CN113867434A - 气体质量流量控制器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种气体质量流量控制器，其中，检测校准模块用于接收输入的待控气体，并将其输送至流量调节模块，且能够检测流经的待控气体的流量实际值；流量调节模块用于输出待控气体，且能够检测和调节待控气体的流量输出值；控制模块用于在检测校准模式下，控制检测校准模块和流量调节模块分别检测流量实际值和流量输出值，并根据二者控制流量调节模块调节其输出的待控气体的流量，以使该流量与流量实际值一致；在实时检测模式下，控制流量调节模块实时检测流量输出值，并根据二者控制流量调节模块调节输出的待控气体的流量，以使该流量与流量设定值一致。本发明提供的气体质量流量控制器，具备自校准功能，从而可以适用于多种不同的气体环境。

Description

气体质量流量控制器

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。

背景技术

气体质量流量控制器(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。

现有的压力式气体质量流量控制器由入口接头、底座、流量调节阀、压力传感器、出口接头及控制单元等组成。压力传感器的检测信号输入给控制单元，控制单元根据用户设定的流量值，控制流量调节阀调节气体流量。

上述压力式气体质量流量控制器在实际应用中不可避免地存在以下问题，即：无法实现自校准，导致气体质量流量控制器在被装入新气体环境时，无法实现自标定，从而无法适用于多种不同的气体环境。

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，其具备自校准功能，从而可以适用于多种不同的气体环境。

为实现本发明的目的而提供一种气体质量流量控制器，包括检测校准模块、流量调节模块和控制模块，其中，所述检测校准模块用于接收输入的待控气体，并将其输送至所述流量调节模块，且能够检测流经的所述待控气体的流量实际值；所述流量调节模块用于输出所述待控气体，且能够检测和调节所述待控气体的流量输出值；

所述控制模块用于选择性地在检测校准模式与实时检测模式之间切换，在所述检测校准模式下，所述控制模块用于控制所述检测校准模块和所述流量调节模块分别检测所述流量实际值和所述流量输出值，并根据所述流量实际值和所述流量输出值，控制所述流量调节模块调节其输出的所述待控气体的流量，以使该流量与所述流量实际值一致；

在所述实时检测模式下，所述控制模块用于控制所述流量调节模块实时检测所述流量输出值，并根据所述流量输出值和预设的流量设定值，控制所述流量调节模块调节输出的所述待控气体的流量，以使该流量与所述流量设定值一致。

可选的，所述检测校准模块包括入口阀组和校准腔，其中，所述入口阀组与所述校准腔的进气端相连通，所述入口阀组用于接收输入的所述待控气体，并能够检测所述校准腔的第一气压值，发送至所述控制模块，以及打开或关闭所述校准腔的进气端；

所述流量调节模块包括出口阀组，所述出口阀组与所述校准腔的出气端相连通，所述出口阀组用于输出所述待控气体，并能够检测所述出口阀组的输出端一侧的第二气压值，发送至所述控制模块，还用于打开或关闭所述校准腔的出气端以及调节所述出口阀组输出的所述待控气体的流量；

在所述检测校准模式下，所述控制模块控制所述入口阀组打开所述校准腔的进气端，并控制所述出口阀组关闭所述校准腔的出气端，以使所述校准腔的压力达到预设气压值；之后，控制所述入口阀组关闭所述校准腔的进气端，并控制所述出口阀组打开所述校准腔的出气端，且控制所述入口阀组实时检测所述第一气压值；根据所述第一气压值以及预设的流量计算公式，计算获得流经所述校准腔的流量用作所述流量实际值；根据所述第二气压值计算获得所述出口阀组输出的流量用作所述流量输出值；

在所述实时检测模式下，所述控制模块控制所述入口阀组始终保持所述校准腔的进气端处于打开状态，并控制所述出口阀组实时检测所述第二气压值；根据所述第二气压值计算获得所述出口阀组输出的流量用作所述流量输出值。

可选的，所述流量计算公式为：

其中，Q1为所述流量实际值；P1t1为在t1时刻的所述第一气压值；P1t2为在t2时刻的所述第一气压值；为t1时刻与t2时刻的时间间隔；K1为常数。

可选的，所述入口阀组包括进气气路、通断阀和第一压力检测单元，其中，

所述进气气路的进气端用于接收输入的所述待控气体，所述进气气路的出气端与所述校准腔的进气端相连通；

所述通断阀用于接通或断开所述进气气路；

所述第一压力检测单元用于检测所述第一压力值，并发送至所述控制模块。

可选的，所述入口阀组还包括第一底座，所述进气气路、所述通断阀和所述第一压力检测单元均设置在所述第一底座上；所述第一底座与所述校准腔的腔体可拆卸地连接；

所述出口阀组还包括第二底座，所述出气气路、所述流量调节阀和所述第二压力检测单元均设置在所述第二底座上；所述第二底座与所述校准腔的腔体可拆卸地连接。

可选的，在所述第一底座上设置有第一安装孔，且对应地在所述校准腔的腔体上设置有第一螺纹孔，所述入口阀组还包括第一螺钉，所述第一螺钉穿过所述第一安装孔与所述第一螺纹孔螺纹连接，以将所述第一底座与所述校准腔的腔体固定连接；

在所述第二底座上设置有第二安装孔，且对应地在所述校准腔的腔体上设置有第二螺纹孔，所述出口阀组还包括第二螺钉，所述第二螺钉穿过所述第二安装孔与所述第二螺纹孔螺纹连接，以将所述第二底座与所述校准腔的腔体固定连接。

可选的，所述通断阀上安装有按通气流量大小划分的多种不同类型的阀口件中的任意一者，且多种不同类型的所述阀口件与所述第一底座之间的配合尺寸一致。

可选的，所述气体质量流量控制器还包括按密封形式划分的多种不同类型的入口接头，多种不同类型的入口接头中的任意一者能够与所述第一底座可拆卸地连接；

所述流量调节阀上安装有按通气流量大小划分的多种不同类型的阀口件中的任意一者，且多种不同类型的所述阀口件与所述第二底座之间的配合尺寸一致。

可选的，所述出口阀组包括出气气路、流量调节阀和第二压力检测单元，其中，

所述出气气路的进气端与所述校准腔的出气端相连通，所述出气气路的出气端用于输出所述待控气体；

所述流量调节阀用于调节所述出气气路输出的所述待控气体的流量；

所述第二压力检测单元用于检测所述出气气路位于所述流量调节阀的输出端一侧的压力用作所述第二气压值，并发送至所述控制模块；

所述气体质量流量控制器还包括按密封形式划分的多种不同类型的带有压力传感器的出口接头和按密封形式划分的多种不同类型的不带有压力传感器的出口接头，其中，

多种不同类型的带有压力传感器的出口接头和多种不同类型的不带有压力传感器的出口接头中的任意一者能够与所述第二底座可拆卸地连接。

可选的，所述校准腔为按容积划分的多种不同类型的所述校准腔中任意一者。

可选的，所述校准腔有两种类型，分别为第一校准腔和第二校准腔，其中，所述第一校准腔适用于第一量程范围和第二量程范围，所述第一量程范围为大于0sccm，且小于等于300sccm；所述第二量程范围为大于300sccm，且小于等于1L；

所述第二校准腔适用于第三量程范围和第四量程范围，所述第三量程范围为大于1SLM，且小于等于10SLM；所述第四量程范围为大于10SLM，且小于等于60SLM。

可选的，所述校准腔中设置有内筛管和套设在所述内筛管周围的外筛管，其中，所述内筛管与所述校准腔的进气端对应设置，所述外筛管与所述校准腔的出气端对应设置，以使流入所述校准腔的所述待控气体能够先通入所述内筛管，后通入外筛管；

所述内筛管和所述外筛管均采用导热的金属材料制作，用以使所述校准腔中的所述待控气体的温度分布均匀。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的气体质量流量控制器，其控制模块用于选择性地在检测校准模式与实时检测模式之间切换，在检测校准模式下，控制模块通过控制检测校准模块和流量调节模块分别检测流量实际值和流量输出值，并根据流量实际值和流量输出值，控制流量调节模块调节其输出的待控气体的流量，以使该流量与流量实际值一致，此模式可以实现自校准功能，对零漂进行补偿。在实时检测模式下，控制模块用于控制流量调节模块实时检测流量输出值，并根据流量输出值和预设的流量设定值，控制流量调节模块调节输出的待控气体的流量，以使该流量与流量设定值一致，此模式可以实现对流量进行精确控制，由此，本发明提供的气体质量流量控制器可以在需要校准时选择检测校准模式，在需要控制流量时选择实时检测模式，从而可以适用于多种不同的气体环境。

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3A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3B为图3A中气体质量流量控制器的结构分解图；

图4A为本发明第二实施例采用的入口阀组的结构分解图；

图4B为本发明第二实施例采用的出口阀组的结构分解图；

图5为本发明第二实施例采用的流量调节阀的多种不同类型的阀口件的结构图；

图6为本发明第二实施例采用的阀口件的装配图；

图7为本发明第二实施例提供的气体质量流量控制器的局部剖视图；

图8A为本发明第三实施例提供的气体质量流量控制器的结构图；

图8B为本发明第三实施例提供的气体质量流量控制器的局部剖视图；

图9A为本发明第三实施例采用的多种不同类型的入口接头或出口接头(不带有压力传感器)的结构图；

图9B为本发明第三实施例采用的多种不同类型的出口接头(带有压力传感器)的结构图；

图9C为本发明第三实施例采用的多种不同类型的适配件的结构图；

图9D为本发明第三实施例提供的气体质量流量控制器在采用带有压力传感器的出口接头时的结构图；

图10为本发明第三实施例采用的入口接头的装配图；

图11A为本发明第三实施例采用的一种校准腔的结构图；

图11B为图11A中校准腔的剖视图；

图12A为本发明第三实施例采用的另一种校准腔的结构图；

图12B为图12A中校准腔的剖视图。

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提供的气体质量流量控制器进行详细描述。

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1，其包括检测校准模块11、流量调节模块12和控制模块13，其中，检测校准模块11用于接收输入的待控气体，并将其输送至流量调节模块12，且检测校准模块11能够检测流经的待控气体的流量实际值；流量调节模块12用于输出上述待控气体，且能够检测和调节该待控气体的流量输出值。

控制模块13用于选择性地在检测校准模式与实时检测模式之间切换，在检测校准模式下，控制模块13用于控制检测校准模块11和流量调节模块12分别检测上述流量实际值和流量输出值，并根据上述流量实际值和流量输出值，控制流量调节模块12调节其输出的待控气体的流量，以使该流量与流量实际值一致；

在实时检测模式下，控制模块13用于控制流量调节模块12实时检测上述流量输出值，并根据该流量输出值和预设的流量设定值，控制流量调节模块12调节输出的上述待控气体的流量，以使该流量与流量设定值一致。

本实施例提供的气体质量流量控制器1，其通过控制模块13选择性地在检测校准模式与实时检测模式之间切换，可以根据具体需要选择进入检测校准模式或者实时检测模式，例如，当需要对气体质量流量控制器1进行标定时，例如在气体质量流量控制器1被更换至不同的气体环境，或者使用了一段时间之后等的情况下，需要对其进行标定，此时可以通过控制模块13切换至检测校准模式，在该模式下，控制模块13通过控制检测校准模块11和流量调节模块12分别检测流量实际值和流量输出值，并通过控制流量调节模块12调节其输出的待控气体的流量，以使该流量与流量实际值一致，可以实现自校准功能，对零漂进行补偿，从而本实施例提供的气体质量流量控制器1可以适用于不同的气体环境，或者使用了一段时间之后等的需要标定的情况。在实际应用中，控制模块13可预先设定的时间间隔自动切换至检测校准模式，或者也可在接收到用户输入的指令时切换至检测校准模式。

又如，当需要使用气体质量流量控制器1进行流量控制时，可以通过控制模块13切换至实时检测模式，在该模式下，控制模块13通过控制流量调节模块12实时检测流量输出值，并根据该流量输出值和预设的流量设定值，控制流量调节模块13调节输出的待控气体的流量，以使该流量与流量设定值一致，可以实现对流量进行精确控制。

由此，本发明提供的气体质量流量控制器可以在需要校准时选择检测校准模式，在需要控制流量时选择实时检测模式，从而可以适用于多种不同的气体环境。

第二实施例

请参阅图2，本实施例提供的气体质量流量控制器1是上述第一实施例的具体实施方式，具体地，检测校准模块11包括入口阀组和校准腔114，其中，入口阀组与校准腔114的进气端相连通，该入口阀组用于接收输入的待控气体，并能够检测校准腔114的第一气压值，发送至控制模块13，以及打开或关闭校准腔114的进气端。

在一些可选的实施例中，上述入口阀组可以包括进气气路111、通断阀112和第一压力检测单元113，其中，进气气路111的进气端用于接收输入的待控气体，进气气路111的出气端与校准腔114的进气端相连通；通断阀112用于接通或断开进气气路111；第一压力检测单元113用于检测上述第一压力值，并发送至控制模块13。

在一些可选的实施例中，第一压力检测单元113包括第一压力传感器P1、信号处理器和A/D转换器，其中，第一压力传感器P1用于检测进气气路111的位于校准腔114的进气端一侧的压力，该压力与校准腔114内的压力相等，即为上述第一气压值；信号处理器用于将第一压力传感器P1检测的第一气压值转换为电信号，并进行放大处理后发送至A/D转换器，A/D转换器用于将模拟信号转换为数字信号，并将数字信号发送至控制模块13。

流量调节模块12包括出口阀组，该出口阀组与校准腔114的出气端相连通，该出口阀组用于输出待控气体，并能够检测出口阀组的输出端一侧的第二气压值，发送至控制模块13，出口阀组还用于打开或关闭校准腔114的出气端以及调节出口阀组输出的待控气体的流量。

在一些可选的实施例中，上述出口阀组包括出气气路121、流量调节阀122和第二压力检测单元123，其中，出气气路121的进气端与校准腔114的出气端相连通，出气气路121的出气端用于输出待控气体；流量调节阀122用于调节出气气路121输出的待控气体的流量；第二压力检测单元123用于检测出气气路121位于流量调节阀122的输出端一侧的压力，该压力即为上述第二气压值，并发送至控制模块13。

在一些可选的实施例中，第二压力检测单元123包括第二压力传感器P2、信号处理器和A/D转换器，其中，第二压力传感器P2用于检测位于流量调节阀122的输出端一侧的压力，即为上述第二气压值；信号处理器用于将第二压力传感器P2检测的第二气压值转换为电信号，并进行放大处理后发送至A/D转换器，A/D转换器用于将模拟信号转换为数字信号，并将数字信号发送至控制模块13。

在上述检测校准模式下，控制模块13控制上述入口阀组打开校准腔114的进气端(即，控制通断阀112接通进气气路111)，并控制上述出口阀组关闭校准腔114的出气端(即，控制流量调节阀122断开出气气路121)，以使校准腔114的压力达到预设气压值；之后，控制模块13控制上述入口阀组关闭校准腔114的进气端(即，控制通断阀112断开进气气路111)，并控制上述出口阀组打开校准腔114的出气端(即，控制流量调节阀122接通出气气路121)，且控制上述入口阀组(即，第一压力检测单元113)实时检测上述第一气压值；控制模块13根据该第一气压值以及预设的流量计算公式，计算获得流经校准腔114的流量，该流量即为上述流量实际值；然后，控制模块13根据出口阀组(即，第二压力检测单元123)检测的上述第二气压值计算获得出口阀组输出的流量，该流量即为上述流量输出值。

需要说明的是，上述预设气压值可以根据具体情况自由设定，只要使校准腔114中压力大于出气气路121中压力，以在进气气路111断开时，保证校准腔114中的气体能够流出即可。

本实施例提供的气体质量流量控制器1，在上述检测校准模式下，通过检测流经上述校准腔114的待控气体的流量实际值作为对气体质量流量控制器1输出的流量进行校准的依据，这种校准方式能够对零漂以及气体腐蚀等的各种复杂环境造成的偏差进行补偿，实现无零漂。

在上述实时检测模式下，控制模块13控制上述入口阀组始终保持校准腔114的进气端处于打开状态(即，控制通断阀112始终处于开启状态，保持接通进气气路111)，并控制上述出口阀组(即，第二压力检测单元123)实时检测上述第二气压值；根据该第二气压值计算获得出口阀组(即，出气气路121)输出的流量，该流量即为上述流量输出值。

具体地，上述流量输出值可以采用下述计算公式计算获得：

Q2＝K2P2

其中，Q2为上述流量输出值；P2为上述第二气压值；K2为常数，该常数的设定与出气气路的体积、气体摩尔质量、气体常数以及气体温度等的参数有关。

由上可知，在上述实时检测模式下，入口阀组仅用于输送待控气体，具体地，通断阀112始终处于开启状态，保持接通进气气路111，且第一压力检测单元113不进行检测。

本实施例提供的气体质量流量控制器1，在上述实时检测模式下，控制模块13通过控制流量出口阀组(即，第二压力检测单元123)实时检测流量输出值，并根据该流量输出值和预设的流量设定值，控制流量调节模块13(即，流量调节阀122)调节输出的待控气体的流量，以使该流量与流量设定值一致，可以实现对流量进行精确控制。而且，由于出口阀组(即，第二压力检测单元123)是通过检测检测出气气路121位于流量调节阀122的输出端一侧的压力，来计算获得上述流量输出值，这种有压力信号参与流量控制的方式，可以有效消除流量波动引起的流量泊松比，使流量不受压力波动影响，从而可以实现对流量的精准控制。

在一些可选的实施例中，上述流量计算公式为：

其中，Q1为上述流量实际值；P1_t1为在t1时刻的上述第一气压值；P1_t2为在t2时刻的上述第一气压值；Δt为t1时刻与t2时刻的时间间隔；K1为常数，在实际应用中，该常数的设定与校准腔的体积、气体摩尔质量、气体常数以及气体温度等的参数有关。

需要说明的是，在实际应用中，在上述检测校准模式下，当控制模块13控制通断阀112断开进气气路111，并控制流量调节阀122接通出气气路121之后，在指定时间段内控制第一压力检测单元113实时检测上述第一气压值；并从该指定时间段内任意选取t1时刻和t2时刻对应的上述第一气压值代入上述流量计算公式。

在一些可选的实施例中，控制模块13根据上述第二气压值计算获得上述流量输出值的方式具体可以为：

计算获得校准系数K3，该校准系数K3满足下述公式：

其中，Q1为上述流量实际值；Q2为上述流量输出值。

控制模块13根据计算获得的校准系数K3控制流量调节阀122调节出气气路121输出的待控气体的流量，以使该流量与流量实际值Q1一致。

在一些可选的实施例中，本实施例提供的气体质量流量控制器1还包括入口接头14和出口接头15，其中，入口接头14与进气气路111连通，用于实现待控气体的气源端与进气气路111的连通；出口接头15与出气气路121连通，用于实现待控气体接收端与出气气路121的连通。

在一些可选的实施例中，请一并参阅图3A、图3B、图4A和图4B，本实施例提供的气体质量流量控制器1，其可以实现高度模块化，各模块之间的连接具有通用互换性，可以根据不同需求选择不同类型的模块组装在一起。具体地，如图3B所示，通断阀112、流量调节阀122、校准腔114、控制模块13、入口接头14以及出口接头15中的任意一者均构成一独立模块，这些模块之间允许相互组装或拆卸，并且每个独立模块可以配备有多种不同类型，由此，根据不同需求(例如流量量程范围、接头形式等)，可以针对每个独立模块选择所需的类型或规格，然后将所选择的各个独立模块组装在一起，从而可以满足不同的需求，实现功能多样化。

在一些可选的实施例中，如图4A所示，上述入口阀组还包括第一底座115，上述进气气路111、通断阀112和第一压力检测单元113均设置在第一底座115上。具体地，上述进气气路111例如为形成在第一底座115中的进气通道；通断阀112例如为电磁阀，该电磁阀包括第一阀口件112a、第一阀芯112b和电磁驱动件112c，如图6所示，第一阀口件112a和第一阀芯112b装配在第一底座115上，电磁驱动件112c在通电时会对第一阀芯112b产生吸力，以使第一阀芯112b与第一阀口件112a分离形成一定的开度，从而使进气气路111被接通。需要说明的是，在本实施例中，通断阀112仅用于接通或断开进气气路111，在这种情况下，可以通过电磁驱动件112c驱动第一阀芯112b与第一阀口件112a分离至最大开度即可实现进气气路111的接通。当然，在实际应用中，如果有需要调节进气气路111中的气体流量的情况，也可以利用通断阀112进行调节。

而且，如图7所示，上述第一底座115与校准腔114的腔体114a可拆卸地连接。这样，可以实现通断阀112与校准腔114的相互组装或拆卸，以使二者可以根据不同需求各自选择相应的型号或规格。上述第一底座115与校准腔114的腔体114a可拆卸地连接的方式可以有多种，例如，在第一底座115上设置有第一安装孔，且对应地在校准腔114的腔体114a上设置有第一螺纹孔，上述入口阀组还包括第一螺钉116，该第一螺钉116穿过上述第一安装孔与第一螺纹孔螺纹连接，以将第一底座115与校准腔114的腔体114a固定连接。在实际应用中，不同类型的通断阀112可以均采用同一规格的第一安装孔，不同类型的校准腔114也采用同一规格的第一螺纹孔，以实现不同类型的通断阀112之间，以及不同类型的校准腔114之间的通用互换性。

在一些可选的实施例中，上述通断阀112上安装有按通气流量大小划分的多种不同类型的第一阀口件112a中的任意一者，且多种不同类型的第一阀口件112a与第一底座115之间的配合尺寸一致。也就是说，上述通断阀112配备有按通气流量大小划分的多种不同类型的第一阀口件112a，可以根据具体需要选择其中一种第一阀口件112a安装在第一底座115上。并且，通过使不同类型的第一阀口件112a与第一底座115之间的配合尺寸一致，可以实现不同类型的第一阀口件112a之间的通用互换性。例如，如图5中的图(a)-图(d)所示，按通气流量大小可以划分为四个第一阀口件112a，这四个第一阀口件112a上的过气孔的尺寸不同，且尺寸越大，则流量越大；反之，则越小。具体地，四个第一阀口件112a上的过气孔的尺寸由图(a)至图(d)逐渐增大，在使用时，可以将气体质量流量控制器1的量程范围划分为四种，分别为超低流量、低流量、中流量和高流量，这四种量程范围分别对应上述四个第一阀口件112a。由此，可以根据待控气体的量程范围选择相应类型的第一阀口件112a。

在一些可选的实施例中，如图6所示，第一阀口件112a的轮廓尺寸包括最小轮廓部分的直径d1、最大轮廓部分的直径d2和最大轮廓部分的高度h，其中，最小轮廓部分的直径d1与密封圈116的内径相适配，以实现最小轮廓部分的外周壁与密封圈116的内周壁相配合；最大轮廓部分的直径d2与第一底座115的用于容置第一阀口件112a的凹槽的内径相适配，以实现最大轮廓部分的外周壁与第一阀口件112a的凹槽的内周壁相配合；最大轮廓部分的高度h与第一底座115的用于容置第一阀口件112a的凹槽的深度相适配，以实现最大轮廓部分能够完全被容置在第一阀口件112a的凹槽中。由此可知，不同类型的第一阀口件112a可以均采用相同的直径d1、直径d2和高度h，这三个尺寸保持一致，即可实现不同类型的第一阀口件112a之间的通用互换性。

需要说明的是，在需要更换第一阀口件112a时，可以先将上述通断阀112整体拆卸下来，然后对第一阀口件112a进行更换，在更换完成之后，再将更换后的通断阀112整体安装在校准腔114上。

与上述入口阀组相类似的，在一些可选的实施例中，如图4B所示，上述出口阀组还包括第二底座124，上述出气气路121、流量调节阀122和第二压力检测单元123均设置在第二底座124上。具体地，上述出气气路121例如为形成在第二底座124中的出气通道；流量调节阀122例如为电磁阀，该电磁阀包括第二阀口件122a、第二阀芯122b和电磁驱动件122c，三者的安装方式与图6中通断阀112的安装方式相同，在此不再重复描述。电磁驱动件122c在通电时会对第二阀芯122b产生吸力，以使第二阀芯122b与第二阀口件122a分离形成一定的开度，通过调节该开度的大小，即可实现对出气气路121的气体流量的调节。

而且，如图7所示，上述第二底座124与校准腔114的腔体114a可拆卸地连接。这样，可以实现流量调节阀122与校准腔114的相互组装或拆卸，以使二者可以根据不同需求各自选择相应的型号或规格。上述第二底座124与校准腔114的腔体114a可拆卸地连接的方式可以有多种，例如，在第二底座124上设置有第二安装孔，且对应地在校准腔114的腔体114a上设置有第二螺纹孔，上述出口阀组还包括第二螺钉125，该第二螺钉125穿过上述第二安装孔与第二螺纹孔螺纹连接，以将第二底座124与校准腔114的腔体114a固定连接。在实际应用中，不同类型的流量调节阀122可以均采用同一规格的第二安装孔，不同类型的校准腔114也采用同一规格的第二螺纹孔，以实现不同类型的流量调节阀122之间，以及不同类型的校准腔114之间的通用互换性。

与上述入口阀组相类似的，在一些可选的实施例中，上述流量调节阀122上安装有按通气流量大小划分的多种不同类型的第二阀口件122a中的任意一者，且多种不同类型的第二阀口件122a与第二底座124之间的配合尺寸一致。也就是说，上述流量调节阀122配备有按通气流量大小划分的多种不同类型的第二阀口件122a，可以根据具体需要选择其中一种第二阀口件122a安装在第二底座124上。并且，通过使不同类型的第二阀口件122a与第二底座124之间的配合尺寸一致，可以实现不同类型的第二阀口件122a之间的通用互换性。例如，第二阀口件122a同样可以分为四种，例如与图5中的图(a)-图(d)所示的四个第一阀口件112a的结构相同，这四个第二阀口件122a上的过气孔的尺寸不同，且尺寸越大，则流量越大；反之，则越小。具体地，在使用时，可以将气体质量流量控制器1的量程范围划分为四种，分别为超低流量、低流量、中流量和高流量，这四种量程范围分别对应上述四个第二阀口件122a。由此，可以根据待控气体的量程范围选择相应类型的第二阀口件122a。

在一些可选的实施例中，与图6所示的第一阀口件112a相同的，第二阀口件122a的轮廓尺寸同样包括最小轮廓部分的直径d1、最大轮廓部分的直径d2和最大轮廓部分的高度h，其中，最小轮廓部分的直径d1与密封圈116的内径相适配，以实现最小轮廓部分的外周壁与密封圈116的内周壁相配合；最大轮廓部分的直径d2与第二底座124的用于容置第二阀口件122a的凹槽的内径相适配，以实现最大轮廓部分的外周壁与第二阀口件122a的凹槽的内周壁相配合；最大轮廓部分的高度h与第二底座124的用于容置第二阀口件122a的凹槽的深度相适配，以实现最大轮廓部分能够完全被容置在第二阀口件122a的凹槽中。由此可知，不同类型的第二阀口件122a可以均采用相同的直径d1、直径d2和高度h，这三个尺寸保持一致，即可实现不同类型的第二阀口件122a之间的通用互换性。

需要说明的是，在需要更换第二阀口件122a时，可以先将上述流量调节阀122整体拆卸下来，然后对第二阀口件122a进行更换，在更换完成之后，再将更换后的流量调节阀122整体安装在校准腔114上。

第三实施例

请一并参阅图8A和图8B，本实施例提供的气体质量流量控制器1’，其是在上述第二实施例的基础上所做的改进，具体地，在上述第一实施例采用的气体质量流量控制器1的基础上，本实施例提供的气体质量流量控制器1’还包括入口适配模块16，该入口适配模块16包括适配件，该适配件中设置有进气通道(图中未示出)，该进气通道的进气端用于接收输入的待控气体，该进气通道的出气端用于与上述出口阀组的进气端(即，第二底座124中的出气通道的进气端)相连通；上述适配件与上述出口阀组(即，第二底座124)可拆卸地连接。这样，可以实现适配件与出口阀组的相互组装或拆卸，以可以根据不同需求选择安装入口适配模块16或者入口阀组(和校准腔114)。上述适配件与上述出口阀组可拆卸地连接的方式可以有多种，例如，在适配件上设置有第三螺纹孔，该第三螺纹孔的尺寸和位置与上述第二螺纹孔的尺寸和位置相同。并且，将上述第二螺钉125穿过上述第二安装孔与第三螺纹孔螺纹连接，以将上述适配件与第二底座124固定连接。

需要说明的是，如图8A和图8B所示，气体质量流量控制器1’中是将入口适配模块16与第二底座124可拆卸地连接，而将上述入口阀组(包括进气气路111、通断阀112和第一压力检测单元113)和校准腔114替换下来，在这种情况下，待控气体通过入口适配模块16的适配件中的进气通道直接流入出口阀组，此时入口适配模块16的作用是将待控气体输送至出口阀组，从而气体质量流量控制器1’不具备自校准的功能。

通过使入口适配模块16与第二底座124可拆卸地连接，可以根据具体需要选择将入口适配模块16和上述入口阀组(和校准腔114)中的其中一者安装在第二底座124上。在实际应用中，若需要气体质量流量控制器具备自校准功能，则选择将入口阀组(和校准腔114)安装在第二底座124上；若需要气体质量流量控制器仅具备流量控制功能即可，则选择将入口适配模块16安装在第二底座124上。由此，入口适配模块16和上述入口阀组(和校准腔114)中的其中一者可以作为备用件使用，用户可以根据自身需要配备其中至少一者，从而可以提高产品配置的灵活性。

在一些可选的实施例中，气体质量流量控制器1’还包括按密封形式划分的多种不同类型的入口接头14，多种不同类型的入口接头14中的任意一者能够与入口适配模块16的适配件可拆卸地连接。当然，若安装的是入口阀组(和校准腔114)，则入口接头14与该入口阀组的第一底座115可拆卸地连接。

也就是说，气体质量流量控制器1’配备有按密封形式划分的多种不同类型的入口接头14，可以根据具体需要选择其中一种入口接头14安装在入口适配模块16的适配件(或者入口阀组的第一底座115)上。并且，通过使不同类型的入口接头14与适配件(或者第一底座115)之间的配合尺寸一致，可以实现不同类型的入口接头14之间的通用互换性。

具体地，如图10所示，以入口接头14与第一底座115可拆卸地连接为例，在入口接头14中设置有第三安装孔，且对应地在第一底座115上设置有第四螺纹孔，上述入口接头14还包括第三螺钉142，该第三螺钉142穿过上述第三安装孔与第四螺纹孔螺纹连接，以将入口接头14与第一底座115固定连接。另外，在入口接头14与第一底座115之间还设置有密封件141，用以对入口接头14中的通道与第一底座115中的进气通道的连接处进行密封。

与入口接头14相类似的，气体质量流量控制器1’还包括按密封形式划分的多种不同类型的不带有压力传感器的出口接头15，多种不同类型的不带有压力传感器的出口接头15中的任意一者能够与出口阀组的第二底座124可拆卸地连接。也就是说，气体质量流量控制器1’配备有按密封形式划分的多种不同类型的不带有压力传感器的出口接头15，可以根据具体需要选择其中一种不带有压力传感器的出口接头15安装在出口阀组的第二底座124上。并且，通过使不同类型的不带有压力传感器的出口接头15与第二底座124之间的配合尺寸一致，可以实现不同类型的不带有压力传感器的出口接头15之间的通用互换性。例如，如图9A中的图a)至图b)所示，上述入口接头14和不带有压力传感器的出口接头15均可以按密封形式划分为三种类型，分别为VCR接头、C seal接头和W seal接头。当然，在实际应用中，入口接头或出口接头的类型并不局限于此三种类型，本发明对此没有特别的限制。

在一些可选的实施例中，针对检测出口接头15的出气端一侧的压力的需求，气体质量流量控制器还可以包括多种不同类型的带有压力传感器的出口接头，例如图9D中示出的气体质量流量控制器1，其出口接头15上带有压力传感器15a，用于检测出口接头15的出气端一侧的压力，根据该压力可以作为评估气体质量流量控制器1的流量控制精度的参数之一。如图9B中的图a)至图b)所示，带有压力传感器的出口接头15均可以按密封形式划分为三种类型，分别为VCR接头、C seal接头和W seal接头。当然，在实际应用中，带有压力传感器的出口接头15的类型并不局限于此三种类型，本发明对此没有特别的限制。

需要说明的是，为了与不同类型的入口接头14相适配，气体质量流量控制器也需要配备多种不同类型的入口适配模块16的适配件。例如，如图9C中的图a)至图b)所示，针对如图9A中的图a)至图b)所示的三种入口接头14，入口适配模块16的适配件对应划分为三种类型，分别为VCR适配件、C seal适配件和W seal适配件。

在一些可选的实施例中，校准腔114为按容积划分的多种不同类型的校准腔114中任意一者。也就是说，气体质量流量控制器配备有多种不同类型的校准腔114，可以根据具体需要选择其中一种校准腔114与入口阀组以及出口阀组组装在一起。

例如，校准腔可以有两种类型，分别为第一校准腔和第二校准腔，其中，图11A示出了第一校准腔的腔体114a的外部结构，图11B示出了该第一校准腔的腔体114a的内部结构。可选的，该第一校准腔中设置有内筛管114c和套设在该内筛管114c周围的外筛管114b，其中，内筛管114c与第一校准腔的进气端114d对应设置，外筛管114b与第一校准腔的出气端114e对应设置，以使流入第一校准腔的待控气体能够先通入内筛管114c，后通入外筛管114b。并且，内筛管114c和外筛管114b均采用导热的金属材料制作。借助内筛管114c和外筛管114b，可以提高待控气体的热交换效率，有助于使第一校准腔内的气体温度分布均匀，从而使气体状态不受温度影响。

在一些可选的实施例中，上述第一校准腔适用于气体质量流量控制器的第一量程范围和第二量程范围，其中，该第一量程范围为大于0sccm，且小于等于300sccm；第二量程范围为大于300sccm，且小于等于1L。由此，上述第一校准腔可以适用于量程范围相对较小的情况。

图12A示出了第二校准腔的腔体114a’的外部结构，图12B示出了该第二校准腔的腔体114a’的内部结构。与上述第一校准腔相类似的，该第二校准腔中同样可以设置有内筛管114c’和套设在该内筛管114c’周围的外筛管114b’，其中，内筛管114c’与第二校准腔的进气端114d’对应设置，外筛管114b’与第二校准腔的出气端114e’对应设置，以使流入第二校准腔的待控气体能够先通入内筛管114c’，后通入外筛管114b’。并且，内筛管114c’和外筛管114b’均采用导热的金属材料制作。借助内筛管114c’和外筛管114b’，可以提高待控气体的热交换效率，有助于使第二校准腔内的气体温度分布均匀，从而使气体状态不受温度影响。

在一些可选的实施例中，上述第二校准腔适用于气体质量流量控制器的第三量程范围和第四量程范围，其中，第三量程范围为大于1SLM，且小于等于10SLM；第四量程范围为大于10SLM，且小于等于60SLM。由此，上述第二校准腔可以适用于量程范围相对较大的情况。

在实际应用中，校准腔的类型并不局限于上述两种类型，本发明对此没有特别的限制。并且，不同类型的校准腔分别与入口阀组以及出口阀组的接口一致，以实现不同类型的校准腔之间的通用互换性。

在实际应用中，校准腔的容积V是固定值，且可以采用下述公式计算获得：

V＝Q×RT(M×(P1_t1-P1_t2)/Δt)

其中，Q为气体质量流量控制器的满量程(可用标准量具测量)；P1_t1为在t1时刻的上述第一气压值；P1_t2为在t2时刻的上述第一气压值；Δt为t1时刻与t2时刻的时间间隔；R为通用气体常数；T为校准腔中的气体温度。

基于上述公式，可以根据具体的气体质量流量控制器的量程范围计算获得校准腔的容积V，可以以此作为选择相应类型的校准腔的依据。

综上所述，本发明上述各个实施例提供的气体质量流量控制器，其可以根据具体需求灵活地对各个模块进行配置，以满足不同的功能。例如，可以将各个模块组合为三种配置，分别为“基础配置”、“简易配置”及“优化配置”。

具体来说，采用“基础配置”的气体质量流量控制器如图3A所示，该气体质量流量控制器包括入口阀组、校准腔114、出口阀组、控制模块13、入口接头14和不带压力传感器的出口接头15。该气体质量流量控制器具备自校准功能和流量控制功能，可以在需要校准时选择检测校准模式，在需要控制流量时选择实时检测模式，适用于多种不同的气体环境。

可选的，上述入口适配模块16可以作为备用件使用，以在需要时替换上述入口阀组和校准腔114。上述带有压力传感器的出口接头15可以作为备用件使用，以在需要时替换上述不带压力传感器的出口接头15。

采用“简易配置”的气体质量流量控制器如图8A所示，该气体质量流量控制器包括入口适配模块16、出口阀组、控制模块13、入口接头14和不带压力传感器的出口接头15。该气体质量流量控制器只具备流量控制功能。可选的，上述入口阀组和校准腔114可以作为备用件使用，以在需要自校准时替换入口适配模块16。上述带有压力传感器的出口接头15可以作为备用件使用，以在需要时替换上述不带压力传感器的出口接头15。

采用“优化配置”的气体质量流量控制器如图9D所示，该气体质量流量控制器包括入口阀组、校准腔114、出口阀组、控制模块13、入口接头14和带有压力传感器15a的出口接头15。该气体质量流量控制器具备自校准功能、流量控制功能和下游压力检测功能。该下游压力检测功能即利用压力传感器15a检测出口接头15的出气端一侧的压力，根据该压力可以作为评估气体质量流量控制器1的流量控制精度的参数之一。

可选的，上述入口适配模块16可以作为备用件使用，以在需要时替换上述入口阀组和校准腔114。上述不带有压力传感器的出口接头15可以作为备用件使用，以在需要时替换上述带压力传感器的出口接头15。

由上可知，通过将各个模块以不同的方式进行组合，可以在不同的配置之间进行“切换”，以实现不同的功能，从而具备较高的互换性，能够满足多种不同的需求。

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，包括检测校准模块、流量调节模块和控制模块，其中，所述检测校准模块用于接收输入的待控气体，并将其输送至所述流量调节模块，且能够检测流经的所述待控气体的流量实际值；所述流量调节模块用于输出所述待控气体，且能够检测和调节所述待控气体的流量输出值；

所述控制模块用于选择性地在检测校准模式与实时检测模式之间切换，在所述检测校准模式下，所述控制模块用于控制所述检测校准模块和所述流量调节模块分别检测所述流量实际值和所述流量输出值，并根据所述流量实际值和所述流量输出值，控制所述流量调节模块调节其输出的所述待控气体的流量，以使该流量与所述流量实际值一致；

在所述实时检测模式下，所述控制模块用于控制所述流量调节模块实时检测所述流量输出值，并根据所述流量输出值和预设的流量设定值，控制所述流量调节模块调节输出的所述待控气体的流量，以使该流量与所述流量设定值一致。

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，所述检测校准模块包括入口阀组和校准腔，其中，所述入口阀组与所述校准腔的进气端相连通，所述入口阀组用于接收输入的所述待控气体，并能够检测所述校准腔的第一气压值，发送至所述控制模块，以及打开或关闭所述校准腔的进气端；

所述流量调节模块包括出口阀组，所述出口阀组与所述校准腔的出气端相连通，所述出口阀组用于输出所述待控气体，并能够检测所述出口阀组的输出端一侧的第二气压值，发送至所述控制模块，还用于打开或关闭所述校准腔的出气端以及调节所述出口阀组输出的所述待控气体的流量；

在所述检测校准模式下，所述控制模块控制所述入口阀组打开所述校准腔的进气端，并控制所述出口阀组关闭所述校准腔的出气端，以使所述校准腔的压力达到预设气压值；之后，控制所述入口阀组关闭所述校准腔的进气端，并控制所述出口阀组打开所述校准腔的出气端，且控制所述入口阀组实时检测所述第一气压值；根据所述第一气压值以及预设的流量计算公式，计算获得流经所述校准腔的流量用作所述流量实际值；根据所述第二气压值计算获得所述出口阀组输出的流量用作所述流量输出值；

在所述实时检测模式下，所述控制模块控制所述入口阀组始终保持所述校准腔的进气端处于打开状态，并控制所述出口阀组实时检测所述第二气压值；根据所述第二气压值计算获得所述出口阀组输出的流量用作所述流量输出值。

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，所述流量计算公式为：

其中，Q1为所述流量实际值；P1_t1为在t1时刻的所述第一气压值；P1_t2为在t2时刻的所述第一气压值；Δt为t1时刻与t2时刻的时间间隔；K1为常数。

4.根据权利要求2所述的气体质量流量控制器，其特征在于，所述入口阀组包括进气气路、通断阀和第一压力检测单元，其中，

所述进气气路的进气端用于接收输入的所述待控气体，所述进气气路的出气端与所述校准腔的进气端相连通；

所述通断阀用于接通或断开所述进气气路；

所述第一压力检测单元用于检测所述第一压力值，并发送至所述控制模块。

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，所述入口阀组还包括第一底座，所述进气气路、所述通断阀和所述第一压力检测单元均设置在所述第一底座上；所述第一底座与所述校准腔的腔体可拆卸地连接；

所述出口阀组还包括第二底座，所述出气气路、所述流量调节阀和所述第二压力检测单元均设置在所述第二底座上；所述第二底座与所述校准腔的腔体可拆卸地连接。

6.根据权利要求5所述的气体质量流量控制器，其特征在于，在所述第一底座上设置有第一安装孔，且对应地在所述校准腔的腔体上设置有第一螺纹孔，所述入口阀组还包括第一螺钉，所述第一螺钉穿过所述第一安装孔与所述第一螺纹孔螺纹连接，以将所述第一底座与所述校准腔的腔体固定连接；

在所述第二底座上设置有第二安装孔，且对应地在所述校准腔的腔体上设置有第二螺纹孔，所述出口阀组还包括第二螺钉，所述第二螺钉穿过所述第二安装孔与所述第二螺纹孔螺纹连接，以将所述第二底座与所述校准腔的腔体固定连接。

7.根据权利要求5所述的气体质量流量控制器，其特征在于，所述通断阀上安装有按通气流量大小划分的多种不同类型的阀口件中的任意一者，且多种不同类型的所述阀口件与所述第一底座之间的配合尺寸一致。

8.根据权利要求5所述的气体质量流量控制器，其特征在于，所述气体质量流量控制器还包括按密封形式划分的多种不同类型的入口接头，多种不同类型的入口接头中的任意一者能够与所述第一底座可拆卸地连接；

所述流量调节阀上安装有按通气流量大小划分的多种不同类型的阀口件中的任意一者，且多种不同类型的所述阀口件与所述第二底座之间的配合尺寸一致。

9.根据权利要求2所述的气体质量流量控制器，其特征在于，所述出口阀组包括出气气路、流量调节阀和第二压力检测单元，其中，

所述出气气路的进气端与所述校准腔的出气端相连通，所述出气气路的出气端用于输出所述待控气体；

所述流量调节阀用于调节所述出气气路输出的所述待控气体的流量；

所述第二压力检测单元用于检测所述出气气路位于所述流量调节阀的输出端一侧的压力用作所述第二气压值，并发送至所述控制模块；

所述气体质量流量控制器还包括按密封形式划分的多种不同类型的带有压力传感器的出口接头和按密封形式划分的多种不同类型的不带有压力传感器的出口接头，其中，

多种不同类型的带有压力传感器的出口接头和多种不同类型的不带有压力传感器的出口接头中的任意一者能够与所述第二底座可拆卸地连接。

10.根据权利要求2所述的气体质量流量控制器，其特征在于，所述校准腔为按容积划分的多种不同类型的所述校准腔中任意一者。

11.根据权利要求10所述的气体质量流量控制器，其特征在于，所述校准腔有两种类型，分别为第一校准腔和第二校准腔，其中，所述第一校准腔适用于第一量程范围和第二量程范围，所述第一量程范围为大于0sccm，且小于等于300sccm；所述第二量程范围为大于300sccm，且小于等于1L；

所述第二校准腔适用于第三量程范围和第四量程范围，所述第三量程范围为大于1SLM，且小于等于10SLM；所述第四量程范围为大于10SLM，且小于等于60SLM。

12.根据权利要求10或11所述的气体质量流量控制器，其特征在于，所述校准腔中设置有内筛管和套设在所述内筛管周围的外筛管，其中，所述内筛管与所述校准腔的进气端对应设置，所述外筛管与所述校准腔的出气端对应设置，以使流入所述校准腔的所述待控气体能够先通入所述内筛管，后通入外筛管；

所述内筛管和所述外筛管均采用导热的金属材料制作，用以使所述校准腔中的所述待控气体的温度分布均匀。

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