CN111579013B - 气体质量流量控制器及其流量标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种气体质量流量控制器及其流量标定方法，该气体质量流量控制器中的流量标定装置包括标定腔、第一流量调节阀和第一状态检测单元，标定腔的输入端和输出端分别与第一气体管路的输出端和第二气体管路的输入端连接；第一状态检测单元用于检测标定腔中的气体状态；第一流量调节阀设置在第一气体管路上；控制单元用于根据标定腔中的气体状态以及流量控制装置检测到的第二气体管路中的气体状态进行计算，以获得流量控制装置的流量标定值和流量检测值，并基于流量标定值和流量检测值进行流量标定。本发明的技术方案，不仅可以对MFC进行流量标定，且算法简单、实时性与准确性较好，而且还可以用作MFC的减压器。

Description

气体质量流量控制器及其流量标定方法

技术领域

本发明涉及流量检测技术领域，具体地，涉及一种气体质量流量控制器及该气体质量流量控制器的流量标定方法。

背景技术

气体质量流量控制器(Mass Flow Controller，以下简称MFC)用于对气体质量流量进行精密测量及控制。MFC主要由分流器、流量检测传感器、流量控制装置以及控制装置等组成。流量检测传感器对气体管路中的流量进行检测，并发出流量模拟信号，该信号经过信号放大处理、A/D转换，转换为控制装置可处理的数字信号；控制装置根据该数字信号以及用户设定的流量值，控制流量控制装置的开度，以达到精确控制气体流量的目的。

MFC在工作一段时间后，因为受到环境、气体或者意外因素的影响，精度会发生变化，经过一段时间的积累，会使MFC的精度超过产品的技术指标，在这种情况下继续使用，会影响产品质量甚至不可用。针对这种情况，就需要对MFC进行标定，但是，目前用户只能从设备拆除MFC进行返厂维修，导致设备停工，而且返厂过程中会存在很多不确定因素，从而影响经济效益，浪费大量时间。此外，现有的MFC标定方法不仅运算复杂，而且标定的实时性与准确性较差。而且，MFC需要在稳定的压力条件下工作，一旦压力超出MFC的压力工作范围或者压力波动过大，MFC都不能可靠工作，因此，气路需要单独配置减压器，但是，这不仅增加了成本，而且还会占用空间资源，特别是对空间十分宝贵的半导体设备。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种气体质量流量控制器及其流量标定方法，其不仅可以对MFC进行流量标定，且算法简单、实时性与准确性较好，而且还可以用作MFC的减压器，以避免MFC的压力超出压力工作范围或者压力波动过大。另外，无需返厂维修，从而提高了经济效益。

为实现上述目的，本发明提供了一种气体质量流量控制器，包括第一气体管路、第二气体管路、流量控制装置、流量标定装置和控制单元，所述流量标定装置包括标定腔、第一流量调节阀和第一状态检测单元，其中，

所述标定腔的输入端和输出端分别与所述第一气体管路的输出端和第二气体管路的输入端连接；

所述第一状态检测单元用于检测所述标定腔中的气体状态；

所述第一流量调节阀设置在所述第一气体管路上；

所述流量控制装置设置在所述第二气体管路上，用于检测所述第二气体管路中的气体状态以及调节所述第二气体管路中的气体流量；

所述控制单元用于根据所述标定腔中的气体状态以及所述流量控制装置检测到的所述第二气体管路中的气体状态进行计算，以获得所述流量控制装置的流量标定值和流量检测值，并基于所述流量标定值和流量检测值进行流量标定。

可选的，所述第一状态检测单元包括：

第一压力传感器，用于检测所述标定腔中的压力；

第一温度传感器，用于检测所述标定腔中的温度。

可选的，所述标定腔包括连接在所述第一气体管路和第二气体管路之间的一段管路；或者，所述标定腔包括一空腔，所述第一气体管路和第二气体管路的直径均小于所述空腔的直径。

可选的，所述流量控制装置包括第二流量调节阀、节流元件和第二状态检测单元，其中，

所述第二流量调节阀设置在所述第二气体管路上；

所述节流元件设置在所述第二气体管路上，且位于所述第二流量调节阀的后端；

所述第二状态检测单元用于分别检测所述第二气体管路中位于所述节流元件的前端和后端的气体状态。

可选的，所述第二状态检测单元包括：

第二压力传感器，用于检测所述第二气体管路中位于所述节流元件的前端的压力；

第二温度传感器，用于检测所述第二气体管路中位于所述节流元件的前端的温度；

第三压力传感器，用于检测所述第二气体管路中位于所述节流元件的后端的压力；

第三温度传感器，用于检测所述第二气体管路中位于所述节流元件的后端的温度。

可选的，所述节流元件包括可调节流元件。

可选的，所述第一流量调节阀和所述第二流量调节阀均包括电磁阀或者压电阀。

作为另一个技术方案，本发明还提供一种流量标定方法，采用本发明提供的气体质量流量控制器进行流量标定；所述流量标定方法包括以下步骤：

S1、开启所述第一流量调节阀，以通过所述第一气体管路将气体输送至所述标定腔中，直至所述标定腔中的气体状态稳定在预设值时，关闭所述第一流量调节阀；

S2、开启所述流量控制装置，以使所述标定腔中的气体按指定流量流入所述第二气体管路，并利用第一状态检测单元检测所述标定腔中的气体状态，以及利用所述流量控制装置在各单位时间内检测所述第二气体管路中的气体状态；

S3、根据在各所述单位时间内，所述标定腔中的气体状态以及所述流量控制装置检测到的所述第二气体管路中的各气体状态进行计算，以获得所述流量控制装置的流量标定值和流量检测值，并基于在各所述单位时间内所述流量标定值和流量检测值，进行流量标定。

可选的，采用所述的气体质量流量控制器；所述步骤S2，进一步包括：

利用所述第一压力传感器和第一温度传感器在各所述单位时间内分别检测并记录所述标定腔中的第一压力值和第一温度值；

利用所述第二压力传感器在各所述单位时间内检测并记录所述第二气体管路中位于所述节流元件的前端的第二压力值；

利用所述第二温度传感器在各所述单位时间内检测所述第二气体管路中位于所述节流元件的前端的第二温度值；

利用所述第三压力传感器在各所述单位时间内检测所述第二气体管路中位于所述节流元件的后端的第三压力值；

利用所述第三温度传感器在各所述单位时间内检测所述第二气体管路中位于所述节流元件的后端的第三温度值；

所述步骤S4包括：

S41、根据在各所述单位时间内所述第一压力值、第二压力值、第一温度值和第二温度值进行计算，以获得所述流量控制装置的流量标定值；

S42、根据在各所述单位时间内所述第二压力值、第三压力值、第二温度值和第三温度值进行计算，以获得所述流量控制装置的流量检测值；

S43、基于在各所述单位时间内所述流量标定值和流量检测值，进行流量标定。

可选的，所述步骤S41中，在各所述单位时间内，所述流量控制装置的流量标定值满足下述公式：

其中，Q为所述流量控制装置的流量标定值；P1为所述第一压力值；P2为所述第二压力值；T1为所述第一温度值；T2为所述第二温度值；V为所述标定腔的体积；M为所述标定腔中的气体的摩尔质量；Δt为所述单位时间；R为通用气体常数。

可选的，所述步骤S43，包括：

S431、计算在各所述单位时间内所述流量标定值与流量检测值的差值的绝对值，并判断所有的所述差值的绝对值中的最大值是否大于预设阈值，若是，则进行步骤S432；

S432、采用线性拟合或多项式拟合的方式计算获得所述第二流量调节阀的流量校正值。

可选的，在所述步骤S3中，所述第二流量调节阀的开度范围为流量满量程所对应开度的十分之一至所述流量满量程所对应开度的五十分之一。

本发明的有益效果：

本发明提供的气体质量流量控制器及其流量标定方法的技术方案，其通过在第一气体管路和第二气体管路之间设置标定腔，并在第一气体管路上设置第一流量调节阀以及利用第一状态检测单元检测上述标定腔中的气体状态，可以对MFC进行流量标定，具体的，根据标定腔中的气体状态以及设置在第二气体管路上的流量控制装置检测到的第二气体管路中的气体状态，控制单元可以计算获得流量控制装置的流量标定值和流量检测值，并基于流量标定值和流量检测值进行流量标定，这种标定方法的运算简单，而且实时性与准确性较好。此外，通过利用上述第一流量调节阀控制标定腔中的压力，以使其保持在恒定值，可以使标定腔用作MFC的减压器，从而可以避免MFC的压力超出压力工作范围或者压力波动过大；而且，由于无需单独配置减压器，这不仅降低了成本，而且还节省了占用空间。

另外，本发明提供的气体质量流量控制器集成有流量标定装置，这不仅可以更方便地实现对气体质量流量控制器进行实时在线标定，从而可以对气体质量流量控制器的精度状态进行在线监控，保证其始终处于良好的工作状态；而且，在气体质量流量控制器出现精度误差时，无需返厂维修，从而提高了经济效益。

附图说明

图1为本发明第一实施例提供的气体质量流量控制器的结构图；

图2为本发明第二实施例提供的气体质量流量控制器的结构图；

图3为本发明第三实施例提供的流量标定方法的流程框图；

图4为本发明第四实施例提供的流量标定方法的流程框图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的气体质量流量控制器及其流量标定方法进行详细描述。

请参阅图1，本发明第一实施例提供的气体质量流量控制器(Mass FlowController，简称MFC)，该气体质量流量控制器用于对待测管路(图未示)中的气体质量流量进行精密测量及控制，且包括第一气体管路11、第二气体管路12、流量控制装置2、流量标定装置3和控制单元6，其中，该第一气体管路11和第二气体管路12依次连接在该待测管路上。流量标定装置3包括标定腔31、第一流量调节阀32和第一状态检测单元33，其中，标定腔31的输入端和输出端分别与第一气体管路11的输出端和第二气体管路12的输入端连接。该标定腔31例如为图1示出的一空腔，该空腔的直径大于第一气体管路11和第二气体管路12的直径。通过使第一气体管路11和第二气体管路12的直径均小于空腔31的直径，不仅可以提高压力稳定性，而且还可以在保证标定精度的前提下，降低对控制单元6的响应速度和处理能力的要求。当然，在实际应用中，上述标定腔31的直径还可以等于或小于第一气体管路11和第二气体管路12的直径。另外，上述实施例中的第一气体管路11和第二气体管路12的直径可以相等，也可以不等。

需要说明的是，标定腔31的结构并不局限于本实施例采用的上述方案，例如，也可以是连接在第一气体管路11和第二气体管路12之间的一段管路。而且，该段管路可以与第一气体管路11和第二气体管路12连为一体。

第一流量调节阀32设置在第一气体管路11上，用于调节第一气体管路11中的气体流量。第一流量调节阀32包括诸如电磁阀或者压电阀等的流量调节元件。通过利用上述第一流量调节阀32调节第一气体管路11中的气体流量，来控制标定腔31中的压力，可以使标定腔31中的压力保持在恒定值，从而可以使标定腔31用作气体质量流量控制器的减压器，进而可以避免MFC的压力超出压力工作范围或者压力波动过大；而且，由于无需单独配置减压器，这不仅降低了成本，而且还节省了占用空间。

第一状态检测单元33用于检测标定腔31中的气体状态。例如，在本实施例中，第一状态检测单元33包括第一压力传感器331和第一温度传感器332，其中，第一压力传感器331用于检测标定腔31中的压力，即，第一压力值P₁；第一温度传感器332用于检测标定腔31中的温度，即，第一温度值T₁。在本实施例中，上述第一压力值P₁和第一温度值T₁的模拟信号在经过信号处理和(A/D)转换形成数字信号，并发送至控制单元6。

流量控制装置2设置在第二气体管路12上，用于对第二气体管路12中的气体状态进行检测，并控制第二气体管路12中的气体流量。在正常使用气体质量流量控制器的过程中，流量控制装置2对该第二气体管路12中的气体状态进行检测，检测获得的模拟信号通过信号处理和模数(A/D)转换形成数字信号，并发送至控制单元6；该控制单元6根据该数字信号和用户输入的流量设定值，控制流量控制装置2调节第二气体管路12中的气体流量，以使之与上述流量设定值一致。

在本实施例中，上述控制单元6不仅在正常使用上述气体质量流量控制器的过程中，用于控制流量控制装置2调节第二气体管路12中的气体流量，而且在对气体质量流量控制器进行流量标定的过程中，用于计算流量校准值以及根据该流量校准值调节第二气体管路12中的气体流量。控制单元6例如为中央处理器(CPU)。当然，在实际应用中，也可以采用两个单独的控制单元分别用于上述两个过程的控制。

具体的，控制单元6用于根据标定腔31中的气体状态(例如上述第一压力值P₁和第一温度值T₁)，以及上述流量控制装置2检测到的第二气体管路12中的气体状态进行计算，以获得流量控制装置2的流量标定值和流量检测值，并基于该流量标定值和流量检测值进行流量标定。

在本实施例中，上述流量控制装置2包括第二流量调节阀21、节流元件22和第二状态检测单元23。其中，第二流量调节阀21设置在第二气体管路12上；第二流量调节阀21用于调节第二气体管路12中的气体流量。第二流量调节阀21包括诸如电磁阀或者压电阀等的流量调节元件。

节流元件22设置在第二气体管路12上，且位于第二流量调节阀21的后端，用于限定第二气体管路12中的气体流量。该节流元件22例如为层流原件或者喉口部件等等。

可选的，节流元件22包括可调节流元件。这样，可以对标定后的第二气体管路12中的气体流量进行调节，从而在待标定流量较小(例如在2％F.S.-10％F.S.的范围内，甚至更小的范围)的情况下，可以利用可调节流元件减小第二气体管路12中的气体流量，以避免标定腔31中流出的气体流速过快，流出时间过短，从而产生较大的流量标定误差。

第二状态检测单元23用于分别检测第二气体管路12中位于节流元件22的前端和后端的气体状态。例如，在本实施例中，第二状态检测单元23包括第二压力传感器231、第二温度传感器232、第三压力传感器233和第三温度传感器234，其中，第二压力传感器231用于检测第二气体管路12中位于节流元件22的前端的压力，即，第二压力值P₂；第二温度传感器232用于检测第二气体管路12中位于节流元件22的前端的温度，即，第二温度值T₂；第三压力传感器233用于检测第二气体管路12中位于节流元件22的后端的压力，即，第三压力值P₃；第三温度传感器234用于检测第二气体管路12中位于节流元件22的后端的温度，即，第三温度值T₃。

上述第二压力值P₂、第二温度值T₂、第三压力值P₃和第三温度值T₃的模拟信号在经过信号处理和(A/D)转换形成数字信号，并发送至控制单元6。在正常使用上述气体质量流量控制器的过程中，通过检测上述第二压力值P₂、第二温度值T₂、第三压力值P₃和第三温度值T₃，控制单元6可以结合用户输入的流量设定值，控制第二流量调节阀21和/或节流元件22调节第二气体管路12中的气体流量，以使第二气体管路12的流量输出值能够与流量设定值一致，从而达到精确控制气体流量的目的。

在对气体质量流量控制器进行流量标定的过程中，利用第一压力传感器331和第一温度传感器332，可以分别检测标定腔31中的第一压力值P₁和第一温度值T₁，并发送至控制单元6；利用第二压力传感器231、第二温度传感器232和第三压力传感器233，可以分别检测上述第二压力值P₂、第二温度值T₂、第三压力值P₃和第三温度值T₃，并发送至控制单元6。

控制单元6根据第一压力值P₁、第一温度值T₁、第二压力值P₂和第二温度值T₂进行计算，可以获得流量控制装置2的流量标定值；根据上述第二压力值P₂、第二温度值T₂、第三压力值P₃和第三温度值T₃进行计算，可以获得上述流量控制装置2的流量检测值；然后，基于该流量标定值和流量检测值进行流量标定。控制单元6采用这种标定方法的运算简单，而且实时性与准确性较好。

请参阅图2，本发明第二实施例还提供一种气体质量流量控制器100，该气体质量流量控制器100是图1中示出的气体质量流量控制器的一种具体实施方式，具体的，气体质量流量控制器100包括底座112和设置在该底座112中的第一气体管路113和第二气体管路114，并且在底座112上，且分别位于第一气体管路113的输入端和第二气体管路114的输出端分别设置有进气接头101和出气接头106，用以与待测管路(图未示)连接。

气体质量流量控制器100还包括流量标定装置、流量控制装置和控制单元105。其中，流量标定装置包括标定腔111、第一流量调节阀102和第一状态检测单元103。在本实施例中，标定腔111的输入端和输出端分别与第一气体管路113的输出端和第二气体管路114的输入端连接。第一流量调节阀102为压电阀。第一状态检测单元103包括第一压力传感器和第一温度传感器，二者例如为图1中示出的第一压力传感器331和第一温度传感器332。

上述流量控制装置包括第二流量调节阀104、节流元件110和第二状态检测单元。其中，第二流量调节阀104为压电阀，用以调节第二气体管路114中的气体流量；第二状态检测单元包括第一子单元109和第二子单元107，其中，第二压力传感器和第二温度传感器集成设置在第一子单元109中，二者例如图1中示出的第二压力传感器231和第一温度传感器232。第三压力传感器和第三温度传感器集成设置在第二子单元107中，二者例如图1中示出的第二压力传感器233和第一温度传感器234。

另外，控制单元105的功能与图1中示出的控制单元6的功能相同，在此不再赘述。

需要说明的是，在本实施例中，第一流量调节阀102和第二流量调节阀104均为压电阀，但是，本发明并不局限于此，在实际应用中，第一流量调节阀102和第二流量调节阀104还可以采用其他任意类型的流量调节阀，例如电磁阀等。

还需要说明的是，如图2所示，本发明实施例提供的气体质量流量控制器集成有上述流量标定装置，这不仅可以更方便地实现对气体质量流量控制器进行实时在线标定，从而可以对气体质量流量控制器的精度状态进行在线监控，保证其始终处于良好的工作状态；而且，在气体质量流量控制器出现精度误差时，无需返厂维修，从而提高了经济效益。当然，在实际应用中，也可以根据具体需要，将本发明实施例提供的上述流量标定装置与上述气体质量流量控制器独立设置，这同样可以实现对气体质量流量控制器进行实时在线标定。

综上所述，本实施例提供的气体质量流量控制器，不仅可以对MFC进行流量标定，且算法简单、实时性与准确性较好，而且还可以用作MFC的减压器，以避免MFC的压力超出压力工作范围或者压力波动过大。

请参阅图3，本发明第三实施例提供的流量标定方法，其采用本发明实施例提供的上述气体质量流量控制器进行流量标定，该流量标定方法包括以下步骤：

S1、开启第一流量调节阀，以通过第一气体管路将气体输送至标定腔中，直至标定腔中的气体状态稳定在预设值时，关闭第一流量调节阀；

S2、开启流量控制装置，以使标定腔中的气体按指定流量流入第二气体管路，并利用第一状态检测单元检测标定腔中的气体状态，以及利用流量控制装置在各单位时间内检测第二气体管路中的气体状态；

S3、根据在各单位时间内标定腔中的气体状态以及流量控制装置检测到的第二气体管路中的气体状态进行计算，以获得在各单位时间内流量控制装置的流量标定值和流量检测值，并基于在各单位时间内流量标定值和流量检测值进行流量标定。

本实施例提供的流量标定方法，其不仅可以对MFC进行流量标定，且算法简单、实时性与准确性较好，而且还可以用作MFC的减压器，以避免MFC的压力超出压力工作范围或者压力波动过大。

请参阅图4，本发明第四实施例提供的流量标定方法，其是上述第三实施例的一种具体实施方式。下面以采用图1中示出的气体质量流量控制器进行流量标定为例，对本实施例提供的流量标定方法进行详细说明。

具体的，流量标定方法包括以下步骤：

S201、开启第一流量调节阀32，以通过第一气体管路11将气体输送至标定腔31中，直至标定腔31中的气体状态稳定在预设值时，关闭第一流量调节阀32；

例如，可以利用第一压力传感器331实时检测标定腔31中的压力，当该压力稳定在预设压力值时，关闭第一流量调节阀32。另外，可选的，当第一流量调节阀32关闭时，检测并记录此时标定腔31中的气体状态，以将其用作气体状态的初始值。

S202、开启第二流量调节阀21，并通过控制该第二流量调节阀21的开度，来使标定腔31中的气体按指定流量流入第二气体管路12，并利用第一状态检测单元33检测标定腔31中的气体状态，以及利用流量控制装置2在各单位时间内检测第二气体管路12中的气体状态；

在上述步骤S202中，为了能使气体缓慢的从标定腔31中流出，以保证有足够的时间进行标定，确保标定精度，在满足待标定流量的前提下，上述第二流量调节阀21的开度应尽量小，以使气体流出的时间尽量长。可选的，第二流量调节阀21的开度范围为流量满量程(最大气体流量)所对应开度的十分之一至该流量满量程所对应开度的五十分之一。根据待标定流量的大小，在该范围内选择相应的开度，可以保证标定精度。

在本实施例中，上述步骤S202进一步包括：

利用第一压力传感器331和第一温度传感器332在各单位时间(Δt)内分别检测并记录标定腔31中的第一压力值P₁和第一温度值T₁；

利用第二压力传感器231在各单位时间内检测并记录第二气体管路12中位于节流元件22的前端的第二压力值P₂；

利用第二温度传感器232在各单位时间内检测第二气体管路12中位于节流元件22的前端的第二温度值T₂；

利用第三压力传感器233在各单位时间内检测第二气体管路12中位于节流元件22的后端的第三压力值P₃；

利用第三温度传感器235在各单位时间内检测第二气体管路12中位于节流元件22的后端的第三温度值T₃。

例如，上述步骤S202中，可以连续测量n个单位时间内的第一压力值P₁、第一温度值T₁、第二压力值P₂、第二温度值T₂、第三压力值P₃和第三温度值T₃，即可以获得n组数据，每组数据中包括第一压力值P₁、第一温度值T₁、第二压力值P₂、第二温度值T₂、第三压力值P₃和第三温度值T₃。

S203、根据在各单位时间内第一压力值P₁、第一温度值T₁、第二压力值P₂和第二温度值T₂进行计算，以获得在各单位时间内流量控制装置的流量标定值Q；

例如，对应n组数据(每组数据包括第一压力值P₁、第一温度值T₁、第二压力值P₂和第二温度值T₂)，可以计算获得n个流量标定值(Q₁,Q₂,...,Q_n)。

S204、根据在各单位时间内第二压力值P₂、第二温度值T₂、第三压力值P₃和第三温度值T₃进行计算，以获得在各单位时间内流量控制装置的流量检测值Q_j；

例如，对应n组数据(每组数据包括第二压力值P₂、第二温度值T₂、第三压力值P₃和第三温度值T₃)，可以计算获得n个流量检测值(Q_1j,Q_2j,...,Q_nj)。

S205、基于在各单位时间内流量标定值Q和流量检测值Q_j，进行流量标定。

例如，对应n个流量标定值(Q₁,Q₂,...,Q_n)和n个流量检测值(Q_1j,Q_2j,...,Q_nj)，进行流量标定。

在上述步骤S203中，在各单位时间内，流量标定值Q满足下述公式：

其中，P₁为第一压力值；P₂为第二压力值；T₁为第一温度值；T₂为第二温度值；V为标定腔31的体积；M为标定腔31中的气体的摩尔质量；Δt为单位时间；R为通用气体常数。

在上述步骤S204中，在各单位时间内，流量检测值Q_j满足下述公式：

其中，P₂为第二压力值；P₃为第三压力值；T₂为第二温度值；T₃为第三温度值；V_j为第二气体管路12的体积；M_j为第二气体管路12中的气体的摩尔质量；Δt为单位时间；R_j为通用气体常数。

可选的，上述步骤S205包括：

计算在各单位时间内流量标定值Q与流量检测值Q_j的差值的绝对值(ΔQ＝Q-Q_j)，并判断所有的差值的绝对值中的最大值是否大于预设阈值，若是，则采用线性拟合或多项式拟合的方式计算获得第二流量调节阀21的流量校正值。

例如，对应n个流量标定值(Q₁,Q₂,...,Q_n)和n个流量检测值(Q_1j,Q_2j,...,Q_nj)，首先，可以计算获得n个差值的绝对值，即，ΔQ₁＝|Q₁-Q_j1|,ΔQ₂＝|Q₂-Q_j2|,...,ΔQ_n＝|Q_n-Q_jn|；然后，将n个差值的绝对值中的最大值与预设阈值进行比较，若该最大值大于预设阈值，则认为质量流量控制器的检测精度超出允许范围，需要进行标定。

上述采用线性拟合的方式计算获得第二流量调节阀21的流量校正值的具体方法可以为：首先，对n个流量标定值(Q₁,Q₂,...,Q_n)和n个流量检测值(Q_1j,Q_2j,...,Q_nj)进行线性拟合，以获得拟合直线Q_n＝KQ_nj+b，其中，K和b均为拟合常数；然后，可以根据该拟合直线Q_n＝KQ_nj+b计算获得上述第二流量调节阀21的流量校正值，从而实现质量流量控制器的流量标定。

上述采用多项式拟合的方式计算获得第二流量调节阀21的流量校正值的具体方法可以为：采用不同阶数的多项式进行拟合，以3阶多项式为例，首先，对n个流量标定值(Q₁,Q₂,...,Q_n)和n个流量检测值(Q_1j,Q_2j,...,Q_nj)，采用最小二乘法进行拟合，以获得下述3阶多项式：

其中，a、b、c和d均为拟合常数。

然后，可以根据上述3阶多项式计算获得上述第二流量调节阀21的流量校正值，从而实现质量流量控制器的流量标定。

综上所述，本实施例提供的流量标定方法，其不仅可以对MFC进行流量标定，且算法简单、实时性与准确性较好，而且还可以用作MFC的减压器，以避免MFC的压力超出压力工作范围或者压力波动过大。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种气体质量流量控制器，其特征在于，包括底座和设置在所述底座中的第一气体管路和第二气体管路，并且在所述底座上，且分别位于所述第一气体管路的输入端和所述第二气体管路的输出端分别设置有进气接头和出气接头；所述气体质量流量控制器还包括流量控制装置、流量标定装置和控制单元，所述流量标定装置包括标定腔、第一流量调节阀和第一状态检测单元，其中，

所述标定腔的输入端和输出端分别与所述第一气体管路的输出端和第二气体管路的输入端连接；

所述第一状态检测单元用于检测所述标定腔中的气体状态；

所述第一流量调节阀设置在所述第一气体管路上；

所述流量控制装置设置在所述第二气体管路上，用于检测所述第二气体管路中的气体状态以及调节所述第二气体管路中的气体流量；

所述控制单元用于根据所述标定腔中的气体状态以及所述流量控制装置检测到的所述第二气体管路中的气体状态进行计算，以获得所述流量控制装置的流量标定值和流量检测值，并基于所述流量标定值和流量检测值进行流量标定。

2.根据权利要求1所述的气体质量流量控制器，其特征在于，所述第一状态检测单元包括：

第一压力传感器，用于检测所述标定腔中的压力；

第一温度传感器，用于检测所述标定腔中的温度。

3.根据权利要求1所述的气体质量流量控制器，其特征在于，所述标定腔包括连接在所述第一气体管路和第二气体管路之间的一段管路；或者，所述标定腔包括一空腔，所述第一气体管路和第二气体管路的直径均小于所述空腔的直径。

4.根据权利要求1所述的气体质量流量控制器，其特征在于，所述流量控制装置包括第二流量调节阀、节流元件和第二状态检测单元，其中，

所述第二流量调节阀设置在所述第二气体管路上；

所述节流元件设置在所述第二气体管路上，且位于所述第二流量调节阀的后端；

所述第二状态检测单元用于分别检测所述第二气体管路中位于所述节流元件的前端和后端的气体状态。

5.根据权利要求4所述的气体质量流量控制器，其特征在于，所述第二状态检测单元包括：

第二压力传感器，用于检测所述第二气体管路中位于所述节流元件的前端的压力；

第二温度传感器，用于检测所述第二气体管路中位于所述节流元件的前端的温度；

第三压力传感器，用于检测所述第二气体管路中位于所述节流元件的后端的压力；

第三温度传感器，用于检测所述第二气体管路中位于所述节流元件的后端的温度。

6.根据权利要求4所述的气体质量流量控制器，其特征在于，所述节流元件包括可调节流元件。

7.根据权利要求4所述的气体质量流量控制器，其特征在于，所述第一流量调节阀和所述第二流量调节阀均包括电磁阀或者压电阀。

8.一种流量标定方法，其特征在于，采用权利要求1-7任意一项所述的气体质量流量控制器进行流量标定；所述流量标定方法包括以下步骤：

S1、开启所述第一流量调节阀，以通过所述第一气体管路将气体输送至所述标定腔中，直至所述标定腔中的气体状态稳定在预设值时，关闭所述第一流量调节阀；

S2、开启所述流量控制装置，以使所述标定腔中的气体按指定流量流入所述第二气体管路，并利用第一状态检测单元检测所述标定腔中的气体状态，以及利用所述流量控制装置在各单位时间内检测所述第二气体管路中的气体状态；

S3、根据在各所述单位时间内，所述标定腔中的气体状态以及所述流量控制装置检测到的所述第二气体管路中的各气体状态进行计算，以获得所述流量控制装置的流量标定值和流量检测值，并基于在各所述单位时间内所述流量标定值和流量检测值，进行流量标定。

9.根据权利要求8所述的流量标定方法，其特征在于，采用权利要求5所述的气体质量流量控制器；所述步骤S2，进一步包括：

利用所述第一压力传感器和第一温度传感器在各所述单位时间内分别检测并记录所述标定腔中的第一压力值和第一温度值；

利用所述第二压力传感器在各所述单位时间内检测并记录所述第二气体管路中位于所述节流元件的前端的第二压力值；

利用所述第二温度传感器在各所述单位时间内检测所述第二气体管路中位于所述节流元件的前端的第二温度值；

利用所述第三压力传感器在各所述单位时间内检测所述第二气体管路中位于所述节流元件的后端的第三压力值；

利用所述第三温度传感器在各所述单位时间内检测所述第二气体管路中位于所述节流元件的后端的第三温度值；

所述步骤S4包括：

S41、根据在各所述单位时间内所述第一压力值、第二压力值、第一温度值和第二温度值进行计算，以获得所述流量控制装置的流量标定值；

S42、根据在各所述单位时间内所述第二压力值、第三压力值、第二温度值和第三温度值进行计算，以获得所述流量控制装置的流量检测值；

S43、基于在各所述单位时间内所述流量标定值和流量检测值，进行流量标定。

10.根据权利要求9所述的流量标定方法，其特征在于，所述步骤S41中，在各所述单位时间内，所述流量控制装置的流量标定值满足下述公式：

其中，Q为所述流量控制装置的流量标定值；P1为所述第一压力值；P2为所述第二压力值；T1为所述第一温度值；T2为所述第二温度值；V为所述标定腔的体积；M为所述标定腔中的气体的摩尔质量；Δt为所述单位时间；R为通用气体常数。

11.根据权利要求9所述的流量标定方法，其特征在于，所述步骤S43，包括：

S431、计算在各所述单位时间内所述流量标定值与流量检测值的差值的绝对值，并判断所有的所述差值的绝对值中的最大值是否大于预设阈值，若是，则进行步骤S432；

S432、采用线性拟合或多项式拟合的方式计算获得所述第二流量调节阀的流量校正值。

12.根据权利要求9所述的流量标定方法，其特征在于，在所述步骤S3中，所述第二流量调节阀的开度范围为流量满量程所对应开度的十分之一至所述流量满量程所对应开度的五十分之一。

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