KR20230161455A - 비선형성 성분 함수들을 활용한 질량 유량 제어기 - Google Patents

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KR20230161455A
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Abstract

질량 유량 제어기들 및 질량 유량 제어기들을 제어하기 위한 방법들이 개시된다. 방법은 질량 유량 제어기의 열 질량 유량 센서를 통해 가스를 제공하는 단계 및 유동 신호를 생성하기 위해 열 질량 유량 센서로부터의 센서 신호를 처리하는 단계를 포함한다. 총 비선형성 특성 함수는 유동 신호에 대한 비선형성 효과들에 기초하여 결정되고, 각각 비선형성의 제1 및 제2 소스에 기초한 제1 및 제2 비선형성 성분 함수를 포함한다. 총 비선형성 특성 함수가 교정되고, 제1 비선형성 성분 함수는 비선형성의 제1 소스에서의 변화들에 응답하여 조정되고, 그 후에 총 비선형성 특성 함수가 갱신된다. 유동 신호는 총 비선형성 특성 함수를 사용하여, 보정된 유동 신호를 생성하도록 보정된다. 질량 유량 제어기의 밸브는 보정된 유동 신호 및 설정점 신호를 사용하여 제어된다.

Description

비선형성 성분 함수들을 활용한 질량 유량 제어기
본 발명은 질량 유량 센서들 및 질량 유량 제어기들에 관한 것으로, 특히, 본 발명은 질량 유량 센서들의 정확도를 개선하는 것에 관한 것이지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
전형적인 질량 유량 제어기(MFC)는 다른 프로세스들 중에서도 특히 열 및 건식 식각과 같은 산업 프로세스들에서 가스의 유동을 설정, 측정 및 제어하는 디바이스이다. MFC의 중요한 부분은 디바이스를 통해 유동하는 가스의 질량 유량을 측정하는 열 질량 유량 센서이다.
가스의 질량 유량에 대해 완벽한 선형 의존성을 갖는 이상적인 유동 신호와 달리, 열 질량 유량 센서에 의해 출력되는 유동 신호는 유체의 실제 유량에 대해 비선형이고: 열 질량 유량 센서의 총 비선형성 특성은 도 12에 도시된 바와 같이 더 높은 유량들에서 강하한다. 다시 말해서, 유동에 대한 유동 신호의 관계는 일정하지 않고 유동이 증가함에 따라 감소한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 열 질량 유량 센서의 총 비선형성 특성은 유동 신호 대 MFC를 통해 유동하는 가스의 질량 유량의 비선형 관계를 지칭한다.
전형적인 질량 유량 제어기에서, 열 질량 유량 센서의 총 비선형성은 정상 상태 조건 하에서 교정 동안 특징화되고, 그 다음, 표의 형태로 MFC의 메모리에 비선형성 데이터로서 저장된다. 그 다음, 열 질량 유량 센서로부터의 유동 신호는 보정된 유동 신호를 제공하기 위해 비선형성 데이터를 사용하여 조정된다. 그러나, 조정이 전형적으로 이루어지는 방식은 오류들을 포함하고, 그렇지 않으면 불충분하며, 이는 MFC를 통과하는 가스의 실제 유량과 매칭되지 않는 보정된 유동 신호를 초래한다. 일부 경우들에서, 예를 들어, 도 13에 도시된 바와 같이, MFC로부터의 실제 유동 출력은 설정점에 도달되는 데 긴 시간이 걸릴 것인 반면, 측정된 유동의 보정된 유동 신호는 설정점에 이미 있다.
열 질량 유량 센서의 총 비선형성에 대해 조정하는 다른 방법들, 예컨대, 유량 전이 동안 총 비선형성에 대해 동적으로 조정하는 방법이 제안되었다. 그러나, MFC들은 MFC 작동 조건들에 따라 상이한 방식들로 총 비선형성에 개별적으로 영향을 줄 수 있는 다수의 비선형성 소스들을 가질 수 있다. 예를 들어, 난류와 같은 MFC 바이패스 거동으로 인한 비선형성 효과는 더 높은 유량들에서 비선형성의 상당한 소스가 될 수 있고, 비선형성 조정의 현재의 방법들에서 오류들을 야기할 수 있다. 구체적으로, 높은 유량들은, 현재의 비선형성 조정 방법들이 유동 신호를 부정확하게 조정하게 하고, 일부 경우들에는 조정이 행해지지 않은 경우보다 더 큰 오류를 생성하는 바이패스 비선형성 효과를 생성할 수 있다.
이에 따라, 유동 신호에 대한 비선형성 조정에서 본 방법론들의 단점들을 해결하는 새롭고 혁신적인 특징들을 제공하기 위한 방법 및/또는 장치가 필요하다.
다음은 본원에 개시된 하나 이상의 양상 및/또는 실시예에 관한 간략화된 요약을 제시한다. 이로써, 이하의 요약은 모든 고려된 양상들 및/또는 실시예들에 관한 광범위한 개요로 간주되어서는 안 되고, 이하의 요약은 모든 고려된 양상들 및/또는 실시예들에 관한 핵심적인 또는 중요한 요소들을 식별하거나 임의의 특정 양상 및/또는 실시예와 연관된 범위를 기술하는 것으로 간주되어서는 안 된다. 이에 따라, 이하의 요약은 이하에 제시된 상세한 설명에 선행하기 위해, 본원에 개시된 메커니즘에 관한 하나 이상의 양상 및/또는 실시예에 관한 특정 개념을 간략화된 형태로 제시하려는 유일한 목적을 갖는다.
본 개시내용의 일부 양상들은, 질량 유량 제어기의 열 질량 유량 센서를 통해 가스를 제공하는 단계 및 유동 신호를 생성하기 위해 질량 유량 제어기의 열 질량 유량 센서로부터의 센서 신호를 처리하는 단계를 포함하는 질량 유량 제어기를 제어하기 위한 방법을 특징으로 할 수 있다. 방법은 또한, 유동 신호에 대한 비선형성 효과들에 기초하여 총 비선형성 특성 함수를 결정하는 단계를 포함할 수 있고, 총 비선형성 특성 함수는, 적어도, 비선형성의 제1 소스에 기초한 제1 비선형성 성분 함수, 및 비선형성의 제2 소스에 기초한 제2 비선형성 성분 함수를 포함한다. 방법은 또한, 총 비선형성 특성 함수를 교정하는 단계 및 비선형성의 제1 소스의 변화들에 응답하여 제1 비선형성 성분 함수를 조정하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 또한, 제1 비선형성 성분 함수를 조정한 후에 총 비선형성 특성 함수를 갱신하는 단계 및 총 비선형성 특성 함수를 사용하여, 보정된 유동 신호를 생성하기 위해 유동 신호를 보정하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 또한, 보정된 유동 신호 및 설정점 신호를 사용하여 질량 유량 제어기의 밸브를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 다른 양상들은 가스를 위한 주 유동 경로, 주 유동 경로를 통한 가스의 유량을 제어하기 위한 제어 밸브, 가스의 질량 유량을 나타내는 센서 신호를 제공하기 위해 주 유동 경로에 결합되는 열 질량 유량 센서를 포함하는 질량 유량 제어기를 특징으로 할 수 있다. 질량 유량 제어기는 또한, 유동 신호를 생성하기 위해 질량 유량 제어기의 열 질량 유량 센서로부터의 센서 신호를 처리하기 위한 수단, 및 유동 신호에 대한 비선형성 효과에 기초하여 총 비선형성 특성 함수를 결정하기 위한 수단을 포함할 수 있고, 총 비선형성 특성 함수는, 적어도, 비선형성의 제1 소스에 기초한 제1 비선형성 성분 함수, 및 비선형성의 제2 소스에 기초한 제2 비선형성 성분 함수를 포함한다. 질량 유량 제어기는 또한, 총 비선형성 특성 함수를 교정하기 위한 수단 및 비선형성의 제1 소스의 변화에 응답하여 제1 비선형성 성분 함수를 조정하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 질량 유량 제어기는 또한, 제1 비선형성 성분 함수를 조정한 후에 총 비선형성 특성 함수를 갱신하기 위한 수단 및 총 비선형성 특성 함수를 사용하여, 보정된 유동 신호를 생성하기 위해 유동 신호를 보정하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 질량 유량 제어기의 제어 구성요소는 보정된 유동 신호 및 설정점 신호에 기초하여 제어 밸브의 위치를 제어하기 위해 제어 밸브 및 보정을 위한 수단에 결합될 수 있다.
본 개시내용의 다른 양상들은 가스를 위한 주 유동 경로, 주 유동 경로를 통한 가스의 유량을 제어하기 위한 제어 밸브, 및 가스의 질량 유량을 나타내는 센서 신호를 제공하기 위해 주 유동 경로에 결합되는 열 질량 유량 센서를 포함하는 질량 유량 제어기를 특징으로 할 수 있다. 질량 유량 제어기는 또한, 유동 신호를 생성하기 위해 열 질량 유량 센서로부터 센서 신호를 수신 및 처리하기 위한 처리 부분을 포함할 수 있다. 질량 유량 제어기는 또한, 보정된 유동 신호를 생성하기 위해 프로세서 실행가능한 명령어들로 인코딩된 비일시적인 유형의 프로세서 판독가능한 저장 매체를 포함하는 비선형 보상기를 포함할 수 있다. 명령어들은, 유동 신호에 대한 비선형성 효과들에 기초하여 총 비선형성 특성 함수를 결정하기 위한 명령어들을 포함할 수 있고, 총 비선형성 특성 함수는, 적어도, 비선형성의 제1 소스에 기초한 제1 비선형성 성분 함수, 및 비선형성의 제2 소스에 기초한 제2 비선형성 성분 함수를 포함한다. 명령어들은 또한, 총 비선형성 특성 함수를 교정하고, 비선형성의 제1 소스의 변화들에 응답하여 제1 비선형성 성분 함수를 조정하기 위한 명령어들을 포함할 수 있다. 명령어들은 또한, 제1 비선형성 성분 함수를 조정한 후에 총 비선형성 특성 함수를 갱신하고, 총 비선형성 특성 함수를 사용하여, 보정된 유동 신호를 생성하기 위해 유동 신호를 보정하기 위한 명령어들을 포함할 수 있다. 제어 구성요소는 보정된 유동 신호 및 설정점 신호에 기초하여 제어 밸브의 위치를 제어하기 위해 제어 밸브 및 비선형 보상기에 결합될 수 있다.
[도 1a] 도 1a는 유동 신호의 비선형성 조정을 위한 개선된 방법론들을 포함하는 예시적인 질량 유량 제어기(MFC)의 블록도이다.
[도 1b] 도 1b는 도 1a의 비선형성 보상기의 예시적인 실시예를 도시하는 블록도이다.
[도 2] 도 2는 예시적인 총 비선형성 특성 함수의 예시적인 센서 및 바이패스 비선형성 성분 함수들의 그래프들을 도시한다.
[도 3a] 도 3a는 예시적인 총 비선형성 특성 함수의 예시적인 바이패스 비선형성 성분 함수들의 그래프들을 도시한다.
[도 3b] 도 3b는 예시적인 총 비선형성 특성 함수의 예시적인 센서 비선형성 성분 함수들의 그래프들을 도시한다.
[도 4] 도 4는 예시적인 교정된 총 비선형성 특성 함수를 도시하는 그래프이다.
[도 5] 도 5는 예시적인 다양한 총 비선형성 특성 함수들의 그래프들을 도시한다.
[도 6a] 도 6a는 예시적인 바이패스에 걸친 압력 강하와 바이패스를 통한 유동 사이의 예시적인 관계를 도시하는 그래프이다.
[도 6b] 도 6b는 예시적인 열 질량 유량 센서에 걸친 압력 강하와 열 질량 유량 센서로부터의 유동 신호 사이의 예시적인 관계를 도시하는 그래프이다.
[도 6c] 도 6c는 중첩된 비선형성 성분 함수들을 포함하는 예시적인 총 비선형성 특성 함수를 도시하는 그래프이다.
[도 7a] 도 7a는 예시적인 총 비선형성 특성 함수 및 예시적인 선형 기본 성분 함수의 그래프들을 도시한다.
[도 7b] 도 7b는 곱셈적으로 조합될 수 있는 예시적인 비선형성 성분 함수들의 그래프들을 도시한다.
[도 7c] 도 7c는 곱셈적으로 조합될 수 있는 예시적인 바이패스 및 센서 비선형성 성분 함수들의 그래프들을 도시한다.
[도 8a] 도 8a는 정상 상태 조건들에서 사용될 수 있는 예시적인 총 비선형성 보정 함수의 예시적인 센서 비선형성 성분 함수를 도시하는 그래프이다.
[도 8b] 도 8b는 동적으로 조정되는 예시적인 총 비선형성 보정 함수의 예시적인 센서 비선형성 성분 함수를 도시하는 그래프이다.
[도 9] 도 9는 예시적인 총 비선형성 보정 함수 및 예시적인 유량 전이의 예시적인 동적 센서 비선형성 성분 함수의 그래프들을 도시한다.
[도 10] 도 10은 본원에 개시된 실시예들과 관련하여 논의될 수 있는 예시적인 방법을 도시하는 흐름도이다.
[도 11] 도 11은 도 1a에 도시된 MFC 및 도 1b에 도시된 비선형성 보상기의 양상들을 실현하기 위해 사용될 수 있는 MFC의 물리적 구성요소들을 도시하는 블록도이다.
[도 12] 도 12는 종래 기술의 질량 유량 제어기들에 일치하는 유량에 대한 이상적인 유동 신호 및 실제 유동 신호의 그래프들을 도시한다.
[도 13] 도 13은 종래 기술의 질량 유량 제어기들의 양상들과 일치하는 설정점, 보정된 유동 신호 및 실제 유량의 그래프들을 도시한다.
본 개시내용은 열 질량 유량 센서의 총 비선형성 특성 함수가, 상이한, 독립적으로 변하는 비선형성들을 각각 가질 수 있는 개별 비선형성 소스들의 효과들에 기초하여 더 정확하게 조정되는 것을 가능하게 할 수 있다. 그 결과, 본 개시내용은 MFC를 통한 가스 유동을 더 정확하게 제어하기 위해 사용될 수 있는 더 정확한 총 비선형성 특성 함수를 가능하게 할 수 있다.
일부 실시예들에서, 총 비선형성 특성 함수는 MFC를 통한 가스의 유량과 열 질량 유량 센서로부터의 유동 신호 사이의 관계에 대한 비선형성 효과들에 기초하여 결정될 수 있다. 총 비선형성 특성 함수는 총 비선형성 특성에 대한 비선형성의 특정 소스의 기여를 각각 나타내는 복수의 비선형성 성분 함수들을 포함할 수 있다. 비선형성의 소스들은, 예를 들어, 열 질량 유량 센서 거동으로 인한 비선형성, 또는 센서 비선형성, 바이패스 거동으로 인한 비선형성, 또는 바이패스 비선형성, 및 동적 압력으로 인한 비선형성 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 총 비선형성 특성 함수는 특정 작동 조건들 하에서 특정 MFC에 대해 교정될 수 있다. 교정 조건들로부터의 편차들은 비선형성의 소스들에서의 변화들을 야기할 수 있다. 예를 들어, 교정 온도, 압력, 또는 가스 유형 또는 유량 전이들로부터의 편차들은 각각, 비선형성의 소스들 중 적어도 하나에서의 변화를 잠재적으로 야기할 수 있다. 각각의 비선형성 성분 함수는, 예컨대, 교정 조건들로부터의 편차에 의해 도입되는 비선형성 오류들을 보상하기 위해, 비선형성의 대응하는 소스에서의 변화들에 응답하여 독립적으로 조정될 수 있다. 그 다음, 총 비선형성 특성 함수는 비선형성 성분 함수들 각각에 대해 행해진 조정들을 반영하도록 갱신될 수 있다. 그 다음, 열 질량 유량 센서의 유동 신호는, MFC의 밸브 및 그에 의해 MFC를 통한 가스의 유량을 제어하기 위해 설정점 신호와 함께 사용될 수 있는 보정된 유동 신호를 생성하도록 총 비선형성 특성 함수를 사용하여 보정될 수 있다.
비선형성 성분 함수들 각각에 대해 행해진 조정들 각각은 정상 상태 조정 - 비선형성 성분 함수들 중 하나는 비선형성 성분 함수가 정상 상태 비선형성 성분 함수가 되도록 비선형성의 대응하는 소스에서의 정상 상태 변화들에 응답하여 특정 시간에 조정됨 -, 또는 동적 조정 - 비선형성 성분 함수들 중 하나는 비선형성 성분 함수가 시간 의존적 비선형성 성분 함수가 되도록 비선형성의 대응하는 소스에서의 시간 의존적 변화들에 응답하여 시간에 따라 동적으로 조정됨 - 일 수 있다. 따라서, 비선형성 성분 함수들 각각은 정상 상태 또는 동적, 시간 의존적 비선형성 성분 함수들일 수 있다.
비선형성 성분 함수들은 총 비선형성 특성 함수를 형성하기 위해 다양한 방식들로 조합될 수 있다. 예를 들어, 총 비선형성 특성 함수는 함수들의 중첩, 곱셈, 덧셈, 또는 관련 기술분야에 알려진 수학적 조합을 위한 다수의 방법들 중 임의의 방법 중 적어도 하나를 통해 조합된 비선형성 성분 함수들을 포함할 수 있다.
비선형성 성분 함수들 각각은 다양한 방식들로 결정되고 교정될 수 있다. 예를 들어, 열 질량 유량 센서 또는 바이패스와 같은 특정 MFC 부분과 연관된 비선형성의 각각의 소스는 MFC 조립 전에 특정 MFC 부분의 비선형성 효과를 별도로 특징화함으로써 결정되고 교정된 대응하는 비선형성 성분 함수를 가질 수 있다. 다른 예에서, 비선형성 성분 함수들 중 하나 이상은 경험적 또는 분석적 방법들을 사용하여 총 비선형성 특성 함수로부터 결정될 수 있다.
일부 실시예들에서, 총 비선형성 특성 함수는 충분한 수준의 정확도를 유지하면서 비선형성의 모든 소스들의 하위세트에 대해서만 비선형성 성분 함수들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 총 비선형성 특성에 상당한 영향을 미치는 비선형성의 하나 이상의 소스가 비선형성의 복수의 소스들로부터 선택될 수 있고, 대응하는 비선형성 성분 함수들은 결정된 총 비선형성 특성 함수에 포함될 수 있다. 총 비선형성 특성에 상당한 영향을 미치는 비선형성의 소스들만을 선택하는 것은 간략화된 총 비선형성 특성의 사용을 가능하게 할 수 있고, 이는 잠재적으로, 컴퓨팅 리소스 부하를 감소시키고 처리 속도를 증가시킬 수 있다.
이제 도면들을 참조하면, 도 1a는 MFC(100)의 유동 신호(161)의 비선형성 조정을 위한 개선된 방법론들을 포함하는 예시적인 질량 유량 제어기(MFC)(100)를 예시한다. 이러한 구성요소들의 예시된 배열은 논리적이며, 실제 하드웨어 다이어그램을 의미하지 않는다. 따라서, 구성요소들은 실제 구현에서 조합되고, 더 분리되고, 삭제되고/거나 보충될 수 있다. 관련 기술분야의 통상의 기술자가 이해할 바와 같이, 도 1a에 도시된 구성요소들은 하드웨어로, 또는 펌웨어 및/또는 소프트웨어와 조합하여 하드웨어로 구현될 수 있다. 더욱이, 본 명세서에 비추어, 각각의 개별 구성요소의 구성은 관련 기술분야의 통상의 기술자의 기술 내에 잘 알려져 있을 것이다.
본 개시내용 전체에 걸쳐, 예들 및 실시예들은 제어되는 가스들의 관점에서 설명되지만, 예들 및 실시예들은 일반적으로, 가스들 또는 액체들일 수 있는 유체들에 적용가능하고, 유체들은 원소들 및/또는 화합물들의 혼합물을 포함할 수 있다는 것을 인식해야 한다. 예를 들어, 액체는 황산일 수 있고, 가스는 질소일 수 있다. 응용에 따라, MFC(100)는 가스 상태(예를 들어, 질소) 및/또는 액체 상태(예를 들어, 염산)의 유체를, 예를 들어, 반도체 설비의 툴에 전달할 수 있다. 많은 실시예들에서, MFC(100)는 고압, 저온 하에서, 또는 상이한 유형들의 컨테이너들 또는 용기들에 유체를 전달하도록 구성된다.
도시된 바와 같이, MFC(100)의 베이스(105)는 주 유동 경로(106) 및 가스가 유동하는 바이패스(110)를 포함한다. 바이패스(110)는 주 경로(115) 및 센서 튜브(120)를 통해 가스의 일정한 비율을 지향시킨다. 그 결과, 센서 튜브(120)를 통한 가스의 유량은 MFC(100)의 주 경로(115)를 통해 유동하는 가스의 유량을 나타낸다.
이 실시예에서, 센서 튜브(120)는 MFC(100)의 열 질량 유량 센서(123)의 일부인 소구경 튜브이다. 그리고 도시된 바와 같이, 감지 요소들(125 및 130)은 센서 튜브(120)의 외부에 결합된다(예를 들어, 감긴다). 하나의 예시적인 실시예에서, 감지 요소들(125 및 130)은 저항 온도계 요소들(예를 들어, 전도성 와이어의 코일들)이지만, 다른 유형들의 센서들(예를 들어, 저항 온도 검출기들(RTD) 및 열전대들)이 또한 활용될 수 있다. 더욱이, 다른 실시예들은 확실히, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고서 센서들로부터의 신호들을 처리하기 위해 상이한 개수의 센서들 및 상이한 아키텍처들을 활용할 수 있다.
도시된 바와 같이, 감지 요소들(125 및 130)은 감지 요소 회로(135)에 전기적으로 연결된다. 일반적으로, 감지 요소 회로(135)는 (감지 요소들(125, 130)로부터의 신호들(146, 148)에 응답하여) 센서 튜브(120)를 통한 유량을 나타내고 그러므로 MFC(100)의 주 경로(115)를 통한 유량을 나타내는 센서 신호(150)를 제공하도록 구성된다.
센서 신호(150)는, 감지 요소들(125, 130) 사이의 온도 차이에 영향을 미치는, 센서 튜브(120)를 따른 온도 프로파일에 의해 정의된다. 센서 신호(150)는 유량의 범위에 걸쳐 센서 튜브(120)를 통한 유량에 대해 비선형이고: 센서 신호(150)의 총 비선형성 특성은 (더 낮은 유량들에 비해) 더 높은 유량들에서 선형성으로부터 더 크게 벗어난다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 센서 신호(150)는 센서 신호(150)의 처리된 표현인 유동 신호(161)를 생성하기 위해 처리 부분(160)에 의해 처리될 수 있다. 예를 들어, 유동 신호(161)는 센서 신호(150)의 디지털 표현일 수 있다. 더 구체적으로, 처리 부분(160)은 아날로그 디지털 변환기를 사용하여 센서 신호(150)를 증폭하고 센서 신호(150)의 디지털 표현으로 변환할 수 있다. 처리 부분(160)은 또한, 종래 기술에 알려진 바와 같이 센서 신호(150)에 제로 오프셋 조정을 제공하기 위한 로직을 포함할 수 있다.
도시된 바와 같이, MFC(100)는 또한, 비선형성 특징화 데이터(166)를 포함하고, 이 비선형성 특징화 데이터는, 종래 기술에 알려진, 상기 배경기술 항목에서 논의된 정상 상태 도출된 비선형성 특징화 데이터(교정 계수로서 저장됨)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 비선형성 특징화 데이터(166)의 교정 계수들은, 교정 후에, 예를 들어, 열 질량 유량 센서(123)의 부정확한 출력을 보상하기 위해 유동 신호(161)가 보정될 수 있도록, 도 12에 그래프화된 데이터와 유사한 데이터에 기초하여 교정 동안 생성될 수 있고 유동 신호(161)의 총 비선형성 특성 함수에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 12에 도시된 바와 같이, 유동 신호(161)는 100% 유량에서 5% 초과로 부정확할 수 있다. 따라서, 교정 계수들은 실제 유동과 매칭하기 위해 유동 신호(161)를 100% 유량으로 증가시키는 계수들을 포함할 수 있다.
더 구체적으로, 유동 신호(161) s는 s = F(f)(식 1)로서 설명되고, 여기서, f는 유량이고, F는 총 비선형성 특성 함수이고, 비선형성 특징화 데이터(166), 예컨대, 교정 계수들은 특정 작동 조건에 대해 s = F(f) 관계를 교정하기 위해 생성될 수 있다. 유량은 F(f)에 반전된 함수를 유동 신호(161)에 적용함으로써 계산될 수 있고: f = F-1(s)(식 2)이고, 여기서, s는 유동 신호(161)이고, f는 유량이고, 이 역함수는 실제 유량과 매칭하기 위해 유동 신호(161)의 보정에 사용될 수 있다. 역함수 F-1(s)는 유량 및 유동 신호 데이터를 포함하는 "조사표"의 형태로 분석적으로 계산되거나 저장될 수 있다.
그러나, 유동 신호(161)의 총 비선형성 특성은 교정 조건들로부터의 MFC 작동 조건들에서의 편차들에 응답하여 서로 독립적으로 잠재적으로 변할 수 있는 비선형성의 여러 소스들(센서 비선형성, 바이패스 비선형성, 동적 압력 등)에 의존할 수 있다. 비선형성의 이러한 다양한 소스들은 교정된 총 비선형성 특징화 함수에 부정확성들을 야기할 수 있고, 이는 궁극적으로 유동 신호(161)의 보정에서 오류들을 생성할 수 있다.
그러한 결함들은, 총 비선형성 특성에 대한 비선형성의 특정 소스의 기여를 각각 나타내는 복수의 비선형성 성분 함수들을 포함하는 총 비선형성 특성 함수를 활용함으로써 해결될 수 있다. 다시 말해서, 총 비선형성 특성 함수는 개별 비선형성 성분 함수들의 조합으로서 표현될 수 있다. 그러한 총 비선형성 특성 함수는, 작동 조건들이 교정 조건들로부터 벗어날 때, 예컨대, 교정 온도, 압력, 또는 가스 유형으로부터의 편차들 또는 유량 전이 동안에 발생할 수 있는 비선형성의 개별 소스들의 변동들을 보상하기 위해 개별 비선형성 성분 함수들에 대한 조정들이 행해지는 것을 가능하게 할 수 있다. 그 다음, 총 비선형성 특성 함수는 비선형성 성분 함수들 각각에 대해 행해진 조정들을 반영하도록 갱신될 수 있다. 그 다음, 열 질량 유량 센서(123)의 유동 신호(161)는 보정된 유동 신호(167)를 생성하기 위해 총 비선형성 특성 함수를 사용하여 보정될 수 있다.
도 1a에 도시된 실시예에서, 유동 신호(161)는 비선형성 보상기(165)에 공급되고, 비선형성 보상기는 총 비선형성 특성 함수 및 비선형성 특징화 데이터(166)를 사용하여 정상 상태 및 동적 비선형성 보정 중 적어도 하나를 제공할 수 있다. 도시된 바와 같이, 비선형성 보상기(165)에 의해 제공되는 보정은 제어 구성요소(170)에 제공되는 보정된 유동 신호(167)를 초래하고, 이 실시예의 제어 구성요소(170)는 감지 요소들(125 및 130), 감지 요소 회로(135), 처리 부분(160), 비선형성 보상기(165) 및 설정점 신호(186)를 포함하는 제어 시스템의 일부이다.
도 1a는 제어 구성요소(170)에 직접 결합된 비선형성 보상기(165)를 도시하지만, 추가적인 처리 구성요소들이 비선형성 보상기(165)와 제어 구성요소(170) 사이에 배치될 수 있다는 것을 인식해야 한다. 예를 들어, 보정된 유동 신호(167)는 제어 구성요소(170)에 제공되기 전에 압력 및/또는 온도 측정들에 응답하여 더 수정될 수 있다. 다른 예로서, 보정된 유동 신호(167)는 제어되는 가스의 구성 성분들에 기초하여 수정될 수 있다. 본 발명의 범위를 벗어나지 않고, 보정된 유동 신호(167)에 대해 추가적인 유형의 처리가 또한 수행될 수 있다.
제어 구성요소(170)는 일반적으로, 보정된 유동 신호(167) 및 설정점 신호(186)에 기초하여 유량을 제공하기 위해, 제어 구성요소(170)에 결합되는 제어 밸브(140)의 위치를 제어하기 위한 제어 신호(180)를 생성하도록 구성된다. 제어 밸브(140)는 압전 밸브 또는 솔레노이드 밸브에 의해 실현될 수 있고, 제어 신호(180)는 전압(압전 밸브의 경우) 또는 전류(솔레노이드 밸브의 경우)일 수 있다.
다음으로 도 1b를 참조하면, 비선형성 보상기(165)의 예시적인 실시예를 도시하는 블록도가 도시된다. 도 1b를 참조하면서, 본원에 개시된 실시예들과 관련하여 논의될 수 있는 방법을 도시하는 흐름도인 도 10을 동시에 참조한다. 가스가 질량 유량 제어기(100)의 열 질량 유량 센서(123)를 통해 제공될 수 있다(블록(1000)). 열 질량 유량 센서(123)를 통한 가스의 유동은 유동 신호(161)를 생성하기 위해, 예컨대, 아날로그 디지털 변환을 통해 처리 부분(160)에 의해 처리되는 센서 신호(150)를 생성할 수 있다(블록(1002)).
비선형성 보상기(165)는, 유동 신호(161)에 대한 비선형성 효과들에 기초하여 총 비선형성 특성 함수를 결정할 수 있고, 총 비선형성 특성 함수는, 적어도, 비선형성의 제1 소스에 기초한 제1 비선형성 성분 함수, 및 비선형성의 제2 소스에 기초한 제2 비선형성 성분 함수를 포함한다(블록(1004)). 예를 들어, 비선형성 보상기(165)는 비선형성의 어느 소스들을, 예컨대, 총 비선형성 특성에 상당히 기여하는 비선형성의 소스들만을 고려할 지를 결정할 수 있고, 총 비선형성 특성 함수의 대응하는 비선형성 성분 함수들을 포함할 수 있다. 다른 예에서, 비선형성 보상기(165)는, 예컨대, 중첩, 곱셈, 덧셈 등을 통해 총 비선형성 특성 함수를 형성하기 위해 비선형성 성분 함수들이 어떻게 조합될 지를 결정할 수 있다. 또 다른 예에서, 비선형성 보상기(165)는 총 비선형성 특성 함수에 포함된 개별 비선형성 성분 함수들의 구성을 결정할 수 있다.
비선형성 보상기(165)는 특정 작동 조건들 하에서 총 비선형성 특성 함수를 교정하는 데 사용될 수 있다(블록(1006)). 비선형성 보상기(165)는 교정 계수들과 같은 교정 파라미터들을 생성하고, 교정 파라미터들을 비선형성 특징화 데이터(166)에 저장할 수 있다. 예를 들어, 총 비선형성 특성 함수의 계수들은, 비선형성 특징화 데이터(166)에 저장될 수 있는 교정 계수들을 생성하기 위해, 정상 상태 비선형성 데이터, 예컨대, 도 12에 그래프화된 데이터에 기초하여 교정될 수 있다. 구체적으로, 가스는 특정 작동 조건들 하에서 알려진 유량으로 MFC(100)를 통해 유동할 수 있고, 비선형성 보상기(165)는 보정된 유동 신호(167)가, 알려진 유량과 매칭되도록 총 비선형성 특성 함수의 계수들을 조정 또는 교정할 수 있다. 다른 예에서, 총 비선형성 특성의 교정은 비선형성 성분 함수들 중 적어도 하나를, 예컨대, 그 비선형성 성분 함수에 대해 개별적으로 교정 계수들을 생성하고 저장하기 위해, 개별적으로 교정하는 것을 포함할 수 있다. 구체적으로, MFC 부분과 연관된 비선형성 소스, 예컨대, 센서 비선형성 또는 바이패스 비선형성에 대해, 대응하는 비선형성 성분 함수는, 예컨대, 조립 전에, MFC(100)로부터 분리될 때 MFC 부분을 통한 알려진 정상 상태 유량들을 사용하여 결정될 수 있는, 특정 MFC 부분의 정상 상태 비선형성 데이터에 기초하여 교정될 수 있다.
교정된 총 비선형성 특성 함수는 교정 조건들로부터 크게 벗어나지 않는 정상 상태 작동 조건들 동안, 예컨대, 식 2의 역함수를 통해, 유동 신호(161)를 보정된 유동 신호(167)로 보정하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 교정된 총 비선형성 특성 함수 또는 비선형성 성분 함수들을 조정하거나 갱신하지 않는 유동 신호의 그러한 보정은, 비선형성 보상기(165)의 유동 신호 보정 모듈(172)에서 발생할 수 있으며, 유동 신호 보정 모듈(172)은 교정된 총 비선형성 특성 함수를 저장하고, 교정된 총 비선형성 특성 함수의 역을 유동 신호(161)를 보정된 유동 신호(167)로 보정하는 데 사용한다. 교정 조건들로부터의 상당한 편차들은 잠재적으로, 비선형성의 소스들 각각에서의 상이한 변화들을 야기할 수 있고, 각각의 대응하는 비선형성 성분 함수 및, 그에 의한, 교정된 총 비선형성 특성 함수에서의 부정확성들을 야기한다. 각각의 영향을 받는 비선형성 성분 함수는, 예를 들어, 그러한 편차들을 보상하고 정확한 총 비선형성 특성 함수를 유지하기 위해 조정될 수 있다.
비선형성 보상기(165)는 비선형성의 제1 소스에서의 변화들에 응답하여 제1 비선형성 성분 함수를 조정할 수 있다(블록(1008)). 특히, 일부 실시예들에서, 비선형성 보상기(165)의 정상 상태 비선형성 조정 모듈(168)은 비선형성 변화들을 보상하기 위해 비선형성의 대응하는 소스에서의 변화들에 응답하여, 비선형성 성분 함수들 중 임의의 것에, 예컨대, 비선형성 성분 함수의 교정 계수들에 정상 상태 조정들을 독립적으로 행할 수 있다. 그러한 정상 상태 조정들은, 예를 들어, 현재의 작동 조건들, 유동 신호(161), 및 비선형성 특징화 데이터(166)에 기초할 수 있고, 이는 교정 조건들과 상이한 작동 조건들에 대한 정상 상태 도출된 비선형성 특징화 데이터를 포함할 수 있다. 정상 상태 비선형성 조정 모듈(168)은 비선형성 성분 함수들에 대해 행해진 조정들을 나타내고 유동 신호(161)를 포함하는 정상 상태 조정 신호(169)를 출력할 수 있다. 조정들이 행해지지 않으면, 정상 상태 조정 신호(169)는 여전히 전송될 수 있고 조정들이 행해지지 않았음을 나타낼 수 있다.
일부 실시예들에서, 비선형성 보상기(165)의 동적 비선형성 조정 모듈(173)은, 시간 의존적 비선형성 변화들을 보상하기 위해, 유량 전이에 의해 야기되는 변화들과 같은 비선형성의 대응하는 소스에서의 시간 의존적 변화들에 응답하여, 비선형성 성분 함수들 중 임의의 것에 대해, 예컨대, 비선형성 성분 함수의 교정 계수들에 대해, 시간에 따라, 동적으로 조정들을 독립적으로 행할 수 있다. 특정 비선형성 성분 함수에 대한 시간에 따라 행해진 동적 조정들은 조정된 비선형성 성분 함수를 시간 의존적 비선형성 성분 함수로 효과적으로 만들 수 있다. 예를 들어, 제1 비선형성 성분 함수는 제2 비선형성 성분 함수와 독립적으로 동적 조정들을 수신할 수 있다. 그러한 동적 조정들은, 예를 들어, 현재의 작동 조건들, 유동 신호(161), 및 비선형성 특징화 데이터(166)에 기초할 수 있다. 동적 비선형성 조정 모듈(173)은 정상 상태 조정 신호(169)를 수신할 수 있고, 정상 상태 조정 신호(169)에 표시된 정상 상태 조정들을, 존재한다면, 동적 비선형성 조정 모듈(173)에서 행해진 동적 조정들과 조합할 수 있다. 동적 비선형성 조정 모듈(173)은 비선형성 성분 함수들에 대해 행해진 조합된 정상 상태 및 동적 조정들을 표시하는 조합된 조정 신호(171)를 출력할 수 있다. 동적 조정들이 행해지지 않으면, 조합된 조정 신호(171)는 단지 정상 상태 조정 신호(169)일 수 있다. 정상 상태 또는 동적 조정들이 행해지지 않으면, 조합된 조정 신호(171)는 여전히 전송될 수 있고 조정들이 행해지지 않았음을 나타낼 수 있다.
일부 실시예들에서, 비선형성 보상기(165)는 비선형성의 제2 소스에서의 변화들에 응답하여, 제1 비선형성 성분 함수와 독립적으로, 제2 비선형성 성분 함수를 조정할 수 있다. 제1 비선형성 성분 함수 및 제2 비선형성 성분 함수는 각각 서로 독립적으로, 일부 경우들에서 동시에, 조정될 수 있고, 각각의 비선형성 성분 함수에 대해 행해지는 조정은 정상 상태 조정 또는 동적 조정일 수 있다. 예를 들어, 제1 비선형성 성분 함수는, 제1 비선형성 성분 함수가 시간 의존적 센서 비선형성 성분 함수이고, 제2 비선형성 성분 함수가 정상 상태 또는 동적 중 어느 하나인 상이한 조정들을 수신하는 바이패스 비선형성 성분 함수일 수 있도록, MFC(100)를 통해 유동하는 가스의 유량 전이에 응답하여 시간에 따라 동적으로 조정되는 센서 비선형성 성분 함수일 수 있다. 일부 경우들에서, 정상 상태 조정 모듈(168) 및 동적 비선형성 조정 모듈(173)에 의해 동일한 비선형성 성분 함수에 대해 정상 상태 조정 및 동적 조정 양쪽 모두가 행해질 수 있다.
비선형성 보상기(165)에 의해 행해진 조정들은, 예를 들어, 작동 조건들이 교정 조건들로부터 벗어날 때 재교정의 필요 없이 MFC(100)의 작동 동안 행해질 수 있다. 새로운 작동 조건들 하에서 알려진 유량들로 총 비선형성 특성 함수를 재교정하기 위해, 총 비선형성 특성 함수의 재교정은 잠재적으로, MFC(100)의 정상 작동의 중단을 촉구할 수 있다. 비선형성 보상기(165)를 사용하여 MFC(100)의 작동 동안 비선형성 성분 함수를 조정하는 것은 MFC(100)가 재교정을 위한 중단 없이 작동 조건들을 변경하는 동안 계속 작동하는 것을 가능하게 한다.
비선형성 보상기(165)는 제1 비선형성 성분 함수를 조정한 후에 총 비선형성 특성 함수를 갱신할 수 있다(블록(1010)). 구체적으로, 일부 실시예들에서, 유동 신호 보정 모듈(172)은 조합된 조정 신호(171)를 수신하고, 조합된 조정 신호(171)에 의해 표시된 바와 같이 정상 상태 비선형성 조정 모듈(168) 및 동적 비선형성 조정 모듈(173)에서 비선형성 성분 함수들에 대해 행해진 조정들을 사용하여 총 비선형성 특성 함수를 갱신할 수 있다. 일부 경우들에서, 비선형성 보상기(165)는 또한, 제2 비선형성 성분 함수를 조정한 후에 총 비선형성 특성 함수를 갱신할 수 있다. 예를 들어, 총 비선형성 특성 함수는 제1 및 제2 비선형성 성분 함수들 양쪽 모두에 대해 조정들이 행해진 후에 갱신될 수 있다.
비선형성 보상기(165)는 총 비선형성 특성 함수를 사용하여, 보정된 유동 신호(167)를 생성하기 위해 유동 신호(161)를 보정할 수 있다(블록(1012)). 구체적으로, 비선형성 보상기(165)의 유동 신호 보정 모듈(172)은, 예컨대, 식 2에 의해, 갱신된 총 비선형성 특성 함수를 유동 신호(161)를 보정하는 데 사용할 수 있다. 예를 들어, 유동 신호 보정 모듈(172)은, 갱신된 총 비선형성 특성 함수를 사용하여 조사표로서 생성되거나 분석적으로 발견될 수 있는, 갱신된 총 비선형성 특성 함수의 역함수를 이용하여 유동 신호(161)에 대응하는 유량을 결정할 수 있다. 유동 신호(161)에 대응하는 결정된 유량은 보정된 유동 신호(167)일 수 있다. 제어 구성요소(170)는 MFC(100)의 제어 밸브(140)를 제어할 때, 보정된 유동 신호(167) 및 설정점 신호(186)를 사용할 수 있다(블록(1014)). 구체적으로, 제어 구성 요소(170)는 제어 밸브(140)를 어떻게 제어할 지를 결정하기 위해 설정점 신호(186)와 보정된 유동 신호(167)를 비교할 수 있다.
일부 실시예들에서, 예컨대, 다양한 상이한 작동 조건들 하에서 총 비선형성 특성 함수 및 보정된 유동 신호(167)의 정확도를 유지하기 위해, 블록(1008)의 조정, 블록(1010)의 갱신, 블록(1012)의 보정, 및 블록(1014)의 제어는 모두 MFC(100)의 작동 동안 연속적으로 실행될 수 있다. 총 비선형성 특성 함수 및 보정된 유동 신호(167) 정확도의 지속적인 유지는 MFC(100)를 통한 가스의 유량의 더 정확한 제어를 가능하게 할 수 있다.
일부 실시예들에서, 제1 비선형성 성분 함수는 센서 비선형성 성분 함수일 수 있고, 제2 비선형성 성분 함수는 바이패스 비선형성 성분 함수일 수 있다. 센서 비선형성 및 바이패스 비선형성은 정상 상태 작동 조건들, 예컨대, 온도, 압력, 및 가스 유형을 변화시킴으로써 상이하게 영향을 받을 수 있고, 대응하는 센서 및 바이패스 비선형성 성분 함수들은 그에 따라 조정될 수 있다. 예시적인 센서 및 바이패스 비선형성 성분 함수들에 대한 상이한 정상 상태 작동 조건들의 영향이, 도 10의 방법(10)에 따른 도 2-5에 예시된다.
도 2는 예시적인 총 비선형성 특성 함수(203)의 예시적인 센서 및 바이패스 비선형성 성분 함수들(202 및 201)의 그래프들을 예시한다. 도시된 바이패스 비선형성 성분 함수(201) 및 센서 비선형성 성분 함수(202)는 특정 작동 조건들에 대해 결정되고 교정되었다. 바이패스 비선형성 성분 함수(201) 및 센서 비선형성 성분 함수(202)는 중간의 조합된 비선형성 성분 함수(203)를 형성하기 위해 조합될 수 있고, 이는 도 4에 도시된 바와 같이, 교정된 총 비선형성 특성 함수를 형성하기 위해 총 비선형성 특성 함수를 결정하고 교정하는 데 사용될 수 있다.
도 3a 및 도 3b는, 각각, 예시적인 총 비선형성 특성 함수의 예시적인 바이패스 및 센서 비선형성 성분 함수의 그래프들을 도시한다. 센서 비선형성은, 예를 들어, 교정 온도 및 압력으로부터의 온도 및 압력 편차들에 의해 바이패스 비선형성만큼 영향을 받지 않을 수 있다. 추가적으로, 센서 비선형성은 가스의 열 전도율에 더 크게 의존할 수 있는 반면, 바이패스 비선형성은 가스의 분자 질량에 더 크게 의존할 수 있다. 그 결과, 교정 조건들로부터의 편차들로 인해 대응하는 센서 및 바이패스 비선형성 성분 함수들에 대해 행해진 조정들은, 예를 들어, 상이한 크기들 및 부호들로 이루어질 수 있다.
교정된 바이패스 비선형성 성분 함수(301a) 및 교정된 센서 비선형성 성분 함수(301b)는, 각각, 바이패스 및 센서 비선형성에서의 정상 상태 변화들에 응답하여 조정될 수 있다. 예를 들어, 교정된 바이패스 비선형성 성분 함수(301a) 및 교정된 센서 비선형성 성분 함수(301b)는, 각각, 제1 조정된 바이패스 비선형성 성분 함수(302a) 및 제1 조정된 센서 비선형성 성분 함수(302b)가 되도록, 교정 조건들로부터 적당히 벗어나는 비-교정 작동 조건들의 제1 세트에 응답하여 조정될 수 있다. 도시된 바와 같이, 교정된 바이패스 비선형성 성분 함수(301a) 및 교정된 센서 비선형성 성분 함수(301b)는, 제1 조정된 바이패스 비선형성 성분 함수(302a) 및 제1 조정된 센서 비선형성 성분 함수(302b)가 되도록, 상이한 크기들 및 부호들로, 독립적으로 그리고 차등적으로 조정될 수 있다.
다른 예에서, 교정된 바이패스 비선형성 성분 함수(301a) 및 교정된 센서 비선형성 성분 함수(301b)는, 각각, 제2 조정된 바이패스 비선형성 성분 함수(303a) 및 제2 조정된 센서 비선형성 성분 함수(303b)가 되도록, 교정 조건들로부터 심하게 벗어나는 비-교정 작동 조건들의 제2 세트에 응답하여 조정될 수 있다.
도 5는, 도 3a 및 도 3b의 바이패스 및 센서 비선형성 성분 함수들을 포함할 수 있는, 예시적인 다양한 총 비선형성 특성 함수들의 그래프들을 예시한다. 교정된 총 비선형성 특성 함수(501)는 교정된 바이패스 비선형성 성분 함수(301a)와 교정된 센서 비선형성 성분 함수(301b)의 조합의 결과일 수 있고; 제1 조정된 총 비선형성 특성 함수(502)는 제1 조정된 바이패스 비선형성 성분 함수(302a)와 제1 조정된 센서 비선형성 성분 함수(302b)의 조합의 결과일 수 있고; 제2 조정된 총 비선형성 특성 함수(503)는 제2 조정된 바이패스 비선형성 성분 함수(303a)와 제2 조정된 센서 비선형성 성분 함수(303b)의 조합의 결과일 수 있다. 교정된 총 비선형성 특성 함수(501)는 교정된 바이패스 비선형성 성분 함수(301a) 및 교정된 센서 비선형성 성분 함수(301b) 양쪽 모두에 대해 정상 상태 조정들이 행해진 후에 갱신될 수 있다. 교정된 총 비선형성 특성 함수(501)의 그러한 갱신은 제1 또는 제2 조정된 총 비선형성 특성 함수(502, 503)를 생성할 수 있고, 이는 각각, 대응하는 작동 조건들 동안 유동 신호(161)를 MFC(100)를 통한 가스 유량에 더 정확하게 관련시키기 위해 사용될 수 있고, 가스 유량의 더 정확한 제어를 가능하게 한다.
일부 실시예들에서, 예컨대, 방법(10)의 블록(1004)에서, 함수 중첩을 통해 조합되는 복수의 비선형성 성분 함수들을 포함하도록 총 비선형성 특성 함수가 결정될 수 있다. 예를 들어, 총 비선형성 특성 함수는 F(f)=CN(...C2(C1(f))...)(식 3)로서 설명될 수 있고, 여기서, f는 유량이고, C1...CN은 비선형성 성분 함수들이고, N은 비선형성 성분 함수들의 개수이고, F는 총 비선형성 특성 함수이다. 예를 들어, 총 비선형성 특성 함수는, 도 6a-c의 그래프들에 예시된 바와 같이, 센서 비선형성 성분 함수 내부에 중첩된 바이패스 비선형성 성분 함수를 포함하도록 결정될 수 있다.
도 6a는 예시적인 바이패스에 걸친 압력 강하와 바이패스를 통한 가스의 유동 사이의 예시적인 관계를 도시하는 그래프를 예시한다. 압력 강하는, 예컨대, 비선형 가스 유동으로 인해 유동에 대해 비선형일 수 있고, p = CB(f)(식 4)로서 설명될 수 있고, 여기서, f는 유량이고, CB는 바이패스 비선형성 성분 함수이고, p는 압력 강하이다.
도 6b는 예시적인 열 질량 유량 센서에 걸친 압력 강하와 열 질량 유량 센서로부터의 유동 신호 사이의 예시적인 관계를 도시하는 그래프를 예시한다. 열 질량 유량 센서에 걸친 압력 강하는, 예컨대, 도 1a의 MFC(100)에서, MFC 내의 바이패스 및 열 질량 유량 센서의 구성으로 인한 바이패스에 걸친 압력 강하와 동일할 수 있다. 유동 신호는, 예컨대, 열 질량 유량 센서 내부의 열 전달 효과들로 인해, 압력 강하에 대해 비선형일 수 있고, s = CS(p)(식 5)로서 설명될 수 있고, 여기서, s는 유동 신호이고, CS는 센서 비선형성 성분 함수이고, p는 압력 강하이다.
도 6c는 중첩된 비선형성 성분 함수들, 예컨대, 도 6a의 바이패스 비선형성 성분 함수 및 도 6b의 센서 비선형성 성분 함수를 포함하는 예시적인 총 비선형성 특성 함수를 도시하는 그래프를 예시한다. 예를 들어, 도 6a 및 도 6b의 바이패스 및 센서 비선형성 성분 함수들은 함수 중첩을 통해 조합될 수 있다. 더 구체적으로, 식 4는 식 5의 압력 강하 항에 대해 바이패스 비선형성 성분 함수를 대체하는 데 사용될 수 있다. 그 결과, 총 비선형성 특성 함수는 s= F(f) = CS(CB(f))(식 6)로서 설명될 수 있고, 여기서, s는 유동 신호이고, f는 유량이고, CB는 바이패스 비선형성 성분 함수이고, CS는 센서 비선형성 성분 함수이고, F는 총 비선형성 특성 함수이다. 그러한 총 비선형성 특성 함수는 방법(10)의 블록(1004)에서 결정될 수 있고, 방법(10)의 실행 동안 도 1b의 비선형성 보상기(165)에서 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 예컨대, 방법(10)의 블록(1004)에서, 곱셈을 통해 조합되는 복수의 비선형성 성분 함수들을 포함하도록 총 비선형성 특성 함수가 결정될 수 있다. 예를 들어, 총 비선형성 특성 함수는 F(f)=F0(f)*C1(f)*C2(f)*...*CN(f)(식 7)로서 설명될 수 있고, 여기서, f는 유량이고, F는 총 비선형성 특성 함수이고, C1...CN은 비선형성 성분 함수이고, F0는 기본 성분 함수이고, N은 비선형성 성분 함수들의 개수이다.
기본 성분 함수 F0는, 비선형성 성분 함수들을 총 비선형성 특성 함수에 관련시키지만, 총 비선형성 특성 함수에 포함되는 비선형성 성분 함수들에 대응하는 비선형성 소스들에 의존하지 않는 함수일 수 있다. 예를 들어, 비선형성의 모든 소스에 대한 비선형성 성분 함수들이 총 비선형성 특성에 포함되는 경우, 기본 성분 함수는 F0(f)=K*f(식 8)로서 설명되는 선형 함수일 수 있고, 여기서, f는 유량이고, F0는 기본 성분 함수이고, K는 상수이다. 그러나, 비선형성의 모든 소스들에 대한 비선형성 성분 함수들이 총 비선형성 특성에 포함되지 않는 경우, 기본 성분 함수는 비선형 함수일 수 있다.
총 비선형성 특성 함수는, 예를 들어, 도 7a-c의 그래프들에 예시된 바와 같이, 제1 비선형성 성분 함수와 제2 비선형성 성분 함수를 곱한 것을 포함하도록 결정될 수 있다. 구체적으로, 총 비선형성 특성 함수는 F(f) = K*f*C1(f)*C2(f)(식 9)로서 설명되도록 결정될 수 있고, 여기서, K는 상수이고, f는 가스의 현재 유량이고, C1(f)는 제1 비선형성 성분 함수이고, C2(f)는 제2 비선형성 성분 함수이다. 그러한 총 비선형성 특성 함수는 방법(10)의 블록(1004)에서 결정될 수 있고, 방법(10)의 실행 동안 도 1b의 비선형성 보상기(165)에서 사용될 수 있다.
도 7a는 예시적인 총 비선형성 특성 함수(701) 및 예시적인 선형 기본 성분 함수(702)의 그래프들을 예시하고, 도 7b는, 예컨대, 도 7a의 총 비선형성 특성 함수(701)를 형성하기 위해, 곱셈적으로 조합될 수 있는 예시적인 비선형성 성분 함수들의 그래프들을 예시한다. 예를 들어, 총 비선형성 특성 함수(701)는, 예컨대, 식 9에서, 선형 기본 성분 함수(702), 제1 비선형성 성분 함수(703), 및 제2 비선형성 성분 함수(704)의 곱으로서 설명되도록 결정될 수 있다.
도 7c는 곱셈적으로 조합될 수 있는 예시적인 바이패스 및 센서 비선형성 성분 함수들(713, 714)의 그래프들을 예시한다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 제1 비선형성 성분 함수는 바이패스 비선형성 성분 함수(713)일 수 있고, 제2 비선형성 성분 함수는 센서 비선형성 성분 함수(714)일 수 있다. 바이패스 및 센서 비선형성 성분 함수들(713, 714)은 총 비선형성 특성 함수를 형성하기 위해 선형 기본 성분 함수와의 곱셈을 통해 조합될 수 있다. 추가적으로, 바이패스 및 센서 비선형성 성분 함수들(713, 714)은 조합된 비선형성 성분 함수(715)를 형성하기 위해 곱셈을 통해 조합될 수 있고, 이는, 일부 경우들에서, 총 비선형성 특성 함수에 사용될 수 있다.
예상된 비선형성 거동에 기초하여, 바이패스 비선형성은 다항식의 2차 성분을 사용하여 근사화될 수 있고, 센서 비선형성은 다항식의 3차 성분을 사용하여 근사화될 수 있다. 그 결과, 바이패스 비선형성 성분 함수(713)는 CB(f) = 1 + a*f (식 10)으로서 분석적으로 결정되고 설명될 수 있고, 여기서, a는 상수이고, f는 가스의 유량이고, 센서 비선형성 성분 함수(714)는 CS(f) = 1 + b*f*f (식 11)로서 분석적으로 결정되고 설명될 수 있고, 여기서, b는 상수이고, f는 가스의 유량이다. 따라서, 바이패스 및 센서 비선형성 성분 함수들(713, 714)을 조합함으로써 형성된 총 비선형성 특성 함수는 F(f) = K*f*(1 + a*f)*(1 + b*f*f)(식 12)로서 분석적으로 결정되고 정의될 수 있고, 여기서, K, a, 및 b는 상수이고, f는 가스의 유량이고, F는 총 비선형성 특성 함수이다. K, a 및 b는, 예를 들어, 방법(10)의 블록(1006)의 교정 동안 교정될 수 있다. 식 12는 방법(10)의 블록(1004)에서 결정될 수 있고, 방법(10)의 실행 동안 도 1b의 비선형성 보상기(165)에서 사용될 수 있다.
일반적으로, 비선형성의 소스들은 각각, 예컨대, 유량 전이 동안 상이한 시간 의존적인 동적 비선형성 특성들을 가질 수 있다. 유량 전이들은 MFC의 설정점에서의 변화에 응답하여 발생할 수 있다. 예를 들어, 도 1a의 열 질량 유량 센서(123)를 다시 참조하면, 2개의 안정된 유량들 사이의 유량 전이 동안, 센서 튜브(120)의 감지 요소들(125, 130)에 걸쳐 새로운 온도 분포가 빠르게 발생한다. 그러나, 열 질량 유량 센서(123) 내부의 새롭고 안정된 온도 프로파일은 유량 변화 직후에 나타나지 않고: 열 질량 유량 센서(123)의 구성요소들(예를 들어, 절연체) 내부의 열 유동이 온도를 변화시키고 새롭고 안정된 온도 프로파일을 구축하는 데 약간의 시간이 걸린다. (온도 프로파일이 안정되어 가는 동안 발생하는) 열 전달 프로세스들의 전형적인 시간 상수는 일부 경우들에서는 약 4 내지 6 초, 다른 경우들에서는 2 내지 10 초, 일부 다른 경우들에서는 더 길다. 그 결과, 센서 비선형성은, 그러한 유량 전이 동안에, 시간에 따라, 비교적 느리게 변할 수 있다. 비선형성의 다른 소스들은 센서 비선형성보다 더 느리게 또는 더 빠르게 변할 수 있고, 다른 동적 특성들을 가질 수 있다. 도 8a 및 8b는 비선형성의 시간 의존적 동적 소스가 비선형성 성분 함수 정확도에 미칠 수 있는 효과를 입증한다.
도 8a는 교정 조건들로부터 크게 벗어나지 않는 정상 상태 조건들에서 사용될 수 있는 예시적인 총 비선형성 보정 함수의 예시적인 센서 비선형성 성분 함수를 도시하는 그래프를 예시한다. 예를 들어, MFC(100)를 통한 유량이 지점(801a)에서의 100% 정상 상태 유동으로부터 지점(804a)에서의 40% 정상 상태 유동으로 변화하고 작동 조건들이 교정 조건들로부터 변화하지 않는 경우, 40% 유량은, 센서 비선형성 보정 함수의 조정을 필요로 하지 않고 유동 신호(161)를 보정하는 데 사용될 센서 비선형성 보정 함수의 새로운 값 0.95를 결정하기 위해, 총 비선형성 특성 함수의 센서 비선형성 보정 함수에 입력될 수 있다. 비선형성 보정 함수 값들의 그러한 계산들은, 예를 들어, 유동 신호 보정 모듈(172)에서 발생할 수 있다. 그러나, 유량 전이 동안 100%에서 40%로의 작동 조건들은 위에서 설명된 바와 같은 센서 비선형성과 같은 비선형성의 소스들에서의 동적, 시간 의존적 변동들로 인해 교정 조건들로부터 일시적으로 벗어날 수 있다. 구체적으로, 센서 비선형성은 정상 상태 조건들로 안정화되기 전에 유량 전이 동안 점차적으로 변화할 수 있고, 잠재적으로, 조정되지 않으면 센서 비선형성 보정 함수가 일시적으로 부정확해지게 한다. 더욱이, 비교적 낮은 유량(예를 들어, 30%)으로부터 또 다른 비교적 높은 유량(예를 들어, 90%)으로의 변화 후에 유사한 문제가 존재하고, 여기서, 센서 비선형성은 유량 전이 동안에 점진적으로 변화한다. 도 8b에 도시된 바와 같이, 센서 비선형성에서의 동적, 시간 의존적 변동들에 응답하여 센서 비선형성 보정 함수에 대해 동적, 시간 의존적 조정들이 행해질 수 있다.
도 8b는 동적으로 조정되는 예시적인 총 비선형성 보정 함수의 예시적인 센서 비선형성 성분 함수를 도시하는 그래프를 예시한다. 예를 들어, MFC(100)를 통한 유량이 지점(801b)에서의 100% 정상 상태 유동으로부터 지점(804b)에서의 40% 정상 상태 유동으로 변화하고, 정상 상태 조건들로 안정화되기 전에 유량 전이 동안 센서 비선형성이 점진적으로 변화한다면, 센서 비선형성 성분 함수는, 센서 비선형성 성분 함수가 효과적으로 시간 의존적 센서 비선형성 성분 함수가 되도록, 센서 비선형성의 시간 의존적 변화들에 응답하여 시간에 따라 동적으로 조정될 수 있다. 구체적으로, 센서 비선형성 성분 함수는, 센서 비선형성에서의 대응하는 점진적 변화를 보상하기 위해, 100% 유동에서 40% 유동으로의 유량 전이 동안, 센서 비선형성 성분 함수의 값이 제1 시간에서의 지점(802b)의 0.65로부터 제2 시간에서의 지점(803b)의 0.80, 제3 시간에서의 지점(804b)의 0.95로 점진적으로 변화하도록 조정될 수 있다.
도 8b에서 입증된 센서 비선형성의 시간 의존적 변화들에 응답하는, 센서 비선형성 성분 함수의 동적, 시간 의존적 조정은 다른 비선형성 성분 함수들 및 그들의 대응하는 비선형성의 소스들에 더 일반적으로 적용될 수 있다. 예를 들어, 유량 전이 동안의 비선형성 성분 함수의 동적, 시간 의존적 조정은 초기 유량에서의 비선형성 성분 함수의 값과 최종 유량에서의 비선형성 성분 함수의 값 사이의 차이에 비례할 수 있고, 시간 기반 요소를 포함할 수 있다.
특정 예에서, 비선형성 성분 함수는 시간에 따라 동적으로 조정될 수 있고, 이로써 비선형성 성분 함수는 CD(f,t) = C(f2) + [C(f1) - C(f2)] * exp(-t/T)(식 13)로서 설명될 수 있는 동적, 시간 의존적 비선형성 성분 함수가 되고, 여기서, f1은 가스의 초기 유량이고, f2는 가스의 최종 유량이고, C는 비선형성 성분 함수이고, t는 시간이고, T는 시간 상수이고, CD는 동적, 시간 의존적 비선형성 성분 함수이고, f는 유량이다. 비선형성 성분 함수는 시간 의존적 비선형성 성분 함수가 되도록 동적으로 조정되는 비선형성 성분 함수일 수 있다. 시간 상수(T)는 비선형성 성분 함수에 대응하는 비선형성의 소스의 동적 특성들에 기초할 수 있고, 초기 및 최종 유량들(f1 및 f2)에 따라 변할 수 있다. 시간(t)은 비선형성의 소스에서의 시간 의존적 변화가 발생할 때, 예컨대, 유량 전이 기간의 시작에서 시작할 수 있다. 이 경우에, 시간 기반 요소(exp(-t/T))는 지수 감쇠 시간 기반 요소이지만; 시간 기반 요소는, 예를 들어, 비선형성의 대응하는 소스에서의 동적 변화들을 보상하는 비선형성 성분 함수에 적용되는 동적 조정을 모델링하는 데 사용될 수 있는 임의의 시간 기반 수학적 함수일 수 있다. 식 13은, 예를 들어, 동적 비선형성 조정 모듈(173)에서 동적, 시간 의존적 비선형성 성분 함수들을 계산하기 위해 방법(10)의 블록(1008)의 조정에 사용될 수 있다.
다른 실시예들에서, 비선형성의 소스에서의 동적, 시간 의존적 변화들은 특정 조건들, 예컨대, 2개의 특정 유량들 사이의 유량 전이 하에서 측정될 수 있고, 비선형성 특징화 데이터(166)에 저장될 수 있다. 수학적 특징화 또는 근사화보다는, 비선형성의 소스의 그러한 측정된 동적, 시간 의존적 속성들이, 동일한 특정 조건들 하에서 비선형성 성분 함수에 대해 행해지는 동적 조정들을 결정하는 데 사용될 수 있다.
도 9는 예시적인 총 비선형성 보정 함수 및 예시적인 유량 전이의 예시적인 동적 센서 비선형성 성분 함수(901)의 그래프들을 예시한다. 도시된 바와 같이, MFC(100)를 통한 유량, 라인(902)은 100% 정상 상태 유동으로부터 40% 정상 상태 유동으로 변화하고, 동적 센서 비선형성 성분 함수(901)는 정상 상태 조건들로 안정화되기 전에, 예컨대, 동적 조정들로 인해, 유량 전이 기간 동안 0.65로부터 0.95로 점진적으로 변화한다. 동적 센서 비선형성 성분 함수(901)는 식 13을 사용하여 계산될 수 있다.
일부 실시예들에서, 총 비선형성 특성 함수는, 곱셈을 통해 조합되는, 동적으로 조정된 비선형성 성분 함수들과 같은, 복수의 동적, 시간 의존적 비선형성 성분 함수들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 총 비선형성 특성 함수는 F(f,t) = F0(f)*C1(f,t)*C2(f,t)*...*CN(f,t)(식 14)로서 설명될 수 있고, 여기서, f는 유량이고, t는 시간이고, F는 총 비선형성 특성 함수이고, C1...CN은 동적, 시간 의존적 비선형성 성분 함수이고, F0는 기본 성분 함수이고, N은 비선형성 성분 함수들의 개수이다. 식 14는, 예를 들어, 비선형성 성분 함수가 조정된 후에, 비선형성 보상기(165)의 유동 신호 보정 모듈(172)에서와 같이, 비선형성 보상기(165)에서 총 비선형성 특성 함수를 계산하기 위해 방법(10)의 블록(1010)의 갱신에 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 총 비선형성 특성 함수는, 예를 들어, 제1 동적, 시간 의존적 비선형성 성분 함수와 제2 동적, 시간 의존적 비선형성 성분 함수를 곱한 것을 포함하도록 결정될 수 있다. 구체적으로, 총 비선형성 특성 함수는 F(f,t) = K*f*C1(f,t)*C2(f,t)(식 15)로서 설명될 수 있고, 여기서, K는 상수이고, f는 가스의 현재 유량이고, t는 시간이고, C1(f,t)는 제1 동적, 시간 의존적 비선형성 성분 함수이고, C2(f,t)는 제2 동적, 시간 의존적 비선형성 성분 함수이다. 식 15는, 예를 들어, 비선형성 성분 함수가 조정된 후에, 비선형성 보상기(165)의 유동 신호 보정 모듈(172)에서와 같이, 비선형성 보상기(165)에서 총 비선형성 특성 함수를 계산하기 위해 방법(10)의 블록(1010)의 갱신에 사용될 수 있다.
예를 들어, 방법(10)의 블록(1008)은, 제1 비선형성 성분 함수가 제1 시간 의존적 비선형성 성분 함수이도록 제1 비선형성 성분 함수를 비선형성의 제1 소스에서의 시간 의존적 변화들에 응답하여 시간에 따라 동적으로 조정하는 단계, 및 제2 비선형성 성분 함수가 제2 시간 의존적 비선형성 성분 함수이도록 제2 비선형성 성분 함수를 비선형성의 제2 소스에서의 시간 의존적 변화들에 응답하여 시간에 따라 동적으로 조정하는 단계를 포함할 수 있다. 비선형성 성분 함수들 각각에 대해 행해진 조정들은 개별적일 수 있고, 잠재적으로, 상이한 조정들이 각각의 비선형성 성분 함수에 대해 독립적으로 행해진다. 방법(10)의 블록(1008)의 조정은 또한, 식 13을 사용하여 제1 및 제2 시간 의존적 비선형성 성분 함수들 각각을 계산하는 것을 포함할 수 있다. 시간 의존적 비선형성 성분 함수들의 그러한 계산들은 비선형성 보상기(165)에 의해, 예컨대, 비선형성 보상기(165)의 동적 비선형성 조정 모듈(173)에서 실행될 수 있다. 방법(10)의 블록(1010)의 갱신은 식 15를 사용하여 총 비선형성 특성 함수를 계산하고 제2 비선형성 성분을 조정한 후에 총 비선형성 특성 함수를 갱신하는 것을 포함할 수 있다. 따라서, 총 비선형성 특성 함수는 제1 및 제2 비선형성 성분 함수들의 조정 후에 제1 및 제2 시간 의존적 비선형성 성분 함수들을 포함하도록 갱신된다. 예컨대, 식 15를 사용하는 것에 의한 총 비선형성 특성 함수의 계산은 비선형성 보상기(165)에 의해, 예컨대, 비선형성 보상기(165)의 동적 비선형성 조정 모듈(173)에서 실행될 수 있다.
본 개시내용에 의해 제공되는, 각각 독립적으로 변할 수 있는, 비선형성의 대응하는 소스들에서의 변화들에 응답하여 개별 비선형성 성분 함수들을 독립적으로 조정하는 능력은, 교정 조건으로부터의 작동 조건들에서의 편차들을 보상할 수 있는 열 질량 유량 센서의 더 정확하고 강건한 총 비선형성 특성 함수를 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 본 개시내용은 총 비선형성 특성 함수의 센서 비선형성 성분 함수가, 예컨대, 식 13을 사용하여, 유량 전이에 응답하여 시간에 따라 동적으로 조정되는 것을 가능하게 할 수 있는 한편, 비선형성 성분 함수의 바이패스 비선형성 성분 함수는, 잠재적으로 동시에, 정상 상태 조정을 사용하여 조정될 수 있다. 상이한 비선형성 성분 함수들의 그러한 차등 조정은, 높은 유량들에서 바이패스 비선형성을 증가시킴으로써 야기되는 유동 신호의 부정확한 동적 보정과 같은, 종래 기술의 결함들을 극복하기 위해 사용될 수 있다. 그 결과, 본 개시내용은 MFC를 통한 가스 유동을 더 정확하게 제어하기 위해 사용될 수 있는 더 정확한 총 비선형성 특성 함수를 가능하게 할 수 있다.
다음으로, 도 11을 참조하면, 도 1a를 참조하여 설명된 MFC(100)를 실현하기 위해 활용될 수 있는 물리적 구성요소들을 도시하는 블록도(1100)가 도시된다. MFC(100)와 함께 물리적 구성요소들은 방법(10)을 실행하기 위한 수단 및 본원에 개시된 실시예들과 관련하여 논의될 수 있는 다른 개시된 예시적인 방법들을 제공할 수 있다. 도시된 바와 같이, 디스플레이 부분(1112), 및 비휘발성 메모리(1120)는 버스(1122)에 결합되고, 버스는 또한, 랜덤 액세스 메모리("RAM")(1124), 처리 부분(N개의 처리 구성요소를 포함함)(1126), 솔레노이드/피에조 유형 밸브(1130)와 연통하는 밸브 구동기 구성요소(1128), 인터페이스 구성요소(1132), 통신 구성요소(1134), 및 질량 유량 센서(1136)에 결합된다. 도 11에 도시된 구성요소들은 물리적 구성요소들을 나타내지만, 도 11은 하드웨어 다이어그램이 되도록 의도되지 않으며; 따라서, 도 11에 도시된 구성요소들 중 다수는 공통 구성들에 의해 실현될 수 있거나 추가적인 물리적 구성요소들 사이에 분산될 수 있다. 더욱이, 도 11을 참조하여 설명된 기능적 구성요소들을 구현하기 위해, 다른 기존의 그리고 아직 개발되지 않은 물리적 구성요소들 및 아키텍처들이 활용될 수 있다는 것이 확실히 고려된다.
디스플레이 부분(1112)은 일반적으로, 사용자에게 콘텐츠의 프리젠테이션을 제공하도록 작동하며, 여러 구현들에서, 디스플레이 부분(1112)은 LCD 또는 OLED 디스플레이 디바이스에 의해 실현된다. 예를 들어, 디스플레이 부분(1112)은 보정된 유동 신호(167)의 그래픽 또는 수치 표현으로서 표시된 유동을 제공할 수 있다. 일반적으로, 비휘발성 메모리(1120)는 도 1a 및 1b에 도시된 기능성 구성요소들과 연관된 코드를 포함하는 실행가능 코드 및 데이터를 저장(예를 들어, 지속적으로 저장)하도록 기능한다. 일부 실시예들에서, 예를 들어, 비휘발성 메모리(1120)는 부트로더 코드, 소프트웨어, 운영 체제 코드, 파일 시스템 코드, 및 도 1a 및 1b와 관련하여 논의된 구성요소들의 하나 이상의 부분의 구현을 용이하게 하기 위한 코드를 포함한다. 대안적인 구현들에서, 도 1a 및 1b에 도시된 하나 이상의 구성요소를 구현하기 위해 전용 하드웨어가 활용될 수 있다. 예를 들어, 도 1a 및 1b에 도시된 비선형성 보상기(165)를 실현하기 위해 디지털 신호 프로세서가 활용될 수 있다.
많은 구현들에서, 비휘발성 메모리(1120)는 플래시 메모리(예를 들어, NAND 또는 ONENAND 메모리)에 의해 실현되지만, 다른 메모리 유형들이 활용될 수 있다는 것이 확실히 고려된다. 비휘발성 메모리(1120)로부터의 코드를 실행하는 것이 가능할 수 있지만, 비휘발성 메모리(1120) 내의 실행가능 코드는 전형적으로, RAM(1124)에 로딩되고 처리 부분(1126)의 N개의 처리 구성요소 중 하나 이상에 의해 실행된다. 도시된 바와 같이, 처리 부분(1126)은 제어 구성요소(170)에 의해 수행되는 기능들에 의해 활용되는 아날로그 배향, 온도 및 압력 입력들을 수신할 수 있다.
RAM(1124)과 관련된 N개의 처리 구성요소는 일반적으로, 도 1a 및 1b에 도시된 기능성 구성요소들을 실행하기 위해 비휘발성 메모리(1120)에 저장된 명령어들을 실행하도록 작동한다.
인터페이스 구성요소(1132)는 일반적으로, 사용자가 MFC(100)와 상호작용하는 것을 가능하게 하는 하나 이상의 구성요소를 나타낸다. 인터페이스 구성요소(1132)는, 예를 들어, 키패드, 터치 스크린, 및 하나 이상의 아날로그 또는 디지털 제어부를 포함할 수 있고, 인터페이스 구성요소(1132)는 사용자로부터의 입력을 설정점 신호(186)로 변환하는 데 사용될 수 있다. 통신 구성요소(1134)는 일반적으로, MFC(100)가 외부 네트워크들 및 외부 처리 툴들을 포함하는 디바이스들과 통신하는 것을 가능하게 한다. 예를 들어, 표시된 유동은 통신 구성요소(1134)를 통해 외부 디바이스들에 전달될 수 있다. 관련 기술분야의 통상의 기술자는 통신 구성요소(1134)가 다양한 무선(예를 들어, WiFi) 및 유선(예를 들어, 이더넷) 통신을 가능하게 하기 위한 (예를 들어, 통합되거나 분산되는) 구성요소들을 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다.
도 11에 도시된 질량 유량 센서(1136)는 도 1a에 도시된 열 질량 유량 센서(123)를 실현하기 위해 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 알려진 구성요소들의 집합을 도시한다. 이 구성요소들은 감지 요소들, 증폭기들, 아날로그 디지털 변환 구성요소들, 및 필터들을 포함할 수 있다.
관련 기술분야의 통상의 기술자는, 본원에서 논의된 정보 및 신호들이, 다양한 상이한 기술들 및 기법들 중 임의의 것을 사용하여 표현될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 상기 설명 전반에 걸쳐 참조될 수 있는 데이터, 명령어들, 명령들, 정보, 신호들, 비트들, 심볼들, 및 칩들은 전압들, 전류들, 전자기파들, 자기장들 또는 입자들, 광학 필드들 또는 입자들, 또는 이들의 임의의 조합에 의해 표현될 수 있다. 추가적으로, 본원에 개시된 실시예들과 관련하여 설명된 다양한 예시적인 논리 블록들, 모듈들, 회로들, 및 알고리즘 단계들은 도 11에 도시된 것들 이외의 다른 대안적인 구성요소들에 의해 구현될 수 있다.
이러한 실시예들에 대한 다양한 수정들이 관련 기술분야의 통상의 기술자들에게 용이하게 명백할 것이며, 본원에서 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 사상 또는 범위로부터 벗어나지 않고 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 본원에 도시된 실시예들로 제한되도록 의도되지 않고, 본원에 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 가장 넓은 범위를 따르도록 의도된다.

Claims (18)

  1. 질량 유량 제어기를 제어하기 위한 방법으로서,
    상기 질량 유량 제어기의 열 질량 유량 센서를 통해 가스를 제공하는 단계;
    유동 신호를 생성하기 위해 상기 질량 유량 제어기의 열 질량 유량 센서로부터의 센서 신호를 처리하는 단계;
    상기 유동 신호에 대한 비선형성 효과들에 기초하여 총 비선형성 특성 함수를 결정하는 단계 - 상기 총 비선형성 특성 함수는, 적어도, 비선형성의 제1 소스에 기초한 제1 비선형성 성분 함수, 및 비선형성의 제2 소스에 기초한 제2 비선형성 성분 함수를 포함함 -;
    상기 총 비선형성 특성 함수를 교정하는 단계;
    상기 비선형성의 제1 소스에서의 변화들에 응답하여 상기 제1 비선형성 성분 함수를 조정하는 단계;
    상기 제1 비선형성 성분 함수를 조정한 후에 상기 총 비선형성 특성 함수를 갱신하는 단계;
    상기 총 비선형성 특성 함수를 사용하여, 보정된 유동 신호를 생성하기 위해 상기 유동 신호를 보정하는 단계; 및
    상기 보정된 유동 신호 및 설정점 신호를 사용하여 질량 유량 제어기의 밸브를 제어하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 비선형성의 제2 소스에서의 변화들에 응답하여, 상기 제1 비선형성 성분 함수와 독립적으로, 상기 제2 비선형성 성분 함수를 조정하는 단계를 포함하고, 상기 총 비선형성 특성 함수를 갱신하는 단계는 상기 제2 비선형성 성분 함수를 조정한 후에 상기 총 비선형성 특성 함수를 갱신하는 단계를 포함하는, 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 비선형성 성분 함수를 조정하는 단계는, 상기 제1 비선형성 성분 함수가 제1 시간 의존적 비선형성 성분 함수이도록, 상기 비선형성의 제1 소스에서의 시간 의존적 변화들에 응답하여 상기 제1 비선형성 성분 함수를 시간에 따라 동적으로 조정하는 단계를 포함하는, 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 총 비선형성 특성 함수를 결정하는 단계는:
    상기 제1 비선형성 성분 함수를 결정하는 단계 - 상기 제1 비선형성 성분 함수는 센서 비선형성 성분 함수임 -; 및
    상기 제2 비선형성 성분 함수를 결정하는 단계 - 상기 제2 비선형성 성분 함수는 바이패스 비선형성 성분 함수임 - 를 포함하고;
    상기 조정하는 단계는 상기 가스의 유량 전이에 응답하여 상기 제1 비선형성 성분 함수를 시간에 따라 동적으로 조정하는 단계를 포함하는, 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 총 비선형성 특성 함수를 결정하는 단계는 상기 총 비선형성 특성 함수 F(f) = K*f*C1(f)*C2(f)를 결정하는 단계를 포함하고, K는 상수이고, f는 상기 가스의 현재 유량이고, C1(f)는 상기 제1 비선형성 성분 함수이고, C2(f)는 상기 제2 비선형성 성분 함수인, 방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제1 비선형성 성분 함수를 조정하는 단계는:
    상기 제2 비선형성 성분 함수가 제2 시간 의존적 비선형성 성분 함수이도록 상기 비선형성의 제2 소스에서의 시간 의존적 변화들에 응답하여 상기 제2 비선형성 성분 함수를 시간에 따라 동적으로 조정하는 단계; 및
    각각의 시간 의존적 비선형성 성분 함수 CD(f,t) =C(f2) + [C(f1) - C(f2)] * exp(-t/T)를 계산하는 단계 - f1은 상기 가스의 초기 유량이고, f2는 상기 가스의 최종 유량이고, C는 비선형성 성분 함수이고, t는 시간이고, T는 시간 상수임 - 를 포함하고;
    상기 총 비선형성 특성 함수를 갱신하는 단계는:
    상기 제2 비선형성 성분 함수를 조정한 후에 상기 총 비선형성 특성 함수를 갱신하는 단계; 및
    상기 총 비선형성 특성 함수 F(f,t)=K*f*C1(f,t)*C2(f,t)를 계산하는 단계 - f는 유량이고, t는 시간이고, K는 상수이고, C1(f,t)는 상기 제1 시간 의존적 비선형성 성분 함수이고, C2(f,t)는 상기 제2 시간 의존적 비선형성 성분 함수임 - 를 포함하는, 방법.
  7. 질량 유량 제어기로서,
    가스를 위한 주 유동 경로;
    상기 주 유동 경로를 통한 상기 가스의 유량을 제어하기 위한 제어 밸브;
    상기 가스의 질량 유량을 나타내는 센서 신호를 제공하기 위해 상기 주 유동 경로에 결합되는 열 질량 유량 센서;
    유동 신호를 생성하기 위해 상기 질량 유량 제어기의 상기 열 질량 유량 센서로부터의 상기 센서 신호를 처리하기 위한 수단;
    상기 유동 신호에 대한 비선형성 효과들에 기초하여 총 비선형성 특성 함수를 결정하기 위한 수단 - 상기 총 비선형성 특성 함수는, 적어도, 비선형성의 제1 소스에 기초한 제1 비선형성 성분 함수, 및 비선형성의 제2 소스에 기초한 제2 비선형성 성분 함수를 포함함 -;
    상기 총 비선형성 특성 함수를 교정하기 위한 수단;
    상기 비선형성의 제1 소스에서의 변화들에 응답하여 상기 제1 비선형성 성분 함수를 조정하기 위한 수단;
    상기 제1 비선형성 성분 함수를 조정한 후에 상기 총 비선형성 특성 함수를 갱신하기 위한 수단;
    상기 총 비선형성 특성 함수를 사용하여, 보정된 유동 신호를 생성하기 위해 상기 유동 신호를 보정하기 위한 수단; 및
    상기 보정된 유동 신호 및 설정점 신호에 기초하여 상기 제어 밸브의 위치를 제어하기 위해 상기 제어 밸브 및 상기 보정을 위한 수단에 결합되는 제어 구성요소
    를 포함하는, 질량 유량 제어기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 조정하기 위한 수단은 상기 비선형성의 제2 소스에서의 변화들에 응답하여, 상기 제1 비선형성 성분 함수와 독립적으로, 상기 제2 비선형성 성분 함수를 조정하기 위한 수단을 포함하고, 상기 갱신하기 위한 수단은 상기 제2 비선형성 성분을 조정한 후에 상기 총 비선형성 특성 함수를 갱신하기 위한 수단을 포함하는, 질량 유량 제어기.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 조정하기 위한 수단은 상기 제1 비선형성 성분 함수가 제1 시간 의존적 비선형성 성분 함수이도록, 상기 비선형성의 제1 소스에서의 시간 의존적 변화들에 응답하여 상기 제1 비선형성 성분 함수를 시간에 따라 동적으로 조정하기 위한 수단을 포함하는, 질량 유량 제어기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 결정하기 위한 수단은:
    상기 제1 비선형성 성분 함수를 결정하기 위한 수단 - 상기 제1 비선형성 성분 함수는 센서 비선형성 성분 함수임 -; 및
    상기 제2 비선형성 성분 함수를 결정하기 위한 수단 - 상기 제2 비선형성 성분 함수는 바이패스 비선형성 성분 함수임 - 을 포함하고;
    상기 조정하기 위한 수단은 상기 가스의 유량 전이에 응답하여 상기 제1 비선형성 성분 함수를 시간에 따라 동적으로 조정하기 위한 수단을 포함하는, 질량 유량 제어기.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 결정하기 위한 수단은 상기 총 비선형성 특성 함수 F(f) = K*f*C1(f)*C2(f)를 결정하기 위한 수단을 포함하고, K는 상수이고, f는 상기 가스의 현재 유량이고, C1(f)는 상기 제1 비선형성 성분 함수이고, C2(f)는 상기 제2 비선형성 성분 함수인, 질량 유량 제어기.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 조정하기 위한 수단은:
    상기 제2 비선형성 성분 함수가 제2 시간 의존적 비선형성 성분 함수이도록 상기 비선형성의 제2 소스에서의 시간 의존적 변화들에 응답하여 상기 제2 비선형성 성분 함수를 시간에 따라 동적으로 조정하기 위한 수단; 및
    각각의 시간 의존적 비선형성 성분 함수 CD(f,t) =C(f2) + [C(f1) - C(f2)] * exp(-t/T)를 계산하기 위한 수단 - f1은 상기 가스의 초기 유량이고, f2는 상기 가스의 최종 유량이고, C는 비선형성 성분 함수이고, t는 시간이고, T는 시간 상수임 - 을 포함하고;
    상기 갱신하기 위한 수단은:
    상기 제2 비선형성 성분 함수를 조정한 후에 상기 총 비선형성 특성 함수를 갱신하기 위한 수단; 및
    상기 총 비선형성 특성 함수 F(f,t)=K*f*C1(f,t)*C2(f,t)를 계산하기 위한 수단 - f는 유량이고, t는 시간이고, K는 상수이고, C1(f,t)는 상기 제1 시간 의존적 비선형성 성분 함수이고, C2(f,t)는 상기 제2 시간 의존적 비선형성 성분 함수임 - 을 포함하는, 질량 유량 제어기.
  13. 질량 유량 제어기로서,
    가스를 위한 주 유동 경로;
    상기 주 유동 경로를 통한 상기 가스의 유량을 제어하기 위한 제어 밸브;
    상기 가스의 질량 유량을 나타내는 센서 신호를 제공하기 위해 상기 주 유동 경로에 결합되는 열 질량 유량 센서;
    유동 신호를 생성하기 위해 상기 열 질량 유량 센서로부터 상기 센서 신호를 수신 및 처리하기 위한 처리 부분; 및
    보정된 유동 신호를 생성하기 위해 프로세서 실행가능한 명령어들로 인코딩된 비일시적인 유형의 프로세서 판독가능한 저장 매체를 포함하는 비선형 보상기
    를 포함하고, 상기 프로세서 실행가능한 명령어들은:
    상기 유동 신호에 대한 비선형성 효과들에 기초하여 총 비선형성 특성 함수를 결정하고 - 상기 총 비선형성 특성 함수는, 적어도, 비선형성의 제1 소스에 기초한 제1 비선형성 성분 함수, 및 비선형성의 제2 소스에 기초한 제2 비선형성 성분 함수를 포함함 -;
    상기 총 비선형성 특성 함수를 교정하고;
    상기 비선형성의 제1 소스에서의 변화들에 응답하여 상기 제1 비선형성 성분 함수를 조정하고;
    상기 제1 비선형성 성분 함수를 조정한 후에 상기 총 비선형성 특성 함수를 갱신하고;
    상기 총 비선형성 특성 함수를 사용하여, 상기 보정된 유동 신호를 생성하기 위해 상기 유동 신호를 보정
    하기 위한 명령어들을 포함하고;
    상기 보정된 유동 신호 및 설정점 신호에 기초하여 상기 제어 밸브의 위치를 제어하기 위해 상기 제어 밸브 및 상기 비선형 보상기에 결합되는 제어 구성요소를 포함하는, 질량 유량 제어기.
  14. 제13항에 있어서,
    조정하기 위한 명령어들은, 상기 비선형성의 제2 소스에서의 변화들에 응답하여, 상기 제1 비선형성 성분 함수와 독립적으로, 상기 제2 비선형성 성분 함수를 조정하기 위한 명령어들을 포함하고, 갱신하기 위한 명령어들은 상기 제2 비선형성 성분을 조정한 후에 상기 총 비선형성 특성 함수를 갱신하기 위한 명령어들을 포함하는, 질량 유량 제어기.
  15. 제13항에 있어서,
    조정하기 위한 명령어들은, 상기 제1 비선형성 성분 함수가 제1 시간 의존적 비선형성 성분 함수이도록, 상기 비선형성의 제1 소스에서의 시간 의존적 변화들에 응답하여 상기 제1 비선형성 성분 함수를 시간에 따라 동적으로 조정하기 위한 명령어들을 포함하는, 질량 유량 제어기.
  16. 제15항에 있어서,
    결정하기 위한 명령어들은:
    상기 제1 비선형성 성분 함수를 결정하고 - 상기 제1 비선형성 성분 함수는 센서 비선형성 성분 함수임 -;
    상기 제2 비선형성 성분 함수를 결정 - 상기 제2 비선형성 성분 함수는 바이패스 비선형성 성분 함수임 -
    하기 위한 명령어들을 포함하고;
    상기 조정하기 위한 명령어들은 상기 가스의 유량 전이에 응답하여 상기 제1 비선형성 성분 함수를 시간에 따라 동적으로 조정하기 위한 명령어들을 포함하는, 질량 유량 제어기.
  17. 제13항에 있어서,
    결정하기 위한 명령어들은 상기 총 비선형성 특성 함수 F(f) = K*f*C1(f)*C2(f)를 결정하기 위한 명령어들을 포함하고, K는 상수이고, f는 상기 가스의 현재 유량이고, C1(f)는 상기 제1 비선형성 성분 함수이고, C2(f)는 상기 제2 비선형성 성분 함수인, 질량 유량 제어기.
  18. 제15항에 있어서,
    조정하기 위한 명령어들은:
    상기 제2 비선형성 성분 함수가 제2 시간 의존적 비선형성 성분 함수이도록 상기 비선형성의 제2 소스에서의 시간 의존적 변화들에 응답하여 상기 제2 비선형성 성분 함수를 시간에 따라 동적으로 조정하고;
    각각의 시간 의존적 비선형성 성분 함수 CD(f,t) =C(f2) + [C(f1) - C(f2)] * exp(-t/T)를 계산 - f1은 상기 가스의 초기 유량이고, f2는 상기 가스의 최종 유량이고, C는 비선형성 성분 함수이고, t는 시간이고, T는 시간 상수임 -
    하기 위한 명령어들을 포함하고;
    갱신하기 위한 명령어들은:
    상기 제2 비선형성 성분 함수를 조정한 후에 상기 총 비선형성 특성 함수를 갱신하고;
    상기 총 비선형성 특성 함수 F(f,t)=K*f*C1(f,t)*C2(f,t)를 계산 - f는 유량이고, t는 시간이고, K는 상수이고, C1(f,t)는 상기 제1 시간 의존적 비선형성 성분 함수이고, C2(f,t)는 상기 제2 시간 의존적 비선형성 성분 함수임 -
    하기 위한 명령어들을 포함하는, 질량 유량 제어기.
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