多模复合与主动气浴双层超精密温控装置属于精密微环境控制技术领域；在密封良好的一级钢板密封箱外侧安装高效保温层，内侧安装循环介质管；在一级钢板密封箱内部，安装密封良好的二级钢板密封箱，在二级钢板密封箱外侧安装二级高效保温层，内侧安装辐射对流双模复合控温板；在密封箱的内侧，且位于核心发热部件上侧设置有气浴组件，气浴组件对核心发热部件所在区域进行气浴；在一级钢板密封箱、二级钢板密封箱内侧均安装有除湿装置、过滤净化装置及传感器组合，在二级钢板密封箱内安装冷却组件；传感器组合将实时监测到的环境参数送到总控制器，总控制器以传导辐射对流复合方式调控一级钢板密封箱和二级钢板密封箱内部的温度，本装置解决了现有技术难以兼顾微环境温度的控制精度和效率的问题。控制精度和效率的问题。控制精度和效率的问题。
【技术实现步骤摘要】
多模复合与主动气浴双层超精密温控装置
[0001]本专利技术属于精密微环境控制
，具体涉及一种多模复合与主动气浴双层超精密温控装置。
技术介绍
[0002]随着超精密加工与测量水平的不断提高，环境参数如温度、湿度、压强和洁净度等的扰动成为制约超精密加工装备与测量仪器精度和性能提高的关键因素。扫描隧道显微镜等超精密仪器、光刻机等超精密制造装备，技术密集度与复杂度极高，各项关键指标均达到了现有技术能力的极限，代表了目前测量与加工制造的最高水平。扫描隧道显微镜的测量精度达到了纳米量级，步进扫描光刻机的定位精度与套刻精度均达到纳米量级，如此高的定位精度和运动精度都来自于其内部的激光干涉计量框架。仪器装备的运行过程中，温度、湿度、压强和洁净度等环境参数会发生波动，如果得不到控制，激光干涉计量框架的准确性会显著降低，甚至会导致计量框架失灵。这对环境参数控制技术提出了新的挑战。
[0003]现有技术中，申请号为201810171584.7的专利文件公开了一种常压热辐射的控温方式：粗控温夹筒对精密内控温筒热辐射耦合控温，精密内控温筒以热辐射的方式控制其内部温度。但是该方案中自然对流的控温作用要远大于热辐射控温效果，而且无法避免控温过程中热对流作用的干扰，热辐射控温精度高的特点没有得到发挥。
[0004]再有，传统温度的控制方式只考虑占主导地位的传热方式。在对循环水进行温度控制时，只考虑热传导的作用(赵艺文.基于自抗扰控制的浸液高精度温度控制技术研究.华中科技大学,2107.)；对气浴气体进行温度控制时只考虑到热对流作用(赵强君.光刻机内部气体温度控制模型及算法研究.华中科技大学,2107.)。这种单一的控温方式越来越难以满足工业生产等场合需求，被忽略的传热方式成为制约控温精度重要因素。NIST研制的分子测量机采用的真空辐射控温方案抑制了空气的自然对流，电阻加热线包覆的铜制外壳包裹着测量核心，外壳和测量核心的表面均镀有哑光金以保持两者之间辐射耦合的稳定性，(1.Kramar J,Jun J,Penzes W,et al.THE MOLECULAR MEASURING MACHINE.2008；2.US Department of Commerce,NIST.Nanometer Resolution Metrology with the NIST Molecular Measuring Machine.Measurement Science&Technology.)。该方案通过热惯性和可调热载荷的方式，实现优于
±
0.001℃量级的温控精度，但这种方案的响应时间长达数天甚至数个月，难以满足超精密加工制造对效率的要求。
[0005]另外，申请号202110647092.2的专利文件公开了一种交叉辐射对流的高精度控温装置，该装置采用的是交叉辐射对流的控温方式，来自冷水机组的液体通过第一精调加热装置和第二精调加热装置后送到分水器，分水器将液体均匀送到交叉辐射对流装置。通过水泵变频调节交叉辐射对流装置流量大小，自动适应测量平台上热源变化，提高热交换效率，通过精调加热装置精准控制集水器温度，达到测量平台温度可控可调的目的。但是该方案没有给出足够的辐射对流控温细节，根据
技术实现思路
的描述，该装置对流与辐射功率不可能完全解耦，无法发挥热辐射高精度控温和热对流快速控温的优势。
[0006]综上所述，面对超精密仪器设备和大型超精密制造装备对微环境参数控制越来越高的要求，传统的单一温度控制方式精度低、调整时间较长；复合控温方式没有对各控温功率进行解耦，无法发挥复合控温方式温控精度和效率的优势。上述技术都不能满足超精密加工装备与测量仪器精度和效率的要求。
技术实现思路
[0007]本专利技术的目的是针对上述现有技术存在的问题，结合超精密仪器设备和大型超精密制造装备对超精密环控设备的要求，提供一种多模复合与主动气浴双层超精密温控装置。装置采用双层结构衰减装置外的温度干扰，再结合传导辐射对流复合与主动气浴控温控温方式达到满足超精密控温需求的目的。
[0008]本专利技术的技术解决方案是：
[0009]在一级钢板密封箱内部安装二级钢板密封箱，所述二级钢板密封箱与一级钢板密封箱之间留有间距；一级高效保温层固装在一级钢板密封箱的侧壁外面上，将一级钢板密封箱整体覆盖包容，在所述一级钢板密封箱侧壁内面上固装循环介质管，一级除湿装置和一级过滤净化装置分别安装在一级钢板密封箱内侧，所述一级除湿装置和一级过滤净化装置分别将一级钢板密封箱箱体内部与箱体外部连通，一级传感器组合安装在一级钢板密封箱箱体内腔内；在所述二级钢板密封箱的侧壁外面上整体覆盖包容的固装二级高效保温层，在所述二级钢板密封箱侧壁内面上安装辐射对流双模复合控温板，二级除湿装置和二级过滤净化装置分别安装在二级钢板密封箱内侧，所述二级除湿装置和二级过滤净化装置分别将二级钢板密封箱箱体内部与一级钢板密封箱腔体连通，核心发热部件位于二级钢板密封箱箱体腔内，二级传感器组合、冷却组件安装在二级钢板密封箱箱体内腔内，所述冷却组件中的循环冷却介质进入管和循环冷却介质流出管均与核心发热部件连接，所述冷却组件中的温度传感器安装在循环冷却介质流出管上；气浴板位于核心发热部件的正上方，安装在二级钢板密封箱箱体腔内；总控制器分别控制一级除湿装置、二级除湿装置、一级过滤净化装置、二级过滤净化装置、一级传感器组合、二级传感器组合、循环介质管、辐射对流双模复合控温板、冷却组件、气浴板的运行。
[0010]本专利技术提供的多模复合与主动气浴双层超精密温控装置，具有以下优点：
[0011](1)本专利技术采用了多种传热方式复合的温控方法，提高温控精度和效率。本装置的一级钢板密封箱安装循环介质管对一级钢板密封箱内进行控温、二级钢板密封箱安装有辐射对流双模复合控温板循环冷却介质进入管对二级钢板密封箱进行多模态控温。本装置冷却组件对核心发热部件进行快速冷却、高精度控温，辐射对流双模复合控温板可以调整辐射和对流的功率，同时，装置内的气浴板对核心发热部件进行气浴，辐射对流双模复合控温板中的辐射板配合调整核心发热部件的温度，实现良好的控温效果。解决了现有仪器装备单一控温方式难以兼顾控温温控精度和效率的问题。这是本专利技术区别于现有技术的创新点之一。
[0012](2)本专利技术采取了合理的隔离措施，减小外层环控区域对内层环控区域微环境的干扰。本装置安装有高效保温层，能够避免密封箱外的温度干扰对密封箱内的影响。在密封箱内，气浴组件工作区域外的气压略低于工作区域内气压，区域内外形成微正压结构。区域内气浴气体的温控精度要高于区域外的空气，区域内复合控温方式能取得更高的控温精度
有效阻隔气浴区域外的温度干扰，保证高精度核心发热部件所在区域的控温精度。解决了现有仪器装备低精度环控区域对高精度环控区域干扰的问题。这是本专利技术区别于现有技术的创新点之二。
[0013](3)本专利技术采取了合理的解耦温控功率的措施，保证复合控温方式的温控精度和效率。本装置二级钢板密封箱内气浴组件的对流功率由气浴组件控制、本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种多模复合与主动气浴双层超精密温控装置，其特征在于：在一级钢板密封箱(1)内部安装二级钢板密封箱(2)，所述二级钢板密封箱(2)与一级钢板密封箱(1)之间留有间距；一级高效保温层(3)固装在一级钢板密封箱(1)的侧壁外面上，将一级钢板密封箱(1)整体覆盖包容，在所述一级钢板密封箱(1)侧壁内面上固装循环介质管(11)，一级除湿装置(5)和一级过滤净化装置(7)分别安装在一级钢板密封箱(1)内侧，所述一级除湿装置(5)和一级过滤净化装置(7)分别将一级钢板密封箱(1)箱体内部与箱体外部连通，一级传感器组合(9)安装在一级钢板密封箱(1)箱体内腔内；在所述二级钢板密封箱(2)的侧壁外面上整体覆盖包容的固装二级高效保温层(4)，在所述二级钢板密封箱(2)侧壁内面上安装辐射对流双模复合控温板(12)，二级除湿装置(6)和二级过滤净化装置(8)分别安装在二级钢板密封箱(2)内侧，所述二级除湿装置(6)和二级过滤净化装置(8)分别将二级钢板密封箱(2)箱体内部与一级钢板密封箱(1)腔体连通，核心发热部件(14)位于二级钢板密封箱(2)箱体腔内，二级传感器组合(10)、冷却组件(15)安装在二级钢板密封箱(2)箱体内腔内，所述冷却组件(15)中的循环冷却介质进入管(15
‑
2)和循环冷却介质流出管(15
‑
3)均与核心发热部件(14)连接，所述冷却组件(15)中的温度传感器(15
‑
1)安装在循环冷却介质流出管(15
‑
3)上；气浴板(16)位于核心发热部件(14)的正上方，安装在二级钢板密封箱(2)箱体腔内；总控制器(13)分别控制一级除湿装置(5)、二级除湿装置(6)、一级过滤净化装置(7)、二级过滤净化装置(8)、一级传感器组合(9)、二级传感器组合(10)、...
【专利技术属性】
技术研发人员：崔俊宁，崔文文，边星元，谭久彬，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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