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CN106233061B - 用于实时监测穿过质量流量控制器的流量的系统以及方法 - Google Patents

用于实时监测穿过质量流量控制器的流量的系统以及方法 Download PDF

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CN106233061B CN201580013227.2A CN201580013227A CN106233061B CN 106233061 B CN106233061 B CN 106233061B CN 201580013227 A CN201580013227 A CN 201580013227A CN 106233061 B CN106233061 B CN 106233061B
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Abstract

一种质量流量控制器，包括：第一流量计量仪，其被构造和布置为测量穿过质量流量控制器的质量的流率；第二流量计量仪，其被构造和布置为测量穿过质量流量控制器的质量的流率；控制阀，其被构造和布置为：响应于根据如由流量计量仪中的一个流量计量仪测量到的流率所产生的控制信号而控制穿过质量流量控制器的质量的流率；系统控制器，其被构造和布置为：产生控制信号，并且当如由第一流量计量仪测量到的质量的流率与如由第二流量计量仪测量到的质量的流率之间的差异超过阈值时提供指示。

Description

用于实时监测穿过质量流量控制器的流量的系统以及方法
相关申请的交叉引用
本申请基于并要求享有代理人案号为086400-0191(MKS-236US)、于2014年3月11日提交的、名称为“SYSTEM AND METHOD OF MONITORING FLOW THROUGH MASS FLOWCONTROLLERS IN REAL TIME”的美国专利申请号14/205,030的优先权，该美国专利申请是代理人案号为086400-0090(MKS-0227US)、于2012年1月20日提交的、名称为“SYSTEM FORAND METHOD OF MONITORING FLOW THROUGH MASS FLOW CONTROLLERS IN REAL TIME”的美国专利申请序列号13/354,988的部分继续申请，其以全文引用的方式并入本文中。
背景技术
领域
本公开内容总体上涉及质量流量控制器(MFC)，并且更具体而言涉及用于实时监测穿过MFC的流量的系统及方法。如本文中所使用的，术语“气体”包括术语“蒸汽”，这两个术语应当被认为是不同的。
概述
质量流量控制器(MFC)是用于测量和控制气体的流量的设备。它们常常用于在半导体制造过程期间控制气体的流量，其中必须仔细地控制进入半导体工具(例如，真空腔)的气体的流量以便于生产高产量的半导体产品。MFC常常被设计和校准以将具体类型的气体控制在流率的特定范围。设备基于给定的设定点来控制流率，该给定的设定点常常由用户或者诸如半导体工具本身之类的外部设备来预定。MFC可以是模拟的或数字的。它们典型地被设计为与入口气体的压力范围一起使用，其中低压力和高压力MFC是可用的。所有MFC都具有入口端口和出口端口、质量流量计量仪，该质量流量计量仪包括质量流量传感器和比例控制阀。系统控制器被用作反馈控制系统的一部分，该反馈控制系统根据如由设定点所确定的流率与如由质量流量传感器所感测到的测量到的流率之间的比较结果向控制阀提供控制信号。
这种控制系统假设MFC保持在处于某些容限内的校准过程中。为了测试MFC是否处于校准的容限内，MFC典型地被离线测试，其中这种设备作为质量流量验证器。后者用于测试流率。尽管离线测试非常准确，但是一直存在以下问题：在(实时)运行过程期间，MFC可能会不在校准过程中，并且直到过程结束为止未检测到MFC。这常常可能导致半导体产品的较低产量以及甚至完全故障，从而导致失去整个产品产量。这可能是昂贵的，并且明显地不是所期望的。所需要的是一种用于在过程运行期间持续地实时测试MFC的校准设定的设备及方法。
相关领域的描述
参考了日本公开申请2004-246826A2004.9.2以及美国公开申请No.2006/0278276。
发明内容
根据一个实施例，提供了一种用于控制从源到目标的气体的流量的质量流量控制器。该质量流量控制器包括：第一流量计量仪和第二流量计量仪以及上行比例控制阀和下行比例控制阀。该第一流量计量仪被构造和布置为根据热感测质量流量来测量穿过质量流量控制器的气体的质量的流率。第二流量计量仪包括压力传感器以及限定用于接收流经质量流量控制器的气体的预先限定的体积的结构。第二流量计量仪被构造和布置为：当气体被允许从预先定义的体积流动时根据气体压力的所测量到的衰减速率来测量穿过质量流量控制器的气体的质量的流率。上行比例控制阀被构造和布置为选择性地控制进入质量流量控制器的气体的流率。下行比例控制阀被构造和布置为：响应于根据设定点和如由流量计量仪中的一个流量计量仪所测量到的流率产生的控制信号而控制来自质量流量控制器的气体的质量的流率。系统处理器/控制器被构造和布置为产生控制信号，并且当如由第一流量计量仪测量到的气体的质量的流率与如由第二流量计量仪测量到的气体的质量的流率之间的差值超过阈值时提供指示。压力传感器、上行流量比例控制阀和系统处理器/控制器进一步被构造和布置为：形成闭环压力控制器，所述闭环压力控制器被配置为调整预先定义的体积内部的压力。
在一个实施例中，闭环压力控制器还被构造和布置为：使得可以调节上行比例控制阀以便于使预先定义的体积的内部压力足够慢地上升至入口气体的上行压力以避免冲击气体。
在一个实施例中，闭环压力控制器还被构造和布置为：使得如果在质量流量控制器对从源到目标的气体的流量进行控制时的流量控制期间存在上行压力干扰，那么闭环压力控制器将自动地调节上行比例控制阀的开放，以便于调整预先定义的体积内部的压力，以使得入口压力干扰对质量流量控制器的输出流量控制的影响被最小化并且提高质量流量控制器的流量控制的压力不灵敏性能。
在一个实施例中，闭环压力控制器被构造和布置为：使得如果在质量流量控制器对从源到目标的气体的流量进行控制时的流量控制期间存在上行压力干扰，那么闭环压力控制器将自动地调节上行比例控制阀的开放，以便于调整预先定义的体积内部的压力，以使得入口压力干扰对质量流量控制器的输出流量控制的影响被最小化并且提高质量流量控制器的流量控制的压力不灵敏性能。
在一个实施例中，限定预先定义的体积的结构支持以下各项中的一项或多项：第一流量计量仪、第二流量计量仪、上行比例控制阀以及下行比例控制阀。
在一个实施例中，第一质量流量计量仪包括热质量流量计量仪，并且下行比例控制阀位于热质量流量计量仪的下游。
在一个实施例中，第二比例控制阀位于第一比例控制阀的上游，预先定义的体积位于第一比例控制阀与第二比例控制阀之间，气体可以流经第一比例控制阀和第二比例控制阀；并且质量流量控制器还包括压力传感器和温度传感器，以用于分别产生表示预先定义的体积中的气体的温度和压力的压力信号和温度信号。
在一个实施例中，第二流量计量仪包括压力传感器，并且系统处理器/控制器、压力传感器和第二控制阀形成闭环的压力控制器，以调整预先定义的体积内部的压力。
在一个实施例中，预先定义的体积位于第一控制阀与第二控制阀之间的质量流量控制器内，并且闭环压力控制器被构造和布置为：使得(1)可以控制第二控制阀从而使MFC的内部压力缓慢地上升至入口气体的上行压力以便于避免冲击气体；并且(2)如果在流量控制时间段期间存在上行压力干扰，那么闭环压力控制器将自动地调节第二控制阀的开放，以调整预先定义的体积内部的压力，以使得入口压力干扰对质量流量控制器的输出流量控制的影响被最小化，从而提高质量流量控制器的流量控制的压力不灵敏性能。
在一个实施例中，质量流量控制器和处理器/控制器被配置和布置为进行如下操作：
(a)当设定点为零时关闭流量控制阀，并且来自流量控制阀的第二控制阀上游被打开以允许以来自源的气体填充预先定义的体积。然后关闭第二控制阀；
(b)当流量设定点从零变化为非零值时，第二控制阀保持关闭并且流量控制阀被打开以将由第一流量计量仪测量的流量Qt调整为流量设定点；
(c)对于预定的时间段，质量流量控制器根据以下关系来验证基于压力信号的衰减速率的流率：
Qv＝-V[d(P/T)]/dt
其中，Qv是如由第二流量计量仪所确定的经验证的流率；
V是预先定义的体积；
P是如通过压力信号所测量到的压力；
T是如通过温度信号所测量到的温度；以及
d(P/T)/dt是比例P/T的第一导数；即比例P/T的变化率。以及
(d)在流量验证之后，打开第二控制阀，以使质量流量控制器继续进行流量控制。
在一个实施例中，预定的时间段在约50ms与约1000ms之间。
在一个实施例中，质量流量控制器还被配置为：将经验证的流率Qv与由第一流量计量仪测量到的流率Qt进行比较，并且其中，如果Qt与Qv之间的偏差超过阈值则提供流量误差警报信号。
在一个实施例中，质量流量控制器被配置为基于Qv和Qv的所测量到的值来执行自校准。
在一个实施例中，只要流量设定点是非零的，第一比例控制阀就被控制以允许气体根据穿过质量流量控制器的质量的流量设定点流率而流经质量流量控制器。
在一个实施例中，在将流量设定点设置为零之后，质量流量控制器被配置为立即关闭第二比例流量控制阀。
在一个实施例中，阈值是用户设定的。
在一个实施例中，阈值是工厂设定的。
在一个实施例中，根据针对过程的质量流量中可允许的容限来设定阈值，利用该过程将控制器被用于输送气体。
根据一个实施例，压力不灵敏的质量流量控制器被构造和布置为控制从源到目标的气体的流量。该质量流量控制器包括：第一流量计量仪、第一比例控制阀、系统处理器/控制器、第二流量计量仪、第二上行比例控制阀。该第一流量计量仪被构造和布置为根据设定点和所测量到的穿过质量流量控制器的气体的流量来提供质量流量信号。第一比例控制阀被构造和布置为响应于阀控制信号来控制穿过质量流量控制器的气体的流量。系统处理器/控制器被构造和布置为根据设定点和质量流量信号来产生阀控制信号。第二流量计量仪包括压力传感器，其被构造和布置为提供表示流经质量流量控制器的气体的所测量到的压力的压力测量信号。第二流量计量仪被构造和布置为根据气体的所测量到的气体的压力来提供第二质量流量信号。第二上行比例控制阀被构造和布置在压力传感器的上游，以根据第二质量流量信号来选择性地控制进入质量流量控制器的气体的流率。压力传感器、第二上行流量比例控制阀和系统处理器/控制器被进一步构造和布置以便于形成闭环压力控制器，所述闭环压力控制器被配置为调整流入质量流量控制器的压力。
根据另一个实施例，质量流量控制器被构造和布置为控制从源到目标的气体的流率。该质量流量控制器包括：第一流量计量仪、第二流量计量仪、上行比例控制阀、下行比例控制阀、以及系统处理器/控制器。该第一流量计量仪被构造和布置为根据感测质量流量来测量穿过质量流量控制器的气体的质量的流率。第二流量计量仪包括压力传感器以及限定用于接收流经质量流量控制器的气体的预先定义的体积的结构。第二流量计量仪被构造和布置为：当气体被允许从预先定义的体积流动时根据气体的所测量到的压力衰减速率来测量和验证穿过质量流量控制器的气体的质量的流率。上行比例控制阀被构造和布置为选择性地控制进入质量流量控制器的气体的流率。下行比例控制阀被构造和布置为：响应于根据设定点和如由第一流量计量仪所测量到的流率所产生的控制信号而控制来自质量流量控制器的气体的质量的流率。系统处理器/控制器被构造和布置为产生控制信号，并且根据被允许从预定的体积流动的气体的衰减的所测量到的压力速率来验证质量流量控制器的质量流量控制的准确度。限定预先定义的体积的结构是用于支撑至少第二流量计量仪和上行比例控制阀的安装块。
根据对说明性实施例和附图的以下具体实施方式的查阅，这些以及其它部件、步骤、特征、对象、益处和优点现在将变得清楚。
附图说明
附图公开了说明性实施例。它们并未阐明所有实施例。另外或替代地，可以使用其它实施例。可以省略可能显而易见的或不必要的细节以便于节省空间或者更有效地进行说明。相反，可以在没有所公开的所有细节的情况下实践一些实施例。当相同的附图标记出现在不同的附图中时，其指代相同或相似的部件或步骤。
图1是被构造和布置为控制穿过MFC的流量并且实时监测MFC的准确度的MFC简化框图；
图2是采用此处所描述的教导的MFC的实施例的框图；
图3是用于产生指示MFC(例如，结合图1和图2所描述的MFC)何时在校准容限之外的信号的部件的框图；
图4是采用本文中所描述的教导的MFC的另一个实施例的框图。
具体实施方式
现在讨论说明性实施例。另外或替代地，可以使用其它实施例。可以省略可能显而易见的或不必要的细节以便于节省空间或者更有效地进行说明。相反，可以在没有所公开的所有细节的情况下实践一些实施例。
参考图1，所例示的示例性的质量流量控制器10被构造和布置为控制穿过MFC的流量并且实时监测MFC的准确度。如所示的，控制器10包括两个流量计量仪12和14，每个流量计量仪独立地产生表示穿过MFC的气体的所测量到的流率的信号。这两个流量计量仪的输出被提供到系统控制器16。控制器16对从这两个流量计量仪12和14接收到的两个信号进行处理，并且基于由流量计量仪中的一个流量计量仪所测量到的流量以及设定点来向比例控制阀18提供控制信号，并且当确定如由两个计量仪所测量到的流率的差值超过预定阈值时提供指示(“警报”)信号。
在图2中示出了通常在20指示的MFC的更详细的示例性实施例。MFC 20被构造和布置为控制穿过MFC的流量并且实时监测MFC的准确度。如所示的，在框28的输入端口32处接收气体，框28包括限定穿过MFC到出口端口60的主要流动路径34的导管。第一流量计量仪30被示出为热质量流量计。热质量流量计量仪典型地包括热质量流量传感器36。后者常常包括旁路元件(bypass element)38，旁路元件38被设置在流过框28的气体的主要流动路径34的旁路(bypass)中。U形毛细管40具有分别连接到旁路元件38的上行端和下行端处主要的路径的相对的端部。一个或多个电阻元件42(两个是最常见的情况)可以用于根据例如这两个电阻元件的电阻中的差异、基于温度测量结果来测量穿过毛细管的流量，电阻中的差异转而是流体的感测温度(质量流率的测量结果)中的差异的函数。旁路元件38被设计为确保流过在毛细管40的两端之间的旁路元件38的气体流是层流的。通过维持层流流动，穿过毛细管的气体的所测量到的流率将是穿过主流动路径34的流量的准确百分比。因此，所感测到的穿过毛细管40的流率将是穿过MFC 20并离开出口端口60的流率的准确测量结果。表示所感测到的流率的数据被传送至系统控制器16。
第二流量计量仪50被示出为差分压力流量计量仪。对于阻流状况，流量计量仪50包括流量限制器52(例如，临界流量喷嘴或孔)以及温度传感器54和上行压力传感器56，其被布置为测量从流量限制器52流经主流动路径34上行单元的气体的相应的温度和压力。表示所感测到的温度和压力的数据被发送至系统控制器，以用于在根据这些所感测到的测量结果确定流经第二流量计量仪50的质量流量时使用。对于非阻流状况，第二或下行压力传感器58被提供在流量限制器52的下行侧上。表示所感测到的温度、上行压力以及下行压力的数据被发送至系统控制器16，以用于根据所感测的测量结果确定流经第二计量仪50的质量流量。由第二流量计量仪50所提供的第二测量结果(在阻流实施例和非阻流实施例两者中)独立于由第一流量计量仪30提供的测量结果。
参考图3，系统控制器16处理流量计量仪70和72的输出，以便于提供相同流量穿过MFC的两个流量测量结果。如所示的，流量计量仪70被提供到流量控制单元74，流量控制单元74转而将控制信号施加到比例控制阀18。比较器76被提供以将表示由两个计量仪71和72提供的所感测到的流量测量结果的数据进行对比，以提供作为这两个测量结果之间的任何差异的函数并且表示这两个测量结果之间的任何差异的输出信号。通过阈值检测器78将这个输出信号与某个阈值(由阈值设定80所提供)进行比较。如果比较器76的输出信号超过阈值(其中，这两个计量仪提供了不同的流量测量结果，以使得这两个测量结果之间的差异超过预定阈值)时，阈值检测器提供警报或指示信号以警告用户该计量仪中的至少一个计量仪是不准确的，并且应当使MFC离线并对其进行进一步的测试。应当注意的是，可以以多种方式中的任何方式来提供在80处的阈值设定的值，该多种方法包括在MFC或用户编程的初始出厂设置期间设定该值。可以根据针对特定过程的质量流量中的可允许的容限来设置阈值，控制器被用于利用该特定过程来输送气体。因此，一些过程可以比其它过程允许流量中的更大容限。
尽管第一和第二流量计量仪已经被分别描述为图2中的热质量流量计量仪和压差流量计量仪，但是取决于MFC20旨在用于的应用，该第一和第二流量计量仪也可以使其它类型的流量计量仪，例如科里奥利流量计量仪、磁流量计量仪或超声流量计量仪。另一个示例被示于图4中，并在下面将更加详细地对其进行讨论。尽管优选第一流量计量仪的类型不同于第二流量计量仪的类型，但是两个流量计量仪可以是统一类型的。例如，流量计量仪两者可以是热质量流量计量仪或压差流量计量仪。此外，尽管第一流量计量仪30相对于控制阀18位于上游并且第二流量计量仪相对于控制阀18位于下游，但是这两个流量计量仪的位置可以是沿着MFC的主流动路径的任何地方。例如，流量计量仪两者相对于控制阀18可以位于上游或下游。
如在图3中所示的，尽管来自第一流量计量仪70的测量结果在流量控制单元74中被用于控制MFC流量输出，并且来自第二流量计量仪72的测量结果被用于实时验证MFC的准确度，但来自第二流量计量仪72的测量结果可以在流量控制单元74中被用于控制MFC20的流量输出，并且来自第一流量计量仪70的测量结果可以用于流量验证。
在图4中所例示的MFC 90的另一个更详细的示例性实施例包括系统控制器和处理器110以及两个流量计量仪100和120，其以本文中所描述的方式被配置和布置并进行操作。图4中所示的实施例利用热质量流量计量仪来测量流量，并且利用下行控制阀来响应于热质量流量计量仪的测量结果以便于控制穿过MFC 90的流量。另外，MFC 90包括集成的压力和温度传感器、预定的内部体积和集成的上行控制阀(与下行控制阀一起)，以利用衰减方法的压力率来提供流量验证。
如图4中所示出的，在框94的输入端口92处接收气体。后者包括限定穿过MFC到出口端口98的主要流动路径96的通路。第一流量计量仪100被示出为热质量流量计量仪。如以上所描述的，热质量流量计量仪典型地包括热质量流量传感器，例如在102处所示出的。后者常常包括旁路元件104，其被设置在流经框94的气体的主要流动路径96的旁路中。U形毛细管106具有分别连接到旁路元件104的上行端和下行端处的主要的路径的相对的端部。一个或多个电阻元件(未示出)(两个是最常见的情况)用于基于温度测量结果来测量穿过毛细管的流量。在该示例中，温度可以被测量为两个电阻元件的电阻中的差异的函数，该电阻中的差异转而是流体的感测温度中的差异的函数。所测量的温度差异转而是质量流率的测量结果。旁路元件104被设计为确保流过在毛细管106的两端之间的旁路元件104的气体是层流的。通过维持层流流动，穿过毛细管106的气体的所测量到的流率将是穿过主要流动路径96的流量的准确百分比。因此，所感测到的穿过毛细管106的流率将是穿过MFC 90并离开出口端口98的流率的准确测量结果。表示所感测到的流率的数据被传送至系统控制器110。利用下行控制阀112对流率进行控制。更具体而言，根据由热质量流量传感器102所感测到的测量到的流率，信号通过流量计量仪100被提供到系统控制器110。系统控制器110还接收表示设定点的信号，该设定点代表期望的流量。设定点是正在运行的过程的函数。将这两个信号进行比较，并且向下行控制阀112提供反馈信号。控制器被配置和布置为按照需要来调节控制阀以确保实际流率尽可能接近地等于设定点。
为了验证热质量流量计量仪100和控制阀112准确地控制穿过质量流量控制器90的气体的流量，质量流量控制器90还包括第二流量计量仪120，第二流量计量仪120被配置和布置为利用衰减的方法的压力率来验证穿过质量流量控制器的流率(如由热质量流量计量仪所测量到的)。第二流量计量仪120包括预定的体积122以用于接收流经质量流量控制器的气体。在所例示的实施例中，采用框94的形式、通过结构中的腔形成和限定预定的体积122。形成框94中的体积消除了限定体积122的单独的器皿容器的需要，以便于降低MFC的复杂度和成本。尽管所示出的部件中的所有部件都被固定至框94，但是并非所有的部件都需要如此安装。例如，仅第二流量计量仪120和上行比例控制阀128可以被安装在框94上，其中其它部件被单独地安装在其它结构上。第二流量计量仪还包括压力传感器124和温度传感器126，压力传感器124和温度传感器126分别向系统控制器110提供表示体积122内的气体的压力和温度的信号。第二流量计量仪还包括使用的上行控制阀128以及下行控制阀112，从而使两个流量计量仪共享相同的下行阀。第二控制阀128可以是隔离阀或比例控制阀。如果第二控制阀128是比例控制阀，则压力传感器124和第二控制阀128连同系统控制器或处理器110一起可以形成闭环的压力控制器，以使得(1)当进行流量验证时在MFC的预定的体积122内上升的压力被很好地控制，并且打开了第二控制阀128以使气体进入MFC，即，控制第二控制阀从而使MFC的内部压力缓慢地上升至入口气体的上行压力以避免冲击气体；并且(2)如果在流量控制时期期间存在上行入口压力干扰(任何非零的流量设定点)，那么这个压力控制器将自动地调节第二控制阀128的开放，以调整这两个控制阀128和112之间的内部压力，以使得入口压力干扰对MFC输出流量控制的影响被最小化。这提高了MFC 90的流量控制的压力不灵敏性能。
控制器110被配置和布置为进行如下操作：
(a)当设定点为零时关闭下行阀，并且打开上行阀以使得允许以来自源的气体来填充控制阀128与控制阀112之间的体积，源耦合至输入端口92。当内部压力(由压力传感器124所测量到的压力)稳定时，关闭上行控制阀128。
(b)当流量设定点从零变化为非零值时，上行控制阀128保持关闭并且下行流量控制阀112被打开以将基于第一流量计量仪100的测量结果的流量Qt调整为被提供给控制器110的流量设定点。
(c)对于预定的时间段，质量流量控制器根据以下关系来验证基于压力信号的衰减速率(随着体积122内的压力下降)的流率：
Qv＝-V[d(P/T)]/dt (1)
其中，Qv是如由第二流量计量仪所确定的经验证的流率；
V是体积122的预定体积；
P是如由压力传感器124所测量到的并且由传感器124提供给控制器110的信号所表示的压力；
T是如由温度传感器126所测量到的并且由温度传感器126提供给控制器110的信号所表示的温度；以及
d(P/T)/dt是比例P/T的第一导数，即比例P/T的变化率。
在一个实施例中，利用流量计量仪120来测量流量的预定的时间段在约50ms与约1000ms之间，尽管这可以取决于质量流量控制器所用于的特定应用而变化。
(d)在验证测量结果之后，通过控制器110来获得流率验证值Qv并将其储存在存储器(未示出)中。上行控制阀128随后可以被打开，以便于使质量流量控制器90利用第一流量计量仪100来继续进行流量控制。
系统控制器110、压力传感器124和上行控制阀128可以形成闭环压力控制器，以调整预定体积122内的压力。闭环压力控制器被构造和配置为使得(1)可以控制第二控制阀从而使MFC的内部压力缓慢地上升至入口气体的上行压力以避免冲击气体；并且(2)如果在流量控制时间段期间存在上行压力干扰，那么闭环压力控制器将自动地调节第二控制阀的开放，以便于调整预定体积内的压力，以使得入口压力干扰对质量流量控制器的输出流量控制的影响被最小化，从而提高质量流量控制器的压力不灵敏性能。
可以以类似的方式将系统控制器110配置为图3中所示的布置，以便于使用来自第二流量计量仪的流量的测量结果来验证由第一流量计量仪所提供的测量结果的准确度。因此，在所例示的实施例中，质量流量控制器90还被配置为将第二流量计量仪(120)的经验证的流率Qv与由第一流量计量仪(100)测量到的流率Qt进行比较，并且如果Qv与Qt之间的偏差超过预定阈值则提供流量误差警报信号。
在一个实施例中，质量流量控制器90被配置为基于Qv和Qv的所测量到的值来执行自校准。只要流量设定点是非零的，控制阀112就被控制以允许气体根据穿过质量流量控制器的流量设定点而流经质量流量控制器90。在将流量设定点设置为零之后，质量流量控制器被配置为立即关闭下行流量控制阀112。
所讨论的部件、步骤、特征、对象、益处和优点仅仅是说明性的。它们中没有一个以及关于它们的讨论也并非旨在以任何方式限制保护范围。还设想了很多其它实施例。这些实施例包括具有更少的、额外的和/或不同的部件、步骤、特征、对象、益处和优点的实施例。这些实施例还包括部件和/或步骤被不同地布置和/或排序的实施例。
除非另有说明，否则在本说明书中(包括在所附权利要求中)阐述的所有测量结果、值、额定值、位置、幅值、尺寸和其它规格是近似的，而不是确切的。它们预期具有与它们所涉及的功能并与它们所属领域中的惯例一致的合理范围。
所有制品、专利、专利申请和在本公开内容中引用的其它公布物特此通过引用被并入本文中。
短语“用于……的模块”在权利要求中被使用时旨在并且应被解释为包含所描述的相应的结构和材料及其等效形式。类似地，短语“用于……的步骤”在权利要求中被使用时旨在并应被解释为包含所描述的相应的动作及其等效形式。这些短语在权利要求中的缺失并非旨在且不应被解释为限于相应的结构、材料或动作及其等效形式中的任一个。
所陈述或例示的事情并非旨在或不应被解释为将任何部件、步骤、特征、对象、益处、优点或等效形式献给公众，而不管它是否在权利要求中被列举出。
保护范围仅由所附权利要求来限定。该范围旨在或应被解释为与在当按照这个说明书被解释时的权利要求中使用的语言的普通意义和接下来的诉讼历史一致的范围一样广泛，并包括所有结构和功能等效形式。

Claims (17)

1.一种用于控制从源到目标的气体的流量的质量流量控制器，所述质量流量控制器包括：
第一流量计量仪，所述第一流量计量仪被构造和布置为：根据热感测质量流量来测量穿过所述质量流量控制器的气体的质量的流率；
第二流量计量仪，所述第二流量计量仪包括压力传感器以及限定用于接收流经所述质量流量控制器的气体的预先定义的体积的结构，所述第二流量计量仪被构造和布置为：当气体被允许从预先定义的体积流动时根据气体的压力的所测量到的衰减速率来测量穿过所述质量流量控制器的所述气体的质量的流率；
上行比例控制阀，所述上行比例控制阀被构造和布置为：选择性地控制进入所述质量流量控制器的气体的流率；
下行比例控制阀，所述下行比例控制阀被构造和布置为：响应于根据流量设定点和如由所述流量计量仪中的一个流量计量仪测量到的流率所产生的控制信号而控制来自所述质量流量控制器的所述气体的质量的流率；
系统处理器/控制器，所述系统处理器/控制器被构造和布置为：产生所述控制信号，并且当如由所述第一流量计量仪测量到的气体的质量的流率与如由所述第二流量计量仪测量到的气体的质量的流率之间的差异超过阈值时提供指示；
其中，所述压力传感器、所述上行比例控制阀和所述系统处理器/控制器进一步被构造和布置为：形成闭环压力控制器，所述闭环压力控制器被配置为调整所述预先定义的体积内部的压力。
2.根据权利要求1所述的质量流量控制器，其中，所述闭环压力控制器还被构造和布置为：能够调节所述上行比例控制阀以便于使所述预先定义的体积的内部压力足够慢地上升至入口气体的上行压力以便于避免冲击气体。
3.根据权利要求2所述的质量流量控制器，其中，所述闭环压力控制器还被构造和布置为：如果在所述质量流量控制器对从源到目标的气体的流量进行控制时的流量控制期间存在上行入口压力干扰，那么所述闭环压力控制器将自动地调节所述上行比例控制阀的开放，以便于调整所述预先定义的体积内的压力，以使得所述上行入口压力干扰对所述质量流量控制器的输出流量控制的影响最小化，并且提高质量流量控制器的流量控制的压力不灵敏性能。
4.根据权利要求1所述的质量流量控制器，其中，所述闭环压力控制器被构造和布置为：如果在所述质量流量控制器对从源到目标的气体的流量进行控制时的流量控制期间存在上行入口压力干扰，那么所述闭环压力控制器将自动地调节所述上行比例控制阀的开放，以便于调整所述预先定义的体积内部的压力，以使得所述上行入口压力干扰对所述质量流量控制器的输出流量控制的影响最小化并且提高质量流量控制器的流量控制的压力不灵敏性能。
5.根据权利要求1所述的质量流量控制器，其中，限定所述预先定义的体积的所述结构支撑以下各项中的一项或多项：所述第一流量计量仪、所述第二流量计量仪、所述上行比例控制阀以及所述下行比例控制阀。
6.根据权利要求1所述的质量流量控制器，其中，所述第一流量计量仪包括热质量流量计量仪，并且所述下行比例控制阀位于所述热质量流量计量仪的下游。
7.根据权利要求1所述的质量流量控制器，其中，所述上行比例控制阀位于所述下行比例控制阀的上游，所述预先定义的体积位于所述下行比例控制阀与所述上行比例控制阀之间，气体能够流经所述下行比例控制阀和所述上行比例控制阀；并且所述质量流量控制器还包括温度传感器，所述压力传感器和所述温度传感器分别用于产生表示所述预先定义的体积中的气体的压力和温度的压力信号和温度信号。
8.根据权利要求7所述的质量流量控制器，其中，所述预先定义的体积在所述质量流量控制器内、位于所述下行比例控制阀与所述上行比例控制阀之间，并且所述闭环压力控制器被构造和布置为：(1)能够控制所述上行比例控制阀以便于使所述质量流量控制器的内部压力缓慢地上升至入口气体的上行压力以便于避免冲击气体；并且(2)如果在流量控制期间存在上行入口压力干扰，那么所述闭环压力控制器将自动地调节所述上行比例控制阀的开放，以便于调整所述预先定义的体积内部的压力，以使得所述上行入口压力干扰对所述质量流量控制器的输出流量控制的影响最小化，以便于提高质量流量控制器的流量控制的压力不灵敏性能。
9.根据权利要求7所述的质量流量控制器，其中，所述质量流量控制器和所述系统处理器/控制器被配置和布置为进行如下操作：
(a)当所述流量设定点为零时关闭所述下行比例控制阀，并且打开位于所述下行比例控制阀上游的所述上行比例控制阀以允许来自所述源的所述气体填充所述预先定义的体积且然后关闭所述上行比例控制阀；
(b)当所述流量设定点从零变化到非零值时，所述上行比例控制阀保持关闭并且打开所述下行比例控制阀，以将由所述第一流量计量仪测量到的流量Qt调整到所述流量设定点；
(c)对于预定的时间段，所述质量流量控制器根据以下关系来验证基于压力信号的衰减速率的流率：
Qv＝-V[d(P/T)]/dt
其中，Qv是如由所述第二流量计量仪所确定的经验证的流率；
V是所述预定的体积；
P是如通过所述压力信号所测量到的压力；
T是如通过所述温度信号所测量到的温度；以及
d(P/T)/dt是比例P/T的第一导数；以及
(d)在流量验证之后，打开所述上行比例控制阀，以使质量流量控制器继续进行流量控制。
10.根据权利要求9所述的质量流量控制器，其中，所述预定的时间段在约50ms与约1000ms之间。
11.根据权利要求9所述的质量流量控制器，其中，所述质量流量控制器还被配置为：将经验证的流率Qv与由所述第一流量计量仪测量到的流率Qt进行比较，并且其中，如果Qt与Qv之间的偏差超过所述阈值则提供流量误差警报信号。
12.根据权利要求11所述的质量流量控制器，其中，所述质量流量控制器被配置为基于所测量到的Qv和Qt的值来执行自校准。
13.根据权利要求1所述的质量流量控制器，其中，只要所述流量设定点是非零的，所述下行比例控制阀就被控制以允许气体根据穿过所述质量流量控制器的质量的流量设定点流率而流经所述质量流量控制器。
14.根据权利要求1所述的质量流量控制器，其中，在将所述流量设定点设置为零之后，所述质量流量控制器被配置为立即关闭所述下行比例控制阀。
15.根据权利要求1所述的质量流量控制器，其中，所述阈值是用户设定的。
16.根据权利要求1所述的质量流量控制器，其中，所述阈值是工厂设定的。
17.根据权利要求1所述的质量流量控制器，其中，根据针对过程的质量流量的可允许的容限来设定所述阈值，所述系统处理器/控制器用于利用所述过程来输送气体。
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