is presented. This ...