CN118567397A - 气体质量流量控制器及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种气体质量流量控制器及方法，第一压力传感器和第二压力传感器分别检测喉口前端流道的压力和喉口后端流道的压力；第一控制阀和第二控制阀分别调节喉口前端流道和喉口后端流道的气体压力；控制单元，用于在喉口前端流道的压力和喉口后端流道的压力的比值大于设定临界值时，控制第一控制阀的开度，调节喉口前端流道的气体压力；比值小于等于设定临界值时，控制第二控制阀或第一控制阀的开度，调节喉口后端流道或喉口前端流道的气体压力，使喉口后端流道或者喉口前端流道的压力维持在一预设压力值，并控制第一控制阀或第二控制阀调节喉口前端流道或喉口后端流道的气体压力。本方案可以解决现有技术的控制算法复杂，及流量跳变的问题。

Description

气体质量流量控制器及方法

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及方法。

背景技术

在半导体工艺中，需要对进入反应腔的一种或多种反应气体的流量进行精确控制，目前使用气体质量流量控制器(Mass FlowController，MFC)来实现对气体流量进行精确控制，其中，基于压力传感器检测的MFC，因其具有响应速度快、控制精度高、零点漂移小等的优点，目前在半导体领域得到了广泛应用。

基于压力传感器检测的MFC，根据不同的测量原理，又分为压差式MFC和压力式MFC。其中，压力式MFC通过检测喉口(也可以称为截流口)前、后两端压力来确定气体流量，结构相对简单，响应速度快，一致性好。

现有的压力式MFC，其在喉口前端流道的压力和喉口后端流道的压力的比值小于等于设定临界值时，采用下述关系式计算气体通道输出的当前流量值，并根据该当前流量值和设定流量值，调节喉口前端流道的气体压力：

其中，Q_c为气体通道输出的当前流量值；P₁为喉口前端流道的压力；P₂为喉口后端流道的压力；m、n为常数；K为比例常数。

但是，MFC的流量控制范围不同，上述常数m、n的取值也相应的改变，例如，流量控制范围为0至10sccm对应的常数m、n的取值与流量控制范围为0至100sccm或0至1000sccm对应的常数m、n的取值是不同的，如果不同的流量控制范围均选择固定的常数m和n，则会导致不同的流量控制范围的流量控制精度存在偏差。如果根据流量控制范围的变化实时切换常数m、n的取值，则又会导致控制算法复杂，并且在切换过程中有可能会发生流量跳变的现象，从而影响流量控制的精度和稳定性。

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及方法，其可以解决现有技术中存在的控制算法复杂，因切换常数m、n的取值而发生流量跳变的问题，从而可以提高非临界条件下的流量控制的精度和稳定性。

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：

气体通道，所述气体通道包括喉口、喉口前端流道和喉口后端流道；

第一压力传感器和第二压力传感器，分别检测所述喉口前端流道的压力和所述喉口后端流道的压力；

第一控制阀和第二控制阀，分别设置于所述喉口前端流道和所述喉口后端流道上，用于分别调节所述喉口前端流道和所述喉口后端流道的气体压力；

控制单元，用于计算所述喉口前端流道的压力和所述喉口后端流道的压力的比值，在所述比值大于设定临界值时，控制所述第一控制阀的开度，调节所述喉口前端流道的气体压力，使所述气体通道输出的气体流量值达到设定流量值；在所述比值小于等于所述设定临界值时，控制所述第二控制阀的开度，调节所述喉口后端流道的气体压力，使所述喉口后端流道的压力维持在第一预设压力值，并控制所述第一控制阀调节所述喉口前端流道的气体压力，使所述气体通道输出的气体流量值达到所述设定流量值；或者，控制所述第一控制阀的开度，调节所述喉口前端流道的气体压力，使所述喉口前端流道的压力维持在第二预设压力值，并控制所述第二控制阀调节所述喉口后端流道的气体压力，使所述气体通道输出的气体流量值达到所述设定流量值。

可选的，所述控制单元还用于在所述比值小于等于设定临界值时，在所述喉口后端流道的压力维持在所述第一预设压力值的前提下，根据下述关系式计算获得所述气体通道输出的气体的当前流量值，并根据所述当前流量值和所述设定流量值的差值，控制所述第一控制阀的开度，调节所述喉口前端流道的气体压力；

其中，Q为所述气体通道输出的流量值；a，b为相关常数；P₁为所述喉口前端流道的压力；T1为气体温度；x和y是与K相关的常数；K为气体的绝热指数。

可选的，所述控制单元还用于在所述比值小于等于设定临界值时，在所述喉口前端流道的压力维持在所述第二预设压力值的前提下，根据下述关系式计算获得所述气体通道输出的气体的当前流量值，并根据所述当前流量值和所述设定流量值的差值，控制所述第二控制阀的开度，调节所述喉口后端流道的气体压力；

其中，Q为所述气体通道输出的流量值；d，e为相关常数；P₂为所述喉口后端流道的压力；T1为气体温度；β和δ是与K相关的常数；K为气体的绝热指数。

可选的，所述控制单元还用于在所述比值大于设定临界值时，根据下述关系式计算获得所述气体通道输出的气体的当前流量值，并根据所述当前流量值和所述设定流量值的差值，控制所述第一控制阀的开度，调节所述喉口前端流道的气体压力；

其中，Q为所述气体通道输出的流量值；c为相关常数；P₁为所述喉口前端流道的压力；T1为气体温度；K为气体的绝热指数。

可选的，所述第一预设压力值大于与预设的最大混气流量对应的所述喉口后端流道的压力值；所述最大混气流量为多条所述气体通道中的气体流入混气管路中的最大流量。

可选的，所述第二预设压力值大于与预设的所述气体通道输入的气体的最大流量值对应的所述喉口前端流道的压力值。

作为另一个技术方案，本发明还提供一种气体质量流量控制方法，包括：

分别检测气体通道中的喉口前端流道的压力和喉口后端流道的压力；

计算所述喉口前端流道的压力和所述喉口后端流道的压力的比值；

在所述比值大于设定临界值时，控制设置于所述喉口前端流道上的第一控制阀的开度，调节所述喉口前端流道的气体压力，使所述气体通道输出的气体流量值达到设定流量值；

在所述比值小于等于所述设定临界值时，控制设置于所述喉口后端流道上的第二控制阀的开度，调节所述喉口后端流道的气体压力，使所述喉口后端流道的压力维持在第一预设压力值，并控制所述第一控制阀调节所述喉口前端流道的气体压力，使所述气体通道输出的气体流量值达到所述设定流量值；或者，控制设置于所述喉口前端流道上的第一控制阀的开度，调节所述喉口前端流道的气体压力，使所述喉口前端流道的压力维持在第二预设压力值，并控制所述第二控制阀调节所述喉口后端流道的气体压力，使所述气体通道输出的气体流量值达到所述设定流量值。

可选的，在所述比值小于等于设定临界值时，在所述喉口后端流道的压力维持在所述第一预设压力值的前提下，根据下述关系式计算获得所述气体通道输出的气体的当前流量值，并根据所述当前流量值和所述设定流量值的差值，控制所述第一控制阀的开度，调节所述喉口前端流道的气体压力；

其中，Q为所述气体通道输出的流量值；a，b为相关常数；P₁为所述喉口前端流道的压力；T1为气体温度；x和y是与K相关的常数；K为气体的绝热指数。

可选的，在所述比值小于等于设定临界值时，在所述喉口前端流道的压力维持在所述第二预设压力值的前提下，根据下述关系式计算获得所述气体通道输出的气体的当前流量值，并根据所述当前流量值和所述设定流量值的差值，控制所述第二控制阀的开度，调节所述喉口后端流道的气体压力；

其中，Q为所述气体通道输出的流量值；d，e为相关常数；P₂为所述喉口后端流道的压力；T1为气体温度；β和δ是与K相关的常数；K为气体的绝热指数。

可选的，在所述比值大于设定临界值时，根据下述关系式计算获得所述气体通道输出的气体的当前流量值，并根据所述当前流量值和所述设定流量值的差值，控制所述第一控制阀的开度，调节所述喉口前端流道的气体压力；

其中，Q为所述气体通道输出的流量值；c为相关常数；P₁为所述喉口前端流道的压力；T1为气体温度；K为气体的绝热指数。

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及方法的技术方案中，通过在喉口前端流道和喉口后端流道上分别设置第一控制阀和第二控制阀，并通过在喉口前端流道的压力和喉口后端流道的压力的比值，小于等于设定临界值(即，非临界条件)时，控制第一控制阀或第二控制阀的开度，调节喉口前端流道或喉口后端流道的气体压力，使喉口前端流道或喉口后端流道的压力维持在一预设压力值，在此基础上，可以使在对气体通道输出的气体流量进行控制时，只有一个控制变量，即，气体流量与喉口前端流道和喉口后端流道中的一者的压力相关，而与另一者的压力无关，从而可以简化非临界条件下的流量算法，而且适用于不同的流量控制范围，避免发生流量跳变，从而可以提高非临界条件下的流量控制的精度和稳定性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的气体质量流量控制器的原理图；

图2为本发明实施例采用的喉口的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的气体质量流量控制器的应用连接图；

图4为关于气体流量Q与喉口前端流道的压力P₁的曲线图；

图5为不同的喉口后端流道的压力P₂对应不同的关于气体流量Q与喉口前端流道的压力P₁的曲线图；

图6为本发明实施例提供的气体质量流量控制方法的一种流程图；

图7为本发明实施例提供的气体质量流量控制方法的另一种流程图；

图8为本发明实施例提供的气体质量流量控制方法的另一种流程图。

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及方法进行详细描述。

请一并参阅图1和图2，本发明实施例提供的气体质量流量控制器1，包括：气体通道11、第一压力传感器14和第二压力传感器15、第一控制阀12和第二控制阀13以及控制单元18，其中，气体通道11包括喉口11a、喉口前端流道11b和喉口后端流道11c。喉口11a形成气体通道11中最狭窄的部分，喉口前端流道11b为气体通道11的从入口过渡到喉口11a的部分，喉口后端流道11c为气体通道11的从喉口11a过渡到出口的部分。第一压力传感器14和第二压力传感器15分别检测喉口前端流道11b的压力P₁和喉口后端流道11c的压力P₂。可选的，第一压力传感器14为可提取温度信号的压力传感器。具体地，第一压力传感器14包含热敏电阻，第一压力传感器14检测的压力信号通过热敏电阻输出，气体温度的变化会引起电阻值的变化，因此可通过热敏电阻的阻值变化来获得气体温度T1。本领域技术人员应当理解，也可以通过设置独立的温度传感器来获取气体通道中气体的温度。在实际应用中，根据具体需要，第二压力传感器15也可以为可提取温度信号的压力传感器。另外，第一压力传感器14和第二压力传感器15通过传感器驱动电路17与控制单元18连接。传感器驱动电路17根据控制单元18输出的控制信号分别检测喉口前端流道11b的压力和喉口后端流道11c的压力。

第一控制阀12和第二控制阀13分别设置于喉口前端流道11b和喉口后端流道11c上，用于分别调节喉口前端流道11b和喉口后端流道11c的气体压力。第一控制阀12和第二控制阀13均包括阀本体和控制阀驱动单元16，其中，第一控制阀12的阀本体例如设置在气体通道11的入口处，其开度控制流入气体通道11的流量；第二控制阀13的阀本体例如设置在气体通道11的出口处，其开度控制流出气体通道111的流量。第一控制阀12和第二控制阀13的控制阀驱动单元16连接在阀本体与控制单元18之间，控制阀驱动单元16根据控制单元18输出的控制信号控制阀本体的开度。

控制单元18用于计算喉口前端流道11b的压力P₁和喉口后端流道11c的压力P₂的比值，在该比值大于设定临界值时，控制第一控制阀12的开度，调节喉口前端流道11b的气体压力，使气体通道11输出的气体流量值达到设定流量值；在比值小于等于设定临界值时，控制第二控制阀13的开度，调节喉口后端流道11c的气体压力，使喉口后端流道11c的压力P₂维持在第一预设压力值，并控制第一控制阀12调节喉口前端流道11b的气体压力，使气体通道输出的气体流量值达到设定流量值。或者，在比值小于等于设定临界值时，控制单元18用于控制第一控制阀12的开度，调节喉口前端流道11b的气体压力，使喉口前端流道11b的压力维持在第二预设压力值，并控制第二控制阀13调节喉口后端流道11c的气体压力，使气体通道输出的气体流量值达到设定流量值。

本发明实施例提供的气体质量流量控制器1，例如可以应用于半导体工艺设备的气体回路中。具体地，请参阅图3，气源21通过进气管路与气体通道11的入口连接，且在该进气管路上设置有压力调节阀22，用于调节进入进气通道的气体压力。混气管路23的一端与气体通道11的出口连接，另一端与反应腔24的进气口连接，用于将工艺气体(包括一种气体或多种气体的混合)通入反应腔24；反应腔24的出气口与泵组25连接，形成气体回路。

本发明实施例提供的气体质量流量控制器1的流量控制范围(即，流量量程)由气体通道11中的喉口11a决定。在喉口前端流道11b的压力P₁和喉口后端流道11c的压力P₂的比值大于设定临界值时，即，

气体通过喉口11a的流动满足临界条件，此时气体在喉口11a处为音速流动，通过喉口11a的流量不受喉口后端流道的压力P₂的影响。

在喉口前端流道11b的压力P₁和喉口后端流道11c的压力P₂的比值小于等于设定临界值时，即，

气体通过喉口11a的流动为非临界条件，此时气体在喉口11a处为亚音速流动，通过喉口11a的流量与喉口前端流道11b的压力P₁和喉口后端流道的压力P₂均相关，呈非线性关系。

气体通道11输出的气体流量在气体通过喉口11a的流动为临界条件和非临界条件两种情况下满足下述关系式：

其中，A为喉口的横截面积；R为气体常数，R_g为通用气体常数，R_g＝8.314Pa·m³·mol^-1·K^-1，M为气体摩尔质量；T1为气体温度，K为气体的绝热指数，Q为气体通道输出的气体流量，单位是Pa·m³S。

在半导体领域，在气体流量的实际控制过程中，通常会因需要向工艺腔内通入一种气体或多种气体的混合，而导致喉口后端流道11c的压力P₂变化，从而喉口前端流道11b的压力P₁和喉口后端流道11c的压力P₂的比值也随之变化，使得气体通过喉口11a的流动会在临界条件和非临界条件两种情况之间转换，具体来说，由上述关系式可知，在气体通过喉口11a的流动满足临界条件时，气体流量Q与喉口前端流道11b的压力P₁相关，与喉口后端流道11c的压力P₂无关，关于气体流量Q与喉口前端流道11b的压力P₁的曲线如图4所示。当喉口后端流道11c的压力P₂增加到一定量值时，气体通过喉口11a的流动会由临界条件转换为非临界条件，此时通过喉口11a的流量与喉口前端流道11b的压力P₁和喉口后端流道11c的压力P₂均相关，且不同的喉口后端流道11c的压力P₂对应不同的关于气体流量Q与喉口前端流道11a的压力P₁的曲线，例如，如图5所示，多个不同的压力P₂对应七条不同的曲线，P2的压力逐渐增大，流过喉口11a的气体由音速流动变为亚音速流动，其中曲线P2压力1到P2压力6的P2值逐渐增大。

发明人经研究发现，气体通过喉口11a的流动为非临界条件时，为了精确控制气体流量，需要针对不同的喉口后端流道11c的压力P₂，切换不同的关于气体流量Q与喉口前端流道11b的压力P₁的曲线，导致控制算法复杂，而且容易出现因流量跳变而导致流量控制不稳定的情况。为了解决该问题，本发明实施例提供的气体质量流量控制器1，控制单元18通过在气体通过喉口11a的流动为非临界条件时，控制第二控制阀13的开度，调节喉口后端流道11c的气体压力，使喉口后端流道11c的压力维持在第一预设压力值，或者，控制第一控制阀12的开度，调节喉口前端流道11b的气体压力，使喉口前端流道11b的压力维持在第二预设压力值，在此基础上，可以使在对气体通道11输出的气体流量进行控制时，只有一个控制变量，即，气体流量与喉口前端流道11b和喉口后端流道11c中的一者的压力相关，而与另一者的压力无关，从而可以简化非临界条件下的流量算法，而且适用于不同的流量控制范围，避免发生流量跳变，从而可以提高非临界条件下的流量控制的精度和稳定性。

在一些可选的实施例中，控制单元18还用于在上述比值小于等于设定临界值(即，气体通过喉口的流动为非临界条件)时，在喉口后端流道11c的压力维持在第一预设压力值的前提下，根据下述关系式计算获得气体通道11输出的气体的当前流量值，并根据当前流量值和设定流量值的差值，控制第一控制阀12的开度，调节喉口前端流道11b的气体压力，

其中，Q为气体通道输出的流量值；a，b为相关常数，例如与喉口的横截面积、气体常数、气体摩尔质量和气体的绝热指数相关；T1为气体温度；x和y是与K相关的常数；K为气体的绝热指数。

在一些可选的实施例中，控制单元18还用于在上述比值小于等于设定临界值时，在喉口前端流道11b的压力维持在第二预设压力值的前提下，根据下述关系式计算获得气体通道11输出的气体的当前流量值，并根据当前流量值和设定流量值的差值，控制第二控制阀13的开度，调节喉口后端流道11c的气体压力，

其中，Q为气体通道输出的流量值；d，e为相关常数；P₂为喉口后端流道11c的压力；T1为气体温度；β和δ是与K相关的常数；K为气体的绝热指数。

在一些可选的实施例中，控制单元18还用于在上述比值大于设定临界值(即，气体通过喉口的流动为临界条件时，根据下述关系式计算获得气体通道11输出的气体的当前流量值，并根据当前流量值和设定流量值的差值，控制第一控制阀12的开度，调节喉口前端流道11b的气体压力；

其中，Q为气体通道输出的流量值；c为相关常数，例如与喉口的横截面积、气体常数、气体摩尔质量和气体的绝热指数相关；T1为气体温度；K为气体的绝热指数。

在一些可选的实施例中，上述第一预设压力值大于预设的最大混气流量对应的喉口后端流道11c的压力值；该最大混气流量为多条气体通道中的气体流入混气管路23中的最大流量，以保证混气管路23中的气体流量能够达到最大流量值。

在一些可选的实施例中，上述第二预设压力值大于与预设的气体通道11输入的气体的最大流量值对应的喉口前端流道11b的压力值，以保证气体通道11输入的气体流量能够达到最大流量值。

在一些可选的实施例中，控制单元18还用于在上述比值大于设定临界值时，控制第二控制阀13的开度达到全开状态，以保证气体通道输出的气体流量满足要求。

作为另一个技术方案，请参阅图6，本发明实施例还提供一种气体质量流量控制方法，包括：

S1、分别检测气体通道11中的喉口前端流道11b的压力和喉口后端流道11c的压力；

S2、计算喉口前端流道11b的压力和喉口后端流道11c的压力的比值；

在比值大于设定临界值时，执行步骤S3；在比值小于等于设定临界值时，执行步骤S4；

S3、控制设置于喉口前端流道11b上的第一控制阀12的开度，调节喉口前端流道11c的气体压力，使气体通道11输出的气体流量值达到设定流量值；

S4、控制设置于喉口后端流道11c上的第二控制阀13的开度，调节喉口后端流道11c的气体压力，使喉口后端流道11c的压力维持在第一预设压力值，并控制第一控制阀12调节喉口前端流道11b的气体压力，使气体通道11输出的气体流量值达到设定流量值。

上述步骤S4中，通过使喉口后端流道11c的压力维持在第一预设压力值，可以使气体流量与喉口前端流道11b的压力相关，而与喉口后端流道11c的压力无关，但是，在另一些实施例中，如图7所示，本发明实施例还提供另一种气体质量流量控制方法，其同样包括上述步骤S1至步骤S3，而区别仅在于，图7所示的方法中的步骤S4’与图6所示的方法中的步骤S4不同，具体地，

S4’、控制第一控制阀12的开度，调节喉口前端流道11b的气体压力，使喉口前端流道11b的压力维持在第二预设压力值，并控制第二控制阀13调节喉口后端流道11c的气体压力，使气体通道11输出的气体流量值达到设定流量值。也就是说，可以使在对气体通道11输出的气体流量进行控制时，只有一个控制变量，即，气体流量与喉口后端流道11c的压力相关，而与喉口前端流道11b的压力无关，这同样可以简化非临界条件下的流量算法，而且适用于不同的流量控制范围，避免发生流量跳变，从而可以提高非临界条件下的流量控制的精度和稳定性。

在一些可选的实施例中，在比值小于等于设定临界值时，在喉口后端流道11c的压力维持在第一预设压力值的前提下，根据下述关系式计算获得气体通道输出的气体的当前流量值，并根据当前流量值和设定流量值的差值，控制第一控制阀12的开度，调节喉口前端流道11b的气体压力；

其中，Q为气体通道输出的流量值；a，b为相关常数，例如与喉口的横截面积、气体常数、气体摩尔质量和气体的绝热指数相关；T1为气体温度；x和y是与K相关的常数；K为气体的绝热指数。

在一些可选的实施例中，在上述比值小于等于设定临界值时，在喉口前端流道11b的压力维持在第二预设压力值的前提下，根据下述关系式计算获得气体通道11输出的气体的当前流量值，并根据当前流量值和设定流量值的差值，控制第二控制阀13的开度，调节喉口后端流道11c的气体压力；

其中，Q为气体通道11输出的流量值；d，e为相关常数；P₂为喉口后端流道11c的压力；T1为气体温度；β和δ是与K相关的常数；K为气体的绝热指数。

在一些可选的实施例中，在比值大于设定临界值时，根据下述关系式计算获得气体通道11输出的气体的当前流量值，并根据当前流量值和设定流量值的差值，控制第一控制阀12的开度，调节喉口前端流道11b的气体压力；

其中，Q为气体通道11输出的流量值；c为相关常数，例如与喉口的横截面积、气体常数、气体摩尔质量和气体的绝热指数相关；T1为气体温度；K为气体的绝热指数。

在一些可选的实施例中，在分别检测气体通道11中的喉口前端流道11b的压力和喉口后端流道11c的压力之前，控制第二控制阀13的开度达到全开状态。这样，可以在第二控制阀13的开度处于全开状态下，分别检测气体通道11中的喉口前端流道11b的压力和喉口后端流道11c的压力。

在一些可选的实施例中，在比值大于设定临界值时，控制第二控制阀13的开度达到全开状态，以保证气体通道11输出的气体流量满足要求。

在一个具体的实施例中，以图6所示的气体质量流量控制方法为例，本发明实施例提供的气体质量流量控制方法，如图8所示，包括：

S101、输入设定流量值；

S102、控制第二控制阀13的开度处于全开状态；

S103、判断喉口前端流道11b的压力和喉口后端流道11c的压力的比值是否小于等于设定临界值；若否，则执行步骤S104；若是，则执行步骤S106；

S104、控制第一控制阀12的开度，调节喉口前端流道11b的气体压力；

S105、判断气体通道11输出的气体的当前流量值是否等于设定流量值，若否，则返回步骤104；若是，则流程结束；

S106、控制设置于喉口后端流道11c上的第二控制阀13的开度，调节喉口后端流道11c的气体压力，使喉口后端流道11c的压力维持在第一预设压力值，并控制第一控制阀12调节喉口前端流道11b的气体压力；

S107、判断喉口后端流道11c的压力是否等于预设压力值，若否，则返回步骤106；若是，则执行步骤S108；

S108、判断气体通道11输出的气体的当前流量值是否不等于设定流量值，若是，则执行步骤109；若否，则流程结束；

S109、控制第一控制阀12的开度，调节喉口前端流道11b的气体压力，并执行步骤S105。

综上所述，本发明实施例提供的气体质量流量控制器及方法的技术方案中，通过在喉口前端流道和喉口后端流道上分别设置第一控制阀和第二控制阀，并通过在喉口前端流道的压力和喉口后端流道的压力的比值，小于等于设定临界值(即，非临界条件)时，控制第一控制阀或第二控制阀的开度，调节喉口前端流道或喉口后端流道的气体压力，使喉口前端流道或喉口后端流道的压力维持在一预设压力值，在此基础上，可以使在对气体通道输出的气体流量进行控制时，只有一个控制变量，即，气体流量与喉口前端流道和喉口后端流道中的一者的压力相关，而与另一者的压力无关，从而可以简化非临界条件下的流量算法，而且适用于不同的流量控制范围，避免发生流量跳变，从而可以提高非临界条件下的流量控制的精度和稳定性。

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 (10)

1.一种气体质量流量控制器，其特征在于，包括：

气体通道，所述气体通道包括喉口、喉口前端流道和喉口后端流道；

第一压力传感器和第二压力传感器，分别检测所述喉口前端流道的压力和所述喉口后端流道的压力；

第一控制阀和第二控制阀，分别设置于所述喉口前端流道和所述喉口后端流道上，用于分别调节所述喉口前端流道和所述喉口后端流道的气体压力；

控制单元，用于计算所述喉口前端流道的压力和所述喉口后端流道的压力的比值，在所述比值大于设定临界值时，控制所述第一控制阀的开度，调节所述喉口前端流道的气体压力，使所述气体通道输出的气体流量值达到设定流量值；在所述比值小于等于所述设定临界值时，控制所述第二控制阀的开度，调节所述喉口后端流道的气体压力，使所述喉口后端流道的压力维持在第一预设压力值，并控制所述第一控制阀调节所述喉口前端流道的气体压力，使所述气体通道输出的气体流量值达到所述设定流量值；或者，控制所述第一控制阀的开度，调节所述喉口前端流道的气体压力，使所述喉口前端流道的压力维持在第二预设压力值，并控制所述第二控制阀调节所述喉口后端流道的气体压力，使所述气体通道输出的气体流量值达到所述设定流量值。

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，所述控制单元还用于在所述比值小于等于设定临界值时，在所述喉口后端流道的压力维持在所述第一预设压力值的前提下，根据下述关系式计算获得所述气体通道输出的气体的当前流量值，并根据所述当前流量值和所述设定流量值的差值，控制所述第一控制阀的开度，调节所述喉口前端流道的气体压力；

其中，Q为所述气体通道输出的流量值；a，b为相关常数；P₁为所述喉口前端流道的压力；T1为气体温度；x和y是与K相关的常数；K为气体的绝热指数。

3.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在所述比值小于等于设定临界值时，在所述喉口前端流道的压力维持在所述第二预设压力值的前提下，根据下述关系式计算获得所述气体通道输出的气体的当前流量值，并根据所述当前流量值和所述设定流量值的差值，控制所述第二控制阀的开度，调节所述喉口后端流道的气体压力；

其中，Q为所述气体通道输出的流量值；d，e为相关常数；P₂为所述喉口后端流道的压力；T1为气体温度；β和δ是与K相关的常数；K为气体的绝热指数。

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，所述控制单元还用于在所述比值大于设定临界值时，根据下述关系式计算获得所述气体通道输出的气体的当前流量值，并根据所述当前流量值和所述设定流量值的差值，控制所述第一控制阀的开度，调节所述喉口前端流道的气体压力；

其中，Q为所述气体通道输出的流量值；c为相关常数；P₁为所述喉口前端流道的压力；T1为气体温度；K为气体的绝热指数。

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，所述第一预设压力值大于与预设的最大混气流量对应的所述喉口后端流道的压力值；所述最大混气流量为多条所述气体通道中的气体流入混气管路中的最大流量。

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，所述第二预设压力值大于与预设的所述气体通道输入的气体的最大流量值对应的所述喉口前端流道的压力值。

7.一种气体质量流量控制方法，其特征在于，包括：

分别检测气体通道中的喉口前端流道的压力和喉口后端流道的压力；

计算所述喉口前端流道的压力和所述喉口后端流道的压力的比值；

在所述比值大于设定临界值时，控制设置于所述喉口前端流道上的第一控制阀的开度，调节所述喉口前端流道的气体压力，使所述气体通道输出的气体流量值达到设定流量值；

在所述比值小于等于所述设定临界值时，控制设置于所述喉口后端流道上的第二控制阀的开度，调节所述喉口后端流道的气体压力，使所述喉口后端流道的压力维持在第一预设压力值，并控制所述第一控制阀调节所述喉口前端流道的气体压力，使所述气体通道输出的气体流量值达到所述设定流量值；或者，控制设置于所述喉口前端流道上的第一控制阀的开度，调节所述喉口前端流道的气体压力，使所述喉口前端流道的压力维持在第二预设压力值，并控制所述第二控制阀调节所述喉口后端流道的气体压力，使所述气体通道输出的气体流量值达到所述设定流量值。

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，在所述比值小于等于设定临界值时，在所述喉口后端流道的压力维持在所述第一预设压力值的前提下，根据下述关系式计算获得所述气体通道输出的气体的当前流量值，并根据所述当前流量值和所述设定流量值的差值，控制所述第一控制阀的开度，调节所述喉口前端流道的气体压力；

其中，Q为所述气体通道输出的流量值；a，b为相关常数；P₁为所述喉口前端流道的压力；T1为气体温度；x和y是与K相关的常数；K为气体的绝热指数。

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，在所述比值小于等于设定临界值时，在所述喉口前端流道的压力维持在所述第二预设压力值的前提下，根据下述关系式计算获得所述气体通道输出的气体的当前流量值，并根据所述当前流量值和所述设定流量值的差值，控制所述第二控制阀的开度，调节所述喉口后端流道的气体压力；

其中，Q为所述气体通道输出的流量值；d，e为相关常数；P₂为所述喉口后端流道的压力；T1为气体温度；β和δ是与K相关的常数；K为气体的绝热指数。

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，在所述比值大于设定临界值时，根据下述关系式计算获得所述气体通道输出的气体的当前流量值，并根据所述当前流量值和所述设定流量值的差值，控制所述第一控制阀的开度，调节所述喉口前端流道的气体压力；

其中，Q为所述气体通道输出的流量值；c为相关常数；P₁为所述喉口前端流道的压力；T1为气体温度；K为气体的绝热指数。