[发明专利]基于动态跟踪热容滤波的流体温度波动抑制装置

说明书

基于动态跟踪热容滤波的流体温度波动抑制装置属于精密温控技术领域，针对现有流体温度波动抑制装置无法满足动态温度控制性能需求的问题，提出了一种基于动态跟踪的流体温度波动抑制装置，流体一分为二同时流入一个换热装置的两侧通路，一侧通路中的流体直接流过，同时采用温度传感器来获取流体温度设定点变化情况，并以此来控制安装在另一侧通路入口处电控阀的开闭，从而截取一部分流体存储于该通路中作为温度波动抑制的热容滤波介质并保证介质温度与流体温度设定值一致，实现热容滤波介质温度对流体温度设定值的跟随，最终实现针对动态流体温度波动的抑制，为具有动态高精度温度需求的流体温度控制系统提供了有效的技术方案。

技术领域

本发明属于精密温控技术领域，主要涉及一种基于动态跟踪热容滤波的流体温度波动抑制装置。

背景技术

随着超精密测量、加工精度的不断提高，热污染逐渐凸显成为制约测量、加工精度和性能进一步提高的关键因素之一。目前，普遍采用以空气、水或复合冷却液等为循环介质的循环流体温度控制系统来实现对温度敏感零部件、区域的高精度温度控制，并采用流体温度波动抑制装置串联在循环流体温度控制系统中的形式来进一步提高流体温度稳定性，以实现mK甚至更高量级的循环流体温度稳定性来满足超精密测量、加工的需求。以半导体加工的核心设备光刻机为例：采用循环冷却水通过电机水道的方式来带走电机运动时产生的热量，将电机表面温升抑制在0.1K以内；同时采用循环恒温空气产生的气浴来控制激光干涉测量系统光路所在的空间温度，使其长期温度波动不超过±0.01K。上述性能指标均是通过具有mK级温度稳定性的循环水或空气来实现的。

针对循环流体温度波动抑制问题，K.M.Lawton等提出了两类技术方案(1.Precision Temperature Control of High-Throughput Fluid Flows:Theoreticaland Experimental Analysis，第一作者：Lawton,K.M.，期刊：Journal of Heat Transfer,2001年123卷4期；2.Direct contact packed bed thermal gradient attenuators:Theoretical analysis and experimental observations.第一作者：Lawton,K.M，期刊：Review of Science Instruments，2003年74卷5期)：1)将一个换热器的一侧通道内密封充满水作为热容滤波介质，并让循环流体通过另一侧通道，循环流体温度波动时，介质就会依靠自身的热容来吸收或释放热量，以此来抑制循环流体的温度波动。2)在一个容器中充满不锈钢球，让循环流体从容器的一端流入经过不锈钢球后从另一端流出，以不锈钢球的热容来吸收或释放热量，从而抑制循环流体温度波动。这两类技术方案能有效工作的核心前提是介质温度必须处于循环流体温度波动范围之内。