TW434469B - A system and method for a digital mass flow controller - Google Patents

Description

;· 4 3446 9 Α7 ---— Β7 '' ， 五、發明說明（1 ) 登明之技術签. 本發明大致係有關於用以控制在一質量流控制器中氣體 流之方法及系統，更明確而言，係有關用以產生具一快速 反應在一數位質量流控制器中設定點步進輸入的一數位控 制信號之方法及系統。 登明背景 一質量流控制器（MFC)可設定、測量、及控制一處理氣 體質量流動之一密迴路裝置。半導體應用持續是在質量流 控制器技術產品發展背後的推進力量。儘管如此，質量流 控制在例如藥學工業與食品工業的其他工業是很有用。 —熱質量流控制器係由包括一流量感測器的前半部及包 括一控制轉閥的後半部所组成。流量感測器時常是由在一 毛細管附近線繞的兩抗溫感測器所组成。當氣體流過感測 器時，熱便可向下傳導，而且溫差會與氣體的質量流率成 比例。控制轉閥可經由來自流量感測器的電子接收一信號 以調整氣體流》螺線圈激勵轉閥時常當作控制轉閥使用， 因爲他們單純、快速反應、穩定與低成本。 經濟部智慧財產局貝工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 不幸地，既然熱變化可在相對較長的時間發生，所以熱 流量感測器具有一慢響應時間。例如，在圖1中，一實際 流動與時間比較的一圖式係顯示感應流與時間比較之—圖 式e y轴表示流率，且X轴表示時間。實際流係以近似一單 元步進函數u ( t )表示，其中流率可在一可忽略的時間量到 達一穩定狀態値。τ係表示感應流到達實際流的6 3 %所使 用的時間常數。此可近似1.7秒。它使用大約5 τ到達實際 -4- 本紙張尺度適用令國國家標準（CNS〉A4規格（2〗0 X 297公釐） ), v 4 34 4 b 9 a? _____B7_ 五、發明說明（2 ) 流的至少99%。不幸地’從感應流建立實際流之'~正確測 量所需時間延遲可造成轉閥控制的錯誤。有關通過控制轉 閥流率之資訊可回授給控制轉閥。此資訊正確回授的延遲 會在氣體流入一處理宣造成不必要的錯誤。 圖2係表示在先前技藝中使用的一方法，以補償與實際流 比較在感應流的時間延遲實際流是大小f。的一單元步進 函數°圖2係顯示一第一導出結果回授控制迴路1〇，其中 一流感應信號12係輸入增益=1的一第一增益級14、及一 微分器級16。微分器16的輸出係輸入增益=τ的一第二增益 級18。增益級14與增益級18的輸出可相加，以產生第_ 導出結果回授控制迴路10的輸出20。 此方法近似如下列方程式所提供一指數信號的流信號 12， n fjl- 方程式1 其中f。是最後穩定狀態流率，t是時間，而 叩見τ是翅蚤咸 測器有關的時間常數。輪出20能以下面的方程式恐 (請先閲讀背面之ii辛》^項再填寫本頁) :，裝-----Γ---訂---------竣 經濟部智慧財產局具工消費合作社印製 output = f{t) + Γ φ) 方程式2 將方程式1插入方程式2便產生 output = f〇 U(() 方程式3 -5- 本紙張从賴巾@ S家標準（CNS1IA4規格（210 x 297公复） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ‘ 4 34 4 69 A7 ----B7 五、發明說明（3 ) !第一導出結果回授控制系統1 〇的輸出是大小f。之一步進響 應，該大小f。係等於實際流f。u(t)。因此，實際流使用第 一導出結果回授控制系統丨〇比只使用感應流信號丨2更接 近0 在圖2詳述的先前技藝方法具有三個缺點。第一缺點是流 動感測器典型不呈現線性行爲。因此，在輸入—控制系統 的流量感測器中先天具有某些錯誤量。 第一缺點是微分器典型是一類比裝置。一微分裝置的硬 體實施不容易在類比領域實施，結果，這些方法時常使用 透過線性電路實施的近似微分。 取後’第一導出結果回授控制系統無法確認通過質量流 控制器的氣體流不是一眞正的第一階指數。因此，此類型 的系統先天具有某些錯誤量。 最後，一方法所需的是可正確計算在一質量流控制器内 的實際氣禮流。該方法應可減少或免除流量感測器的非線 性。此方法亦更精確近似不是一眞正指數信號之流感應信 號。 發明概诚 本發明可在一數位質量流控制器内提供用以控制氣體流 之一系統及方法，而該數位質量流控制器可實質免除或減 少與先前發展的系統及方法有關在一數位質量流控制器内 控制氣體流之缺點及問題。 本發明可提供計算一數位式増強流率信號之一方法，其 可更正確表示通過數位質量流控制器的實際流率。數位式 -6- II1IIIIIII1 i I I K---- · - I--1 — — ·^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 4 34 46 9 A7 -_—— __B7___五、發明說明（4 ) 增強流率信號可透過使用從一流量感測器輸出的感應流率 信號、該感應流率信號之—按比例決定第—導出結果、及 琢感應流率信號之一按比例決定第二導出結果而計算。一 設定點信號可與數位.式增強流率信號比較，以建立—數位 誤差信號〇數位誤差信號可提供給數位式實施的比例積分 (pi)控制器。pi控制器可產生一數位控制信號，以用來控 制數位質量流控制器的一轉閥。 本發明的一優點是一第二導出結果的使用允許比—第一 導出結果的使用有一更正確的感測器信號近似値。感测器 流率信號的一更正確近似値允許驗一處理中的氣體流之一 更精確及響應控制。 本發明的另一優點是數位信號之使用係容易與例如電腦 的數位處理器形成界面。高速數位處理器可被存取，以便 在質量流控制器的任何板件DSP控制器可能過度冗長的例 如校準期間有助於正確計算。 1式之簡罩説明 本發明的_更完全了解及相關優點可透過下列連同附圖 的描述取得，在附圖的相同參考數字係表示相同的特徵，其中： 圖1係插述與在一質量流控制器的實際流率比較的一流量 感測器的輪出； 圖2是類比第一微分與回授的先前技藝方法之—基本控制 圖’以便使感應流更接近實際流； 圖3係插述一數位質量流控制器的系統的本發明之一具體 ---------- 農----r---訂---------^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 4 34 46 9 A7 -------------B7___ 五、發明說明（5 ) 實施例； 圖4是在數位式增強流率信號之一連續表示上的第—择$ 級效果圖式； 曰致 圖5疋在數位式增強流率信號之一連續表示上的第二增益 級效果圖式；及 i 圖6是在數位式增強流率信號之一連續表示上的濾波器時 間常數效果圖式^ 曼·!·^詳細説明 本發明的較佳具體實施例是在圖中描述，相同數字用來 表示各種不同圖式的相同及對應部分。 本發明可提供用以控制一數位質量流控制器内的氣體流 之一方法。該方法可計算一數位式增強流率信號，以更正 確表示通過該數位質量流控制器的一實際流率。該數位式 増強流率信號可使用來自一流量感測器之一感應流率信號 輸出、感應流率信號之一按比例決定第一導出結果、及感 應流率信號之一按比例決定第二導出結果而計算。一設定 點信號可與數位式增強流率信號比較，以建立一數位誤差 信號。該數位誤差信號可提供给一數位化實施的比例積分 (PI)控制器。該PI控制器可產生一數位控制信號，其可用 來控制在數位質量流控制器的一轉閥。 圖3係表示本發明的一具體實施例。在圖3中，在質量流 控制器2 2的實際流2 4可透過感測器2 6測量》感測器2 6可 包括在毛細管3 2周圍包裝的兩電阻繞線2 8和3 〇。感測器 26輸出是可輸入類比-數位轉換器36之感應流率信號34。 -8- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） {靖先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝---I L----訂------_嫂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

V 4 34 4 6 S A7 ___________B7__ 五、發明說明（6 ) 類比-數位轉換器36的輸出是數位感應流信號38 β數位感 應流信號38係輸入微控制器44。 (請先Μ婧背面之沒意事項再填寫本頁) 微控制器4 4可程控執行由線性化模組4 〇、微分模組4 6、 與ΡΙ控制器54所表示.處理的計算需求a 一數位信號處理器 (DSP )控制器之微控制器44具有在它晶片快閃程式記憶體 陣列中程控的軟體，而該晶片快閃程式記憶體陣列可程控 多次。該軟體具有實施在微控制器44内描述功能之所必需 的全部指令。常數係數（濾波器係數、線性化係數、與各種 不同的增益因素）可在電腦55計算及下載給微控制器44使 用。線性化模组4 0可實施一最小平方法，以使數位流動信 號3 8線性化《既然感測器2 6通常可產生實際流2 4的一非 線性函數之一感應流信號3 4 ’所以數位感應流信號3 8需要 線性化。線性化模组4 0可輸出數位線性化感應流信號42。 有許多方法可用於數位感應流信號的線性化^這些方法係 包括在技藝中的技術已知的最小平方法及其他復原技術。 亦在這些線性化方法中包含的已在1999年7月9日由T.I. Pattantyus ’ et al.所申請的美國專利案號09/350,747名稱 "System and Method for Sensor Response Linearization” 中揭 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 露。數位線性化感應流信號4 2可輸入微分模组4 6。微分模 组46可建立一數位式增強流率信號48 »數位式增強流率信 號48可更正確表示實際流24及感測器26的錯誤補偾。微 分模组4 6的一詳細描述會在稍後討論。 數位式增強流率信號48是與設定點信號50比較。由一客 户提供的設定點信號5 0可以是想要的實際流24之一步進輸 -9- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4現格（210 X 297公爱) ' A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 B7_ —___五、發明說明（7 ) 入。設定點信號50可以是透過微控制器44之一嵌入類比/ 數位轉換器數位化類比信號、或可以是傳送給微控制器4 4 之一數位信號。在微控制器44的一嵌入類比/數位轉換器 允許本發明的微控制器4 4如同先前技藝系統之一新增取 代。在設定點信號50與數位式增強流率信號48之間的差是 誤差信號52 ^誤差信號52可輸入PI控制器54 ’以產生數 位控制信號56來驅動螺線圈激勵轉閥5 8。螺線圈激勵轉閥 58可控制在量流控制器22中的實際流24。PI控制器54可 透過在1999年7月9日由E. Vyers所申請的美國專利案號 09/351,098 名稱"System and Method for a Variable Gain Proportional-Integral (PI) Controller ’’ 中揭露的方法實施。 圖3的微分模组46係表示透過使用由電腦55計算及下載 的參數，由微控制器4 4所執行的處理以產生數位式增強流 率信號4 8。在微分模組4 6内的方塊圖係使用第一微分運算 60、第二微分運算68、與具有時間常數τ2的濾波運作72的 扛普拉斯（Laplace )轉換表示一連續時間。然而，系統能以 數位化實施。線性化數位感測器信號4 2係輸入第一微分運 算6 0及第一增益級6 2，以輸出線性化數位感測器信號4 2 的輸出加權第一導出結果6 4。隨後，線性化數位感測器信 號42的第一導出結果係輪入第二微分運算66及増益級 6 8 ’以建立.線性化數位感測器信號4· 2的加權第二導出結果 7 〇。此加權第二導出結果7 0係輪入低通濾波運作7 2，以 建立線性化數位感測器信號42的過濾加權第二導出結果 74。加權第一導出結果64可前向傳送給加法器78，而且 -10- — — — —— — — — ― II. * I I I l· I I I > — — 11 — — —— ^ <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁> 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 4 3/1^6 9 A/ ---------B7 五、發明說明（8 ) 線性化數位感測器信號42可藉由前向供應遊路％而提供给 加法器78。在加法器78上，線性化數位感測器信號42的 過濾加權第二導出結果7 4是與線性化數位感測器信號4 2 的加福第一導出結果64及線性化數位感測器信號42组合， 以構成數位式增強流率信號4 8。數位式增強流率信號4 8比 從感測器2 6獲得的感應流率信號3 4更能’接近表示在質量流 控制器22中的實際流24。 如前述，由一DSP微控制器44執行的運算可數位化實 施。在類比Laplace表示及其非連續時間相對部分之間的一 對一轉換可容易達成。線性常數係數微分方程式可容易成 非連續時間線性常數係數差方程式。一常數係數微分方程 式的非連續同等方程式如下所示， dky(〇-Th dkf(t) ' 方程式4 Ν Μ ^yfn-kj ^bjfn-kj , 方程式 5 k=i 其中ak和b fc是常數係數，f(t)是類比系統的一類比輸入 ’ y(t)是類比系統的一類比輸出， dky⑴ 和 ^ ~1Γ 是y (t)和f (t)的第k導出結果式，f [ η ]相等非連續系統的一 非連續輸入’ y [ η ]是相等非連續系統的一非連績輸出， Ί1 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） (琦先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 訂----ί_ 竣 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 344b 9 A7 B7 五、發明說明（） f[n-k]和y[n-k]是f[n]*y[n]的第χ延遲，t是時間，而且 π和k是表示在一指定取樣間隔的非連續函數之非連續取樣 的整數値= 一連續低通濾波操作亦可透過使用微分方程而在一非連 續模式實施。Laplace低通濾波運作7 2的類比時間領域表示 是微分方程式， 方程式6 其中ak*bk是常數係數，f(t)是濾波器的一類比輸入， y(t)是濾波器的一類比輸出 是y(t)的第k導出 (諝先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 結果式，而且τ£是與濾波器操作有關的時間常數。方程式6 可根據方程式5的一微分方程式而非連續實施。然而，爲 了簡化緣故’系統使用各種不同的L_apiace轉換表示，以描 述線性化數位感測器信號4 2的微分與滤波4 2。 第一增益級62(增益1)的設計可取消時與感測器26有關 的間常數τ! »第一增益級62可被調整，以更正來自感測器 26需要一較長時間決定之感測器響應。圖4係描述在數位 式增強流率信號48的一連續表示上的改變第一增益級62效 果。如果增益級62太小，在數位式增強流率信號48決定在 穩定狀態値的連續表示之前，可能有—初始化過衝現像。 如果增益級62太大，在數位式增強流率信號48的連續表示 •12 本紙張尺度適用中國固家標準（CNS)A4規格（210 X 297公；g ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 34 4 c ；； A7 _____B7________ 心 10 五、發明說明（） 決定在穩定狀態値之前，可能有一初始化下衝現像。由於 系統的變化，第一增益級62是唯一可用於處理氣體種類及 一特定機械平台的計算。第一増益級62是唯一決定的，而 —且是感測器結構與處理氣體的一功能。完全根據經驗測試 與數學解決的計算流動動態（CFD)模型最初已努力發展， 以減少感測器的時間常數τ〖。溫度上升的關係' 線繞長 度、線圈間隙、管内部直徑、管壁厚度、管熱度傳導、與 隔離皆可被分析，並且將進一步討論。實際上，透過本發 明的一具體實施例所採用的一感測器係顯示一 1.7秒時間 常數τ i。氣體類型影響係顯示感測器時間常數τ ^顯示的一 趨勢，以提高氣體加權（典型最多5 %)比例。時間常數τ i係 設定成一預設値（1.7)，並且可透過實際響應觀察微調。 既然感應流率信號3 4不是一實際的指數信號，所以第一 加權導出結果64不能夠完全將感應流率信號34更正成正確 近似實際流2 4。若要更正確的大約實際流2 4，資第二時間 常數τ2要結合在感應流率信號3 4的近似値。因此，感應流 率k破3 4便可近似如下所示 方程式7 其中t是時間’ f(t)是感應流率信號34 , 是第一時間常 數，且h是第二時間常數。假設一穩定狀態步驟輸入f。及 根據圖3，數位式增強流率信號’4 8能以如下所示的類比領 域表示 -13- Ι1Ι1ΙΙΚΪΙΙ1 ^ · ! I I l· I I I --I I ί I I {請先間讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度國國家標準（CNS)A4規格⑽χ 297公爱） — — 4 3446 9 Α7 Β7 11 -— 五、發明說明（） /Yy + (增益 1)重^+(增益2) dUi!) dt dt2 使用增益1=τ1 + τ2 ’及增益2 = τι*τ2。屬於〜和。的時間 落後是在感測器26與螺線圈激勵轉閥58位置之間的空氣作 用落後，而且當處理取決於保持螺線圈激勵轉闕582關閉 之預負載力量的磁滯現象、摩擦、與線壓力時，係屬於螺 線圈激勵轉閥58的一有限範圍。 因此，弟一導出結果操作6 6係使用對應的第二增益級 68(增应2)實施。罘二導出結果操作可更正未正確接近 —實際指數上升的感應流率信號34前端。如同使用第—增 盈級62，第二增益級68可透過程控調整。圖5係描述在數 位式増強流信號48的一連續表示上改變第二增益級68的效 果。如果第二増益級6 8很小，在數位式増強流率信號4 8的 連續表示決定在稳定狀態値之前，可能有一相始過衝現 象’而如果第二増益級68較大’在數位式增強流率信號48 的連續表示決定在穩定狀態値之前，可能有信號的一初始 下衝現象。因此，第二增益級68可適當校準，以減少或免 除過衝或下衝現像。第二增益級68亦可透過如上述的觀察 調整。 當實施第二微分運算66時，低通濾波運作72的實施可減 少在數位式增強流率信號48所產生的雜訊。低通濾波操作 72具有時間常數Tf。藉由調整時間常數τ£，低通濾波運作 -14- 本紙張尺度適用中國g家標準（CNS)A4規格（21〇 x 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝illl·丨丨丨訂------ - -竣 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 12 五、發明說明（） 72的響應可以是過度更正或未充分更正。圖6係描述在數 位式增強流率信號4 8的一連續表示上改變時間常數τ f的效 果。對於較大的濾波器時間常數τ f而言，濾波器響應可能 太慢’而對於一小的濾波器時間常數τ f而言，濾波器響應 可能太快β滤波器計時常數Tf的選取可調整信號48的速 度。 在圖3的系統亦可在校準與測試期間使用一電腦5 5執行 需要比在微控制器44可用的更快速度及能力的嚴格計算β 計算的結果可經由例如匯流排或電規的電子通信連接5 7而 從電腦55下載給微控制器44。 整體上，圖3的系統可透過使用具〜1.7秒原始時間常數的 條件電路實施一熱流量感測器而可容易實施。可參考在 1999年7月9曰由Τ.Ι. Pattantyus et al 所申請的美國專利案 號 09/350,746 名稱"Improved Mass Flow Sensor Interface Circuit"中揭露的流量感測器電路。具61〇赫茲的一取樣率 之一 16位元精確類比/數位轉換器，一 16位元數位信號處 理器微控制器，一個人電腦、及可控制—螺線圈激勵、低 功率、節流閥/座閥之脈衝頻寬度調變或連續轉閥驅動信號 亦包括。許多電路結構可在轉閥驅動電路實施。可參考在 1999年7月9曰由T.I. Pattantyus所申請的美國專利案號 09/351,111 ."Method and System for Driving a Solenoid’1 中 揭露的電路。 質量流控制器可實施一閉迴路控制演繹法。可參考在 1999年7月9日由K. Tinsley所申請的美國專利案號 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） ill!!---' I---^ I — I 訂· I I-----—線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4 3446 9 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（1 ) 09/350744 名稱"System and Method of Operation of a Digital Mass Flow Controller ”中揭露的進階數位控制演繹法。 本發明的一主要技術優點是它可在非連續時間領域實 施。嚴格的數學計算能力可透過電腦55執行或幫助。雖然 某些先前技藝方法可實施非連續的控制器，但是這些方法 典型不使用電力處理數位平台產生包括一第一及—第二導 出結果的數學。結果’這些方法係限制在第一導出結果的 數位實施。然而，藉由一強大的電腦5 5的使用，本發明可 執行嚴格的數學計算《例如第—增益級62、第二增益級 68、與時間常數Tf的參數計算可在電腦55上完成，然後下 載给在微控制器4 4中例如一EEPR0M之可消除記憶體陣 列。然後’當计算數位式增強流率信號4 8時，微控制器4 4 可從EEFR0M存取這些値。 本發明的的另一重要技術優點是第二微分運算66的實 施，數位式增強流率信號4 8可更接近實際流2 4。既然感應 流率信號34並非是一純指數信號，所以第一微分運算6〇的 獨自實施不能完全接近實際流24。加權第—導出結果64及 加權第二導出結果7 0可加速感應流率信號3 4的響應，以便 更接近實際流2 4。加權第二導出結果7 〇的隨後濾波可減少 與實施第二微分運算66有關的雜訊。 仍然爲本發明的另一技術優點是藉由使用在微控制器44 的嵌入類比/數位轉換器，微控制器44便可容易取代用來 控制在一製造處理中氣體的先前技藝系統。使用類比方法 與連續政疋點電壓以控制氣體流的這些處理仍然可使用微 -16- ί請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) i I I ^----^ · Μ----*竣 本紙張尺度適用中圉國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 4 34 46 9 A7 B7 五、發明說明（） 控制器4 4。例如感應流率信號3 4與設定點信號5 0的類比 信號可數位化，接著用於微控制器單元44的計算。 雖然本發明在此參考具體實施例詳細描述，但是了解到 只透過範例描述而非限制。因此，可進一步了解到，本發 明具體實施例細節的許多變更及本發明的額外具體實施例 對於具有參考此描述技藝熟諳此技者將很顯然。注意，所 有此變化及額外的具體實施例並未違背如下所述申請專利 之本發明的精神與實際範園。 ---—--— ml. - I I f L---I — (諝先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 本紙張尺度適用t國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 9 6 4 4 3 4 經濟部智慧財產局員工消賁合作社印製 六、申請專利範圍 1. 一種用以控制在具有一轉閥及一流量感測器的數位質量 流控制器内一氣體流之方法，該轉閥可控制在該數位質 量流控制器的氣體流率；該流量感測器可測量通過該數 位質量流控制器之一實際氣體流率，及輸出一感測的流 率信號，該方法包含下列之步碟： 根據該感測流率信號之一加權第一導出結果'該感測 流率信號之一過濾加權第二導出結果、及該感測流率信 號之一總和而產生表示在該數位質量流控制器的一最後 穩定狀態流率之一數位式增強流率信號； 將一設定點信號與該數位式增強流率信號比較，以產 生一數位回授誤差信號；及 透過將該數位回授誤差信號輸入一比例積分（PI)控制 器及從該PI控制器輸出該數位控制信號，產生可控制在 該數位質量流控制器的該轉閥之一數位控制信號。 2·如申請專利範圍第1項之方法，進一步包含在產生該數 位式增強流率信號之前透過使用一類比-數位轉換器將該 感應流率信號轉換成一數位感應流率信號之步骤。 3.如申請專利範圍第2项之方法，進一步包含在產生該數 位式増強流率信號透過使用一最小平方法將該數位感應 流率信號轉換成一數位線性化感應流率信號之步骤。 4·如申請專利範圍第3項之方法，進一步包含將一第一導 出結果與一第一加權作加權之步驟，以產生該加權第一 導出結果’該第一加權只根據在該數位質量流控制器之 .一氣體種類及一特定機械平台而計算。 "18 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公釐） -----------Μ 裝 ---- -- 訂—------>·^ (請先閱讀背面之泫意事項再填寫本頁) 4 34 4 b 9 C8 ------ ——·· ----- —____D8 六、申料職® ~~~ 一 5.如申請專利^第4项之方法，進__步包含將—第二導 出（果與帛—加權作加權之步骤，以產生該加權第二 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 導出結果，該第-姒描-Tie ^ 、 钱罘—加權可計算以更正該數位線性化感應 流率信號未接近—實際指數上井。 6_如中請專利範園第5項之方法，進一步包含實施一數位 低通濾波運作以濾除該加權第二導出結果之步驟，以產 生兹濾波加權第二導出結果，及補償由於該加權第二導 出結果而加入該數位式增強信號之雜訊β 7‘如申請專利範圍第6項之方法，其中該數位低通濾波運 作係進-步包含-時間常數、該時間常數是完全憑經驗 決定。 8. 如申請專利範圍第7項之方法，進一步包含在將該設定 點信號與該數位式增強流率信號比較的該步驟之前，將 該設定點信號轉換成一數位設定點信號之步驟。 9. 如申請專利範圍第8項之方法，其中產生該數位式增強 流率信號、將該設定點信號與該數位式增強信號比較、 及產生該數位控制信號之該等的步驟可透過一數位信號 處理器控制器執行。 經濟郤智慧財產局員工消費合作社印製 10. 如申請專利範圍第9項之方法，其中該數位信號處理器 控制器可執行與一電腦溝通，該電腦可執行，以執行包 括該第一加權、該第二加權、及該時間常數之計算。 11，如申請專利範圍第10項之方法，進一步包含透過該電腦 所執行的計算經由在電腦與該數位信號處理器控制器之 ，間的一連接而下載給在該數位信號處理器控制器的—儲 -19- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A8B8C8D8 4 34 4 b 9 六、申請專利範圍 存裝置’以輔助該數位信號處理器控制器計算該數位控 制信號。 12. 如申請專利範圍第項之方法，其中該儲存裝置是_ EEPROM。 13. 如申請專利範圍第i項之方法，其中該加權第一導出結 果 '該濾波加權第二導出結果、該數位式增強流率信 號、及該數位控制信號可透過使用微分方程式計算。 14· —種用以產生一數位式增強流率信號之方法，該數位式 增強流率信號係表示從一數位質量流控制器的流量感測 器提供一感應流率信號的最後穩定狀態流率，該方法包 含： 計算該感應流率信號之一第一導出結果； 計算感應流率信號的一第二導出結果； 將該第一導出结果與一第一加權作加權，以產生一加 權第一導出結果信號； 將該第二導出結果與一第二加權作加權，以產生一加 權第二導出结果； 在該加權第二導出結果上實施一數位低通遽波運作， 以產生一濾波加權第二導出結果；及 將該感應流率信號與該加權第一導出結果信號及該濾 波加權第二導出結果信號加總’以產生該數位式增強流 率信號。 15.如申請專利範圍第14項之方法，進一步包含在計算該第 ’一導出結果及計算該第二導出結果之該等步驟之前，將 -20- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -IJIIII1IIIIII^· I — i I I I —tr· — — — — — — |*始+ (锖先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 4 3446 9 A8B8C8D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 該感應流率信號轉換成一數位感應流率信號之步骤。 16. 如申請專利範.園第1 5項之方法，進一步包含在計算該第 一導出結果及計算該第二導出結果之前，透過使用一最 小平方法而將該數位感應流率信號轉換成一數位式線性 化感應流率信號之步驟。 17. 如申請專利範圍第16項之方法，其中該加權第一導出結 果的該第一加權可根據在該數位質量流控制器的一氣體 種類及一特定機械平台而計算。 18. 如申請專利範圍第17项之方法，其中該加權第二導出結 果的該第二加權可計算，以更正該數位式線性化感應流 率信號未接近一實際指數上升。 19. 如申請專利範圍第18項之方法，其中該數位低通濾波運 作係進一步包含完全憑經驗決定的—時間常數。 20. 如申請專利範圍第〖9項之方法，其中計算該第一導出結 果、計算該第二導出結果，加權該第一導出結果、加權 該第—導出結果、實施該數位低通遽波運作、及將該感 應流率信號與該加權第一導出結果及該加權第二導出結 果加總之該等步驟可透過一數位信號處理器控制器執 行β 21. 如申請專利範圍第2〇項之方法，其中該數位信號處理器 控制器的執行可經由在該數位信號處理器控制器與該電 腦之間的一連接而與一電腦溝通，該電腦的執行可進行 包括該第一加權、該第二加權、及該時間常數之計算。 22·如申請專利範圍第2 1項之方法，進一步包含將該電腦所 -21 - 本^張尺度適用中ϋ ϋ家標準（CNS)A4規格⑵G x 2g7 ——-— ___-1 (請先《讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 訂---------韓 4 34 46 9 A8 B8 C8 08 7。 j.： 趣濟部中央棣丰局負Η消费合作社印*. 六、申請專利範圍 執行的計算下載給在該數位信號處理器控制器的一諸存 裝置之步驟，以輔助該數位信號處理器控制器計算該數 位式増強流率信號。 23. 如_清專利範圍第22項之方法，其中該儲存裝置是一 EEPROM 。 24. 如申請專利範圍第丨3項之方法，其中該加權第一導出結 果、讀過濾加權第二導出結果、及該數位式增強流率信 號可透過使用微分方程式計算。 25. —種用以在一處理程序中控制氣體流之數位質量流控制 器’該數位質量流控制器包含： 一流量感測器，其可測量通舉該數位質量流控制器的 一實際氣體流率，及輸出一感應流率信號； 一數位微控制器，其可透過使用該感應流率信號、該 感應流率信號的一第一導出結果、該感應流率信號的一 濾波第二導出結果、及一設定點信號而產生一數位控制 信號；及 在該數位質量流控制器的一轉閥，其可透過該數位控 制信號而受控制。 26. 如申請專利範圍第2 5項之數位質量流控制器’其中該微 控制器可執行： 計算該感應流率信號的該第一導出結果； 計算該感應流率信號的一第二導出結果； 將該第一導出結果與一第一加權作加權，以產生—加 權第一導出結果； -22 - _ --------i------IT------φ (請先«讀背面之注意事項再填寫耒頁) 本紙張尺度逋用中8«家揉準（CNS ) Α4規格（21〇〆297公* ) 鯉濟部中央標準局員工消費合作社印«. 4 34 4 S 9 B8 C8 D8 ~~_______________ 六、申請專利範圍 將該第二導出結果與一第二加權作加權，以產生一加 權第二導出結果； 在該加權第二導出結果上實施一數位低通j慮波運作， 以產生·一滅波加權第一導出結果，及 將該感應流率信號與該加權第一導出結果信號及該加 權第二導出結果信號加總，以產生一數位式增強流率信 號。 27. 如申請專利範圍第2 6項之數位質量流控制器，其令該感 應流率可在下列之前轉換成一數位感應流率信號： 計算該第一導出結果； 計算該第二導出結果；及 將該數位感應流率信號與該加權第一導出結果信號及 該加權第二導出結果信號加總= 28. 如申請專利範圍第2 7項之數位質量流控制器，其中該數 位感應流率信號可在下列之前，透過使用一最小平方法 而轉換成一數位式線性感應流率信號： 計算該第一導出結果； 計算該第二導出結果；及 將該數位感應流率信號與該加權第一導出結果信號及 該加權第二導出結果信號加總。 29. 如申請專利範圍第2 8項之數位質量流控制器，其中該第 一加權係根據在該數位質量流程控制器的氣體種類及一 特定機械平台而計算。 30. 如申請專利範圍第29項之數位質量流控制器，其中該第 -23- 本紙張尺度遴用中國«家揉率（CNS ) Α4規格（210X297公羡） I i I I I II I 裝 —_ I I 訂I I __ 線 (請先«讀背面之注意事項再填寫本頁) 4 34 46 9 A8 B8 C8 D8 經濟部中央橾率局貝工消費合作社印氧 間 電 申請專利範圍 二加權可計算’以更正該數位式線性化感應流率信號未 接近一實際指數上升。 31. 如申請專利範圍第3〇項之數位質量流控制器，其中該數 位低通濾波運作係進—步包含一完全憑經驗決定的時間 常數。 32. 如申請專利範圍第3丄項之數位質量流控制器，其中該數 位微控制器係進一步執行： 將該設定點信號與該數位式増強流率信號比較，以產 生一數位誤差信號；及 在該數位誤差信號上實施一數位比例積分（PI)控制操 作’以產生一數位控制信號。 ‘如申請專利範圍第2 5項之數位質量流控制器，其申該設 定點信號是一數位信號。 34·如申請專利範園第3 2項之數位質量流控制器，其中該設 疋點彳s號是在將該設定點信號與該數位式增強流率信號 比較之前轉換成一數位設定點信號。 35. 如申請專利範固第34項之數位質量流控制器，其申該數 位微控制器是一數位信號處理器微控制器。 36. 如申請專利範圍第35項之數位質量流控制器，其中該數 位#號處理器微控制器可經由在該電腦與該數位信號處 理器控制器之間的一連接而執行與一電腦溝通，該電腦 的執行可進行包括該第一加權、該第二加權、及該時 常數之計算。 37. 如申清專利範圍第3 6項之數位質量流控制器，其十該 -24 - 本紙張尺度逋用中國國家揉丰（CNS ) A4規格（2丨0X297公釐） --------—裝------訂------Φ. (請先閎讀背面之注意事項再填寫本頁) 4 34 46 9 A8 B8 C8 D8 經濟部宁央揉準局貝工消f合作杜印装 六、申請專利範固 腦係進一步執行將該電腦所執行的該等計算下載給在該 數位信號處理器控制器的一儲存裝置，以輔助該數位信 號處理器控制器計算該數位控制信號。 38. 如申請專利範圍第37項之數位質量流控制器，其中該儲 存裝置是一 EEPROM。 39. 如申請專利範圍第26項之數位質量流控制器，其中該加 權第一導出結果、該加權第二導出結果、該過濾加權第 —導出結果、及該數位控制信號可透過使用微分方程式 計算。 40. —種用以從由一質量流控制器的流量感測器所提供的一 感應流率信號產生一數位式増強流率信號之系統，該系 統具有在一數位信號處理器控制器上儲存的一電腦程 式，該數位信號處理器控制器可執行： 計算該感應流率信號的一第一導出結果； 計算該感應流率信號的一第二導出結果； 將該第一導出結果與一第一加權作加權，以產生一加 權第一導出結果信號； 將該第二導出結果與一第二加權作加權，以產生—加 權第二導出結果； 在該加權第二導出結果上實施一數位低通滤波運作， 以產生一過濾加權第二導出結果；及 將該感應流率信號與該加權的信號第一導出結果及該 過濾加權第二導出結果信號加總，以產生該數位式増強 流率信號。 -25- 本纸浪尺度逍用中8國家棵車（cNS ) A4说格（210χ297公釐） ---------裝------訂------線 (請先閲讀背面之注意?項再填寫本頁) 4 34 46 9 A» C8 _________〇8__ _ 六、申請專利範圍 41. 如申請專利範圍第4 〇項之系統，其中該感應流率可在計 算該第一導出結果、計算該第二導出結果、及將該感應 流率信號與該加權第一導出結果及該濾波的第二導出結 果加總而轉換成一數位感應流率。 42. 如申請專利範圍第4 1項之系統，其中該數位感應流率是 在計算該第一導出結果、計算該第二導出結果、及將該 感應流率信號與該加權第一導出結果及該過濾加權第二 導出結果加總之前，使用一最小平方法而轉換成一數位 式線性化感應流率- 43. 如申請專利範圍第42項之系統，其中該加權第一導出結 果的該第一加權可根據在該數依質量流控制器的一氣體 種類及一特定機械平台而計算。 44. 如申請專利範圍第43項之系統，其中該加權第二導出結 果的該第二加權計算可更正該數位式線性化感應流率信 號未接近一實際指數上升。 45. 如申請專利範園第44項之系統，其中該數位低通濾波運 作係進一步包含一時間常數’該時間常數是完全憑經驗 決定。 經濟部中央樣窣局貝X消費合作杜印氩 46. 如申請專利範圍第4 5項之系統，其中該數位信號處理器 控制器的執行可經由在該數位信號處理器控制器與該電 腦之間的一連接而與一電腦溝通，該電腦的執行可進行 包括該第一加權、該第二加權、及該時間常數之計算。 47. 如申凊專利範圍第4 6項之系統，其中該電腦係進一步執 行可將該電腦所執行的計算下載給在該數位信號處理器 ____ ^紙張尺度逍用肀國國家揉準（仁奶）戍4規(格（210><297公着) —----- A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 控制器的一儲存裝置，以輔助該數位信號處理器控制器 產生該數位式增強流率信號。 48. 如申請專利範圍第4 7項之系統，其中該儲存裝置是一 EEPROM 。 49. 如申請專利範圍第40項之系統，其中該加權第一導出結 果、該加權第二導出結果、及該過濾加權第二導出結果 可透過微分方程式計算。 (請先閱讀背面之注意Ϋ項再填寫本頁) •裝 '1T .—線 經濟部中央標隼局負工消费合作社印製 -27- 本纸伕尺度適用中國國家梂準（CNS ) A4规格（210X297公釐）