CN114324462A - 一种基于温度评估ptfe弹簧受压松弛率的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于温度评估PTFE弹簧受压松弛率的方法，考虑阀体内PTFE弹簧受流体环境温度影响而吸收较大的热能，从而影响PTFE弹簧内部的分子激活能，对PTFE弹簧的使用寿命产生影响，将PTFE弹簧在实际工况下的受热情况与弹簧受压松弛率结合，根据弹簧受力情况和弹簧工作状态下的实际温度获得了PTFE弹簧实际温度平均值下的弹簧受压松弛率，当弹簧受压松弛率达到预设值时，视为PTFE弹簧失效。本发明有效提高了PTFE弹簧受压松弛率的评估精度。
Description
技术领域
本发明属于超洁净流控部件应用领域，具体涉及一种基于温度评估PTFE弹簧受压松弛率的方法。
技术背景
集成电路(Integrated Circuit，简称IC)制造产业在国家经济建设、社会发展和国防安全中占据着重要地位，而光刻技术是大规模集成电路制造决定性工艺之一，与此同时不断进步的光刻技术也是保证IC产业不断向前发展的基础。浸没式光刻技术是目前国际上具有发展潜力的主要光刻技术之一，其原理为：在投影物镜和硅片之间填充高折射率液体(通常为水)并使之形成稳定的浸没流场，通过物镜与硅片之间的高折射率液体来增加系统的数值孔径，从而提高焦深并获得更高的分辨率。可见，浸没液体在浸没单元中形成的浸没流场必须满足工程需求，能够通过浸没液体循环净化系统及时带走光刻曝光过程中的污染物和热量，而浸没液体循环净化系统的输送循环系统主要来自超纯全氟树脂(聚四氟乙烯(Poly tetra fluoroethylene，简写PTFE)等)材料制造的超洁净流控部件。
PTFE开关阀是超洁净流控部件中重要的部件之一，而开关阀中最重要的原件为PTFE弹簧。目前对于PTFE弹簧的检测方法大多为离线检测，脱离PTFE弹簧实际的应用工况，且大多检测方法都只对弹簧的外形和弹性进行检测，通过两个夹紧装置对PTFE弹簧进行受拉受压测试；上述检测方法和检测内容无法判断PTFE弹簧的实际使用寿命，特别是阀体内的PTFE弹簧，其受流体的作用影响大，更需要对其实际使用寿命进行有效、合理的评估；针对上述问题，目前迫切需要一种针对阀体内PTFE弹簧实际使用寿命的预测方法。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出一种结合了PTFE弹簧在实际工况下自身温度变化的弹簧受压松弛率的评估方法，以提高PTFE弹簧受压松弛率的评估精确度。
本发明采用的技术方案如下：
本发明一种基于温度评估PTFE弹簧受压松弛率的方法，具体如下：
将压力传感器固定在阀体内部远离阀芯的一端，将PTFE弹簧未连接阀芯的那端与压力传感器固定连接；将红外温度传感器固定在阀体上开设的安装槽内，使得红外温度传感器的检测端正对PTFE弹簧；
将阀体装配在管道上，压力传感器检测到PTFE弹簧在初始状态下的预紧力为F0；然后，在水箱内加入纯净水，在室温T条件下，启动泵，使纯净水在管道内按预设流速流动；当阀芯被水流顶开在阀体内滑动并压缩PTFE弹簧时，压力传感器检测到PTFE弹簧压力值为F，则未考虑温度时弹簧受压松弛率α如下式所示：
接着，将管道内纯净水温度加热至预设温度；通过红外温度传感器按预设时间间隔对PTFE弹簧的温度进行检测，并将检测结果反馈至控制器；控制器通过检测得到的温度参数集Tq＝{T1，T2，T3，…，Tn}计算求出PTFE弹簧表面实际温度平均值Ts：
此时，PTFE弹簧吸收的比热能Q为：
Q＝Cpm(Ts-T)
其中，Cp为PTFE材料的比热容；m为PTFE弹簧的质量；将PTFE弹簧吸收的比热能Q与未考虑温度时弹簧受压松弛率α结合，得到在实际温度平均值Ts下的PTFE弹簧受压松弛率αT如下式所示：
其中，K为PTFE材料在实际温度平均值Ts下的热膨胀系数；在实际检测过程中，通过在阀体上安装红外温度传感器对PTFE弹簧的温度进行实时检测，在PTFE弹簧未连接阀芯的一端安装压力传感器对PTFE弹簧所受压力进行实时检测，并将检测数据反馈至控制器；控制器对PTFE弹簧在当前温度下的受压松弛度αT进行计算，并与预设值对比；当PTFE弹簧受压松弛率αT达到预设值时，视为PTFE弹簧失效。
优选地，所述的泵、红外温度传感器和压力传感器均与控制器连接；所述的泵受控制器控制。
优选地，通过向电阻丝通入电流，使管道内纯净水温度加热至预设温度；所述的电阻丝与交流电源之间串联有变流器。
更优选地，通过温度检测器对电阻丝的温度进行检测，温度检测器与控制器连接。
更优选地，通过数据处理模块对温度检测器、红外温度传感器和压力传感器的反馈信号进行处理，再传输至控制器；所述的数据处理模块包括数字转换器、数字显示器和编译器；数字转换器将电信号转换成数字信号，并将数字信号传输至数字显示器和编译器中；数字显示器接收数字信号，并将数字显示在显示屏幕上；编译器对数字信号进行处理并转换成可执行命令传输至控制器；所述的数字转换器、数字显示器和编译器均装配在支架上。
优选地，所述的水箱与管道之间安装有过滤器。
优选地，所述的泵、水箱、管道、压力传感器和红外温度传感器均置于保温箱中。
本发明具有的有益效果是：
本发明充分考虑了阀体内PTFE弹簧受流体环境温度影响而吸收较大热能的问题，从而影响PTFE弹簧内部的分子激活能，对PTFE弹簧的使用寿命产生影响；本发明将PTFE弹簧在实际工况下的受热情况与弹簧受压松弛率结合，根据弹簧受力情况和弹簧工作状态下的实际温度获得了PTFE弹簧实际温度平均值下的弹簧受压松弛率，当弹簧受压松弛率达到预设值时，视为PTFE弹簧失效。本发明能够有效提高PTFE弹簧受压松弛率的评估精度。
附图说明
图1为本发明中检测系统的装配示意图；
图2为本发明中电阻丝的装配示意图；
图3为本发明中阀体、阀芯、弹簧、压力传感器和红外温度传感器的装配示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
本发明一种基于温度评估PTFE弹簧受压松弛率的方法，具体如下：
如图1、图2和图3所示，将压力传感器401固定在阀体404内部远离阀芯403的一端，将PTFE弹簧402未连接阀芯403的那端与压力传感器401固定连接；将红外温度传感器405固定在阀体404上开设的安装槽内，使得红外温度传感器405的检测端正对PTFE弹簧402；将阀体404装配在管道9上，压力传感器401检测到PTFE弹簧402在初始状态下的预紧力为F0；然后，在水箱13内加入纯净水，在室温T条件下，启动泵10，使纯净水在管道9内按预设流速流动；当阀芯403被水流顶开在阀体404内滑动并压缩PTFE弹簧402时，压力传感器401检测到PTFE弹簧402压力值为F，则未考虑温度时弹簧受压松弛率α如下式所示：
接着，将管道9内纯净水温度加热至预设温度；通过红外温度传感器405按预设时间间隔对PTFE弹簧402的温度进行检测，并将检测结果反馈至控制器8；控制器8通过检测得到的温度参数集Tq＝{T1，T2，T3，…，Tn}计算求出PTFE弹簧表面实际温度平均值Ts：
此时，PTFE弹簧402吸收的比热能Q为：
Q＝Cpm(Ts-T)
其中，Cp为PTFE材料的比热容(单位：1kJ/(kg·℃))；m为PTFE弹簧的质量；将PTFE弹簧402吸收的比热能Q与未考虑温度时弹簧受压松弛率α结合，得到在实际温度平均值Ts下的PTFE弹簧受压松弛率αT如下式所示：
其中，K为PTFE材料在实际温度平均值Ts下的热膨胀系数(单位：kJ/K)；在实际检测过程中，通过在阀体上安装红外温度传感器405对PTFE弹簧402的温度进行实时检测，在PTFE弹簧402未连接阀芯403的一端安装压力传感器401对PTFE弹簧402所受压力进行实时检测，并将检测数据反馈至控制器8；控制器8对PTFE弹簧402在当前温度下的受压松弛度αT进行计算，并与预设值对比；当PTFE弹簧402受压松弛率αT达到预设值时，视为PTFE弹簧失效。
作为一个优选实施例，泵10、红外温度传感器405和压力传感器401均与控制器8连接；所述的泵10受控制器8控制。
作为一个优选实施例，通过向电阻丝7通入电流，使管道9内纯净水温度加热至预设温度；电阻丝7与交流电源之间串联有变流器6。
作为一个更优选实施例，通过温度检测器11对电阻丝7的温度进行检测；温度检测器11与控制器8连接。
作为一个更优选实施例，通过数据处理模块对温度检测器11、红外温度传感器405和压力传感器401的反馈信号进行处理，再传输至控制器8；所述的数据处理模块包括数字转换器1、数字显示器2和编译器3；数字转换器1将电信号转换成数字信号，并将数字信号传输至数字显示器2和编译器3中；数字显示器2接收数字信号，并将数字显示在显示屏幕上；编译器3对数字信号进行处理并转换成可执行命令传输至控制器8；所述的数字转换器1、数字显示器2和编译器3均装配在支架5上。
作为一个优选实施例，水箱13与管道9之间安装有过滤器12；过滤器12能过滤水流中的杂质，使得检测过程更加精确。
作为一个优选实施例，泵10、水箱13、过滤器12、管道9、压力传感器401和红外温度传感器405(构成检测系统4)均置于保温箱14中；使得检测环境的温度更加稳定。
Claims (7)
1.一种基于温度评估PTFE弹簧受压松弛率的方法，其特征在于：具体如下：
将压力传感器固定在阀体内部远离阀芯的一端，将PTFE弹簧未连接阀芯的那端与压力传感器固定连接；将红外温度传感器固定在阀体上开设的安装槽内，使得红外温度传感器的检测端正对PTFE弹簧；
将阀体装配在管道上，压力传感器检测到PTFE弹簧在初始状态下的预紧力为F0；然后，在水箱内加入纯净水，在室温T条件下，启动泵，使纯净水在管道内按预设流速流动；当阀芯被水流顶开在阀体内滑动并压缩PTFE弹簧时，压力传感器检测到PTFE弹簧压力值为F，则未考虑温度时弹簧受压松弛率α如下式所示：
接着，将管道内纯净水温度加热至预设温度；通过红外温度传感器按预设时间间隔对PTFE弹簧的温度进行检测，并将检测结果反馈至控制器；控制器通过检测得到的温度参数集Tq＝{T1，T2，T3，…，Tn}计算求出PTFE弹簧表面实际温度平均值Ts：
此时，PTFE弹簧吸收的比热能Q为：
Q＝Cpm(Ts-T)
其中，Cp为PTFE材料的比热容；m为PTFE弹簧的质量；将PTFE弹簧吸收的比热能Q与未考虑温度时弹簧受压松弛率α结合，得到在实际温度平均值Ts下的PTFE弹簧受压松弛率αT如下式所示：
其中，K为PTFE材料在实际温度平均值Ts下的热膨胀系数；在实际检测过程中，通过在阀体上安装红外温度传感器对PTFE弹簧的温度进行实时检测，在PTFE弹簧未连接阀芯的一端安装压力传感器对PTFE弹簧所受压力进行实时检测，并将检测数据反馈至控制器；控制器对PTFE弹簧在当前温度下的受压松弛度αT进行计算，并与预设值对比；当PTFE弹簧受压松弛率αT达到预设值时，视为PTFE弹簧失效。
2.根据权利要求1所述的一种基于温度评估PTFE弹簧受压松弛率的方法，其特征在于：所述的泵、红外温度传感器和压力传感器均与控制器连接；所述的泵受控制器控制。
3.根据权利要求1所述的一种基于温度评估PTFE弹簧受压松弛率的方法，其特征在于：通过向电阻丝通入电流，使管道内纯净水温度加热至预设温度；所述的电阻丝与交流电源之间串联有变流器。
4.根据权利要求3所述的一种基于温度评估PTFE弹簧受压松弛率的方法，其特征在于：通过温度检测器对电阻丝的温度进行检测，温度检测器与控制器连接。
5.根据权利要求4所述的一种基于温度评估PTFE弹簧受压松弛率的方法，其特征在于：通过数据处理模块对温度检测器、红外温度传感器和压力传感器的反馈信号进行处理，再传输至控制器；所述的数据处理模块包括数字转换器、数字显示器和编译器；数字转换器将电信号转换成数字信号，并将数字信号传输至数字显示器和编译器中；数字显示器接收数字信号，并将数字显示在显示屏幕上；编译器对数字信号进行处理并转换成可执行命令传输至控制器；所述的数字转换器、数字显示器和编译器均装配在支架上。
6.根据权利要求1所述的一种基于温度评估PTFE弹簧受压松弛率的方法，其特征在于：所述的水箱与管道之间安装有过滤器。
7.根据权利要求1所述的一种基于温度评估PTFE弹簧受压松弛率的方法，其特征在于：所述的泵、水箱、管道、压力传感器和红外温度传感器均置于保温箱中。
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