CN112000139B - 气体质量流量控制器及故障自检方法 - Google Patents

Abstract

本实施例提供一种气体质量流量控制器及故障自检方法，该气体质量流量控制器包括电磁阀、用于调节电磁阀的开度的电磁阀控制模块、用于向电磁阀控制模块提供驱动电能的电磁阀驱动电路、故障自检模块和控制模块，控制模块用于根据预设的流量设定值，控制电磁阀控制模块将电磁阀的开度调节至与流量设定值对应的开度值，且接收由电磁阀控制模块反馈的与该开度值对应的电磁阀的当前驱动参数值，并发送至故障自检模块；故障自检模块用于基于当前驱动参数值和与开度值对应的预设的标准驱动参数值，计算获得气体质量流量控制器的故障发生率。本实施例提供的气体质量流量控制器及故障自检方法的技术方案，可以实时进行流量精度和设备故障等的自检测。

Description

气体质量流量控制器及故障自检方法

技术领域

本发明涉及质量流量检测技术领域，具体地，涉及一种气体质量流量控制器及故障自检方法。

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的精度进行检测，以进行故障排查，但是，若MFC产生的精度变化较小，普通的精度检测设备无法检测出MFC的精度变化，即使使用高精度的检测设备，受到现场安装环境的限制，也给检测带来了困难。因此，往往只能选择将MFC返厂维修，但是这会耗费很多设备停工时间和维修时间，另外质量流量控制器在往来的运输过程中，也会存在诸如运输安全等的不确定因素，影响经济效益。

发明内容

本发明实施例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故障自检方法，其可以实时进行流量精度和设备故障等的自检测，而无需增加任何检测设备，从而不仅可以降低检测难度，而且可以减少设备停工时间和维修时间，提高经济效益。

为实现上述目的，本发明实施例提供了一种气体质量流量控制器，包括电磁阀、用于调节所述电磁阀的开度的电磁阀控制模块、用于向所述电磁阀控制模块提供驱动电能的电磁阀驱动电路、故障自检模块和控制模块，其中，

所述控制模块用于根据预设的流量设定值，控制所述电磁阀控制模块将所述电磁阀的开度调节至与所述流量设定值对应的开度值，且接收由所述电磁阀控制模块反馈的与所述开度值对应的所述电磁阀的当前驱动参数值，并发送至所述故障自检模块；

所述故障自检模块用于基于所述当前驱动参数值和与所述开度值对应的预设的标准驱动参数值，计算获得所述气体质量流量控制器的故障发生率。

可选的，所述气体质量流量控制器还包括温度检测模块和温度补偿模块，其中，所述温度检测模块用于检测被控管路中的与所述开度值对应的当前流体温度值，并发送至所述温度补偿模块；

所述温度补偿模块用于根据所述当前流体温度值、所述当前驱动参数值和预设的标准温度值，对所述当前驱动参数值进行温度补偿，获得补偿后的所述当前驱动参数值，并发送至所述故障自检模块；

所述故障自检模块用于基于补偿后的所述当前驱动参数值和所述标准驱动参数值，计算获得所述气体质量流量控制器的故障发生率。

可选的，所述温度补偿模块采用下述公式计算获得补偿后的所述当前驱动参数值；

F₁＝F₀×[1+(T₁–T₂)×A+(T₁–T₂)²×B]

其中，F₁为补偿后的所述当前驱动参数值；F₀为所述当前驱动参数值；T₁为所述当前流体温度值；T₂为所述标准温度值；A和B均为预设的温度补偿系数。

可选的，所述流量设定值为N个，N为大于1的整数，且N个所述流量设定值的大小不同，且与N个不同的所述电磁阀的开度值一一对应；N个所述电磁阀的开度值与N个所述标准驱动参数值一一对应；

所述故障自检模块用于采用下述公式计算获得所述气体质量流量控制器的故障发生率：

其中，F_1i为第i个补偿后的所述当前驱动参数值；F_2i为第i个标准驱动参数值；D_i为第i个加权系数；E为所述气体质量流量控制器的故障发生率。

可选的，所述故障自检模块还用于判断所述气体质量流量控制器的故障发生率是否小于预设阈值，若是，则提示设备正常；若否，提示设备发生故障。

可选的，所述驱动参数包括驱动电压或者驱动电流。

可选的，所述流量设定值大于等于所述气体质量流量控制器的流量满量程的30％。

作为另一个技术方案，本发明实施例还提供一种故障自检方法，应用于气体质量流量控制器，所述气体质量流量控制器包括电磁阀、用于调节所述电磁阀的开度的电磁阀控制模块、用于向所述电磁阀控制模块提供驱动电能的电磁阀驱动电路；所述故障自检方法包括以下步骤：

S1、根据预设的流量设定值，控制所述电磁阀控制模块将所述电磁阀的开度调节至与所述流量设定值对应的开度值；

S2、接收由所述电磁阀控制模块反馈的与所述开度值对应的所述电磁阀的当前驱动参数值；

S3、基于所述当前驱动参数值和与所述开度值对应的预设的标准驱动参数值，计算获得所述气体质量流量控制器的故障发生率。

可选的，所述气体质量流量控制器还包括温度检测模块，所述温度检测模块用于检测被控管路中的与所述开度值对应的当前流体温度值；所述步骤S2进一步包括：

S21、接收由所述电磁阀控制模块反馈的与所述开度值对应的所述电磁阀的当前驱动参数值，以及由所述温度检测模块发送的被控管路中的与所述开度值对应的当前流体温度值；

S22、根据所述当前流体温度值、所述当前驱动参数值和预设的标准温度值，对所述当前驱动参数值进行温度补偿，获得补偿后的所述当前驱动参数值；

所述步骤S3包括：

基于补偿后的所述当前驱动参数值和所述标准驱动参数值，计算获得所述气体质量流量控制器的故障发生率。

可选的，所述故障自检方法还包括：

在所述质量流量控制器出厂之前，获得与不同的所述流量设定值对应的所述标准驱动参数值。

本发明实施例的有益效果：

本发明实施例提供的气体质量流量控制器及故障自检方法的技术方案，通过利用电磁阀的开度值与驱动参数值(例如驱动电压或驱动电流)的对应关系，以及该开度值与流量设定值的对应关系，可以获得驱动参数值与流量设定值的对应关系，并通过基于同一流量设定值的条件下的当前驱动参数值与标准驱动参数值，可以计算获得气体质量流量控制器的故障发生率，从而可以实时进行流量精度和设备故障等的自检测，而无需增加任何检测设备，从而不仅可以降低检测难度，而且可以减少设备停工时间和维修时间，提高经济效益。

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原理框图；

图2为气体流量与驱动电压的对应关系曲线图；

图3为本发明第二实施例提供的气体质量流量控制器的原理框图；

图4为本发明第三实施例提供的故障自检方法的流程框图；

图5为本发明第三实施例提供的故障自检方法的步骤S2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实施例提供的气体质量流量控制器及故障自检方法进行详细描述。

第一实施例

请参阅图1，本实施例提供的气体质量流量控制器(以下简称MFC)，其包括电磁阀2、电磁阀控制模块3、电磁阀驱动电路4、控制模块6、故障自检模块7、流量检测模块8和检测驱动电路9。其中，电磁阀2设置在被控管路1上；电磁阀控制模块3用于调节该电磁阀2的开度，从而可以调节流经电磁阀2的气体流量。电磁阀驱动电路4用于向电磁阀控制模块3提供驱动电能，即，提供驱动电压，以实现调节该电磁阀2的开度。

流量检测模块8用于对流经上述电磁阀2的气体流量进行检测，并发出流量模拟信号，该信号经过A/D转换电路10，转换为控制模块6可处理的数字信号；控制模块6根据该数字信号以及预设的流量目标值，采用例如PID控制算法控制电磁阀控制模块3调节电磁阀2的开度，以使流经上述电磁阀2的气体流量等于上述流量目标值，从而达到精确控制气体流量的目的。流量检测模块8例如为热式流量传感器。检测驱动电路9用于向流量检测模块8供电。

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的精度进行检测，以进行故障排查。为此，本实施例提供的气体质量流量控制器，其可以实时进行流量精度和设备故障等的自检测，具体地，在本实施例中，控制模块6用于根据预设的流量设定值，控制电磁阀控制模块3将电磁阀2的开度调节至与该流量设定值对应的开度值，此时电磁阀驱动电路4向电磁阀控制模块3提供与该开度值对应的驱动电压。上述流量设定值与电磁阀2的开度值具有对应关系。

上述流量设定值为测试用的流量采样值，可以在MFC的流量满量程的范围内选择任意流量值，在一些实施例中，上述流量设定值可以选取一组采样数据，具体来说，流量设定值为N个，N为大于1的整数，且N个流量设定值的大小不同，且与N个不同的电磁阀2的开度值一一对应。

当流量设定值在流量满量程的30％以下时，对应的驱动电压或驱动电流的变化较小，导致检测精度受到影响，为此，可以使各个流量设定值均大于等于MFC的流量满量程的30％。例如，N＝5，且5个流量设定值分别为MFC的流量满量程的30％、45％、60％、80％和100％。

控制模块6还用于接收电磁阀控制模块3反馈的与电磁阀2的当前开度值对应的当前驱动参数值，并发送至故障自检模块7；上述驱动参数包括驱动电压或者驱动电流。故障自检模块7用于基于上述当前驱动参数值和与当前开度值对应的预设的标准驱动参数值，计算获得MFC的故障发生率。该标准驱动参数值用于作为判断MFC的精度偏差程度的标准值，该标准值例如为MFC在出厂时检测并存储的与不同的流量设定值一一对应的驱动电压值或驱动电流值。MFC的故障发生率可以用于判定MFC的当前精度是否超过产品的技术指标。

通过利用电磁阀2的开度值与驱动参数值(例如驱动电压或驱动电流)的对应关系，以及该开度值与流量设定值的对应关系，可以获得驱动参数值与流量设定值的对应关系(例如，图2示出了驱动电压值与流量设定值的对应关系曲线)，并通过基于同一流量设定值的条件下的当前驱动参数值与标准驱动参数值，可以计算获得气体质量流量控制器的故障发生率，从而可以实时进行流量精度和设备故障等的自检测，而无需增加任何检测设备，从而不仅可以降低检测难度，而且可以减少设备停工时间和维修时间，提高经济效益。

第二实施例

请参阅图3，本实施例提供的气体质量流量控制器，其是在上述第一实施例的基础上所作的改进，具体地，由于气体受温度影响较大，在相同的气体流量设定值的条件下，流体温度值不同，则电磁阀2的开度值略有不同，为了排除温度的影响，就需要对上述驱动参数值(驱动电压值或驱动电流值)进行温度补偿。为此，在上述第一实施例的基础上，气体质量流量控制器还包括温度检测模块11和温度补偿模块13，其中，温度检测模块11用于检测被控管路1中的与当前开度值对应的当前流体温度值，并经过A/D转换电路12对信号进行模数转换之后，发送至温度补偿模块13；温度检测模块11例如为温度传感器。上述被控管路1即为由气体质量流量控制器所控制的管路。

温度补偿模块13用于根据当前流体温度值、当前驱动参数值和预设的标准温度值，对上述当前驱动参数值进行温度补偿，获得补偿后的当前驱动参数值，并发送至故障自检模块7；故障自检模块7用于基于上述补偿后的当前驱动参数值和标准驱动参数值，计算获得气体质量流量控制器的故障发生率。

在一些实施例中，温度补偿模块13采用下述公式计算获得补偿后的当前驱动参数值；

F₁＝F₀×[1+(T₁–T₂)×A+(T₁–T₂)²×B]

其中，F₁为补偿后的当前驱动参数值；F₀为当前驱动参数值；T₁为当前流体温度值；T₂为标准温度值；A和B均为预设的温度补偿系数。

当然，在实际应用中，还可以采用其他任意温度补偿方式对上述驱动参数值(驱动电压值或驱动电流值)进行温度补偿。

在一些实施例中，流量设定值为N个，N为大于1的整数，且N个流量设定值的大小不同，且与N个不同的电磁阀2的开度值一一对应；并且，N个电磁阀2的开度值与N个标准驱动参数值一一对应。在这种情况下，上述故障自检模块7可以采用下述公式计算获得气体质量流量控制器的故障发生率：

其中，F_1i为第i个补偿后的当前驱动参数值；F_2i为第i个标准驱动参数值；D_i为第i个加权系数；E为气体质量流量控制器的故障发生率。i＝1,2,...,N。

当然，在实际应用中，还可以采用其他任意方式计算获得气体质量流量控制器的故障发生率。

在一些实施例中，故障自检模块7还用于判断气体质量流量控制器的故障发生率是否小于预设阈值，若是，则提示设备正常；若否，提示设备发生故障。

第三实施例

请参阅图4，本实施例提供一种故障自检方法，其应用于上述第一实施例提供的气体质量流量控制器，该气体质量流量控制器包括电磁阀2、电磁阀控制模块3和电磁阀驱动电路4。该故障自检方法包括以下步骤：

S1、根据预设的流量设定值，控制电磁阀控制模块将电磁阀的开度调节至与流量设定值对应的开度值；

S2、接收由电磁阀控制模块反馈的与开度值对应的电磁阀的当前驱动参数值；

S3、基于当前驱动参数值和与开度值对应的预设的标准驱动参数值，计算获得气体质量流量控制器的故障发生率。

通过利用电磁阀2的开度值与驱动参数值(例如驱动电压或驱动电流)的对应关系，以及该开度值与流量设定值的对应关系，可以获得驱动参数值与流量设定值的对应关系，并通过基于同一流量设定值的条件下的当前驱动参数值与标准驱动参数值，可以计算获得气体质量流量控制器的故障发生率，从而可以实时进行流量精度和设备故障等的自检测，而无需增加任何检测设备，从而不仅可以降低检测难度，而且可以减少设备停工时间和维修时间，提高经济效益。

在实际应用中，上述故障自检方法可以在MFC启动时自动开始执行，和/或，也可以在接收到使用者输入的指令之后开始执行。

上述流量设定值为测试用的流量采样值，可以在MFC的流量满量程的范围内选择任意流量值，在一些实施例中，上述流量设定值可以选取一组采样数据，具体来说，流量设定值为N个，N为大于1的整数，且N个流量设定值的大小不同，且与N个不同的电磁阀2的开度值一一对应。

当流量设定值在流量满量程的30％以下时，对应的驱动电压或驱动电流的变化较小，导致检测精度受到影响，为此，可以使各个流量设定值均大于等于MFC的流量满量程的30％。例如，N＝5，且5个流量设定值分别为MFC的流量满量程的30％、45％、60％、80％和100％。

上述标准驱动参数值用于作为判断MFC的精度偏差程度的标准值，在一些实施例中，故障自检方法还包括：

在质量流量控制器出厂之前，获得与不同的流量设定值对应的标准驱动参数值。例如，在MFC出厂时检测并存储与不同的流量设定值一一对应的驱动电压值或驱动电流值。

MFC的故障发生率可以用于判定MFC的当前精度是否超过产品的技术指标。

由于气体受温度影响较大，在相同的气体流量设定值的条件下，流体温度值不同，则电磁阀2的开度值略有不同，为了排除温度的影响，就需要对上述驱动参数值(驱动电压值或驱动电流值)进行温度补偿。为此，在一些实施例中，本实施例提供的故障自检方法，其还可以应用于上述第二实施例提供的气体质量流量控制器，该气体质量流量控制器还包括温度检测模块11。如图5所示，上述步骤S2进一步包括：

S21、接收由电磁阀控制模块反馈的与开度值对应的电磁阀的当前驱动参数值，以及由温度检测模块发送的被控管路中的与开度值对应的当前流体温度值；

S22、根据当前流体温度值、当前驱动参数值和预设的标准温度值，对当前驱动参数值进行温度补偿，获得补偿后的当前驱动参数值。

在此基础上，上述步骤S3包括：

基于补偿后的当前驱动参数值和标准驱动参数值，计算获得气体质量流量控制器的故障发生率。

在一些实施例中，在上述步骤S22中，采用下述公式计算获得补偿后的当前驱动参数值；

F₁＝F₀×[1+(T₁–T₂)×A+(T₁–T₂)²×B]

其中，F₁为补偿后的当前驱动参数值；F₀为当前驱动参数值；T₁为当前流体温度值；T₂为标准温度值；A和B均为预设的温度补偿系数。

当然，在实际应用中，还可以采用其他任意温度补偿方式对上述驱动参数值(驱动电压值或驱动电流值)进行温度补偿。

在一些实施例中，流量设定值为N个，N为大于1的整数，且N个流量设定值的大小不同，且与N个不同的电磁阀的开度值一一对应；N个电磁阀的开度值与N个标准驱动参数值一一对应；并且，在步骤S3中，采用下述公式计算获得气体质量流量控制器的故障发生率：

其中，F_1i为第i个补偿后的当前驱动参数值；F_2i为第i个标准驱动参数值；D_i为第i个加权系数；E为气体质量流量控制器的故障发生率。i＝1,2,...,N。

当然，在实际应用中，还可以采用其他任意方式计算获得气体质量流量控制器的故障发生率。

在一些实施例中，在上述步骤S3之后，还包括：

判断气体质量流量控制器的故障发生率是否小于预设阈值，若是，则提示设备正常；若否，提示设备发生故障。

本实施例提供的故障自检方法，通过利用电磁阀2的开度值与驱动参数值(例如驱动电压或驱动电流)的对应关系，以及该开度值与流量设定值的对应关系，可以获得驱动参数值与流量设定值的对应关系(例如，图2示出了驱动电压值与流量设定值的对应关系曲线)，并通过基于同一流量设定值的条件下的当前驱动参数值与标准驱动参数值，可以计算获得气体质量流量控制器的故障发生率，从而可以实时进行流量精度和设备故障等的自检测，而无需增加任何检测设备，从而不仅可以降低检测难度，而且可以减少设备停工时间和维修时间，提高经济效益。

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 (7)

1.一种气体质量流量控制器，其特征在于，包括电磁阀、用于调节所述电磁阀的开度的电磁阀控制模块、用于向所述电磁阀控制模块提供驱动电能的电磁阀驱动电路、故障自检模块和控制模块，其中，

所述控制模块用于根据预设的流量设定值，控制所述电磁阀控制模块将所述电磁阀的开度调节至与所述流量设定值对应的开度值，且接收由所述电磁阀控制模块反馈的与所述开度值对应的所述电磁阀的当前驱动参数值，并发送至所述故障自检模块；

所述故障自检模块用于基于所述当前驱动参数值和与所述开度值对应的预设的标准驱动参数值，计算获得所述气体质量流量控制器的故障发生率；

所述气体质量流量控制器还包括温度检测模块和温度补偿模块，其中，所述温度检测模块用于检测被控管路中的与所述开度值对应的当前流体温度值，并发送至所述温度补偿模块；

所述温度补偿模块用于根据所述当前流体温度值、所述当前驱动参数值和预设的标准温度值，对所述当前驱动参数值进行温度补偿，获得补偿后的所述当前驱动参数值，并发送至所述故障自检模块；

所述故障自检模块用于基于补偿后的所述当前驱动参数值和所述标准驱动参数值，计算获得所述气体质量流量控制器的故障发生率；

所述流量设定值为N个，N为大于1的整数，且N个所述流量设定值的大小不同，且与N个不同的所述电磁阀的开度值一一对应；N个所述电磁阀的开度值与N个所述标准驱动参数值一一对应；

所述故障自检模块用于采用下述公式计算获得所述气体质量流量控制器的故障发生率：

其中，F_1i为第i个补偿后的所述当前驱动参数值；F_2i为第i个标准驱动参数值；D_i为第i个加权系数；E为所述气体质量流量控制器的故障发生率。

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，所述温度补偿模块采用下述公式计算获得补偿后的所述当前驱动参数值；

F₁＝F₀×[1+(T₁–T₂)×A+(T₁–T₂)²×B]

其中，F₁为补偿后的所述当前驱动参数值；F₀为所述当前驱动参数值；T₁为所述当前流体温度值；T₂为所述标准温度值；A和B均为预设的温度补偿系数。

3.根据权利要求1或2所述的气体质量流量控制器，其特征在于，所述故障自检模块还用于判断所述气体质量流量控制器的故障发生率是否小于预设阈值，若是，则提示设备正常；若否，提示设备发生故障。

4.根据权利要求1或2所述的气体质量流量控制器，其特征在于，所述驱动参数包括驱动电压或者驱动电流。

5.根据权利要求1或2所述的气体质量流量控制器，其特征在于，所述流量设定值大于等于所述气体质量流量控制器的流量满量程的30％。

6.一种故障自检方法，其特征在于，应用于气体质量流量控制器，所述气体质量流量控制器包括电磁阀、用于调节所述电磁阀的开度的电磁阀控制模块、用于向所述电磁阀控制模块提供驱动电能的电磁阀驱动电路；所述故障自检方法包括以下步骤：

S1、根据预设的流量设定值，控制所述电磁阀控制模块将所述电磁阀的开度调节至与所述流量设定值对应的开度值；

S2、接收由所述电磁阀控制模块反馈的与所述开度值对应的所述电磁阀的当前驱动参数值；

S3、基于所述当前驱动参数值和与所述开度值对应的预设的标准驱动参数值，计算获得所述气体质量流量控制器的故障发生率；

所述气体质量流量控制器还包括温度检测模块，所述温度检测模块用于检测被控管路中的与所述开度值对应的当前流体温度值；所述步骤S2进一步包括：

S21、接收由所述电磁阀控制模块反馈的与所述开度值对应的所述电磁阀的当前驱动参数值，以及由所述温度检测模块发送的被控管路中的与所述开度值对应的当前流体温度值；

S22、根据所述当前流体温度值、所述当前驱动参数值和预设的标准温度值，对所述当前驱动参数值进行温度补偿，获得补偿后的所述当前驱动参数值；

所述步骤S3包括：

基于补偿后的所述当前驱动参数值和所述标准驱动参数值，计算获得所述气体质量流量控制器的故障发生率；

所述流量设定值为N个，N为大于1的整数，且N个所述流量设定值的大小不同，且与N个不同的所述电磁阀的开度值一一对应；N个所述电磁阀的开度值与N个所述标准驱动参数值一一对应；

所述故障自检模块用于采用下述公式计算获得所述气体质量流量控制器的故障发生率：

其中，F_1i为第i个补偿后的所述当前驱动参数值；F_2i为第i个标准驱动参数值；D_i为第i个加权系数；E为所述气体质量流量控制器的故障发生率。

7.根据权利要求6所述的故障自检方法，其特征在于，所述故障自检方法还包括：

在所述质量流量控制器出厂之前，获得与不同的所述流量设定值对应的所述标准驱动参数值。