CN104216425A - 用于电子流量控制器的载气类型自动识别方法及电子流量控制器 - Google Patents
用于电子流量控制器的载气类型自动识别方法及电子流量控制器 Download PDFInfo
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Abstract
一种用于电子流量控制器的载气类型自动识别方法及电子流量控制器，该方法的步骤为：（1）计算一种气体通过某种材料的电子流量控制器的沾滞系数η或沾滞系数与气阻值R的乘积ηR值；（2）重复上述步骤（1）得到所有气体通过某种材料的电子流量控制器的沾滞系数η或者沾滞系数与气阻值R的乘积ηR值，并存储成查询列表；（3）在电子流量控制器正常工作时，先计算未知通入气体的沾滞系数η或者沾滞系数与气阻值R的乘积ηR值，并将其与存储的查询列表比对，即可判断出通入的气体类型。该电子流量控制器依据上述方法实施。本发明具有原理简单、操作简便、易实现和推广等优点。
Description
技术领域
本发明主要涉及到流量控制设备领域，特指一种用于电子流量控制器的载气类型自动识别方法及具有自动识别载气类型的电子流量控制器。
背景技术
EPC全称为Electronic Pressure Controller(电子压力控制器)，由于当能保证气体压力控制稳定时，在气路输出口接一个气阻部件，也就能实现流量的稳定控制，所以EPC的功能就是实现气体压力的稳定控制，同时达到流量稳定控制的目的。标准的EPC是由电子压力阀（比例控制阀）、压力传感器和讯号处理板构成的反馈回路。当压力传感器(或流量传感器)测得气路实际压力（或流量）与设定值不符时，向讯号处理板输出电压。讯号处理板响应出新电压反馈给比例控制阀，由它调节阀孔开启面积，改变后端压力（或流量）。
现有的EPC中，不支持气体类型识别的，其软件设置操作简单，但由于其不区分不同类别的气体，造成其不同种类的气体流量控制准确性低；而通过软件的方法进行手动设置气体类型的，相应流量控制准确，但操作繁琐，操作人员需要事先自己知道所使用的载气类型，同时一般的操作人员都需要详细阅读说明书或参加培训后才能进行。本提案用于实现EPC载气类型的自动识别，使EPC的软件设置操作简单，同时也能保证不同种类载气流量的准确控制，提高仪表的智能化。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种原理简单、操作简便、易实现和推广的用于电子流量控制器的载气类型自动识别方法及电子流量控制器。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种用于电子流量控制器的载气类型自动识别方法，其步骤为：
（1）计算一种气体通过某种材料的电子流量控制器的沾滞系数η或沾滞系数与气阻值R的乘积ηR值；
（2）重复上述步骤（1）得到所有气体通过某种材料的电子流量控制器的沾滞系数η或者沾滞系数与气阻值R的乘积ηR值，并存储成查询列表；
（3）在电子流量控制器正常工作时，先计算未知通入气体的沾滞系数η或者沾滞系数与气阻值R的乘积ηR值，并将其与存储的查询列表比对，即可判断出通入的气体类型。
作为本发明的进一步改进：所述步骤（1）和步骤（3）中利用下式解算出沾滞系数η：
Q=[（P2-P1）/ηR]*(T/T0)*P1/P0
式中:Q为流过电子流量控制器中比例阀的流量，由流量传感器测出；P2为输入口气体压力，P1输出口气体压力，分别由进出口压力传感器测得；T 为当前气体开尔文温度，T0为标准状态的开尔文温度，可由温度传感器测出；P0为标准状态气压。
作为本发明的进一步改进：所述步骤（3）中，进一步对检测出来的流量Q利用下式进行修正：
式中:k为对应气体的流量修正系数，和分别为流量传感器满量程流量和满量程电压，流量传感器型号选定后这两个量即为已知，为流量传感器当前测量电压；
将修正系数求出的沾滞系数η或沾滞系数与气阻值R的乘积ηR值分别与步骤（1）中存储的值进行对比，求出比较中最接近的，即认为是对应的气体配对，最终输出对应的气体类型。
作为本发明的进一步改进：在进行修正时，氮气、氩气、氦气和氢气四种类型气体区分时的修正系数k为1、0.5、0.7、0.95。
本发明进一步一种电子流量控制器，包括控制组件、流量传感器、比例阀和温度传感器，所述比例阀的进气端设有进气端压力传感器，所述比例阀的出气端设有出气端压力传感器，所述控制组件内存储有若干种气体通过比例阀的沾滞系数η或者沾滞系数与气阻值R的乘积ηR值，所述控制组件通过流量传感器、温度传感器、进气端压力传感器和出气端压力传感器采集的信号计算当前输入的未知类型的气体沾滞系数η或者沾滞系数与气阻值R的乘积ηR值，与存储的信息进行对比判断气体类型。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的用于电子流量控制器的载气类型自动识别方法及电子流量控制器，原理简单、操作简便、易实现和推广，利用不同的气体相对同一种材料的沾滞系数存在的差异性，可以方便、快速、可靠的判断出所通入的未知气体类型。
附图说明
图1是本发明方法的流程示意图。
图2是本发明电子流量控制器的结构原理示意图。
图例说明：
1、控制组件；2、流量传感器；3、比例阀；4、进气端压力传感器；5、出气端压力传感器；6、温度传感器。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，本发明的用于电子流量控制器的载气类型自动识别方法，原理就在于：不同的气体相对同一种材料的沾滞系数存在着差异。也就是说，只要控制气体流量的器件材料确定（例如：铜材质的阀），对应流过气体的沾滞系数就是对应气体的本质属性。
本发明的具体步骤为：
（1）计算一种气体通过某种材料的电子流量控制器的沾滞系数η或沾滞系数与气阻值R的乘积ηR值；
利用泊肃叶方程（即下式），解算出沾滞系数η：
Q=[（P2-P1）/ηR]*(T/T0)*P1/P0
式中:Q为流过电子流量控制器中比例阀的NTP（标准状态）流量，可由流量传感器测出；P2为输入口气体压力，P1输出口气体压力，可分别由进出口压力传感器测得；T 为当前气体开尔文温度，T0为标准状态的开尔文温度，可由温度传感器测出；P0为标准状态气压。η为流过气体相对比例阀的粘滞系数，为未知量，它由气体类型和流过气路的材料决定；R为比例阀的气阻值，对一个具体的比例阀来说，它只受比例阀的开口孔径相关，即：若在电控上保证驱动电磁阀的电压恒定，R值虽然不知道，但它是一恒定值，且与气体类型无关。这样，当比例阀的驱动电压固定时，则ηR 只由气体类型来决定；这样就可以求出不同气体在电控驱动电压为一恒定值V时的ηR值，又由于R是固定值，实际上最终求得的就是对应气体沾滞系数扩大了R倍。
（2）重复上述步骤（1）得到所有气体通过某种材料的电子流量控制器的沾滞系数η或者沾滞系数与气阻值R的乘积ηR值，并存储成查询列表。
（3）在电子流量控制器正常工作时，先计算未知通入气体的沾滞系数η或者沾滞系数与气阻值R的乘积ηR值，并将其与存储的查询列表比对，即可判断出通入的气体类型。
在上述过程中，进一步对检测出来的流量Q进行修正，那是因为其受制于使用的流量传感器。在用流量传感器测气体流量时，也只是通过检测流量传感器输出的电压值，使用ADC（模数转换）检测电压值而得到对应流量。但目前使用的这种流量传感器，对不同气体类型的气体，其电压的响应与流量是不一样的。通常以N2气为参考标准，若1ml/min的流量N2气流过此传感器时，其响应电压为1mV,同样1ml/min的He气通过时，其响应电压就有2mV了，1ml/min的H2气通过时，其响应电压就有（1/0.7）mV了。所以得到下式：
式中， k为对应气体的流量修正系数，以判断氮气、氩气、氦气和氢气四种类型的气为例，依气体类型的不同，可以在1、0.5、0.7、0.95中选择；和分别为流量传感器满量程流量和满量程电压，流量传感器型号选定后这两个量即为已知，为流量传感器当前测量电压，可由AD采样读出。也就是说因为流量传感器的原因，在没有确定具体气体类型前，只知道计算的四个ηR值只有一个是真实的ηR，其他的都是假的ηR。将四个修正系数求出的ηR分别对应气体类型的ηR（存储在EEPROM中的）比较；求出四组比较中最接近的，即认为是对应的气体配对。然后，输出对应的气体类型。
在本实施例中，可以预设好若干种气体的沾滞系数η或者沾滞系数与气阻值R的乘积ηR值、及与之对应的比例阀驱动电压V的值，例如，可以在存储器中存储四种气体Ar、H2、He、N2的沾滞系数η或者沾滞系数与气阻值R的乘积ηR值、及与之对应的比例阀驱动电压V的值，这五个数据均由EPC出厂前，在EPC制造商处进行测试计算并存储到EPC的EEPROM中。换言之，即通过设定一个比例阀的驱动电压值（因为比例阀的驱动电压不同时，其对应气阻R就会发生变化，而且变化了多少是不知道的，所以比例驱动电压值只需要一直是一个固定值就行），再按泊肃叶方程求出对应输入气体的沾滞系数η或者沾滞系数与气阻值R的乘积ηR值。
如图2所示，本发明进一步公开了一种电子流量控制器，其具有载气类型自动识别的功能，其包括控制组件1、流量传感器2、比例阀3和温度传感器6，比例阀3的进气端设有进气端压力传感器4，比例阀3的出气端设有出气端压力传感器5，控制组件1内存储有若干种气体通过比例阀3的沾滞系数η或者沾滞系数与气阻值R的乘积ηR值，控制组件1通过流量传感器2、温度传感器6、进气端压力传感器4和出气端压力传感器5采集的信号计算当前输入的未知类型的气体沾滞系数η或者沾滞系数与气阻值R的乘积ηR值，与存储的信息进行对比判断气体类型。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种用于电子流量控制器的载气类型自动识别方法，其特征在于，步骤为：
（1）计算一种气体通过某种材料的电子流量控制器的沾滞系数η或沾滞系数与气阻值R的乘积ηR值；
（2）重复上述步骤（1）得到所有气体通过某种材料的电子流量控制器的沾滞系数η或者沾滞系数与气阻值R的乘积ηR值，并存储成查询列表；
（3）在电子流量控制器正常工作时，先计算未知通入气体的沾滞系数η或者沾滞系数与气阻值R的乘积ηR值，并将其与存储的查询列表比对，即可判断出通入的气体类型。
2.根据权利要求1所述的用于电子流量控制器的载气类型自动识别方法，其特征在于，所述步骤（1）和步骤（3）中利用下式解算出沾滞系数η：
Q=[（P2-P1）/ηR]*(T/T0)*P1/P0
式中:Q为流过电子流量控制器中比例阀的流量，由流量传感器测出；P2为输入口气体压力，P1输出口气体压力，分别由进出口压力传感器测得；T 为当前气体开尔文温度，T0为标准状态的开尔文温度，可由温度传感器测出；P0为标准状态气压。
3.根据权利要求2所述的用于电子流量控制器的载气类型自动识别方法，其特征在于，所述步骤（3）中，进一步对检测出来的流量Q利用下式进行修正：
式中:k为对应气体的流量修正系数，和分别为流量传感器满量程流量和满量程电压，流量传感器型号选定后这两个量即为已知，为流量传感器当前测量电压；
将修正系数求出的沾滞系数η或沾滞系数与气阻值R的乘积ηR值分别与步骤（1）中存储的值进行对比，求出比较中最接近的，即认为是对应的气体配对，最终输出对应的气体类型。
4.根据权利要求3所述的用于电子流量控制器的载气类型自动识别方法，其特征在于，在进行修正时，氮气、氩气、氦气和氢气四种类型气体区分时的修正系数k为1、0.5、0.7、0.95。
5.一种电子流量控制器，其特征在于，包括控制组件（1）、流量传感器（2）、比例阀（3）和温度传感器（6），所述比例阀（3）的进气端设有进气端压力传感器（4），所述比例阀（3）的出气端设有出气端压力传感器（5），所述控制组件（1）内存储有若干种气体通过比例阀（3）的沾滞系数η或者沾滞系数与气阻值R的乘积ηR值，所述控制组件（1）通过流量传感器（2）、温度传感器（6）、进气端压力传感器（4）和出气端压力传感器（5）采集的信号计算当前输入的未知类型的气体沾滞系数η或者沾滞系数与气阻值R的乘积ηR值，与存储的信息进行对比判断气体类型。
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