CN113311881A - 一种质量流量控制器和流量控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种质量流量控制器，包括控制模块、流体通路、连接在流体通路的入口与出口之间的阀门、设置在入口与阀门之间的流量传感器和设置于出口处的压力传感器，控制模块用于在目标流量的变化量超出预设阈值时，进入压力反馈调节模式，并在流量传感器检测到的流体流量满足第一稳定条件后，进入流量反馈调节模式。控制模块用于在压力反馈调节模式中，根据流体压力与目标流量对应的目标压力之间的差值调节阀门的开度；在流量反馈调节模式中，根据流体流量与目标流量之间的差值调节阀门的开度。本发明提供的质量流量控制器能够在保证流体流量调节精度的同时提高流体流量的调节速度。本发明还提供一种质量流量控制器的流量控制方法。

Description

一种质量流量控制器和流量控制方法

技术领域

本发明涉及半导体工艺设备领域，具体地，涉及一种质量流量控制器和一种质量流量控制器的流量控制方法。

背景技术

质量流量控制器是半导体工艺设备中的核心部件，广泛应用在半导体、光伏、燃料电池、真空技术等领域。质量流量控制器通常包括一个阀门和一个流量检测装置，在通过阀门开度控制质量流量控制器中流过的流体流速的同时，通过流量检测装置对流体流速进行检测，以确保控制流速的精确性。

为实现高精度、高稳定性的流量控制，质量流量控制器中的流量检测装置常采用热式流量计，即，利用热式流量计测量得气体的质量流量，再通过PID闭环控制系统调节阀门的开度，进而达到稳定的流量。然而，采用热式流量计的质量流量控制器使流量达到稳定值所需的响应时间较长，无法实现阀门快速响应。

因此，如何提供一种在保证流量控制精度的同时，提高流量调节速度的质量流量控制器结构，成为本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明旨在提供一种质量流量控制器和流量控制方法，该质量流量控制器能够在保证流量控制精度的同时提高流量调节速度。

为实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供一种质量流量控制器，其中设置有流体通路，所述流体通路的入口与出口之间连接有阀门，所述质量流量控制器还包括控制模块、流量传感器和压力传感器，其中，

所述流量传感器设置在所述入口与所述阀门之间，用于检测所述流体通路中的流体流量；

所述压力传感器设置于所述出口处，用于检测所述流体通路中的流体压力；

所述控制模块用于在目标流量的变化量超出预设阈值时，进入压力反馈调节模式，并在所述流量传感器检测到的流体流量满足第一稳定条件后，进入流量反馈调节模式，其中，

所述控制模块用于在所述压力反馈调节模式中，根据所述压力传感器检测到的流体压力与所述目标流量对应的目标压力之间的差值调节所述阀门的开度；

所述控制模块用于在所述流量反馈调节模式中，根据所述流量传感器检测到的流体流量与所述目标流量之间的差值调节所述阀门的开度。

可选地，所述控制模块还用于在进入所述压力反馈调节模式前，获取所述目标流量对应的阀门开度值，根据所述阀门开度值调节所述阀门的开度，在所述压力传感器检测到的流体压力满足第二稳定条件后，进入所述压力反馈调节模式。

可选地，所述控制模块中存储有多个流量设定点及其对应的阀门开度值；

控制模块用于根据与所述目标流量最接近的两个所述流量设定点以及两个所述流量设定点对应的阀门开度值，通过插值法计算得到所述目标流量对应的阀门开度值。

可选地，所述阀门为电磁阀，每个所述流量设定点均对应有上升开度值和下降开度值；

控制模块用于在所述目标流量升高时，根据与所述目标流量最接近的两个所述流量设定点以及两个所述流量设定点对应的上升开度值，通过插值法计算得到所述目标流量对应的阀门开度值；在所述目标流量降低时，根据与所述目标流量最接近的两个所述流量设定点以及两个所述流量设定点对应的下降开度值，通过插值法计算得到所述目标流量对应的阀门开度值。

可选地，所述流量传感器为热式流量传感器。

可选地，所述第一稳定条件为：所述流量传感器检测到的流体流量在第一预设时间内的最大值与最小值之间的差值不大于第一预设差值；所述第二稳定条件为：所述压力传感器检测到的流体压力在第二预设时间内的最大值与最小值之间的差值不大于第二预设差值。

作为本发明的第二个方面，提供一种质量流量控制器的流量控制方法，所述流量控制方法应用于前面所述的质量流量控制器，所述流量控制方法包括：

在目标流量的变化量超出预设阈值时，根据压力传感器检测到的流体压力与所述目标流量对应的目标压力之间的差值调节阀门的开度；

在流量传感器检测到的流体流量满足第一稳定条件后，根据所述流量传感器检测到的流体流量与所述目标流量之间的差值调节所述阀门的开度。

可选地，所述流量控制方法还包括：

在目标流量的变化量未超出所述预设阈值时，根据所述流量传感器检测到的流体流量与所述目标流量之间的差值调节所述阀门的开度。

可选地，在所述根据压力传感器检测到的流体压力与所述目标流量对应的目标压力之间的差值调节阀门的开度之前，所述流量控制方法还包括：

获取所述目标流量对应的阀门开度值，根据所述阀门开度值调节所述阀门的开度；

在所述压力传感器检测到的流体压力满足第二稳定条件后，执行所述根据压力传感器检测到的流体压力与所述目标流量对应的目标压力之间的差值调节阀门的开度的步骤。

可选地，所述获取所述目标流量对应的阀门开度值，包括：

根据预设的多个流量设定点及其对应的阀门开度信息，确定与所述目标流量最接近的两个所述流量设定点以及两个所述流量设定点对应的阀门开度值，通过插值法计算得到所述目标流量对应的阀门开度信值。

可选地，每个所述流量设定点均对应有上升开度值和下降开度值；

所述获取所述目标流量对应的阀门开度值，包括：

在所述目标流量升高时，根据预设的多个所述流量设定点及其对应的上升开度值，确定与所述目标流量最接近的两个所述流量设定点以及两个所述流量设定点对应的上升开度值，通过插值法计算得到所述目标流量对应的阀门开度值；

在所述目标流量降低时，根据预设的多个所述流量设定点及其对应的上升开度值，确定与所述目标流量最接近的两个所述流量设定点以及两个所述流量设定点对应的下降开度值，通过插值法计算得到所述目标流量对应的阀门开度值。

本发明提供的质量流量控制器和流量控制方法将响应速度快、精度相对较低的压力反馈调节与精度高、响应速度相对较慢的流量反馈调节结合，通过压力反馈调节与流量反馈调节的组合方案对阀门的开度进行调节。在通过压力反馈调节使阀门的开度快速接近目标开度后，再切换至流量反馈调节进行精确调节，节约了现有技术中仅通过流量反馈调节的方式使阀门的开度逐渐接近目标开度的调节时间，进而在保证流体流量调节精度的同时提高了质量流量控制器中流体流量的调节速度，以及半导体工艺的工艺效果和机台产能。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明实施例提供的质量流量控制器的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的质量流量控制器中控制装置的功能结构示意图；

图3是本发明实施例提供的流量控制方法的流程示意图；

图4是本发明另一实施例提供的流量控制方法的流程示意图；

图5是本发明另一实施例提供的流量控制方法的流程示意图；

图6是本发明另一实施例提供的流量控制方法的流程示意图；

图7是本发明另一实施例提供的流量控制方法的流程示意图；

图8是本发明另一实施例提供的流量控制方法的流程示意图；

图9是本发明另一实施例提供的流量控制方法的流程示意图；

图10是本发明实施例提供的质量流量控制器中控制装置存储的流量设定点以及阀门开度信息对应的曲线示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明的发明人经实验研究发现，现有的质量流量控制器通常在流量调节量较大时出现阀门响应速度慢、流量调节效率低的问题，且该问题主要由热式流量计的特性所致。具体地，热式流量计检测流量的原理是检测通过毛细管的流体流经毛细管上两不同位置的温度，当流体在毛细管中流动时，下游温度与上游温度之间将产生温差，且温差随着流速增加而增大，进而可以通过两不同位置之间的温差检测流体的流速，然而，检测下游与上游两位置的温度变化需等待的时间较长。因此，虽然热式流量计具有高精度和高稳定性的特点，然而受其固有物理属性和检测温度所需的较长的采样周期影响，通过PID闭环控制使流量达到稳定值所需的响应时间相对较长，导致质量流量控制器无法实现阀门快速响应。

为解决上述技术问题，作为本发明的一个方面，提供一种质量流量控制器，如图1所示，其中设置有流体通路，流体通路的入口(即图中质量流量控制器的左端开口)与出口(即图中质量流量控制器的右端)之间连接有阀门200，该质量流量控制器还包括控制模块300、流量传感器400和压力传感器500。其中，流量传感器400设置在入口与阀门200之间，用于检测流体通路中的流体(如，气体、液体)流量，压力传感器500设置于出口处，用于检测流体通路中的流体压力。

如图3所示，控制模块300用于在目标流量的变化量超出预设阈值时，进入压力反馈调节模式，并在流量传感器检测到的流体流量满足第一稳定条件后，进入流量反馈调节模式。其中：

控制模块300用于在压力反馈调节模式中，根据压力传感器检测到的流体压力与目标流量对应的目标压力之间的差值调节阀门200的开度(即执行步骤S10)；

控制模块300用于在流量反馈调节模式中，根据流量传感器检测到的流体流量与目标流量之间的差值调节阀门200的开度(即执行步骤S20)。

优选地，在本发明中根据压力传感器检测到的流体压力调节阀门200的开度，以及根据流量传感器检测到的流体流量调节阀门200的开度，是指根据阀门200下游检测到的流体压力或根据阀门200上游检测到的流体流量对阀门200的开度进行PID(ProportionIntegral Differential，比例积分微分)调节。本发明实施例对流量传感器400的结构不作具体限定，例如，流量传感器400优选为热式流量计。

在本发明中，质量流量控制器包括流量传感器400和压力传感器500，其中，流量传感器400检测到的流体流量以及压力传感器500检测到的流体压力均与阀门200允许通过的流体流量线性相关，而压力传感器500相较于流量传感器400具有更快的响应速度(即，压力传感器500检测到的流体压力可快速响应于阀门200的开度变化而改变)。

在接收到目标流量后，控制模块300先进入压力反馈调节模式，根据压力传感器500检测到的流体压力对阀门200的开度进行快速粗调(即进行压力反馈调节)，从而使阀门200的开度快速接近目标流量对应的目标开度(即阀门200最终稳定后的开度)。待流量传感器400检测到的流体流量稳定(即满足第一稳定条件)后，再进入流量反馈调节模式，根据流量传感器检测到的流体流量对阀门200的开度进行高精度调节(即进行流量反馈调节)，将阀门200的开度精确调节至目标开度。

本发明将响应速度快、精度相对较低的压力反馈调节与精度高、响应速度相对较慢的流量反馈调节结合，通过压力反馈调节与流量反馈调节的组合方案对阀门200的开度进行调节。在通过压力反馈调节模式使阀门200的开度快速接近目标开度后，再切换至流量反馈调节模式进行精确调节，节约了现有技术中仅通过流量反馈调节的方式使阀门200的开度逐渐接近目标开度的调节时间，进而在保证流体流量调节精度的同时提高了质量流量控制器中流体流量的调节速度，提高了半导体工艺的工艺效果和机台产能。

如图3所示，控制模块300用于接收目标流量信息，并根据接收到的目标流量信息确定质量流量控制器当前的目标流量。本发明实施例对判断目标流量的变化量是否超出预设阈值的判定标准不作具体限定，例如，为适应质量流量控制器量程在半导体工艺中需多次改变的需求，优选地，目标流量的变化量是指当前接收到的目标流量与上一目标流量之间的差值。目标流量的变化量超出预设阈值是指：当前接收到的目标流量与上一目标流量之间的差值大于预设阈值。

本发明实施例对该预设阈值的大小不作具体限定，该预设阈值可根据流量反馈调节的实际效率确定，即，在根据流量传感器检测到的流体流量对阀门200的开度进行调节，使流体流量达到新的目标流量所需的时长在可接受的范围内时，则可直接通过流量反馈调节进行调节，不必先通过压力反馈调节的方式调节阀门的开度。

具体地，如图3所示，控制模块300还用于：

在目标流量的变化量未超出预设阈值时，根据流量传感器检测到的流体流量与目标流量之间的差值调节阀门200的开度(即跳过步骤S10，直接进入流量反馈调节模式，并执行步骤S20)。

本发明实施例对形成该流体通路的结构不作具体限定，例如，可选地，如图1所示，质量流量控制器可以包括导流结构100，流体通路形成在导流结构100中，阀门200、控制模块300、流量传感器400和压力传感器500均与导流结构100连接。

本发明实施例对流量传感器400如何与导流结构100连接不作具体限定，例如，可选地，如图1所示，导流结构100具有与流体通路连通的两个支路开口(第一支路开口111和第二支路开口112)，两个支路开口位于入口与阀门200之间，且两个支路开口沿流体通路的延伸方向间隔设置，流量传感器400具有毛细管410，毛细管410的两端分别与两个支路开口连通，流量传感器400用于检测毛细管410中的流体流量(毛细管410中的流体流速与其并联的流体通路中的流体流速一致，因此可由毛细管410中的流体流量确定阀门200中通过的流体流量)。

本发明实施例对导流结构100的结构不作具体限定，例如，可选地，如图1所示，导流结构100包括基座和固定在基座上的分流器110、进气接头120以及出气接头130，进气接头120的第一端形成为流体通路的入口，第二端与分流器110的第一端连通，分流器110的第二端与阀门200的一端连通，阀门200的另一端与出气接头130的第一端连通，出气接头130的第二端形成为流体通路的出口。分流器110上具有与其内部腔体连通的两个支路开口(第一支路开口111和第二支路开口112)。

流体流经质量流量控制器的路径如图1中箭头所示，流体由进气接头120的第一端(入口)进入流体通路，并在流经分流器110时分出一股流经毛细管410的支路，毛细管410中流体的流速与其并联的支路中流体的流速一致(即流量传感器400检测到的流体流量与流体通路中的流体流量成正比)，再通过分流器110的第二端汇入阀门200中，由阀门200控制流体通路中的流体流量，最后经出气接头130由出口排出。

本发明实施例对流量传感器400如何检测毛细管410中的流体流量不作具体限定，例如，当流量传感器400为热式流量计时，流量传感器400包括分别设置在毛细管410上两不同位置处的两个温度传感器，流量传感器400通过检测毛细管410上两不同位置流体之前的温差，得到毛细管410中的流体流量(即流量传感器检测到的流体流量)。

本发明实施例对控制模块300如何根据阀门200下游的压力传感器检测到的流体压力对阀门200的开度进行PID调节不作具体限定，例如，作为本发明的一种可选实施方式，如图5所示，控制模块300在压力反馈调节模式中具体用于：

在步骤S11中，根据目标流量确定压力传感器500对应的目标压力值；

周期性地获取压力传感器检测到的流体压力，根据压力传感器检测到的流体压力与目标压力值之间的压力差值确定阀门200的开度调节量，并根据开度调节量调节阀门200的开度，以减小压力差值的绝对值(即，周期性地执行步骤S12和步骤S13)，其中，开度调节量与压力差值正相关。

本发明实施例对控制模块300如何根据阀门200上游的流量传感器检测到的流体流量对阀门200的开度进行PID调节不作具体限定，例如，作为本发明的一种可选实施方式，如图6、图7所示，控制模块300在压力反馈调节模式中具体用于：

在步骤S21中，根据目标流量确定流量传感器400对应的目标流量；

周期性地获取流量传感器检测到的流体流量，根据流量传感器检测到的流体流量与目标流量之间的流量差值确定阀门200的开度调节量，并根据开度调节量调节阀门200的开度(即，周期性地执行步骤S22和步骤S23)，直至流量差值的绝对值小于预设差值，其中，开度调节量的绝对值与流量差值的绝对值正相关。

为进一步提高质量流量控制器控制流体流量的精确性，作为本发明的一种优选实施方式，如图7所示，控制模块300还用于：

在流量差值的绝对值小于预设差值后，周期性地获取压力传感器检测到的流体压力(执行步骤S31)，并判断压力传感器检测到的流体压力是否满足第二稳定条件；

当压力传感器检测到的流体压力不满足第二稳定条件时，重新进入流量反馈调节模式。

如图1所示，压力传感器500直接通过流体通路的出口与质量流量控制器下游的设备连通，当质量流量控制器下游设备出现故障或气路受阻时，阀门200下游的气路中将出现压力波动。在本发明实施例中，控制模块300在通过流量反馈调节调节阀门200的开度至目标开度后，还通过压力传感器500继续对下游流体压力进行监控，当下游流体压力出现波动时，则重新通过流量反馈调节对阀门200的开度进行调节，以抵消该压力波动可能带来的流量波动，避免流量受下游异常情况影响而发生变化。

在本发明实施例中，压力传感器500不仅用于在压力反馈调节中完成阀门开度粗调，还可以在流量反馈调节后利用其快速响应的特性对下游情况进行监控，进一步提高了质量流量控制器控制流体流量的精确性。

为进一步提高质量流量控制器调节流体流量的效率，优选地，如图4至图6所示，控制模块300还用于在进入压力反馈调节模式前，获取目标流量对应的阀门开度值，根据阀门开度值调节阀门200的开度(即，执行步骤S00)，在压力传感器检测到的流体压力满足第二稳定条件(即阀门200的开度稳定在阀门开度值对应的开度附近)后，进入压力反馈调节模式。

在本发明实施例中，控制模块300先根据目标流量获取对应的阀门开度值，根据阀门开度值调节阀门200的开度，从而通过开环控制的方式节约了通过压力反馈调节(闭环控制)使阀门200的开度变化至接近目标开度的调节时间，进一步提高了质量流量控制器调节流体流量的效率。

需要说明的是，第一稳定条件与第二稳定条件用于判断信号是否稳定，例如，可以是信号值在最近预设时间内的波动范围(最大值与最小值之间的差值)是否在预设的差值范围内。具体地，第一稳定条件可以是：流量传感器检测到的流体流量在第一预设时间内的最大值与最小值之间的差值不大于第一预设差值；第二稳定条件可以是：压力传感器检测到的流体压力在第二预设时间内的最大值与最小值之间的差值不大于第二预设差值。

本发明实施例对阀门200的结构类型不作具体限定，例如，阀门200可以为电磁阀或压电阀，阀门开度值为相应的电信号(如，阀电压)的大小。

本发明实施例对控制模块300的结构以及控制模块300如何与阀门200、流量传感器400和压力传感器500连接不作具体限定，例如，可选地，如图2所示，控制模块300包括PID控制单元、流量分析模块320和压力分析模块330。其中，压力分析模块330用于获取压力传感器检测到的流体压力，并比较压力传感器检测到的流体压力与已确定的目标压力值得到压力差值；流量分析模块320用于获取流量传感器检测到的流体流量，并比较流量传感器检测到的流体流量与已确定的目标流量得到流量差值；PID控制单元310用于在开环控制中根据已确定的阀门开度值调节阀门200的开度，或者在压力反馈控制中根据压力分析模块330得到的压力差值调节阀门200的开度，或者在流量反馈调节中根据流量分析模块320得到的流量差值调节阀门200的开度。

可选地，如图2所示，流量分析模块320和压力分析模块330分别通过两个A/D采样单元与对应的流量传感器400和压力传感器500连接，A/D采样单元用于将检测装置的模拟(analog)信号转变为数字(digital)信号，以便流量分析模块320和压力分析模块330对数据进行计算分析。PID控制单元310通过阀驱动单元与阀门200连接，阀驱动单元用于根据PID控制单元310发送的信号，向阀门200输出对应的阀电压，以改变阀门200的开度，进而实现调节质量流量控制器中的流体流量。

本发明实施例对控制模块300如何根据目标流量确定阀门开度值不作具体限定，例如，优选地，控制模块300中存储有多个流量设定点对应的阀门开度信息，如图8所示，控制模块用于根据与目标流量最接近的两个流量设定点以及两个流量设定点对应的阀门开度信息，并通过插值法计算得到目标流量对应的阀门开度值。

如图1所示，在半导体工艺过程中，出口下游的真空泵8全程进行抽气(抽液)，以保证在质量流量控制器完全关闭时下游达到或接近真空状态。质量流量控制器的出口压力远低于入口压力时，流体通过阀口的流量正比于入口压力以及阀门的过流面积，即F∝P*A，其中，F为质量流量控制器中通过的流体流量，P为入口压力，A为阀门的过流面积(即阀门开度)，当入口压力P恒定时，改变阀门开度即可改变通过的流体流量。

当入口压力不变时，阀门开度与流体流量正相关(图10所示曲线为阀门开度与流体流量之间的关系曲线，图中阀门开度值为无量纲值，仅表示各点纵坐标之间的比例关系)，而由于电磁阀的阀开度是由阀电压直接控制，在阀门开度的可变范围内，阀电压越大，则阀门开度越大。

在本发明实施例中，控制模块300可根据与目标流量最接近的两个流量设定点以及两个流量设定点对应的阀门开度信息，并通过插值法计算得到目标流量对应的阀门开度值，进而通过开环控制方式将阀门开度调节至接近目标开度。

例如，如图10中黑点所示为多个流量设定点以及对应的阀门开度信息，当目标流量为30％(即满量程流量的30％)时，由与30％最接近的相邻两个流量设定点的坐标(25％,1.2)和(50％,1.4)通过插值法计算得到横坐标30％对应于两个流量设定点之间的连线上的纵坐标为1.24，进而将阀门200的开度调节至1.24，以减小压力反馈调节过程中的调节量，提高调节效率。

当阀门200为电磁阀时，因电磁阀存在磁滞特性，在控制质量流量控制器将流体流量调节至同样的目标流量时，流体流量由较低值上升至该目标流量和由较高值下降至该目标流量时，电磁阀的阀门开度(阀电压)并不相同。

为进一步提高流量调节效率，优选地，每个流量设定点对应有上升开度值(即流量上升至该设定点对应的阀门开度)和下降开度值(即流量下降至该设定点对应的阀门开度)。

具体地，如下表1-1所示，上升开度值可以为上升阀电压Uu，下降开度值可以为下降阀电压Ud，已标定的流量设定点S1、S2、S3、…、Sn对应的上升阀电压的值分别为Uu_1、Uu_2、Uu_3、…、Uu_n，流量设定点S1、S2、S3、…、Sn对应的下降阀电压的值分别为Ud_1、Ud_2、Ud_3、…、Ud_n。控制模块300可将流量上升和下降的两套标定数据作为阀电压数据模板存储在CPU中，方便后续的调用计算。

表1-1多个流量设定点对应的阀电压值

	S1	S2	S3	…	Sn
						流量上升阀电压(up)	Uu_1	Uu_2	Uu_3	…	Uu_n
流量下降阀电压(down)	Ud_1	Ud_2	Ud_3	…	Ud_n

相应地，如图9所示，根据目标流量获取对应的阀门开度值的步骤S01包括：

在目标流量升高时，根据与目标流量最接近的两个流量设定点以及两个流量设定点对应的上升开度值，通过插值法计算得到目标流量对应的阀门开度值(阀电压)，即，执行步骤S011；

在目标流量降低时，根据与目标流量最接近的两个流量设定点以及两个流量设定点对应的下降开度值，通过插值法计算得到目标流量对应的阀门开度值(阀电压)，即，执行步骤S012。

例如，在当前目标流量Si在[S(n-1),Sn]区间内(即最近的两个流量设定点为Sn-1和Sn)，且目标流量Si高于上一目标流量时，可根据控制模块300中存储的信息确定与Si最接近的两个流量设定点及上升开度值对应的坐标(S(n-1),Uu_(n-1))和(Sn,Uu_n)，进而通过插值算法计算得到目标流量Si对应于(S(n-1),Uu_(n-1))与(Sn,Uu_n)之间的连线上的点的纵坐标(即阀门开度值)。

具体地，由两点的坐标(S(n-1),Uu_(n-1))和(Sn,Uu_n)可知，二者之间连线的斜率为(Uu_n–Uu_(n-1))/(Sn-Sn-1)，进而可通过(S(n-1),Uu_(n-1))或(Sn,Uu_n)的横坐标与目标流量Si之间的差确定对应点的纵坐标与阀门开度值之间的差。例如，目标流量Si与(S(n-1),Uu_(n-1))的横坐标S(n-1)之间的差值为(Si-S(n-1))，则阀门开度值与(S(n-1),Uu_(n-1))的纵坐标Uu_(n-1)之间的差值为横坐标差值与连线斜率的乘积，即(Si-S(n-1))(Uu_n–Uu_(n-1))/(Sn-Sn-1)，进而可以确定阀门开度值为(S(n-1),Uu_(n-1))的纵坐标Uu_(n-1)与该纵坐标差值的和，即，目标流量Si高于上一目标流量时，对应的阀门开度值为(Si-S(n-1))(Uu_n–Uu_(n-1))/(Sn-Sn-1)+Uu_(n-1)。

同样地，在当前目标流量Si在[S(n-1),Sn]区间内，且目标流量Si低于上一目标流量时，可根据控制模块300中存储的信息确定与Si最接近的两个流量设定点及下降开度值对应的坐标(S(n-1),Ud_(n-1))和(Sn,Ud_n)，进而通过插值算法计算得到目标流量Si对应于(S(n-1),Ud_(n-1))与(Sn,Ud_n)之间的连线上的点的纵坐标(即阀门开度值)。

具体地，(S(n-1),Ud_(n-1))与(Sn,Ud_n)之间连线的斜率为(Ud_n–Ud_(n-1))/(Sn-Sn-1)，进而可通过(S(n-1),Ud_(n-1))或(Sn,Ud_n)的横坐标与目标流量Si之间的差确定对应点的纵坐标与阀门开度值之间的差。例如，目标流量Si与(S(n-1),Ud_(n-1))的横坐标S(n-1)之间的差值为(Si-S(n-1))，则阀门开度值与(S(n-1),Ud_(n-1))的纵坐标Ud_(n-1)之间的差值为(Si-S(n-1))(Ud_n–Ud_(n-1))/(Sn-Sn-1)，进而可以确定阀门开度值为(S(n-1),Ud_(n-1))的纵坐标Ud_(n-1)与该纵坐标差值的和(Si-S(n-1))(Ud_n–Ud_(n-1))/(Sn-Sn-1)+Ud_(n-1)。

在本发明实施例中，控制模块300中存储的每个流量设定点对应有上升开度值和下降开度值，从而在阀门200为电磁阀时，可根据目标流量的升降确定阀门开度的增减，进而在上升开度值和下降开度值中选择合适的一组数据进行开环控制，减小了开环控制后阀门开度与目标开度之间的差值，进而减小了后续压力反馈调节过程中的调节量，提高了流体流量的调节效率。

为便于本领域技术人员理解，本发明还提供图2所示控制模块300对质量流量控制器中的流体流量进行调节的流程的具体实施例：

在目标流量的变化量大于预设阈值时，控制模块300的CPU根据预先存储的模板确定该目标流量对应的阀门开度值、目标流量和目标压力值；

控制模块300首先进入开环控制模式，PID控制单元310根据阀门开度值控制阀驱动单元向阀门200加载对应的阀电压。同时压力分析模块330不断通过A/D采样单元获取下游的流体压力。

待压力传感器检测到的流体压力稳定(满足第二稳定条件)后(即阀门开度已稳定在阀门开度值对应的开度后)，控制模块300切换至压力反馈调节模式，压力分析模块330周期性地将下游的流体压力与已确定的目标压力值之间的压力差值反馈至PID控制单元310，PID控制单元310根据压力差值周期性地改变阀门200的开度，以减小该压力差值。

当流量传感器检测到的流体流量趋于稳定(满足第一稳定条件)时，控制模块300切换至流量反馈调节模式(由于下游流体压力波动较大，为节约调节时间，不必等待压力传感器检测到的流体压力稳定)，流量分析模块320通过A/D采样单元获取上游的流量传感器检测到的流体流量，并周期性地将上游的流体流量与已确定的目标流量之间的流量差值反馈至PID控制单元310，PID控制单元310根据流量差值周期性地改变阀门200的开度，以减小该流量差值，直至流量差值的绝对值小于预设差值。

此后，控制模块300继续在后台通过压力传感器500对流体压力进行监控，一旦下游出现异常的压力波动，则可通过压力传感器500反馈至控制模块300，控制模块300重新切换至流量反馈调节模式，以及时进行阀电压的补偿，抵消该压力波动可能带来的流量波动，保证得质量流量控制器中流体流量的平稳性和精确性。

作为本发明的第二个方面，提供一种质量流量控制器的流量控制方法，应用于本发明实施例提供的质量流量控制器，如图3所示，该流量控制方法包括：

在目标流量的变化量超出预设阈值时，根据压力传感器检测到的流体压力与目标流量对应的目标压力之间的差值调节阀门200的开度(即执行步骤S10，进行压力反馈调节)；

在流量传感器检测到的流体流量满足第一稳定条件后，根据流量传感器检测到的流体流量与目标流量之间的差值调节阀门200的开度(即执行步骤S20，进行流量反馈调节)。

本发明提供的流量控制方法将响应速度快、精度相对较低的压力反馈调节与精度高、响应速度相对较慢的流量反馈调节结合，通过压力反馈调节与流量反馈调节的组合方案对阀门200的开度进行调节。在通过压力反馈调节使阀门200的开度快速接近目标开度后，再切换至流量反馈调节进行精确调节，节约了现有技术中仅通过流量反馈调节的方式使阀门200的开度逐渐接近目标开度的调节时间，进而在保证流体流量调节精度的同时提高了质量流量控制器中流体流量的调节速度，以及半导体工艺的工艺效果和机台产能。

可选地，该预设阈值可根据流量反馈调节的实际效率确定，即，在根据流量传感器检测到的流体流量对阀门200的开度进行调节，使流体流量达到新的目标流量所需的时长在可接受的范围内时，则可直接通过流量反馈调节进行调节，不必先通过压力反馈调节的方式调节阀门的开度。具体地，如图3所示，该流量控制方法还包括：

在目标流量的变化量未超出预设阈值时，根据流量传感器检测到的流体流量与目标流量之间的差值调节阀门200的开度(即跳过步骤S10，直接进入流量反馈调节模式，并执行步骤S20)。

本发明实施例对如何根据阀门200下游的流体压力对阀门200的开度进行PID调节不作具体限定，例如，作为本发明的一种可选实施方式，如图5所示，压力反馈调节(步骤S10)具体包括：

在步骤S11中，根据目标流量确定压力传感器500对应的目标压力值；

周期性地执行步骤S12、获取压力传感器检测到的流体压力，并根据压力传感器检测到的流体压力与目标压力值之间的压力差值确定阀门的开度调节量，以及步骤S13、根据开度调节量调节阀门的开度，以减小压力差值的绝对值。其中，开度调节量与压力差值正相关。

本发明实施例对如何根据阀门200上游的流体流量对阀门200的开度进行PID调节不作具体限定，例如，作为本发明的一种可选实施方式，如图6、图7所示，流量反馈调节(步骤S20)具体包括：

在步骤S21中，根据目标流量确定流量传感器400对应的目标流量；

周期性地执行步骤S22、获取流量传感器检测到的流体流量，根据流量传感器检测到的流体流量与目标流量之间的流量差值确定阀门的开度调节量，以及步骤S13、根据开度调节量调节阀门的开度，直至流量差值的绝对值小于预设差值。其中，开度调节量的绝对值与压力差值的绝对值正相关。

为进一步提高质量流量控制器控制流体流量的精确性，作为本发明的一种优选实施方式，如图7所示，流量控制方法还包括：

在流量差值的绝对值小于预设差值后，周期性地执行步骤S31、获取压力传感器检测到的流体压力，并判断压力传感器检测到的流体压力是否满足第二稳定条件；

当压力传感器检测到的流体压力不满足第二稳定条件时，继续进行流量反馈调节。

为进一步提高质量流量控制器调节流体流量的效率，优选地，如图4至图6所示，流量控制方法还包括：

在进行压力反馈调节(步骤S10)前，执行步骤S00、获取目标流量对应的阀门开度值，根据阀门开度值调节阀门的开度；

在压力传感器检测到的流体压力满足第二稳定条件后，进行压力反馈调节(即执行步骤S10)。

为进一步提高流量调节效率，优选地，质量流量控制器(的控制模块300)中存储有多个流量设定点对应的阀门开度信息，根据目标流量获取对应的阀门开度值，包括：

在步骤S01中，根据与目标流量最接近的两个流量设定点以及两个流量设定点对应的阀门开度信息，通过插值法计算得到目标流量对应的阀门开度值。(步骤S00还包括在步骤S02中，根据阀门开度值调节阀门200的开度)

当质量流量控制器中的阀门200为电磁阀时，为进一步提高流量调节效率，优选地，每个流量设定点对应有上升开度值和下降开度值，根据目标流量获取对应的阀门开度值的步骤S01，包括：

在目标流量升高时，根据与目标流量最接近的两个流量设定点以及两个流量设定点对应的上升开度值，通过插值法计算得到目标流量对应的阀门开度值；

在目标流量降低时，根据与目标流量最接近的两个流量设定点以及两个流量设定点对应的下降开度值，通过插值法计算得到目标流量对应的阀门开度值。

本发明提供的质量流量控制器以及流量控制方法将响应速度快、精度相对较低的压力反馈调节与精度高、响应速度相对较慢的流量反馈调节结合，通过压力反馈调节与流量反馈调节的组合方案对阀门200的开度进行调节。在通过压力反馈调节使阀门200的开度快速接近目标开度后，再切换至流量反馈调节进行精确调节，节约了现有技术中仅通过流量反馈调节的方式使阀门200的开度逐渐接近目标开度的调节时间，进而在保证流体流量调节精度的同时提高了质量流量控制器中流体流量的调节速度，以及半导体工艺的工艺效果和机台产能。

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 (11)

1.一种质量流量控制器，其中设置有流体通路，所述流体通路的入口与出口之间连接有阀门，其特征在于，所述质量流量控制器还包括控制模块、流量传感器和压力传感器，其中，

所述流量传感器设置在所述入口与所述阀门之间，用于检测所述流体通路中的流体流量；

所述压力传感器设置于所述出口处，用于检测所述流体通路中的流体压力；

所述控制模块用于在目标流量的变化量超出预设阈值时，进入压力反馈调节模式，并在所述流量传感器检测到的流体流量满足第一稳定条件后，进入流量反馈调节模式，其中，

所述控制模块用于在所述压力反馈调节模式中，根据所述压力传感器检测到的流体压力与所述目标流量对应的目标压力之间的差值调节所述阀门的开度；

所述控制模块用于在所述流量反馈调节模式中，根据所述流量传感器检测到的流体流量与所述目标流量之间的差值调节所述阀门的开度。

2.根据权利要求1所述的质量流量控制器，其特征在于，所述控制模块还用于在进入所述压力反馈调节模式前，获取所述目标流量对应的阀门开度值，根据所述阀门开度值调节所述阀门的开度，在所述压力传感器检测到的流体压力满足第二稳定条件后，进入所述压力反馈调节模式。

3.根据权利要求2所述的质量流量控制器，其特征在于，所述控制模块中存储有多个流量设定点及其对应的阀门开度值；

控制模块用于根据与所述目标流量最接近的两个所述流量设定点以及两个所述流量设定点对应的阀门开度值，通过插值法计算得到所述目标流量对应的阀门开度值。

4.根据权利要求3所述的质量流量控制器，其特征在于，所述阀门为电磁阀，每个所述流量设定点均对应有上升开度值和下降开度值；

控制模块用于在所述目标流量升高时，根据与所述目标流量最接近的两个所述流量设定点以及两个所述流量设定点对应的上升开度值，通过插值法计算得到所述目标流量对应的阀门开度值；在所述目标流量降低时，根据与所述目标流量最接近的两个所述流量设定点以及两个所述流量设定点对应的下降开度值，通过插值法计算得到所述目标流量对应的阀门开度值。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的质量流量控制器，其特征在于，所述流量传感器为热式流量传感器。

6.根据权利要求2至4中任意一项所述的质量流量控制器，其特征在于，所述第一稳定条件为：所述流量传感器检测到的流体流量在第一预设时间内的最大值与最小值之间的差值不大于第一预设差值；所述第二稳定条件为：所述压力传感器检测到的流体压力在第二预设时间内的最大值与最小值之间的差值不大于第二预设差值。

7.一种质量流量控制器的流量控制方法，其特征在于，所述流量控制方法应用于权利要求1至6中任意一项所述的质量流量控制器，所述流量控制方法包括：

在目标流量的变化量超出预设阈值时，根据压力传感器检测到的流体压力与所述目标流量对应的目标压力之间的差值调节阀门的开度；

在流量传感器检测到的流体流量满足第一稳定条件后，根据所述流量传感器检测到的流体流量与所述目标流量之间的差值调节所述阀门的开度。

8.根据权利要求7所述的流量控制方法，其特征在于，所述流量控制方法还包括：

在目标流量的变化量未超出所述预设阈值时，根据所述流量传感器检测到的流体流量与所述目标流量之间的差值调节所述阀门的开度。

9.根据权利要求7所述的流量控制方法，其特征在于，在所述根据压力传感器检测到的流体压力与所述目标流量对应的目标压力之间的差值调节阀门的开度之前，所述流量控制方法还包括：

获取所述目标流量对应的阀门开度值，根据所述阀门开度值调节所述阀门的开度；

在所述压力传感器检测到的流体压力满足第二稳定条件后，执行所述根据压力传感器检测到的流体压力与所述目标流量对应的目标压力之间的差值调节阀门的开度的步骤。

10.根据权利要求9所述的流量控制方法，其特征在于，所述获取所述目标流量对应的阀门开度值，包括：

根据预设的多个流量设定点及其对应的阀门开度信息，确定与所述目标流量最接近的两个所述流量设定点以及两个所述流量设定点对应的阀门开度值，通过插值法计算得到所述目标流量对应的阀门开度信值。

11.根据权利要求10所述的流量控制方法，其特征在于，每个所述流量设定点均对应有上升开度值和下降开度值；

所述获取所述目标流量对应的阀门开度值，包括：

在所述目标流量升高时，根据预设的多个所述流量设定点及其对应的上升开度值，确定与所述目标流量最接近的两个所述流量设定点以及两个所述流量设定点对应的上升开度值，通过插值法计算得到所述目标流量对应的阀门开度值；

在所述目标流量降低时，根据预设的多个所述流量设定点及其对应的上升开度值，确定与所述目标流量最接近的两个所述流量设定点以及两个所述流量设定点对应的下降开度值，通过插值法计算得到所述目标流量对应的阀门开度值。

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