TW200404992A - Methods and apparatus for pressure compensation in a mass flow controller - Google Patents

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200404992 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係概括目於一種用於控制流體之流率#方法與 系統，且尤指其涉及質流控制器之方法與系統。 一 【先前技術】 諸多的產業製程係需要種種製程流體之精密控制。舉 例而言，力製藥與半導體產業’質流控制器係運用以精： 測量及控制其為引入至一處理室之一製程流體之量。術語 “流體（fluid)”係在此運用以描述其為能夠流通之於任何 狀態之任何型式的物質。可瞭解的是，術# “流體，，係應 用於其包含任何組合的材料或物質之液體、氣體、與漿體 (slurry)，對其，受控制的流量係可為關注。 習用的質流控制器係通常包括四個主要部分流量計 =㈣H致動H、與—控制器。流量計係測量於 -的流體之流率，且提供其表示流率之一訊號 二置計係可包括-質流感測器與_旁路器（一⑻。質 …器係測量於—感測器導管中的流體之質流率… 管係流體耦接至旁路器。於减測 吻寸 係約為正比於其流通於旁路器的流體之質流率，且直二： 之總和係通過由質流控制器所控制之流通路徑的總二 然而，應為理解的是，某些質流 路哭,όϊ,. —、 制益係可能未運用一旁 路益’如此’所有的流體係可流通於感測 於諸多的質流控制器，一熱質流感測器料。 括一對的電阻器，盆為於„阳从y ^ “於間隔的位置而繞於感測器導管， 200404992 各者具有隨溫度而變化之一電阻。隨著流體為流通於感測 器導管，熱量係由上游的電阻器而載送朝向下游的電阻器 ，溫度差異係正比於流通於感測器導管與旁路器之流體的 質流率。 一控制閥係疋位於主要流體流通路徑（典型為於旁路器 與質流控制器之下游），且係可控制（例如··打開或閉合）以 改變其流通於主要流體流通路徑之流體的質流率。該閥係 典型為由一閥致動器所控制，其實例包括：螺線管致動器 、壓電致動器、步進致動器、等等。 控制電子電路係基於一設定點、與來自該質流感測器 的一流量訊號而控制該控制閥之位置，該設定點係表示期 望為由質流控制器所提供之流體的質流率，且該流量訊號 係表示流通於感測器導管之流體的實際質流率。諸如比例 控制、積为控制、比例—積分（pi， proportional-integral)控制、微分控制、比例-微分（pD， proportional-derivative)控制、積分-微分（id， integra卜derivative)控制、與比例_積分—微分（pID， proportional-integra 1-derivative)控制之傳統的回授控 制方法係接著運用以控制於質流控制器之流體的流量。於 上述的回授控制方法之各者，一控制訊號（例如··一控制閥 驅動訊號）係基於一誤差訊號而產生，該誤差訊號係於一 設定點與一回授訊號之間的差異，該設定點係表示該流體 之期望的質流率，而回授訊號係關於由質流感測器所感測 之實際的質流率。 200404992 诸多習用的質流控制器係靈敏於構件行為，其可 取決於包括··流體種類、流率、入口及/或出口壓力、、” 、等等之多個操作條件。此外，f = 特別對於該質流控制器之生產所運用的為係可能 現某地非均句性，皇造成的構件之一組合而呈 性能： ，、…流控制器之不-致且不合意的 ，解決此等問題之某些者，—種f流控制器係可為於 ^間而調諧及/或校準。生產係概括包括·在—組的操 作條件下而操作該質流控制器於一測試流體；以及，㈣ 及/或校準該該㈣器，使得其呈現滿意的行為。° 如為熟悉此技藝人切習知，_及/或校準—質 =過程係一昂貴、耗時的程序，經常需要-或多個： :爾者與專用的設備。舉例而言，質流控制器之㈣ =::Γ可藉！運行一已知流體之已知量於感測器部 °°某些濾波為或構件而調諧，以提供一適當的響應 、、:：旁路器係可接著安裝至感測器，且旁路器係藉著二 •豆而调諧’以反映於種種已知流率而流通於主要流體& 的已知f體之-適當百分比。該質流感測器部分； ^ a係可接著配接至控制閥與控制電子電路部分，且然 後在已知的條件下而再次調諧。 …、 當由一終端用戶所運用之流體的型式係 於調諧及/或校準者，或當由-終端用戶所㈣之 口與出口壓力、溫度、流率範圍、等等的操作條件係不同 於所運用於調諧及/或校準者’該質流控制器之作業係通 200404992 常為惡化。針對此理由，附加的流體（稱為 (―te)的流體”）及/或操作條件係經常為調諧或 ，欲提供-滿意響應所必須的任何變化係儲存於—查詢表 雖然藉著不同流體且於不同操作條件之附加 或校準之運用係可使用以改善質流控制器之性^此/ 之代替的調諧及/或校準係耗時且 式 準程序係必須重複於至少是各個代^及/或校 王/疋谷個代替的流體且 各個代替的流體而重複於多個不同的操作條件。：Π 為代替的流體係僅為接近其可為終端用戶所運用種^ 式的流體之行為，於_個終端用戶 & 際作紫孫每併 且 < 貝机控制器的實 &、作業係可施實質不同於調諸及/或 貫 運用質流控制琴之產堂芬_阁 ^間者。考慮其 心之產業及應用的寬廣範圍 所施加至質流控制器之製程流體與操作 ^用戶 於質流控制器為調諧及/ '、了犯為不同 件，_总# m六 旱於其之測試流體與操作條 亥貝流控制器之調諧及/或校準為_著夕/ 代替的流體與操作條件。因此 传：者夕個不同 靈敏於操作條件且為無須諸多的校準及:Γ，其為不 一質流控制器所為麵接至里以^丨次I白。 路徑係可包括-部分H :&制流體流量之一流通 具有一旁路器與^測係感測流量’該部分 通常設有—塵力& s 所述。流通路徑係 力。典型而言，壓力控制於流通路徑之入口側的壓 通路徑的部分之=係設在流量計為輕接至其之流 200404992 壓力調節器係維持流通路徑之一期望的入口麼力 f调雄器係通常並非操作為免於誤差，且可能引入壓力： 態（tr/nsient)、或自期望㈣力之其他的偏差至流通路徑 。此等偏差係可能具有於質流控制器的性能之有害的麥響 。經常’ f流控制器係必須為儘可能最佳吸收此等不合‘ 的？力暫態，此等不合意的暫態係典型為降低該質流控 制之控制準確性與性能品質。 【發明内容】 ;本發明之一個層面係包括於-流量控制器之一種方法 ’该流罝控制器包括一流量感測器，其為耦接至具有—入 口：與-出口側之一個流體流通路徑，該流量感測器係適 以提供-感測器輸出訊號，其為表示透過該流通路徑之一 感測的流體流量’該種方法包含步驟：測量該流通路徑之 至少一個壓力；及’調整該感測器輸出訊號，基於測量該 至少-個壓力之步驟。根據一個實施例，該種方法更包含 -步驟:基於該至少一個壓力而形成至少一個壓力訊號。 根據一個實施例’該種方法更包含-步驟:濾波該至少一 個壓力訊號以提供—偽流量訊號’其仿真該流量感測器歸 因於流通路控中的壓力變化之-響應。根據-個實施例， X種&更匕3 δ周整該感測器輪出之—步驟，纟包括—步 驟:由該感測器輪出訊號而減去該偽流量訊號。 本心月之另—個層面係包括—種修正來自一流量感測 器的感測器輸出訊號之方法，該種方法包含步驟：基於流 通路徑之至少—個壓力測量而構成-偽流量訊號，其為對 200404992 應於該流量感測器歸因於壓力變化之一響應；以及，由該 感測裔輸出訊號而減去該偽流量訊號。根據一個實施例， 忒種方法更包含一步驟：提供其表示該至少一個壓力測量 之壓力汛號。根據一個實施例，該種方法更包含構成一 偽流量訊號之步驟，其包括一步驟：延遲該壓力訊號，俾 使其實質為時間對準該感測器輸出訊號。根據一個實施例 ，忒種方法更包含構成偽流量訊號之步驟，其包括一步驟 • U分戎壓力訊號。根據一個實施例，該種方法更包含構 成偽流量訊號之步驟，其包括一個步驟：以至少一個濾波 為而濾波該壓力訊號，該至少一個濾波器具有一轉移函數 ，其仿真該流量感測器對於流通路徑中的壓力變化之一響 應i根據一個實施例，該至少一個濾波器包括：串聯連接 之複數個一 P皆濾波器’且來自該複數個二階濾波器各者之 一輸出係依比例及總計以提供該偽流量訊號。 本發明之一個層面係包括一種由一感測器輸出訊號而 移除偽",L里貧訊之方法，該感測器輸出訊號係由其為耦接 、l L路位之々,L里感測裔所提供，該偽流量資訊係流 量感測器所造成且對應於壓力暫態所引起的流量變化。該 種方法包έ步驟：測量於流通路徑中的至少一個壓力；提供 2表示至少一個壓力測量之至少一個壓力訊號；由該至少 個壓力訊號而構成一偽流量訊號；及，由該感測器輸出 訊號而減去該偽流量訊號，以提供其表示於流體路徑中的 流體流量之一流量訊號。 本發明之一個層面係包括一種停滯（dead)體積補償之 200404992 方法’該種方法包含步驟：預測一感測器對於其填充於一 停滞體積的-流體之—響應，歸因於—流體流通路徑的壓 力變化；及，基於預測的響應，修正由該感測器所提供之 一感測器輸出訊號，以本質為由該感測器輸出訊號而移除 偽流量訊號。

本务月之另一個層面係包括一種決定其流通於一導管 =流體的流率之方法，包含步驟：（a)感測其流通於導管之 机體的流率；（b)測量其流通於導管之流體的壓力變化；（c ) 、疋£力麦化於其由步驟（a)所感測之流體的流率之一影鲤 (d) 〇正β玄"IL體之感測的流率，基於壓力變化之影塑 ，以決定其流通於導管之流體的流率。

本务明之又一個層面係關於一種流量計，其包含一 量感測器，適以測量於一流通路徑的流體流量，該流量 測器係響應於流通路徑中的感測流體流量而提供一感測 輪出訊號;至少-個壓力換能器(transducer)，以測量於 ，路徑中的至少—個壓力，該至少—個壓力換能器係提 ”關於個別的至少一個測量壓力之至少一個壓力訊號. 償渡波器’以接收該至少一個壓力訊號，該補償遽:皮 糸適以構成—偽流量訊號，其近似於該流量感測器對於 通路徑中的壓力暫態之—響應；及，—減法器，以接收 :測器輸出訊號與偽流量訊號，且提供其關於該感測器】 出嶋偽流量訊號之間的差異之一流量訊號。根據本」 明之一個實施例’該補僧：看破哭白虹 预秘濾，皮包括一延遲器件（block) ，、延遲該至少一個壓力訊號以實質為時間對準該流量感丨 12 200404992 器對於壓力暫態之響應，且其中該延遲器件係提供至少一 個延遲後的Μ力訊號。根據本發明之一個實施例，補償遽 波器包括一微分器，以接收延遲後的壓力訊號，該微分器 係適以決定該延遲後的壓力訊號之一導數（derivative)， 以提供一導數訊號。 本發明之另一個層面係關於一種補償濾波器，用於產 生自一壓力訊號之一偽流量訊號，該補償濾波器包含：一 微分器，接收其表示於一流通路徑的壓力之一壓力訊號， 該微分器係適以決定壓力訊號之一導數，以提供一導數訊 號;及，至少一個滤波器，具有一轉移函數，適以轉換導 數訊號為-偽流量訊號’其表示由流量感測器響應於壓力 暫恶而產生之偽流量資訊。 本發明之一個層面係關於一種補償流體壓力感應變化 之方法，言亥變化為於一閥之受控制部位的位置，該種方法 包含步驟：測量於一閥環境的至少一個壓力；提供至少一個 壓力訊號，其分別為表示該至少一個壓力測量；計算該閥 之受控制部位的—位移，基於該至少—個壓力訊號二及^ 產生一補償驅動位準，以移動該閥之受控制部位為一量， 其具有對於所計算的位移之一相反符號且實質為大小相等 又曰之另一個層面係包括一種防止一閥的受控制 位移動之方法，該移動為歸因於壓力暫態，該種方法包 ^驟·預测壓力暫態將驅使一閥的受控制部位以移動 位移，基於一閥環境之至少一個壓力測量；及， ’ 移動 13 200404992

閥的受控制部位，以抵消所預測的位移。

本發明之-個層面係包括一種·接至流通路徑之設備 ’該種裝置包含：-壓力測量裝置，以測量於—流通路徑 環境中的至少—個壓力，且提供其表示該至少-個測量壓 力之至少-個壓力訊號;及，位移補償機構，以接收該至 少-個壓力訊號，且提供一位移補償訊號，指出一驅動位 準（level)以補償其麵接至該流通路徑之_閥的閥位移，其 為由於該流通路徑環境中的壓力變化所引起。 根據一個實施例，該位移補償機構包含機構以基於一 力閥模型而計算該位移補償訊號。根據另一個實施例，該 力閥模型包括閥之-磁性模型。根據一個實施例，力閥模 型具有其指出於閥環境的一壓力梯度之一參數。

根據本發明之一個層面，一種流量計係提出，其包含： Μ里感測器，適以感測於一流體流通路徑中的流體流量 ，且提供其表示感測流體流量之一感測器輪出訊號；至少 個壓力換能器，適以測量於一流體流通路徑環境的至少 一個壓力’且提供其表示該至少一個測量壓力之至少一個 壓力訊號；及，一補償濾波器，接收該至少一個壓力訊號 ’且構成其關於該至少一個壓力訊號之一偽流量訊號。 根據一個實施例，該偽流量訊號係構成以重建其對於 流通路徑之壓力暫態所引起的流量變動之流量感測器響應 而4成的偽流量資訊。根據另一實施例，該補償濾波器包 括一轉移函數，其仿真該流量感測器對於該流通路徑的壓 力暫態之一響應。根據一個實施例，該偽流量訊號係自該 14 200404992 感測器輪出訊號而減去，以提供—流量訊號。 〜根據本發明之另一個層φ ’一種於質流控制器之方法 係提出’ t亥質流控制器係耦接至一流通路徑，該質流杵制 盗具有-控制迴路，其包括—流量計、—控制器、一闕致 動裔n該種方法包含步驟：測量於—流體路徑環境 :的至少—個壓力；提供其指出至少-個壓力_量之至少 個f力訊號；決定至少一個補償訊號，基於至少一個壓 力測里’以及’施加該至少一個補償訊號至該質流控制器 之控制迴路。 σ

根據-個實施例’該種方法更包含決定該至少一個補 ι戒之步驟，其包括：構成一偽流量訊號，以重建該流 Γί對於流通路徑環境中的壓力暫態之―響應而造成的偽 ^資訊。根據另—實施例，該種方法更包含施加該至少 :個補償訊號至控制迴路之步驟’其包括一步驟:施加該 偽流f訊號至控制迴路’以補償其歸因於流通路徑中的壓 力暫態之於流體流量的流量計響應變動。根據又_實施例 忒種方法更包含決定該至少一個補償訊號之步驟，其包 括.决疋一位移補償訊號，其表示一驅動位 歸因於壓力暫態之—間位移。根據一個實施例，該= 更包含決定該至少—個補償訊號之步驟，其包括：決定一 偽流量訊號與一位移補償訊號。 /、 发人 田 日叫 ，丨土 θ W π刺态係提 ^包含：一流量計，適以感測於一流體流通路徑中的 凌量，且提供其表示於流通路徑中的質流率之一流量 15 200404992

;一控制裔，耦接至流量計，且適以提供其至少部分為基 於該流量訊號之-驅動訊號；_閥致動器，適以接收來^ 4匕制杰之驅動訊號；一閥，適以由該閥致動器所控制， 且耦接至流體流通路徑;至少一個壓力換能器，以測量於 -質流控制器環境的至少一嶋，且提供其表示該至少 :個壓力的測量之至少一個壓力訊號;及，至少一個補償 機構’接收該至少一個壓力訊號且提供至少一個補償訊號 至拴制匕路，以補償於質流控制器環境中的一壓力變化之 影響，其中，該質流控制器之控制迴路包括該流量計、控 制器、閥致動器、與閥。 ^根據一個實施例，該至少一個換能器係測量該流通路 ^ I力，且提供一入口壓力訊號。根據一個實施

例，該至少一個補償機構包括一補償濾波器，以接收該入 口壓力汛唬’且由該入口壓力訊號而構成一偽流量訊號。 根據另—個實施例’該流量計包括-流量感測n，其適以 2於流通路徑的流體流量，且適以提供其表示感測流體 L里之感測器輸出訊號。根據另一個實施例，該補償機 構具有轉移函數，其仿真該流量感測器對於入口壓力的 變化所造成之流體流量的響應。 根據另一個實施例，該偽流量訊號係構成，以重建其 $於入口壓力的變化所造成之感測器輸出訊號的一偽流量 賁訊成分。根據一個實施例，流量訊號係藉著由該感測器 輪出Λ號而減去该偽流量訊號所決定。根據_個實施例， X補偵柃構包括位移補償機構，以接收該入口壓力訊號且

16 200404992 提供一位移補償訊號，其表示一驅動位準以維持該閥之一 受控制部分為實質靜止於該閥之一壓力環境。根據一個實 施例位移補債訊號係加至驅動訊號，以補償其由該閥之 壓力環境中的壓力梯度所造成之閥位移。根據一個實施例 4位移補償訊號係部分為基於該閥之一力模型。根據一 個實施例，該閥之力模型包括該閥之一磁性模型。 根據一個實施例，閥之力模型包括其對於跨於該閥之 至夕個壓力降的一參數。根據一個實施例，該補償機構 匕括·補彳貝濾波器，其接收至少一個壓力訊號且提供一 偽流量訊號，構成以重建該流量計響應於壓力暫態所造成 的偽流量資訊；及，位移補償機構，以接收至少一個麼力 κ唬且提i、位移補償訊號，其表示一驅動位準以補償由 壓力變化所引起的閥位移。 本發明之一個層面係包括一種配置質流控制器之方法 ^共操作於製程操作條件，其至少部分為不㈣質流控制 為之生產㈣所運料測試操作條件，該種方法包含步驟 ••猎著該等測試操作條件而建立該質流控制器的一變應·以 及，基於該等製程操作條件而修正該質流控制器之至;’一

參數，俾使其操作於㈣作條件之質流 裔的響應係未實質改變。 J 根據一個實施例，_ M 士 °亥種方法更包含修正該至少一個控 制參數之步驟，豆命杠 止时 ^ /、已括—步驟：決定複數個製程增益項， 其關聯於基於該等製程握你 、 播放，… ％知作條件之該質流控制器的複數個 冓件’该複數個構件係形成兮 ή 。 风μ貝/瓜控制态之一控制迴路。

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根據-個實施例’該種方法更包含決定複數個製程增益項 之步驟，纟包括一步驟:決定一製程倒數増益項，二著 取得該複數個製程增益項之乘積的一倒數而形<，該^程 倒數增益項係至少一個可變操作條件之一 ^數。根據一個 貫施例’該種方法更包含至少_個可蠻 j文^作條件，其包括 於該質流控制器環境中的至少一個壓力 i刀根據一個實施例 ，邊種方法更包含至少一個可變操作 兩丄 卞其包括一入口

堡力。根據一個實施例，該種方法更包含至少—個可變摔 作條件，其包括一設定點。 线 碼呈一個Γ係包括—種電腦可讀取媒體，其編 理1士丁力&理為之一程式，該程式係當執行於處 …貫施一種配置一質流控制器之方法，以供摔作於 一組的製程操作條件，其至少部分 ”、 斗 刀馮不同於一組的測試操 作條件，其運用以建立該質流控 命％玍屋期間之一變靡 ，该種方法包含步驟··接收製 " + ，爪體物種資訊與製程操作

研. ’及’基於該輸入而修正哕 =制器、之至少-個控制參數，俾使該質流控制二 應係當操作於該等製程操作條件時而未為實質變化曰 根據一個實施例，修正兮 七扛一止 亥至少一個控制參數之步驟係 匕括一步驟：決定複數個製 ’、 發制， 曰盈項，其關聯於操作於哕 等製程操作條件之該質流柝 ' 構件係形成質流控制器之 數個 ,,^ ^ ^ , 拴制迴路。根據一個實施例， ,· 係包括一步驟··決定一製程倒數 (reciprocal)增益項，其藉 1數 考取仔该稷數個增益項之乘積 18 的-倒數而形成’該製程倒數 條件之一函數。根據—個者# 、係至>'一個可變操作 佩個貫施例， 件包括於該質流控制器環 了 / 一固可變操作條 實施例，該至少一個可變操作 i力。根據一個 -個實施例，該至少—個 ：:-入口壓力。根據 於本發明之另一個^ "作條件包括—設定點。 具有-控制迴路。”曰二―種質流控制器係提出，其 口亥貝流控制器包含·一法旦 測於一流體流通路徑中的流體流量，且適以感 通路徑中的質流率之_流量心 其表示於該流 量計，且適以提供其至少部分；其：制為’耦接至該流 訊號;-閥致動器，適以接收:、、自二該二量訊號之-驅動 閥，適以由％ m h Μ I制器之驅動訊號；一 週以由及閥致動器所控制 其中，該質流控制器之控編…接至義通路徑; 、閥致動哭、 ’、匕括该流量計、控制器 質為定7、/、閥；且其中，該控制迴路係適以具有一實 貝為疋值的控制迴路增益 ^實 個可變操作條件。 …為關於操作期間之至少一 根據個實施例，該至少-個可變择作你杜々 質流控制器環境的至少一個壓：件包括於該 個可變操作條件包括一二 4至少一個可變操作條件包括-設定點。 、’’ 其用明之另—個層面，-種補償濾波器係提出，

波器包含.複自力訊號之—偽流量訊號。該種補償遽 设數個遽波器，其至少二者係串聯連接，且A …二個據波器之各者的個別輸出係依比例及總計:、 19 200404992 於本發明之一個實施例，該種補償濾波器更包含一微分器 ，其係適以微分該壓力訊號，且其提供一微分訊號至該複 數個濾波器。根據另一個實施例，該種補償濾波器更包含 一延遲器（delay)，其延遲該壓力訊號，且其提供一延遲後 的壓力訊號至該複數個濾波器。 【實施方式】

本申請案係含有其關於西元2002 + 4月24日所提出 之標題為“用於質流控制器之系統及方法，，的美國專利申 凊案序號1G/131，603號之標的，該件美國專利巾請案係以 參照方式而整體納入於本文。 m .....a一澄刀環境。 力環境可包括：於流通路徑的人口側之心（稱為入口塵 、於閥的出口側之壓力（稱為出口壓力）、與於該環境之 他遂力。舉例而言’流通路徑之m力環境亦可包括：麼 差別，諸如例如：跨於一旁路器或跨於一閥之壓力降。

壓力環境亦可包括種種的壓力暫態，包括：由—調節器 弓丨入之脈衝、由一流量感測器的幾何性所引起之亂流： :種種其他的壓力干擾。然而，該壓力環境係未經常為 :。如此，質流控制器之性能係可能為易感受於該控制 所耗接至其以供控制流體流量之一流通路徑的壓力暫能 根據本發明之-個層面’本案申請人係已經認知的 二通路徑之壓力環境的測量係可運用以降低或免除 為於壓力環境的變化所引起 「 ” 不穩定度、及/或不準確性。如二=:性能降級 如此，本案申請人係已經 20 200404992 發種種方法，用於補償於—流 環境中的壓力暫態。 t與貝流控制器之壓力 如前文所論’―質流控制器係 其感測於-流體流通路徑中;a為i括-流篁計’ 之流率伟铖常為"丨〔體〜量。由流量計所感測 工观手係.，、工吊為一回授控制迴路 其為提供至該流通路獲的出口側之=者’_路係控制 程）的一流體之流率。 一製程（例如··半導體製 確㈣諸夕的清Φ，提供至製程之實際的流率係必須為準 確控制。然而，燃力暫態係 二…為丰 供至製程的實際流量率:一:確':部波動係：能非為所提 著提供至-質流控制器之控制迴路接 偽桃里貝訊而接者調整所提供至製程 器係可能暫時喪失製程 …此控制 至製程。 及/或獒供非為期望的流率 如運用於本文，術語“爲流量（faise f 非為對應於提供至一 θ 系才曰八 言，其非為膏… 之流體流量。舉例而 .....g4 &於一流通路徑的丨σ側之於流體流量 =部變動或波動係視為偽流量。如此， 述其非為對應於提供至一製程的流量率之流量指示。係枝 根據本發明之一個實施例，理解的是，可能為有利以 測量該流通路徑之懕六Γ么丨』 ^ 、峪仫之&力（例如：入口壓力）且提供其納入此資 讯之;控制系統。更特別而言，欲降低其歸因於麼力暫態 之丨生此降級，可能為合意以測量於該流通路徑之壓力且響 21 200404992 應於壓力的變化而調整一質流控制器之控制參數。 本發明之一個實施例係包括：測量—流通㈣以以 力以及提供人口壓力測量至質流控制器。舉例而言’一壓 力換能II料為_至流料彳^提供其表㈣通路徑之 入口壓力的一壓力訊號。 η本案申請人已經認知且理解的是，藉著提供—壓力訊 :虎至-質流控制器，於質流控制器之習用作業的種種缺陷 糸可克服。是卩，申請人已經判別其利用一壓力訊號以改 善一質流㈣n的性能與準確性之種種方法。根據本發明 =個實施例的-種方法係包括：補償偽造（寧riQUS)流量 Λ唬，其可能歸因於耦接至一質流控制器之一流通路徑的 壓力暫態而發生。 工 關聯於-流通路徑的壓力暫態之—個問題係敛述於後 二其可能具有不利的影響於一質流控制器。當於一流通路 #中的壓力係改變，流體係加速下降壓力梯度以填充其稱 作為死容積（dead volume)之容積’其為由壓力之變化所產 生 i什之一感測為係可記錄於流體流量之一増加， 其歸因於流體至死容積之此局部加速。然而，此係^為°流 體之一偽流量，因為此流量係並非為表示所提供至製程2 流量。如此，來自感測器之感測器輪出訊號係載有偽流量 資訊，其係傳播至質流控制器之控制迴路。如上所論 偽流量資訊可具有關於質流控制器的準確度與性能之不合 思的結果。 第12A圖係說明一種情形，其中，於一壓力脈衝之形 22 200404992 狀的-壓力暫態係引入於一流通路徑之一入口側。圖形 12〇〇a係顯示其作為一時間函數之1力脈衝121〇的繪圖 。壓力脈衝1210係引入至流通路徑之人口側。結果，流量 感測器係響應以感測器輸出訊號122〇,如於第ΐ2β圖之圖 形1 200b所顯示。假設該流通路徑之實際流量（即：傳送至

製程之流量）係未改變，於感測器輸出訊號之尖峰kWh) 含有相對於實際流量之一大的偽流量成分。如此，質流控 制器係目A反應&流量尖峰且可能暫時喪失該製程之控制 根據本發明之一個實施例，本案申請人係已經認知的 是，於流通路徑之壓力測量係可利用以預期偽流量指示， 且補償其可能招致於質流控制器之負面衝擊。本發明之一 個實施例包括一種用於控制流量之方法，包括：測量於一 流體流通路徑的壓力，且基於壓力測量而調整其為耦接至 該流通路徑之一流量感測器所提供的一輸出訊號。 藉著分析其由壓力暫態所引起之一流量感測器的響應 流體流量波動，本案申請人係已經開發用於產生一偽流量 訊说之方法，該訊號係響應於一壓力暫態而改造其由一流 蓋感測器所提供之一流量訊號的偽流量分量。此產生的偽 ML里。孔號係可為由一糸統所運用’以補償於流量感測器輸 出之尖峰。舉例而言，此訊號係可由一補償器所運用以降 低於輸出之尖峰所造成的感應值驅動動作。 第11 A-11D圖係說明本發明之一個實施例，以供產生 來自其表示於一流體流通路徑所測量的壓力之一壓力訊號 23 200404992 的一偽（false)流量訊號。偽流量訊號係可接著為減除自該 μ里感測器所提供的流量訊號，以產生其不包括偽流量資 汛之一指出的流量訊號。如此，偽流量資訊係防止引起該 控制器為錯誤響應（例如：藉著提供不想要的流量至製程）。 於第11Α圖所示之圖形11〇〇a係說明一壓力暫態，且 尤指一流通路徑可能於作業期間所經歷之一壓力脈衝Ui〇 第11B圖之圖形11 〇〇b係顯示其由壓力脈衝111 〇所造成 之一壓力訊號112〇。該壓力訊號係可由一壓力測量裝置（ 例如：一壓力換能器）所測量，壓力測量裝置係耦接至流通 路控且適以測量於流通路徑之某些部位的壓力。 第11C圖係顯示具有一流通路徑2〇〇之一系統11〇〇c 流$感測器1140係耦接至流通路徑2〇〇以感測於流通 路徑200的流體流量。如圖所示，壓力脈衝lii〇係於流通 路徑200之入口而引入至流通路徑2〇〇 (例如：藉著一上游 的調節器之非理想的性能）。壓力脈衝ln〇可引起於其由 机里感測器1140所感測的流體流量之一局部的波動。流量 感測器i 140係接著產生一感測器輸出訊號丨15〇，其係惡 化為具有偽流量資訊。 根據本發明之一個層面，—補償濾波器係提出，其補 償偽流量資訊。於本發明之一個實施例’如於第ud圖所 ^ 補仏濾波15 1180係提供，其接收由換能器295所產 生的壓力訊號U20且產生一偽流量訊號116〇。因為遽波 器1180係接收其表示流通路徑之一部位的壓力之壓力資訊 ，補償濾波器1180可預測該流量感測器將具有對於壓力暫 24 200404992 恶所造成的流體流量波動之響應。 如此’濾波器1180係可構成-偽流量訊號，其為密切 相似於由感測器所產生的偽流量資訊。更特別而言，濾波 器1180係改造由流量感測器114〇所產生的偽流量資訊， 且提供此資訊作為偽流量訊號116G。之後，偽流量訊號 1160係可自感測器輸出訊號115〇而減去，以有效移除壓 力脈衝1100之影響。於一個實施例中，一偽流量訊號包括 -轉移函婁丈’其仿真該流量感測器之行為以響應於由壓力 暫態所引起的流量波動。 根據本發明之-個實施例，—補㈣波器綱係提出 ’其仿真該流量感測器之行為。更特別而言，f 8圖係顯 不一補彳員濾波器800，其包括：一時間延遲方塊81 〇、一微 分器820、一串聯連接組（bank)之二階的濾波器83〇a_83〇f (集體稱為830)、與一加法器84〇。補償濾波器8〇〇係接收 壓力訊號1120且將其提供至時間延遲方塊81〇。時間延遲 方塊810係延遲壓力訊號，俾使延遲後的輪出訊號係時間 對準於一感測器輸出訊號（未顯示）。尤其，某些有限量的 時間係消逝於一壓力暫態與當一流量感測器為響應於該壓 力暫悲時之間（即··存在於一壓力脈衝與當該偽流量資訊出 現於感測益輸出訊號時之間的一延遲）。如此，壓力訊號 係可作延遲，俾使所產生的偽流量訊號係減去該感測器輸 出訊號之適當部分者。 延遲方塊81 0係提供一延遲後的壓力訊號815至微分 器820，其計算已延遲後的壓力訊號815之一導數且提供 25 200404992 一導數訊號825至一組的二階濾波器830。延遲後的壓力 · 訊號之導數係計算，因為由一壓力暫態所造成的偽流量係 正比於由一壓力暫態所造成的壓力梯度。此外，延遲後的 壓力訊號之導數係確保的是，一定值的壓力係造成一零值 的偽流量訊號。即’當該壓力訊號係定值，補償渡波器係 不具有影響於感測器輸出訊號。 導數訊號825係提供至該組的濾波器830之第一個二 階濾波器830a。各個二階濾波器的輸出係提供作為於組 _ 8 3 0之下一個一 (¾ ;慮波器的輸入。此外，來自各個二階濾、 波器的輸出係引出且提供至個別的增益方塊85〇a- 85OF， 藉著個別的定值增益因數Kn而依比例決定各個濾波器之個 別輸出。 來自於個別的二階濾波器之依比例決定的輸出之各者 係貢獻於偽流量訊號1160之構成。加法器84〇係總計依比 例決定的輸出之貢獻（contributi〇n)且提供偽流量訊號 1160。於一個實施例，偽流量訊號116〇係響應於壓力暫態 _ 由一流量感測器所提供的偽流量資訊之一改造。如此，偽 流量訊號1160係可由感測器輸出而減去，以補償此偽流量 資訊。 應理解的是，於第8圖所示之濾波器的數目與渡波器 的里式係不限制。誠然’任何階與排列之任何遽波器配置 係可運用以提供-偽流量訊號。於第8圖所示之配置係已 經顯示以提供充分控制於本案申請人係已經發現為有用之 Μ量訊號的特徵’諸如··死滞時間、上升時間、過度衝 26 200404992 量與拋物線的屬性，俾使其密切相似於響應於一壓力暫態 之重$於感測器輸出訊號的偽流量資訊之一偽流量訊號係 可改造。然而，對於熟悉此技藝之人士所將發現之其他的 濾波器設計與安排係可應用，且係視為於本發明之範疇内 J而。數個構件之階係可為不同（例如：延遲方塊 810、微分器820)，且/或此等方塊之一或多者係可為全铁 免除。 # ' 於一個實例，第8 計係更為詳述於後。二 係可表示為：

圖所示之濾波器的一個實施例之設 皆濾波器之一般化的二階轉移函數 Κ/^2+2^ωηδ+ωη2) ⑴ 其中·· κ=增益，3=拉普拉斯（Laplace)運算子，μ = 然頻率，f =阻尼因數。 n 比例因數係可加人’使得各㈣波器可為無關於心 “古=%此’ 組830係可最佳化，以提供根去

南又（增益）、‘‘寬度，，（頻率響應）與過度衝量/衝量习 而，之一不同響應，俾使所構成的爲流量訊號- …、可w標度盤表示(diaIed)”且藉著改變比例因輿 5、60、與 3 〇 一個範例之特定的轉移函數係可表示為. κ^^η2/(82+2ξ δωη8+δ2ωη2) 十 a 一 π皿α歡ϋη。如此 來自各個二階濾波器之輪 〇,n ^ _ 跑出係乘以κη且提供至加法器 。加法為840係總計來自久伽、、產、由叩 個濾波裔之貢獻以提供偽流 27 200404992 m虎116G。偽流量訊號116G係由感測器輸出訊號而減 去：以提供一指示的流量訊號。如此，歸因於麼力暫態而 重疊於流量訊號之偽流量資訊係藉著所構成的偽流量訊號 而減除’冑下其為表示於流通路徑的出口侧所供應至製程 的貫際流量之一流量訊號。 質流控制器係經常為易受於不穩定度，歸因於包括方 -質流控制器的種種操作條件所取決之

種種構件之非線性的因素、或是其他_素。術語2 條件係、概括應用於種種條件之任一者，其可作控制且盆 :::一質流控制器的作業。尤其’操作條件係應用於種 卜=件，其可為無關於—特定的質流控制器而作控制 1例的操作條件包括而不限於流體種類K點或流率 、入口及/或外口壓力、溫度、等等。

7 ’應理解的是，其他的内在條件係 :控=作業㈣，諸如:訊號特徵、系統雜訊、或； '由::’:一去無關於一特定的質流控制器而作控制。尤1 貝流控制器所運用之種種的訊號係可具有含有諸多不 同頻率之頻率分量。然… 二有…夕不 替H A ru m頻率*成係ιυ有於該 :::不視為：控制而無關於一特定的質流控制器。是 所運J $外特定陳述’該等條件係不視為涵蓋於如本文 所運用之術語“操作條件，，。 本文 換運流率’，、“流體流量’，、與“流率，，係可互 徑(例如、.第=為於每單位時間而流通於-流通路 .圖之、-通路徑⑽或是流通路徑之部分者的 28 200404992 -單位體積之流體的量(即:流體質量通量⑴ 術語“種類（species)，，係概括 X ^ 每你丨沾沾所 通用於一流體之一特定 貝例的性貝。於種類之一變化係適 #皙μ ^ 、用於一流體之至少一個 生貝的一艾化，其可改變或影響— 你丨而-认# 貝机控制器之性能。舉 】而&，於軸之-變化係可包括 j, , ^ ^ /爪體型式的一變化（ 例如：由氮氧至氫氣）、於一流體之 Λ ^ Α ^ ^ ^ 、、、σ的一變化（例如：若 々丨L體為乳體或液體等等之一組成）、 ^ ^ ^ ^ ^ 及/或於流體之狀態或 机體之組合的一變化。術語“種 定義一di宁冷Μ 、戒係概括適用於其 特疋/爪體種類之任何數目的彳 資訊可白Α 貝。舉例而言，種類 了匕括而不限於：流體型式（例如 女技 、流，έ日# r y ί •氣氧、氮氣、等等） Μ體組成（例如··氫氣與氮氣）、 如:液體、氣體、等等)、黏性、等J篁、比熱、狀態(例 一質流控制器係經常包含數個 感測器、回授控制器、閥、等等:不: 控制迴路。控制迴路之部分者的各個構起於-增益。概括而言，術語“增益，，心：件係具有-關聯的 組之構件的一輸入盥曰、個特疋構件或群 训备出之間的關係。與加二‘ 益係可代表對於一輸入變化 、“而"’-增 4 艾化之一輸出蠻仆ίΛ仏说 係可為-或多個變數之_函數， ' :一增益 制為之一或多個操作條件 貝机 /或出口遷力、” 特物如··流率、入口及 刀，皿度、閥位移、等等）。槪紅品一二 盈係於本文稱為一增兴 ％ 曰，该一增 益項之表干二 曾益項(且更特別而言:-增 點、點對、-常數、等等良函數之取樣、離散的資料 29 200404992 一質流控制器之種種的構件或群組的構件之各者係可 ： 具有一個關聯的增益項。不具有可感知的增益項之一構件 係可視為具有單一的增益項。於關聯於一質流控制器之種 種構件的增益項之間的關係係經常為複雜。舉例而言，不 同的增益項係可為不同變數（即：操作條件及/或構件特徵） 之函數，可為部分為非線性，且可為不配合於彼此。 是以，關聯於繞於一質流控制器的一控制迴路之構件 的各個增益項之貢獻係本身為一增益項。此合成的增益項 φ 係可本身為一或多個變數之一函數，且可至少部分為貢獻 於質流控制器之靈敏度，相關於操作條件的變化及/或質 流控制器之種種構件的特徵。 根據本發明之一個實施例，一種質流控制器係提出， 其具有一定值的迴路增益之一控制迴路。根據一個實施例 ，定值的迴路增益係藉著決定一倒數增益項而提供，該倒 數增益項係藉著形成其關聯於質流控制器之控制迴路中的 一或多個構件之增益項的乘積之倒數、以及施加該倒數增 鲁 益項至控制迴路。根據一個實施例，壓力訊號係運用以調 整於質流控制器（例如：於其關聯於質流控制器的一 GLL控 制器）之增益以提供定值的增益。 如於本文所運用之一定值迴路增益係描述一質流控制 器之一控制迴路的一增益，其為關於質流控制器之一或多 個操作條件而實質維持為定值。尤其，一定值迴路增益係 並未變化作為其關聯於一質流控制器的特定操作條件之一 函數，或是作為其關聯於控制迴路的個別增益項之一函數 30 200404992 。應為理解^1 I _ 畔勺疋’一疋值迴路增益係可能非為精確定值。 於測量、辞旦& 4 ^ σ里人汁异之不精確係可能引起該定值*兴 以改#。妙& 1 9 ^ 、 Λ、'、 ’ δΛ變動係應視為由如於本文所運用之一定 值迴路增益的定義所涵蓋。再者，一定值迴 須於所=操作範圍或條件而為定值。然而，具有於操; 111^ ^ ^ ^ t ^ /種机體所刼作（且為調諧及校準）而且無須針 對其他的流體及/或操作條件作調諸及/或校準。 :、為進而理解的是，質流控制器之某些構件的增益係 可Ik耆刼作頻率而變化， w 貝"“工制斋之吼號係可具有於 啫夕的不同頻率之頻率分量 件，且如“非1 科料視騎作條 非視為一疋值迴路增益為維持定值於其之_ 條件。 下文係關於根據本發明之用 荖夕士社 心用於貝/瓜控制态的控制及配 明。種種的ΐ=Γ念以及其實施例之更為詳細的說 種種的層面可為實施於其之該種流量 述於西元2002年4月？4 口私· / ·· . j态係特別敘 斤甲晴之其標題為“用於質产 控制器之系統與方法，，的美國 、、敬 ，豆A以夾賊士 4 J T明案序號10/131，603 /、為以苓照方式而整體納入於本文。 層面係可實施於所述之質六 ""之種種 κ貝机控制為，應為理解 的質流控制器係可運用，且太 疋任何 定的質流控制器。 貫她於任何特 亦應理解的是，如上文所論且 將進而概述於下， 發明之種種層面係可為以諸多 文本 夕万式之任—者所實施，正如

31 200404992 本發明係不限於任何特定實施。特定實施之實例係僅為針 對說明目的而提供。 、 於以下說明，本發明之種種的層面與特徵係將說明。 為求簡明’種種的層面與特徵係分開討論。熟悉此技藝人 係將理解的；^ ’視特定應用而定，該等特徵係可選擇性 結合於一質流控制器。 I·質流控制 第1圖係說明根據本發明的一個實施例之一種質流控 =的示意方塊圖。於帛！圖所示之f流控制器係包括一 流量計110、一增益/領前/落後（GLL，Gain/Lead/Lag)控制 器150、一閥致動器16〇、與一閥17〇。 ^流量計U0係耦接至一流通路徑103。流通路徑103 係感測於流通路徑中、或部分之流通路徑中的一流體之流 率’且提供其表示所感測的流量率之-流量訊?虎fs2。流 量訊號FS2係提供至GLL控制器150之一第一輸入。 此外，GLL控制器150包括一第二輸入，以接收一設 疋點訊號si” 一設定點係指其為由質流控制器i〇〇所提 供之期望的流體流量之一指示。如於帛丄圖所示，在提供 至GLL控制器150之前，設定點訊號SI2係首先為通過一 轉動率（slew rate)限制器或濾波器13〇。濾波器13〇係作 用以限制於訊號SIl之設定點的瞬間變化而免於直接提供 至GLL控制器150，俾使於流量的變化係發生於一指定的 h間週期。應理解的是，—轉動率限制器或濾波器13〇之 運用係非為必要以實施本發明，且可能為省略於本發明之 32 200404992 某些貝施例，且其能夠提供期望流體流量之指示的種種訊 就任者係視為_適合的設定點訊號。術語“設定點，，係 …、關於特疋的舐唬而是描述其代表一期望的流體流量之 —值〇 部分為基於流量訊號FS2與設定點訊號Sl2, GLL控制 器150係提供_驅動訊號Ds至闊致動器16〇，其控制該闕 170。閥170係典型為定位於流量計110的下游，且至少是 部分為取決於閥的一受控制部位之位移而允許某-質流率 。該閥的受控制部位係可能為—活動式柱塞（—gw，其 置放為跨於流通路徑之—橫截面，如關於第16圖所進而詳 述者。該閥係控制於流體路徑的流率，藉著增加或減少流 體為允許以流通於其之橫截面中的一開口之面積。血型而 =，質流率係藉著機械式移位該闕的受控制部位為一期望 里而控制* δ吾位移，’係概括運用以描述質流率為至少 是部分取決於其之一閥的變數。如此，於橫截面的開口之 面積係關於受控制部位之位移，其概括稱為間位移。 該閥之位移係經常為由一閥致動器所控制，諸如 線管致動器、-屢電致動器、—步進致動器、等等，第 1圖，閥致動器' 160係-螺線管型式的致動器，然 發明係未如此受限，正如其他替代型式的致動器係 用。閥致動器m係接收來自該控制器之驅動訊號 轉換該訊號DS成為閥之受控制部位的—機械位移。理相 言，閥位移係純為驅動訊號之一函數。然而，： 在其影響該閥之受控制部位的位置之其他變數。 月" 33 200404992 舉例而言，於第1〇圖所顯示 一 U π颌不之閥，於喷射孔1 040與 咼原部1 050之上而介於柱塞背側 土月W 1U26與柱塞面1〇25之間 的-Μ力差別係企圖驅使柱塞為朝向喷射扣⑷。於該孔 之上的柱塞面係遭受其實質為等於該流通路徑的出口麗力 力。由孔緣1G45至高原部外緣1055，該柱塞面係 w-區力梯度’高原部外緣的壓力係實質為等於入口壓 力，其小於透過感測器旁通器的任㈣力降。柱塞之其餘 部分（包括：背側）係遭受實皙A望 丁心又1貝為專於入口壓力之一壓力，其 小於透過感測器旁通器的任何壓 /、 上刀降疋以，柱塞1020係 將這党一壓力相依力量， /、了表不為··力量=(PrPQ)*A， 其中，Pi係等於入口壓力，p孫 F〇係專於出口壓力，且A係等 於柱塞之有效面積。才主夷 、柱塞之有效面積係可隨著不同之閥而 受化’且典型為於該孔的面籍 的面積與该孔加上高原部的面積之 範圍内。 如此’當該閥係遭受一壓力蕲 〜 &刀皙恶，此力ϊ係改變且杈 基係可能進行不合意的位移。 ^ 叫 枉暴係可能由不同於j： 為控制迴路所期望的閥位蒋· 、/、 』⑶诅栘乏呆1啲移位。此不合意的位 移係可能提供一流體流量f 里王表％而具有非意圖的一分量。 此外，此非期望的位移係 、、 秒係了此引起控制迴路以振盪為如下 文所述。 然而，若其可能引起該閥之受控制部位的不合意移動 之壓力暫態係爛，則所施加至間致動器之驅動 可作調整以補償此非為期望 ’、 ^羞的閥位移。換言之，驅動訊號 係可調整，俾使盆且古本- 便/、一有表不在一偵測壓力暫態下而保持該 34 柱塞為靜止所需要的驅動位準之—八旦 是以，根據本發明之 刀里。 決定一位移補償訊號，其中，&列包括：由一壓力測量而 為歸因於壓力k A /、 ’位移補償訊號係欲防止柱塞 i刀皙悲而移動所必 訊號係接著為Λ P„ 肩的驅動位準。此位移補償 伐考為加至閥驅動訊號。 動訊號具有其指出該質 ’ U至閥之該閥驅 移之一分I 卫制為之控制迴路所期望的閥位 記錄之壓力产由辦/ 、才塞為穩定於由壓力測量所 "兄中所必須的驅動位準之一分量。 :語“壓力環境，，係、概指一閥 如閥之不同部位可於 牙更禋i刀正 “壓力環n h 夺間而看到，，不同壓力，術語 同 _ &指其可影響—力量於閥之整組的壓力。 同，-閥環境係指其作用於閥之 ••塵力、磁力、彈簧力量、機械力量、㈣括 述於後。 | 44，如為進而詳 、根據本發明之一個實施例係涉及運用該閥之一力模型 ’广預測來自一壓力訊號之壓力感應的閥位移，該壓力訊 說係表示於閥環境中的至少一個壓力測量。 ^第9圖係說明一種壓力感應閥位移補償之方法。第9 圖係况明-流通路徑之出口側。m係㈣至流通 路徑，以控制通過出口至一製程之流體流量。閥致動器 1 6〇係控制該閥之位移，取決於由驅動訊號DS，所指示之驅 動位準。舉例而言，閥170與閥致動器160係可為相同於 其關連於第1圖所述者。 此外’ 一壓力換能器295,係耦接至流通路徑。該壓力 35 200404992 換能器係測量於閥環境中的至少一個壓力。壓力換妒 295’係提供其表示於閥環境的至少一個壓力（例如：入Z ^ 力、出口壓力、等等)之至少一個壓力訊號。針對此實例 :壓力換能器係測量該流通路徑之人口壓力，且提供其表 不入口壓力之壓力訊號27〇”。儘管壓力換能器係說明為於 間之上游’應理解的是，其可為置放於閥之下游。此外， 超過個壓力換能器係可配置為沿著該流通路徑，藉以

量於閥環境中之任何想要的壓力，且輸出其表示壓二則量 之一個關聯的壓力訊號。 ^壓力訊號270，，係提供至位移補償方塊920。該位移補 饧方，塊係決定一驅動位準，其為足以實質抵消由壓力訊號 27〇、所指出之壓力環境所影響於閥的一壓力感應位移。位 ^補償方A 920係提供位移補償訊號至總計方塊95〇。於 總計方塊950，位移補償訊號係加至其為由一控制器15〇 所么出之驅動訊號Ds。舉例而言，控制器j 係可為如第

^圖所^之一 GLL控制器。總計後的驅動訊號DS，係接著提 倂主阀欽勖器，其係根據驅動訊號DS，而機械式移位該閥 之受控制部位。 如此，驅動訊號DS，具有其為有效歸零該壓力環境所 :有於閥位移的力量影響之一分量與其為由控制迴路所提 2之一分量。如此，由閥環境所造成之淨的閥位移係該質 流控制器之控制迴路所期望的位移。 、 一於位移補償之—個實施例，一閥之—個力模型係運用 藉以決定於一壓力環境中之閥的壓力感應位移。第13圖 36 200404992 係類似於第9圖，然而，位移補償920,包括一力模型woo ’其模型化於閥環境中的力量。對於其操作以一自由浮動 柱塞的一閥之適合的力模型係敘述於本文之其標題為“力 閥模型”的段落E。 諸多不同的力模型係可形成以預測於一壓力環境的壓 力感應閥位移。力模型係可為關於閥的型式與該閥所意圖 操作於其的條件而變化。本發明係不受限於任何特定的力 模型。

如上所述，質流控制器之種種的構件可具有關聯於其 操作之一增益項。舉例而言，第1圖係顯示其分別為關聯 於流量計110、GLL控制器150、閥致動器16〇、與閥17〇 之增益項A、B、C、與D。此等構件與其關聯的輸入與輸出 訊號(尤其是流量訊號fs2、驅動訊號DS、閥訊號ad、盥产 通於流通路徑1G3的流體）係形成質流控制器之—控制迴路 。增益A、B、G、肖D係接著為關聯於該等輸人與輸出之

間=關係。應理解的是，環繞於此控制迴路之該等增益項 係負獻至一合成的控制迴路增益。 、 典型而言’此控制迴路增益項係繞於控制迴路之择 項的乘積（即：控制迴路增益項料於乘積娜⑽^ ::於亡文，一合成的增益項係描述其包含複數個單〜 1項的貝獻之任一增益項。運用 記號表Μ將呈現本文之—合成增益❸ 別… 用以代表貢獻於合成增益項以 別的增盈項之符號的連結。 之他 兴頊将脾本 牛Ο而S ，上述的控制迴路扣 將表示為增益項侧。除非另為指出，對於―合^ 37 200404992 增益項之上述的記號表示係假設為其組成的增益項之乘積 關聯於-質流控制器的一控制迴路之個別的增益項可 具有差異之特性與其造成-合成的增益項之相依性。此等 相依性或變數可包括:設定點或流率、流體種類、溫度、 入口及/或出口壓力、闕位移、料。本案申請人已認知 亡理解較’具有—任意的控制迴路增益項之一質流控制 器可為容易受到不穩定度且可為靈敏於上述的相依性之某 些或全部。下文係於第1圖所示之範例的增益項各者之一 欽述。 —增益項A係關聯於流量計且代表介於透過質流控制器 的貫際流體流量與流量計的沪+、士曰 少 里卞的扣不流ϊ (例如：FS2)之間的關 係(例如:於指示流量的變化除以於實際流體流量的變化）。 增益項A係校準為至少一個流率的一常數函數 '然而，此 常數係可能至少為取決於質流控制器所操作於其之流體種 類。 料項^關聯於GLL控制器且代表介於接收自該流

里°的^流里讯號FS2與提供至閥致動器的驅動訊號DS 之間的關係°增益項B係關於其運用力似控制器之回授 控制的種種增益與常數。 增益項C係關聯於閥致動器且代表介於動訊㈣ 閥的位移之間的關係。增益c係可包括二個單獨的增益之 :二包括:其關聯於一驅動訊號至-電流或電壓控制訊 號的轉換之增益、盘政M纟 〃 關％於控制訊號與該閥之受控制部 38 200404992 位的機械位移之增益。 增益項D係關聯妒v卩肖n、、 、閥且代表介於質流控制器的一流率 ，、閥位移之間的關係（例如 沒 的-變化)。增益項D係可為::率的1化除以於閥位移 :流體種類、人口與出:^取於種種的操作條件，包括 L力、溫度、閥位移、等算。★戸 據更為详述於後之本發明 提供，其有利於決定二 =Γ’閥之一實際模型係 之閥的-增益項。〆' Ζ、有任意的流體與操作條件 之：：二“糸由增盈項A、C、與D的乘積之倒數所形成 供定值迴路增益至質流控制器之-控制迴路，增益項二t 允^亥質流控制器以無關於操作條件而操作於一致的方式 所t據本★明之—個層面，―系統增益項係針對-特定 、貝:控制器而決定，藉著決定其環繞於質流控制 制迴路的種種構件之合成烊尹 ^ 藉著取…^曰皿 倒數增益項係形成， 至"r回路乐：“項〈例數。此倒數增益項係接著施加 =迴：，俾使該控制迴路係操作具有-定值迴路增益 數增益項係可改變以維持一定路值之迴種路種增7盈項係改變，倒 因為質流控制器之迴路增益係保持 器之流體的型式且無關於質流控制二： =她条件，則具有不同的流體及/或操作條件之; 制器的響應係可作成穩定’且呈現為如同於一測試流 J- 39 200404992 體與測試操作條件之質流控 同行為。 制器的生產期間所觀察者之相 除非另為指出，季轉辦兴s么 ^^ 先a皿項係裱繞於其關聯於質流抑 制益的種種構件之控制迴路的合 " 為一或多個操作條件之一函數。A 交化 山数舉例而言，於第j圖 統增益項係合成增益項ACD。 、 於弟1圖之方塊14G ’ -倒數增益項G係藉著取得 ’’先*曰皿項ACD之倒數且將其施加作為對於gll控制器之輪 入的-者而形成。應理解的是，倒數增益項係可為；於： 關聯於繞於質流控制器之控制迴路的種種構件之全部增益 項的倒數。舉例而言，於控制與穩定度之改善係可為藉著 形成合成增益$ AC、AD、CD、等等之倒數而達成。然;， 於幸X佳實轭例，增益項G係形成使得迴路增益維持一定值（ 即：增益G係系統增益項之倒數）。 根據本發明之一個層面，壓力係可為感測於入口，且 一壓力訊號（例如··壓力訊號19〇)係可產生，其可運用為關 聯於一質流控制器。舉例而言；—壓力訊號係可產生，其 可運用於質流控制器之一流量感測器部分，以補償歸因於 壓力暫態之偽造（spuri〇us)指示。再者，壓力訊號係可運 用以供前饋該閥之控制。此外，壓力訊號係可運用以調整 於一 GLL控制器之增益。 弟2圖係說明流量計11 〇之更詳細的示意方塊圖。一 々比里汁係概括為指其感測通過一流通路徑的流率之種種構 件的任一者，且提供其表示流率之一訊號。第2圖之流量 200404992 什110包括：一旁路器210、一感測器與感測器電子電路 · 230、接收來自感測器與感測器電子電路23〇的感測器訊號 FS1之一正規化電路240、耦接至正規化電路240之一響應 補積電路2 5 0、與其耦接至響應補償電路2 5 〇之一線性化 電路260。線性化電路260之輸出係流量訊號Fs2，如於第 1圖之質流控制器所示者。 雖未顯示於第2圖，於某些實施例，感測器訊號FS1 係可藉著運用一類比至數位（A/d)轉換器而轉換為一數位訊馨 唬，使得質流控制器100之所有進一步的訊號處理係可由 數位電腦或數位訊號處理器（Dsp)而實行。雖然於一個較佳 實施例，由質流控制器1〇〇所實行之所有的訊號處理係以 數位方式貫行，本發明係未如此受限，一類比處理技術係 可為替代運用。 於第2圖’ 一感測器導管22〇係將其流通於該流通路 :之流體的某些部分者而轉向，流體之其餘與大部分者係 机通於旁路裔。感測器與感測器電子電路230係耦接至感 _ 州為專耳且測量通過該導管之流率。一壓力換能器·挪係 1至流通㈣2⑽而位在旁路器之上游，以測量在流通 路^ 200之入口側的入口壓力。壓力換能器係提供其 表示該入口壓力之一壓力訊號270。 、如前文所論，壓力暫態係可能引起於流體流量之局部 皮動*體*里係由感測器與感測器電子電路230所感測 :然而’此係視為偽流量資訊’由於其非為表示於流通路 " 側而提供至製程之流率。如此，流量訊號FS0係 41 200404992 可能惡化具有於入口壓力之暫態所造成的偽流量資訊。舉 例而a，流Ϊ訊號FS0係可能含有由局部流體流量波動所 造成的偽流量資訊，波動係由其突進以填充一死容積之流 體所引起，死容積係由一壓力脈衝或其他的壓力暫態所引 起0 ▼ -------w τ，獨Ί貝邋汲器280係接 收來自壓力換能器295之麼力訊號27。且構成偽流量訊號 290。偽流量訊號29〇係構成以模型化感測器與感測器電子 電路230之錯誤的響應，其歸因於壓力暫態所引起的流體 流量波動。換言之，偽流量訊號29。係構成以等於或密切 接近於其為壓力暫態的結果而重疊於流量訊號之偽流量資 汛。-種適合的補償濾波器係關於第8與12圖而詳述 係接著為減除於流量訊號FS。(例如:藉著減 法裔297)，以提供其具有偽流量 訊號FS1。 里貝』為有效移除之感測器 感測器訊號FS1係接著為進而處理， 流量訊號PS〆尤其，流通於導管之法 ，、私出的 通於旁路器之流體、然而，於一質；里1…匕於其流 4 ★ 貝/危控制器所欲择作於甘 之流率的編，於導管的流率與旁路 之的關 係係可能非為線性。 半之間的關 此外，熱感測器係藉著谓測跨 度變化而測量流率。是以，於某此择^的—段區間之溫 感測器者’可能存在溫度相依性；：：:1在尤指其實施熱 所操作於其之流率的範圍之二個極端= 42 200404992 流量與滿刻度流量）。 正規化電路240係接收感測器訊號FS1，且校正對於 零流量與滿刻度流量之潛在的溫度差異。尤其，當無流體 為流通於導管及/或旁路器（即：零流量），感測器係可產生 一非零的感測訊號。再者，流量之此偽造的指示係可能 取決於溫度。同理，感測器訊號FS1係可能遭受其為取決 於滿刻度流量的溫度之波動。對於零流量之訊號FS1的溫

度相依變化之校正係可實行，藉著測量於多個不同溫度之 零流量的感測器訊號FS1之值、且接著為基於感測器之溫 度而施加一校正因數至訊號FS1。對於滿刻度流量之感測 器訊號FS1的溫度相依變化之校正係可為以類似方式而實 仃，基於不同值的溫度之感測器訊號的測量且基於該溫度 而施加一適當的校正因數。 此夕卜，溫度相依性係可為針對 一 1 工

望以操作於其之整個範圍的特徵點而類似測量。是以， 為流率與溫度的-函數之—校正輯係可配合至於—零 2、滿刻度流量、與其間之任何數目的特徵點而取得之 Ϊ。此校正曲線係可提供對於跨於質流控制器所意圖操 於其之流率範圍的溫度相依性之校正。此外，所運用的 體與其關於溫度的已知感測器性質變化之資訊係可利用 提供或加強正規化電路24G之校正因數及/或校正曲線。 正規化電路240亦可提供—固定的正規化增益 FS卜使得透過感測器導管之滿刻度流量的一特定值係對 正規化訊冑脱，而得到，且於零流量的另—特定值（例 43 4 200404992 零）係得到。 於一個實施例，舉例而言，正規化電路240係確保的 是，透過感測器導管之零流量的正規化訊號FS1，具有〇 〇 之一值，且透過該導管之滿刻度流量的正規化訊號FS1，具 有1_0之一值。應理解的是，由於運用於本文之值係僅為 範例，任何值係可選取以用於零流量與滿刻度流量的正規 化訊號FS1，。 應理解的是，正規化的訊號j?sl，可能具有不佳的動態 特丨生，使得響應於流體流量之一步級變化，訊號Fs 1，係時 間延遲且相對於透過流量感測器之實際流量而平滑化。此 係因為熱流量感測器為隨著熱變化進行於一相當長的時間 週期而典型具有一緩慢的響應時間。 第3圖係此行為之一例圖，於其，時間係繪製於水平 或X軸而流量係繪製於垂直或”由。如於第3圖所顯示， 響應於透過熱質流控制器之實際流量的一單位步級變化， 由感測器所提供之訊號FS1係時間延遲且平滑化。 為了修正此等感測器影響且提供對於流體流量的變化 之較佳的動態響應，正規 電路250。響應補償電路 為感測器與感測器電路2 正規化的訊號FS1，係提供至響應補償 電路250係作用為一濾波器，其係約 路230之轉移函數的一逆數（inverse)

44 200404992 制器之-特定實施可為合意的其他特性。 如於第3圖所示，補償訊号虎FS1”具有-輪廓’其更為 密切反映透過於圖式所示之感測器的流體流量之步級變化 的輪廓。該質流控制器之流量計係可調整以提供該補償的 訊號於質流控制器之生產期間。特別而言，動態響應係可 調諧於-MU㈣步驟’其係更為詳細論述於後。

如於上文所簡述，相對於流通於旁路器的流體之盆流 通於感測器導管的流雜之比例係可取決於流體之流率:、此 :卜’於感測器與感測器電子電路之非線性係進而複雜化於 只際流體流量與以不同流率之由感測器所提供的感測流量 ㈣之間的關係。結果係在於，代表感測流量對(VS.)流體 流Ϊ之一曲線係可能非為線性。

應理解的是，此等非線性之諸多者係載送透過正規化 電路240與響應補_ 25〇。是以，立即的討論係密切 關於感測器訊號m、Fsl，、FS1，，之任一者。術語“感測器 輸出”係將利於本文以描述在線性化（即：前述的線性化 :路之前的感_「號。尤其，除非另為指出，感淘 器輸出係描述由感測器所產生的訊號，其例如為分別藉著 正規化電路240與響應補償電路⑽所正規化及補償（❹ ”而尚未線性化。亦應理解的是，正規化與補償步驟 係無須關注其於第2圖所施加之順序’且實際為可互換。 線性化電路260係修正感測器輸出（即：FS1”）之非線 性。舉例而言，線性化電路260係提供一流量訊號，其將 八有於零流量之一值0、於滿刻度流量的之一值0.25 45 200404992 、於滿刻度流量的50%之一值〇· 5、於滿刻度流量之一值 -1 · 0、等等。線性化電路260係提供流量訊號FS2，其為提 、 供至如於第1圖所示之GLL控制器15〇。術語“指示 (indicated)流量”係將運用於本文，以概括描述其在線性 化之後而由一流量計所提供之流量訊號（例如：流量訊號 FS2)。 雖然存在線性化#亥感測器輸出之多種方式，諸如··多項 式線性化、片段線性近似、等等，於本發明之一個實施例 ，一仿樣（spline)係運用以線性化此訊號，且尤指一立方 _ 體（cubic)仿樣。立方體仿樣之一篇論述係提出於 Si lverman B. W·著作之標題為“對於非參數回歸曲線配合 之仿樣平滑理論的某些層面”（發表於R〇yal Statistics Society期刊）且將其整體以參照方式納入於本文。 根據本發明之此層面，來自感測器與感測器電子電路 230之實際輸出訊號FS1係測量於多個不同（且為已知）的 流率之一測試流體或氣體，且所測量的流率係相對於已知 的流率而繪製於所有的測量點。測量流率對已知流率之此 _ 繪圖（plotting)係定義感測器與感測器電子電路23〇之轉 移函數，且一立方體仿樣係接著為配合至感測器與感測器 電子電路230之轉移函數的逆數。感測器輸出之測量值係 接著運用作為對於立方體仿樣之一輸入，以提供一正規化 、補償、及線性化的指示流量訊號（例如·FS2)。 如將進而詳述於下文，線性化電路260係可包括一線 性化圖表（table)(未顯示）以有利於感測器輸出之線性化 46 200404992 。於本發明之一個替代實施例，一立方體仿樣係配合至感 測器與感測器電子電路23G之轉移函數本身而非為其逆數 〇 在補償於感測器與感測器電子電路230的非線性之後 且針對其行進通過感測器導管220之流體流量的改變部 刀凋整的々,L里5凡號FS2係提供至GLL控制器150且亦可 提供至一濾波斋12〇 (第！圖）以供顯示。調整的流量訊號 FS2之個u兒明係稱為調整（condi tioned)的感測流量 (FS2)”且顯示於第3圖。 如於第1圖所示，一增益項A係關聯於流量計n 〇。 此增益項係代表於其流通於流通路徑1〇3的流體與所指示 勺/爪里（即· ’瓜里成號j?S2)之間的關係。尤其，增益項a係 指示流量變化對於實際流體流量變化之比值。由上文的流 里計110之論述所應理解的是，此關係（即··流體流量對指 示畺之一曲線）係作成為線性。因此，指示流量的變化 對於實際流體流量的變化之比值（即：流體流量對於指示流 I之曲線的導數）係流率之一常數函數。因此，增益項A係 針對一特定流體種類之一個常數。 由於增益A係一個常數，且由於指示流量係已經定義 為於滿刻度流量之一特定值，增益A係可為基於其關聯於 質流控制器之生產期間所運用的流體之滿刻度流量而針對 —特定流體所決定。於指示流量已經調整具有於滿刻度流 ϊ的一值1 · 0之範例的流量計，增益A係純為滿刻度流量 之倒數。 47 200404992 應理解的是，通過一質流控制器之滿刻度流量係可改 變作為以一不同的流體而操作質流控制器之結果。是以， 質流控制器係將具有取決於流體種類之一滿刻度範圍。因 此，雖然增益A係至少一個流率之一常數函數，此常數係 可能變化於以一不同流體種類之質流控制器的作業。 然而，本案申請人係已經決定其關聯於流量計之增益（ 即··增益項A)為如何隨著流體種類而變化。如上所論，流 量計之增益係可直接為由滿刻度範圍（即：質流控制器之滿 刻度流量）而計算。因此，決定對於一製程流體之滿刻度 範圍係允許該流量計之增益的直接決定。一製程流體之滿 刻度範圍係可決定，藉著應用一轉換因數至關聯於一測試 流體之滿刻度範圍。轉換因數係可根據藉著滿刻度範圍所 決定於其之一特定流體的測量而憑經驗所導出。 第4圖係說明Gll控制器150之一實施例的細節。雖 然控制器150係在此描述為一增益/領前/落後（GLL)控制器 應理解的疋，本發明係未如此受限。舉例而言，本發明 之種種層面係可運周於其他型弍的回授控制器，諸如·比 幻 積分—微分（PID， proportional integral differential)控制器、比例—積分（ρι)控制器、積分—微分 (ID)控制器、等等。亦應理解的a，由於本發明係不限於 本文所不之特定的控制器結構，對於第4圖所示之GLL控 制杰150的諸多數學等效者係可為替換運用。 GLL控制器1 50係接收三個輸入訊號：流量訊號FS2 ( 亦％為所指示的流量）；設定點訊號SI2 ;與，倒數増益項〇 48 200404992 :::::二，設定點訊請^ ate)的限制器或濾波器130,以防 〜 之瞬間的變化為提供至GLL控制器、 一讯號 繞於指出’增益“4°係藉著取得其關聯於環 之倒數而形士 ^ * 1干之、盈項的乘積 為詳細" 倒數增益項（即：系統增益項之倒數），如 二二:"於此。增益G係可施加於沿著控制迴路之任何 :’係不限於施加至一質流控制器之控制器的輸入。狹 GLL’:l數增益項G係可便利為施加至第…圖所示之 GLL控制器的輸入。 所^據本發明之一個實施例，增益項g係可由其關聯於 貝: 之一微處理器或數位訊號處理器而決定。該處 理益係可為整合於質流控制器或可為外在者，如於下文所 論述。 如於第4圖所示’流量訊號FS2係提供至微分器或d 項電路410。因為該電路41〇係非為相等於一微分器，故 於本文稱為- “D H_tern])，，電路。誠然，於d項電路 41 〇 ’机里訊號FS2係微分、低通遽波、及乘以一常數並且 接者為總計該調整後的流量訊號FS2。應理解的是，由於 其他型式的微分器電路係可運用，本發明係不限於本文所 述之D項電路410的特定實施。就作用而言，D項電路41〇 係提供一修正後的流量訊號FS3，其為相對於調整後的流 量訊號FS2而“加速”，藉以構成於GLL控制器15〇之“ 領前” 。D項電路41〇亦提供阻尼。如應為熟悉此技藝之 49 200404992 人士所理解，D項電路41〇係作用為提供一修正後的流量 A號FS3，其係表示該流量訊號為如何改變以及改變多快 修正後的流量訊號FS3係接著為隨著設定點訊號SI2 而提供至一減法電路42〇，其取得修正後的流量訊號fs3 ^、。又定點汛旎SI2且基於其差異而產生一誤差訊號E。誤 差Λ號E係接著為乘以增益項〇 (因此為於一增益/落後/ 領前(GLL)控制器之用詞“增益，，）且提供至一比例增益項 440與一積分增益項450。 比例增益項係將訊號EG乘以一固定的常數Κρ，且接 著提供輸出訊號EGKp至一總計電路47〇。比例增益"項44〇 係運用以作用為提供驅動訊號之一分量，基於訊號eg而移 動控制閥170為某一固定量’因而允許控制閥】7〇為基於 誤差訊號E的一變化而快速修正。 比例增益項440亦提供阻尼，有助以防止於驅動訊號 DS與造成的流量之振盪（ringing)。舉例而言，隨著誤差b 訊號E減小，且來自積分器46〇之輸出訊號係增大，誤差 讯唬E乘以Kp之值係減小，由於Kp係較佳為小於丨，因而 減小所發生之過度衝量。 ^丨丨丨』不Μ矾號] ’且接著提供輸出訊號EGL至積分器460之一輸入。積 器460係積分該訊號EGKi且提供所積分後的輸出至總計, 路470之一第二輸入。就作用而言，積分器46〇之輪出1 提供一訊號，其表示經過一段時間之誤差訊號E且代表j 50 200404992 誤差訊號於過去為如何改變（因此為於增益/領前/落後 (GLL)控制器之用詞“落後”）。給定-誤差訊號E，積分 器權係起始於—特定斜率，且隨著指示流量（例如.fs2) 增大(假設一新且較高的設定點已經輸入），誤差訊號E係 心4得積分n _係停止積分（即：減緩其為多快變化; 且來自積分器460之驅動訊號輸出的分量係停止增大。積 分後的輸出訊號啊係接著與比例增益項之輸出而油

計於總計電路47G，且總計後的輸出訊號ds係提供作為: 閥致動器1 6 0之一驅動訊號。 此外，當控制器係轉換自一零流量至一控制流量狀態 ，-基礎(pedestal)(未顯示)係可提供以預設該積分器 460至一特定值。該基礎係描述—值，其當加胃 而將提供一驅動位準 Ι)ς，使在工， +此其係正好在打開該閥且允許流通 所必須的驅動位準之下。以此方式，對於積分器為跳升至 基礎值所為必須的時間係可免除’且控制器將具有對於零

流量與控制流量之間的轉換之—μ冑響應時間。 如於第5圖所示，總計電路之輸出係提供至閥致動器 160,其概括包括一閥驅動電子電路51〇，其為耦接至一電 子機械致動器520。任何適合的閥驅動電子電路51〇係可 運用以接收驅動訊號DS且轉換驅動訊號此為一電壓、電 流、或其他訊號，其能夠移動^ 17〇至一期望位置以提供 期望的流率。再者’閥驅動電子電路51〇係可包括習知於 此技藝之任何適合的閥驅動致動電路，以驅動螺線管 (solenoid)致動式的控制閥、壓電致動式的控制閥、等等 51 200404992 據其利用螺線管致動式控制閥之本發明的一個實施例 ’間·Ι區動雷早雪々 电路510可包括其降低於螺線管致動式控制 閱之^帶的影響之電路，如進而詳述於後。 ，良I〆圖係關於第4圖之上述的多個訊號之例圖，其中 节水平或X軸係代表時間，而垂直或γ軸係代表的識別訊 Γ位準。如於第6Α圖所示，於-時帛TQ，於訊號SI2之設 ::的-步級變化(至位準F。)係提供。此時，誤差訊號E 1糸上升$ /ffr淮I? , 旱Fq,由於誤差訊號£係等於介於調整流量訊 \ (其仍為於先前狀態）與於訊號Sl2之設定點的值（其 為值F〇 )之間的差異。誤差訊號乘以增益g G (即：訊 第^ )係因而步進至—高值，且接著隨著時間而降低，以 =、圖所示之方式。由於比例增益項權之輸出係訊號 &以常數Kp (其為小於D，訊號EGKP具有類似的形狀 ’虽然於振幅而為稍微減小，如於第6C冑所示。如於第 圖所不’於w間T。’積分後的輸出訊號脇1係零，但 。：f:於誤差訊號E之大小而開始快速向上跳升。總計電 :⑽之輸出·（其代表輸出訊號啊與積分輸出訊號原1 :^係標示為DS且係顯示於第⑽圖。基於提供至闕驅 ::與闕驅動器電子電路16〇之驅動訊號此，控制闕Η。 門：開一增加的量’且指示流量訊號(即:流量訊號fs2)係 二增大至SI2之設定點的新位準。隨著時間進行，誤差 :號E係減小，比例增益項44〇之輸出訊號叫係減小， ^分輪出訊號歸1亦然，且流率係建立於新的設定點之位 準0 52 200404992 理想而言，響應於其施加至質流控制器的設定點之一 ，入期望以得到於真實流量之—步級響應。雖然此 Μ :實IV、可％ ’本發明之實施例係可運用卩提供其響應於 Π點的一步級輸入之一致的響應，無關於步級輸入係代 才對方、滿刻度之—2%步級或—1GG%步級，無關於所運 用:流體，且無關於入口或出口壓力，諸如此等。欲得到 二，性，本發明之實施例係提出—種具有-致的迴路增 盈之質流控制器。 曰 =前文所應理解的是’儘管其關聯於沿著一質流控制 。。—控制迴路的構件之種種增益係可能改 且=取決於種種不同的操作條件，一質流 萨著提：且：疋的作業係可針對一組的操作條件而達成， 糟者“、-疋值迴路增益於該質流控制器之控制迴路。 應理解的是，一質流控制器之控制的 :為一，:實施。舉例而言，控制… J u處理态、數位訊號處理器、等等。同理，諸 數增益項（例如··增益項G)之種種控制參數的決定伟可^ :微處理器所提供。，控制器之控制的種：層= 貫轭於軟體、韌體或硬 一 藝之技術。 建用/、為眾所週知於此技 解的是’於諸多情形’為了一質流控制器以— 諧及二二―。致手^ 又丰手動的調諧及/或校準係、經常為—耗時、勞 200404992 力密集、且昂貴的過程。此外’當_製程 鎖配置以操作於不同於生產期間所運用者之一不同： 流體種類及/或操作條件，一質流 、 S ί目你吁所士 4 、 工制态之性能係將罕為 呈見於该貝机控制器的生產期間 ^ ^ 丨規祭之相同的行為，即 以流控制器係㈣及校準於多個製程流體。換言之，當 ^ ϋ於不、^於貝4控制器所作調譜及/或校準於其者之-^體及/或操作條件，質流控制 。 命J此具有一不同的響應 根據本發明之一個層面，一 法係接屮，合也、 種配置一貝流控制器之方 μ α以一製程流體及/或製程操作條件之質冷 控制器的響應為作成實質相同於 牛之貝- 、、六遍A、， 〆貝/爪控制益為以一測續 机體〃測試操作條件所調諧及/或校準之響應。 ° =本發明之一個實施例，於單一的^流體與—电的 /、忒刼作條件之m制^ 置資粗祗π α 9久/ ;仪準期間，配 直貝科係传到。此配置資料係 而摔作一#立^ f J連用以配置該質流控制器 、乍任忍的製程流體及/或操作條件，因 〜不同於生產期間所運用者之 n 作堂々a a 々，L體及/或麵作條件的 且以降級，且除去質流控制器於多個代替流體 、且耗日守的調諧及/或校準。 的塑^其^夠操作於任意的流體與操作條件且呈現滿意 控貝流控制器係經常為涉及步驟，其包括：質流 。第；初始的生產，·及，質流控制器之一隨後的配置 驟。圖係祝明根據本發明之—個實施例的生產與配置步 54 200404992 如運用於本文且當應用至_質流控制器之術語“生產 ，作業於—特定的流體種類與一特定組的操作條件。 生產係可包括··由種種的構件而建立質流控制器;在測 試操作條件下而操作該質流控制器於—測試流體；及，調 譜及/或校準質流控制器之種種的構件及/或控制參數，俾 使該質流控制器係呈現於測試流體與測試操作條件之滿意 的订為與性能（即··具有滿意的響應）。 如運用於本文且當應用至一質流控制器之術語“配置 (⑽咖州⑻或構成—❿㈤⑻”係概指種種步驟 :其涉及於調適-質流控制器以在任意的操作條件之下而 操作於-任意的流體。尤其’ “配置”係描述其涉及於調 適一質流控制器之步驟，以操作於不同於 行生‘產的流體之一流體(分別在此稱為一“製程流：：； 一測試流體”）且在其為不同於該質流控制器之生產期 間所運用的該組操作條件之操作條件（分別在此稱為“製 程操作條件’，與“測試操作條件，，），俾使該質流控制器 之響應係實質為相同於生產期間所觀察者。應理解的是， 一質流控制器之配置係可在生產之後的任何時間而實行於 任何位置，包括而不限於製造場地（例如：針對一特定的已 知應用而配置該質流控制器）、或場域（例如··於一終端用戶 的作業位置）。 概括而言，術語“滿意的響應”係指一質流控制器之 響應，其係實行於一特定的質流控制處理或任務之一組的 55 200404992 、、’口疋谷序度。尤其，質流控制器之動態與靜態響應係執行 方、虡貝机控制态所欲操作之一容許度範圍内。 一質流控制器係可調諧及/或校準於生產期間，以具有 對於一任意組的容許度之-滿意的響應。因此，除非另作 東述 貝/;,L控制器在調諧及/或校準於一測試流體與一 組的測試操作條件後之響應係應視為具有針對該測試；體 與知作條件之-滿意的響應。然@，響写 料於-μ的流趙及/或操作條件而可能實 得該響應不再為滿意。 文使 、、則言’ —f流控制11係視為具有於""測試流體與 測试刼作條件以及於一劁 同的塑鹿，•一，\ 製程操作條件之相 3 ^田一 a應係均為滿意（即：二響應係均實行 流控制器所欲操作的容許度之内)。 貫仃於貝 如於苐7 A圖所示，於生產71 〇 所 耦接具有一、、則1 / B貝/现控制器係 控制哭之作Γ 組的測試操作條件之下。質流 資的特性係得到及儲存為配置資料712。配置 而得到，如==之種種的_^^^ 關於弟7B-7F圖所更為詳述。 術^調諧”係敘述其涉及提供對;^ ^ θ 體流量的—“… 心、對於-體流量與於流 的-變1二期望流體流量的變化.於設定點 ，，係概括為指苴”接…… ν驟術㊁吾校準 靜態響應。仏供—質流控制器之一滿意的穩態或 術語“配置資料”係概括為應用於一質流控制器之調 56 200404992 諧及/或校準期間而得到的資訊。尤其，酉己置資料係敘述 其為以-測試流體與測試操作條件之作業期間所取自一質 流控制器的特性及/或測量。於—質流控制器之生產期間 斤仟到的配置貝料係可接著運用以配置該質流控制器於— 製程流體及/或製程操作條件。

如於上文所簡述，術語“測試流體與測試操作條件，， 係運用以敘述其為運用於一質流控制器之生產期間的一流 ^與知作條件。術語“製程流體與製程操作條件’，係敛述 由針對質流控制器的一特定應用之一終端用戶所 J 2之流體與操作條件。 、、〜理解的是，相同型式的流體與操作條件係可運用方 :4以及製程之目的。然而，因為一質流控

種瓜體及/或在所有的操作條件下，本發明之某血 二面：涉及一種質流控制器，其為於生產期間而調諧及 於-特定的測試流體且在一特定組的測試操作條件 使Μ流控制器係可配置以在其後為操作於 ^體及/或操作條件。應瞭解的是，術語“製程 體係可I非為運用以敘述不㈣式的流體，而是說明該流 '、為不同於質流控制器所作調諧及/或 可同；非Γ “製程操作條件”係敛述'组的操作條;其 於質流控制器所作調諧及/或校準於其者之 全部传:: 製程操作條件之-者、某些、或是 ’、可此為不同於測試操作條件。 ;配置步驟720，生產期間所得到的配置資/料η 2係 57 200404992 利於該質流控制器之配置於-製程流體及/或 配#7乍條件。根據一個實施例’配置資料712係運用於 配置720之期間以決定其關 、 其致能以-製程流體及/或製程二= 作章。" 乂表柱钿作條件之質流控制器的 ” L ^、’於一生產步驟710之期門俨不丨 712孫、重田 之功間侍到的配置資料 糸運用以決定控制參數，其有利於以 程操作條件之質流控制器的配置=體與製 、廿立 平1史貝流控制器係呈頦 -滿思的響應(即:質流控制器係配置以具有實質 響應於製程流體盥製程掉作 的 試摔作條… 於運用測試流體與測 式铩作條件的生產期間所觀察者）。 如運用於本文之術語“控制參數’，係 :流控制器之參數，其有利於質流控制器之操作:： 多數可包括(但是不限於)濾波： 、線性化曲線n μ > 項、控制常數 曲線專荨。尤其，控制參數係指其 制器為配置以供操作於一任意的製程流體及/或製程= 條件（即：配置以呈現一读咅6鄕 彳呆作 、或添加之參數。應)而可能需要變化、修改 配置所、μ 片°°配置以供操作”係意欲以敘述 配置一^控制器為使得當其操作時，該f流控制 現一滿意的響膺（gp ·且古廿立 口 /、呈 括為視為不操:)。 忍的響應之質流控制器係概 /理解的是，概括而言，生產71G係僅W 於单一測試流體與—組的測試操作條件。然而，配置720 係可於—質流控制器的壽命期間而重複任何數目的次數。 58 200404992 ^母^想要操作該質流控制器於一不同的製程流體: /或知作條件，可能為合意以新的製程流體及/或製程操 作條件而重複配置720,俾使質流控制器係呈現滿意的響 應於新的製程流體及/或製程操作條件。 應為進而理解的是，不同型式的質流控制器之生產與 2置以及+㈣f流㈣器實施係可能需要不同的步驟。 ::而生產係應包括步驟，使得質流控制器為已經適當特 支化且滿思的響應為建立以操作於一組的測試操作條件，· =使得充分的配置資料為已經得到以有利於質流控制器之 後的配置。同理’概括而言，配置係應包括步驟，其為 必要以當操作於-組的製程操作條件時而建立如同於生產 期間所觀察者之實質相同的響應。 ,第7B圖係說明根據一個實施例之方塊圖，其包括可實 行於-質流控制器之生產與配置(例如:於第7A圖之步驟 710與720)的種種步驟。生產71〇可包括：一感測器調譜步 驟10、一閥特徵化步驟20、一回授控制器調譜步驟⑽、魯 與-校準步驟4〇。所應理解的是，生產71G可包括其為未 顯示於…10之其他步驟，舉例而言，涉及於建立該質 流控制器之步驟，諸如其為習知於此技藝者之旁路器匹配 、等等。 於生產710之種種的範例步驟10-40,質流控制器係 特徵化’且滿意的響應係建立於一組的測試操作條件。配 置資料係於生產期間所得到，其有利於質流控制器之配置 以操作於-組的製程操作條件，如進而詳述於後。

59 200404992 於感測器調譜步，驟10，-質流控制器之流量 ，俾使其呈現一滿意的動態響應。尤其，法旦 ° 々丨L里对*之種f會的 構件係調諧以使得該感測器輸出（例如 、 • 1 J馬滿音地塑 應於透過感應器之流量的變化。舉例而言，如關於第'圖 波為係數、校正曲線、及/或增&，俾使流量計係、 流體步級(step)，且一感測器輸出具有步級形&，：：切 相似於流通路徑中的流體流量之步級變化。此外，補 波器280係可調諧以提供一偽流量訊號，其密切接近‘： 壓力暫態之感測器與感測器電子電路響應。於調諧步驟1〇 所得到的資訊（諸如：濾波器係數、校正曲線、及/或增益項 )係可儲存作為配置資料712。 、 根據一個實施例，質流控制器包括至少一個數位濾波 器。广數位濾波器係可程式規劃以實施一補償瀘波器;例 如：第8與12圖所示之補償濾波器28〇)，以補償由壓力暫 恶所造成的偽流量指示。 特別而言，濾波器之變換函數（例如：式6及/或式7) 係可實施於感測器調諧步驟丨〇，藉著程式規劃該數位濾波 器為如後： 丨-Jn—2)]P (3) 精者：Ρ=4ΐξωρ/(ί2ωρ2+2ΐξωρ+1)，㈣心），及 t=T識心/2。 其中： ωρ:極點（pole)頻率。控制（1〇be)葉部之上升/下降時 間與寬度。亦為影響葉部之高度（增益）。 200404992 ξ:阻尼因數。抑在丨 上制過衝量。亦為影響葉部之寬度與高 度。 、 κ::益。設定演算法輸出之遽波器段的部分之各者。 影響該響應之高度。 t··取樣週期τ除以2。 該J 〇係由取得浦、、由 尤其是…之轉移二 雙線性變換而造成。 據波器係構成期望的二τ之值係計算，俾使補償 的參數之參數ω訊號。於本文所參照為可修正 偽流量訊號，其適變化以調諧_一 量資訊。 補侦重璺於一感測器輸出訊號之偽流 一^ 周諧此等參數於生產期間之方法係敘述於後。於 生產期間，壓力脈衝传 、 俜纪釺。此休4 感 且感測器之一響應 =錄&外，對於該脈衝之一壓力換能器的響應 7。可修正的參數係接著調整以配合該毅器 : =器的響應。舉例而言，一最小平方配合 使传於m輸出與記錄的感測器響應之間的誤差為^ ，=的最佳化方法係對於熟悉此技藝之人士而將發生 -可為運用以調整據波器參數而未偏離本 本文所述之方法料執行—最小平方配合之-種方法 用於;慮波裔之-組的預設參數係選取。針對此實例之 作調諧之補償遽波器係類似於其關連於第 "如此’六個二階遽波器之各者係將具有三個可:正 61 200404992 一範例組的預設參 的參數以調諧，針對總數為18個參數 數係顯示於後。

對應於引入至咸泪55 μ两、丄μ ~ U ]為的昼力脈衝之來自壓力換能器的 參數 κ (無 ωρ (弧度/秒) ξ (無單位） 麼力項數係輸入至預設的誌於、奋、士 丁貝又的補彳員濾波器，其具有預設的參數

以提供-預設的波形。—㈣w係接著纽，㈣存其關 於預設的波形為如何相對於可修正的參數之變化而變動之 資訊。藉著個別改變可修正的參數以某些△(例如：預設值 之1%)且產纟來自具有變動的參數之遽波器的波形，矩陣W 係產生。此等波形之各者係接著為減自該預設的波形，以 產生一差異波形。如此，18個差異波形係提供以調諧於第 8圖所不之錢S。此等差異波形係各者儲存作為於矩陣w

之一表目（entry)，提供具有MxN維之一矩陣，其中，n係 可修正的參數之數目，Μ係取自該濾波器輸出的取樣之數 目。因此，該矩陣含有其描述濾波器輸出之各個參數影響 的資訊。 如為眾所週知於此技藝，丨8個參數之最佳化係可能為 計算耗費甚多。如此，可修正的參數之數目係已經藉著辨 識各個參數之貢獻的重要性而減少。參數之實際的縮減係 可取決於濾波器輸出之實施與期望的特性及控制而變動。 濾波器1與2係主要為運用於其提供之延遲。如此， 62 200404992 對於此等濾波器之增益項係 縮減該等增益項以最佳化至 、2、5與6係將一直維持一 有與ξ4係可能需要為最佳 動％且依比例決定其他的頻 範例的預設值之表中的關係 修正的參數之數目係縮減至 使得計算工作為易於處理。； 的矩陣係造成一個Μ X 7矩陣< 〒旎無須為變動自其預設值。 Κ3、Κ4、Κ5、與％。濾波器1 阻尼因數為1。如此，僅 化。此外，可能僅為必須以變 率麥數，以保有其顯示於說明 疋以’其必須為最佳化之可 〖3 κ4、κ5、Κ6、ξ3、ξ4、山3， 提據此範例的參數縮減之所得

如論述於前文，矩陣Μ係描述該渡波器輪出為如何關 於可修正的參數之變化而變化。由此資訊，於可修正的參 數之一組的變化係可求解，使得滿足下式： W*ParameterDe1ta-WaveformError (式 9) 及

WaveformErrorKSensorOutput-DefaultWaveform)(式 10) 其中：

Sens〇r〇utput =歸因於一壓力脈衝之來自感測器的輪出 Def aul tWavef on„=具有預設參數之補償遽波器的輸出 W=所產生的差異矩陣（MxN)

ParameterDelta (Νχ1)=描述於N個可修正的參數各者之變 化的一行向量。 式9係可能於某最佳配合的意味而為真，且可能不代 表絕對等式。ParameterDelta係可根據熟悉此技藝人士所 將想到之任何數目的方法而求解。對於儲存於 63 200404992

ParameterDe 1 ta向量之N個可修正的參數之變化係接著為 加至預設參數值，以提供補償濾波器之最終值，其為儲存 於所運用於調諧後的感測器之數位濾波器。

ParameterDelta係可藉著反覆運作而求解。如此’可 能必須在各個反覆運作之後而更新DefaultWaveform，且提供一 CurrentParameter向量以儲存所累積的ParameterDelta值。若 η係反覆運作值，則 CurrentParameterQ=預設參數

CurrentParameter^CurrentParameterVi +ParameterDeltan DefaultWaveformn=運用儲存於 CurrentParametern 之值的濾波 器輸出

WaveformErrorn=(SensorOutput-DefaultWaveformn) 熟悉此技藝之人士係將想到調諧一補償濾波器的參數 之種種的方法。然而，本發明係不限於藉其得到濾波器的 參數之該種方法。欲得到一補償濾波器之種種的方法與處 理方式係視為於本發明之範疇。 於閥特徵化步驟20，質流控制器係充分為特徵化，俾 使其可配置為以一致且穩定的方式而操作以響應於種種的 操作條件及/或特徵之變化。根據一個實施例，質流控制 器之一控制迴路的一系統增益項係可決定，且系統增益項 之一倒數係決定及施加至控制迴路以提供一定值迴路增益 。此外，於系統增益項之決定期間所作成的測量係可儲存 作為配置資料且為稍後運用於配置期間，如為關於第7C圖 所進而詳述於後文。 200404992 盘二：授控制器調譜步驟30，關聯於回授控制器之控制 “子電路係調譜，俾使該質流控制器係呈現對於設 =變化之滿意的動態響應。根據一個實施例，關連於 ，所w之種種的PID參數係可設定，俾使似控制 4係'呈現合意的動能 動L特14，诸如：安定時間、最大過衝量 、與衝量不足、等等。

:枚準步驟40 ’質流控制器係校準，俾使其呈現滿意 八一、響應。根據一個實施例，f流控制器係校準以提供 ::透過質流控制器的實際流體流量與由流量計所指示的 μ(例如：流量訊號FS2，亦稱為指示流量）之間的一線性 關係’跨於質流控制器所意欲以操作於其之流率的範圍。 π於配置720所示之範例的步驟5〇肖6〇，於生產 所:到的配置資料以及關於該f流控制器所配置以供操作 製耘作條件的育訊係運用以修改該質流控制器之控制 參數，俾使當操作質流控制器於製程操作條件時之於生產

期間所建立的響應係未實質改變。 如於第7Β圖所示，質流控制器之配置72〇可包括一系 統增益分解步冑50與-系統配置步驟6()。於㈣增益分 解步驟50, -系統增益項係得到且接著分解成為其構成的 增盈項’至少部分為基於質流控制器之生所得到的 配置資料。 而，系統增益分解步驟50可能非為必要於一質流控 制器之某些實施且代表僅為-種方法，藉其，致動器行為 之一個典型係可提供至系統配置步驟6〇。 65 200404992 疋以’應理解的是，於本文論述之實例，在其關聯於 一質流控制器的種種構件之增益項為可直接得到的狀況下 ’則涉及一系統增益項的測量與隨後的分解之步驟係可為 不必要。舉例而言，於某些質流控制器，一步進致動器係 可運用’由於其，關聯的增益項係可由致動器之機械設計 而直接得到。於該種情形，於生產期間之一系統增益的測 里（例如··於第7C圖的閥特徵化步驟20之記錄CDA，）與於配 置/月間之系統增盈項的分解（例如··步驟5 〇)係可省略，由 於藉著为解該系統增益項（例如··增益項c)所提供之資訊係 可為直接得自該致動器其本身。 :、、；而’於生產期間得到系統增益項資訊且於配置期間 分解系統增益項之方法係提出一種用於配置一質流控制器 之方法，概括而言，其可應用至一質流控制器之任何實施 ’以提供例如致動器之一模型n i無其他者係可為 利用’或是該資訊係無法直接得到。如此，此方法之細節 係已經併入於第7C-7F圖所示之實施例所敘述的生產及配 置步驟。然而’本發明之層面係不限於運用此種方法，亦 非為限制於此種方法可能為必要之質流控制器。 於系統配置步驟60,控制參數係對於質流控制器所配 置之一製程流體及/或製程操作條件而決定，俾使質流控 制器係當操作於該製程流體及/或製程操作條件而呈現: 滿意的響應。根據-個實施例’ 一倒數（recipr〇cai)增益 ㈣可自其關聯於操作於製程操作條件之質流控制器的種 重構件之個別的增益項之乘積的倒數而形成。該等增益項 66 200404992 係可決定自閥與閥致動器之一實際模型。 J數益項係可 應用於質流控制器之一控制迴路，以提供—a ^ ^ 疋值迴路增益 Ο 範例生產步驟與配置步驟之進一步的 〜 7ρ ^ ^步的細節係關於第 7C-7F圖而敘述。 第7C與7D圖係說明一個範例的程序，以供得到於生 產期間之-質流控制器的調諧及/或校準期間之配置資料 Ο 、第7Ε與7F圖係說明另一個範例的程序，以供配置該 質流控制器而操作於一製程流體及/或製程操作條件，其 為不同於該質流控制器所已經調諧及/或校準者。 於苐7C - 7F圖所示之用於生吝月罢 ♦ 用豕生產及配置的程序係可應用 7類似於第1圖所示者之一質流控制器。然而，應理解的 疋本^明之此等層面係未如此受限，且可應用至其呈有 種種不_件與操作特性之種種的質流控制器。 … 於第7C 7F圖’可儲存作為於一質流控制器之生產期 間的配置資料之範例的資訊係說明於標題“配置資料，，且 置放於標不為712之方梯。& ^ 之方塊。所應理解的是，說明於圖式中 的資訊係非為限制，且亦非 才非視為一要求。一質流控制器之 各個實施係可具有一不间έ 不门、、且的配置資料，其有利於質流控 1时=®己置以供操作於_製程流體及/或製程操作條件。 ▲比第C圖係口兒明根據本發明的一個實施例之一感測器調 上γ驟1 〇與閥特徵化步驟的進一步細節。於感測器 口周‘步驟〗〇，一質洁；也丨口口 貝极& f!/益之流量計係調諧使得其呈現滿 67 200404992 意的動態響應，例如··對於一流體步級（step)。一流體步級 係指於流體流量的一變化，纟具有一步級函數的特性，包 括於流體流量之正與負的步級。

於步驟12，流體步級係施加至流量感測器。流量感測 器係接著為調諧於步驟14,俾使響應於一流體步級，一步 級狀的流量訊號係提供。此步級狀的流量訊號之合意的： 被可包括··上升時間、安定時間、最大過度衝量與衝量不 ^、等等。舉例而言，參考回到關於第1與2圖所述之質 流，制器，調諧該流量感測器之步驟可包括:感測器與感 測益電子電路230之調諧、正規化24〇與響應補償25〇。

舉例而a ’響應補償濾波器之濾波器係數可為調譜以 重新成形如於帛3圖所示之訊號。應理解的是，概括而言 :=質流控制器之各個實施係可具有其為可作調諧之一不 二二、乡數然而，感測器調諧步驟1 〇之意圖係欲確保流 量感測器呈現滿意的動態特徵。如於第7C圖所示，關聯於 =針對透過感測器導管之滿刻度流…0之一感測 ^的正規化增益係可記錄為配置資料。 於阀特徵化過程 、J A /爪肌《小U汸口的八 口聖力之一組選擇的設定點之不同設定點而提供至 空：：。於各個設定點，所造成的驅動位準係記錄。 ^位準urive level)”係、描述所提供至閥致動器 =的值。舉例而言，驅動位準可為一電流或一電 ^值。驅動位準亦可為-數位控制訊號之值，立可 ”、、電乳訊號以控制闕之機械位移。於第i圖之訊號[ 68 200404992 一驅動訊號之一實例，其值係驅動位準。 於一個實施例中，未作調諧而已知為收斂之一 GLL控 制器係運用於此步驟。是以，於該組的選擇設定點之各個 設定點係將收斂至感測器輸出。於某些實施例，記錄於此 步驟之感測裔輸出與驅動位準資訊係運用以計算該質流控 制器之一合成的增益項。舉例而言，於第7C圖之閥特徵化 步驟20，對應於其關聯於閥致動器16〇、閥17〇、與流量

13十110之增盈項的乘積之一合成的增益項CDA，係計算自該 閥之特徵化期間所得到的資訊。 ;γ驟21來自一選擇組的設定點之一組的設定點奋 提供至質流控制器。該組的選擇設定點係可為以任何適名 方式而選取。舉例而言，於一個實施例，該組的選擇設茨 點係滿刻度流量之種種的分數者，其於某位準而考量該賀 :控制讀意圖操作於其之範圍。所選擇的設定點係益薄 =間隔以跨於諸值之範圍。此外，任何數目的設u

嘀：牿Γ擇、概括而言’選擇的設定點之數目係應為足以 範;。、欲化閥致動③’於該f流控制器所意圖以操作於其之 為相同於彼此。為V:之種種選擇組的設定點各者係無須 舉例而言，下# vt、rr”點為無須相同於各組’ cb、與cf係已運用以分只| > 甘 對閥特徵化、校準、刀別私不其針 庫理… 與配置步驟所選取的設定點。然而， ^解的疋’此等組合係可能為部分或全部相同。 於步驟2卜—第—設定點”s◦係選取自—選擇組的設

69 200404992 定點{ vtS〇，νΑ，vts2, ···}。一小的偏差η係選取作為對於 設定點vtSi之一偏移。然後，vtS()+n係施加至控制器且該 控制器係允許以收斂。當控制器係收斂，$測器輸出係;; 等於所施加的設定點。於步驟22,所得的驅動位準 設定點vtSi而記錄。 ..... 於步驟23，vtS〇-n係施加至控制器且允許以收敛。所 得到的驅動位準係再次記錄，如於步驟24所示。於步驟 25,—合成的增益帛CDA，係決定。舉例而言，合成的二兴 項係可藉著取得於二個設定點(即：2n)的一變化且將該變 化除以於步驟22與24所記錄之驅動位準的—變化而決定 。，係代表對於設定點vtS。之合成的增益項m，。如 文所述，増盈項C與D係分別為關聯於閥致動器 二曾益項係關聯於流量計且代表其不具有線性化⑽的 貝政之流篁計的増益（即：關聯於感測器輪出的增益）。該 流控制器針對各倘讯 、 、盥於. ；所收斂至其之感測器輸出值 置資料點所決^之合成增益項CDA’係可儲存作為配 s ΓΓ 21~25係針對於該組的選擇設定點之各個設定點 :個實二。結果係一組的點對丨感測器輸出，叫。於 為用二” ’該組的點對{感測器輸出，c則^係記錄作 :::::控制器的手動調譜之配置資料。此★，對於記 成。此倒數心請，’一倒數増益項 控制哭、曰▲項G係可於後續控制器調譜步驟而提供至 口。 M提供穩定度至控制器。 70 200404992 於回授控制器職步驟3G，關聯於質流控制器的回授 U1器之種種的參數係職以提供滿意 於提供至質流控制器之一連 ^ 思甲的/爪體步級。應理解的是， :質nt控：广個實施係可具有一不同的控制方法(例 —ID、等等）。用於調諧-質流控制器之回授 個範例程序係關於第4圖所緣出之GLL控制器 而敛述於後。 於步驟32,由其為於㈣2〇所作出的測量而形成之 倒數增益項G係施加至GLL控制器。於步驟34,流體步級 :藉著步進該設定點而提供至質流控制器。舉例而言，於 第1圖之\12係由設定點之一組的不同變化从而修正。 不同的叫係可選擇，俾使該控制器係針對大的步級變化（ 例如：滿刻度流量之100%的一从）與小的步級變化⑼如. 滿刻度流量之5%的一叫)而適當調諧。種種的叫之數目 與大小係可針對各個實施且根據特^質流控制器實施之差 異操作需求而為不同。 於步驟36，GLL控制器之種種的參數係設定，俾使該 GLL控制器係滿意響應於設定點的不同變化，如由種種的 △Si所定義。舉例而言，包括PID常數Kp、Ki、等等之參數 係可调谐以提供對於設定點的變化之一期望塑靡。了作古 譜之控制器的種種特徵係包括而不限於：上升時間、最大 過度衝量/衝量不足、安定時間、等等。 於校準步驟40，已經調諧該感測器與控制器於一期望 的動態響應，且已經得到對於種種的設定點之合成增只

71 200404992 CDA ’貝流控制器係進行一校準步驟以確保該質流控制器 具有滿意的穩態響應。該質流控制器係一部分為校準，俾 使於實際流體流量與指示流量之間的關係為線性。此外， 配置資料係可得到，其為有利於該質流控制器之配置於一 製程流體及/或製程操作條件，如於第7β圖之校準步驟4〇 所述。 於扠準步驟40之步驟41，一滿刻度範圍係針對該質 :控制器而定義。根據一個實施例，實際的流體流量係測 乂對應於1. 〇之一感測器輸出。—近似的線性化曲線係 提供，俾使於所定義的滿刻度流i，指示流量係將具有於 或接近1.0之一值。近似的線性化曲線係接著施加至 =里计110。應轉的S，對於最大感測器輸出與指示流 置之值1. G係範例而可為替代以任何期望的數值。 ;乂驟43，第一設定點CbS〇係選自一組的選擇設定 j { CbSQ，cbSi’ cbS2， }且施加至質流控制器。由該設定點所 造成之於流通路徑的實際流體流量係接著作測量。對應於 各個設定.點，感測器輪出與實際流體流量係記錄。應理解 的是，若較為方便’分數(fractional)流量（即除以關 嶋m流體的滿刻度範圍之實際流體流量)係可記錄以 ^代實際流體流量’且有關的資訊係存在於二種表示。步 驟4…3係接著為針對該組的選擇設定點之各個設定點 广^重複，造成—組的點對{感測器輸出，實際流體流量 ^、、可為儲存作為配置資料，如於步驟44與45所述。 於點則感測器輸出，錢流體流量h之間的關係為

72 200404992 描述其關聯於感測器且介於以不同流率而流通於感測哭導 管與質流控制器的流體比例之間的非線性。是以，一：性 ^匕曲線係可決定自此等點對，以確保於流體流量與指示流 篁之間的關係為線性。於一個實施例中，其校正對於關聯 於點對丨感測器輸出，#際流體流量丨i的非線性之一組的 點係決定。一立方體仿樣係配合至該組的諸點，俾使其為 連只且通過點（0，(即：流體流量且感測器輸出=〇)之 -線性化曲線係提供。於步驟46，線性化曲線係施加至質 流控制器。應理解的是，多個其他曲線配合方法係可為替 代運用，包括而不限於·片耔 … 等等。 、』以隸近似、多項式近似' 器之藉二：1 0 40之期間’配置資料係已經由該質流控制 σ 白、生產步驟而記錄於-測試流體與測試操作條件 。配置資料係含有資訊，豆古W # 米1千 . 、/、有利於貝流控制器之配置以摔 作於一製程流體及/戋萝裎捱 呆 I f知作條件。應理解的是，於一 貝流控制器之手動調譜期間所記錄之該传 取決於質流控制器之特定實放“ 卄係了 势行疋貫轭而為不同，且可能為不同於 弟7C與7D圖所示者。是 ； ^ ^ ^ ’對於一質流控制器之任何特 …的配置資料係僅為描述於_質 所得到的資料，其為有利 生產』間 製程流體及/或製程操作條件，控制"之配置以操作於- 二而言’……圖所示之實施例，…。- 調諧步驟之單一增益、碉嗜 爪自感測裔 。周°白條件、校準條件、-組的點對 73 200404992 {感測器輸出，CDAM 、 4 a f 曰i t 1 一組的點對丨感測器輸出，流體流 罝h、與針對測試流體之—滿刻度範圍。 ^ :閥特徵化步驟20，點對丨感測器輸 二:所::，增益項嶋其分別為關聯二 :項：:：:增^ 仕作 0與A的個別貢獻係未知。此外， 值Γ意的是，A，係僅為其關聯於流量計之總增益項A的 部分者。 於糸統增盈分解5 〇，並貢獻5人士沾秘、， 八貝獻至合成的增盃項CDA，之個 ’ “曾益項係隔離自該合成的增益項，藉此，丨可為於後 ㈣對―製程流體A/或製程操作條 件而决疋。然而，應理解的是，步驟5卜56係對於一質流 控制器之某些實施而可能非為必帛，舉例而言，於一閥致 動器之-準確的模型係可利用之情形，或是針對—組的製 程操作條件之關聯於致動器的增益係可直接得到之情形。 如上所述，系統增益分解5〇係提供模型化閥致動器的行為 之一種較為一般的方法（例如：針對一組的製程操作條件而 得到增益項C之一種方法）。 於步驟51，增益項A係決定。於先前所述的實施例， 流量計係已經調諧及/或校準，俾使滿刻度流量之25%係造 成0· 25之一指示流量，滿刻度流量之5〇%係造成〇· 5之一 指示流量’滿刻度流量之75%係造成〇· 75之一指示流量， 以此類推。介於流通路徑的流體流量與指示流量之間的關 係為線性，因此，關聯於流量計之增益（即：增益A)係一定

74 200404992 值0 ^疋以增盈Α係可直接決定於步驟51，藉著將指示流 量除以於任何的期望點之流體流量，帛簡單者係藉著線性 化曲線所確保為1之滿刻度流量與關聯的指示流量。因此 ’於最大指示流量# i之實施例，增益Α係等於滿刻度範 圍（即·針對一特定流體種類之通過該質流控制器的滿刻度 流f值）之倒數。概括而言，增益A係等於其除以關聯於一 特定流體種類的滿刻度範圍之最大指示流量值。 方、v驟52，合成的增盈項CDA係形成。增益項a，係關 聯於流量計而不具有線性化曲線的貢獻之增益，而增益項 A係關聯於流量計且包括線性化曲線之一增益。因此，介 於A’與A之間的關係為藉著定義線性化曲線。是以，合成 的增益項CM係可藉著加入線性化曲線的貢獻而直接2定 ，意即，藉著將CDA，乘以其關聯於線性化曲線之增益項（ 例如··將CDA，乘以該線性化曲線之導數）。於步驟52之各 個反覆運作，增益項CDAi係形成於設定點dh且提供至步 驟53。 於步驟53，增益A之貢獻係移除。由於合成的增益項 CDA與個別的增益項A (滿刻度範圍之倒數）係均為已知， 增益A之貢獻係可除出自合成的增益項CDA，而保留其關 聯於閥致動|§與閥之合成的增益項⑶。如於步驟所示 ，增盈項CD!係形成於設定點dSi且提供至步驟54。 如於前文所論述，增益C係於閥位移的變化除以於驅 動訊號（例如··由GLL控制器所提供之DS)的對應變化。增 200404992 盈D係於流體流量的變化除以於閥位移的對應變化。 於步驟54,增益項！）係決定，且闕位移係計算於一選 擇組的設定點。為了進而區別該合成的增益項⑶，闕之— =際：型係運用以決定其為欲在一特定組的操作條件下而 達到一特定流體流量所必須之閥位移（即··決定增益M。可 運用以作成此決定之閥的—個實際模型係顯示及 標題為“實際間模型，，之下文的段落D。應理解的是：； 同的閥與閥型式係可具有不同的實際模型。再者，可妒存 在：過-個實際模型’其可為運用以模型化任何特定二: 之特徵。是以’本發明係不受限於任何特定的閥模型。 於一個實施例，增益D係藉著計算欲達到直為由一电 :物…“A dSl，dS2，…丨代表之各個流體流量所須 ::位移而決定。一偏4 n係可選取，且增益項D為藉著 计异於dS「n與dSi+n之閥位移且形成於設定 閥位移的變化之比值而決定（例如：2n/△位移）。另外，子於 、！移係可决疋’或於dS「n與A+n之位移值為平均 /、疋於A之-位移。如為所述，於步驟54之各個反覆 運作，增益項Dl與於設定點^之_位移係決定。 於㈣55’増益項D係除自合成的增益項⑶，因而隔 增盈項C。此外，一組的設定點{C，位移}i係產生以提供 該致動器之行為的一模型，藉著運用於…1〇之該組的 測試操作條件。已知的是，増^ e(關聯㈣致動器之 支曰皿）係通吊非為直接取決於製程流體及/或製程操作條件 ，雖然其可為閥位移之一函數。於步驟巧之各個反覆運作 76 200404992 ’=盈項Ci係藉著移除增益項Di之貢獻而形成，針對於 设疋點dSi所計算的位移，且儲存於集合{c，位移}.。 步驟52-55係針對所選擇的設定點七之各者而重複， 皁使、，且的點對{C，位移} 土係產生，其提供關於間致動器在 該組的測試操作條件下的行為之資訊至後續的配置步驟。 於系統配置㈣6〇’控制參數係針對一製程流體及/ 操作條件而決定。實際的模性係考慮流體種類、入 口與出口壓力、溫度、料。是以，增益d係可針對一製 或製程操作條件而計算，藉著提供該流體種類 貝U程知作條件至實際模型、且計算達成種種的代表 流體流率所必須之位移。由閥的實際模型與闕致動器之行 :的杈型而決定之位移，增益項c係可針對製程流體 製程操作條件而計算。於一個實施例，致動器之行為的模 型係於系統增益分解步驟5G所產生之點對{c，位則。铁 而’於該闊的行為係已知或是可直接測量者之實施例1 盈C係可直接由該閥而決定。因此，已經得到增益項c斑 D，合成的增益項CD係可形成。隨後，增益A係可藉著： 定對於製程流體之一滿刻度範圍而計算。是以，系… 項CDA係可針對製程流體及/或製程操作條件而決定。“ 、系統增益項之倒數係可形成且施加至—Gu =制器之 控制迴路（例如··增盃項G)。應理解的是，G係可為，所六 控制器的一或多個操作條件之一函數，操作條件‘ 7 設定點、入口及/或出口壓力、溫度、等等。倒數：:二 係可施加至GLL控制器，俾使質流控制器之控制= 77 200404992 關於 G A f _ π a, 〜、-函數之至少-或多個操作條件的—定值迴路 ’晋JHL。因士卜 所、+ 口此貝流控制器已經配置以操作於一 f鞋、、六許芬 作條件’如進而料於後。 ^步驟6卜關聯於質流控制器所欲配置於其的一製程 滿刻度範圍係決定…種決定滿刻度範圍之方法 =-轉換因數’基於該製程流體與測試流體的比熱比 “ M其關聯於職流體之滿刻度範圍。應理解的是，其 =法係可為適當以計算關聯於一特定製程流體之滿刻度 祀。舉例而言’若為適當，關聯於—特定 刻度範圍係可直接測量。 ^ ^ ^ 於步驟62，增益項D係由閥之一實際模型而針對 =體及/或製程操作條件所決定’藉著施加製程流體種 貝貝矾及/或製程操作條件至該實際模型且計算欲達成一 、且的代表流里值{efS()，A，」所必須之位移。如上所 述，增益D係可藉著選取一偏差n以計算於心與 cA+n之閥位移且形成於設定點的變化料閥位移的變化 之比值而決定(例如：2η/Δ位移）。另外，於以之位移係 可決定或是於efSl-n與efSi+n之位移的值係平均以決定於 A之-位移。是以，於步驟62之各個反覆運作，於設定 點cfS,之閥的增益項比與位移係針對製程流體及/或製程 操作條件而決定。 於步驟63’增益項C係針對一製程流體及/或製程操 作條件而決定。於本發明之某些實施例，增益c係可直接 測量自該致動器本身。或者，增益項c係可決定自於系統 78 200404992 增益分解步驟50所產生之儲存於點對ic，位移}l的資訊 。於各個情形’於步驟63之各個反覆運作，（^係針對該製 私流體及/或㈣條件而決定於其對應於設定點A之位移 0 …於步驟64’增益項D係乘以增益項。，以產生合成的 增盈項CD。如為所述，於步驟 巧料於步驟64之各個反覆運作，來自 步驟53的增益項c.盥夹自牛踩^ 〜 與來自步驟54的增益項Di之乘積係取 侍以形成於設定點cfSi之合成的增益項cDi。 :步叫增益項A之貢獻係移除。由於增益項A係 純為滿刻度範圍之倒數，合成 “項CD係可除以其關聯 為=机體之製程滿刻度範圍以形成系統增益項⑽。如 為所述，於步驟65之各個反覆 合成的增益項CDi係 。 ” cf\之糸統增益項CDAi 於步驟66，系統增益項CDA之倒數# / 增兴頂r… 〈例数係计异以形成倒數 ^係开3 ’於步驟66之各個反覆運作，倒數 以且於設定點』1之所得的^係提供至方塊67 何數ΪΓΓ益項G。應理解的是，增益項g係可為由任 仃數目的技術所代表。舉例而言，一 G.，r ^ 曲線係可配合至諸點 關連於—μ飞者i曰盈項G係可為以 外，；：員的疋義之上文論述的任何方式而代表。此

曰里員G係可為一或多個操作條件 圖所干夕加也 代1干义函數。於第7F 增益G係可另為超過一個操作條件者之一函數' ΰ斤不之-個實施例，增益工員G係設定點 ，i秘兴r衫 函數。然而 視一質 79 200404992 流控制器之一特定實施的需要而定。 步驟62-66係針對所選擇的設定點“ s 於其之製程流體及/或製程操作條件的倒數增益項g。 於步驟68,倒數增益項G係施加至質流控制器之寸 制迴路，以提供關於至少一 工 ^ 们叹疋點之一定值迴路增益。 =:言，增益項G係將提供關於為其—函數之至少該等 #作條件的一定值迴路增益。 次訊2㈣是，藉著基於製程流體及/或製程操作條件的 2卜4質流控制器之系統增益’且藉著施加該系統增 二：：數增益項至質流控制器之-控制迴路，質流控制 =已經配置以供操作於製程流體及/或製程操作條件。 條；時而二"控制器係當操作於製程流體及/或製程操作 作佯件 、在該質流控制器以-測試流體與測試操 =:::產r觀察的相同響應’亦即，質流控制㈣ 響應。“,L體及’或製程操作條件時而將呈現滿意的 應理解的是，配置一皙、、六 腦之運用而自動化。舉例而:::=程係可透過-電 存於記憶體的-程式而完全;^且執^、6〇係可藉著儲 人電腦)之-處理器。因此一; 詈以你I # 貝机控制窃係可為自動配 業於任意的製程流體及/或製程操作條件。 如運用於本文之令“，， 一雷俨卞考 何5。自動係'概括應用至其主要由 電知或處理器之控制而為制定的-狀態。尤其，自動的 80 200404992 任務、步驟、激招、β /》 σ、 $程序係無須廣泛的操作者涉入 5皿”疋以，一質流控制t自Μ $ # 4· 自動配置係描述一質流控 盆益：卩作業於-製程流體及/或製程操作條件， 一、動的涉人。在電腦程式的控制下之-質流控制写 的配置係視為—自動配置。 制益 哭、！：心:是，諸如:連接一質流控制器至-電腦或處理 、°私式的執彳了、等等之例行任務係通常為手動進 打。然而’該等任務係視為例行程序且可為一質流控制器 之一自動配置的部分者。 弟 1 4 圖係說明—^ A 〇+ Ηΐί 種系、、先，其有利於一質流控制器之 ㈣f於任意的製程流體及/或製程操作條件。該系統包 括貝流控制器1000與電腦800。 質流控制器1000包括:-記憶體1 002、一處理器1004 、與關於第1圖所顯示及說明之質流控制器的種種構件 =〇6°該處理器係輕接至記憶體’且可為連接至質流控制 益的構件之至少某些者。如上所述’ 一質流控制器之作業 係可在:處理器之控制下而實行’俾使虹控制器⑽係 由處理益’ 1004所實行。質流控制器1〇〇〇更包括:配置資料 1012 ’其為於質流控制器之生產期間所得到且儲存於記憶 體 1002 。 " 電腦800包括：一記憶體802、一處理器804、一輸入 裝置808、與儲存於記憶體802之一程式810。程式810包 括指令’其當執行於處理器804而實現所涉及於配置一質 /爪桉制為以供作業於一製程流體及/或製程操作條件之種 81 200404992 種的步驟（例如··於第7A圖之步 / w 712、於第 7β、7E、盥 7F圖之步驟60與70、等等）。 ” 應理解的是，電腦800係可Λ羽4认 管驻^ ^ 係了為白知於此技藝的多種計 #虞置之任一者。舉例而言， ^ ^ 冤細800係可為一個人電 ^ ^ 持式裝置、或能夠執行一程式之任 何其他計异裝置。再者，電腦 的多種方m垃 800係可為以習知於此技藝 的夕種方式而連接且通訊於質

Qnn及π 丄 让列裔舉例而言，電腦 800係可經由一電纜而連接 ^ . 咬⑺夕禋知準通訊方法，包 括而不受限於：標準並行埠 〜TU 申订蟬通訊、笼用由分 匯流排（USB)、等等。或者， 丁 M ^ ^ 電細800係可具有與該質流控 制态之一無線連接。是以，庫 m士罢、^ 應理解的疋，正如種種型式之 ^ ^ ^ ^方法係可適當運用，本發明 係不限於一特定型式的計瞀 $ H# 4置、輸入裝置、連接型式、 通δί(*方法。 根據本發明之一個眘絲彳 ^,)15§ —、 只鈿例，電腦800係可連接至質流 操作條件。"：控制器於-製程流體及/或製程 ' β ; 1G係可接著執行於處理器8G4。配置輸 入係可提供至輸入裝置8〇8。 ^ . 配置輸入係可包括而不限於 I程^體種類資訊、製程择 、 制哭之罢术作條件、及/或相關於質流控 制态之配置的其他資訊。 ^ ^ ^ w n破置係可為其能夠接收資訊 之夕種裝置的任一者，包 、 匕括而不限於一鍵盤或鍵墊、用於 接收來自一滑鼠的輸入之 。 曲季人體、指標（pointer)、等等 ， 係可接著得到其儲存於質流控制器之記憶體 82 200404992 1 〇02的配置資料1012。根據配置資料與配置輸入，程式 81〇係決定用於質流控制器之控制參數，其有利於質流控 制器以該製程流體及/或製程操作條件之操作。程式81〇: 可接著施加該等控制參數至質流控制器，藉著因此修改現 存的控制參數、或是藉著添加額外的控制參數至質流控制 器。以此方式，質流控制器係可自動配置以供於該製=流 體及/或製程操作條件之操作。 ,所於弟Μ圖所示之另—個實施例，程式81G係可儲存於 該質流控制器之記憶體10〇2且可執行於處理器1 004,其 亦可=用以實紐L控制器15〇。_輸入裝i 係可附 加，貝流控制g，以使得該f流控制器能夠接收配置輸入 。是以’於第15圖所示之質流控制器1〇〇〇係可自動配置 根據本發明之另一個層面，本案申請人係已將於不同 一 /、出口壓力之流體的流量而實際模型化為主要由二個 分量所組成··黏性的壓力降與無黏性（動態）的塵力降。藉著 總计此算公旦> & S之各者的貢獻（其中：對於各個分量之閥的有 效位移係相箄彳， 而憑經驗以/卜的有效位移係可為運用以下的方法論 體流率之間的有二文所指A，於一特定流體的-特定流 ,,, Ν的有效位移之決定係使得關聯於閥之增益項（ =之:益項Μ為能夠作決定，且因此決定其關聯於闕致 動為之增盈項(例如:增益項C)。 夕^ 圖允6午上游或入口壓力為由所代表而 83 200404992 下游或出口壓力為由P1 2所代表，則於由Q所代表之一質流 率’閥升降（valve-lift)係由Η所代表，黏性效應係單獨 以降低壓力自Pi至某些中間壓力Ρχ。無黏性可壓縮的流量 係進而降低壓力自一中間壓力匕至ρ2。基於二個平行板之 間（例如：介於閥座與射口表面之間）的流體之黏性流量的一 實際模型而定出其跨於閥丨7〇的黏性壓力降之模型，介於 二個平行板之間的距離Η (例如：閥17〇之位移）係提供為 Τ式：

24 ^QLRT H =^T^-L654><i〇'18 (ft3) (式 1) 其中：

Pi，Px:黏性表面之上游與下游的壓力（psi); Q:質流率（seem); L:流通路徑的長度（ft); H·介於二個平行表面之間的距離（ft); ” w·流通路徑的寬度，w等於π · 0且0係高原165〇之 平均直徑，0係基於測試值而等於〇. 040，，； μ:氣體的動態黏性（centi-Poise) T:絕對溫度（deg. Rankine); 84 1 萬有氣體常數，1545.33 (ft-lbf/lbiole-deg. R);及 2 R:氣體常數（ft—lbf/lbm—deg. R)。 3 ^基於通過一孔口或射口的流體之無黏性流量的一實際 、垔而疋出其跨於閥17 0的無黏性壓力降之模型係提供· 200404992

Q A ：1.2686x106P,j0 r

7 + U (式2 )

對於阻塞的流量；及Q

A 1.2686x10% ρν· 2r (pxAt ) -ι> (r-mjh〇 (式3 ) 對於未阻塞的流量；其中，流量係阻塞，若 px，〇 < (式4)

否則係未阻塞，且其中： Q=通過閥的流量（sccm); Α=π · 0 · h=閥有效面積（sq. in); 0 =孔口 1640的直徑；

Mw二氣體分子量（gm/m〇1); PX，G =上游的總壓力（t〇rr);

Pf下游的靜態壓力（torr); τι,〇 =氣體溫度（K);

•由以上之黏性與無黏性的等式，閥170之有效位彩 此^係可為易於決定。雖然運用於上述的無黏性計算 :二早位係顯現為不同於黏性計算所運用者，並不存在 :式之間的概括差異且單位轉換因數係已經 式之數值常數。 y、各

曰 〜m秒，假設所測量的質流率A 種计异閥17 0之有效位移的方 分…'以’且忽略二 85 200404992 實行。—種計算有效位移之範例方法係藉著嘗試錯誤方式 而估5十中間壓力Ρχ ’其中’ H值係由黏性流量理論（Ην式 1)與無黏性理論(Hi，式2或3)所計算，取決於流量是否為 阻塞(式4)。因此’若中間壓力係約為出口壓力之二倍， 阻塞的流量係可假設’且^ 2係運用於計算之無黏性分量 ’而：入口壓力係小於約為出口壓力之二倍，4 3係運用

於計算之無黏性分量。針對一給定的Q、pi、I，當HV與 Hi係成為等於彼此，正確的Ρχ係得到。因此，計算機制係 涉及連續性的反覆運作以得到Ρχ。計算係藉著選取I為於 匕與Ρ2之間的中間而開始。然後，黏性的閥升降（Ηνχ)盥益 黏性的閥升降(Hi)係計算。若其決定為，Ην係大於Hi，意 指其不存在對於黏性流量之足夠的差異壓力以傳送相較於 無黏性流量之所需的流量，則於下一反覆運作期間，一稍 微較低的壓力Ρχ’係將選取，即：於下游的壓力匕與先前的 壓力Ρχ之間。反覆運作係繼續而直到二個計算的閥升降Ην 與Hi成為於彼此之〇.1%。根據本發明之另一個層面，此 反覆運作過程係可執行於軟體。用於執行此反覆運作計算 之软體係可為由熟悉此技藝人士所實行及實施於一電腦。 疋以，基於上述方法，閥170之有效位移係可針對多個不 同的流率之各者而決定。 如前所述，基於以種種不同的流體或氣體之實驗的測 °式’本案申請人已決定該質流控制器之增益A的部分貢獻 為如何變化於不同的氣體，由於其為主要由所運用的流體 或氣體之比熱所主導。是以，一旦質流控制器丨〇〇係已經 86 200404992 藉著一已知的流體或氣體所校準，則 他型式的氣體而變化係已知。再者， :二的部分貢獻係已知於質流控制器⑽，由於決定此二 ▲之種種时數係可儲存於質流控制器⑽之— 且Π:二之增益C的部分貢獻係有效為定值：已知 片从, J礼^及針對不同的摔作 條件而決定閥17〇之增益D 术作 妈外、，J丨刀貝獻與乳體路徑為如何 艾化、以及針對不同於質流控 <工利為1 (J U所仞始校準於1 ::==定”_一 根據本發明之又一個；； 铬株…* 個層面，一種配置其已調諧於已知 條件與已知流體或氣體的一質 ^ ^ 貝/瓜&制态之方法係提出，1 可為運用以調諧該質流控制 八 _ ^ n AA _ 制裔而具有一幾乎相等的響應於 一不同的流體或氣體、或是& i 圖h 疋於其所_諧之-不同的操作範 圍。如上所述，質流控制器丨〇 杰100係仞始調諧於一已知的氣 體（例如：氮氣），其具有一已知 厭+ , 巳知的入口壓力與一已知的出口

Hi 個貫知例係選擇已知入口壓 力為大於二大氣壓且出口壓 士、^ 刀於周圍。入口與出口壓力之 此k擇係針對二個理由而為有 x t J 弟一，關於阻塞流量之 入口與出口壓力的運用係有助 ^ ^ 、閥與閥氣體路徑之實際模 i化’由於僅有阻塞流量條株從 笙4… 〃件係可運用於無黏性壓力降之 寺式。弟二，此型式之作業（即· ^ ·、’、為一大氣壓之一壓力降） 係典型為終端用戶所運用之作 、A 的型式。在此等條件下， 乳體路徑之增益係可定義為： 87 200404992 增益 (式5) 欲操作此相同的質流控制器於其具有一新的滿刻度流 量範圍之氣體X ’質流控制器1 〇〇之閉迴路增益係可預 期為變化如後： 於氣體X的新增益 "1^^2的舊增益 、0.4 丫 Y舊的N2範圍’ Mw. 、涵 (式6) 其中：6Yc尸對於氣體χ之轉換因數“c” 二氣體之分子量。 上式係近似者，由於存在其為入口壓力 一…一 …、比值之函數的_附加項。然而，此附加項之影響係 〇· 4 ★方，且正常為可忽略。舉例而言，假設質流控制器 100之杈準係初始為執行於作為習知的流體或氣體之氮氣 此附加項之值係範圍為自對於氮氣與其他二原子的氣體 之〇· 684，升至對於單原子的氣體之0· 726，降至對於多原 =的氣體之0.628,然後為乘以〇·4次方。因此，來自氮 氣之差異係最多為約3·5%且通常可為忽略。欲補償藉著不 冋於板準所運用的_不同氣體及/或不同操作條件之於辦 益的上述變化，辦p # 日里項G係可由上述比值之一倒數而改變 以提供對於質流控制器之_定值的閉迴路增益，其為益 關於叹疋點’無關於操作條件，且無關於運用之流體 體的型式。即，若該質流控制器之閉迴路增㈣Α ζ 、、匕係口又疋為一吊數乘以以提供—〜 勺3 k路增盈，其為相同於校準期間所運用者。 型 -個合適的力典型係將關連於一閥而敘述，該閥係運 溫度、與比 88 用如第1 0圖所示之一自由 七旦々、Td 由，于動柱塞。柱塞之位置係由數個 力里之一平衡所控制。第一 一 復該柱塞至其重置位 ’、爭，其為意圖以恢 m立 位置。一第二力量係來自螺線管之一磁 力 其為思圖在雷+ 欠+ 停止位置。—第工制下以移動該柱塞而遠離其 ^ + 6+ 力5#;|於柱塞背部與柱塞正面之間（ 灰賀射孔口與高原部）的一 你诗士 &力差額，該力量係意圖以驅 Μ 土為朝向（針對前向流量閥）或遠離、、，β &胃 )該噴射器。—第四力量…：，離(針對逆向流量閥 相力里^丨於柱塞背部與柱塞正面之間（ 在贺射斋南原部區域外側）的—流量相依麼力差額。此马 響可藉由噴射器設計而適當控制。 ^ 於柱塞的磁力係取決於閥機械（結構與材料）、闊驅動 机、與閥位移。於零電塵降’介於驅動電流與位移之間 =關係為可計算。此係可藉著利用一個標稱的閥之一磁力 权型而達成。應理解的是，於驅動電流與位移之間的關係 為亦可由於特定流體流量的閥增益測量而計算，或是复可 由其透過噴射“露出之-雷射干涉計所錢❹。、 於任何給定的位移與驅動電流，關於驅動電流之磁力 的導數dF/dL係可計算。此係可計算自—個標稱的闕之— 磁力模型：

Fg(p)係由一壓力降p所加諸於柱塞的力量， Μά，υ係由於升降1之閥驅動d所加諸於柱塞的力量， Fs(l)係由於升降1之彈力所加諸於柱塞的力量， L =閥升降 D-方；零壓力降以提供升降L所需的閥驅動 89 200404992

Dd-於閥驅動的小變化 D、於壓力降P以提供升降L所需的閥驅動 p=跨於閥的壓力降 針對一給定的閥，可知（由於閥之一磁力模型）·

Fm(D， L) 、 ·

Fs(L) 於平衡點與零壓力降，可具有··

Fm(D, L)+Fs(L)=0 此係允許以計算於零壓力降之l(d)。 對於任何的閥升降L，意欲具有：

Fm(D，L)=Fm(D，，LHFg(P) 將假設的是，Fm係針對小的Dd而為線性：

Fm(D+Dd， L)=Fm(D， L)+Dd*dFm/dD 此係提供：

Fm(D，L)=Fm(D,L)+Dd*dFm/dD+Fg(P) = >Dd=-

Fg(P)/dFm/dD 由於F g係正比於p，可將此重寫為：

Dd=Kp*P/(dFm/dD) 此係允許使得柱塞位置為無關於p，藉著由其取代D 之D’而運作閥驅動器： D’=D+ Kp*P/(dFm/dD) (式 11) 是以，式11係可為由位移補償所運用，如於前文所述 (例如：於第9與13圖所述之位移補償）。尤其是，壓力降 P係可由閥環境中的壓力測量而決定。代表壓力降之一壓 200404992 力訊號係可輸入至位移補償方塊。壓力補償訊號係可為關 於：Kp*P/(dFm/dD)。舉例而言，壓力補償訊號係可為一驅 動位準，其為必須達成如於Kp*P/(dFm/dD)所述的位移。此 位移補彳員訊號係可接著為加至自一控制迴路所發出的一驅 動訊號’藉以補償壓力感應的閥位移。 舉例而言，一質流控制閥致動器或驅動器係可接收來 自GLL控制器之一閥驅動訊號〇，將其轉換成為一期望的 電机I，且接著轉換該值而成為一所需要的p題設定。一 校正後的閥驅動訊號D，係必須計算如後： D’=D+Kp*(Pi-p〇)/dF(D) 其中： Κρ係閥驅動屬性， P i係入口壓力， P〇係一假設或測量的出口壓力，且 仙⑺）係D之一任意函數，求值於])之dFm/dI)。 疋以，一位移補償係可實施，以補償其為如闕所見之 於入口與出口壓力之間的壓力梯度所引起之闕位移。 項祁⑻係可針對'給定的控制器/閥組合而為固定， 且為可能針對-特定型式的閥而決定㈣）且利用於其具 f Μ式之—閥的各個質流控制器。如此，dF(D)係可為閥 目依’且可為因此必須針對不同的閥型式而決冑。一種用 於決定dF(D)之方法係敘述於後。 閥之一磁力模型係可運用以針對一特定閥而決定 。於閥柱塞之磁力係閥驅動（drive)與升降（lift)之 91 函數。於零壓力降，

為閥驅 升降係磁力與彈力常數之一函數 函數。 、、、6疋一閥幾何性與彈力常數 的磁力模型# γ # A ^ ，一铩稱閥之一有限元科 的曲線Γ對種種的閥驅動位準之力量對升降 的曲線。同理’彈力常數 里對升降 的直線。 托仏對於烊黃之一彈力對升降 降的直線(對於給定的驅動位準)與彈力料 個力量二Π:於該驅動位準之-標稱的升降。數 ' 、、在（於不同驅動位準）與彈力 線之”係提供標稱的升降為驅動之一函數L⑻。、 :著疋義dF(D)係關於閥驅動D之閥柱塞的磁力之導 ’給定其料㈣力降之閥驅動D所預期的固定升降。 針對=個驅動位準之各者，可計算標稱的升降L⑻。 旦 料’間之相同的有限元件磁力模型係可提供一 力量對電流的曲線。dF(D)係純為針對其為求值於d的 L(D)所計算之力量對電流的曲線之導數。 匹配成對之D與dF(J))係可因此為製表以供控制器所 運用。舉例而言，dF(D)係可為對於閥驅動器、螺線管、與 閥的打為之一片段式的近似。一個實施例係涉及形成由（D， dF)值對所指定之一片段線性的近似。該組的點對係可儲存 於質流控制器以作為閥之磁力模型。點對係可作索引，藉 以計算一位移補償訊號，如於前文所述。

Kp係一閥屬性增益項，其可為測量於一質流控制器之 生產。決定κρ之一種方法係進行如後·· 92 200404992 1.選擇二對的（入口壓力，設定點），其符合下列要求. a.二對係以組合之黏性/無黏性的閥模型而 γ . 的閥開口。 —求相同 _ b.於高入口麗力之麼力降係至少為低入口的屢 一 ^ (且較佳為四倍或更多倍）。 =c.當黏性與無黏性模型為同等貢獻於結果， 最不準確。針對二對，&量係應為主要由相同的模型(黏 ^戈無黏性流量）所決定。當此為真，閥模型將提供其接 於一：：之相同的極端(入口或出口 )之一中間壓力。 係高度$敏於閥開口。對於黏性流量，此係發 二；最门的„又疋‘點。對於無黏性流量，此係發生於最低的 2·設定Κρ=〇於控制器。 循衣於選擇對的值之間的人口壓力與設定點為至少 四次（較佳為十次）。备 θ 」母-人 在 ΐ穩定化之後，於高與低 的入口壓力下，却銘 一 。錄所私不的入口壓力與閥驅動D訊號。 4 ·平均該等記錄值以提供：

Ριΐ=在：入口壓力下之平均的指示入口壓力 在门入口壓力下之平均的指示入口壓力 D卜在：入口壓力下之平均的閥驅動D D2 =在高入口壓力下之平均的閥驅動D ，轉換為如同Pi 1與

p〇=於測試期間之平均的出口壓力 p 12之相同單位 93 200404992 6.計算：

Pdl=Pil-Po Pd2=Pi2-Po DO二D卜（D2-D1)*(Pi1-p〇)/(pi2-Pi 1) Kp=((D2-Dl)/(P2~Pl))dF(D0) 如此，Kp係必須針對於生產期間的各個單元而調諧。 其他的改良與變化係可根據本發明之種種的層面而作 成。舉例而言，根據本發明之一個層面，前饋式（feed— forward)補償係可執行於其運用壓力資訊之系統。因為壓 力暫悲（且甚至是不同值的靜態壓力）係影響閥操作，於閥 操作之壓力影響的一預測係可作成且補償。舉例而言，於 閥之壓力的影響係可決定，且一閥驅動訊號係可補償以減 少其歸因於壓力與壓力暫態之任何感應的閥動作。於一個 貫施例，於閥驅動訊號之一變化係可預測，其係需要以維 持該閥之一柱塞為靜止。 於一個實施例，前饋式補償係可執行，藉著建立欲運 用之闕的模型、選取其要求相同的閥開口之至少二組的 流率/壓力狀態、且測量閥驅動訊號以產生一校準值，其 可運用以產生用於操作該系統之參數 係可為由力量對位移對驅動電流之曲 身之一基於實際的模型，至少二 。尤其，閥之一模型

200404992 杈準常數，其可為連同於閥模型而運用以產生對於裝置 之適田知作參數。欲得到滿意的測量，一良好的電子式壓 力控制器係可運用以適當循環㈣力。再者，對於運用之 各個閥配置’可能存在發展力量對位移對驅動電流之曲線 所需要的某些時間與努力。 广個實施例，校準常數係可導出，藉著測量於二個 不同=口壓力的閥基礎（pedestal)(僅僅開始打開該闕所需 士電/;,L)且作出假設（雖然為偽）該致動器增益為一常數。 乂適田的閥核型，閥基礎調整係優於其他的補償方法 之 重大改善。 /艮I發明之另一個實施例，一死容積補償調諧過程 係可實行，其亦運用壓力資訊（例如：M力訊號）。更特別而 &，壓力訊號係可運用以調整於一 GLL控制器之增益而提 供-定值增益。瞭解的{，壓力暫態係影響實際的閥模型 口此增盈係可調整以補償此等壓力影響。 於-個實施例’補償係可運用下列的過㈣實行： 運行-壓力步級至控制器。於一個實例，入口壓力 係可由約為30PSIG而步進至約為πρςΤΓ 主、0馮32PSIG。其他的壓力係 可同樣運作，但所瞭解的是， 於&力之過大的一步級係提 易讀的結果。運用以提供人口壓力之測試裝置係可修 正，吨供儘可能為接近於一方波步、級之壓力。 2.記錄於該步級期間之壓力換能器與流量感測器的輸 出0 運行所記錄的壓力換能器輸出以通過該補 95 200404992 之一模型（包括：微分器），且比較 的流量感測器輪出。調整遽波器參數:Γ輪出與所記錄 間的差異為最小，每次 侍於一個訊號之 ^ 為再乂運行該模型。者兮至田 的位準，遽波器調整係可停 ：该差異為於 且最終的濾波器參數係可為設定 、4條件係記錄， 雖然上述的最小化 "。 M J化万法係可運用， 何數目的最小化方法係可運 Μ理解的是，任 特定方法。舉例而言，一 务明係不受限於任何 一檀方法可包括.、W m 所決定之預設濾波器參數、調整遽波哭炎用由典型單元 邊緣、凍結該等參數、調整 / M配合該領前 結、接著為調整其餘參數以配= ^ ’舉例而言’種種的線性最小平方配、’ ^各個步級 整該等參數。再者，盆他的w f π t)係可運用以調 〃、他的取小化演算法係 此外，死容積補償係可針對各個製程氣體而配：。 此貫施例，存在其為微分器（ 於 部分的一辦兴碉卷W V 第8圖之微分器820)之 丨刀的i曰皿凋i。微分器增益 如.絕針瓜p ^祕、，.. T寻於除以裱境溫度（例 戈.、，巴對肌度）之一增盃常數，且 / 至上述的調諸軟體所要求…广保”释稱成定 曰盃、乘以調諧資料所收隹砗 的環境溫度（例如：絕對温度）、 之轉換因數。 除…谐氣體至製程氣體 1.若單元係運作於一寬廣的㈤ 選擇其正比於1/τ之一整體的圍’性能係可藉著 【體的增盈（其中：了係絕對溫度） 而改善於該範圍之末端’因為歸因於壓力變化之對於一理 4乳體的總質流係正…/τ ’且一般運用的感測器係質 96 200404992 流感測器。 2 ·氣體種類係影響流量感測器之增益。若單元係欲運 用於不同於該單元所調諧於其者之一不同的氣體，整體的 增盈係必須為適當調整。若該增益係未因此調整，死容積 補償係將實際使得性能為較差於其並未具有死容積補償者 〇 3·氣體種類係亦影響流量感測器之響應。若濾波器參 數係調整作為氣體種類之一函數，演算法之性能係可改善 〇 4·流量感測器之增益亦隨著流率而變化，典型而言， 增盈係於高流率而減小。於高流量位準之性能係可藉著使 得整體的增盈為流率的一函數而改善。增益係可為關於： 增盈=g〇+kG*設定點 其中，kG係小（相對於g〇)且典型為負值。假設該設定 點為流率之一合理的類比者，上述之此關係為有效降低增 盈為流率的一函數。或者，實際指示流率係可運用以替代 再者他的改善係可作成，包括：使得增益為流率之 一較複雜的函數，或是在線性化該感測器之後而減去偽流 量訊號。 5·々IL里感測器之響應亦隨著流率而變化。對於目前的 硬體而吕’變化係小、然❿，故於性能之較小的改善係可 藉著使得濾波器級聯參數為設定點或流率之一函數而作成 〇 本赉明之數個實施例係已經詳述，熟悉此技藝之人士 97 係將思及種種的修正與改良。該等修正與改良係意圖為於 本^月之Id可。疋以’ _文說明係僅為藉由舉例而非意圖 ;、、、制本《明係限定為僅由隨附的申請專利範圍與其 等效者所界定。 一 【圖式簡單說明】 (一）圖式部分 “弟1目係說明一個實例的質流控制器之示意方塊圖， 藉其，本發明之種種的層面係可實施； ^圖係於第1圖所示的流量計之更為詳細的示意方 塊圖； 十圖係次明根據本發明的一個實施例之一質流控制 器之，種的輪出訊號’其響應於流量之-步級變化； 第4圖係於第1圖所示的增益/領先/落後控制器電路 之更為詳細的示意圖； 第5圖係於第i圖所示的閥致動器之更為詳細的示意 方塊圖； 第6A 6F圖係說明於第4圖所示的數個訊號之訊號波 形； 第7A、7F圖係說明根據本發明的一個實施例之用於配 置一質流感測器以供操作於一製程流體及/或製程操作條 件之一種方法； 第8圖係說明根據本發明的一個實施例之一補償濾波 器； 第9圖係說明根據本發明的一個實施例之壓力感應閥 98 200404992 位移補償的一種方法； 第10圖係說明一自由浮動板塞. 第11A圖係引入於一流通路徑的一入口側之一 衝圖，如為時間之一函數； 第UB圖係於第11A圖所示的壓力脈衝所造成之 力訊號圖； 1 /一第lie圖係說明根據本發明的一個實施例之一流通路 位其具有一壓力換能器以彳貞測壓力變化· 、弟11D圖係顯示根據本發明的一個實施例之一補 波器’其補償於偽流量資訊； 心 第12Α圖係說明一情形’其中，於-壓力脈衝之形狀 的壓力暫態係引入於一流通路徑之一入口側. 第12Β圖係顯示於第m圖所示的壓力暫 一感測器輸出，如為一時間之函數； 第13圖係朗根據本發㈣_ 位移補償的一種方法； 貝⑪例之&力感應閥 第14圖係說明根據本發明的一 ，， i右利於一斯+ 徊貫抛例之一種系統， 一有利於一貝流控制器之自動配置； 第15圖係說明根據本發明的 甘女』，丨士人 丨口耳％例之另一牵蜞， 其有：於-質流控制器之自動配置;々 系、，充 第16圖係說明-閥之橫截面圖。 (二）元件代表符號 10感蜊器調諧步驟 12、14步驟10之詳細步驟 99 200404992 20 閥特徵化步驟 21-26 步驟20之詳細步驟 30 回授控制器調諧步驟 32、34、36 步驟30之詳細步驟 40 校準步驟 41-45 步驟40之詳細步驟 50 系統增益分解步驟 51-57 步驟5 0之詳細步驟 60 系統配置步驟 61-68 步驟60之詳細步驟 100 質流控制器 103 流通路徑 108 流體入口 109 流體出口 110 流量計 120 滤·波裔

130 濾波器 140 增益G 150 增益/領前/落後（GLL)控制器 160 閥致動器（閥驅動器與閥驅動器電子電路） 170 閥 190 壓力訊號 200 流通路徑 210 旁路器 200404992 220 感測器導管 230 感測器與感測器電子電路 240 正規化（電路） 250 響應補償（電路） 260 線性化（電路） 270、270” 壓力訊號 280 補償濾波器 290 偽流量訊號 295、295’ 換能器 297 減法器 410 微分器或D項電路 420 減法電路 430 乘法器 440 比例增益項 450 積分增益項 460 積分器 470 總計電路 510 閥驅動電子電路 520 電子機械致動器 710 生產步驟 712 配置資料 720 配置步驟 800 (第8圖）補償濾波器 81 0 (第8圖）時間延遲方塊 101 200404992 815 (第8圖）延遲後的壓力訊號 820 (第8圖）微分器 825 (第8圖）導數訊號 830a-830f (第8圖）二階濾波器 840 (第8圖）加法器 850A-850F (第8圖）增益方塊 800 (第14圖）電腦 802 (第14圖）記憶體 804 (第14圖）處理器 808 (第14圖）輸入裝置 810 (第14圖）程式 920、920’ 位移補償方塊 940 位移補償訊號 950 總計方塊 1 000 質流控制器 1 002 記憶體 10 04 處理器 1 006 構件 1 008 輸入裝置 1010 喷射器 1012 配置資料 1 020 柱塞 1 025 柱塞面 1 026 柱塞背側 102 200404992 1040 噴射孔 1045 孔緣 1050 高原部 1055 高原部外緣 1100 壓力脈衝 1100a 壓力脈衝圖 1100b 壓力訊號圖 1100c 系統 1120 壓力訊號 1140 流量感測器 1150 感測器輸出訊號 1160 偽流量訊號 1180 補償濾波器 1 200a 壓力暫態圖 1 200b 感測器輸出訊號 1210 壓力脈衝 1220 感測器輸出訊號 1300 力模型 1610 喷射器 1620 柱塞 1640 孔口 1650 南原部

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Claims (1)

1. 200404992 拾、申請專利範圍： 1·-種於流量控制器之方法，該流量控制器包括一流 :::則益，其轉接至具有一入口側與一出口側之一流體流 該流量感測器係適以提供一感測器輪出訊號，其 义不透過該流通路徑之—感測流體流量，肖種方法包含步 驟： 測里彡亥流通路徑之至少一個壓力；及 調整該感測器輪出訊號，基於測量至少一個壓力之步 驟。 L如申請專利範圍第卜貝之方法，更包含一步驟：基於 βΛ至少一個壓力而形成至少一個壓力訊號。 3. 如申請專利範圍第2項之方法，更包含一步驟：滤波 =少-個壓力訊號以提供一偽流量訊號，其仿真該流量 感測器歸因於流通路徑中的壓力變化之一響應。 4. 如申請專利範圍第3項之方、共，f π ^ , Η 固乐0貝怠万法，其中，調整該感測 态輸出之驟包括一步驟·由該威 爲流量訊號。 .“丨-輪出訊號而減去該 /•-種修正來自流量感測器的感測器輪出訊號之方法 ’该種方法包含步驟： 基於流通路徑之至少一個懕六 D v個&力測I而構成一偽流量訊 旒，其為對應於該流量感測器歸因於壓力變化之一響應； 及 由該感測器輸出訊號而減去該偽流量訊號。 6·如申請專利範圍第5項之方法，更包：二步驟:提供 104 200404992 其表示該至少一個壓力測量之一壓力訊號。 構成該偽流 俾使其實質 構成該偽流 構成該偽流 曰7•如申請專利範圍帛6項之方法，其中 里讯號之步驟包括—步驟··延遲該壓力訊號 為於時間對準該感洌器輪出訊號。 旦如申請專利範圍帛6項之方法，其中 量訊號之步驟包括-步驟:微分該壓力訊號。 量訊圍第6項之方法，其中偽流 力訊號U，：至步驟:以至少一個濾波器而濾波該壓 ^ 〇Λ少一個濾波器具有一轉移函數，其仿真該、、* 量感測器對於流通路徑中的壓力變化之一塑應。、’…L 10·如申請專利範圍第9項之方法，其該至少一個 ^包括其為串聯連接之複數個二階滤波器，且來自該 偽流量訊號。 “係依比例及總計以提供該 1」.-種由感測器輸出訊號移除偽流量資訊之方法，該 ::!輸出！1號係由其為搞接至-流通路徑之-流量感測 心所提供’ &偽流晉杳4玄ώ符 ^, 里貝stL货則器所造成且對應於壓 力曰悲所引起的流量變化，該種方法包含步驟. 測量於該流通路徑中的至少—_力.. 提供其表示至少—個壓力測量之至少;_個壓力訊號，· 由該至少，力訊號而構成—偽流量訊號;及 由編器輸出訊號而減去該偽流量訊號，以提供其 表不於&體路徑中的流體流量之一流量訊號。 12.-種停滞體積補償之方法，該種方；包含步驟： 105 200404992 預測-感測器對於其填充於一停滞體積的一 響應，歸因於一流體流通路徑的壓力變化丨及 — 修正由該感測器所提供之一感測器輸出訊號 =的響，，以本質為由該感測器輸出訊號而移除:流: 13· —種決定其流通於導管之流體的流率之方法，包人 步驟： ^ a) 感測其流通於導管之流體的流率； b) 測量於其流通於導管之流體的壓力變化· # 。)決定壓力變化於其由步驟(a)所感測之流 一影響；及 d)修正該流體之感測的流率，基於壓力變化之影響， 以決定其流通於導管之流體的流率。 〜曰 14· 一種流量計，包含： > -流量感測器，適以測量於一流通路徑的流體流量， 该流量感測器係響應於該流通路徑的感測流體流量而提供 一感測器輸出訊號； _ p至沙一個壓力換能器，以測量於該流通路徑的至少一 個壓力，該至少一個壓力換能器係提供其關於個別的至少 一個測量壓力之至少一個壓力訊號； 一補彳員濾波器，以接收該至少一個壓力訊號，該補償 濾波器係適以構成一偽流量訊號，其近似於該流量感測器 對於該流通路徑中的壓力暫態之一響應，·及 一減法，以接收該感測器輸出訊號與偽流量訊號， 106 200404992 且提供其關於該感測器輪出訊號與偽流量訊號之間的差異： 之一流量訊號。 15. 如申請專利範圍第丨4項之流量計，其中，該補償 濾波器包括一延遲器件，其延遲該至少一個壓力訊號以實 貝為於日寸間對準該流量感測器對於壓力暫態之響應，且其 中忒延遲器件係提供至少一個延遲後的壓力訊號。 16. 如申請專利範圍第15項之流量計，其中，該補償 濾波器包括-微分器，以接收延遲後的壓力訊號，該微分 器係適以決定該延遲後的壓力訊號之一導數，以提供一導_ 數訊號。 17· 一種補償濾波器，用於產生自一壓力訊號之一偽流 量訊號，該補償濾波器包含： 一微分器，接收其表示於一流通路徑的一壓力之一壓 力訊號，該微分器係適以決定該壓力訊號之一導數，以提 供一導數訊號；及 至少一個濾波器，具有一轉移函數，適以轉換該導數 A號為肖成罝訊就，其表示由流量感測器響應於屋馨 態而產生之偽流量資訊。 ，該變化為於一 18· —種補償流體壓力感應變化之方法 閥之受控制部位的位置，該種方法包含步驟 測量於一閥環境中的至少一個壓力· 该至少一個壓 提供至少一個壓力訊號，其分別為表3 力測量； 計异该閥之受控制部位的一位移，基於該至少一個壓 107 200404992 力訊號；及 ： 產生一補償驅動位準，以移動該閥之受控制部位為—· 量’其具有對於所計算的位移之一相反符號且實質 相等。 小 19· 一種防止閥的受控制部位移動之方法，該移 因於壓力暫態，該種方法包含步驟： μ 預測壓力暫態將驅使一閥的受控制部位以移動之— 位移，基於一閥環境之至少一個壓力測量；及 移動該閥的受控制部位，以抵消所預測的位移。 _ 20·種耦接至流通路徑之設備，該種裝置包含： 一壓力測量裝置，以測量於一流通路徑環境的至少一 個壓力’且提供其表示該至少一個測量壓力之至少一個壓 力訊號；及 位移補償機構，以接收該至少一個壓力訊號，且提供 位移補償訊號，指出一驅動位準以補償其耦接至該流通 _ BB / / p曰 ^ 9閥位移，其為該流通路徑環境中的壓力變化 所引起。 _ ^么21.如申請專利範圍第20項之設備，其中，該位移補 &機構包含機構以基於一力闕模型而計算該位移補償訊號 〇 22·如申請專利範圍第21項之設備，其中，該力閥模 型包括閥之一磁性模型。 • 23·如申請專利範圍第21項之設備，其中，該力閥模 型具有其指出於閥環境中的一壓力梯度之一參數。 108 200404992 24· —種流量計，包含： -流量感測器’適以感測於一流體流通路徑 流直’且如供其表示感測流體流量之一感測器輪 至少一個厂堅力換能器，適以測量於一流體流通路;; 境中的至少一個壓力，且接供复 玉衣 且挺仏其表不讜至少一個測量 之至少一個壓力訊號；及 -補償遽波器，接收該至少一個壓力訊號 關於該至少一個壓力訊號之一偽流量訊號。 /、 25. 如申請專利範圍第24項之流量計，其中，該偽产 量訊，係構成以重建其對於流通路徑中㈣力暫態所引起 的流量變動之流量感測哭、塑旛 A^響應而造成的偽流量資訊。 26. 如申請專利範圍第24 旦 只爪里汁，其中，該補償 濾波器包括一轉移函數，i仿直 /、 …4 ^ I感測器對於流通路 徑中的壓力暫態之一響應。 27. 如申請專利範圍第24項之流量計，其中，該偽流 量訊號係自該感測器輸出訊號而減去，以提供一流量訊號 〇 28· —種於質流控制器之方 <万去’该質流控制器係耦接至 一流通路徑，該質流控制器 列裔八有其包括一流量計、一控制 器、一閥致動器與一閥之一 > ^ . ^抆制迴路，該種方法包含步驟 測量於一流體路徑環境中的 J主少一個壓力； 麵1供其指出至少一個壓力測詈 列里之至少一個壓力訊號； 決定至少一個補償訊號，基 &至少一個壓力測量；及 109 2UU404992 方力α言女5 j、 . "主夕一個補償訊號至該質流控制器之控制趣路 29·如申凊專利範圍第28之方法， 少一個補償邙啼+卜 r 决疋该至 ° ^之步驟包括：構成一偽流量訊號， 該流量計對於士、s 从重建 t子於〜通路徑環境中的壓力暫態之一響應而 的偽流量資訊。 乂战 + 一 3G·如巾請專利範圍帛29項之方法，其中，施加該至 二旦個補^ 5fl #u至控制迴路之步驟包括—步驟：施加該偽 抓里汛唬至控制迴4，以補償其歸因於流通路徑中的 暫恶之於流體流量的流量計響應變動。 + 一 31·如申請專利範圍第27項之方法，其中，決定該至 二一個補该矾號之步驟包括：決定一位移補償訊號，其表 厂、"動位1準’以補償其歸因於壓力暫態之一閥位移。 ，一 32·如申請專利範圍第27項之方法，其中，決定該至 少：個補償訊號之步驟包括··決定一偽流量訊號與一位移 補償訊號。 从-種質流控制器，具有一控制迴路，該質流控制器 包含： ，7流量計’適以感測於一流體流通路徑中的流體流量 ，且提供其表示於該流通路徑中的質流率之—流量訊號，· j控制器，耦接至流量計’且適以提供其至少部分為 基於該流量訊號之一驅動訊號； -閥致動器，適以接收來自該控制器之驅動訊號； -閥’適以由該閥致動器所控制，且麵接至流體流通 110 2UU4U4992 路徑； 負流控制器環境的 個壓力的測量之至

   至少一個壓力換能器，以測量於一 至少一個壓力，且提供其表示該至少一 少一個壓力訊號；及 至少-個補償機構，以接收 ::少-個補償訊號至控制迴路，以補償於:::: ，其中，流控制器之= 匕括§亥、机置計、控制器、閥致動器、與閥。

   34.如申„月專利乾圍帛33 ;頁之質流控制器，盆中，、 至少一個換能器係測量該流通路徑之—人 ;、: -入口壓力訊號。 刀且“ 35.如申請專利_ 34項之質流控制器，其中，該 乂少-個補償機構包括一補償據波器，以接收該入口壓力 °°由°亥入口壓力訊號而構成一偽流量訊號。 "36.如申請專利範圍第35項之質流控制器，其中，該 if 括一流量感測器，其為適以感測於流通路徑中的 4抓里’且適M提供其表示感測流體流量之—感測器輸 出訊號。 、37.如申請專利範圍第％項之質流控制器，其中，該 補償機構具有一轉移函數’其仿真該流量感測器對於入口 壓力的變化所造成之流體流量的響應。 38.如申請專利範圍第36項之質流控制器，直中，該 偽流f訊號係構成以重建其由於入口壓力的變化所造成之 感測器輸出訊號的—偽流量資訊成分。 111 200404992 39·如申請專利範圍帛36項之質流控制器，其中，該 流量訊號係藉著由該感測器輪出訊號而減去該偽流量訊號 所決定。 40·如申請專利範圍帛33 χ員之質流控_器，t中，索 補償機構包括位移補償機構，以接收該入口壓力訊號且相 供-位移補償訊號，其表示_驅動位準以維持該閥之一受 控制部分為實質靜止於該閥之一壓力環境。 41.如申請專利範圍帛4()項之f流控制器，其中，該

   位移補償訊號係加至驅動訊號，以補償其由該閥之壓力環 境中的壓力梯度所造成之閥位移。 42. 如申請專利範圍帛4()項之質流控制器，立中，續 位移補償訊號係部分為基於該閥之一力模型。/、 43. 如申請專利範圍帛42項之質流控制器，其中，該 閥之力模型包括該閥之一磁性模型。

   44. 如申請專利範圍帛42項之質流控制器，其中，該 ，之力杈型包括其對於跨於該閥之至少一個壓力降的一參 、45_如申請專利範圍第33項之質流控制器，其中，談 補償機構包括：一補償滅波$，H ^ 人 波其接收至少-個壓力訊號 …：、：，、流量訊號’構成以重建該流量計響應於壓力暫 悲所造成的偽流量資訊;及，位移補償機構， :力訊號且提供一位移補償訊號，其表示一驅動位； 以補4貝由 爆六傲儿A匕1丄 &力、义化所引起的閥位移。 46.-種配置質流控制器之方法，供操作於製程操作條 112 200404992 件，其至少部分為不同於該質流控 的測試操作條件，該種方法包含步驟：之生產期間所運用 及藉著該等測試操作條件而建立該質流控制器的一響應； 基於該等製程操作條件而修正 個控制參數，俾使其操作於該等製程操; 少- 器的響應係未實質改變。 約牛之貝〜控制 47.如申請專利範圍帛46項之方法 少一個控制參數之+驟々紅止 ，、中修正该至 項，其關聯於基於二:二決定複數個製程增益 個構件，… 件之質流控制器的複數 。 X個構件係形成該質流控制器之—控制迴路 .如申印專利範圍第47項之方法，其中，決 固=增益項之步驟包括一步驟:決定一製程倒數:二 著取得該複數個製程增益項之乘積的—倒數而； 。^、主倒數增盈項係至少一個可變操作條件之一函數 個可:二申二專利範圍第48項之方法’其中，該至少- 力。 U件包括於該質流控制器環境中的至少一個壓 個可：如申請專利範圍第49項之方法，其中，該至少一 個可變操作條件包括—入口麼力。 個二第49項之方法，其中，該至少- 球件包括一設定點。 113 200404992 52· —種電腦可讀雕 器之-程式，該程式俘二 碼具有供執行於-處理 -質流控制器之方= 處理器時而實施-種配置 其至少部分為不同於—…二:组的製程操作條件， 皙⑼缶I ^止 ，·的4刼作條件，運用以建☆兮 ::’於生產期間之-響應，該種方法包含切亥 作㈣作條件之3至二者 作為一輸入；及 夕 者而 基於該輸入而修正該質流控制器之至 ，俾使該質流控制器之塑 個控制參數 時而未為實質變化。…、田眾作於该等製程操作條件 53·如申請專利範 ，修正兮至小/ 項之電腦可讀取媒體，其中 n亥至少一個控制參數之 個製程增益項，其_於操㈣該決定複數 流控制器的複數個構侔 細作條件之該質 态之一控制迴路。 ^风”亥貝流控制 •★申明專利範圍第53項之電腦可讀取 二定該複數個增益項之步驟包括一步驟:決定二;：< 丈增盈項’其藉著取得該複數個增益項之乘積的二:：例 形成，該製程倒數…j貞之采積的-倒數而 數。 曰皿項係至少一個可變操作條件之-函 55如申：專利範圍…之電腦可讀取媒體，其中 至;:—二:可變操作條件包括於該質流控一 56.如中請專利範圍第55項之電腦可讀取媒體，其中 114 200404992 ’該至少—個可變操作條件包括-人口壓力。 57. 士申吻專利乾圍第％項之電腦可讀取媒體，其中 ’該至少-個可變操作條件包括—設定點。 58. —種質流控制器， 昇有一控制迴路，該質流控制器 包含： /L里汁適以感測於—流體流通路徑中的流體流量 ，且^供其表示於該流 L通路！中的質流率之一流量訊號； 一控制器，耦接至户旦 .^ 爪里叶，且適以提供其至少部分為 土於该流量訊號之一驅動訊號； 一閥致動器，適以接必七i 妾收來自該控制器之驅動訊號； 一閥，適以由該閥致叙w 3欠動^、所控制，且耦接至流體流通 路徑； 其中’该質流控制 σ 為之控制迴路包括該流量計、控制 器、閥致動器、與閥；及 其中，該控制迴路係奋 、 係適以具有一實質為定值的控制迴 路增益項’其為關於操作划 未作J間之至少一個可變操作條件。 5 9 ·如申請專利範圍坌Γ» η γ ^ 固乐ί)δ J貝之'貞流控制器，其中， 至少一個可變操作條株 、 Μ 、匕括於該質流控制器環境中的至少 一個壓力。 60.如申1專利軌圍第59項之質流控制器， 至少一個可變操作條件包括一入口壓力。 、- 61 ·如申月專利範圍第5g項之質流控制器，其 至少一個可變操作條件包括一設定點。 、“ 62. 一種補償濾波哭，田认太4十Α 广 久，用於產生來自一壓力訊號之一偽 115 200404992 流量訊號，該種補償濾波器包含： 複數個濾波器，其至少二者係串聯連接，且μ μ 少二個濾波器之各者的個別輸出係依比例及總計。^ 63. 如申請專利範圍帛62項之補償攄波器，更包含一 微分益’其係適以微分該壓力訊號，且其提供一微分訊號 至該複數個濾波器。 64. 如申請專利範圍第62項之補償濾波器，更包含一 延遲器’其延遲該壓力訊號，且其提供一延遲後的壓力訊 號至該複數個濾波器。 拾壹、圖式： 如次頁

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