CN109891199A - 用于流量标定的基准体积物的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种与压力变化流速测量设备一起使用的基准体积物，具有内部结构，其包括的元件的横截面及长度与相邻间隙流体区域的横截面及长度相当。基准体积物可以具有一个或多个导热元件，所述导热元件位于限定内部流体保持区域的耐腐蚀材料的外部并与之良好热接触。

Description

用于流量标定的基准体积物的系统和方法
相关文献的交叉引用
本申请要求于2016年9月19日提交的题为“用于流量标定的基准体积物的系统和方法”的第62/396,809号美国临时专利申请、于2016年9月19日提交的题为“用于流量测量的可变约束的系统、装置和方法”的第60/396,808号美国临时专利申请、以及于2016年9月19日提交的题为“基于自校正压力的质量流量控制器的装置和方法”的第62/396,807号美国临时申请，上述文献通过引用整体并入本文。
技术领域
本公开主要涉及通过测量流体的温度和压力来确定流体的流速。本文所用的流体意指包括由于压力和温度的特定组合而处于气相的材料。本发明更具体地涉及一种通过确定流速的压力-体积-温度(PVT)方法而使用的容纳部(containment)。
背景技术
可以使用通过考虑一个或多个变量中的时间变化率来确定气态流体的流速。使用压力、温度和体积的组合的装置是常见的并且通常被称为使用PVT方法。通常，装置设计旨在保持这些特性中的两个特性恒定，同时允许第三个特性变化。一些装置(例如，钟形校准器(prover)或活塞校准器)被设计成在测量时间间隔期间保持气体压力和温度恒定，同时允许所包含的体积改变。其他装置(例如，上升率(ROR)和下降率(ROF)装置)被设计成在测量时间间隔期间保持气体温度和体积恒定，同时允许压力在所包含的体积内变化。所有这些流量测量装置内在地在保持预期特性恒定的成效方面存在限制，并且在测量所有变量(包括时间间隔)方面存在限制。由这些限制引起的测量不确定性构成了对所确定的流速的最终准确性的主要约束。
在上升率和下降率设备中，气态流体的增加量或减少量包含在体积内，该体积在测量时间间隔期间是理论上恒定的。用于容纳所测量的流体的该恒定体积物被不同地称为“基准体积物”或“标准体积物”或“已知体积物”。本公开通常将所涉及的恒定体积称为“基准体积物”，但是可以使用其他类似的术语。基准体积物被认为是理论上恒定的，因为关于阀的打开和关闭及设备设计的其他方面的细微之处(subtleties)可以影响所观察的基准体积物的尺寸，但是这些细微之处并不是本公开的主要焦点。在半导体首要(capital)装备(有时称为“工具”)中，基准体积物可包括一个或多个单独的槽(tank)组件，或者分布为工具的各个部分之间的管道系统(plumbing)，或者管道系统与槽的组合。
基于基准体积物中的压力变化(ROR或ROF)的流速确定方法通常要求流体温度在测量时间间隔期间保持恒定。维持等温条件避免了必须处理时变状态方程，并且方便地将大部分方程的数学偏导数降低至零，从而使得任务在计算上更容易。
其他专利描述了热质量流量计。Weber的第6,539,791号美国专利描述了一种量热流量测量装置，其特点是用于测量流量的单个热敏电阻。McQueen的第6628202号美国专利描述了一种用于确定非接触式设备中的流速和液位的热分散开关/发射器。Korniyenko的第7107835号美国专利描述了一种热质量流量传感器，其包括具有传感器区域和薄膜温度的壳体。Kasim的第8870768号美国专利描述了可用于非侵入式测量和指示流体流速的装置和方法。
因此，需要制造在表面区域增强结构与基准体积物腔室壁之间具有最佳可行热连接的基准体积物容纳部。合适的表面区域增强结构可以与起始材料的本体一体形成，同时生成用作基准体积物腔室内的流体保持区域的内部空隙。
发明内容
各种实施例包括流量控制器系统和流量测量传感器，该流量控制器系统包括一个或多个传感器，流量测量传感器包括一个或多个传感器。与压力变化流速测量设备一起使用的基准体积物具有内部结构，该内部结构包括的元件的横截面和长度与相邻间隙(interstitial)流体区域的横截面和长度相当。
在本公开的一个实施例中，描述了一种与压力变化流速测量设备一起使用的基准体积物本体，该压力变化流速测量设备包括一个或多个流体保持区域，其具有由内部本体材料元件形成的边界，内部本体材料元件的横截面和长度类似于一个或多个流体保持区域的直接相邻部分的横截面和长度。
在另一个实施例中，基准体积物还包括一个或多个导热元件，导热元件位于至少一部分耐腐蚀材料的外部并与之良好热接触，这一部分耐腐蚀材料形成基准体积物本体内部的至少一个流体保持区域的边界。其中，至少一个导热元件由铜、或铜合金、或铝、或铝合金制成，形成流体保持区域的边界的耐腐蚀材料由不锈钢合金、或镍铬合金、或钴铬合金、或钛、或钽制成。通过围绕耐腐蚀材料的导热元件的热收缩配合，或者将导热元件钎焊到耐腐蚀材料而实现基准体积物的良好热接触。
在又一个实施例中，描述了一种与压力变化流速测量设备一起使用的基准体积物，该基准体积物包括两个或更多个本体，至少一个本体包括具有由耐腐蚀材料元件形成的边界的至少一个流体保持区域，耐腐蚀材料元件的横截面和长度类似于所述至少一个流体保持区域的直接相邻部分的横截面和长度，其中，本体中的至少两个彼此焊接，并且一个或多个导热元件与至少一个本体的外部良好热接触。
在又一个实施例中，与压力变化流速测量设备一起使用的基准体积物包括两个或更多个本体，至少一个本体包括具有由耐腐蚀材料元件形成的边界的至少一个流体保持区域，耐腐蚀材料元件的横截面和长度类似于所述至少一个流体保持区域的直接相邻部分的横截面和长度，其中，一个或多个导热元件与至少两个相邻本体的外部良好热接触，并且两个相邻本体由不锈钢制成，而一个或多个导热元件由铜制成。
替代实施例涉及可在权利要求中大致陈述的其他特征和这些特征的组合。下文描述的实施例允许每个方法和/或组件的并行或串行处理。
在其他实施例中，基准体积物可以设计成使得流体中的导热路径长度和基准体积物机械结构中的导热路径长度具有近似的时间常数。这可以针对特定选择的气体和结构材料来完成，但是在大多数情况下，可以完成以适应一组气体(例如，半导体加工材料)和特定结构材料(例如，不锈钢)。热传导的外部第二材料旨在增强基准体积物的较长尺寸上的温度均匀性。
在替代实施例中，基准体积物被设计成使得沿着平面的任何切片(slice)保持气体和金属热路径在二维中被优化(主要权利要求)。然后，外部护套(jacket)使第三维(长度)相对无关紧要。此外，内部鳍状件(fin)和基准体积物例如仅仅是实心块中的一堆平行孔。但是，如果群集(cluster)中有太多洞，那么会得到类似于鳍状件太长的问题。因此，被优化的孔的直径将与它们之间剩余金属网的厚度大致相同，并且整个束可能不超过五个孔。优化过程使用热扩散率作为设计考虑因素。显然，其他诸如机械测量、易于制造等的能力也可能是优化的一部分。
另外，流量控制器通过从分布到各处的集中而成的源(例如，阀门螺线管)获得热量(通过热夹到基准体积物)而良好地工作，因此在整个装置内几乎没有温度梯度。
应当理解的是，提供以上概述是为了以简化的形式介绍在详细描述中进一步描述的示例的选择。这并不意味着识别任何所要求保护的主题的关键或必要特征，这些特征随后可声明为优先于本说明书。此外，任何这样要求保护的主题的范围不限于解决上述或本文包含的任何缺点的实施方式。
附图说明
通过以下结合附图的详细描述，将更全面地理解本公开，其中相同的附图标记表示相同的元件，在附图中：
图1A、图1B和图1C是根据示例性实施例的与压力变化流速测量设备一起使用的基准体积物的示意图。
图2A、图2B、图2C、图2D和图2E是根据示例性实施例的与压力变化流速测量设备一起使用的基准体积物的示意图。
图3A、图3B、图3C和图3D是根据示例性实施例的与压力变化流速测量设备一起使用的基准体积物的示意图。
图4A和图4B是根据示例性实施例的与压力变化流速测量设备一起使用的基准体积物的示意图。
图5A、图5B和图5C是根据示例性实施例的与压力变化流速测量设备一起使用的基准体积物的示意图。
图6示出了样本基准体积物的构造。
图7示出了样本基准体积物的构造。
具体实施方式
在转向详细说明示例性实施例的附图之前，应该理解的是，本申请不限于说明书中阐述的或附图中示出的细节或方法论。还应该理解，术语仅用于描述，且不应被视为限制性的。
各种实施例的应用不限于以下描述中阐述的或附图中示出的构造细节和部件布置。本发明能够具有其他实施例，并且能够以各种方式实践或执行。此外，本文使用的措辞和术语是出于描述的目的，而不应被视为限制性的。本文中的“包括”、“包含”或“具有”、“含有”、“涉及”及其变型的使用旨在涵盖其后列出的项目及其等同物以及附加项目。方向形容词“内”、“外”、“上”、“下”和类似术语的使用旨在帮助理解设计元素之间的相对关系，且不应被解释为意味着空间中的绝对方向，也不应被视为限制性的。
通过非结晶均质材料的传热可以表征为扩散过程，由此，局部温差将热能从材料中的较高温度区域驱动到较低温度的相邻区域。热的传递受到材料热阻的阻碍，热阻可以等效地被认为是导热性的倒数。将材料区域的温度升高特定量(通常以摄氏度、华氏度或开尔文为单位测量)所需的热能量(通常以焦耳、卡路里、BTU或类似单位测量)直接取决于该区域的材料质量和材料的热容量。然后，根据将特定质量的温度升高特定量所需的能量所指定材料的热容量需要了解材料密度，以获得特定体积的材料的等效热容量。例如，在一个大气压和15摄氏度(15℃)的起始温度下，纯水的热容量是每克每摄氏度一卡路里(cal/g*℃)，该温度下的一克水占用体积为1.0008722立方厘米(密度“rho”＝0.9991286克/毫升)。
对上文描述的关系的考虑符合技术人员对于“少量热量会使火焰上方的小质量空气立即变热，而大质量的金属器具必须在远离火的一端变热之前于相同的火焰中保持相当长的一段时间”的日常经验。日常经验还表明木制器具的低导热性使得手柄在搅拌沸水时基本上不会变热，并且在相同沸水中具有高导热性的金属器具最终将完全变热。因此，热量浓度在材料本体内扩散而使整个本体的温度更均匀的时间变化率可以被描述为与材料的热扩散率有关：
α＝κ/ρCν 公式1
“α等于kappa除以rho与Cν的乘积”
其中，“α”＝热扩散率
“kappa”＝导热性
“rho”＝密度
“Cν”＝恒定体积的热容量
特别是，Bracewell展示了(傅立叶变换及其应用，1965，McGraw-Hill公司)通过向材料本体注入热量而产生的材料本体内的局部升高温度将根据时间因素而减少：
SQRT{1/(α4πt)} 公式2
“α与4π及时间的逆乘积的平方根”
对于简单的比较，α的倒数的平方根就足够了：
tau＝SQRT{1/a} 公式3
根据公式3计算的各种材料的时间常数的审查(examination)提供了对于在压力变化流速测定(determination)设备的基准体积物中使用的热稳定结构的设计的见解。在科学和工程文献中报告的材料特性(如热容量)之中存在微小的差异，但在考虑时间因子值因四或五比一的因素而不同时，几个百分比的分歧是无关紧要的。
表格1
如表1所示，一些典型气体的热扩散率(α＝m^2/秒)变化约为75比1，相应的时间特征(tau＝SQRT{1/alpha})变化约1比9。还如表1所示，一些固体的热扩散率(α)变化约120比1，相应的时间特征(tau)变化约1比11。值得注意的是，许多气体在正常大气条件下的热扩散率与固体的相似，可能被认为是用于基准体积物的构型(construction)的材料。
特别地，不锈钢和耐腐蚀镍合金的热扩散率几乎与由较大和/或较重分子组成的气体的热扩散率相同。这种关系表明不锈钢基准体积物内的最佳热交换结构应具有鳍状件或其他表面区域增强结构，其横截面和长度类似于这些鳍状件之间的气体的部分。诸如氦气(He)和氢气(H2)之类的气体可以是非常有效的传热介质，但是通用的压力变化流量测定设备还必须适合于测量常见的半导体工业气体，例如氯气(C12)和六氟乙烷(C2F6)。
如果由于鳍状件横截面不足和/或鳍状件长度过长而导致鳍状件的传热纵横比过高，则与混合气体的热稳定性相比，沿鳍状件达到热平衡所需的时间将过长。具有长纵横比的穿孔片状金属或筛网型热交换结构可能不适合于将热量移入或移出基准体积物内的气体。大部分的长纵横比结构将离基准体积物的壁太远，以具有在气体与壁之间移动热量的任何功效。如果鳍状件太厚，则热量将不会从鳍状件块(bulk)的中部朝向或远离其与气体接触的表面适当地移动。同样地，基准体积物的散热器(温度稳定的)端部与其中心本体之间过高的热纵横比可能导致沿基准体积物的长度的温度不平衡。过大的基准体积物的壁长度将会潜在地沿着基准体积物的长度引起显着的温度梯度。
铜的热扩散率约为不锈钢的三十倍，铝约为不锈钢的二十倍；因此，除了潜在的差的耐腐蚀性，对于基准体积物来说，铜或铝将是更好的结构材料。优越的基准体积物设计可以使用一个或多个铜或铝导热元件与基准体积物的外部(远离处理气体)良好热接触，以增强沿基准体积物的长度的温度均匀性。导热元件可以在由段构成的基准体积物中跨过焊接接头桥接，以确保跨过这些接头的良好导热。
转至观察附图，特别是图1A，其示出了根据示例性实施例的用于基准体积物的容纳部100A的立体图。通常，基准体积物容纳部100A包括入口部分110、出口部分120和基准体积物腔室130。待监测的流体和/或气体通过入口部分110进入基准体积物腔室并从出口部分120离开。流体和/或气体可包括(但不限于)常见的半导体工业气体，例如氯(Cl2)和六氟乙烷(C2F6)、水蒸气、三氯化硼(BCl3)、硅烷(SiH4)、氩气和氮气。基准体积物腔室的内壁能够焊接到一个或多个热传感器、压力传感器或PLCS(可编程逻辑控制器系统)上。
流体入口部分110可以能够从一个或多个源接收流体。基准体积物腔室可以用作为一个或多个隔离的单独基准体积物腔室，或者分布为管道的各个部分中的管线(pipeline)，或管道系统和单独基准体积物腔室的组合。入口部分110、出口部分120和基准体积物腔室130可以由耐腐蚀合金制成。耐腐蚀合金可包括(但不限于)铬、不锈钢、钴、镍、铁、钛和钼。在选择合金成分时考虑的不同因素是合金成分的范围、热处理的参数、复杂材料混合物冶金、降解机理和连接事宜。基准体积物腔室130可以从流体入口部分110接收流体和/或气体，并且与容纳部内的其他压力/温度传感器接触。基准体积物腔室130可以在恒定温度下于流体的衰减测量速率期间执行储热器测试单元的功能。
图1B描绘了沿图1的切割平面B-B的剖视图100B。通过入口部分110进入的气态流体进入流体保持区域140，并通过腔室基部150和腔室顶部159与基准体积物腔室130的内壁接触。基准体积物腔室130且因此流体保持区域140通过从腔室基部150延伸且不与腔室顶部159结合的中心壁155部分地分叉，从而形成间隙或路径157，以促进从入口部分110到出口部分120的流体运动。中心壁155可以由耐腐蚀合金制成，类似于基准体积物腔室130的结构。耐腐蚀合金可包括(但不限于)铬、不锈钢、钴、镍、铁、钛和钼。
基准体积物腔室的内壁或中心壁155可以与一个或多个压力传感器、温度传感器固定或焊接到一个或多个PCLS170上。所使用的压力传感器可包括绝对压力传感器、表压传感器(gauge pressure sensor)、真空压力传感器、差压传感器和密封压力传感器。所使用的温度传感器可以包括基于热敏电阻的传感器，用于精确温度测量。PLCS170焊接到基准体积物腔室的内壁上，并协助监测通过入口部分110进入基准体积物腔室130内部并通过出口部分120离开的气态流体的压力变化流速测量。用于PLCS170的编程语言可以是(但不限于)功能块图(FBD)、梯形图(LD)、结构化文本(ST；类似于Pascal编程语言)、指令列表(IL；类似于汇编语言)和顺序功能图(SFC)。这些技术强调操作的逻辑组织。
基准体积物腔室的外壁由导热元件盖160周向地包围。进入气态流体保持区域140的气态流体与基准体积物腔室壁接触，从而与压力传感器、温度传感器或PLCS接触，并使其通过出口部分120离开基准体积物腔室。导热元件盖有助于在整个基准体积物容纳部中保持流体的恒定温度。优越的基准体积物设计可以使用一个或多个铜或铝导热元件盖160，其与基准体积物的外部(远离处理气体)良好热接触，以增强沿基准体积物的长度的温度均匀性。导热元件可通过圆形连接的自体轨道焊接(autogenous orbital welding ofcircular connections)或直线和圆形形状的电子束焊接或用于基准体积段的顺序组装的任何合适过程而附接到基准体积物腔室的外壁。导热元件盖160有助于减小基准体积物腔室130的散热器(温度稳定的)端部与其中心本体之间过度的热纵横比，从而导致沿基准体积物的长度的温度不平衡。特别是在长的基准体积物腔室130的壁长度的情况下，导热元件盖160将潜在地减小沿着基准体积物的长度的显着温度梯度。
许多设计选择和制造方法可用于附接外部导热元件。以类似的方式，基准体积物腔室130可包括铜或铝本体，其中耐腐蚀材料镀在其内部流体保持区域140的表面上。基准体积物腔室130还可以包括由耐腐蚀金属板壳限定的内部流体保持区域，其中导热材料围绕其外部铸造。将一个或多个导热元件160附接到基准体积物腔室130外部的其他方式包括在位于内部的圆柱形不锈钢部分的外侧上的机械夹紧、用导热粘合剂(例如加载的环氧树脂)粘合、钎焊或管状铜或铝部分的收缩配合。通过组装后的相对尺寸变化实现过盈配合的收缩配合技术用于将导热元件160附接到基准体积物腔室的外壁。这通常通过在组装之前加热或冷却一个部件并使其能够在组装后恢复到环境温度来实现，采用热膨胀现象来制作接头。当邻接的部件(piece)达到相同的温度时，接头变得紧张且变强。
图1C描绘了沿着图1的切割平面C-C的剖视图100C。可以看到沿周向包围基准体积腔的外壁的导热元件盖140。基准体积物腔室130的内壁具有正弦波或交替波谷(trough)和谷(valley)结构的壁，以提供增强的表面积，用于使气态流体保持区域140中的气态流体与基准体积物腔室的内壁接触。本领域的任何人都可以理解，用于增强表面积以更好地接触气态流体的其他表面结构也可以在本发明的范围内实施。
特别地，用于基准体积物腔室130的基础材料的热扩散率与由较大和/或较重分子组成的气体的热扩散率几乎相同。这种关系表明不锈钢基准体积物腔室内的最佳热交换结构应具有鳍状件或其他表面区域增强结构，其横截面和长度类似于这些鳍状件之间的气体部分。最佳的传热需要从物体延伸的鳍状件或表面，以通过增加对流来增加进出环境的传热速率。物体的传导、对流或辐射量决定了物体传递的热量。增加物体与环境之间的温度梯度使对流传热系数增加，或者增加物体的表面积使传热增加。因此，向物体添加鳍状件会增加表面积并减少传热问题。
如果由于鳍状件横截面不足和/或鳍状件长度过长而导致鳍状件的传热纵横比过高，则与混合气体的热稳定性相比，沿鳍状件达到热平衡所需的时间将过长。期望在表面区域增强结构与基准体积物的壁之间具有最佳可行的热连接。合适的表面区域增强结构可以与由耐腐蚀合金或不锈钢制成的基准体积物腔室的本体一体形成，同时产生内部空隙，该内部空隙用作基准体积物腔室130内的流体保持区域140。鳍状件可以通过放电加工(EDM-线材或成形电极)、铣削、钻孔、车削或类似的材料去除工艺形成。可以使用挤压的不锈钢形状。比容易加工的更长或更大的基准体积物可以制造成多个部段，这些部段通过圆形连接的自体轨道焊接或直线和圆形形状的电子束焊接依次焊接在一起，且是适合于基准体积段的顺序组装的示例性过程。
在一个替代实施例中，通过使用由不锈钢制成的金属丝网结构，可使基准体积物腔室的内壁维持耐腐蚀。通常，不锈钢是用于描述铬含量为10.5％或更高的钢合金的通用术语。总的来说，不锈钢比普通钢或碳钢具有更高的耐腐蚀性。这种不锈钢耐腐蚀性很大程度上归功于铬的独特品质。铬与大气中的氧结合，自然地形成一层薄薄的氧化铬。这种极薄且不可见的薄膜可在各种腐蚀性环境中作为保护涂层。如果金属被切割或划伤且薄膜破裂，则更多的氧化物将快速“自我修复”以形成并恢复暴露的表面。可用于耐腐蚀的不同金属丝网包括(但不限于)T-304不锈钢、T-316不锈钢、T-310SS、T-321SS、T-347SS，甚至T-430SS。T-304SS的许多优点之一是耐热性。T-304SS表现出对于以下温度的良好抗氧化性，在间歇使用(intermittent service)时温度约为1600oF，而在连续使用时温度为1700oF。T-304不锈钢也非常适合制造用途，可以使用适当的工具和机器进行成型和切割成一定尺寸。T-304不锈钢也可以使用最常见的焊接技术进行焊接，并且在退火状态下几乎是非磁性的。T-304不锈钢可用编织和焊接结构。
基准图2A，根据示例性实施例，图2A示出了用于基准体积物的容纳部200A的立体图。通常，基准体积物容纳部200A包括入口部分210、出口部分220和基准体积物腔室230。待监测的流体和/或气体通过入口部分210进入基准体积物腔室并从出口部分220离开。流体和/或气体可包括(但不限于)常见的半导体工业气体，或需要监测的任何其他气体或气态混合物。基准体积物腔室的内壁能够焊接到一个或多个热传感器、压力传感器或PLCS(可编程逻辑控制器系统)或任何其他监测传感器装置上。容纳部200A类似于容纳部100A，但其用于流体路径的内部结构不同。
流体入口部分210可以能够从一个或多个源接收流体，或者能够连接到其他基准体积物腔室以进行连续监测。入口部分210、出口部分220和基准体积物腔室230可以由耐腐蚀合金制成。耐腐蚀合金可包括(但不限于)铬、不锈钢、钴、镍、铁、钛和钼。基准体积物腔室230可以从流体入口部分210接收流体和/或气体，并且与容纳部内的其他压力/温度传感器接触。
图2B示出了沿图2的切割平面B-B的剖视图200B。通过入口部分210进入的气态流体进入流体保持区域240，并通过腔室基部250和腔室顶部259与基准体积物腔室230的内壁接触。基准体积物腔室230且因此流体保持区域240部分地受到中心管状结构255的干扰，该中心管状结构255从腔室基部250延伸且不连接到腔室顶部259，从而形成间隙或路径257以促进从入口部分210到出口部分220的流体运动。中心管状结构255可以由耐腐蚀合金制成，类似于基准体积物腔室130的结构。耐腐蚀合金可包括(但不限于)铬、不锈钢、钴、镍、铁、钛和钼。
基准体积物腔室或中心管状结构255的内壁可以与一个或多个压力传感器、温度传感器固定或焊接到一个或多个PCLS270上。基准体积物腔室的外壁由导热元件盖260周向地包围。进入气态流体保持区域240的气态流体与基准体积物腔室壁接触，从而与压力传感器、温度传感器或PLCS接触，并借助具有管状路径258的中心管状结构255而通过出口部分220离开基准体积物腔室。导热元件盖有助于在整个基准体积物容纳部中保持流体的恒定温度。
图2C描述了沿图2的切割平面C-C的剖视图200C。可以看到沿周向包围基准体积物腔室的外壁的导热元件盖260。基准体积物腔室230的内壁具有正弦波或交替波谷和谷结构的壁，以提供增强的表面积，用于使气态流体保持区域240中的气态流体与基准体积物腔室的内壁接触。本领域的任何人都可以理解，用于增强表面积以更好地接触气态流体的其他表面结构也可以在本发明的范围内实施。
可以通过使用腐蚀抑制剂以避免腐蚀，从而替代地处理基准体积物腔室230的内部，腐蚀抑制剂是与金属表面或引起腐蚀的环境气体反应的化学物质，从而中断引起腐蚀的化学反应。腐蚀抑制剂可以通过使这些腐蚀抑制剂自身吸附在金属表面上并形成保护膜来起作用。这些化学物质可以通过分散技术作为溶液或保护涂层(coating)来应用。减缓腐蚀的抑制剂过程取决于改变阳极或阴极极化行为、减少离子向金属表面的扩散并增加金属表面的电阻。腐蚀抑制剂的益处在于，它们可以在原位(in-situ)应用于金属，作为对抗意外腐蚀的纠正措施。替代地，有机涂料(coating)可用于保护金属免受环境气体的降解作用。涂料按所用聚合物的类型分组。常见的有机涂料包括(但不限于)醇酸树脂和环氧酯涂料(在风干时促进交联氧化)、双组分聚氨酯涂料、丙烯酸和环氧聚合物辐射可固化涂料、乙烯基、丙烯酸或苯乙烯聚合物组合乳胶涂料、水溶性涂料、高固体涂料和粉末涂料。
图2D示出了另一个实施例，其中基准体积物腔室充满竖直热交换管270，这些竖直热交换管提供用于热交换的热质量和良好表面积。在一些实施例中，这些管可以不在基准体积物腔室的整个长度上行进，反而，这些管的顶部和底部可以打开，以允许气体渗透基准体积物的整个体积。图2E示出了图2D的横截面区域。基准体积物为圆形管，其穿过基准体积物腔室的一个或多个象限。
基准图3A，根据示例性实施例，图3A示出了用于基准体积物的容纳部300A的局部立体图。通常，基准体积物容纳部300A包括基准腔室330和导热元件盖360。待监测的流体和/或气体通过入口部分(未示出)进入基准体积物腔室，并从出口部分(未示出)离开。流体入口部分和流体出口部分可以设计成如容纳部100A中或容纳部200A中的入口部分和出口部分。流体和/或气体可包括(但不限于)常见的半导体工业气体或需要监测的任何其他气体或气态混合物。基准体积物腔室的内壁能够焊接到一个或多个热传感器、压力传感器或PLCS(可编程逻辑控制器系统)或任何其他监测传感器装置上。容纳部300A类似于容纳部100A/200A，但其基准体积物容纳部的结构不同。
基准图3B，描绘了图3A中描述的容纳部300A的放大视图300B。基准体积物腔室330由两件式部件的导热元件盖360包围。导热元件盖360的两件式部件设计成使得它们可以适当地配合在基准体积物腔室330的外壁上。
基准图3C，描述了沿图3B的切割平面C-C的剖视图300C。基准体积物腔室330由形成部分线385的导热元件盖360的两件式部件包围。导热元件盖360的两件式部件通过两侧的一对紧固件390彼此紧固，并且与一个或多个压力传感器、温度传感器或PLCS370固定，以用于监测经过基准体积物腔室330的气流。
基准图3D，描述了沿图3B的切割平面D-D的剖视图300D。基准体积物腔室330包括流体保持区域340，用于促进流体的自由运动。流体入口部分和流体出口部分可以设计成如容纳部100A中或容纳部200A中的入口部分和出口部分。基准体积物腔室被导热元件360包围。
基准图4A，根据示例性实施例，图4A示出了用于基准体积物的容纳部400A的局部立体图。通常，基准体积物容纳部400A包括基准腔室430和位于基准体积物腔室430的四个角处的导热元件盖460。待监测的流体和/或气体通过入口部分(未示出)进入基准体积物腔室，并从出口部分(未示出)离开。流体入口部分和流体出口部分可以设计成如容纳部100A或容纳部200A中的入口部分和出口部分。流体和/或气体可以包括(但不限于)普通的半导体工业气体或需要监测的任何其他气体或气态混合物。基准体积物腔室的内壁能够紧固在一个或多个热传感器、压力传感器或PLCS(可编程逻辑控制器系统)或任何其他监测传感器装置上。紧固件包括将两个或更多个物体机械连接或粘附在一起的硬件装置。基准本发明，紧固件用于生成非永久性接头；也就是说，在不损坏连接组件的情况下可移除或拆卸的接头。容纳部400A类似于容纳部100A/200A/300A，但其基准体积物容纳部的结构不同。
基准图4B，描述了沿图4A的切割平面B-B的剖视图400B。基准体积物腔室430由基准体积物腔室430的四个角处的四件式部件的导热元件盖460包围。在基准体积物腔室430的四个角处的导热元件盖460与一个或多个压力传感器、温度传感器或PLCS固定，以用于监测经过基准体积物腔室430的气流。
基准图5A，根据示例性实施例，图5A示出了用于基准体积物的管线容纳部500A的局部立体图。通常，管线基准体积物容纳部500A包括基准体积物腔室530和在管线基准体积物腔室530的末端处的导热元件盖560。此外，管线基准体积物可以用填充物导热元件590包裹，以将温度驱动到质量流量控制器外部的环境温度。待监测的流体和/或气体通过管线的一端进入基准体积物腔室，并从管线的另一端离开。流体和/或气体可包括(但不限于)常见的半导体工业气体或需要监测的任何其他气体或气态混合物。基准体积物腔室的内壁能够焊接到一个或多个热传感器、压力传感器或PLCS(可编程逻辑控制器系统)或任何其他监测传感器装置上。容纳部500A类似于容纳部100A/200A/300A/400A，但其基准体积物容纳部的结构不同。
基准图5B，描述了沿图5A的切割平面B-B的剖视图500B。基准体积物腔室530由两件式部件的填充物导热元件盖590包围，并且通过导热元件盖560全部穿过管道系统。导热元件盖560与一个或多个压力传感器、温度传感器或PLCS固定，以用于监测经过基准体积物腔室530的气流。
基准图5C，描述了沿图5A的切割平面C-C的剖视图500C。管线基准体积物腔室530包括用于促进流体的自由运动的流体保持区域540。流体入口部分和流体出口部分可以设计成如容纳部100A中或容纳部200A中的入口部件和出口部分。基准体积物腔室由导热元件560包围。
基准图6，图6描述了基本上可与流量控制设备系统组合的系统600。流体进入系统600的流动路径以“A”开始，然后沿“B”方向开始，然后到“C”，此后沿“C1”推动流体以升至“C1”的终端，并向下朝向“D”倾泻，然后沿“E”移动并之后移动到“F”，最后经过“G”离开。流量变换器(transducer，传感器)传感元件610垂直于气流安装，以进行任何所需的测量。流量变换器用于测量流体流速。流量变换器基于流速的分析，计算流量级别或确定腔室内的流量。上述流动路径可以在100A/200A/300A/400A/500A描述的任何基准体积物容纳部中实施。
一种用于基准体积物测量的设备包括基准体积物腔室，基准体积物腔室的内部区域包括入口部分、底部部分、鳍状结构化侧壁和中心壁，该内部区域限定通过基准体积物腔室的入口部分进入、借助正交于流体路径安装的变换器元件感应并通过出口部分离开的流体的流体路径的流体边界。
一种用于测量压力的设备包括在流体的流体路径中的一个或多个压力传感元件，该流体通过入口部分进入、借助正交于流体路径安装的变换器元件感应并通过整个流体路径的出口部分离开。换言之，隔膜平行于气体的流动，而变换器的长度尺寸垂直于气流。
基准图7，图7描述了系统700，其示出了示例性热交换器710中的流体路径。刻意地使沿方向A-B对准的初始气流沿着C-D的垂直方向转向，以通过围绕鳍状结构720的更好的热交换来提供更多的停留时间和更高的温度稳定性。鳍状结构可以具有平面结构，这指的是简单的直鳍形三角形或矩形设计；人字形结构，其中鳍状件放置在一旁以提供Z字形路径；呈锯齿和穿孔，这指的是鳍状件的切口和穿孔，以增大流量分布和改善传热。
已经如此描述了至少一个实施例的若干方面，应当理解的是，本领域技术人员将容易想到各种改变、修改和改进。这些改变、修改和改进旨在成为本公开的一部分，并且旨在落入本发明的范围内。因此，前面的描述和附图仅是示例性的。
如各种示例性实施例中所示的系统和方法的结构和布置仅是说明性的。尽管在本公开中仅详细描述了几个实施例，但是可以进行许多修改(例如，各种元件的规格、尺寸、结构、形状和比例、参数的值、安装布置、材料的使用、颜色、取向的变化等)。例如，元件的位置可以颠倒或以其他方式变化，并且可以更改或改变离散元件或位置的性质或数量。因此，所有这些修改旨在被包括在本公开的范围内。根据替代实施例，可以改变或重新排序任何过程或方法步骤的次序或顺序。在不脱离本公开的范围的情况下，可以对示例性实施例的设计、操作条件和布置进行其他替换、修改、改变和省略。
本公开考虑了用于实现各种操作的任何机器可读介质上的方法、系统和程序产品。本公开的实施例可以使用现有的计算机处理器来实现，或者通过为此目的或其他目的而并入的用于适当系统的专用计算机处理器来实现，或者通过硬连线系统或打印机电路板来实现。本公开范围内的实施例包括程序产品，该程序产品包括用于携带或具有存储在其上的机器可执行指令或数据结构的机器可读介质。这种机器可读介质可以是可由通用或专用计算机或具有处理器的其他机器访问的任何可用介质。举例来说，这种机器可读介质可包括RAM、ROM、EPROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储器、磁盘存储器或其他磁存储设备，或可用于携带或存储的形式为机器可执行指令或数据结构的所需程序代码且可由通用或专用计算机或具有处理器的其他机器访问的任何其他介质。当通过网络或其他通信连接(硬连线、无线或者硬连线或无线的组合)向机器传送或提供信息时，机器将该连接适当地视为机器可读介质。因此，任何这种连接都适当地称为机器可读介质。上述的组合也被包括在机器可读介质的范围内。机器可执行指令包括例如使通用计算机、专用计算机或专用处理机器执行特定功能或功能组的指令和数据。
尽管附图可以示出方法步骤的特定顺序，但是这些步骤的顺序可以与所描绘的顺序不同。而且，可以同时或部分同时地执行两个或更多个步骤。这种变化将取决于所选择的软件和硬件系统以及设计者的选择。所有这些变化都在本公开的范围内。同样地，软件实现可以利用标准编程技术来完成，该技术具有基于规则的逻辑和其他逻辑，以完成各种连接步骤、处理步骤、比较步骤和决策步骤。

Claims (20)

1.一种用于基准体积物测量的系统，包括：
基准体积物腔室，具有用于流体通过所述基准体积物腔室的入口部分和出口部分；
所述基准体积物腔室的内部区域，具有底壁、顶壁、中心壁和侧壁，其中所述侧壁和所述中心壁从所述底壁延伸而不与所述顶壁结合，从而形成用于流体运动的间隙；
所述基准体积物腔室的外壁，被导热盖包围，以提供导热，使得所述基准体积物腔室中的流体的温度受到环境影响；以及
所述中心壁和所述侧壁能够与一个或多个传感器或可编程逻辑控制器(PLC)固定。
2.根据权利要求1所述的用于基准体积物测量的系统，其中，所述一个或多个传感器是选自负温度系数(NTC)热敏电阻、电阻温度检测器(RTD)、热电偶或基于半导体的传感器的组群中的热传感器。
3.根据权利要求1所述的用于基准体积物测量的系统，其中，所述一个或多个传感器是选自绝对压力传感器、表压传感器、真空压力传感器、差压传感器或密封压力传感器的组群中的压力传感器。
4.根据权利要求1所述的用于基准体积物测量的系统，其中，所述中心壁具有管状结构并直接连接到所述基准腔室的出口部分。
5.根据权利要求1所述的用于基准体积物测量的系统，其中，所述PLC使用来自包括功能块图(FBD)、梯形图(LD)、结构化文本(ST；类似于Pascal编程语言)、指令列表(IL；类似于汇编语言)和顺序功能图(SFC)的组群中的编程语言。
6.根据权利要求1所述的用于基准体积物测量的系统，其中，所述侧壁具有鳍状结构，所述中心壁、所述底壁和所述顶壁由耐腐蚀合金制成。
7.根据权利要求1所述的用于基准体积物测量的系统，其中，所述内侧壁、所述中心壁、所述底壁和所述顶壁用耐腐蚀涂层处理。
8.根据权利要求1所述的用于基准体积物测量的系统，其中，所述侧壁、所述中心壁、所述底壁和所述顶壁覆盖有耐腐蚀金属丝网。
9.根据权利要求1所述的用于基准体积物测量的系统，其中，所述流体选自包括诸如氯(Cl2)和六氟乙烷(C2F6)、水蒸气、三氯化硼(BCl3)、硅烷(SiH4)、氩气和氮气等半导体工业气体的组群。
10.根据权利要求1所述的用于基准体积物测量系统，其中，所述侧壁、所述中心壁、所述底壁和所述顶壁由选自包括铬、不锈钢、钴、镍、铁、钛和钼的组群中的材料制成。
11.根据权利要求1所述的用于基准体积物测量的系统，其中，所述导热元件选自包括铜或铝的组群。
12.根据权利要求1所述的用于基准体积物测量的系统，其中，所述导热盖通过选自包括机械夹紧、用导热粘合剂粘合、钎焊或收缩配合方法论的组群中的方法而附接到所述基准体积物腔室的外壁。
13.根据权利要求1所述的用于基准体积物测量的系统，其中，所述基准腔室被制造为部段，所述部段通过圆形连接的自体轨道焊接或直线形和圆形的电子束焊接而依次焊接在一起。
14.根据权利要求1所述的用于基准体积物测量的系统，其中，所述内侧壁、所述中心壁、所述底壁和所述顶壁由选自包括T-304不锈钢、T-316不锈钢、T-310SS、T-321SS、T-347SS或甚至T-430SS的组群中的金属丝网覆盖。
15.根据权利要求1所述的用于基准体积物测量的系统，其中，所述系统能够用作单独的单元。
16.根据权利要求1所述的用于基准体积物测量的系统，其中，所述系统能够用作包括一个或多个基准体积物腔室的复杂单元的一部分。
17.根据权利要求1所述的用于基准体积物测量的系统，其中，所述系统能够用作管线结构的一部分。
18.根据权利要求17所述的用于基准体积物测量的系统，其中，除了所述导热盖之外，所述系统具有一个或多个填充物导热盖。
19.一种用于测量压力的设备，包括：
一个或多个压力传感元件，位于流体的流体路径中，所述流体通过入口部分进入，经由正交于所述流体路径进行安装的变换器元件被感测，并通过整个所述流体路径的出口部分离开。
20.一种用于基准体积物测量的系统，包括：
基准体积物腔室，具有用于流体穿过所述基准体积物腔室的入口部分和出口部分；
所述基准体积物腔室具有热交换器腔室；
其中，沿水平方向进入所述基准体积物腔室的流体能够通过所述热交换器腔室转向为竖向，以在衰减操作速率期间实现温度稳定。
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