CN108475077A - 气体不敏感的质量流量控制系统和方法 - Google Patents

Abstract

公开了用于控制通过主管道的气体的质量流速的气体不敏感的系统和方法。所述方法包括：在辅管道中产生具有变化压力的评估流；基于所述评估流的压力的变化率来计算所述评估流的流速的第一测量；以及利用受所述气体的组成影响的质量流量计来测量所述评估流，以产生所述评估流的流速的第二测量。基于所述第一测量和所述第二测量之间的差来生成调节信号，并且通过利用所述调节信号调节质量流量控制器的测量流量信号来生成气体校正后流量信号。所述质量流量控制器使用所述气体校正后流量信号来控制通过所述主管道的气体的流速。

Description

气体不敏感的质量流量控制系统和方法

技术领域

本发明涉及用于质量流量控制的系统和方法。特别但非限制性地，本发明涉及用于气体不敏感的质量流量控制的系统和方法。

背景技术

通常的质量流量控制器(MFC)是用于设置、测量和控制流体(例如，气体或液体)的流量的装置。MFC的重要部分是用于测量流过该装置的流体的质量流速的传感器。MFC将传感器的输出信号与预定设置点进行比较，并且调节控制阀以使气体的质量流速保持在预定设置点处。

通常相对于精密质量流量计来校准MFC的质量流量传感器，使得MFC传感器的输出信号(使用校准数据)被调节为与精密质量流量计的测量流量一致。质量流量控制器的校准通常由MFC制造商利用校准气体(通常为氮气(N₂))来进行。通常，所获得的校准数据是与气体有关的，特别是在热质量流量传感器的情况下。作为结果，当MFC正利用校准气体以外的气体进行工作时，校准数据可能导致MFC提供与期望设置点不一致的流速。

由于当正被控制的气体与校准气体不同时、质量流量控制器趋于不精确，因此利用了诸如图7中所描绘的系统等的工具体流量验证系统来提供与MFC的测量进行比较的参考流量测量。这些流量验证系统可以利用与MFC的测量进行比较的基于周期性压力的流量测量。例如，已知利用周期性的上升率或衰减率测量来判断MFC的测量流量是否由于正被控制的流体的组成变化而偏离实际流量。

发明内容

发明要解决的问题

然而，这些上升率和衰减率系统仅提供参考信息(例如，作为警报)，并且这些系统可能干扰正被控制的流体的流动。如图7所示，例如，在与质量流量控制器相同的流路中设置所描绘的衰减率系统；因此会干扰被控制流体的流动。此外，如果正被控制的流体的流速非常高(例如，超过100升/分钟)，则图7中的衰减率系统将需要非常大的容纳室来精确地测量流量。因此，上升率和衰减率系统通常不与高流速系统结合使用。

附图中所示的本发明的典型实施例总结如下。在具体实施方式部分更全面地描述了这些以及其它实施例。然而，应当理解，并不意图将本发明限制为本发明的发明内容或具体实施方式中所述的形式。本领域技术人员可以认识到，存在落在如权利要求中所表达的本发明的精神和范围内的许多修改、等同项和替代构造。

用于解决问题的方案

根据一个方面，质量流量控制系统包括：主管道，用于引导气体的流动；调节系统，其被配置为将来自所述主管道的气体的一部分转移至辅管道、并且提供在所述气体的组成改变时改变的调节信号。所述调节系统包括：加压系统，用于在所述辅管道中产生具有变化压力的评估流；变化率流量计，用于基于所述评估流的压力的变化率来提供所述评估流的评估流速的第一测量。所述调节系统还包括：质量流量计，其被设置为提供通过所述辅管道的评估流的流速的第二测量；以及调节组件，用于基于所述评估流的流速的第一测量和第二测量之间的差来生成所述调节信号。质量流量控制器可操作地连接至所述主管道以控制所述气体的主流速。所述质量流量控制器包括：阀，其被设置在所述主管道中以控制通过所述主管道的气体的主流速；质量流量测量系统，其被配置为基于通过所述主管道的气体的流速来生成测量流量信号；校正模块，其被配置为利用所述调节信号来调节所述测量流量信号以生成气体校正后流量信号；以及控制器，其被配置为控制所述阀，使得所述气体校正后流量信号表示通过所述主管道的气体的流速等于设置点。

根据另一方面，用于控制气体的流速的方法包括：利用质量流量控制器来控制通过主管道的气体的流速；将所述气体的一部分转移至辅管道；在所述辅管道中产生具有变化压力的评估流；基于所述评估流的变化压力的变化率来计算所述评估流的流速的第一测量；利用受所述气体的组成影响的质量流量计来测量所述评估流的流速，以产生所述评估流的流速的第二测量；以及基于所述评估流的流速的第一测量和第二测量之间的差来生成调节信号。利用所述调节信号来调节所述质量流量控制器的测量流量信号以生成气体校正后流量信号，并且控制所述质量流量控制器的阀，使得所述气体校正后流量信号表示通过所述主管道的气体的流速等于设置点。

附图说明

图1是描绘质量流量控制系统的实施例的框图。

图2是描绘可以结合图1中的质量流量控制系统来详细讨论的方法的流程图。

图3是进一步示出图1中所描绘的质量流量控制器的实施例的详情的框图。

图4A是描绘图1中的质量流量计的实施例的框图。

图4B是描绘图1中的质量流量计的另一实施例的框图。

图5是描绘图1中所描绘的变化率流量计的实施例的框图。

图6是描绘可用于实现这里所述的一个或多个组件的物理组件的图。

图7是描绘现有技术的方面的框图。

具体实施方式

这里使用词语“典型”来表示“用作示例、实例或说明”。这里描述为“典型”的任何实施例未必被解释为优选于或优于其它实施例。

参考图1，示出包括质量流量控制器102和调节系统104的气体不敏感的质量流量控制系统100。一般来说，质量流量控制器102进行工作以控制经由主管道106而提供至使用气体的其它系统(未示出)(例如，燃料电池系统)的气体的主流速。如这里进一步所述，质量流量控制器102的质量流量测量系统(图1中未示出)的精度基于受控气体的组成而变化。更具体地，如果气体的化学组成诸如由于气体的污染等而变动，则质量流量控制器102的控制系统的精度(在没有来自调节系统104的调节信号108的情况下)将变化。

如本领域普通技术人员将容易理解的，可以利用校准气体对质量流量控制器102进行精度校准，但是如果受控气体的组成与校正气体不同，则质量流量控制器102内的感测组件将提供不精确地表示气体的流速的流量信号。例如，在一些实现中，质量流量控制器102利用会受到受控气体的组成的影响的热质量流量传感器技术。

调节系统104一般进行工作以在气体组成改变时向质量流量控制器102提供调节信号，使得质量流量控制器102可以精确地满足气体流量的设置点。如图所示，调节系统104可操作地经由辅管道110而连接至主管道106。调节系统104包括加压系统，其中该加压系统包括上游阀112、下游阀114和评估流控制器115，该评估流控制器115一般进行工作以产生通过辅管道110的包括已知体积120的部分119的评估流116。

调节系统104还包括变化率流量计118，其中变化率流量计118基于评估流116的压力的变化率来提供评估流116的流速的基本上与气体组成无关的第一测量121。在图1所描绘的实施例中，变化率流量计118包括压力传感器125和温度传感器132，并且被设置且配置为如下的衰减率流量计，其中在该衰减率流量计中，控制上游阀112和下游阀114以对已知体积120中的气体进行加压、然后释放加压气体以产生具有随着气体离开已知体积120而减小的压力的评估流116。在释放气体时，利用变化率流量计118和质量流量计122这两者来测量评估流116。

与质量流量控制器102相同，本实施例中的质量流量计122的精度也会受到气体组成的影响。作为结果，质量流量计122提供评估流16的流速的与气体组成相关的第二测量124。例如，在一些实现中，质量流量计122和质量流量控制器102利用相同或非常类似的流速感测技术，使得针对质量流量控制器102的精度的任何气体组成相关的影响由质量流量计122反映。在一些实施例中，质量流量控制器102和质量流量计122这两者利用热质量流量感测技术。

如图所示，调节组件126被设置为接收来自变化率流量计118的评估流的流速的第一测量121(与气体组成无关的测量)、以及来自质量流量计122的评估流的流速的第二测量124(与气体组成相关的测量)，并且作为响应，调节组件126生成调节信号108并将其提供至质量流量控制102。继而，质量流量控制器102使用(如这里进一步所讨论的)调节信号108来使质量流量控制器102的控制回路更精确。

更具体地，第一测量121(与气体组成无关的测量)和第二测量124(与气体组成相关的测量)之间的任何差异表示：气体组成已经改变，并且质量流量计122和质量流量控制器102均没有正提供精确的流速测量；因而，调节信号108表示气体组成的变化，因而表示质量流量计122的不精确度。并且，由于气体组成的变化同样影响质量流量计122和质量流量控制器102的质量流量测量系统这两者，因此可以使用(基于质量流量计122的不精确度而生成的)调节信号108来校正质量流量控制器102的不精确度。

应当认识到，图1中的组件的描绘逻辑上描绘了本实施例的功能方面，并且不意图表达物理组件的特定分布。更具体地，所描绘的组件可以通过分布式硬件构造的集成组合来实现，或者可以通过分布式硬件构造的集合来实现。例如，变化率流量计118、调节组件126和评估流控制器115的功能可以(至少部分地)由共通硬件组件来实现。该共通硬件可以包括处理器、存储器、以及非暂时性存储器中体现的非暂时性处理器可执行指令。作为另一示例，变化率流量计118、调节组件126和评估流控制器115可以由诸如现场可编程门阵列、专用集成电路、晶体管逻辑以及/或者一个或多个处理器等的分立硬件组件结合存储器和非暂时性存储器中所体现的非暂时性处理器可执行指令来实现。

还应当认识到，图1中所描绘的已知体积120意图表达气体在辅管道110中所占据的已知体积-其未必意图表达单独的容纳器皿。换句话说，已知体积120可以仅是对气体的转移部分进行加压的辅管道110的体积。此外，本领域普通技术人员将认识到，调节系统104的一些组件或全部组件可以在与质量流量控制器102相同的壳体内实现。

在许多实施例中，质量流量控制器102可以具有至少约100升/分钟的工作范围，并且在一些实施例中可以具有高于约500升/分钟的工作范围。与此相对，调节系统104可以具有不大于约800标准立方厘米/分钟的工作范围。在其它实施例中，调节系统104具有不大于约300标准立方厘米/分钟的工作容量。在另外的其它实施例中，调节系统104具有不大于约100标准立方厘米/分钟的工作容量。以这种小体积的气流进行工作使得调节系统104能够在基本上不中断通过主管道106的气体的流动的情况下展现出针对气体组成变化的快速响应时间。换句话说，质量流量控制器102可以具有调节系统104的工作范围的约120至6000倍之间的工作范围。

为了本发明的目的，术语“约”应被理解为表示在作为产业惯例的范围内、或者在标准制造或工艺公差内，以较大者为准。作为一个示例，在一些产业中，+20％或-20％的范围是惯例，尽管制造公差可能更小。

在参考图1时，同时参考图2，其中图2是描绘可以结合图1中所描绘的系统100来详细讨论的方法的流程图。如图所示，通过质量流量控制器102来控制通过主管道106的气体的流速(块200)。如以上所讨论的，气体可以是被提供至燃料电池系统的甲烷气体，但是当然可考虑其它实施例。在许多实现中，评估流控制器115一般使上游阀112和下游阀114这两者保持在关闭位置，并且为了判断气体的组成是否已经改变、因而判断质量流量控制器102的精度是否已经改变，可以通过打开上游阀112来将气体的一部分转移至调节系统104(块202)。然后，验证系统产生具有变化压力的评估流116(块204)。

尽管变化率流量计118可以使用上升率或衰减率计量器来实现，但图1中所描绘的质量流量计122相对于已知体积120被设置在下游，使得变化率流量计118被设置成作为衰减率计量系统而工作。并且如图1中所实现的，加压系统(包括上游阀112、下游阀114和评估流控制器115)进行工作以产生评估流116，使得评估流116具有减小的压力。

更具体地，为了作为衰减率系统而工作，在上游阀112打开的同时关闭下游阀114，以使得气体的转移部分能够在压力下占据辅管道110的已知体积120。然后，关闭上游阀112以在已知体积120中将转移气体中的转移且加压的部分与主管道106隔离开。然后评估流控制器115在上游阀112关闭的同时打开下游阀114，以产生压力随着气体的转移部分从已知体积120释放而减小的评估流116。

如图2所示，获得评估流116的流速的第一测量121(基于气体压力的变化率)和评估流116的流速的第二测量124这两者(块206和208)，并且基于评估流116的流速的第一测量121与第二测量124之间的差来生成调节信号108(块210)。在图1所描绘的实施例中，变化率流量计118基于气体压力的变化率来计算评估流116的流速的第一测量121，并且质量流量计122利用受气体组成影响的传感器来测量评估流116的流速以产生评估流116的流速的第二测量124(块208)。

然后，调节组件126基于评估流116的流速的第一测量121和第二测量124之间的差来生成调节信号108(块210)。例如，在一个实施例中，调节组件126计算第一测量121和第二测量124之间的差，并将该差除以第二测量124(与气体组成相关的测量)以获得调节信号108，然后将该调节信号108提供至质量流量控制器102以校正质量流量控制器102的控制回路的测量流量信号。在图1所描绘的实施例中，气体组成的变化对质量流量计122的影响一般反映了对质量流量控制器102的影响。作为结果，可以使用基于质量流量计122的不精确度而生成的调节信号108来校正质量流量控制器102的错误。

现参考图3，示出可被用作参考图1所述的质量流量控制器102的典型质量流量控制器(MFC)302。然而，应当认识到，MFC 302仅是可被实现为质量流量控制器102的质量流量控制器的类型的示例，并且其它类型的质量流量控制器可被用作图1所描绘的系统100中的质量流量控制器102。还应当认识到，图示的这些组件的布置是合乎逻辑的，并且不意味着实际硬件图。因此，在实际实现中，可以对组件进行组合、进一步分离、删除和/或补充。如本领域普通技术人员将理解的，图3中所描绘的组件可以以硬件、固件、软件或其任何组合实现。此外，根据本说明书，各个组件的构造对于本领域普通技术人员是公知的。

如所描绘的，MFC 302的底部包括气体流经的旁路310。旁路310引导恒定比例的气体通过主路径315和传感器管320。作为结果，通过传感器管320的流体(例如，气体或液体)的流速表示流过MFC 302的主路径315的流体的流速。

在本实施例中，传感器管320是作为MFC 302的热质量流量传感器325的一部分的小口径管。一般来说，热质量流量传感器325被配置为提供输出信号330，其中输出信号330是表示通过传感器管320的流速、因而表示通过MFC302的主路径315的流速的数字信号。如本领域普通技术人员将容易理解的，可以使用结合模拟、模拟-数字、以及数字处理技术的、包括设置成桥的电阻温度计元件(例如，导线的线圈)、电阻温度探测器(RTD)和热电偶的多种不同技术来实现热质量流量传感器325。如图所示，通过校准组件332来接收本实施例中的输出信号330，其中该校准组件332通过使用在(例如，MFC 302的制造商所进行的)校准处理期间利用校准气体(例如，氮气)生成的预定校准数据334调节输出信号330来对输出信号330进行调谐，使得测量流量信号336在各种工作条件下(例如，在各种温度和设置点下)提供通过MFC 302的校准气体的流速的精确表示。

然而，当气体的组成从校准气体改变时，测量流量信号336可能变得不精确，即测量流量信号336的精度取决于受控气体的组成。作为结果，如图2所示，在本实施例中，校正模块338利用来自调节系统104的调节信号108来调节测量流量信号336，以生成气体校正后流量信号(块212)。

在本实施例中，控制器340以及热质量流量传感器325、校准组件332和校正模块338是控制回路的一部分，其中该控制回路进行工作以生成用于基于气体校正后流量信号339来控制控制阀350的位置的控制信号345，从而提供设置点信号335所表示的流速。换句话说，控制器340被配置为控制控制阀350，使得气体校正后流量信号339表示通过主管道106的气体的流速等于(如设置点信号355所表示的)设置点(块214)。例如，流速可以超过100升/分钟，但是流速将根据设置点信号355而变化。控制阀350可以由压电阀或电磁阀来实现，并且控制信号345可以是电压(在压电阀的情况下)或电流(在电磁阀的情况下)。尽管未描绘，但控制器340还利用温度和压力输入来更精确地控制流速。压力和温度传感器以及在质量流量控制器的情况下的相应实现这两者是本领域普通技术人员所公知的，作为结果，这里不包括温度传感器系统和压力传感器系统的详情。

接着，参考图4A和4B，示出分别描绘可用于实现参考图1所述的质量流量计122的典型质量流量计422A和422B的框图。尽管不需要，但在参考图1所述的实施例的情况下，质量流量计422A、422B的多个方面利用与图1中所描绘的质量流量控制器102相同的技术。更具体地，传感器325、425这两者都可以是热质量流量传感器，并且旁路410以与旁路310引导恒定比例的主气流通过质量流量控制器302的主路径315和传感器管320的方式相同的方式来引导恒定比例的评估流116通过主路径415和传感器管420。作为结果，质量流量计422A、422B接近地表示质量流量控制器302的质量流量测量系统328(参考图3)；因此，对于质量流量计422A、422B的传感器信号430，同样将会发生由于气体组成的变化而引起的质量流量控制器302的输出信号330的变化。

如所描绘的，质量流量计422A、422B还可以具有以与质量流量控制器302的校准组件332和校准数据334的方式相同的方式发挥功能的校准组件432和校准数据434，以提供作为评估流116的流速的第二测量124(与气体组成相关的测量)的校准后流量信号。

图4B中所描绘的质量流量计422B与图4A中的质量流量计422A的不同点在于，质量流量计422B包括控制阀350，其中控制阀350作为限制而工作以确保评估流116的流速在传感器425的范围内、并在传感器425处产生与已知体积120中的气体的压力接近的压力(与调节系统104的出口处的压力相反，其中该出口处的压力可以是真空)。质量流量计422B的控制器还440可以从评估流控制器115接收用以打开和关闭控制阀350的信号455；因此，控制阀350可以替代下游阀114，即能够以与(参考图1所述的)下游阀114的方式相同的方式对控制阀350进行控制，以产生评估流116。在其它实施例中，流量限制可以由位于已知体积120和调节系统104的出口之间的任何位置的控制阀(或者用于限制通过质量流量计422的流量的任何其它流量限制组件)产生。

接着，参考图5，示出可用于实现图1中所描绘的变化率流量计118的变化率流量计518的框图。如图所示，变化率流量计518包括流量计算组件520，其中流量计算组件520提供评估流116的流速的第一测量121(与气体组成无关的测量)。并且，如图所示，压力变化率组件522从压力传感器125接收压力信号524，并且作为响应而向流量计算组件520提供变化率信号528。另外，流量计算组件520从温度传感器132提供温度信号530。

图5中的组件的说明在逻辑上描绘了变化率流量计518的功能方面，并且不意图为硬件表示。更具体地，可以利用硬件或者与软件相结合的硬件来实现所描绘的流量计算组件520和压力变化率组件522。例如，如本领域普通技术人员将理解的，可以利用模拟组件和数字组件的组合来实现压力变化率组件522，以对压力信号524(例如，电压信号)进行采样并存储压力信号524的数字化样本，从而使得能够基于评估流116的压力随时间的变化来计算已知体积120中的压力的变化率。

在工作中，流量计算组件520基于变化率信号528、温度信号530和已知体积120来计算评估流116的流速的第一测量121(与气体组成无关的测量)。例如，流量计算组件520可以使用理想气体定律来计算评估流116的流速。更具体地，评估流116可被计算为：

AF＝(d(p/T))/dt*(T_s*V)/(P_s*R)，

其中，

AF是评估流；

T和P分别是气体温度测量和气体压力测量；

T_s和P_s分别是标准温度(273.15K)和标准压力(101.3kPa)；

V是已知体积；以及

R是通用气体常数(8.31441J K^-1)。

接着参考图6，示出描绘可用于实现参考图1所述的气体不敏感的质量流量控制系统100的物理组件的计算系统600的框图。如图所示，显示部612和非易失性存储器620连接至总线622，其中总线622还连接至随机存取存储器(“RAM”)624、处理部(其包括N个处理组件)626、模拟输出的集合628以及模拟输入的集合630。尽管图6中所描绘的组件表示物理组件，但应当认识到，所描绘的计算系统可以是重复的且分布式的，以实现图1中所描绘的组件。

显示部612一般进行工作以向用户提供内容的呈现，并且在多个实现中，显示部由LCD或OLED显示器实现。一般来说，非易失性存储器620用于存储(例如，永久性地存储)数据和包括与图1中所描绘的功能组件相关联的非暂时性处理器可执行代码的可执行代码。例如，在一些实施例中，非易失性存储器620包括引导加载程序代码、软件、操作系统代码、文件系统代码、以及便于参考图2所述的方法的代码。

在许多实现中，非易失性存储器620由闪速存储器(例如，NAND或ONENAND^TM存储器)实现，但是当然考虑到，也可以利用其它存储器类型。尽管可以执行来自非易失性存储器620的代码，但是非易失性存储器620中的可执行代码通常被加载到RAM 624中并且由处理部626中的N个处理组件中的一个或多个执行。

与RAM 624相结合的N个处理组件一般进行工作以执行非易失性存储器620中所存储的指令，从实现图1中所描绘的功能组件。例如，评估流控制器115以及变化率流量计118、质量流量控制器102、质量流量计122和调节组件的逻辑方面可以由与从RAM 624执行的非暂时性处理器可读代码相结合的N个处理组件中的一个或多个来实现。并且，校准数据334、434可以存储在非易失性存储器620中。

接口组件632一般表示使得用户能够与气体不敏感的质量流量控制系统100进行交互的一个或多个组件。接口组件632例如可以包括键盘、触摸屏、以及一个或多个模拟或数字控制，并且接口组件632可用于将来自用户的输入转换为设置点信号355。并且，通信组件634一般使得气体不敏感的质量流量控制系统100能够与外部网络和包括外部处理组件的装置(例如，燃料电池系统)进行通信。本领域普通技术人员将理解，通信组件634可以包括用以实现多种无线(例如，WiFi)和有线(例如，以太网)通信的(例如，集成式或分布式)组件。

典型的燃料电池应用

燃料电池是用于通过与氧气或其它氧化剂的化学反应而将来自燃料的化学能转化为电力的装置。燃料电池与蓄电池的不同点在于，燃料电池需要持续的燃料源来维持化学反应，而在蓄电池中，该蓄电池中存在的化学物质彼此反应以产生电动势。只要供应燃料，燃料电池就可以持续地产生电力。

可以使用典型的质量流量控制器以将燃料的流量大致保持至设置点。但是实际上，供应气体的化学组成诸如由于气体的污染等而变动，并影响燃料电池的效率。并非作为对这些变动的响应的典型的质量流量控制器使得能够得到不太优化的能量输出。为了抵消能量输出的这种变化，燃料电池行业一般限于测量燃料电池能量输出并且基于这些测量来调节气体输送的流量。该处理没有使燃料电池的能量效率最大化，这是因为该处理导致了作为对供应气体组成的变化的响应的延迟。

在现有技术燃料电池系统的情况下，如果主要气体被污染、从而影响了燃料电池的能量输出，则该系统被禁用并进行再校准。这种做法导致不期望的系统低效，并且为了克服这些缺陷，可以使用气体不敏感的质量流量控制系统100作为对气体种类不敏感的系统。有益地，系统100向燃料电池操作员提供了在不中断设备操作的情况下响应于处理气体的变化来调节质量流量控制器102的(具有设置点信号355的)设置点的能力。

质量流量控制器102对调节信号108进行响应，并且可以将主要气体G_p(例如，甲烷)的流量控制到设置点的0.5％以内的精度。系统100因此克服了不纯的问题，包括丁烷或其它烃类被引入到主要气体G_p中。这种响应性使燃料电池系统的效率最大化，并且消除了响应于新的气体种类而使燃料电池处理中断以校准质量流量控制器102的需要。

例如，在启动时，可以生成质量流量控制器102的校准数据334以针对甲烷气体来校准质量流量控制器102。然而，在启动后，甲烷的供应可能被杂质污染；因此，有效地产生了新的气体种类作为主要气体G_p，并且使质量流量控制器102的读数不精确-这不是因为质量流量控制器102存在缺陷，而是因为通过质量流量控制器102的流体的性质发生改变。

使用如这里所述的调节系统104，受控燃料的组成与预期或期望组成的偏差将促使调节信号108的变化。质量流量控制器102转而(如以上所讨论地)对调节信号108进行响应，以考虑杂质。

应当理解，以上调节处理可以根据期望连续地或周期性地重复。例如，如果正从存储器皿中抽出主要流体或气体G_p，则操作员可以假设该主要流体或气体G_p不会随时间改变，并且在密封存储器皿最初带入时，可以仅需要一个调节步骤。与此相对，如果正从公共设施抽出主要流体或气体G_p，则操作员可以假设该主要流体或气体G_p通常随时间改变，并且可能需要定期(诸如每几分钟、几小时、几天等)的验证和调节步骤。作为另一示例，诸如在燃料电池能量产生处理对主要流体或气体G_p的变动特别敏感的情况下，操作员可能希望进行连续调节以使燃料电池能量产生的效率最大化。

应当重申，调节系统104可以具有与质量流量控制器102相比小得多的容量或室。具体地，在质量流量控制器102和主管道106具有至少约为100升/分钟的工作容量、或者在一些实施例中至少约为500升/分钟的工作容量的情况下，调节系统104具有不超过约800标准立方厘米/分钟的工作容量。

在一些实施例中，评估流116在通过下游阀114之后被释放到大气或空室，而在其它实施例中，评估流116返回至主管道106。

可以在与如图6中所描绘的RAM和非暂时性存储器相结合的通用处理器、以及/或者专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、离散门或晶体管逻辑、分立硬件组件、或它们的任何组合被设计为进行这里所述的功能的情况下，实现或进行结合这里所公开的实施例而描述的各种说明性逻辑块、模块和电路。通用处理器可以是微处理器，但是在可选例中，处理器可以是任何传统的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器还可被实现为计算装置的组合，例如，数字信号处理器(DSP)和一个微处理器、多个微处理器、与DSP核相结合的一个或多个微处理器、或任何其它这样的配置的组合。

结合这里所公开的实施例而描述的方法或算法的步骤可以直接以硬件、(例如，如图6所示的)处理器所执行的软件模块、或这两者的组合来体现。软件模块可以存在于诸如RAM存储器、闪速存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM、或本领域已知的任何其它形式的存储介质等的非暂时性处理器可读介质中。典型的存储介质连接至可以相对于存储介质读取和写入信息的处理器。在可选例中，存储介质可以与处理器集成。处理器和存储介质可以存在于ASIC中。

提供所公开的实施例的先前描述以使得本领域的任何技术人员能够进行或使用本发明。这些实施例的各种修改对于本领域技术人员将是显而易见的，并且在不偏离本发明的精神或范围的情况下，这里所定义的一般原理可以适用于其它实施例。因此，本发明不意图局限于这里所示的实施例，而是应被赋予与这里所公开的原理和新颖特征相一致的最宽范围。

总之，本发明提供了用于控制流体的质量流速的系统和方法。本领域技术人员可以容易认识到，可以在本发明、其使用及其配置中进行许多变形和替换，以实现与由这里所述的实施例实现的结果基本上相同的结果。因此，并不意图将本发明限制于所公开的典型形式。许多变形、修改和替代构造都落在如权利要求中所表达的公开发明的范围和精神内。

Claims (8)

1.一种质量流量控制系统，包括：

主管道，用于引导气体的流动；

调节系统，其经由辅管道而连接至所述主管道，所述调节系统被配置为将来自所述主管道的气体的一部分转移至所述辅管道、并且提供在所述气体的组成改变时改变的调节信号，所述调节系统包括：

加压系统，用于在所述辅管道中产生具有变化压力的评估流；

变化率流量计，用于基于所述评估流的压力的变化率来提供所述评估流的流速的第一测量；

质量流量计，其被设置为提供通过所述辅管道的评估流的流速的第二测量；

调节组件，用于基于所述评估流的流速的所述第一测量和所述第二测量之间的差来生成所述调节信号；

质量流量控制器，其可操作地连接至所述主管道以控制所述气体的主流速，其中所述质量流量控制器包括：

阀，其被设置在所述主管道中以控制通过所述主管道的气体的主流速；

质量流量测量系统，其被配置为基于通过所述主管道的气体的主流速来生成测量流量信号；

校正模块，其被配置为利用所述调节信号来调节所述测量流量信号以生成气体校正后流量信号；以及

控制器，其被配置为控制所述阀，使得所述气体校正后流量信号表示通过所述主管道的气体的主流速等于设置点。

2.根据权利要求1所述的质量流量控制系统，其中，所述质量流量控制器具有至少为100升/分钟的工作范围。

3.根据权利要求1所述的质量流量控制系统，其中，所述加压系统包括：

上游阀和下游阀，所述上游阀和所述下游阀被设置在所述辅管道内，其中所述质量流量计和所述变化率流量计被设置在所述上游阀和所述下游阀之间；

其中，所述加压系统还包括被配置为进行以下操作的评估流控制器：

打开所述上游阀以将来自所述主管道的气体的一部分转移至所述辅管道，并且关闭所述下游阀以对所述气体进行加压；

在关闭所述下游阀的同时关闭所述上游阀，以捕获所述辅管道的包括已知体积的部分中的加压气体；以及

在关闭所述上游阀的同时打开所述下游阀，以产生具有变化压力的评估流。

4.根据权利要求3所述的质量流量控制系统，其中，所述评估流控制器包括利用用以打开和关闭所述上游阀和所述下游阀以产生所述评估流的指令所编码的处理器和非暂时性存储器。

5.根据权利要求3所述的质量流量控制系统，其中，所述评估流控制器包括用以打开和关闭所述上游阀和所述下游阀以产生所述评估流的硬件，其中所述硬件包括FPGA、ASIC、可编程逻辑器件、以及离散门或晶体管逻辑器件中的一个或多个。

6.一种用于控制气体的流速的方法，所述方法包括：

利用质量流量控制器来控制通过主管道的气体的流速；

将所述气体的一部分转移至辅管道；

在所述辅管道中产生具有变化压力的评估流；

基于所述评估流的变化压力的变化率来计算所述评估流的流速的第一测量；

利用受所述气体的组成影响的质量流量计来测量所述评估流的流速，以产生所述评估流的流速的第二测量；

基于所述评估流的流速的所述第一测量和所述第二测量之间的差来生成调节信号；

利用所述调节信号来调节所述质量流量控制器的测量流量信号以生成气体校正后流量信号；以及

控制所述质量流量控制器的阀，使得所述气体校正后流量信号表示通过所述主管道的气体的流速等于设置点。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，利用所述质量流量控制器来控制通过所述主管道的气体的流速包括：将所述气体的流速控制为至少100升/分钟。

8.根据权利要求6所述的方法，其中，产生所述评估流包括：

打开所述辅管道中的上游阀以将来自所述主管道的气体的一部分转移至所述辅管道，并且关闭下游阀以对所述气体进行加压；

在关闭所述下游阀的同时关闭所述上游阀，以捕获所述辅管道的包括已知体积的部分中的加压气体；以及

在关闭所述上游阀的同时打开所述下游阀，以产生具有变化压力的评估流。