CN114838789A - 一种用于热式质量流量控制器的气体质量流量校准方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种用于热式质量流量控制器的气体质量流量校准方法，包括：基于标准质量流量控制值以对某一待处理气体的质量流量进行控制，待处理气体与热式质量流量控制器的标定气体不同；采用体积流量计获取待处理气体的质量流量实测值；基于待处理气体的标准质量流量控制值及质量流量实测值获取质量流量校准模型；采用质量流量校准模型对待处理气体的目标质量流量控制值进行校准以获取待处理气体的实际质量流量控制值，并基于实际质量流量控制值对待处理气体的质量流量进行控制。通过本公开提供的方法，有效解决了现有技术中的热式质量流量控制器只能对单一气体的质量流量进行控制的问题。

Description

一种用于热式质量流量控制器的气体质量流量校准方法

技术领域

本发明涉及气体流量控制技术领域，特别涉及一种用于热式质量流量控制器的气体质量流量校准方法。

背景技术

气体分析仪器为保证精确度，必须对其传感器进行校准和检验，此时需要不同浓度的标准气体作为参照标准，但是由于不同分析仪器适应场景不同且传感器量程不同，需要的标准气体的浓度和种类也是多种多样，若购买或配制各种浓度的标准气，成本很高，过程复杂。近几年，动态气体配气仪得到了广泛的应用，其原理是利用高精度的流量控制器，分别控制稀释气和高浓度标气的流量，调节流量比例，得到目标低浓度气体。

热式质量流量控制器是一种体积小、精度高、稳定性好、响应快的流量控制器，非常适用于配气设备。热式质量流量控制器出厂时会用某一种标准气体进行标定，每单位质量流量标定气体对应的热量散失为一个常数，因此热式质量流量控制器可以根据工作过程中检测到的热量，控制标定气体的质量流量。但对于与标定气体不同种类或同一种类不同浓度的其他气体，由于单位质量流量的热量散失与标定气体不同，因此，无法采用同一热式质量流量控制器对其他气体的质量流量进行控制。

发明内容

有鉴于此，本公开提供了一种用于热式质量流量控制器的气体质量流量校准方法，能够有效解决现有技术中的热式质量流量控制器仅能对单一气体进行质量流量控制的缺陷。

根据本公开的第一方面，提供了一种用于热式质量流量控制器的气体质量流量校准方法，包括：

向热式质量流量控制器输入标准质量流量控制值，以对某一待处理气体的质量流量进行控制，所述待处理气体与所述热式质量流量控制器的标定气体不同；

在所述热式质量流量控制器的输出端获取所述待处理气体的质量流量实测值；

基于所述待处理气体的标准质量流量控制值及质量流量实测值获取质量流量校准模型；

采用所述质量流量校准模型对所述待处理气体的目标质量流量控制值进行校准以获取所述待处理气体的实际质量流量控制值，并基于所述实际质量流量控制值对所述待处理气体的质量流量进行控制。

在一些实施例中，所述向热式质量流量控制器输入的标准质量流量控制值可以为一个或多个。

进一步的，所述向热式质量流量控制器输入的多个标准质量流量控制值分别为所述热式质量流量控制器量程值的20％、50％及80％。

在一些实施例中，所述待处理气体与所述热式质量流量控制器的标定气体为不同种类或同一种类不同浓度。

在一些实施例中，采用体积流量计在热式质量流量控制器的输出端获取所述待处理气体的质量流量实测值。

进一步的，所述采用体积流量计在热式质量流量控制器的输出端获取所述待处理气体的质量流量实测值，包括：

标准状况下，所述待处理气体的质量流量实测值为所述体积流量计的读数；

非标准状况下，基于所述体积流量计的读数通过以下公式计算得到所述待处理气体的质量流量实测值：

其中，Q_实测为待处理气体的质量流量实测值，P₁为标准状况下的气体压强，T₁为标准状况下的气体温度，P₂为非标准状况下的气体压强，T₂为非标准状况下的气体温度，Q₂为非标准状况下体积流量计的读数。

在一些实施例中，对所述待处理气体的标准质量流量控制值及质量流量实测值进行线性拟合，获取到质量流量校准模型y＝kx，其中k为常数。

进一步的，采用所述质量流量校准模型对所述待处理气体的目标质量流量控制值进行校准以获取所述待处理气体的实际质量流量控制值，包括：

将所述待处理气体的目标质量流量控制值作为x代入质量流量校准模型y＝kx，得到所述待处理气体的实际质量流量控制值。

本公开基于待处理气体的标准质量流量控制值和质量流量实测值获取质量流量校准模型，以对待处理气体的目标质量流量控制值进行校准进而获取到实际质量流量控制值，并基于实际质量流量控制值对所述待处理气体的质量流量进行控制，有效解决了现有技术中的热式质量流量控制器仅能对单一气体的质量流量进行控制的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。通过附图所示，本申请的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本申请的主旨。

图1为根据本公开实施例提供的一种用于热式质量流量控制器的气体质量流量校准方法的流程图；

图2为根据本公开实施例提供的一种质量流量校准模型的示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中诸如“第一”、“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

下文中将结合附图对本公开的示例性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施例的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中可以做出很多特定于实施例的决定，以便实现开发人员的具体目标，并且这些决定可能会随着实施例的不同而有所改变。

在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本公开，在附图中仅仅示出了与根据本公开的方案密切相关的装置结构，而省略了与本公开关系不大的其他细节。

应理解的是，本公开并不会由于如下参照附图的描述而只限于所描述的实施形式。在本文中，在可行的情况下，实施例可以相互组合、不同实施例之间的特征替换或借用、在一个实施例中省略一个或多个特征。

图1示出了根据本公开实施例提供的一种用于热式质量流量控制器的气体质量流量校准方法100的流程图，该方法具体包括：

步骤110、向热式质量流量控制器输入标准质量流量控制值，以对某一待处理气体的质量流量进行控制，所述待处理气体与所述热式质量流量控制器的标定气体不同。

本公开实施例中，向热式质量流量控制器输入的标准质量流量控制值可以为一个或多个。

为保证本公开提供的校准方法在热式质量流量控制器的整个量程范围内都有较好的校准效果，可以在热式质量流量控制器量程范围的前中后段分别选点作为标准质量流量控制值。优选的，本公开实施例中，向热式质量流量控制器输入的多个标准质量流量控制值可以分别为所述热式质量流量控制器量程值的20％、50％及80％。例如，在热式质量流量控制器的量程值在标准状况下为2L/min时，分别选取0.4L/min、1L/min、1.8L/min作为向该热式质量流量控制器输入的标准质量流量控制值。

值得注意的是，以上对热式质量流量控制器的标准质量流量控制值的确定方法仅为一种示例，其他能够确定热式质量流量控制器的标准质量流量控制值的方法均在本公开的保护范围内。

本公开实施例中，待处理气体与热式质量流量控制器的标定气体为不同种类或同一种类不同浓度。例如，在热式质量流量控制器的标定气体为99.9％浓度的氮气时，所述待处理气体可以是二氧化硫，也可以是60％浓度的氮气。

步骤120、在所述热式质量流量控制器的输出端获取所述待处理气体的质量流量实测值。

本公开实施例中，可以在所述热式质量流量控制器的输出端接一体积流量计，基于体积流量计的读数获取所述待处理气体的质量流量实测值。

在标准状况下，由于气体的体积流量等于质量流量，且体积流量计的测量原理与气体的种类和浓度均不相关，因此，本公开实施例中，可以直接采用所述体积流量计的读数作为待处理气体的质量流量实测值。

在非标准状况下，气体的体积流量与质量流量不相同，根据理想气体状况方程

其中P₁为标准状况下的气体压强，V₁为标准状况下的气体体积，T₁为标准状况下的气体温度，P₂为非标准状况下的气体压强，V₂为非标准状况下的气体体积，T₂为非标准状况下的气体温度；以及体积流量是单位时间内通过流断面的气体体积，在流断面相同的情况下：

其中Q₁为标准状况下的气体的体积流量，Q₂为非标准状况下的气体的体积流量，可得：

也即体积流量计读出的非标准状况下的气体的体积流量可通过上述公式转化为标准状况下的体积流量，而标准状况下气体的体积流量又与质量流量相等，因此可以得到待处理气体的质量流量实测值：

其中，Q_实测为待处理气体的质量流量实测值，P₁为标准状况下的气体压强，T₁为标准状况下的气体温度，P₂为非标准状况下的气体压强，T₂为非标准状况下的气体温度，Q₁为标准状况下的体积流量，Q₂为非标准状况下气体的体积流量，也即非标准状况下体积流量计的读数。

本公开实施例中，标准状况下的气体压强P₁为101.325KPa,气体温度T₁为273K(华式温度)。

步骤130、基于所述待处理气体的标准质量流量控制值及质量流量实测值获取质量流量校准模型；

本公开实施例中，可以是对获取到的一组或多组待处理气体的标准质量流量控制值及质量流量实测值进行线性拟合，获取到质量流量校准模型y＝kx，其中k为常数。例如，在分别选取0.4L/min、1L/min、1.8L/min作为向热式质量流量控制器输入的标准质量流量控制值时，获取到的质量流量实测值分别为0.416L/min、1.034L/min以及1.859L/min，对上述三组数据进行线性拟合，得到的质量流量校准模型为y＝1.033x，其中x为待处理气体的目标质量流量控制值，y为待处理气体的实际质量流量控制值，图2示出了根据本公开实施例提供的质量流量校准模型的示意图。

步骤140、采用所述质量流量校准模型对所述待处理气体的目标质量流量控制值进行校准以获取所述待处理气体的实际质量流量控制值，并基于所述实际质量流量控制值对所述待处理气体的质量流量进行控制。

本公开实施例中，采用所述质量流量校准模型对所述待处理气体的目标质量流量控制值进行校准以获取所述待处理气体的实际质量流量控制值，包括：

将所述待处理气体的目标质量流量控制值作为x代入质量流量校准模型y＝kx，得到所述待处理气体的实际质量流量控制值。例如，假设所述待处理气体的目标质量流量控制值为1.2L/min，在获取到上述质量流量校准模型为y＝1.0333x的情况下，将x＝1.2代入y＝1.0333x，可以得到待处理气体的实际质量流量控制值为1.23996L/min。

本公开实施例中，在获取到待处理气体的实际质量流量控制值后，基于所述实际质量流量控制值对所述待处理气体的质量流量进行控制。由于待处理气体区别于热式质量流量控制器的标定气体，因此采用该热式质量流量控制器对待处理气体的流量进行控制时，将设定的目标质量流量控制值输入热式质量流量控制器后，热式质量流量控制器的输出质量流量难以达到该目标质量流量，但通过采用本公开实施例提供的质量流量校准模型对目标质量流量控制值进行校准得到实际质量流量控制值，再将实际质量流量控制值输入热式质量流量控制器对待处理气体的质量流量进行控制，可以使热式质量流量控制器实际输出的质量流量值趋近于目标质量流量，从而实现使用同一热式质量流量控制器对不同气体的质量流量进行控制。

以上所述实施例，仅为本公开的具体实施方式，用以说明本公开的技术方案，而非对其限制，本公开的保护范围并非局限于此，尽管参照前述实施例对本公开进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本公开实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本公开的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于热式质量流量控制器的气体质量流量校准方法，其特征在于，包括：

向热式质量流量控制器输入标准质量流量控制值，以对某一待处理气体的质量流量进行控制，所述待处理气体与所述热式质量流量控制器的标定气体不同；

在所述热式质量流量控制器的输出端获取所述待处理气体的质量流量实测值；

基于所述待处理气体的标准质量流量控制值及质量流量实测值获取质量流量校准模型；

采用所述质量流量校准模型对所述待处理气体的目标质量流量控制值进行校准以获取所述待处理气体的实际质量流量控制值，并基于所述实际质量流量控制值对所述待处理气体的质量流量进行控制。

2.如权利要求1所述的用于热式质量流量控制器的气体质量流量校准方法，其特征在于，所述向热式质量流量控制器输入的标准质量流量控制值可以为一个或多个。

3.如权利要求2所述的用于热式质量流量控制器的气体质量流量校准方法，其特征在于，所述向热式质量流量控制器输入的多个标准质量流量控制值分别为所述热式质量流量控制器量程值的20％、50％及80％。

4.如权利要求1所述的用于热式质量流量控制器的气体质量流量校准方法，其特征在于，所述待处理气体与所述热式质量流量控制器的标定气体为不同种类或同一种类不同浓度。

5.如权利要求1所述的用于热式质量流量控制器的气体质量流量校准方法，其特征在于，采用体积流量计在热式质量流量控制器的输出端获取所述待处理气体的质量流量实测值。

6.如权利要求5所述的用于热式质量流量控制器的气体质量流量校准方法，其特征在于，所述采用体积流量计在热式质量流量控制器的输出端获取所述待处理气体的质量流量实测值，包括：

标准状况下，所述待处理气体的质量流量实测值为所述体积流量计的读数；

非标准状况下，基于所述体积流量计的读数通过以下公式计算得到所述待处理气体的质量流量实测值：

其中，Q_实测为待处理气体的质量流量实测值，P₁为标准状况下的气体压强，T₁为标准状况下的气体温度，P₂为非标准状况下的气体压强，T₂为非标准状况下的气体温度，Q₂为非标准状况下体积流量计的读数。

7.如权利要求1所述的用于热式质量流量控制器的气体质量流量校准方法，其特征在于，对所述待处理气体的标准质量流量控制值及质量流量实测值进行线性拟合，获取到质量流量校准模型y＝kx，其中k为常数。

8.如权利要求7所述的用于热式质量流量控制器的气体质量流量校准方法，其特征在于，采用所述质量流量校准模型对所述待处理气体的目标质量流量控制值进行校准以获取所述待处理气体的实际质量流量控制值，包括：

将所述待处理气体的目标质量流量控制值作为x代入质量流量校准模型y＝kx，得到所述待处理气体的实际质量流量控制值。

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