CN112212950B - 一种流量计的标定系统及标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种流量计的标定系统及标定方法，其中标定系统包括：流体源，用于向标定系统提供所需的流体；流量基准单元，分别与流体源和待标定的流量计相连，用于为待标定的流量计提供与每个待标定点对应的标准流量；系统控制单元，分别与流量基准单元和待标定的流量计连接，用于从流量基准单元获取每个待标定点的标准流量数据，并对每个待标定点及其对应的标准流量数据进行拟合，以完成对待标定的流量计的标定。本发明实现了标定过程的全自动化，减少了标定过程的人为参与，降低了因人工失误造成的产品不合格率，保证了标定结果的一致性和可靠性，保证了产品质量，提高了生产效率。

Description

一种流量计的标定系统及标定方法

技术领域

本发明涉及流量测试领域，更具体地，涉及一种流量计的标定系统及标定方法。

背景技术

质量流量控制器(Mass Flow Controller，MFC)用于对气体质量流量进行精密测量及控制。它们在半导体和集成电路工艺、特种材料学科、化学工业、石油工业、医药、环保和真空等多种领域的科研和生产中有着重要的应用。

质量流量控制器由分流器、流量检测传感器、流量控制装置以及CPU、驱动、控制电路板组成。分流器、流量检测传感器组成流量测量模块，流量模拟信号经过电路板上信号放大调理、A/D转换，变成CPU可接受的数字量，CPU根据用户设定的流量值，采用PID(比例-积分-微分)控制算法，控制流量控制装置的开度，达到精确控制气体流量的目的。

质量流量控制器的精度是产品的一个重要技术指标，对半导体和集成电路工艺的稳定性发挥着至关重要的作用，但是目前工厂对精度标定大都采用人工标定，存在很多人为不可控的因素，生产效率低，可靠性得不到保证。另外，质量流量控制器在客户现场工作一段时间后，因为环境和通过气体的影响或者意外因素的影响，工艺点的精度会发生变化，影响用户的产品质量甚至不可用。这种情况下，对于检测条件有限的客户只能将气体流量器件返厂，工厂会重新进行全量程标定(量程范围内至少选取5个设定点)，并不能只对超差工艺点进行标定，重复的标定会消耗更长维修时间，也会占用用户更长的设备停工时间，影响工厂和客户双方的生产效率。

因此，如何缩短标定时间，减少人为因素的失误，应用自动标定系统显得极为迫切。

发明内容

本发明的目的是提出一种流量计的标定系统及标定方法，解决人工标定消耗时间长的问题。

为实现上述目的，本发明提出了一种质量流量控制器的标定系统，包括：

流体源，用于向所述标定系统提供所需的流体；

流量基准单元，分别与所述流体源和待标定的流量计相连，用于为所述待标定的流量计提供与每个待标定点对应的标准流量；

系统控制单元，分别与所述流量基准单元和所述待标定的流量计连接，用于从所述流量基准单元获取每个待标定点的标准流量数据，并对每个所述待标定点及其对应的标准流量数据进行拟合，以完成对所述待标定的流量计的标定。

可选方案中，所述标定系统还包括：

数据存储单元，所述数据存储单元与所述系统控制单元相连，用于存储所述待标定的流量计的历史标定数据，所述历史标定数据包括多个标定点和每个所述标定点对应的历史标准流量数据；

所述系统控制单元，还用于：从所述流量基准单元获取目标待标定点的标准流量数据，从所述数据存储单元获取标定所需的其他标定点的历史标准流量数据，并对所述目标待标定点和所述其他标定点及其对应的标准流量数据进行拟合，以完成对所述待标定的流量计的标定。

可选方案中，所述流量基准单元包括：

自动调压器，与所述流体源相连，用于调整所述标定系统的压力；

流量基准器，分别与所述自动调压器和所述待标定的流量计相连，用于为所述待标定的流量计提供与每个所述待标定点对应的标准流量。

可选方案中，所述系统控制单元，还用于调节所述自动调压器，将所述标定系统的压力调节至预设的压力范围内。

可选方案中，所述系统控制单元，还用于将所述目标待标定点及其对应的标准流量更新至所述数据存储单元。

本发明还提出了一种流量计的标定方法，利用上述的标定系统，所述标定方法包括：

从所述流量基准单元获取每个待标定点的标准流量数据；

对每个所述待标定点及其对应的标准流量数据进行拟合，以完成对所述待标定的流量计的标定。

可选方案中，所述方法还包括：

将所述待标定的流量计的历史标定数据存储至数据存储单元，所述历史标定数据包括多个标定点和每个所述标定点对应的历史标准流量数据；

从所述流量基准单元获取目标待标定点的标准流量数据，从所述数据存储单元获取标定所需的其他标定点的历史标准流量数据，并对所述目标待标定点和所述其他标定点及其对应的标准流量数据进行拟合，以完成对所述待标定的流量计的标定。

可选方案中，所述从所述流量基准单元获取每个待标定点的标准流量数据，包括：

调节所述自动调压器将所述标定系统的压力调节至预设的压力范围内，并从流量基准器获取每个所述待标定点的标准流量数据。

可选方案中，所述调节所述自动调压器将所述标定系统的压力调节至预设的压力范围内，包括：

接收输入的所述待标定的流量计的上限压力和下限压力，并计算所述上限压力和所述下限压力的均值；

实时获取所述流量基准单元出口端的压力，并调节所述自动调压器，使所述均值和所述流量基准单元出口端的压力的差值在阈值范围之内。

可选方案中，在所述从所述流量基准单元获取目标待标定点的标准流量数据之后，所述方法还包括：

将所述目标待标定点及其对应的标准流量更新至所述数据存储单元。

本发明的有益效果在于：

本发明提供的流量计的标定系统，通过从所述流量基准单元获取每个待标定点的标准流量数据，并对每个所述待标定点及其对应的标准流量数据进行拟合，以实现标定过程的全自动化，减少了标定过程的人为参与，降低了因人工失误造成的产品不合格率，保证了标定结果的一致性和可靠性，保证了产品质量，提高了生产效率。

进一步地，在流量计标定过程中，用户可利用原有的历史标定数据(存储在数据存储单元中)，只获取目标待标定点对应的标准流量数据，大大缩短了校准时间，节约了人力成本，提高了经济效益。另外可灵活配置目标待标定点，实现有针对性的校准，简化了全量程校准的过程，保证原有合格点精度的同时，又使得不合格点的精度满足指标要求，进一步缩短了校准时间。

本发明具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本发明一实施例中流量计的标定系统的结构示意图。

图2示出了根据本发明一实施例中流量计的标定方法的流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

本发明一实施例提供了一种流量计的标定系统，图1示出了流量计的标定系统的结构示意图，该标定系统包括：

流体源，用于向标定系统提供所需的流体；

流量基准单元，分别与流体源和待标定的流量计相连，用于为待标定的流量计提供与每个待标定点对应的标准流量；

系统控制单元，分别与流量基准单元和待标定的流量计连接，用于从流量基准单元获取每个待标定点的标准流量数据，并对每个待标定点及其对应的标准流量数据进行拟合，以完成对待标定的流量计的标定。

具体地，流量计可以是气体流量计，如气体质量流量控制器，也可以液体流量计。当流量计是气体流量计时，流体源为气体，为标定系统提供所需的气体，气体的种类可以根据情况选择，可以选择氮气。当流量计是液体流量计时，流体源为液体。流体源的出口端连接流量基准单元，流量基准单元的另外两个端口分别与待标定的流量计和系统控制单元相连，流量基准单元能够检测流过其的标准流量，并将标准流量数据提供给系统控制单元，进而为流量计的标定提供所需的标准流量数据。系统控制单元还与待标定的流量计连接，用于从流量基准单元获取每个待标定点的标准流量数据，并对每个待标定点及其对应的标准流量数据进行拟合，以完成对待标定的流量计的标定。

本发明提供的流量计的标定系统，通过从所述流量基准单元获取每个待标定点的标准流量数据，并对每个所述待标定点及其对应的标准流量数据进行拟合，以实现标定过程的全自动化，减少了标定过程的人为参与，降低了因人工失误造成的产品不合格率，保证了标定结果的一致性和可靠性，保证了产品质量，提高了生产效率。

在一个实施例中，标定系统还包括：数据存储单元，数据存储单元与系统控制单元相连，数据存储单元是系统控制单元的一部分，数据存储单元可以位于系统控制单元内部，也可以位于系统控制单元外部。用于存储待标定的流量计的历史标定数据，历史标定数据包括多个标定点和每个标定点对应的历史标准流量数据。系统控制单元，还用于：从流量基准单元获取目标待标定点(该目标待标定点包括新增的待标定点和数据存储单元中无历史标准数据流量数据的标定点，具体可参照后面的实施例)的标准流量数据，从数据存储单元获取标定所需的其他标定点的历史标准流量数据，并对目标待标定点和其他标定点及其对应的标准流量数据进行拟合，以完成对待标定的流量计的标定。拟合方法可采用最后利用最小二乘法进行拟合。在优选实施例中，系统控制单元，还用于将目标待标定点及其对应的标准流量更新至数据存储单元。

在流量计标定过程中，用户可利用原有的历史标定数据(存储在数据存储单元中)，只获取目标待标定点对应的标准流量数据，大大缩短了校准时间，节约了人力成本，提高了经济效益。另外，可灵活配置目标待标定点，实现有针对性的校准，简化了全量程校准的过程，保证原有合格点精度的同时，又使得不合格点的精度满足指标要求，进一步缩短了校准时间。

在一个实施例中，流量基准单元可以包括：自动调压器，与流体源相连，用于调整标定系统的压力(该压力为流体的压力)；自动调压器为流量基准单元和待标定的流量计提供两者工作所需要的压力，流量基准单元和待标定的流量计均有工作的压力范围，自动调压器将压力调节在两者的工作压力范围内，并保持压力的恒定。流量基准器，分别与自动调压器和待标定的流量计相连，用于为待标定的流量计提供与每个待标定点对应的标准流量。系统控制单元，还用于调节自动调压器，将标定系统的压力调节至预设的压力范围内。

本发明另一实施例还提供了一种流量计的标定方法，利用上述的标定系统，该标定方法包括：

从流量基准单元获取每个待标定点的标准流量数据；

对每个待标定点及其对应的标准流量数据进行拟合，以完成对待标定的流量计的标定。

在一个实施例中，标定方法还包括：将待标定的流量计的历史标定数据存储至数据存储单元，历史标定数据包括多个标定点和每个标定点对应的历史标准流量数据；从流量基准单元获取目标待标定点(该目标待标定点包括新增的待标定点和数据存储单元中无历史标准数据流量数据的标定点，具体可参照后面的实施例)的标准流量数据，从数据存储单元获取标定所需的其他标定点的历史标准流量数据，并对目标待标定点和其他标定点及其对应的标准流量数据进行拟合，以完成对待标定的流量计的标定。在一个优选的实施例中，在从流量基准单元获取目标待标定点的标准流量数据之后，还包括：将目标待标定点及其对应的标准流量更新至数据存储单元。

在一个实施例中，从流量基准单元获取每个待标定点的标准流量数据，包括：调节自动调压器将标定系统的压力调节至预设的压力范围内，并从流量基准器获取每个待标定点的标准流量数据。调节自动调压器将标定系统的压力调节至预设的压力范围内，包括：接收输入的待标定的流量计的上限压力和下限压力，并计算上限压力和下限压力的均值；实时获取流量基准单元出口端的压力，并调节自动调压器，使均值和流量基准单元出口端的压力的差值在阈值范围之内。

具体地，参考图2，对流量计的标定可以采用以下步骤：

用户首先在软件的系统控制单元中预设标定表格，标定表格包括两列多行，第一列的每一行为设定点，第二列的每一行为与设定点对应的流量数据，设定点设有具体的数值，如20％,40％,60％,80％等，没有进行标定前，流量数据对应的表格中均为空，在后续步骤中需要将获取的流量数据写入设定点对应的表格中。设定点中包括一个或多个待标定点，或者所有的设定点均为待标定点。

在待标定点的多种设置方式中，软件通常提供常用的两种标定方式供客户选择，一种为全量程标定，一种为单点标定，若用户选择全量程标定，界面则显示默认标定点(20％,40％,60％,80％,100％)五个点，对应流量为空。若用户选择单点标定，则系统控制单元根据待标定的流量计的产品序列号自动查找数据库单元中当前设备的历史标定数据(包括多个标定点和每个标定点对应的标准流量数据)，若检索到当前设备的历史标定数据，则将其显示在界面，否则弹出无历史数据对话框，并显示默认标定点，且对应流量为空。此时用户可采用默认标定点作为待标定点，也可以在此基础上对待标定点进行配置。具体做法是可根据需求在界面新增标定点作为待标定点，或者对原有标定点进行删减。本实施例中，选择完标定方式后，还包括：在软件界面点击初始化，将待标定的流量计中原有的标定数据恢复至原始状态，使Xn＝Yn，其中Y表示标准流量，X表示标定点，n为大于等于1的自然数。

对标定点的配置完成后，调节自动调压器将标定系统的压力调节至系统工作压力范围内，具体做法为：在系统控制单元中输入待标定流量计的工作上限压力和下限压力，并计算上限压力和下限压力的均值，系统控制单元实时获取流量基准单元出口端的压力并调节自动调压器，使均值和流量基准单元出口端的压力的差值在阈值范围之内。如待标定流量计的工作压力范围为0.05-0.35Mpa之间，上限压力设置为0.35Mpa，下限压力为0.05Mpa，均值为0.2Mpa，系统控制单元实时获取流量基准单元出口端的压力，并调节自动调压器，使流量基准单元出口端的压力尽量与均值相同，系统控制单元实时对自动调压器进行调整，防止压力波动，以保证系统工作压力的稳定性。

系统工作压力调整好后，系统控制单元根据预先的标定表格开始自动标定，依次对标定表格中每一个设定点所对应流量数据进行写入。具体做法为，针对设定点中的目标待标定点，获取流量基准单元的标准流量数据，并将其写入相对应的标定表格中；针对设定点中的其他待标定点，系统控制单元根据待标定的流量计的序列号在数据库单元中查找每一个其他待标定点所对应的历史标准流量数据，并将历史标准流量数据写入相对应的标定表格中，直至完成设定点对应的流量数据的写入。

对于其他待标定点，需要先清空对应的历史标准流量数据，之后控制系统单元获取流量基准单元的标准流量，并将流量基准单元的标准流量写入标定表格。

对于目标待标定点，其所对应的流量数据为空，此时控制系统单元直接获取流量基准单元的标准流量，并将流量基准单元的标准流量写入标定表格即可。

完成标定表格中所有设定点对应的标准流量数据的写入后，根据标定表格中的设定点和所对应的流量数据进行曲线拟合，完成对待标定的流量计的标定。曲线拟合方式可以采用最小二乘法曲线拟合。本实施例中，完成标定表格中所有设定点对应的标准流量数据的写入后还包括：更新数据库，将此次待标定点和待标定点对应的标准流量存入数据库。当需要对此流量计进行标定时，可以直接调用此次更新的数据。

更为具体地，在一个实施例中，标定的具体过程为：用户首先在软件界面选择全量程标定或者单点标定，然后点击初始化。然后系统控制单元先将流量计中标定数据恢复至原始状态，即Xn＝Yn(n＝1,2……32)，若用户选择全量程标定，界面则显示默认标定点(20％,40％,6％,80％,100％)五个点，对应流量为空。若选择单点标定，则根据产品序列号自动查找数据库中当前设备的历史标定数据，若检索到当前设备的标定数据(设定点和标准流量)则将其显示在界面，否则弹出无历史数据对话框，并显示默认标定点，且对应流量为空。此时用户可采用默认标定点，也在此基础上对标定点进行配置。具体做法是可根据需求在界面新增标定点，或者对原有标定点进行删减，待完成配置后输入流量计进气口的最大压力和最小压力，然后点击开始标定。控制单元根据输入的最大压力和最小压力，计算中间压力P_mid,并实时读取高精度流量测量标准的出口端压力Po，根据两者差值自动调节调压器，直到|Po-P_mid|在阈值范围之内。此时控制单元根据预先输入的标定表格开始自动标定，其具体过程是系统会自行判断标定表格中第一个设定点的流量数据是否为空，若否则跳到第二个设定点进行上述判断，若是则发送当前设定信号给流量计，并实时获取流量计的流量信号以及压力是否稳定，待稳定后读取高精度流量测量标准对应的流量数据，并计算均值填入标定表格中，然后对第二个设定点重复上述操作，直到完成表格中所有设定点对应的标准流量数据的读取，最后利用最小二乘法进行拟合，结束校准过程，并实时更新数据存储单元。

利用上述标定对流量计进行标定大大减少了标定过程人的参与，可以使多台同时进行标定，实现流水线生产，另外单点校准方法充分利用历史标定数据，只需读取需校准工艺点的标准流量数据，在保证精度的同时，节约了大量时间，缩短了标定过程。两者结合相比人工标定而言，可以高效、可靠地完成校准，提高了产品的工艺稳定性和性能。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (9)

1.一种流量计的标定系统，其特征在于，包括：

流体源，用于向所述标定系统提供所需的流体；

流量基准单元，分别与所述流体源和待标定的流量计相连，用于为所述待标定的流量计提供与每个待标定点对应的标准流量；

系统控制单元，分别与所述流量基准单元和所述待标定的流量计连接，用于从所述流量基准单元获取每个待标定点的标准流量数据，并对每个所述待标定点及其对应的标准流量数据进行拟合，以完成对所述待标定的流量计的标定；

数据存储单元，所述数据存储单元与所述系统控制单元相连，用于存储所述待标定的流量计的历史标定数据，所述历史标定数据包括多个标定点和每个所述标定点对应的历史标准流量数据；

所述系统控制单元，还用于：从所述流量基准单元获取目标待标定点的标准流量数据，从所述数据存储单元获取标定所需的其他标定点的历史标准流量数据，并对所述目标待标定点和所述其他标定点及其对应的标准流量数据进行拟合，以完成对所述待标定的流量计的标定。

2.根据权利要求1所述的标定系统，其特征在于，所述流量基准单元包括：

自动调压器，与所述流体源相连，用于调整所述标定系统的压力；

流量基准器，分别与所述自动调压器和所述待标定的流量计相连，用于为所述待标定的流量计提供与每个所述待标定点对应的标准流量。

3.根据权利要求2所述的标定系统，其特征在于，所述系统控制单元，还用于调节所述自动调压器，将所述标定系统的压力调节至预设的压力范围内。

4.根据权利要求1所述的标定系统，其特征在于，所述系统控制单元，还用于将所述目标待标定点及其对应的标准流量更新至所述数据存储单元。

5.一种流量计的标定方法，利用权利要求1至4任一项所述的标定系统，其特征在于，所述标定方法包括：

从所述流量基准单元获取每个待标定点的标准流量数据；

对每个所述待标定点及其对应的标准流量数据进行拟合，以完成对所述待标定的流量计的标定。

6.根据权利要求5所述的标定方法，其特征在于，所述方法还包括：

将所述待标定的流量计的历史标定数据存储至数据存储单元，所述历史标定数据包括多个标定点和每个所述标定点对应的历史标准流量数据；

从所述流量基准单元获取目标待标定点的标准流量数据，从所述数据存储单元获取标定所需的其他标定点的历史标准流量数据，并对所述目标待标定点和所述其他标定点及其对应的标准流量数据进行拟合，以完成对所述待标定的流量计的标定。

7.根据权利要求5所述的标定方法，其特征在于，所述流量基准单元包括自动调压器，所述从所述流量基准单元获取每个待标定点的标准流量数据，包括：

调节所述自动调压器将所述标定系统的压力调节至预设的压力范围内，并从流量基准器获取每个所述待标定点的标准流量数据。

8.根据权利要求7所述的标定方法，其特征在于，所述调节所述自动调压器将所述标定系统的压力调节至预设的压力范围内，包括：

接收输入的所述待标定的流量计的上限压力和下限压力，并计算所述上限压力和所述下限压力的均值；

实时获取所述流量基准单元出口端的压力，并调节所述自动调压器，使所述均值和所述流量基准单元出口端的压力的差值在阈值范围之内。

9.根据权利要求6所述的标定方法，其特征在于，在所述从所述流量基准单元获取目标待标定点的标准流量数据之后，所述方法还包括：

将所述目标待标定点及其对应的标准流量更新至所述数据存储单元。