CN1690904B - 环境试验室的热控制系统 - Google Patents

Abstract

一种方法包括对与热介质相接触的物体设定第一目标温度，反复接收表示热介质当前温度的输入，根据输入反复估算物体的温度，根据物体的估算温度反复设定热介质的第二目标温度，根据已设定的第二目标温度控制热介质的温度。描述了其它实施例并提出专利申请。

Description

环境试验室的热控制系统

技术领域

本发明涉及环境试验室的热控制系统。

背景技术

环境试验室被印刷电路板(例如其上装有电子部件的电路板)设计人员和制造人员用来使电路板经受热循环，以便确定电路板在使用时是否能耐受电路板可能会碰到的热应力。通常，将自动控制器连接到(interface to)环境试验室来控制室内空气(或其它流体)的加热和/冷却，使放入试验室中的电路板经受所需的热试验规范。电路板的热试验常需要数日或数周的时间，在此期间电路板需经受多次循环(cycle)，其中，将电路板升高或降低到所需的“均热(soak)”温度、在所述温度下保持一段规定的时间、然后再“均热”到另一温度。所以最好能减少电路板的热试验所需的时间。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种方法，它包括：设定与热介质接触的物体的第一目标温度；接收表示热介质当前温度的输入；根据所述输入估算物体的温度；根据物体的估算的温度设定热介质的第二目标温度；以及根据设定的第二目标温度控制热介质的温度。

在一个实施例中，所述物体是电路板。

在另一个实施例中，所述热介质是流体。

在又一个实施例中，所述流体包括气态氮。

在又一个实施例中，所述流体是空气。

在又一个实施例中，所述控制包括以下各项中的至少一项：(a)利用至少一个电加热器加热所述热介质，以及(b)利用热交换器冷却所述热介质。

在又一个实施例中，所述控制包括利用所述第二目标温度和所述热介质的所述当前温度作为输入执行PID(比例、积分、微分)控制算法。

在又一个实施例中，根据所述物体的所述估算温度和所述第一目标温度来设定所述第二目标温度。

在又一个实施例中，所述第二目标温度的设定包括利用所述第一目标温度和所述物体的所述估算温度作为输入来执行PID控制算法。

在又一个实施例中，所述第二目标温度的设定包括利用所述第一目标温度和所述物体的所述估算温度作为输入执行第一PID控制算法；以及所述控制包括利用所述第二目标温度和所述热介质的所述当前温度作为输入执行第二PID控制算法。

在又一个实施例中，所述估算使用过程模型，所述热介质和所述物体之间通过所述过程模型进行热交换。

根据本发明的第二方面，提供一种装置，它包括：封装有热介质的试验室；在所述试验室中的传感器，用于指示所述热介质的当前温度；与所述试验室相关联的至少一个温度控制元件，用于有选择地改变所述热介质的温度；控制器，所述控制器耦合到所述传感器和所述至少一个温度控制元件并且用来：接收所述试验室中物体的第一目标温度；接收来自所述传感器的传感器信号；根据所述传感器信号估算所述物体的温度；根据所述物体的所述估算温度设定所述热介质的第二目标温度；以及控制所述至少一个温度控制元件，以便按照所述第二目标温度调节所述热介质的温度。

在一个实施例中，所述至少一个温度控制元件包括至少一个电加热器和热交换器。

在另一个实施例中，所述热介质是流体。

在再一个实施例中，所述流体包括气态氮。

在又一个实施例中，所述流体是空气。

在又一个实施例中，所述控制器按照利用所述第二目标温度和所述传感器信号作为输入的PID控制算法来控制所述至少一个温度控制元件。

在又一个实施例中，根据所述物体的所述估算温度和所述第一目标温度来设定所述第二目标温度。

在又一个实施例中，所述控制器按照利用所述第一目标温度和所述物体的所述估算温度作为输入的PID控制算法来设定所述第二目标温度。

在又一个实施例中，所述控制器按照利用所述第一目标温度和所述物体的所述估算温度作为输入的第一PID控制算法来设定所述第二目标温度；以及所述控制器按照利用所述第二目标温度和所述传感器信号作为输入的第二PID控制算法来控制所述至少一个温度控制元件。

在又一个实施例中，所述控制器使用过程模型来估算所述物体的所述温度，所述热介质和所述物体之间通过所述过程模型进行热交换。

根据本发明的第三方面，提供一种装置，它包括：存储介质，其上存储有指令，所述指令在由机器执行时得到以下结果：设定与热介质接触的物体的第一目标温度；接收表示所述热介质当前温度的输入；根据所述输入估算所述物体的温度；根据所述物体的所述估算温度设定所述热介质的第二目标温度；以及根据所述设定的第二目标温度控制所述热介质的所述温度。

在一个实施例中，所述控制包括利用所述第二目标温度和所述热介质的所述当前温度作为输入执行第二PID(比例、积分、微分)控制算法。

在另一个实施例中，根据所述物体的所述估算温度和所述第一目标温度来设定所述第二目标温度。

在再一个实施例中，所述第二目标温度的所述设定包括利用所述第一目标温度和所述物体的所述估算温度作为输入执行PID控制算法。

在又一个实施例中，所述第二目标温度的所述设定包括利用所述第一目标温度和所述物体的所述估算温度作为输入执行第一PID控制算法；以及所述控制包括利用所述第二目标温度和所述热介质的所述当前温度作为输入执行第二PID控制算法。

在又一个实施例中，所述估算使用过程模型，所述热介质和所述物体之间通过所述过程模型进行热交换。

附图说明

图1为按照一些实施例的热试验系统的框图。

图2是显示作为图1的热试验系统一部分的控制器的一些细节的框图。

图3是功能框图，说明按照一些实施例在图2的控制器中实现的控制过程。

图4A和4B一起构成流程图，进一步说明图3的控制过程。

图5是说明图3、图4A和4B的控制过程的模拟实例的曲线图。

具体实施方式

图1为按照一些实施例的热试验系统10的框图。在其硬件方面，热试验系统10可以全部用传统部件构成(但并不必需如此)。

热试验系统10包括试验室12和控制器14。热试验系统10还包括能使流体(例如，密封在试验室中的空气或气态氮)在试验室12中循环(例如用箭头16示意地表示的)的流体循环部件15。

热试验系统10还包括热交换器18，后者可以位于试验室12内或附近，用于有选择地冷却通过试验室12循环的流体。热交换器18耦合到控制器14，并在从控制器14输出的信号的控制下运转。

在热试验系统10中还包括一个或多个电加热器20。加热器20可以位于试验室12内或附近，用于有选择地加热通过试验室12循环的流体。加热器20耦合到控制器14，并在从控制器14输出的信号的控制下工作。

应理解，热交换器18和加热器20是一个或多个温度控制元件的实例，温度控制元件可以与试验室12相关联，以便有选择地改变在试验室12中的、或循环到试验室12的、或通过试验室12循环的流体的温度，其中，温度控制元件在控制器14的控制下工作。

此外，热试验系统10包括传感器22，它位于试验室12中，或者以其它方式暴露于循环流体中。传感器22耦合到控制器14并向控制器14提供一序列信号，来指示试验室12中流体的当前温度。

图中示出位于试验室12中的物体24，用于在试验室12中进行热试验。物体24可以是例如电路板，其上可以装有或不装有部件。虽然图中仅示出一个物体24，但实际上一次可以将许多物体放入试验室12中，用于成批地进行试验。在一些实施例中，如果物体是电路板或电路板组件等，那么，可以使物体垂直取向并且使流体循环以便迫使流体平行于物体垂直向下流动。

如上所述，控制器14可以用传统硬件来实现(例如，可从Thermotron Industries，Holland，Michigan购得的标准环境试验室控制器，或可从Watlow Electric Manufacturing Co.，St.Louis，Missouri购得的F4型控制器等装置)，但需对它们进行编程以便执行以下所述的过程。图2是显示控制器14的适当的实施例的细节的框图。

如图2所示，控制器14可以包括微控制器30或其它可编程的控制装置，微控制器一般在所存储的程序的控制之下运转并控制控制器14的运转，从而控制热试验系统10的运转的至少一部分。

控制器14还可以包括程序存储器(program store)32(例如ROM(只读存储器)和/或闪存)，程序存储器32耦合到微控制器30并存储控制微控制器30的运转的程序。控制器14还可以包括工作存储器34，例如RAM(随机存取存储器)，它耦合到微控制器，用于暂时的数据存储。

控制器14还可以包括前面板36，它耦合到微控制器30，使用户可以向控制器14提供输入和/或接收控制器运转的输出指示，以接收提示等。

控制器14还可以包括数据接口38(例如，RS232或RS485接口，或以太网接口)，所述接口耦合到微控制器30，以便允许微控制器连接外部数据处理装置，例如个人计算机40(以虚线表示)来进行数据通信。可以将个人计算机40编程以使用户能通过个人计算机40与微控制器30通信，这样，用户就可以使用个人计算机的用户接口来向控制器14提供输入。

此外，控制器14可以包括输出接口42和输入接口44，二者均耦合到微控制器30。输出接口42可以包括数模转换能力(未单独示出)，以便把来自微控制器30的数字输出信号转换成将被提供到热交换器18和/或加热器20的模拟控制信号。输入接口44可以包括模数转换能力(未单独示出)，以便把来自传感器22的模拟传感器信号转换成数字输入信号供微控制器30使用。

控制器14还可以包括外壳46(用虚线表示)，控制器14的所有其它部件都可安装在其中或其上。

图3是功能框图，说明按照一些实施例在控制器14中实现的控制过程。

可以认为图3中所示的控制过程具有四个主要组成部分：(1)流体温度控制函数(function)60；(2)虚拟物体温度控制函数62；(3)过程模型64，通过过程模型64在物体24(图1)和试验室12中循环的流体之间进行热交换；以及(4)目标物体温度分布(temperatureprofile)66。

目标物体温度分布66提供目标物体温度作为输出。例如，“目标物体温度”可以是物体“均热”预定时段后的温度。分布66输出的目标物体温度可以随时间变化，以便实现热试验循环的预定序列。例如，在一个实施例中，每个循环可以包括在低温(例如-25℃)下均热以及随后在高温(例如+105℃)下均热，热试验规范中的循环次数对某些类型的试验可以是数百或数千次，而对另一些类型的试验可以仅为1到20次。按照传统的作法，每个循环可以在前一循环后立即进行。为获得在目标温度下例如8分钟的均热，分布66可将目标物体温度设定到所需数值，保持(8+X)分钟，其中X等于将物体表面温度从前一目标温度改变到下一目标温度所需的预期时间量。

分布66所产生的目标温度序列可以反映用户输入到控制器14中的试验规范参数(例如，低温、高温、均热时间、循环次数)。

模型64接收来自传感器22的信号序列作为其输入，所述信号序列表示在试验室12中循环的流体的当前温度。根据此传感器信号序列，并且还可能根据物体24的初始温度，模型64输出物体24当前温度的估算值序列。物体的初始温度可以是用户输入到控制器14的参数，或者可以反映物体已均热的温度。

在物体是一般平面电路板的情况下，模型64可以基于以下各项：

稳态模型

可以适用平行于平面表面的流体流的强制对流热传输模型。

Reynold数Re可以计算为＝(流体密度)*(流体自由流速)*(垂直于流体流的物体尺寸)/(流体粘度)。

Prandtl数Pr可以计算为＝(流体比热)*(流体粘度)/(流体导热率)。

Nussult数Nu可以计算为＝0.664*(Pr)^1/3*(Re)^1/2.

根据以上所述，物体的热传导系数h可以计算为＝(流体导热率)*(Nu)/(平行于流体流的物体尺寸)。

可以应用牛顿的冷却定律来提供在物体表面和周围流体之间传导的热量Q的表达式：Q＝h*(物体表面积)*(物体表面温度和流体温度之差)。可以根据系统以前已知状态下的Q、h、物体面积(即主要表面的面积，假定是平行于流体流的面积)以及当前的流体温度来求解上述方程，以便确定物体的表面温度，从而确定稳态物体表面温度。

在一些实施例中可以采用比前几段所述更为简单或更为复杂的热模型。例如，更复杂的模型可以将诸如物体的比热和/或物体的导热率等因素考虑在内。

动态模型

为了反映以下事实：即，流体温度有时在改变以及在这些时候物体表面温度渐进地达到流体温度，可以使用函数如1-e^exp来确定每次增量的估算物体温度，式中exp＝(Δt)*Q*(TC)*(每次稳态状况的最大温度变化)，而TC为时间常数。

与所述模型有关，可以提醒用户输入参数，例如平行于和垂直于流体流的物体尺寸、流体自由流速、流体粘度、流体密度、流体比热、流体导热率和热扩散率。在一些实施例中，可以由用户有效地输入这些参数中的一些参数，以便识别流体(例如，识别流体为空气，指示系统安装的标高)。

应当指出，也可以采用其它热交换模型，例如如果物体形状不是平面的和/或需要控制物体内的温度等情况时。

虚拟物体温度控制函数62接收来自目标物体温度分布66的当前目标物体温度作为一个输入(以68表示)。目标物体温度用作虚拟物体温度控制函数62的虚拟设定点。作为另一输入(以70表示)，虚拟物体温度控制函数62接收从模型64输出的当前估算物体温度。作为虚拟物体温度控制函数62的一部分，比较器72产生等于这两个输入之差的误差信号。所述误差信号作为输入提供到目标流体温度设定算法74。在一些实施例中，当误差信号为正且其幅度大于预定值时，目标流体温度设定算法可以将目标流体温度设定为最大允许流体温度，而当误差信号为正且其幅度小于或等于预定值时，可以将目标流体温度调节到目标物体温度(例如通过斜坡函数)。当误差信号为负且其幅度大于预定值时，目标流体温度设定算法可以将目标流体温度设定为最小允许流体温度。当误差信号为负且其幅度小于预定值时，目标流体温度设定算法可以将目标流体温度调节到目标物体温度(例如通过斜坡函数)。

最大和最小允许流体温度是可以通过用户的输入设定的参数，可以分别稍微高于所需的高均热温度或稍微低于所需的低均热温度，以便加速物体温度向目标均热温度的收敛。例如，可以按照传感器输出和/或模型64的运行(functioning)的不确定性程度来选择这些最大和最小允许流体温度。

在其它实施例中，可以采用更为复杂的目标流体温度设定算法，例如PID(比例、积分、微分)函数，以便减小或消除物体温度超调(overshoot)，并优化物体温度向目标物体温度的收敛。

在任何情况下，虚拟物体温度控制函数62都是提供根据模型64输出的估算物体温度和分布66输出的目标物体温度的目标流体温度来作为输出。

流体温度控制函数60接收虚拟物体温度控制函数62输出的目标流体温度作为一个输入(如以76表示的)。所述目标流体温度用作流体温度控制函数60的设定点。流体温度控制函数60接收表示试验室12中循环流体的当前温度的传感器信号作为另一输入(以78表示)。作为流体温度控制函数60的一部分，比较器80产生等于所述两项输入之差的误差信号。所述误差信号作为输入提供到PID算法82(也可使用其它类型算法，例如所谓的“模糊逻辑”等)。

在一些实施例中，流体温度控制函数60可按基本上与传统环境试验室的温度控制相同的方式来工作，不同的是：至少在某些时候，控制函数60的设定点是从另一控制函数62输出的变化的目标流体温度，而不是像在传统环境试验室控制系统中那样直接来自温度分布的设定点或用户输入的设定点。

在一些实施例中，当来自比较器80的误差信号为正时，流体温度控制函数60输出用于操作电加热元件20(图1)的控制信号；而当来自比较器80的误差信号为负时，流体温度控制函数60输出用于操作热交换器18的控制信号。

在一些实施例中，如图3中以84所表示的，流体温度控制函数60的设定点可以在虚拟物体温度控制函数62输出的目标流体温度和直接从温度分布66输出的目标物体温度之间转换。例如，流体温度控制函数60的设定点可以是来自虚拟物体温度控制函数62的目标流体温度，除非估算的物体温度已处于或非常接近目标流体温度。在这些时候，一旦物体已达到均热温度，使用目标物体温度作为流体温度控制函数的设定点就可以精确地将物体维持在此均热温度。

图4A和4B一起构成流程图，进一步说明图3的控制过程。

假定用户已将全部所需参数输入到控制器14中，包括试验规范定义(例如，低温和高温、均热时长以及循环次数)、物体-流体热交换模型所需的参数以及最大和最小允许流体温度(如果需要的话)。然后，当试验规范开始时，温度分布66(图3)设定初始目标物体温度，如图4中100所示。如以102所表示的，控制器14接收来自传感器22的表示在试验室12中循环的流体当前温度的输入。如104所示，模型64至少部分根据来自传感器22的输入来估算试验室12中物体24的温度(例如表面温度)。随后，如106所示，确定估算的物体温度是否已达到目标物体温度。如果没有达到，则目标流体温度由虚拟物体温度控制函数62根据来自模型64的估算物体温度和根据分布66在100所设定的目标物体温度来进行设定(如108所示)。如以110所表示的，根据在108设定的目标流体温度并根据来自传感器22的输入，流体温度控制函数60在适当的时间产生控制信号，或者发送到加热器20(当表示需要加热流体时)，或者发送到热交换器18(当表示需要冷却流体时)。于是，根据在108设定的目标流体温度来控制在试验室12中循环的流体的温度。然后所述过程返回到102，重复进行102-110的循环，直到在瞬间106确定估算的物体温度已达到(或在一些实施例中，已接近)目标物体温度。

当在106得到肯定的判定时(即，当判定估算的物体温度已达到目标物体温度时)，如112所示，流体温度控制函数60(图3)的设定点就从虚拟物体温度控制函数62所产生的目标流体温度转换为直接从分布66获得的目标物体温度。然后，如以114所表示的(图4B)，流体温度控制函数60产生控制信号(如110中所示)，除非流体温度控制函数的设定点来源已被有效改变。然后，在116，判定试验规范是否已完成。如果没有，则在118，判定分布66(图3)是否指示已到了改变目标物体温度的时间。如果没有，则接收下一个传感器输入信号，如以120所表示的，过程返回到114，重复进行114-120的循环，直到试验已完成或目标物体温度(即虚拟物体温度控制函数62的设定点)已被分布66改变。

如果改变目标物体温度(即，到了当前循环的下一分支(leg)或到了下一循环)，则虚拟物体温度控制函数62的设定点转换回到分布66的输出并设定为该分布所表示的下一目标物体温度，如图4B中的以122所表示的。然后过程返回到循环102-110(图4A)，如上所述，继续进行所述循环，直到在106得到肯定的判定结果。

再考虑在116作出的判定(图4B)，如果是到了结束试验规范的时候(即，规范的最后一次循环已完成)，则过程结束，如图4B中124所示。

图5示出图3、图4A和4B的控制过程的模拟实例。具体地说，图5中的模拟数据近似示出按照一些实施例的热试验规范的一次循环(例如第一次循环)。

在图5中，轨迹140(具有较大圆的轨迹)表示物体的估算温度(例如表面温度)。轨迹142(具有较小圆的轨迹)表示在试验室中循环的流体的温度。这两条轨迹要参考左侧的垂直轴读出，垂直轴的刻度为℃，从-50.0到+130.0。

虚线轨迹144表示估算的物体温度和流体温度之间的温度差，要参考右侧的垂直轴读出，解释为以℃来刻度(scale)。普通线轨迹146表示估算物体温度的变化率，参考右侧的垂直轴读出，解释为以℃/分来刻度。

图5所示的模拟实例假定循环第一分支的设计均热温度为-25℃。为协助使物体迅速达到此目标，虚拟物体温度控制函数62(图2)可将目标流体温度(流体温度控制函数60的设定点)设定到最低允许流体温度，假定对此实例为约-35℃。结果，试验室中的流体温度尽可能快地降低到-35℃并维持在此温度，如图5中148所示，直到估算的物体温度已接近所需的均热温度，此时流体温度已升高到所需的均热温度。

按照典型的标准，可以认为均热时段是从物体表面温度的改变速率小于1℃/分且物体表面温度和所需均热温度之差小于1℃时开始。

图5中轨迹142所示的有效流体温度分布可以使物体比传统流体温度分布更快地到达所需的均热温度，在传统流体温度分布情况下流体温度不会降低到所需均热温度以下。在这种传统流体温度分布情况下，物体温度渐进地接近但尚未达到所需均热温度的时间周期会较长。另一方面，利用图5中轨迹142所示的流体温度分布，物体到达均热温度的时间可以显著减少，使得整个循环的时间，以及整个热试验规范的时长都可显著缩短。

另一优点是图3-4B的过程不需要将温度传感器附着在被试验的物体上。

在一些实施例中，图3-4B的过程可应用于采用热分层试验的试验规范中(所述试验的实例在题目为“Thermal Stratification TestApparatus and Method Providing Cyclical and Steady-stateStratified Environments”的同时待审的美国专利申请中有所说明，所述申请和本申请有共同的发明人和共同的受让人)。所以，例如，如果热试验的物体是电路板，那么，物体可以水平取向，或其它取向，但不能垂直取向。

在一些应用中，例如以上所述的热分层试验，试验室中的空气或其它气体不必是将热量传送到待测物体或将热量从待测物体传送出去的热介质或单独的热介质。例如在一些实施例中，待测物体可以通过一块板来加热和/或冷却，这块板通过一种导热但不导电的固态的、柔韧的热界面介质热耦合到物体上。在这种情况下，模型64可以是简单的传导模型。在其它实施例中，一个或多个热卡盘(thermal chuck)可以用作热介质。

在一些实施例中，图3-4B所示的过程还可以应用到除了电路板还有其它元件的热试验中或者代替电路板的其它元件(例如，FCBGA(倒装网格焊球组装(flip chip ball grid assemblies))、集成电路封装、电子部件)的热试验中。而且，图3-4B所示的过程还可以应用到除环境试验室之外的其它类型装置的温度控制上。这些其它装置可以包括，例如工业炉或烹调炉、焊料回流炉(solder reflowoven)、消毒炉以及化学反应室和/或容器。

本文以及所附权利要求书中所用的“热介质”是指与待测物体相接触以便将热量传送到或传送出待试验物体的任何物体、材料、物质、流体和/或气体。

本文所述的若干个实施例仅仅是为了说明。本文所述的各种特征不必全部一起使用，任何一个或多个这些特征可以包括在单个实施例中。所以，根据本说明书，本领域的技术人员将认识到可以利用各种修改和变化来实施其它实施例。

Claims (27)

1.一种方法，它包括：

设定与热介质接触的物体的第一目标温度；

接收表示所述热介质当前温度的输入；

根据所述输入估算所述物体的温度；

确定所估算的物体温度是否已经到达物体的第一目标温度；

如果所估算的物体温度还没有到达物体的第一目标温度，则基于所估算的物体温度和所述物体的第一目标温度来设定所述热介质的第二目标温度；

如果所估算的物体温度已经到达物体的第一目标温度，则将所述热介质的第二目标温度设定为等于所述第一目标温度；以及

根据所述设定的第二目标温度控制所述热介质的所述温度。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述物体是电路板。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述热介质是流体。

4.如权利要求3所述的方法，其中所述流体包括气态氮。

5.如权利要求4所述的方法，其中所述流体是空气。

6.如权利要求1所述的方法，其中所述控制包括以下各项中的至少一项：(a)利用至少一个电加热器加热所述热介质，以及(b)利用热交换器冷却所述热介质。

7.如权利要求1所述的方法，其中所述控制包括利用所述第二目标温度和所述热介质的所述当前温度作为输入执行PID(比例、积分、微分)控制算法。

8.如权利要求1所述的方法，其中根据所述物体的所述估算温度和所述第一目标温度来设定所述第二目标温度。

9.如权利要求8所述的方法，其中所述第二目标温度的设定包括利用所述第一目标温度和所述物体的所述估算温度作为输入来执行PID控制算法。

10.如权利要求8所述的方法，其中：

所述第二目标温度的设定包括利用所述第一目标温度和所述物体的所述估算温度作为输入执行第一PID控制算法；以及

所述控制包括利用所述第二目标温度和所述热介质的所述当前温度作为输入执行第二PID控制算法。

11.如权利要求1所述的方法，其中所述估算使用过程模型，所述热介质和所述物体之间通过所述过程模型进行热交换。

12.一种装置，它包括：

封装有热介质的试验室；

在所述试验室中的传感器，用于指示所述热介质的当前温度；

与所述试验室相关联的至少一个温度控制元件，用于选择性地改变所述热介质的温度；

控制器，所述控制器耦合到所述传感器和所述至少一个温度控制元件并且用来：

接收所述试验室中物体的第一目标温度；

接收来自所述传感器的传感器信号；

根据所述传感器信号估算所述物体的温度；

确定所估算的物体温度是否已经到达物体的第一目标温度；

如果所估算的物体温度还没有到达物体的第一目标温度，则基于所估算的物体温度和所述物体的第一目标温度来设定热介质的第二目标温度；

如果所估算的物体温度已经到达物体的第一目标温度，则将所述热介质的第二目标温度设定为等于所述第一目标温度；以及

控制所述至少一个温度控制元件，以便按照所述第二目标温度调节所述热介质的温度。

13.如权利要求12所述的装置，其中所述至少一个温度控制元件包括至少一个电加热器和热交换器。

14.如权利要求12所述的装置，其中所述热介质是流体。

15.如权利要求14所述的装置，其中所述流体包括气态氮。

16.如权利要求15所述的装置，其中所述流体是空气。

17.如权利要求12所述的装置，其中所述控制器按照利用所述第二目标温度和所述传感器信号作为输入的PID控制算法来控制所述至少一个温度控制元件。

18.如权利要求12所述的装置，其中根据所述物体的所述估算温度和所述第一目标温度来设定所述第二目标温度。

19.如权利要求18所述的装置，其中所述控制器按照利用所述第一目标温度和所述物体的所述估算温度作为输入的PID控制算法来设定所述第二目标温度。

20.如权利要求18所述的装置，其中：

所述控制器按照利用所述第一目标温度和所述物体的所述估算温度作为输入的第一PID控制算法来设定所述第二目标温度；以及

所述控制器按照利用所述第二目标温度和所述传感器信号作为输入的第二PID控制算法来控制所述至少一个温度控制元件。

21.如权利要求12所述的装置，其中所述控制器使用过程模型来估算所述物体的所述温度，所述热介质和所述物体之间通过所述过程模型进行热交换。

22.一种装置，它包括：

用于设定与热介质接触的物体的第一目标温度的部件；

用于接收表示所述热介质当前温度的输入的部件；

用于根据所述输入估算所述物体的温度的部件；

用于根据所述物体的所述估算温度设定所述热介质的第二目标温度的部件，包括：

用于确定所估算的物体温度是否已经到达物体的第一目标温度的部件；

用于如果所估算的物体温度还没有到达物体的第一目标温度则基于所估算的物体温度和所述物体的第一目标温度来设定热介质的第二目标温度的部件；

用于如果所估算的物体温度已经到达物体的第一目标温度则将所述热介质的第二目标温度设定为等于所述第一目标温度的部件；以及

用于根据所述设定的第二目标温度控制所述热介质的所述温度的部件。

23.如权利要求22所述的装置，其中所述控制包括利用所述第二目标温度和所述热介质的所述当前温度作为输入执行第二PID(比例、积分、微分)控制算法。

24.如权利要求22所述的装置，其中根据所述物体的所述估算温度和所述第一目标温度来设定所述第二目标温度。

25.如权利要求24所述的装置，其中所述第二目标温度的所述设定包括利用所述第一目标温度和所述物体的所述估算温度作为输入执行PID控制算法。

26.如权利要求24所述的装置，其中

所述第二目标温度的所述设定包括利用所述第一目标温度和所述物体的所述估算温度作为输入执行第一PID控制算法；以及

所述控制包括利用所述第二目标温度和所述热介质的所述当前温度作为输入执行第二PID控制算法。

27.如权利要求22所述的装置，其中所述估算使用过程模型，所述热介质和所述物体之间通过所述过程模型进行热交换。

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