CN113324605B - 气体质量流量控制器和气体质量流量控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供的气体质量流量控制器和气体质量流量控制方法，其流量传感器用于实时检测气体通道中的气体流量值；流量调节阀用于调节气体通道中的气体流量；压力传感器用于实时检测气体通道中指定位置处的气体压力值；温度传感器用于实时检测在气体通道的入口处的气体温度值；控制单元用于根据气体压力值、气体温度值和设定流量值，以及预先存储的气体流量与驱动参数在不同的气体压力和气体温度下的对应关系，获得驱动参数的输出值，并将输出值输出至流量调节阀，以控制流量调节阀开启与输出值对应的阀门开度。本发明实施例提供的气体质量流量控制器，可以实现气体流量控制的快速响应，并实现气体流量快速达到稳定。

Description

气体质量流量控制器和气体质量流量控制方法

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，具体地，涉及一种气体质量流量控制器和气体质量流量控制方法。

背景技术

质量流量控制器(Mass flow controller，简称MFC)是一种用于高精度、高稳定性的气体流量控制装置，其在需要气体流量精确控制的诸多领域的科研和生产中有着广泛的应用，例如半导体和集成电路制造、光伏和太阳能、真空、食品和医药等。

在某些工艺过程中，对气体流量控制的响应时间和稳定性有较高的要求。例如，在半导体的某些刻蚀制程中，需要在多种不同的气体之间快速切换，这就要求气体流量控制的快速响应，并要求气体流量快速达到稳定。

图1为现有的一种热式质量流量传感器的部分结构图，如图1所示，该传感器主要包括传感管11和缠绕在该传感管11上的上游加热电阻12和下游加热电阻13。当气体流过传感管11时，通过上游加热电阻12和下游加热电阻13的热量变化，可以检测传感管11中的气体流量。但是，由于上述上游加热电阻12和下游加热电阻13不与传感管11中的气体直接接触，导致热电阻的响应速度相对较慢，当将这种传感器应用在质量流量控制器时，气体流量调节阀接收来自传感器的信号时间较长，从而造成流量控制的响应速度相对较慢，流量稳定时间较长。

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和气体质量流量控制方法，其可以实现气体流量控制的快速响应，并实现气体流量快速达到稳定。

为实现本发明的目的而提供一种气体质量流量控制器，包括主体、设置在所述主体中的气体通道、设置在所述主体上的流量传感器、流量调节阀、压力传感器、温度传感器，以及控制单元；其中，

所述流量传感器用于实时检测所述气体通道中的气体流量值；

所述流量调节阀用于调节所述气体通道中的气体流量；

所述压力传感器用于实时检测所述气体通道中指定位置处的气体压力值；

所述温度传感器用于实时检测在所述气体通道的入口处的气体温度值；

所述控制单元分别与所述流量传感器、流量调节阀、压力传感器和温度传感器连接，用于根据所述气体压力值、所述气体温度值和设定流量值，以及预先存储的气体流量与驱动参数在不同的气体压力和气体温度下的对应关系，获得所述驱动参数的输出值，并将所述输出值输出至所述流量调节阀，以控制所述流量调节阀开启与所述输出值对应的阀门开度；以及，在将所述输出值输出至所述流量调节阀之后，根据实时检测的所述气体流量值和所述设定流量值，采用预设控制方法计算获得所述驱动参数的调整值，并将所述调整值输出至所述流量调节阀，以调节所述流量调节阀的阀门开度，使所述气体通道中的气体流量与所述设定流量值保持一致。

可选的，所述压力传感器为两个，分别为第一压力传感器和第二压力传感器，所述第一压力传感器和第二压力传感器用于分别实时检测在所述气体通道的入口处和出口处的第一压力值和第二压力值；

所述控制单元还用于计算所述第二压力值与所述第一压力值的比值，并判断所述比值是否大于指定数值；

若是，则根据所述第一压力值、所述第二压力值、所述气体温度值和所述设定流量值，以及预先存储的气体流量与驱动参数在不同的所述气体通道的入口处和出口处的气体压力和气体温度下的对应关系，获得所述驱动参数的输出值；

若否，则根据所述第一压力值、所述气体温度值和所述设定流量值，以及预先存储的气体流量与驱动参数在不同的所述气体通道的入口处的气体压力和气体温度下的对应关系，获得所述驱动参数的输出值。

可选的，所述指定数值为：

其中，r为气体的定压比热容和定容比热容的比值。

可选的，所述压力传感器为一个，且用于实时检测在所述气体通道的入口处的第一压力值；

所述控制单元还用于根据所述第一压力值、所述气体温度值和所述设定流量值，以及预先存储的气体流量与驱动参数在不同的所述气体通道的入口处的气体压力和气体温度下的对应关系，获得所述驱动参数的输出值。

可选的，所述流量调节阀为比例阀。

可选的，所述控制单元还用于：

根据实时检测的所述气体温度值的变化，以及所述对应关系，获得与变化后的所述气体温度值对应的所述驱动参数的变化值，并将所述变化值输出至所述流量调节阀，以控制所述流量调节阀开启与所述变化值对应的阀门开度；和/或，

根据实时检测的所述气体压力值的变化，以及所述对应关系，获得与变化后的所述气体压力值对应的所述驱动参数的变化值，并将所述变化值输出至所述流量调节阀，以控制所述流量调节阀开启与所述变化值对应的阀门开度。

作为另一个技术方案，本发明实施例还提供一种气体质量流量控制方法，采用本发明实施例提供的上述气体质量流量控制器控制被控部件的气体流量，所述方法包括：

S1、在接收到设定流量值时，根据检测到的所述气体压力值、所述气体温度值和所述设定流量值，以及预先存储的气体流量与驱动参数在不同的气体压力和气体温度下的对应关系，获得所述驱动参数的输出值，并将所述输出值输出至所述流量调节阀，以控制所述流量调节阀开启与所述输出值对应的阀门开度；

S2、根据实时检测的所述气体流量值和所述设定流量值，采用预设算法计算获得所述驱动参数的调整值，并将所述调整值输出至所述流量调节阀，以调节所述流量调节阀的阀门开度，使所述气体通道中的气体流量与所述设定流量值保持一致。

可选的，所述压力传感器为两个，分别为第一压力传感器和第二压力传感器，所述第一压力传感器和第二压力传感器用于分别实时检测在所述气体通道的入口处和出口处的第一压力值和第二压力值；

所述步骤S1，具体包括：

S11，在接收到设定流量值时，根据检测到的第一压力值和第二压力值，计算所述第二压力值与所述第一压力值的比值；

S12，判断所述比值是否大于指定数值；若是，则进行步骤S13；若否，则进行步骤S14；

S13，根据所述第一压力值、所述第二压力值、所述气体温度值和所述设定流量值，以及预先存储的气体流量与驱动参数在不同的所述气体通道的入口处和出口处的气体压力和气体温度下的对应关系，获得所述驱动参数的输出值，并进行步骤S15；

S14，根据所述第一压力值、所述气体温度值和所述设定流量值，以及预先存储的气体流量与驱动参数在不同的所述气体通道的入口处的气体压力和气体温度下的对应关系，获得所述驱动参数的输出值，并进行步骤S15；

S15，将所述输出值输出至所述流量调节阀，以控制所述流量调节阀开启与所述输出值对应的阀门开度。

可选的，所述压力传感器为一个，且用于实时检测在所述气体通道的入口处的第一压力值；

所述步骤S1，具体包括：

根据所述第一压力值、所述气体温度值和所述设定流量值，以及预先存储的气体流量与驱动参数在不同的所述气体通道的入口处的气体压力和气体温度下的对应关系，获得所述驱动参数的输出值，并将所述输出值输出至所述流量调节阀，以控制所述流量调节阀开启与所述输出值对应的阀门开度。

可选的，所述气体质量流量控制方法还包括：

在设定气体温度值下，标定获得气体流量与驱动参数在不同的气体压力下的第一对应关系；

在设定气体压力值下，标定获得气体流量与驱动参数在不同的气体温度下的第二对应关系；

根据标定后的所述第一对应关系和第二对应关系，获得标定后的所述气体流量与驱动参数在不同的气体压力和气体温度下的对应关系，并将标定后的所述对应关系进行存储。

可选的，所述气体质量流量控制方法还包括：

根据实时检测的所述气体温度值的变化，以及所述对应关系，获得与变化后的所述气体温度值对应的所述驱动参数的变化值，并将所述变化值输出至所述流量调节阀，以控制所述流量调节阀开启与所述变化值对应的阀门开度；和/或，

根据实时检测的所述气体压力值的变化，以及所述对应关系，获得与变化后的所述气体压力值对应的所述驱动参数的变化值，并将所述变化值输出至所述流量调节阀，以控制所述流量调节阀开启与所述变化值对应的阀门开度。

本发明具有以下有益效果：

本发明实施例提供的气体质量流量控制器和气体质量流量控制方法的技术方案中，通过设置压力传感器用于实时检测气体通道中指定位置处的气体压力值，以及设置温度传感器用于实时检测在气体通道的入口处的气体温度值，可以根据气体压力值、气体温度值和设定流量值，直接调用预先存储的气体流量与驱动参数(例如驱动电流)在不同的气体压力和气体温度下的对应关系，获得驱动参数的输出值，并将输出值输出至流量调节阀，以控制流量调节阀开启与输出值对应的阀门开度，这种直接调用上述对应关系开启流量控制方法的方式可以实现气体流量控制的快速响应；之后，根据流量传感器实时检测的气体流量值和上述设定流量值，采用预设控制方法计算获得驱动参数的调整值，并将该调整值输出至流量调节阀，以调节流量调节阀的阀门开度，使气体通道中的气体流量与设定流量值保持一致，从而可以实现气体流量快速达到稳定。

附图说明

图1为现有的一种热式质量流量传感器的部分结构图；

图2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3为本发明第一实施例提供的气体质量流量控制器的一种结构图；

图4为本发明第一实施例提供的气体质量流量控制器的另一种结构图；

图5为本发明第二实施例提供的气体质量流量控制方法的流程框图；

图6为本发明第二实施例采用的步骤S1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，下面结合附图来对本发明实施例提供的气体质量流量控制器和气体质量流量控制方法进行详细描述。

第一实施例

请一并参阅图2和图3，本实施例提供的气体质量流量控制器，其包括主体2、设置在该主体2中的气体通道21，以及设置在该主体2上的流量传感器24、流量调节阀25、压力传感器22、温度传感器23和控制单元26。其中，流量传感器24用于实时检测气体通道21中的气体流量值，该流量传感器24例如为热式质量流量传感器。流量调节阀用于调节气体通道21中的气体流量。该流量调节阀为自动控制阀，控制方式例如为电磁驱动、压电或电机驱动等等。温度传感器23用于实时检测在气体通道21的入口处的气体温度值。压力传感器22用于实时检测气体通道21中指定位置处的气体压力值。

上述指定位置的选取与质量流量控制器所在的工况有关，在实际应用中，可以根据具体工况所对应的气体压力情况设定压力传感器22的数量以及在气体通道21中的检测位置。

上述工况包括但不限于：低压差工况和高压差工况。其中，低压差工况是指在气体通道21的出口处的第二压力值与在气体通道21的入口处的第一压力值的比值大于指定数值，该指定数值一般与气体的性质有关，在实际应用中，可以采用计算或者其他任意方式进行设定。例如，上述指定数值可以为：

/>

其中，r为气体的定压比热容和定容比热容的比值。

在低压差工况，气体在阀口处的流动处于亚音速状态，马赫数Ma＜1，且马赫数Ma为：

并且，气体在阀口处的流量Q为：

其中，Mw为气体的摩尔质量，T₀为在气体通道21的入口处的气体温度值；p₀和p₂分别为在气体通道21的入口处和出口处的第一压力值和第二压力值；d为阀口直径；h为阀口开度；C为常数。

由流量Q的上述公式可知，对于低压差工况，流量Q的大小与第一压力值、第二压力值、阀口开度和气体温度值有关，这些参数的变化均会对流量Q产生影响。在这种情况下，需要同时检测上述第一压力值和第二压力值，具体地，如图3所示，压力传感器22为两个，分别为第一压力传感器22a和第二压力传感器22b，二者用于分别实时检测在气体通道21的入口处和出口处的第一压力值和第二压力值。

高压差工况是指第二压力值与第一压力值的比值小于或者等于上述指定数值。具体地，在高压差工况，气体在流量调节阀25的阀口处的流动为音速流动，即，Ma＝1，并且，气体在阀口处的流量Q为：

由流量Q的上述公式可知，对于高压差工况，流量Q的大小与第一压力值、阀口开度和气体温度值有关，即，流量Q不受上述第二压力值p₂的影响。在这种情况下，只需要检测上述第一压力值即可，而无需检测上述第二压力值，具体地，如图4所示，压力传感器为一个，即，仅使用第一压力传感器22a实时检测在气体通道21的入口处的第一压力值。

需要说明的是，在实际应用中，可以根据第一压力传感器22a和第二压力传感器22b分别检测的第一压力值和第二压力值，计算第二压力值与第一压力值的比值，并将该比值与上述指定数值进行比较，然后根据比较结果来判断当前工况是属于低压差工况还是高压差工况，并根据判断结果选择与当前工况相适配的流量控制方法对流量调节阀25进行控制。

由流量Q的上述公式可知，在气体压力值(第一压力值，或者第一压力值和第二压力值)和气体温度值确定的情况下，流量Q与阀口开度h具有对应关系，而阀口开度h与用于控制其大小的驱动参数(例如驱动电流)具有对应关系，基于此，对于上述流量调节阀25，流量Q与输出至该流量调节阀25的驱动参数具有对应关系，以驱动参数为驱动电流I为例，若流量调节阀25为比例阀，则流量Q与驱动电流I呈线性关系，即，Q＝f·I，其中，f为系数。若流量调节阀25为非比例阀，则流量Q与驱动电流I呈非线性关系。

在不同的气体压力(即，第一压力值，或者第一压力值和第二压力值)和气体温度(即，在气体通道21的入口处的气体温度值)下，上述流量Q与驱动电流I的对应关系也不同，在这种情况下，控制单元26分别与流量传感器24、流量调节阀25、压力传感器22和温度传感器23连接，用于根据上述气体压力值(第一压力值，或者第一压力值和第二压力值)、气体温度值和设定流量值，以及预先存储的气体流量与驱动参数在不同的气体压力和气体温度下的对应关系，获得驱动参数的输出值，并将该输出值输出至流量调节阀25，以控制流量调节阀25开启与该输出值对应的阀门开度，这种直接调用上述流量Q与驱动参数的对应关系开启流量控制方法的方式可以实现气体流量控制的快速响应；以及，在将上述输出值输出至流量调节阀25之后，根据流量传感器24实时检测的气体流量值和上述设定流量值，采用预设控制方法计算获得驱动参数的调整值，并将该调整值输出至流量调节阀25，以调节该流量调节阀25的阀门开度，使气体通道21中的气体流量与设定流量值保持一致，从而可以实现气体流量快速达到稳定。上述预设控制方法例如为比例积分微分(PID)控制方法。

可选的，控制单元26还用于：

根据实时检测的气体温度值的变化，以及预先存储的气体流量与驱动参数在不同的气体压力和气体温度下的对应关系，获得与变化后的气体温度值对应的驱动参数的变化值，并将该变化值输出至流量调节阀，以控制流量调节阀开启与变化值对应的阀门开度。

这样，当气体温度发生变化时，可以通过调用预先存储的上述对应关系，调节驱动参数的大小，以调节气体通道中的气体流量，使之与设定流量值保持一致，从而可以避免气体温度变化对流量稳定性的影响，进而实现对气体流量的稳定控制。

和/或，控制单元26还用于：

根据实时检测的气体压力值的变化，以及预先存储的气体流量与驱动参数在不同的气体压力和气体温度下的对应关系，获得与变化后的气体压力值对应的驱动参数的变化值，并将该变化值输出至流量调节阀，以控制该流量调节阀开启与变化值对应的阀门开度。

这样，当气体压力发生波动时，可以通过调用预先存储的上述对应关系，调节驱动参数的大小，以使其与变化后的气体压力值相对应，以调节气体通道中的气体流量，使之与设定流量值保持一致，从而可以避免气体温度变化对流量稳定性的影响，进而实现对气体流量的稳定控制。

可选的，上述控制单元26还用于计算上述第二压力值与第一压力值的比值，并判断比值是否大于上述指定数值；

若是，则根据第一压力值、第二压力值、气体温度值和设定流量值，以及预先存储的气体流量与驱动参数在不同的气体通道21的入口21a处和出口21b处的气体压力和气体温度下的对应关系，获得驱动参数的输出值；

若否，则根据第一压力值、气体温度值和设定流量值，以及预先存储的气体流量与驱动参数在不同的气体通道21的入口21a处的气体压力和气体温度下的对应关系，获得驱动参数的输出值。

由此，上述控制单元26可以根据上述比值的大小来判断当前工况是属于低压差工况还是高压差工况，并根据判断结果选择与当前工况相适配的流量控制方法对流量调节阀25进行控制。

可选的，若已知当前工况为高压差工况(例如，上述第二压力值与第一压力值的比值小于0.48)，则上述控制单元26无需对工况进行判断，而直接根据第一压力值、气体温度值和设定流量值，以及预先存储的气体流量与驱动参数在不同的气体通道的入口处的气体压力和气体温度下的对应关系，获得驱动参数的输出值。

需要说明的是，在实际应用中，上述气体流量与驱动参数在不同的气体压力和气体温度下的对应关系的获取方式可以有多种，例如，可以对上述气体流量与驱动参数的对应关系进行标定，然后对标定后的对应关系以一定的形式进行存储，例如，可以采用函数关系式的形式进行存储；或者，还可以采用离散化的包含气体流量与驱动参数在不同的气体压力和气体温度下的二维数据表格的形式进行存储，即，气体流量值和对应的驱动参数以离散化的数值以表格的形式进行存储。存储的上述对应关系可在使用过程中直接被调用，以实现气体流量控制的快速响应。

另外，上述气体流量与驱动参数的对应关系的标定方法可以综合温度和压力的实验数据，采用目前公知的气体流量控制器的流量标定方法进行标定，例如，上述对应关系的标定方法包括：首先，在设定气体温度值下，标定获得气体流量与驱动参数在不同的气体压力下的第一对应关系；在设定气体压力值下，标定获得气体流量与驱动参数在不同的气体温度下的第二对应关系。然后，根据标定后的第一对应关系和第二对应关系，获得标定后的气体流量与驱动参数在不同的气体压力和气体温度下的对应关系。

以流量调节阀25为比例阀为例，气体流量Q与驱动电流I呈线性关系，在这种情况下，对于低压差工况，在设定气体温度值的条件下，标定后的气体流量Q随气体压力(即，第一压力值和第二压力值)变化的第一对应关系可以表示为：

Q＝f_L(p₀·p₂)·I

其中，p₀和p₂分别为在气体通道21的入口处和出口处的第一压力值和第二压力值，且是变量。

对于低压差工况，在设定气体压力值的条件下，标定后的气体流量Q随气体温度变化的第二对应关系可以表示为：

Q＝f_L(T)·I

其中，T为气体温度，且是变量。

综合标定后的上述第一对应关系和第二对应关系，可以获得同时满足这两种关系的标定结果，即，标定后的气体流量Q与驱动电流I的对应关系可以表示为：

Q＝f_L(p₀·p₂·T)·I

对于高压差工况，气体流量Q为：在设定气体温度值的条件下，标定后的气体流量Q随气体压力(即，第一压力值)变化的第一对应关系可以表示为：

Q＝f_H(p₀)·I

对于高压差工况，在设定气体压力值的条件下，标定后的气体流量Q随气体温度变化的第二对应关系可以表示为：

Q＝f_H(T)·I

综合标定后的上述第一对应关系和第二对应关系，可以获得同时满足这两种关系的标定结果，即，标定后的气体流量Q与驱动电流I的对应关系可以表示为：

Q＝f_H(p₀·T)·I

需要说明的是，在实际应用中，还可以采用其他任意标定方法，本发明实施例对此没有特别的限定。

第二实施例

本实施例提供一种气体质量流量控制方法，该方法采用上述第一实施例提供的气体质量流量控制器控制被控部件(即，需要进行气体流量控制的部件，例如半导体设备的气体管路)的气体流量，请参阅图5，该方法包括：

S1、在接收到设定流量值时，根据检测到的气体压力值、气体温度值和设定流量值，以及预先存储的气体流量与驱动参数在不同的气体压力和气体温度下的对应关系，获得驱动参数的输出值，并将输出值输出至流量调节阀，以控制流量调节阀开启与输出值对应的阀门开度；

S2、根据实时检测的气体流量值和设定流量值，采用预设算法计算获得驱动参数的调整值，并将调整值输出至流量调节阀，以调节流量调节阀的阀门开度，使气体通道中的气体流量与设定流量值保持一致。

上述驱动参数例如为驱动电流等的用于控制阀口开度的参数。

上述指定位置的选取与质量流量控制器所在的工况有关，在实际应用中，可以根据具体工况所对应的气体压力情况设定压力传感器22的数量以及在气体通道21中的检测位置。

本实施例提供的气体质量流量控制方法，在采用图3示出的气体质量流量控制器控制被控部件的气体流量时，即，压力传感器22为两个，分别为第一压力传感器22a和第二压力传感器22b，二者于分别实时检测在气体通道21的入口21a处和出口22b处的第一压力值和第二压力值。

在此基础上，请参阅图6，上述步骤S1，具体包括：

S11，在接收到设定流量值时，根据检测到的第一压力值和第二压力值，计算第二压力值与第一压力值的比值；

S12，判断比值是否大于指定数值；若是，则进行步骤S13；若否，则进行步骤S14；

上述指定数值一般与气体的性质有关，在实际应用中，可以采用计算或者其他任意方式进行设定。例如，上述指定数值可以为：

其中，r为气体的定压比热容和定容比热容的比值。

S13，根据第一压力值、第二压力值、气体温度值和设定流量值，以及预先存储的气体流量与驱动参数(例如驱动电流)在不同的气体通道21的入口21a处和出口21b处的气体压力和气体温度下的对应关系，获得驱动参数的输出值，并进行步骤S15；

S14，根据第一压力值、气体温度值和设定流量值，以及预先存储的气体流量与驱动参数在不同的气体通道的入口处的气体压力和气体温度下的对应关系，获得驱动参数的输出值，并进行步骤S15；

S15，将输出值输出至流量调节阀25，以控制该流量调节阀25开启与输出值对应的阀门开度。

由上可知，根据第一压力传感器22a和第二压力传感器22b分别检测的第一压力值和第二压力值，计算第二压力值与第一压力值的比值，并将该比值与上述指定数值进行比较，根据比较结果来判断当前工况是属于低压差工况还是高压差工况，并根据判断结果选择与当前工况相适配的流量控制方法对流量调节阀25进行控制。

本实施例提供的气体质量流量控制方法，在采用图4示出的气体质量流量控制器控制被控部件的气体流量时，即，压力传感器22为一个，即，第一压力传感器22a，用于实时检测在气体通道的入口处的第一压力值。

在此基础上，上述步骤S1，具体包括：

根据第一压力值、气体温度值和设定流量值，以及预先存储的气体流量与驱动参数在不同的气体通道的入口处的气体压力和气体温度下的对应关系，获得驱动参数的输出值，并将输出值输出至流量调节阀，以控制流量调节阀开启与输出值对应的阀门开度。

由上可知，若已知当前工况为高压差工况(例如，上述第二压力值与第一压力值的比值小于0.48)，流量的大小与第一压力值、阀口开度和气体温度值有关，即，流量不受上述第二压力值的影响。在这种情况下，只需要检测上述第一压力值即可，而无需检测上述第二压力值。

上述气体流量与驱动参数在不同的气体压力和气体温度下的对应关系的获取方式可以有多种，例如，可以对上述气体流量与驱动参数的对应关系进行标定，然后对标定后的对应关系以一定的形式进行存储，例如，可以采用函数关系式的形式进行存储；或者，还可以采用离散化的包含气体流量与驱动参数在不同的气体压力和气体温度下的二维数据表格的形式进行存储，即，气体流量值和对应的驱动参数以离散化的数值以表格的形式进行存储。存储的上述对应关系可在使用过程中直接被调用，以实现气体流量控制的快速响应。

上述气体流量与驱动参数在不同的气体压力和气体温度下的对应关系的获取方式可以有多种，例如，可选的，气体质量流量控制方法还包括：

对气体流量与驱动参数在不同的气体压力和气体温度下的对应关系进行标定，并将标定后的对应关系进行存储。具体的标定方法可以综合温度和压力的实验数据，采用目前公知的气体流量控制器的流量标定方法进行标定。

例如，上述对应关系的标定方法包括：

步骤1，在设定气体温度值下，标定获得气体流量与驱动参数在不同的气体压力下的第一对应关系；

步骤2，在设定气体压力值下，标定获得气体流量与驱动参数在不同的气体温度下的第二对应关系；

步骤3，根据标定后的第一对应关系和第二对应关系，获得标定后的气体流量与驱动参数在不同的气体压力和气体温度下的对应关系，并将标定后的对应关系进行存储。

需要说明的是，在实际应用中，还可以采用其他任意标定方法，本发明实施例对此没有特别的限定。

在使用气体质量流量控制器控制被控部件的气体流量时，可选的，本实施例提供的气体质量流量控制方法还包括：

根据实时检测的气体温度值的变化，以及预先存储的气体流量与驱动参数在不同的气体压力和气体温度下的对应关系，获得与变化后的气体温度值对应的驱动参数的变化值，并将该变化值输出至流量调节阀，以控制流量调节阀开启与变化值对应的阀门开度。

这样，当气体温度发生变化时，可以通过调用预先存储的上述对应关系，调节驱动参数的大小，以调节气体通道中的气体流量，使之与设定流量值保持一致，从而可以避免气体温度变化对流量稳定性的影响，进而实现对气体流量的稳定控制。

和/或，气体质量流量控制方法还包括：

根据实时检测的气体压力值的变化，以及预先存储的气体流量与驱动参数在不同的气体压力和气体温度下的对应关系，获得与变化后的气体压力值对应的驱动参数的变化值，并将该变化值输出至流量调节阀，以控制该流量调节阀开启与变化值对应的阀门开度。

这样，当气体压力发生波动时，可以通过调用预先存储的上述对应关系，调节驱动参数的大小，以使其与变化后的气体压力值相对应，以调节气体通道中的气体流量，使之与设定流量值保持一致，从而可以避免气体温度变化对流量稳定性的影响，进而实现对气体流量的稳定控制。

综上所述，本发明实施例提供的气体质量流量控制器和气体质量流量控制方法的技术方案中，通过设置压力传感器用于实时检测气体通道中指定位置处的气体压力值，以及设置温度传感器用于实时检测在气体通道的入口处的气体温度值，可以根据气体压力值、气体温度值和设定流量值，直接调用预先存储的气体流量与驱动参数(例如驱动电流)在不同的气体压力和气体温度下的对应关系，获得驱动参数的输出值，并将输出值输出至所述流量调节阀，以控制流量调节阀开启与输出值对应的阀门开度，这种直接调用上述对应关系开启流量控制方法的方式可以实现气体流量控制的快速响应；之后，根据流量传感器实时检测的气体流量值和上述设定流量值，采用预设控制方法计算获得驱动参数的调整值，并将该调整值输出至流量调节阀，以调节所述流量调节阀的阀门开度，使气体通道中的气体流量与设定流量值保持一致，从而可以实现气体流量快速达到稳定。

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)

1.一种气体质量流量控制器，其特征在于，包括主体、设置在所述主体中的气体通道、设置在所述主体上的流量传感器、流量调节阀、压力传感器、温度传感器，以及控制单元；其中，

所述流量传感器用于实时检测所述气体通道中的气体流量值；

所述流量调节阀用于调节所述气体通道中的气体流量；

所述压力传感器用于实时检测所述气体通道中指定位置处的气体压力值；

所述温度传感器用于实时检测在所述气体通道的入口处的气体温度值；

所述控制单元分别与所述流量传感器、流量调节阀、压力传感器和温度传感器连接，用于根据所述气体压力值、所述气体温度值和设定流量值，以及预先存储的气体流量与驱动参数在不同的气体压力和气体温度下的对应关系，获得所述驱动参数的输出值，并将所述输出值输出至所述流量调节阀，以控制所述流量调节阀开启与所述输出值对应的阀门开度；以及，在将所述输出值输出至所述流量调节阀之后，根据实时检测的所述气体流量值和所述设定流量值，采用预设控制方法计算获得所述驱动参数的调整值，并将所述调整值输出至所述流量调节阀，以调节所述流量调节阀的阀门开度，使所述气体通道中的气体流量与所述设定流量值保持一致。

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，所述压力传感器为两个，分别为第一压力传感器和第二压力传感器，所述第一压力传感器和第二压力传感器用于分别实时检测在所述气体通道的入口处和出口处的第一压力值和第二压力值；

所述控制单元还用于计算所述第二压力值与所述第一压力值的比值，并判断所述比值是否大于指定数值；

若是，则根据所述第一压力值、所述第二压力值、所述气体温度值和所述设定流量值，以及预先存储的气体流量与驱动参数在不同的所述气体通道的入口处和出口处的气体压力和气体温度下的对应关系，获得所述驱动参数的输出值；

若否，则根据所述第一压力值、所述气体温度值和所述设定流量值，以及预先存储的气体流量与驱动参数在不同的所述气体通道的入口处的气体压力和气体温度下的对应关系，获得所述驱动参数的输出值。

3.根据权利要求2所述的气体质量流量控制器，其特征在于，所述指定数值为：

其中，r为气体的定压比热容和定容比热容的比值。

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，所述压力传感器为一个，且用于实时检测在所述气体通道的入口处的第一压力值；

所述控制单元还用于根据所述第一压力值、所述气体温度值和所述设定流量值，以及预先存储的气体流量与驱动参数在不同的所述气体通道的入口处的气体压力和气体温度下的对应关系，获得所述驱动参数的输出值。

5.根据权利要求1所述的气体质量流量控制器，其特征在于，所述流量调节阀为比例阀。

6.根据权利要求1所述的气体质量流量控制器，其特征在于，所述控制单元还用于：

根据实时检测的所述气体温度值的变化，以及所述对应关系，获得与变化后的所述气体温度值对应的所述驱动参数的变化值，并将所述变化值输出至所述流量调节阀，以控制所述流量调节阀开启与所述变化值对应的阀门开度；和/或，

根据实时检测的所述气体压力值的变化，以及所述对应关系，获得与变化后的所述气体压力值对应的所述驱动参数的变化值，并将所述变化值输出至所述流量调节阀，以控制所述流量调节阀开启与所述变化值对应的阀门开度。

7.一种气体质量流量控制方法，其特征在于，采用权利要求1-6任意一项所述的气体质量流量控制器控制被控部件的气体流量，所述方法包括：

S1、在接收到设定流量值时，根据检测到的所述气体压力值、所述气体温度值和所述设定流量值，以及预先存储的气体流量与驱动参数在不同的气体压力和气体温度下的对应关系，获得所述驱动参数的输出值，并将所述输出值输出至所述流量调节阀，以控制所述流量调节阀开启与所述输出值对应的阀门开度；

S2、根据实时检测的所述气体流量值和所述设定流量值，采用预设算法计算获得所述驱动参数的调整值，并将所述调整值输出至所述流量调节阀，以调节所述流量调节阀的阀门开度，使所述气体通道中的气体流量与所述设定流量值保持一致。

8.根据权利要求7所述的气体质量流量控制方法，其特征在于，所述压力传感器为两个，分别为第一压力传感器和第二压力传感器，所述第一压力传感器和第二压力传感器用于分别实时检测在所述气体通道的入口处和出口处的第一压力值和第二压力值；

所述步骤S1，具体包括：

S11，在接收到设定流量值时，根据检测到的第一压力值和第二压力值，计算所述第二压力值与所述第一压力值的比值；

S12，判断所述比值是否大于指定数值；若是，则进行步骤S13；若否，则进行步骤S14；

S13，根据所述第一压力值、所述第二压力值、所述气体温度值和所述设定流量值，以及预先存储的气体流量与驱动参数在不同的所述气体通道的入口处和出口处的气体压力和气体温度下的对应关系，获得所述驱动参数的输出值，并进行步骤S15；

S14，根据所述第一压力值、所述气体温度值和所述设定流量值，以及预先存储的气体流量与驱动参数在不同的所述气体通道的入口处的气体压力和气体温度下的对应关系，获得所述驱动参数的输出值，并进行步骤S15；

S15，将所述输出值输出至所述流量调节阀，以控制所述流量调节阀开启与所述输出值对应的阀门开度。

9.根据权利要求7所述的气体质量流量控制方法，其特征在于，所述压力传感器为一个，且用于实时检测在所述气体通道的入口处的第一压力值；

所述步骤S1，具体包括：

根据所述第一压力值、所述气体温度值和所述设定流量值，以及预先存储的气体流量与驱动参数在不同的所述气体通道的入口处的气体压力和气体温度下的对应关系，获得所述驱动参数的输出值，并将所述输出值输出至所述流量调节阀，以控制所述流量调节阀开启与所述输出值对应的阀门开度。

10.根据权利要求7所述的气体质量流量控制方法，其特征在于，所述气体质量流量控制方法还包括：

在设定气体温度值下，标定获得气体流量与驱动参数在不同的气体压力下的第一对应关系；

在设定气体压力值下，标定获得气体流量与驱动参数在不同的气体温度下的第二对应关系；

根据标定后的所述第一对应关系和第二对应关系，获得标定后的所述气体流量与驱动参数在不同的气体压力和气体温度下的对应关系，并将标定后的所述对应关系进行存储。

11.根据权利要求7所述的气体质量流量控制方法，其特征在于，所述气体质量流量控制方法还包括：

根据实时检测的所述气体温度值的变化，以及所述对应关系，获得与变化后的所述气体温度值对应的所述驱动参数的变化值，并将所述变化值输出至所述流量调节阀，以控制所述流量调节阀开启与所述变化值对应的阀门开度；和/或，

根据实时检测的所述气体压力值的变化，以及所述对应关系，获得与变化后的所述气体压力值对应的所述驱动参数的变化值，并将所述变化值输出至所述流量调节阀，以控制所述流量调节阀开启与所述变化值对应的阀门开度。

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