CN110081957B - 一种应用于排液系统的校准方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种应用于排液系统的校准方法,所述排液系统包括计量槽,计量槽内设有用于获取计量槽内液体体积的模拟传感器A,该排液系统还包括控制系统,计量槽内还设有模拟传感器B,所述模拟传感器B与模拟传感器A所处的位置高度不同;所述一种应用于排液系统的校准方法包括:步骤A‑确定校准体积VC和步骤B‑确定模拟传感器A的比例常数CC。本发明所涉及的校准方法,包括确定校准体积VC和确定比例常数CC两个步骤,在整个校准过程中,校准人员无需接触化学液的处理,有利于确保校准人员的人身安全,显著提升校准效率,此外,在每次的定期校准过程中,可以通过控制系统自动控制完成,不仅明显提高校准精度,而且进一步提升了校准效率。
Description
技术领域
本发明涉及排液技术领域,尤其涉及一种应用于排液系统的校准方法。
背景技术
在半导体、LED、太阳能电池以及其它工业制造过程中,常常需要利用一定比例的酸性或碱性混合化学液,对产品进行清洗或刻蚀等湿法处理。在湿法处理工艺中,往往需要根据客户提供的配方配制一定量的化学液,注入处理槽中进行湿法处理。通常在处理槽上方以及下方分别设置计量槽,利用液体的重力使化学液注入处理槽以及从处理槽中排出。现有技术中,常常采用模拟传感器来获取计量槽内化学液的体积,这些模拟传感器的类型包括压力传感器、电容式传感器、电阻式传感器、声纳、雷达等。上述各类型的模拟传感器常常是通过感应计量槽上的刻度线对化学液体积进行测量,而这些刻度线通常是校准人员手动确定的,因此通过此方法测得的体积值的精准度通常不是很高。
此外,无论采用上述任一类型的模拟传感器,都需要在使用前对传感器进行校准,以获取传感器的零点偏移值QZ,以及传感器读数和液体体积之间的比例常数CC(以下简称为比例常数),然后通过公式V=CC×(Q-QZ),计算得到液体体积V的大小,其中Q为传感器的ADC数据输出值。
目前,校准传感器的比例常数CC主要有两种方法,具体如下:
方法一包括:
a)进液:向计量槽内注入一定量的化学液;b)进液完毕后,读取传感器读数为Q1;c)排液:从计量槽中排出一定量的化学液,收集排出的化学液并测量其体积记为Vm;d)排液完毕后,读取传感器读数为Q2;e)根据传感器和化学液体积之间的比例常数Cc=Vm/(Q1-Q2),计算得到CC的值。
方法二包括:
a)进液:向计量槽内注入一定量的化学液;b)进液完毕后,读取传感器读数为Q3;c)二次进液:向计量槽中注入已知体积为VA的化学液;d)二次进液完毕后,读取传感器读数为Q4;e)根据传感器和化学液体积之间的比例常数CC=VA/(Q4-Q3),计算得到比例常数CC的值。
然而,采用上述两种方法测量传感器和化学液体积之间的比例常数CC存在一定缺陷:首先,方法一和方法二涉及到化学液的进液或排液操作,需要人工添加化学液或接取排放出的化学液,可能危及到校准人员的人身安全;其次,绝大多数模拟传感器经过长时间使用后,会导致比例常数CC和零点发生漂移问题,因此必须重复方法一或方法二的操作,对模拟传感器进行定期校准,以确保其每次测量的精准度;由于化学液在进液或排液过程中存在液面振荡等各种不稳定因素,若直接对化学液体积进行测量,很难确保测得值的精准度,容易导致实际进液量或排液量出现较大偏差。
发明内容
针对上述存在的技术问题,本发明的目的是提供一种应用于排液系统的校准方法,对传感器的比例常数CC进行校准,有利于确保校准人员的人身安全,精简校准步骤,显著提升校准效率,以及有效提高校准精度。
本发明的技术方案是:一种应用于排液系统的校准方法,所述排液系统包括计量槽,计量槽上方设有化学液进液管,化学液进液管上设有用于控制进液的进液阀,计量槽内设有用于获取计量槽内液体体积的模拟传感器A,计量槽底部还设有排液管,排液管上设有排液阀,该排液系统还包括控制系统,控制系统分别控制连接模拟传感器A、进液阀以及排液阀,计量槽内还设有模拟传感器B,所述模拟传感器B与模拟传感器A所处的位置高度不同;
所述一种应用于排液系统的校准方法包括:
步骤A-确定校准体积VC:
设当模拟传感器A和模拟传感器B同时被液体淹没时,模拟传感器A和模拟传感器B获取的液体体积分别为VA和VB,且设模拟传感器A的零点偏移值QAZ和模拟传感器B的零点偏移值QBZ均为已知;设定校准体积VC等于VA和VB之间的差值,向计量槽内注入水,并进行定量排放,根据校准体积VC与排水体积之间的关系,计算出校准体积VC的值;
假设模拟传感器A的ADC数据输出值与压力值之间的比例常数KA,和模拟传感器B的ADC数据输出值与压力值之间的比例常数KB相近,步骤A的操作具体如下:
A1、在模拟传感器A的零点偏移值QAZ和模拟传感器B的零点偏移值QBZ均为已知的条件下,向计量槽内注入水,直至同时淹没模拟传感器A和模拟传感器B;
A2、注水结束后,控制系统读取此时模拟传感器A和模拟传感器B的ADC数据输出值,分别记为QA1和QB1;
A3、从计量槽中排放并收集一定量的水;
A4、排水结束后,控制系统读取此时模拟传感器A的ADC数据输出值,记为QA2;
A5、测量步骤A3中的排水体积,记为VM;
A6、根据校准体积VC=VM×[(QA1-QAZ)-(QB1-QBZ)]/(QA1-QA2),计算得到校准体积VC;
步骤B-确定模拟传感器A的比例常数CC:
B1、控制系统控制进液阀打开和关闭,向计量槽内注入化学液,确保化学液同时没过模拟传感器A和B;
B2、控制系统读取模拟传感器A和模拟传感器B的ADC数据输出值,分别记为QA和QB;
B3、根据比例常数CC=VC/[(QA-QAZ)-(QB-QBZ)],计算得到模拟传感器A的比例常数CC的值。
优选地,步骤A中还包括步骤A0、确保计量槽内为空,控制系统分别读取模拟传感器A和模拟传感器B的ADC数据输出值,即模拟传感器A和模拟传感器B的零点偏移值,分别记为QAZ和QBZ。
优选地,所述控制系统读取模拟传感器的ADC数据输出值时为精确读取,即待计量槽静置片刻后,控制系统才开始读取。
优选地,当控制系统精确读取模拟传感器的ADC数据输出值时,待计量槽静置片刻后,可以进行多次读取,并对多个读数结果进行数据处理以获取更精确的数值。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:本发明所涉及的一种应用于排液系统的校准方法,包括确定校准体积VC和确定比例常数CC两个步骤,对模拟传感器和化学液之间的比例常数CC进行校准,在整个校准过程中,校准人员无需接触化学液的处理,有利于确保校准人员的人身安全;有效精简校准步骤,显著提升校准效率;此外,在每次的定期校准过程中,可以通过控制系统自动控制完成,通常不需要人工参与,不仅明显提高校准精度,而且进一步提升了校准效率。
附图说明
表1为各种不同因素下实际排液体积结果对比;
图1为本发明实施例1所采用的硬件设备结构示意图;
图中:1-计量槽,2-化学液进液管,3-进液阀,4-气泡管A,5-气泡管B,6-模拟传感器A,7-模拟传感器B,8-带有压力调节阀的气源,9-气流节流阀A,10-气流节流阀B,11-PLC控制器,12-排液阀。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述,本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。
实施例1
请参照图1,一种应用于排液系统的校准方法,本实施例中,排液系统包括具有均匀横截面积的计量槽1,计量槽1上方设有化学液进液管2,化学液进液管2上设有用于控制进液的进液阀3(本实施例中采用气动阀),计量槽1内分别设有气泡管A4和气泡管B5,其中气泡管A4底端低于气泡管B5底端,气泡管A4和气泡管B5分别连接有模拟传感器A6和模拟传感器B7(本实施例中模拟传感器A6和模拟传感器B7均采用模拟压力传感器),分别用于读取气泡管A4和气泡管B5的内的压力,气泡管A4和气泡管B5还同时分别通过管道连接有带有压力调节阀的气源8,气源8和气泡管A4之间的管道上,以及气源8和气泡管B5之间的管道上分别设有节流阀A9和节流阀B10,分别用于对气泡管A4和气泡管B5内的气体限流及恒流,计量槽1底部还设有排液管,排液管上设有排液阀12,用于控制从计量槽1内进行排液,该排液系统还包括PLC控制器11,PLC控制器11分别控制连接模拟传感器A6、模拟传感器B7、进液阀3以及排液阀12,PLC控制器11能够读取模拟传感器A6和模拟传感器B7的信号输出,以及控制气动阀3和排液阀12的启闭。
所述一种应用于排液系统的校准方法包括:
步骤A-确定校准体积VC:
A0、确保计量槽1内为空,PLC控制器11分别读取模拟传感器A6和模拟传感器B7的ADC数据输出值,即模拟传感器A6和模拟传感器B7的零点偏移值,分别记为QAZ和QBZ;
A1、向计量槽1内注入水,直至模拟传感器B7读取的压力值大小相当于20mm左右水压时,停止注水;
A2、注水结束后,待计量槽1静置片刻后,PLC控制器11精确读取此时模拟传感器A6和模拟传感器B7的ADC数据输出值,分别记为QA1和QB1;
A3、从计量槽1中排放水,直至模拟传感器A6的读数QA≈QB1时,停止排放,收集排出的水;
A4、排水结束后,待计量槽1静置片刻后,PLC控制器11精确读取此时模拟传感器A6的ADC数据输出值,记为QA2;
A5、测量步骤A3中从计量槽1排出的水的体积,记为VM;
A6、设计量槽1内与气泡管A4底端处于同一高度的水面和气泡管B5底端处于同一高度的水面之间的体积为校准体积VC(具体参照图1),根据校准体积VC=VM×[(QA1-QAZ)-(QB1-QBZ)]/(QA1-QA2),计算得到校准体积VC。
步骤B-确定模拟传感器A6的比例常数CC:
B1、PLC控制器11控制进液阀3打开,使化学液通过化学液进液管2进入计量槽1,直至模拟传感器B7读取的压力值大小相当于20mm水压时,PLC控制器11控制进液阀3关闭;
B2、进液结束后,待计量槽1静置片刻后,PLC控制器11精确读取此时模拟传感器A6和模拟传感器B7的ADC数据输出值,分别记为QA3和QB3;
B3、根据比例常数CC=VC/[(QA3-QAZ)-(QB3-QBZ)],计算得到模拟传感器A6的比例常数CC的值。
可以理解的,上述步骤A5中,由于水的密度ρ是已知的,因此可以利用天平测量排出的水的质量M,根据M=ρ×VM计算得到排水体积VM。
可以理解的,上述步骤中,PLC控制器11读取模拟传感器的读数时,具体是通过模数转换器分别将模拟传感器测得的压力值P数字化后,得到的ADC数据输出值Q,其中Q=K×P+Qz(Qz为模拟传感器的零点偏移值,K为模拟传感器ADC数据输出值Q与压力值P之间的比例常数)。
需要说明的是,本实施例中,由于模拟传感器A6和模拟传感器B7的类型相同,因此在上述计算过程中是基于模拟传感器A6的ADC数据输出值与压力值之间的比例常数KA,和模拟传感器B7的ADC数据输出值与压力值之间的比例常数KB相近的假设之上进行的,在其它实施例中,也可以不以该假设为前提,但一般情况下需要在步骤A1注水操作之后重复进行注水操作,以进一步确定KB的值。
可以理解的,上述步骤B3中,模拟传感器A6的比例常数CC满足关系式VA=CC×(QA-QZA),其中VA为与气泡管A4底端同一高度的液面上方的体积。
优选地,为了进一步提高测量精准度,上述步骤A2、步骤A4和步骤B2中,待计量槽1静置片刻后,可以重复多次利用PLC控制器11精确读取此时模拟传感器A6和模拟传感器B7的读数,并对多个读数结果进行数据处理以获取更精确的数值。具体的数据处理方式包括但不限于平均值法、快速傅里叶变换法、最小值-最大值测量法等。
在上述校准过程中,包括步骤A-确定校准体积VC和步骤B-确定模拟传感器的比例常数CC,其中,步骤A中,需要校准人员人工参与水的注入和排放处理,此步骤中不涉及化学液的使用;步骤B中,根据步骤A中得到的校准体积VC,利用化学液确定最终的比例常数CC,在该步骤中,化学液的进液与排液均由PLC控制器来完成,并不需要校准人员人工参与化学液的处理,因此有效确保了校准人员的人身安全,且步骤B中不存在化学液的损耗情况,有效降低生产成本;此外,步骤A用于确定校准体积VC,由于对于特定的排液设备组合而言(本实施例中气泡管A和气泡管B的相对位置不发生变化的情况下),所选择的校准体积VC是不变的,因此步骤A不需要定期重复进行,有利于校准效率的提升。
可以理解的,若排液设备组合发生变化,导致校准体积VC发生变化(如本实施例中气泡管A4和气泡管B5的相对位置发生变化),则需要重新进行步骤A以确定变化后的校准体积VC。
可以理解的,利用现有技术,步骤B可以设定为完全自动化操作,可以通过自动化程序控制排液系统自动定期完成,甚至不需要操作人员在场操作。
可以理解的,本实施例中所采用的具有均匀横截面积的计量槽、气泡管以及模拟压力传感器等排液设备组合是为了详细描述本发明所涉及的校准方法而进行的举例说明,在其它实施例中也可以采用基于本方法的其它排液设备组合。例如,本实施例中进液阀3采用气动阀,在其它实施例中也可以采用其他类型的控制阀。又比如,本实施例中模拟传感器A6和模拟传感器B7均采用模拟压力传感器,在其它实施例中,也可以采用其它类型的模拟传感器,这些模拟传感器包括但不限于具有不同量程范围、电阻条类型或者电容类型的模拟传感器,又或者是声波式或雷达式的模拟传感器等,当采用其它模拟传感器时,其读数最终转化为体积所采用的具体算法取决于实际所采用的模拟传感器的类型。
为了验证本发明提供的一种应用于排液系统的校准方法的准确性,发明人采用实施例1中的排液系统及具体校准步骤,使用四种不同的化学液(包括水、碳酸氢钠溶液、异丙醇和硫酸)进行了校准实验,具体实验结果参照表1,其中每个编号的实验分别重复进行了10次,通过计算分别得到每个编号实验的实际排液体积平均值和标准偏差值,并将最终结果进行了对比。需要说明的是,在校准过程中,由于直接对排液体积进行高精度的测量难度较大,为此发明人在进行校准实验时,结合申请人已申请的发明“一种用于排放指定体积液体的方法”中涉及的排液方法进行排液。
如表1所示,该校准实验的所有结果误差都在+/-1%之内,由此可以证明采用本发明涉及的校准方法的精准度较高。
表1:各种不同因素下实际排液体积结果对比
注:表1中①表示1/2寸PFA气动调节阀,由美国Entegris公司提供,②表示CDK 1/2寸PFA气动阀(上孔口4mm),由日本CDK公司提供,③表示1/2寸PFA气动阀(下孔口4mm),由日本CDK公司提供,④表示1/2寸PFA气动阀(下孔口5mm),由日本CDK公司提供。
对本领域的技术人员来说,可根据以上描述的技术方案以及构思,做出其它各种相应的改变以及形变,而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种应用于排液系统的校准方法,所述排液系统包括计量槽,计量槽上方设有化学液进液管,化学液进液管上设有用于控制进液的进液阀,计量槽内设有用于获取计量槽内液体体积的模拟传感器A,计量槽底部还设有排液管,排液管上设有排液阀,该排液系统还包括控制系统,控制系统分别控制连接模拟传感器A、进液阀以及排液阀,其特征在于:计量槽内还设有模拟传感器B,所述模拟传感器B与模拟传感器A所处的位置高度不同;
所述一种应用于排液系统的校准方法包括:
步骤A-确定校准体积VC:
设当模拟传感器A和模拟传感器B同时被液体淹没时,模拟传感器A和模拟传感器B获取的液体体积分别为VA和VB,且设模拟传感器A的零点偏移值QAZ和模拟传感器B的零点偏移值QBZ均为已知;设定校准体积VC等于VA和VB之间的差值,向计量槽内注入水,并进行定量排放,根据校准体积VC与排水体积之间的关系,计算出校准体积VC的值;
假设模拟传感器A的ADC数据输出值与压力值之间的比例常数KA,和模拟传感器B的ADC数据输出值与压力值之间的比例常数KB相近,步骤A的操作具体如下:
A1、在模拟传感器A的零点偏移值QAZ和模拟传感器B的零点偏移值QBZ均为已知的条件下,向计量槽内注入水,直至同时淹没模拟传感器A和模拟传感器B;
A2、注水结束后,控制系统读取此时模拟传感器A和模拟传感器B的ADC数据输出值,分别记为QA1和QB1;
A3、从计量槽中排放并收集一定量的水;
A4、排水结束后,控制系统读取此时模拟传感器A的ADC数据输出值,记为QA2;
A5、测量步骤A3中的排水体积,记为VM;
A6、根据校准体积VC=VM×[(QA1-QAZ)-(QB1-QBZ)]/(QA1-QA2),计算得到校准体积VC;
步骤B-确定模拟传感器A的比例常数CC:
B1、控制系统控制进液阀打开和关闭,向计量槽内注入化学液,确保化学液同时没过模拟传感器A和B;
B2、控制系统读取模拟传感器A和模拟传感器B的ADC数据输出值,分别记为QA和QB;
B3、根据比例常数CC=VC/[(QA-QAZ)-(QB-QBZ)],计算得到模拟传感器A的比例常数CC的值。
2.如权利要求1所述的一种应用于排液系统的校准方法,其特征在于:步骤A中还包括步骤A0、确保计量槽内为空,控制系统分别读取模拟传感器A和模拟传感器B的ADC数据输出值,即模拟传感器A和模拟传感器B的零点偏移值,分别记为QAZ和QBZ。
3.如权利要求1至2中任一项所述的一种应用于排液系统的校准方法,其特征在于:所述控制系统读取模拟传感器的ADC数据输出值时为精确读取,即待计量槽静置片刻后,控制系统才开始读取。
4.如权利要求3所述的一种应用于排液系统的校准方法,其特征在于:当控制系统精确读取模拟传感器的ADC数据输出值时,待计量槽静置片刻后,可以进行多次读取,并对多个读数结果进行数据处理以获取更精确的数值。
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