CN1514960A - 调整和配置质量流量控制器的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本文涉及控制质量流量控制器所用的系统和方法，该质量流量控制器在各种不同的流体及操作条件下具有恒定的控制回路增益，本文还涉及在不同于质量流量控制器制造过程所用的流体和/或操作条件下对质量流量控制器进行组态的系统和方法。此外，该系统和方法还包括通过向电磁执行装置提供非操作性信号来降低电磁执行装置中的滞后效应，从而实现对质量流量控制器的控制。

Description

调整和配置质量流量控制器的系统和方法

本申请享受美国60/285,801号临时专利申请的优先权，该临时申请的标题为“质量流量控制器的系统和方法”，该临时申请于2001年4月24日提交，该临时申请在此通过引证被并入本文。

发明领域

总体上而言，本发明涉及控制流体流量的系统和方法，更具体而言，本发明涉及质量流量控制器。在对该质量流量控制器进行组态后，该质量流量控制器可用于任何工艺流体和/或多种工艺操作条件下，这些工艺操作条件可以不同于制造质量流量控制器过程中所使用的操作条件。

发明背景

许多工业过程需要对各种工艺流体进行精确的控制。举例而言，在制药或半导体工业中，质量流量控制器被用来精确计量及控制进入到工艺设备中的工艺流体量。这里所用到的术语“流体”是指处于任何状态且具有流动能力的任何类型物质。应该理解的是，流体是指液体、气体以及由物质或物料组合形成的浆体，控制这些流体的流量具有实际意义。

常规的质量流量控制器通常包括4个主要组成部分：流量计、控制阀、阀门执行器以及控制器。流量计测量某一流动管线上流体的质量流量，并提供代表着该质量流量的信号。该流量计可能包括一个质量流量传感器和一条旁路。质量流量传感器测量传感器导管中流体的质量流量，导管与旁路相通。传感器导管中的质量流量近似与旁路中流体的质量流量成正比，这二者的加合就是质量流量控制器所控制流动通道中的总流量。然而，应该理解的是，某些质量流量控制器无法使用旁路，这样所有的流体就要流过传感器导管。

在许多质量流量控制器中使用到一种热量型质量流量传感器，该质量流量传感器包括一对电阻，电阻缠绕在传感器的导管上，这二个电阻间相距一定的间隔，每个电阻的阻值随温度的变化而变化。当流体流过传感器导管时，热量从上游的电阻被带到了下游的电阻，这对电阻间的温差与流过传感器导管和旁路的流体质量流量成正比。

控制阀放置在流体流动主管线上(通常是在旁路和质量流量传感器的下游)，质量流量控制器可以对控制阀进行控制(如开启和关闭)，从而改变流过流体流动主管的流体质量流量。阀门通常通过阀门执行器进行控制，具体的执行器可包括电磁执行器、压电执行器、步进执行器等。

质量流量控制器会提供一个设定点，该设定点代表着所需要的流体质量流量，质量流量传感器会发出一个流量信号，该信号代表着在传感器导管中流过的实际流体质量流量，电子控制设备根据该设定点和该信号来对控制阀的阀位进行控制。然后使用诸如比例控制、积分控制、比例积分控制、微分控制、比例微分控制、积分微分控制及比例积分微分控制这些常规反馈控制方法来控制质量流量控制器中的流体质量流量。在前面所提到的每种反馈控制方法中，控制信号(即控制阀的驱动信号)是根据差值信号所产生的，该差值信号是设定点信号与反馈信号间的差值；设定点信号表明了所要求的流体质量流量，反馈信号由质量流量传感器产生，反馈信号与流体的实际质量流量相关。

许多常规的质量流量控制器对其组成部件的状态十分敏感，而组成部件的状态又取决于操作条件，其中操作条件包括流体的种类、流速、进口和/或出口压力、温度等。此外，常规的质量流量控制器会表现出一定程度非一致性，尤其是在生产质量流量控制器时使用到了多种元件组合的情况下，这会导致质量流量控制器的性能出现不一致及意外的情况。

为了克服这些问题，质量流量控制器在制造过程中要进行调试和/或校准。质量流量控制器的制造过程通常包括在一组操作条件下使某种测试流体流过质量流量控制器，然后对质量流量控制器进行调试和/或校准，这样质量流量控制器可以表现出令人满意的性能。

正如本领域技术人员所知道的，对质量流量控制器的调试和/或校准是一项费用很高且十分耗体力的过程，这一过程通常需要一名或多名熟练的操作人员以及专用的设备。举例而言，使种类和数量都已知的流体流过质量流量控制器的质量流量传感器，并通过调整某些滤波器或元件从而产生出正确的响应，这样可对质量流量传感器进行调试。然后在传感器上安装一条旁路，用已知的流体对旁路进行调节，从而在不同的流量下正确地反映出流体流动主管线的流体流量百分值。然后再将质量流量传感器和旁路与控制阀和电子控制装置相连，并在已知的条件再次进行调试。

当最终用户所处理的流体类型不同于调试和/或校准过程所用的流体时，或最终用户的操作条件，如入口和出口压力、温度及流量范围等不同于调试和/或校准时所用的操作条件时，质量流量控制器的操作可能会出现性能下降。由于这一原因，质量流量控制器通常要对其他的流体(被称为“代用流体”)和/或操作条件进行调试或校准，对质量流量控制器进行必要的修正以便质量流量控制器能产生出令人满意的响应，并且要将这些修正存储在一个查寻表中以备查询之用。

虽然对不同的流体和不同的操作条件进行再次的调试和/或校准可以改善质量流量控制器的性能，但由于对每种代用流体都要重复进行调节和/或校准过程，并有可能对每种代用流体在多个不同操作条件下重复进行调试和/或校准过程，因此这种调试和/或校准非常耗时且费用很高。此外，由于代用流体只能近似体现出最终用户所用各种流体的性能，因此质量流量控制器在最终用户处的操作性能有可能大大偏离其在调试和/或校准过程中所表现出的性能。考虑到使用质量流量控制器的行业领域十分宽广，尽管质量流量控制器已对多种不同的代用流体及操作条件进行过调试和/或校准，但质量流量控制器在最终用户处所遇到的工艺流体和操作条件仍可能不同于质量流量控制器在调试和/或校准过程中所遇到的流体和操作条件。

除了上述提到一些外部因素(如流体种类、流速、入口和/或出口压力、温度等)可能会影响到质量流量控制器的性能和响应外，与质量流量控制器相关的一些具体因素也会影响质量流量控制器对外部因素和条件变化的总体灵敏度。举例而言，许多质量流量控制器所使用的阀门是电磁驱动的装置。

虽然多数质量流量控制器制造商使用压电式执行器，但电磁执行器由于其简单性、响应快以及成本低而更受到制造商的青睐。然而，电磁驱动的控制阀确有一些缺陷，电磁驱动控制阀(以及电磁驱动装置)的一个或多个主要缺陷是，电磁驱动控制阀会出现滞后现象。对于使用磁力或电磁力或磁性材料的许多装置而言，滞后是一个已知的普遍现象。一般而言，滞后会推迟或延误磁化的程度，这是由于磁力变化而造成的。在许多电磁驱动装置中，这种滞后现象会使装置的操作不仅取决于装置当前的状态，而且还取决于装置的前一个操作状态。

通常的概念是，电磁驱动控制阀会出现滞后现象。同样，当阀门在没有流量状态与质量流量控制器控制的流量状态间转换时，这种滞后会对阀门的连续性造成负面影响。然而，在常规质量流量控制器结构中，这种缺陷被作为电磁驱动控制阀的固有缺陷而被接受，对许多制造商而言，这一缺陷相对于电磁驱动控制阀的长处来说微不足道；电磁驱动控制阀的优势在于其结构简单、成本低并且可靠。

发明概述

根据本发明的一个实施方案，提供一种对质量流量控制器进行组态的方法；该质量流量控制器所处的操作条件至少在一定程度上不同于质量流量控制器在制造过程中所处的测试操作条件。该方法包括：建立质量流量控制器在测试操作条件下的响应；根据工艺操作条件至少对质量流量控制器的一项参数进行修改，这样可使处于工艺操作条件下的质量流量控制器产生的响应不会出现重大的变化。

本发明的另一实施方案中涉及到计算机可读介质，该介质上含有处理器所执行程序的编码，当该程序在处理器上运行时，该程序会执行一种对质量流量控制器进行组态的方法，该质量流量控制器所处的一组工艺操作条件至少在一定程度上不同于在制造质量流量控制器过程中建立质量流量控制器响应所用到的测试操作条件。该方法包括：至少接收工艺流体种类信息和工艺操作条件中的一种作为输入；根据这一输入至少对质量流量控制器的一项参数进行修正，这样当质量流量控制器在工艺操作条件下工作时，所产生的响应不会出现重大的变化。

根据本发明的另一实施方案，对质量流量控制器的组态方法会使质量流量控制器在第一组工艺操作条件下产生第一种响应，在第二组工艺操作条件下产生第二种响应，且第一组工艺操作条件大大不同于第二组工艺操作条件。该组态方法包括：使质量流量控制器在第一组工艺操作条件下操作，从而获得质量流量控制器在此操作条件下的组态数据，根据该组态数据至少对一个质量流量控制器的控制参数进行设定，从而使质量流量控制器在第一组工艺操作条件下产生第一种响应，并至少在一定程度上根据该组态数据对至少一项控制参数进行修正，从而使质量流量控制器在第二组工艺操作条件下也产生出第一种响应。

根据本发明的另一实施方案，本发明提供某种对质量流量控制器进行组态的方法，该质量流量控制器含有一个控制回路，该控制回路包括流量计、控制部分、阀门、阀门执行器。其中流量计对质量流量控制器提供的流体实际流量进行测量，并输出一个经过调节的信号；流量计含有第一增益项。控制部分接收第二个输入信号，该输入信号代表着要求质量流量控制器所提供的流体流量，该控制部分提供一个控制信号，并含有第二增益项，该增益项至少是一项操作条件的函数。阀门则通过调整阀内一个或多个元件的位置来达到所需的流体流量，阀门带有第三增益项。阀门执行器接收控制信号并调节阀内一个或多个元件的位置，这样可使控制回路基本维持恒定，阀门执行器含有第4增益项。该组态方法包括：使用第一种流体和第一组操作条件来确定第1、第2、第3和第4增益项；预测第1、2、3、4增益项将如何至少随第二种流体及第二组操作条件中的一项而发生变化；将第2增益项变为第1、3、4增益项倒数的恒定倍数，这样可使控制回路增益至少在一项操作条件改变时大致保持恒定。

根据本发明的另一实施方案，该实施方案提供一种对质量流量控制器进行控制的方法，该质量流量控制器包括多个组成部分，这些组成部分构成了质量流量控制器的控制回路。该方法包括：至少生成一个控制回路控制参数，该控制参数至少是一项操作条件的函数；通过将至少一项控制回路控制参数应用于质量流量控制器的控制回路来使控制回路至少在一项可变的操作条件下保持恒定的回路增益。

本发明的另一实施方案中包括某一质量流量控制器，该质量流量控制器由流量计、控制器、阀门执行器和阀门构成。其中流量计适于测量流动管线中的流体流量，并产生一个代表着流动管线中质量流量的流量信号。控制器与流量计结合在一起，控制器至少在一定程度上根据该流量信号给出一个驱动信号。阀门执行器接收来自该控制器的驱动信号。阀门与流动管线相连，并由阀门执行器所控制。该质量流量控制器还包括一个质量流量控制器控制回路，该控制回路具有恒定的闭环增益。

本发明的另一实施方案包括某一质量流量控制器，该质量流量控制器含有控制回路、流量计、控制器、阀门执行器以及阀门。控制回路包括流量计、控制器、阀门执行器以及阀门。其中流量计适于测量流体流动管线中流体的流量，并给出一个代表着流动管线中质量流量的流量信号。控制器与流量计相连，并至少在一定程度上根据该流量信号给出一个驱动信号。阀门执行器接收来自控制器的驱动信号。阀门与流动管线相连，并由阀门控制器所控制。其中控制回路至少适于对一项可变的操作条件维持基本恒定的控制回路增益。

根据本发明的另一实施方案，本发明提供某种质量流量控制器。该质量流量控制器包括流量计、阀门、阀门执行器以及控制器。其中流量计含有第1增益项，该流量计测量质量流量控制器流动管线中流体的质量流量，并产生出一个代表着流动管线中流体质量流量的流量信号。阀门含有第2增益项，阀门接收某一控制信号，该控制信号控制流动管线中流体的质量流量。阀门执行器含有第3增益项，阀门执行器接收驱动信号并向阀门提供控制信号，控制器的第1项输入用来接收流量信号，第2项输入用来接收代表着所要求的质量流量的设定点信号，控制器的输出项给阀门执行器提供一个驱动信号，该控制器适于通过获得第1、2、3增益项中至少一项的倒数来提供一个倒数增益项。

在本发明的另一方面，本发明提供了一种确定阀门开度的方法，该阀门在入口压力下接受进入的流体，在出口压力下将流体排出。该方法包括：选择处于入口压力和出口压力之间的一个中间压力，根据入口压力与该中间压力之间的粘性压差来确定该阀门的第1类开度，根据中间压力与出口压力间的非粘性压差来确定该阀门的第2类开度；确定第1类开度是否近似等于第2类开度。当第1类开度近似等于第2类开度时，选择第1类开度或第2个类开度中的一个作为该阀门的开度。

根据本发明的另一方面，本发明提供某种降低电磁驱动装置中滞后效应的方法。在某一实施方案中，该方法包括：将预先设定的非操作信号输送给电磁驱动装置，以便将该装置置于预先设定的状态。

根据另一实施方案，操作电磁驱动装置的方法包括：(a)向电磁驱动装置提供一定的能量，使电磁驱动装置从第1个位置移动到第2个位置；(b)再次向电磁驱动装置提供能量，使电磁驱动装置返回到第1个位置；(c)在执行完步骤(b)后，如果第1步中的能量超过了预先设定的能量值时，电磁驱动装置被置于预先设定的状态。

根据本发明的另一实施方案，本发明提供某一设备，该设备包括电磁驱动装置以及与该电磁驱动装置相连的电磁执行器。该执行器适于向电磁驱动装置提供非操作信号，使该电磁驱动装置处于预先设定的状态。

根据本发明的另一实施方案，本发明提供对质量流量控制器进行组态的方法，该质量流量控制器所处的操作条件至少在一定程度上不同于质量流量控制器在产生第一种响应时所处的操作条件。该方法包括：使用第一组操作条件确定出质量流量控制器的特性，在确定质量流量控制器特性的过程中获得组态数据，并根据该组态数据和工艺操作条件对至少一项控制参数进行修改，这样可使质量流量控制器的响应基本保持不变。

根据本发明的另一方面，使用曲线板绘出质量流量控制器输出信号的线性曲线。根据这一实施方案，可使用立体仿样来确定质量流量控制器的变换函数。根据另一实施方案，立体仿样被用来拟合质量流量控制器变换函数的逆函数。

本文下面将结合所附图形对本发明进行详细说明，本发明的各种优势、新特点以及本发明的目的通过以下的详细说明可以清楚地表现出来。本文所附的图形只是示意性的，附图并不是按比例绘制的。在这些图形中，每个相同或近似相同的部件使用同一数字加以表示。出于清晰的目的，图形中并非每个部件都加了标签，图形中那些对本领域内的普通技术人员理解本发明各个实施方案并非必须的部分也不一定全都绘出。

图形简介

图1是本发明某一实施方案中质量流量控制器的模块示意图，该质量流量控制器可在不同的操作条件下应用于不同种类的流体。

图2是图1中质量流量控制器的更详细模块示意图。

图3是本发明某一实施方案中质量流量传感器在一个阶跃变化时所输出的各种信号。

图4是图1所示增益/超前/滞后控制器电路更详细的模块示意图。

图5是图1所示阀门执行器的更详细模块示意图。

图6是图4所示各种信号的波形。

图7a～7f表明的是在本发明某一实施方案中，对用于某一工艺流体和/或工艺操作条件下的质量流量控制器进行组态的方法。

图8表明的是根据以前的技术，正常状态下处于关闭位置的电磁驱动控制阀的滞后原理。

图9表明的是根据本发明的某一实施方案，在该实施方案中正弦波信号的振幅逐渐递减，该正弦波信号被提供给电磁驱动的控制阀，从而缓解滞后效应。

图10表明的是根据本发明的另一实施方案，在该实施方案中矩形波信号的振幅逐渐递减，该矩形波信号被提供给电磁驱动的控制阀，从而缓解滞后效应。

图11表明的是根据本发明的另一实施方案，在该实施方案中正弦波信号的振幅逐渐递减，该正弦波信号被提供给电磁驱动的控制阀，从而缓解滞后效应。

图12表明的是本发明另一实施方案，在该实施方案中锯齿形信号的波幅是恒定的，该锯齿形信号被提供给电磁驱动的控制阀，从而缓解滞后效应。

图13表明的是本发明另一实施方案中的脉冲信号。该脉冲信号被提供给电磁驱动的控制阀，从而缓解滞后效应。

图14表明的是本发明的某一实施方案，在该实施方案中包括计算机或质量流量控制器，其中质量流量控制器由计算机自动进行组态。

图15表明的是本发明的某一实施方案，该实施方案表明了可自动组态的质量流量控制器。

图16表明的是某一阀门的截面图。

本发明的详细说明

由于质量流量控制器各种元件的非线性性能和/或质量流量控制器对不同操作条件的响应会有所不同等因素，质量流量控制器经常会受到稳定性不佳的影响。操作条件通常是指各种可以控制的，并对质量流量控制器的操作有影响的条件。具体而言，操作条件是指独立于具体质量流量控制器，且可被控制的外部条件。具体的操作条件包括压力、温度等。

然而，应该理解的是，在质量流量控制器操作过程中还存在着内部条件，比如信号特征、系统噪声或系统波动，这些条件不能脱离具体质量流量控制器而受到控制。具体而言，质量流量控制器所用的各种信号有频率范围，这其中包括许多不同的频率。然而，一个信号的频率构成是固有的，该频率构成被认为是不可能脱离某一具体的质量流量控制器而被控制的。因此，这些条件，除非特别指定，否则将不被认为包括在操作条件范畴之内。

质量流量、流体流量及流动速率在本文中交替使用，这些术语被用来说明单位体积流动管线(如图1中的流动管线103)或一段流动管线中单位时间内所流过的流体量。

种类通常是指某一流体在具体情况下的性质。种类的变化可能包括流体类型的变化(如从氮气变为氢气)、流体组成的变化(如流体是气、液两相的混合流体等)和/或流体状态的变化及多种流体形成组合。具体而言，种类的变化是指至少一种流体性质发生变化，这种变化可能会改变或影响质量流量控制器的性能。种类信息通常是指决定具体流体种类的任何一种性质。举例而言，种类信息可包括流体类型(如氢气、氮气等)、流体组成(如氢气和氮气)、分子量、比热、相态(如液态、气态等)、粘度等。

在通常情况下，质量流量控制器包括几种不同的组件(即流量传感器、反馈控制器、阀门等)，这些组件结合在一起形成了控制回路。每个组件都是控制回路的一部分，并都有相关的增益。一般而言，增益是指某一具体组件或一组组件的输入和输出间的关系。例如，增益可代表输出变化与输入变化之间的比率，某一增益可以是一个或多个变量的函数，例如可是一项或多项操作条件和/或质量流量控制器特征(如流动速率、入口和/或出口压力、温度、阀门排出量等)的函数。一般而言，这样一个增益函数将用作为一个增益项。增益项，更具体说就是增益项的表现形式可能是一条曲线、一个样板函数、随机数据点、多对数据点、常数等。

质量流量控制器的每个组件或每组组件都可有相应的增益项(没有适合增益项的组件被认为具有统一的增益项)。与质量流量控制器各组件相关的增益项之间的关系是非常复杂的。举例而言，不同的增益项是不同变量的函数(比如是操作条件和/或组件特征的函数)，这些增益项在一定程度上可能是非线性的，且相互之间不成比例。

因此，与质量流量控制器控制回路中组成部件相关的每一增益项的权重本身就是一个增益项。这一复合增益项自身可能是一个或多个变量的函数，当操作条件和/或质量流量控制器组成部件的特征发生变化时，这一复合增益项至少在一定程度上对会质量流量控制器的灵敏度有影响。

根据本发明的一个方面，质量流量控制器被提供一个具有恒定回路增益的控制回路。根据某一实施方案，通过求出与质量流量控制器控制回路中一个或多个组成部件相关增益项乘积的倒数，从而确定出倒数增益项，再通过将这一倒数增益项应用于控制回路便可保持一个恒定的回路增益。

恒定的回路增益是指在一个或多个质量流量控制器操作条件下，基本上保持恒定的质量流量控制器控制回路增益。具体而言，恒定回路增益并不会作为与质量流量控制器相关的具体操作条件的函数而变化，也不会作为与控制回路相关的单独增益项函数而变化。应该理解的是，恒定回路增益并不是精确恒定的。测量、测定及计算的误差有可能会造成恒定回路增益发生变化。然而，这种变化应该被认为是在本文所使用的恒定回路增益定义范围之内。

还应理解的是，质量流量控制器某些组件的增益可能会随操作频率而变化，质量流量控制器的信号具有不同频率的频率组成部份。然而，频率不被认为是操作条件；因此，频率不是恒定回路增益应保持恒定的条件。

以下将更详细地说明根据本发明原理对质量流量控制器进行控制和组态所涉及的实施方案、方法及设备的各种概念。应该理解的是，前面所述的及下面将要说明的本发明的各个方面可通过多种方式实现；因此，本发明不受任何具体实现方式的限制。本文所提供的具体实现方式只是出于说明目的。

在本说明中，将对本发明的各个方面及特点进行论述。为清楚起见，本发明的各个方面及特点将分别加以讨论。本领域的技术人员应该理解，在具体的应用情况中，本发明的特点会有选择性地与质量流量控制器相结合。

A.质量流量控制器的控制

图1表明的是本发明的某一实施方案中质量流量控制器的模块示意图。图1所示的质量流量控制器包括流量计110、增益/超前/滞后控制器150、阀门执行器160以及阀门170。

流量计110与流动管路103相连。流量计110测量流动管路中流体的流量，并发出代表着所测量流量的流量信号。该流量信号FS2被送往增益/前导/滞后控制器150作为第一项输入。

此外，增益/前导/滞后控制器150还有第二项输入，第二项输入用来接收设定点信号SI2。设定点代表着质量流量控制器100需要提供的流体流量。如图1所示，设定点信号SI2在被输送给增益/前导/滞后控制器150之前可先经过旋转滤波器130。滤波器130的作用是防止信号SI1中设定点的瞬时改变直接传输到增益/前导/滞后控制器150上，这样流量的变化会在指定的时间内发生。应该理解的是，在实施本发明时，并不一定要使用到旋转速率控制器或滤波器130，在某些本发明的实施方案中，可以忽略这二者的使用，且任何一种可以表明所需流体流量的信号均被认为是适用的设定点信号。设定点不是指具体的某一信号，设定点是代表着所需流体流量的数值。

增益/前导/滞后控制器150在一定程度上根据流量信号FS2和设定点信号SI2向阀门执行器160发出一个驱动信号DS，阀门执行器控制阀门170。阀门170通常位于流量计110的下游，阀门170至少在一定程度上会使质量流动速率取决于该阀门被控部分的导通量。阀门的受控部分是一个可移动的活塞，正如图16所详细表明的，该活塞横穿过流动管道的截面。阀门通过增加或减少流体可流过的截面开启部分的面积来控制流动管线中流体的流量。质量流动速率通常通过使用机械手段改变阀门受控部分的位置来加以控制。位置变化通常是指阀门的某一变量，质量流量至少在一定程度上取决于阀门的这一变量。

阀位的变化通常由阀门执行器所控制，比如由电磁驱动执行器、压电执行器、步进执行器等所控制。在图1中，阀门执行器160是电磁型执行器；然而，本发明在此方面不受限制，其他类型的执行器也可以使用。阀门执行器160从控制器接收驱动信号DS，并将信号DS转化成阀门受控部分的位置变化。

正如上面所述的，质量流量控制器的各组成部分可能有与操作相关的增益项。举例而言，图1分别表明了流量计110、增益/前导/滞后控制器150、阀门执行器160及阀门170的增益项A、B、C、D。这些组成部件和它们的输入输出信号，尤其是流量信号FS2、驱动信号DS、阀门信号AD以及流动管路103中的流体流动构成了质量流量控制器的控制回路。这些增益A、B、C、D反过来又与所述输入与输出间的关系相关。应该理解的是，这一控制回路中的这些增益项又会对控制回路复合增益项产生影响。

一般而言，控制回路的复合增益项是控制回路中增益项的乘积(即控制回路复合增益项等于A×B×C×D)。正如本文所使用的，复合增益项描述的是由多个单独增益项所构成的增益项。在本文中，复合增益项的符号用代表各个单独增益项符号的串连表示。举例而言，前面所述的控制回路复合增益项用ABCD来表示。除非另有指明，否则上述复合增益项的符号被认为是各单独增益项的乘积。

与质量流量控制器控制回路相关的单个增益项可能有不同的特征和从变量，这导致复合增益项可能有多个从变量。这些从变量或变量可包括设定点或流动速率、流体种类、温度、入口和/或出口压力、阀位等。本发明的申请人已经认识到，带有随机控制回路增益项的控制器是不易稳定的，并对上述提到的某些或所有从变量的变化十分敏感。下面是图1所示每个具体增益项的说明。

增益项A与流量计相关，该增益项代表着流过质量流量控制器的实际流体流量与流量计所显示流量(即FS2)之间的关系(即所显示流量的变化与实际流量变化之比)。增益项A被认为至少是流动速率的常数函数。然而，这一常数至少取决于质量流量控制器操作中流体的种类。

增益项B与增益/前导/滞后控制器相关，该增益项代表着从流量计所接收的指示流量信号FS2与输送给阀门执行器的驱动信号DS之间的关系。增益项B与增益/前导/滞后控制器反馈控制所用到的各种增益项及常数相关。

增益项C与阀门执行器相关，该增益项代表着驱动信号与阀位变化之间的关系。增益项C是二个独立增益项的组合，其中一个增益项与驱动信号转化成电流或电压控制信号相关，另一个增益项与控制信号及阀门受控部分的位置变化相关。

增益项D与阀门相关，该增益项代表着质量流量控制器流动速率与阀位变化之间的关系(即流动速率的变化与阀位变化之比)。增益项D可能取决于包括流体种类、入口和出口压力、温度、阀位变化等在内的各种操作条件。根据下面将要详细说明的本发明某一方面，本发明提供一个阀门的物理模型，该模型可帮助确定与任意流体及操作条件下阀门相关的增益项。

增益项G是增益项的倒数，该倒数是增益项A、C、D乘积的倒数。正如通过本文的说明所要理解的，增益项G通过向质量流量控制器控制回路提供一个恒定的回路增益来使质量流量控制器以一致的方式进行操作，从而不受操作条件的影响。

根据本发明的一个方面，通过确定质量流量控制器控制回路中各组成部分的复合增益项来确定某一具体质量流量控制器的系统增益项。通过求得该系统增益项的倒数而得到一个倒数增益项，这一倒数增益项然后被用于控制回路，这样控制回路便在恒定的回路增益下操作。因此，当控制回路中的各种增益项变化时，为维持回路增益保持恒定，该倒数增益项会随之变化。

由于质量流量控制器的回路增益保持恒定，而与质量流量控制器所处理流体的类型无关，又与质量流量控制器所处的操作条件无关；因此，质量流量控制器在不同流体和/或条件下所具有的响应是稳定的，并且能表现出质量流量控制器在制造过程中处于测试流体及测试操作条件下所表现出的相同性能。

除非另有指明，否则系统增益是指控制回路中与质量流量控制器各组成部分相关的增益项的复合，该复合增益项作为一项或多项操作条件的函数而发生固有的变化。举例而言，图1中的系统增益项为复合增益项ACD。

在图1的模块140中，通过求取系统增益项ACD的倒数而得到倒数增益项，并将该倒数增益项输送到增益/前导/滞后控制器的一个输入中。应该理解的是，该倒数增益项可能是质量流量控制器控制回路中所有各组成部分的增益项中某些增益项乘积的倒数。举例而言，通过求取复合增益项AC、AD、CD等的倒数就可能改善控制及稳定性。然而，在优选实施方案中，增益项G的求取是为了保证回路增益维持恒定(即增益G是系统增益项的倒数)。

图2表明的是流量计110的更详细模块示意图。流量计一般是指任何一种测量流动管路或部分流动管路中的流体流量且能提供表明该流体流量信号的组件。图2中的流量计包括旁路210、传感器及传感器电子装置230、归一化电路240、响应补偿电路250以及线性化电路260。其中归一化电路240从传感器及传感器电子装置230接收传感器信号FS1；响应补偿电路250与归一化电路240相连；线性化电路260与响应补偿电路250相连。如图1中质量流量控制器所表明的，线性化电路260的输出是流量信号FS2。

虽然在图2中未加表明，但在某些实施方案中，使用模拟/数字(A/D)转换器可将传感器信号FS1转换成数字信号；这样，质量流量控制器100中所有此后的信号处理均可由数字计算机或数字信号处理器进行。虽然在某一优选实施方案中，质量流量控制器100所进行的信号处理均是以数字方式进行的，但本发明并不受此限制，摸拟处理技术也可使用。

在图2中，流动管路中的部分流体流经传感器导管220，其余的大部分流体仍流经旁路。传感器和传感器电子装置230与该传感器导管相连，并测量流经该导管的流体流量。流经该导管的流体流量与流经旁路的流体流量成比例。然而，在质量流量控制器工作的流体流量范围内，导管内流动速率与旁路中的流动速率可能不呈线性关系。

此外，热量型传感器是通过测定一段导管间的温度变化来测量流量的。因此，在某些实施方案中，尤其是在使用热量型传感器的实施方案中，可能会存在温度从变量，尤其是在质量流量控制器流量操作范围的两端会出现温度从变量(这里分别指零流量及满量程流动状态)。

校正电路240接收传感器信号FS1，并对零流量及满量程流动状态下潜在的温度从变量进行校正。具体而言，当没有流体流经传感器导管和/或旁路时(即零流量状态)，则传感器可能产生一个非零的传感器信号。更进一步说，这一虚假的流量计指示，可能起源于温度。同样，传感器信号FS1在满量程状态时有可能出现由温度造成的波动。在零流量状态下，通过在多个不同温度下测定传感器信号FS1的值，然后根据传感器的温度对信号FS1施加一个校正因子，这样可对零流量状态下的温度从变量变化进行校正。按同样方式，通过在不同温度下测得的传感器信号值，然后根据温度使用一个合适的校正因子，便可对满量程状态下温度从变量的变化进行校正。

此外，对质量流量控制器整个操作范围中的特征点可进行同样的温度从变量测定。因此，根据零流量、满量程以及任意数量特征点的测定结果可以拟合出一条校正曲线，该曲线是流动速率和温度的函数。该曲线可对质量流量控制器所工作的整个流量范围的温度从变量进行校正。此外，还可以使用已知的流体条件以及已知的传感器特性随温度变化来加强校正因子和/或归一化电路240的校正曲线。

归一化电路240还可向信号FS1提供固定的归一化增益，这样当传感器导管处于满量程流动状态时，归一化信号FS1′可得到一个特定的值，当处于零流量状态时，可以得到另一个特定值(比如零)。

例如，在某一实施方案中，归一化电路240确保在传感器导管处于零流量状态时归一化信号FS1′的值为0.0，在传感器导管处于满量程状态时，归一化信号FS1′的值为1.0，应该理解的是，在零流量及满量程状态时，归一化信号FS1′可选定为任何数值，本文中使用的数值只是示范性的。

应该理解的是，归一化信号FS1′的动态特性很差；这样，当流体流量的出现阶跃时，信号FS1′在时间上会出现滞后，并相对于流量传感器中的实际流量而言，信号FS1是平缓的。这是因为热量型流量传感器通常具较长的响应时间，因为热变化出现的时间相对较长。

图3表明了这一现象，图中时间被标在横轴或X轴上，流量标在纵轴或Y轴上。如图3所示，当流量传感器的实际流量出现单位阶跃变化时，传感器所给出的信号FS1是滞后的，并且是平缓的。

为了校正传感器的这些效应以及使传感器对流体流量变化具有更佳的动态响应，归一化信号FS1′输送给响应补偿电路250。从功能上讲，响应补偿电路250是一个滤波器，该滤波器产生的函数近似于传感器及传感器电子装置230变换函数的逆函数。可以对响应补偿电路250进行调整或调节，这样可使响应补偿电路250输出的信号FS1具有预定的上升时间，并有预定的最大超调量和/或下冲量，该信号在预定的上升时间段内达到水平状态。响应补偿电路250还可针对质量流量控制器在具体应用情况下所需的特性进行调节。

正如图3所示的，经补偿后的信号FS1″形成一条曲线，该曲线更近似地反映了流体在流过图3所示传感器过程中发生流量阶跃变化的曲线。在制造质量流量控制器过程中，可对质量流量控制器的流量计进行调节以便流量计可输出一个补偿信号。具体而言，在传感器的调节阶段可对动态响应进行调节，本文下面将对传感器的调节进行详细的说明。

正如前面所简单说明的，流过传感器导管的流量与流过旁路的流量之比取决于流体的流速。此外，传感器和传感器电子装置的非线性也进一步加大了实际流体流量与传感器所输出的流量信号间关系的复杂程度。其结果是代表流量测量值与流体流量关系的曲线可能是非线性的。

应该理解的是，许多这些非线性因素会进入到归一化电路240和响应补偿电路250中。因此，目前的说明与传感器信号FS1、FS1′和FS1″密切相关。在本文中，传感器的输出是指在线性化处理之前的传感器信号(即在线性化电路260之前的信号)。具体而言，除非另有指明，否则传感器输出是指传感器产生的信号，该信号已分别被归一化电路240和响应补偿器250进行过归一化及补偿处理，但该信号未经线性化处理。还应理解的是，归一化处理和补偿处理步骤不必像图所示的按固定顺序进行，这两个处理步骤间的顺序是可以互换的。

线性化电路260对传感器输出(即FS1″)的非线性进行校正。举例而言，线性化电路260输出某个流量信号，在零流量情况下，该流量信号的值为零，在总量程25％的流量下，该信号值为0.25，在流量为量程的50％时，该信号值为0.5，在满量程状态时，该信号值为1.0，其他流量下，该信号值以此类推。

如图1所示，线性化电路260输出流量信号FS2，该信号作为增益/前导/滞后控制器的输入。在本文中，显示流量通常是指经线性化处理后流量计所输出的流量信号(即流量信号FS2)。

虽然对传感器输出进行线性化处理的方式有多种，诸如多项式线性化处理、分段线性近似处理等，但在本发明的某一实施方案中，使用仿样方式对这一信号进行线性处理；具体使用的是立体仿样方式。Silverman B.W.在标题为“用于非参数回归曲线拟合的仿样圆整方法介绍”一文中对立体仿样进行了论述，该文出版在《皇家统计学协会杂志》上，该文在此通过引证被并入本文。

根据本发明的这一方面，使用测试流体或气体，在多个不同的(已知的)流动速率下对传感器及传感器电子装置230输出的实际信号FS1进行测定，测定的流动速率对已知的流动速率进行绘图。测定的流动速率对已知流动速率的图形确定了传感器和传感器电子装置230的变换函数，然后用立体仿样对传感器及传感器电子装置230变换函数的逆函数进行拟合。然后将传感器输出的测定值作为三维仿样的输入，从而得到归一化的、经过补偿的且线性化的流量指示信号(如FS2)。

正如本文下面将要进一步详细说明的，为便于对传感器输出进行线性化处理，线性化电路260可含有一张线性化表格(未在图中表明)。在本发明另一实施方案中，三维仿样被用来拟合传感器及传感器电子装置230的变换函数本身，而不是拟合该变换函数的逆函数。

在对传感器及传感器电子装置230的非线性进行补偿后，以及在对流过传感器导过管220的流体流量比例变化进行补偿之后，调整后的流量信号FS2被输送到增益/前导/滞后控制器150，并还可输送给滤波器120进行显示。经过调节的流量信号FS2如图3所示。

如图1所示，增益项A与流量计110相关。该增益项代表着流过流动通道103的流体流量与指示流量(即流量信号FS2)之间的关系。具体而言，增益项A是指示流量变化与实际流量变化之比。从上述有关流量计110的说明中应该理解的是，这一关系(即流体流量对指示流量的曲线)已经是线性化的。因此，指示流量变化与实际流体流量变化之比(即流体流量对指示流量这一曲线的导数)是流动速率的恒定函数。因此，对具体的流体种类而言，增益项A是一个常数。

由于增益A是一个常数，并由于指示流量被定义为整个流量量程中的某一具体值；所以可根据质量流量控制器在造制时所用到流体的满量程流量来确定某一具体流体的增益A。在具体的流量计中，当在满量程流量状态时，指示流量的值为1.0，增益A就是满量程的倒数。

应该理解的是，流过质量流量控制器的满量程流量在质量流量控制器于不同种类的流体下操作时有可能发生变化。因此，质量流量控制器的满量程范围取决于流体的种类。因此，虽然增益A至少相对于流动速率是一个恒定函数，但这一常数在质量流量控制器处理不同种类的流体时可能会变化。

然而，本发明的申请人已经确定出了这一与流量计相关的增益如何随流体的种类而变化。正如前面所讨论的，流量计的增益可直接由全量程范围(即质量流量控制器的满量程流量)确定。因此，确定工艺流体的全量程范围可直接确定出流量计的增益。通过对测试流体的全量程范围使用一个换算因子可以确定出工艺流体的全量程范围。根据正在确定其全量程的具体流体的测定值，可通过经验公式求导出该换算因子。

图4详细地表明了增益/前导/滞后控制器150的某一实施方案。虽然本文所述的控制器150为增益/前导/滞后控制器，但应该理解的是，本发明并不受此限制。举例而言，在本发明的其他情况下，其他类型的反馈控制器也可使用，诸如可使用比例积分微分控制器、比例积分控制器、积分微分控制器等。还应理解的是，图4所示的与增益/前导/滞后控制器150作用相同的各种数学方法也可以被使用，本发明不受本文所示具体控制器结构的限制。

增益/前导/滞后控制器150接收三项输入信号：流量信号FS2(也称为指示流量)、设定点信号SI2以及倒数增益项G。正如前面所说明的，设定点信号SI2可首先经过转向速率限制器或滤波器130，这样可防止正在输送给增益/前导/滞后控制器的设定点信号发生瞬时变化。

正如前面所说明的，增益项G140是通过对质量流量控制器控制回路中各组成部分的增益项乘积求取倒数而得到的一项倒数增益项(即系统增益项的倒数)。增益G可用于控制回路的任何地方，并不限定为只作为质量流量控制器控制器的输入。然而，如图1和图4所示，倒数增益项G便于用作为增益/前导/滞后控制器的输入。

根据本发明的某一实施方案，增益项G可由与质量流量控制器相连的微处理器或数字信号处理器加以确定。处理器可集成到质量流量控制器中，也可以是外部处理器，下面将对此进行说明。

正如图4所示的，流量信号FS2被输送给微分器或微分电路410。因为电路410不同于微分器，因此在本文中该电路被称为“D项”电路。实际上，在D项电路410中，对流量信号FS2进行微分、低通滤波处理，与某一常数相乘后再与调节后的流量信号FS2进行加合。应该理解的是，本发明并不受这里所述D项电路410的限制，其他类型的微分电路也可以被使用。从功能上讲，D项电路410可输出修正后的流量信号FS3，相对于调节后的信号FS2而言，信号FS3被“加速”了，由此构成了增益/前导/滞后控制器150中的“超前”项。D项电路还具有阻尼作用。正如本领域技术人员应该理解的，D项电路410具有输出修正的流量信号FS3的功能，信号FS3表明了流量信号在如何变化以及变化的快慢。

然后修正的流量信号FS3连同设定点信号SI2一起被输送给减法电路420，该电路采集修正的流量信号FS3和设定点信号SI2，并根据这二个信号间的差产生出差值信号E。该差值信号E然后与增益项G相乘，并输送给比例增益电路440和积分增益电路450。

比例增益电路用固定常数Kp与信号EG相乘，然后将信号EGKp输出给加合电路470。比例增益电路440的作用是提供一部分驱动信号，该信号根据信号EG使控制阀170移动一定的位置。因此，可使控制阀170根据差值信号E的变化而快速补偿基础值。

比例增益电路440还具有阻尼功能，这有助于防止驱动信号DS的瞬时扰动以及由此所导致的流动扰动。举例而言，当差值信号E降低时，积分器460的输出信号会增加，差值信号E与Kp的乘积会降低，当常数Kp小于1时，超调值会降低。

积分增益电路450用另一固定的常数Ki乘以信号EG，然后输出信号EGKi输送给积分器460。积分器460对信号EGKi进行积分，并将积分后的结果输出给加合电路470作为第二项输入。从功能上讲，积分器460输出的是差值信号随时间的变化，并表示差值信号在此前是如何变化的。在差值信号E一定的情况下，积分器460从某一具体的斜率开始工作，当指示流量(即FS2)增长时(假定输入了一个新的更高设定点)，差值信号E会下降，这样积分器460停止积分(即放慢变化的速度)，且积分器460输出的驱动信号下降。积分后的输出信号EGKi然后与加合电路470中比例增益项EGKp的输出进行加合，加合后的输出信号DS作为驱动信号输出给阀门执行器160。

此外，当控制器从零流量到达所控制的流量状态时，有一个基础值可以将积分器460预设到某一具体的值。该基础值表明的是一个数值，当该值加入到积分器中时，这一基础值会形成一个驱动水平DS，该驱动水平稍低于开启阀门并使之有流量所需的驱动水平。照此方式，积分器达到基础值所需的时间就消除了，控制器在零流量与所控制流量之间的响应时间增加了。

如图5所示，加合电路的输出信号输送给阀门执行器1 60，阀门执行器160通常包括阀门驱动电子电路510，该电子电路与电子机械执行器520相连。任何适合的阀门驱动电子电路510都可用来接收驱动信号DS，并将驱动信号DS转换成电压、电流或其他能够使阀门170开启到所需位置的信号，从而使阀门达到所需的流量。此外，阀门驱动电路510可包括本领域所知的任何适合的阀门驱动执行电路，该驱动执行电路可驱动电磁控制阀、压电控制阀等。在本发明使用电磁驱动的控制阀实施方案，阀门驱动电子电路510可包括降低电磁驱动控制阀滞后效应的电路结构，以下将对此做进一步详细的说明。

图6表明了前面所述的多个信号，其中水平轴或X轴代表时间，纵轴或Y轴代表指示的信号水平。正如图6A所示，在时间T₀处，信号SI2中的设定点出现阶跃变化(达到水平F₀)。在此时，差值信号上升到水平F₀，因为差值信号E等于调节的流量信号FS2(该信号仍保持在其原来的状态)与信号SI2设定值的差，而此时设定值处于F₀这一值。差值信号是增益项G(即信号EG)的数倍，因此差值信号阶跃到一个高的水平，然后差值信号按图6B所示的方式随时间而递减。由于比例增益项440的输出是信号EG与常数Kp(该常数小于1)的乘积，因此信号EGKp具有与EG相似的形状，只是信号的幅度略小，如图6C所示。正如图6D所示，在时间T₀处，积分后的输出信号EGKi为零，但由于差值信号E较大，所以信号EGKi会迅速增长。加法电路470的输出代表着输出信号EGKp与积分输出信号EGKi的加合，该加合信号被标记为DS，并如图6E所示。根据输送给阀门驱动器及阀门驱动电子电路160的驱动信号DS，控制阀170被开启，并且开启程度在增加，指示流量信号(即流量信号FS2)开始增加到SI2的新设定点水平。随着时间的前进，差值信号E会下降，比例增益项440的输出信号EGKp会下降，积分输出信号EGKi也会下降，因此流动速率会达到新的设定点水平。

在理想情况下，当质量流量控制器的设定点出现阶跃变化时，实际的流体流量也发生阶跃响应。虽然这在实际中是不可能的，但本发明的实施方案可在设定点发生阶跃时给出一致的响应，无论该阶跃变化是全量程的2％还是全量程的100％，该一致的响应与正在流过的流体种类无关，并且与入口及出口的压力等因素无关。为了得到该一致性，本发明的实施方案使质量流量控制器具有恒定的回路增益。

从前面的讨论中应该理解的是，虽然与质量流量控制器控制回路中各组成部分相关的各项增益会作为不同变量的函数而变化，并取决于各种不同的操作条件，但通过向质量流量控制器控制回路提供一个恒定的回路增益可使质量流量控制器在一组操作条件下均匀稳定地操作。

应该理解的是，使用微处理器可实现对质量流量控制器进行各方面的控制。举例而言，增益/前导/滞后控制器150可用作为微处理器、数字信号处理器等。同样，对各种控制参数的确定也可由微处理器来实现，比如用微处理器确定倒数增益项(即增益项G)。使用本技术领域已知的技术可以以软件、固件或硬件方式实现对质量流量控制器的各方面控制。

B.质量流量控制器组态

应该理解的是，在许多情况下，为了实现质量流量控制器均匀稳定地操作，在制造质量流量控制器过程中，必须要对质量流量控制器进行调试和校准。手工调试和/或校准通常是一个耗时长、重体力及高费用的过程。此外，当某一过程需要质量流量控制器对不同制造过程中所遇到的流体种类和/或操作条件进行组态时，即使质量流量控制器已针对多种工艺进行过调试和校准，质量流量控制器的性能很少能表现出在制造过程中所观察到的同样状态。换句话讲就是，当质量流量控制器在不同于其调试和校准过程中所处的流体种类和/或操作条件下，质量流量控制器可能会出现不同的响应。

根据本发明的某一方面，本发明提供某种对质量流量控制器进行组态的方法，该方法可使质量流量控制器在处于工艺流体和/或工艺操作条件下时，产生与质量流量控制器在调试流体和调试条件下所产生的相同响应。

在本发明的某一实施方案中，在使用单一一种流体和一组操作条件对质量流量控制器进行调试和/或校准的过程中会得到组态数据。该组态数据可用来对质量流量控制器进行组态，以便质量流量控制器在任意种类的流体和操作条件下操作，这样就降低了由于流动种类及操作条件不同于调试和/或校准过程的流体种类和/或操作条件而导致的性能下降，并避免了质量流量控制器对多种代用流体所进行的费用高、耗时长的调试和/或校准工作。

假定能在任意种类流体及操作条件下操作，且又能表现出令人满意响应的质量流量控制器的制造过程由二个步骤组成，其一是最初的生产过程，再就是其后对质量流量控制器进行组态的过程。图7表明的是本发明某一实施方案中质量流量控制器的生产过程及对质量流量控制器进行的组态过程。

在本文中，当生产一词用于质量流量控制器时，生产一词通常是指在使质量流量控制器适于在具体某种流体及具体一组操作条件下操作时所涉及到的各项工作。生产过程可包括用各种组件组装质量流量控制器、使质量流量控制器在调试流体及调试操作条件下操作、调试和/或校准质量流量控制器的各个组件和/或质量流量控制器的控制参数，这样质量流量控制器在调试流体及调试操作条件下会表现出令人满意的操作状态及性能(即质量流量控制器具有令人满意的响应)。

在本文中，当组态或进行组态一词用于质量流量控制器时，它通常是指使质量流量控制器适用于任意流体及任意操作条件而对质量流量控制器进行调节所涉及到的各种步骤。具体而言，组态就是使质量流量控制器适于在不同于质量流量控制器制造过程中所遇到的流体(在本文中，这二种流体被分别称为“工艺流体”和“调试流体”)以及在不同于质量流量控制器制造过程中所处操作条件(在本文中，这二种操作条件被分别称为“工艺操作条件”和“调试操作条件”)下进行操作，这样组态后的质量流量控制器可以基本上具有与其制造过程所观察到的相同响应。应该理解的是，对质量流量控制器的组态可以在其制造完毕后的任何时间、任何地点进行，即可以在其制造地进行(如对质量流量控制器进行组态，使其适用于具体的应用情况)，也可以在使用现场对其进行组态(如在用户的操作现场对其进行组态)，但组态地点和时间并不局限于此。

一般而言，令人满意的响应是指当质量流量控制器在具体应用的工艺或操作中，质量流量控制器的响应在一组规定的偏差之内。具体而言，质量流量控制器的动态及静态响应在一定的偏差范围之内，该偏差范围是质量流量控制器所遇到的工艺过程所允许的偏差范围。

质量流量控制器可在其制造过程中进行调试和/或校准，从而对任意一组公差都会给出令人满意的响应。因此，在对调试流体和一组调试操作条件进行调试和/或校准后，质量流量控制器被认为在调试流体和调试操作条件下可产生令人满意的响应。然而，当质量流量控制器在另外种类的流体和/或不同的操作条件下操作时，质量流量控制器的响应可能会发生重大的变化，这样其响应不能再达到令人满意的程度。

一般而言，当其两个响应都达到令满意的程度时(即两种情况下的响应均在质量流量控制器操作的公差之内)，质量流量控制器被认为在调试流体及调试操作条件下以及在工艺流体和/或工艺操作条件下产生出相同的响应。

如图7a所示，在制造过程710中，质量流量控制器在调试流体及调试操作条件下操作。质量流量控制器的操作特征被获得，并被存储为组态数据712。该组态数据712可在制造过程710的各调试和/或校准步骤中获得，本文将结合图7b～7f对此进行进一步详细的说明。

调试是指使质量流量控制器针对流体流量、流体流量变化和/或所需流体流量变化(即设定点的变量)产生出令人满意的动态响应所涉及的各个步骤。校准通常是指使质量流量控制器具有令人满意的稳态或静态响应所涉及到的各个步骤。

组态数据通常是指在对质量流量控制器进行调试和/或校准过程中所获得的信息。具体而言，组态数据是指质量流量控制器在调试流体及调试操作条件下工作时所产生的特征或测量结果。然后将在质量流量控制器制造过程中所获得的组态数据用于对在工艺流体和/或工艺操作条件下操作的质量流量控制器进行组态。

正如上面所简单说明的，调试流体和调试操作条件是指质量流量控制器在制造过程中所用到的流体和操作条件。而工艺流体及工艺操作条件是指最终用户在使用具体的质量流量控制器时通常所要求的流体及操作条件。

应该理解的是，在调试及工艺过程中有可能使用到相同种类的流体及操作条件。然而，由于质量流量控制器不可能对每种流体和/或所有操作条件都进行调试；因此，本发明的某些方面涉及在质量流量控制器制造过程中，针对某一具体的流体并在具体的操作条件下对质量流量控制器进行调试和/或校准，这样，经组态后的质量流量控制器可在不同的流体和/或操作条件下进行工作。因此，应该理解的是，“工艺流体”不是用来说明相同类型的流体，而是表示该流体可能不同于质量流量控制器在调试和/或校准情况下所使用的流体。同样，“工艺操作条件”是指一组可能与质量流量控制器在调试和/或校准过程所遇到的操作条件不同的操作条件。一组工艺操作条件中有可能有一项、几项或全部条件不同于调试操作条件。

在组态步骤720中，在质量流量控制器制造过程中所获得的组态数据712可被用来使质量流量控制器针对工艺流体和/或工艺操作条件进行的组态更加方便。根据本发明的某一实施方案，组态步骤720所用到的组态数据712将确定与质量流量控制器相关的某些控制参数，这些控制参数可使质量流量控制器在工艺流体和/或工艺操作条件下进行工作。具体而言，在制造过程710中所获得的组态数据712被用来确定某些控制参数，组态数据712可使质量流量控制器对工艺流体及工艺操作的组态更加方便，组态后的质量流量控制器会表现出令人满意的响应(即经过组态后的控制器在工艺流体和/或工艺操作条件下基本上具有与质量流量控制器在调试流体及调试操作条件下所表现出的相同响应)。

本文中所用的“控制参数”通常是指与质量流量控制器相关的某些参数，这些控制参数有助于质量流量控制器的操作。控制参数可包括滤波器系数、增益项、控制器常数、线性化曲线等，但控制参数并不局限于这些参数项。具体而言，控制参数是指当质量流量控制器针对任意工艺流体和/或工艺操作条件进行组态时(即为了表现出令人满意的响应而进行组态时)需要改变、修正和添加的那些参数。

正如本文所使用的，“针对操作进行组态”是指对质量流量控制器进行组态，经过组态后，当质量流量控制器操作时，质量流量控制器可表现出令人满意的响应(即不具有令人满意响应的质量流量控制器通常被认为是不可操作的)。

应该理解的是，制造过程710通常只在单一流体及一组调试操作条件下进行一次即可。然而，组态过程720在质量流量控制器的操作寿命内可重复进行多次。具体而言，只要当需要质量流量控制器在不同的流体和/或操作条件下操作时，就可针对新的工艺流体和/或工艺操作条件重新实施组态过程720，这样当质量流量控制器在新的工艺流体和/或新的工艺操作条件下工作时，质量流量控制器可以产生出令人满意响应。

还应理解的是，不同类型质量流量控制器的制造及组态以及质量流量控制器不同的应用情况可能需要不同的步聚。然而，质量流量控制器的制造应包括某些步骤，比如应包括使质量流量控制器在一组调试操作条件下具有适当的特征，并建立起令人满意的响应，并且获得足够的组态数据从而为此后的质量流量控制器组态提供便利条件。同样，组态过程通常包括一些必要的步骤，这些步骤可使质量流量控制器在一组工艺操作条件下工作时产生出基本与其制造过程中相同的响应。

图7b表明的是在本发明某一实施方案中对质量流量控制器进行组态(即图7a中的步骤710和步骤720)的模块图，其中含有多个步骤。制造过程710可包括传感器调试步骤10、确定阀门特征步骤20、反馈控制器调试步骤30以及校准步骤40。应该理解的是，制造过程710还可能包括未表明出来的步骤；例如，与质量流量控制器组装有关的步骤，诸如本技术领域所知的旁路配套等。

在制造过程710的这些示范性步骤10～40中，在一组调试操作条件下测定质量流量控制器的特征，并使质量流量控制器建立起令人满意的响应。在制造过程中得到组态数据，组态数据可方便地对质量流量控制器进行组态，这样可使质量流量控制器适于在一组工艺操作条件下操作，本文下面将对此进行更进一步的详细说明。

在传感器调试步骤10，质量流量控制器的流量计被加以调节，这样可使流量计表现出令人满意的动态响应。具体而言，流量计的各组成部分被加以调节，以保证传感器的输出(即FS1′)可令人满意地反映出通过传感器的流量变化。举例而言，如结合图2所说明的，传感器调节可包括提供归一化和响应补偿滤波器系统、校正曲线和/或增益，这样流量计会对流量的阶跃产生响应，传感器的输出也产生阶跃，该输出阶跃在形态上近似于流动管线中流体流动所发生的阶跃变化。在调试步骤10所得到的信息，诸如滤波器系统、校正曲线和/或增益项可存储为组态数据712。

在确定阀门特征步骤20，质量流量控制器被赋予足够的特征，这样质量流量控制器可以被组态，以便质量流量控制器在各操作条件和/或特征发生变化的情况下以连续稳定的状态进行操作。根据本发明的某个实施方案，可以确定质量流量控制器控制回路的系统增益项，系统增益项的倒数被应用到控制回路中，从而得到一个恒定的回路增益。此外，在确定系统增益项过程中所进行测量的结果将作为组态数据存储起来，然后用于组态过程。本文下面将结合图7c对此进行进一步的详细说明。

在反馈控制器调试步骤30，与反馈控制器相关的控制及控制电子装置被加以调节，这样质量流量控制器可以对设定点的变化做出令人满意的动态响应。根据本发明的某一实施方案，图4中的各个比例积分微分参数可加以设定，这样增益/前导/滞后控制器可表现出所需的动态特征，比如调节时间、最大超调量和下冲量等。

在校准步骤40中，对质量流量控制器进行校准，这样质量流量控制器会表现出令人满意的稳态响应。根据本发明的某一实施方案，质量流量控制器被校准，以便质量流量控制器在整个流动速率范围内使流过质量流量控制器的实际流量与流量计指示的流量(即流量信号FS2，也被称作指示流量)呈线性关系，质量流量控制器在该流动速率范围内操作。

在组态720所示的示范性步骤50及60中，在质量流量控制器制造过程中所获得的组态数据以及有关工艺操作条件的信息被用来对质量流量控制器的控制参数进行修正；这样，当质量流量控制器在工艺操作条件下工作时，质量流量控制器在制造过程中建立的响应不会发生重大的改变。质量流量控制器要对工艺操作条件进行组态。

正如图7b所示的，对质量流量控制器的组态过程720可包括系统增益的分解步骤50以及系统组态步骤60。在系统增益分解步骤50中，系统增益在被获得后至少在一定程度上根据质量流量控制器制造过程710中所获得的组态数据而被分解成其基本构成增益项。

然而，在质量流量控制器的某些应用中，系统增益分解步骤50并非是必要的，该分解步骤只代表着一种方法。使用这一方法，一种执行器操作的模式可供系统组态步骤60之用。

因此，应该理解的是，在此所讨论的实例中，步骤涉及到系统增益项的测量及其后的分解，在某些情况下，这些步骤并非必要，与质量流量控制器各组成部分有关的增益项可直接获得。举例而言，在某些质量流量控制器中，可使用步进执行器，在这种情况下，相关的增益项可直接从执行器的机械结构中获得。在这种情况中，在质量流量控制器制造过程中系统增益的测定步骤(即图7c所示的确定阀门特征步骤20中对CDA′进行记录)以及组态过程中的系统增益分解步骤可以省去，因为系统增益分解步聚所提供的信号可直接从执行器本身获得。

在质量流量控制器制造过程中获得系统增益项的方法以及在组态过程中分解系统增益项的方法可对质量流量控制器进行组态；一般而言，该方法可用于质量流量控制器的任何应用之中，从而在没有其他可用或这些信息不能直接获得的情况下提供执行器的某种模式。因此，该方法的详细说明是结合图7c～7f所示实施方案中的质量流量控制器制造及组态步骤而进行的。然而，本发明并不局限于这一方法，也不局限于需要使用这一方法的质量流量控制器。

在系统组态步骤60中，某一工艺流体和/或工艺操作条件下的控制参数被确定，质量流量控制器对该工艺流体和/或工艺操作条件进行组态；这样，当质量流量控制器在该工艺流体和/或工艺操作条件下操作时，质量流量控制器会产生出令人满意的响应。根据本发明的某一实施方案，倒数增益项可通过对质量流量控制器各组成部分在工艺操作条件下的增益项乘积求取倒数而得到。增益项可从阀门和阀门执行器的物理模型确定。倒数增益项可用于质量流量控制器的控制回路，从而得到恒定的回路增益。

现在结合图7c～7f对示范性制造步骤和组态步骤进行进一步的详细说明。

图7c和图7d表明的是一个示范性过程。在该过程中获得质量流量控制器调试和/或校准过程中产生的组态数据。

图7e和图7f表明是另一示范性过程，该过程是对质量流量控制器进行组态的过程。其中质量流量控制器所遇到的工艺流体和所处的工艺操作条件不同于质量流量控制器在调试和/或校准过程中所遇到的流体和所处的操作条件。

图7c-7f所示的制造过程和组态过程可应用于图1所示的相似质量流量控制器。然而，应该理解的是，本发明的这些方面并不局限于此，这些方面也可应用于具有不同组成部件及不同操作特征的多种质量流量控制器。

在图7c～7f中，质量流量控制器在制造过程中产生的信息被归在“组态数据”的名下，并被置于标号为712的模块内；这些信息作为组态数据被储存起来。应该理解的是，图中所示的信息不具有限定性，也不应该被认为是一种要求。在质量流量控制器的每种应用中可能会有不同的组态数据，这些组态数据可使在工艺流体和/或工艺操作条件下操作的质量流量控制器组态过程更加容易。

图7c更详细地表明了本发明某一定施方案中传感器调节步骤10及确定阀门特征步骤20的情况。在传感器调试步骤10中，对质量流量控制器的流量计进行调节，经调节后流量计可对诸如流量阶跃这样的变化产生出令人满意的动态响应。流体阶跃是指流体流量发生具有阶跃函数特征的变化，其中包括流体流量的正阶跃变化也包括流体流量的负阶跃变化。

在步骤12中，流体阶跃被施加给流量传感器，然后在步骤14中对流量传感器进行调试，这样当传感器对流体阶跃做出响应时就会产生一个阶跃形状的流量信号。该阶跃形状的流量信号所需具备的特征可包括上升时间、下降时间、最大超出量及下冲量等。举例而言，请再参考结合图1和图2所说明的质量流量控制器，对流量传感器的调节步骤可包括对传感器及传感器电子装置230的调节、对归一化电路240的调节以及对响应补偿电路250的调节。例如，可以对响应补偿滤波器250的系数进行调节以便重新设定图3所示信号的形状。应该理解的是，在质量流量控制器的每种应用情况中，通常有不同组的参数可以被调节。然而，传感器调节过程10的目的是确保流量传感器产生出令人满意的动态响应。如图7C所示，归一化增益项与传感器导管处于满量程状态时传感器1.0输出相关，该归一化增益项可作为组态数据记录下来。

在确定阀门特征的步骤20，在已知入口和出口压力的情况下，质量流量控制器使测试流体在不同的设定点下流过。在每个设定点的驱动水平被记录下来。驱动水平是指输送给阀门执行器的驱动信号值。例如，驱动水平可以是测得的电流值或电压值。驱动水平也可能是数字式控制信号值，该数字式控制信号值可被转换成控制阀门改变开度的电动信号。图1中的信号DS就是一个具体驱动信号，这一驱动信号的值就是驱动水平。

在本发明的某一实施方案中，增益/前导/滞后控制没有进行调试，但该控制器会收敛，这一控制器用于该步聚中。因此，所选定设定点中的每个设定点都会收敛到传感器的输出值。在本发明的某些实施方案中，在这一步骤中记录下的传感器输出和驱动水平信息被用来计算质量流量控制器的复合增益项。举例而言，在图7C所示的确定阀门特征步骤20中，与阀门执行器160、阀门170和流量计110的增益项乘积相对应的复合增益项CDA′由确定阀门特征步骤中所获得的信息计算出来。

在步骤21，质量流量控制器在一系列设定点下进行操作。这些设定点可以以任何适当的方式进行选择。举例而言，在本发明的某一实施方案中，所选择的设定点是满量程流量的各种函数，在一定程度上，这些设定点限定了质量流量控制器所处的操作范围，所选择的设定点在整个量程范围内并不是均匀分布的。此外，设定点的数量也是可以选择的。一般而言，所选设定点的数量应足够确定质量流量控制器所工作的量程范围内阀门执行器的特征。

图7c～7f所示的从设定点中所选择出来的每组设定点不必与另一个相同。为了表明在每组中设定点不必是相同的，下标Vt、Cb和Cf被分别用来表明确定阀门特征步骤、校准步骤及组态步骤所用的各组设定点。然而，应该理解的是，这些组设定点可以是部分相同或全部相同。

在步骤21中，从设定点组{vtS₀，vtS₁，vtS₂…}中选出第一组设定点vtS₀。一个小的误差n被选作设定点vtSi的剩余偏差。然后，将vtS₀+n应用于控制器上，并允许控制收敛。当控制器收敛时，传感器的输出等于所选择的设定点。在步骤22中，所得到的驱动水平被记录下来。

在步骤23，将vtS₀-n施加到控制器上，并允许控制器收敛。按照步骤24所示，将得到的驱动水平记录下来。在步骤25复合增益项CDA′被确定。举例而言，复合增益项可通过计算出二个设定点的变化，并用这一变化除以步骤22和24所记录的驱动水平变化而得到。该比值代表着设定点vtS₀处的复合增益项CDA′。如前面所说明的，增益项C和D分别与阀门执行器和阀门相关。增益项A与流量计相关，该增益项代表着在线性化电路260没起作用情况下流量计的增益(即与传感器相关的增益)。质量流量控制器收敛于每一设定点vtSi的传感器输出值以及在该设定点确定出的复合增益项CDA′可作为组态数据存储起来。

对于所选的每个设定点vtSi重复进行步骤21-25。所得到的结果是一组由两个数据为一对组成的数据组，每个设定点得到的一对数据为{传感器输出，CDA′}i。在本发明的某一实施方案中。由数据对构成的数据组作为组态数据被记录下来，该数据组将用于对质量流量控制器的手工调试。此外，对步骤20中所记录的每CDA′而言，都可生成一个倒数增益项G，其中G＝1/CDA′。该倒数增益项G在此后的控制器调试步骤被应用到质量流量控制器上，从而使质量流量控制器具有稳定性。

在反馈控制器调试步骤30中，与质量流量控制器反馈控制器相关的各项参数被加以调试，从而使质量流量控制器在一系列流量发生阶跃变化时，产生出令人满意的动态响应。应该理解的是，在质量流量控制器的每种应用情况中，可能会有不同的控制方法(比如增益/前导/滞后、比例积分微分、积分微分控制法等)。现结合图4所示的增益/前导/滞后控制器对某一质量流量控制器反馈控制器的具体调式过程进行说明。

在步骤32中，由步骤20测量结果生成的倒数增益项G被应用于增益/前导/滞后控制器。在步骤34中，通过使设定点发生阶跃变化而将流量阶跃施加到质量流量控制器上。举例而言，通过一组不同的设定点改变ΔSi来修改图1中的SI2。对不同的ΔSi可进行有目的性的选择，这样可使质量流量控制器在较大的阶跃变化下被加以适当的调试(比如ΔSi为整个量程)。ΔSi的数量及幅度在不同的应用情况下可能有所不同，具体可视质量流量控制器具体应用情况的不同操作要求而定。

在步骤36，增益/前导/滞后控制器的各项参数被加以设定；这样，增益/前导/滞后控制器在各ΔSi所定义的设定点变化下可以产生令人满意的应。举例而言，参数可包括比例积分微分常数Kp、Ki等，对这些参数进行调节，从而增益/前导/滞后控制器在设定点发生变化时产生所需的响应。可被调节的各项控制器特征值包括上升时间、最大超调值/下冲值以及下降时间等，但可调的特征值并不局限于此。

在校准步骤40中，在对传感器和控制器进行过调节，并可产生所需的响应，以及获得了各设定点的复合增益CDA′之后，对质量流量控制器实施校准步骤，从而确保质量流量控制器具有令人满意的稳态响应。对质量流量控制器进行局部调节，以使实际流体流量与指示流量之间呈线性关系。此外，可获得组态数据，组态数据可使质量流量控制器针对图7b中校准步骤40表明的工艺流体和/或工艺操作条件所进行的组态变得更加方便。

在组态步骤40中步骤41，质量流量控制器的全量程范围被确定下来。根据本发明的某一实施方案，与传感器输出为1.0相对应的实际流体流量被测定出来。本发明提供一条线性近似曲线；这样，当流量达到所定义的满量程流量时，指示流量将是一个1.0或近似1.0的值。然后将线性近似曲线应用于流量计110。应该理解的是，1.0这一值作为传感器的最大输出值以及指示流量只是示范性的，可使用任何其他的数字来替代1.0。

在步骤43中，从设定点组{cbS₀、cbS₁、cbS₂…}中选择第1个设定cbS₀，并将该设定点应用于质量流量控制器。然后对由该设定点造成的实际流体流量进行测定。在每个设定点下，将传感器的输出及实际的流体流量记录下来。应该理解的是，如果更方便的话，可以记录下流量分率(即实际流体流量与测试流体的全量程之比)，而不是记录实际的流体流量；相关的信息存在两种记录中。然后对所选设定点组中每个设定点cbSi重复进行步骤41和步骤43，得到的结果为一组数据对，该数据对为{传感器输出，实际流体流量}，如步骤44和45所示，该组结果可作为组态数据而储存起来。

数据对{传感器输出，实际流体流量}之间的关系表明了与传感器相关的非线性性质，并表明了在不同流动速率下流过传感器导管的流体部分与流过质量流量控制器的流体部分间的非线性关系。因此，可从这些数据对确定出一条线性曲线，从而确保流体流量与指示流量之间的关系是线性的。在本发明的某一实施方案中，一组对与数据对{传感器输出，实际流体流量}相关的非线性进行校正所用的设定点被确定出来。使用三维仿样来拟合这组设定点；这样，得到的线性化曲线是连续的，且穿过(0，0)(即流体流量＝0，传感器输出＝0)这一点。在步骤46，线性化曲线被应用于质量流量控制器。应该理解的是，可以使用多种方法进行曲线拟合，其中包括分段线性逼近法、多项式逼近法等，但拟合方法并不局限于这些方法。

在步骤10-40，在调试流体及调试操作条件下，将质量流量控制器各制造步骤产生的组态数据记录下来。组态数据所含的信息可使质量流量控制器针对工艺流体和/或工艺操作条件所进行的组态变得更加方便。应该理解的是，在手工调试质量流量控制器过程中所记录下来的组态数据可能视质量流量控制器的具体应用情况而不同，并且可能不同于图7c和图7d所示的组态数据。因此，用于任何质量流量控制器具体应用情况的组态数据只表明在质量流量控制器制造过程中获得的数据，这些组态数据可为质量流量控制器针对工艺流体和/或工艺操作条件所进行的组态提供便利。

举例而言，在图7c和图7d所示的实施方案中，在执行步骤10-40过程中所记录下来的组态数据包括传感器调试参数、传感器调试步骤中的单独增益项、调试条件、校准条件、一组数据对{传感器输出，CDA′}、一组数据对{传感器输出，实际流体流量}以及调试流体的量程范围。

在确定阀门特性步骤20中，数据对{传感器输出，CDA′}被记录下来。正如上面所讨论的，复合增益项CDA′是分别与阀门执行器、阀门以及流量计相关的增益项的乘积。然而，增益项C、D和A占复合增益项CDA′的权重是未知的。同样，值得注意的是，A′只是与流量计相关的增益项A中的一部分，并非全部。

在系统增益分解步骤50中，组成复合增益项CDA′的各单独增益项被从复合增益项中分离出来，这样做的目的是将它们确定出来，以便在此后的系统组态步骤60用于针对工艺流体和/或工艺操作条件所进行的组态。然而，应该理解的是，在某些质量流量控制器应用场合下，例如，在可得到阀门执行器的准确模型或者在工艺操作条件下的执行器增益可直接得到的情况下，步骤51～56可能是不必要的。正如前面所讨论的，系统增益分解步骤50提供一种更通用的方法，使用该方法可以模拟阀门执行器的操作(例如获得工艺操作条件下增益项C的方法)。

在步骤51中，增益项A被确定下来。在前面所说明的本发明实施方案中，流量计被调试和/或被校准，因而，流量为量程的25％时，指示流量为0.25，流量为量程的50％时，指示流量为0.5，当流量为量程的75％时，指示流量为0.75。流动管线中流体的流量与指示流量之间的关系是线性的，因此，与流量计相关的增益是一个常数。

因此，在步骤51中通过用指示流量除以任何所需要点的流体流量就可直接得到增益项A；最简单的情况就是用满量程流量除以指示流量1.0。因此，在最大指示流量为1.0的实施方案中，增益项A就等于量程(即某一具体流体流过质量流量控制器的满量程流量值的倒数)。一般而言，增益项A等于最大的指示流量值除以某一具体流体种类所对应的流量量程。

在步骤52，复合增益项CDA被生成。增益项A′是不合线性化曲线影响在内的流量计增益，而增益项A是含线性化曲线因素在内的流量计增益。因此，A′与A之间的关系是线性化曲线决定的。因此，通过考虑进线性化曲线的因素，复合增益项CDA可直接被确定；这就是说，用与线性化曲线相关的增益项乘以CDA′就可直接得到复合增益项CDA(即CDA′乘以线性化曲线的导数)。在步骤52的每一次迭代中，设定点dSi的增益项CDAi生成并输送到步骤53。

在步骤53，增益项A的权重被消除掉。由于复合增益项CDA和单独增益项A(量程的倒数)现在是已知的，则增益项A的权重可以从复合增益项CDA中分离出来，余下的复合增益项CD只与阀门执行器以及阀门相关。正如步骤53所示的，设定点dSi的增益项CDi生成后输送到步骤54中。

正如前面所说明的，增益C是阀门开度的变化与相应的驱动信号变化之比(例如是增益/前导/滞后控制器所提供的DS)。增益项D是流体流量的变化与相应的阀门开度变化之比。

在步骤54中，对增益项D进行确定并计算出所选设定点组的阀门开度。为了对复合增益项CD进一步求导，本发明使用阀门的物理模型来确定在特定操作条件下为达到具体的流体流量阀门所需达到的开度(即确定增益项D)。一种可用来完成这一确定工作的阀门物理模型在本文后面标题为“阀门物理模型”的章节中进行说明和论述。应该理解的是，不同的阀门及不同的阀门类型可能有不同的物理模型。再者，可能有一种以上的物理模型可被用来模拟具体阀门的特性。因此，本发明并不受任何具体阀门模型的限制。

在本发明的某一实施方案中，通过计算达到设定点组{dS₀，dS₁、dS₂…}所代表的每一点流体流量所需的阀门开度可以确定出增益项D。选择一个偏差n，通过计算出在dSi-n和dSi+n处的阀门开度，并求出设定点变化与阀门开度变化之比就可确定出增益项D(即2n/开度的变化量)。此外，在dSi的开度可以被确定，或者由在dSi-n及dSi+n处的开度取平均值，从而确定dSi处的开度。正如所说明的，在步骤54的每次迭代中，增益项Di和阀门在设定点dSi处的开度被加以确定。

在步骤55，增益项D从复合增益项CD中分离出来，因此将增益项C隔离出来。此外，还生成一组数据对{C，开度}，从而提供在制造过程710所用测试操作条件下执行器的操作模型。目前已知，虽然增益项C是阀门开度的函数，但增益项C(与阀门执行器有关的增益)通常并不取决于阀门的开度。在步骤55的每次迭代中，通过将设定点dSi处所计算出的开度除以增益项D的权重即可获得增益项C，设定点dSi储存于{C，开度}组中。

对每个所选的设定点dSi重复进行步骤52～55，这样可生产一组数据对{C，开度}，这组数据对提供了在测试操作条件下有关阀门执行器操作的信息，这些信息对于此后的组态过程是有用的。

在系统组态步骤60中，对工艺流体和/或工艺操作条件下的控制参数进行确定。物理模型考虑流体种类、入口及出口压力、温度等因素。因此，通过将流体种类信息及工艺操作条件提供给物理模型，并计算出达到各个具有代表性流体流量值所需的阀门开度，即可计算出增益项D。通过阀门物理模型以及阀门执行器操作模型所计算出的开度，可以计算出工艺流体和/或工艺操作条件下的增益项C。在本发明的某一实施方案中，执行器的操作模型是系统增益分解步骤50所生成的数据对{C，开度}。然而，在某些实施方案中，阀门的操作是已知的，或者可直接测定；这种情况下增益C可直接从阀门确定出来。因此，在获得增益项C和D后，复合增益项CD便可形成。此后，通过确定工艺流体的量程便可确定出增益项A。因此，工艺流体及工艺操作条件下的系统增益项CDA可以确定出来。

在求出系统增益项的倒数后，将这一倒数(即增益项G)应用于增益/前导/滞后控制器的控制回路。应该理解的是，增益项G可是质量流量控制器一项或多项操作条件的函数，比如可是设定点、入口和/或出口压力、温度等的函数。倒数增益项G可应用于增益/前导/滞后控制器，这样质量流量控制器控制回路至少相对于一项或多项增益项G为其函数的操作条件而言具有恒定的回路增益，下面将对此进行进一步详细的说明。

在步骤61，工艺流体的量程被确定下来，质量流量控制器要针对这一流体进行组态。确定量程的一种方法是根据工艺流体与测试流体下比热之比来计算出变换因数。应该理解的是，也可以使用其他的方法确定具体工艺流体的量程。举例而言，如果可能，具体工艺流体的量程可直接测定。

在步骤62，通过将工艺流体种类信息和/或工艺操作条件应用于物理模型，并计算出达到具有代表性流量值{cfS₀、cfS₁、cfS₂…}阀门所需的开度，从而从阀门的物理模型确定工艺流体和/或工艺操作条件下的增益项D。正如上面所讨论的，通过选择一个偏差n，并计算阀门在cfSi-n及cfSi+n处的阀门开度以及求出设定点变化与阀门开度变化之比(即2n/开度变化)，可以确定增益项D。此外，在cfSi处的阀门开度可确定出来，或者通过阀门在cfSi-n及cfSi+n处的开度值的平均来确定cfSi处的阀门开度。因此，在步骤62的每次迭代中，在工艺流体及工艺操作条件下阀门在cfSi处的开度以及增益项D被确定。

在步骤63，确定工艺流体及工艺操作条件下的增益项C。在本发明的某些实施方案中，增益项C可直接从执行器本身加以测定。可以选择的是，增益项C可从系统增益分解步骤50所产生数据对{C，开度}中所存储的信息加以确定。无论在哪种情况下，在步骤63的每次迭代中，对某一开度下的增益项Ci进行确定，该开度与工艺流体和/或工艺操作条件下的设定点cfSi相对应。

在步骤64，增益项D与增益项C相乘，从而生成复合增益项CD。正如所表明的，在步骤64的每次迭代中，步骤53所产生的增益Ci与步骤52所产生的增益项Di相乘，从而生成设定点cfSi处的复合增益项CDi。

在步骤65，增益项A的权重被除去。由于增益项A只是量程的倒数，所复合增益项CD只须除以工艺流体的量程即可生成系统增益项CDA。正如所表明的，在步骤65的每次迭代计算中，复合增益项CDi都与工艺流体的量程相除，从而生成设定点cfSi处的系统增益项CDAi。

在步骤66，计算系统增益项CDA的倒数，从而产生出倒数增益项G。正如所表明的，在步骤66的每次迭代计算中，确定出倒数增益项CDAi，所得到的Gi被输送给模块67，从而生成倒数增益项G。应该理解的是，增益项G可由多种技术所体现。举例而言，使用一条曲线与各个增益项Gi进行拟合，各Gi点可存储在查寻表中，增益项G也可由前面所讨论的任何方式进行体现，这些方式与增益项的定义有关。此外，增益项G可是一项或多项操作条件的函数。在图7f所示的实施方案中，增益项G是设定点的函数。然而，增益项G还可是多项操作条件的函数，这取决于质量流量控制器具体应用情况的需要。

对所选的设定点{cfS₀、cfS₁、cfS₂，…}重复进行步骤62～66，从而确定出工艺流体和/或工艺操作条件下的倒数增益项G，质量流量控制器将对该套工艺操作条件和工艺流体进行组态。

在步骤68，倒数增益项G被应用于质量流量控制器的控制回路，从而使控制回路至少在设定点下具有恒定的回路增益。一般而言，增益项G会提供至少相对于操作条件而言是恒定的回路增益，其中增益项G是操作条件的函数。

应该理解的是，通过根据工艺流体和/或工艺操作条件信息而确定出质量流量控制器的系统增益，并将系统增益的倒数增益项应用于质量流量控制器的控制回路，则质量流量控制器就具备了在工艺流体和/或工艺操作条件下操作的状态。换句话说就是，质量流量控制器在工艺流体和/或工艺操作条件下操作时，会表现出与其在制造过程中处于测试流体和/或测试操作条件下所表现出的相同响应；这就是说，当在工艺流体和/或工艺操作条件下操作时，质量流量控制器会产生出令人满意的响应。

应该理解的是，对质量流量控制器进行组态的过程可通过使用计算机而自动进行。举例而言，步骤50和步骤60可完全由存储在内存中并在计算机处理器上运行的程序控制，例如可由存储在个人计算机上的程序进行组态工作。因此，质量流量控制器可进行自动组态，以便在任何工艺流体和/或工艺操作条件下操作。

本文中所使用的“自动或自动地”通常是指主要由计算机或处理器所建立或所控制的一种状态。具体而言就是，自动进行的任务、步骤、处理和/或过程无须操作人员过多地介入或监督。因此，对质量流量控制器进行自动化组态是指质量流量控制器针对工艺流体和/或工艺操作条件无须手工介入的组态过程。在计算机控制下进行的质量流量控制器组态被认为是自动组态。

应该理解的是，诸如将质量流量控制器与计算机或处理器相连，对程序的运行进行初始化等项例行工作通常是由手工进行的。然而，虽然这些工作被认为是例行的，但这些工作却是质量流量控制器自动组态过程的一部分。

图14表明的是某种系统，这种系统可使质量流量控制器针对任意工艺流体和/或工艺操作条件的组态变得更加方便。该系统中包括质量流量控制器1000和计算机800。

质量流量控制器1000包括内存1002、处理器1004以及图1所示质量流量控制器1006的各种组件。处理器与内存相连，并至少可与质量流量控制器的某些组件相连。正如前面所述的，质量流量控制器的操作可在计算机控制下进行，在这种情况下，增益/前导/滞后控制器150由处理器1004所控制。质量流量控制器1000还包括组态数据1012，该组态数据是在质量流量控制器制造过程中获得的，存储于内存1002中。

计算机800包括内存802、处理器804、输入装置以及存储于内存802中的程序810。程序810包括多项指令，当该程序在处理器804上运行时，这些指令会执行质量流量控制器针对某一工艺流体和/或工艺操作条件进行组态所涉及到的各种步骤(即图7a中的步骤712，图7b、7e和7f中的步骤60和步骤70等步骤)。

应该理解的是，计算机800可是本领域所知的任意种类的计算装置。举例而言，计算机800可以是个人计算机、膝上型计算机、手提式计算机或者任何其他能够执行程序的计算装置。此外，计算机800可以以本领域所知的任何方式与质量流量控制器相连接以及与质量流量控制器进行通讯。举例而言，计算机800可通过电缆以任何一种标准通讯方式与质量流量控制器相连。其中标准通讯方式包括标准并行口通讯方式、串口通讯方式、通用串连总线方式等，但标准通讯方式并不局限于上述方式。可以选择的是，计算机800可通过无线方式与质量流量控制器相连。因此，应该理解的是，本发明并不局限于具体类型的计算装置、输入装置、连接方式或通讯方式，因为各种适合的计算装置、连接方式及通讯方式均可被使用。

根据本发明的某一实施方案，计算机800与质量流量控制器相连，从而对质量流量控制器在工艺流体和/或工艺操作条件下进行组态。程序810可在处理器804上运行。组态的输入项可输送给输入装置808。组态输入项可包括工艺流体种类信息、工艺操作条件以及与质量流量控制器组态相关的其他信息，但组态输入项并不局限于这些信息。输入装置可以是任何一种能够接收信息的装置；输入装置可包括键盘或键板、接收来自鼠标输入的接口软件、指针等，但输入装置并不局限于上述组成部分。

程序810然后获得存储在质量流量控制器内存1002中的组态数据1012。从组态数据和组态输入项，程序810确定质量流量控制器的控制参数，程序810可使质量流量控制器针对工艺流体和/或工艺操作条件所进行的组态更加方便。然后程序810或通过对现有控制参数进行相应的修改，或通过向质量流量控制器添加另外的控制参数而将控制参数应用于质量流量控制器中。按照这种方式，质量流量控制器可自动地进行组态，以便在工艺流体和/或工艺操作条件下操作。

在图15所示的本发明另一实施方案中，程序810可存储在质量流量控制器的内存1002中，并在处理器1004上运行；处理器1004同时还被用来控制增益/前导/滞后控制器150。在质量流量控制器中还可添加进来输入装置1008，这样可使质量流量控制器接收组态输入信息。因此，图15所示的质量流量控制器是可自动组态的。

C.减少滞后效应

在质量流量控制器的操作过程中，其组件经常会出现操作不稳定的情况。举例而言，使用电磁驱动阀的质量流量控制器易受到滞后这一不准确因素的影响，这一滞后现象与电磁部件的磁力有关。

本发明的某一实施方案通过向电磁驱动阀施加非操作性信号而提供某种降低滞后效应的方法。

当被用于电磁驱动装置时，非操作性信号是指应用于该装置但不能操作该装置的信号。例如，在电磁驱动阀中，非操作信号可能是指其强度不足以改变阀门受控部分(即阀杆)位置的信号。应该理解的是，非操作信号可以与控制信号或驱动信号是相同的，只是降低到不足以驱动该装置的程度。

图8表明了处于正常关闭状态(即阀门的缺省状态是关闭状态，在这里被称为常关阀)下质量流量控制器的电磁驱动控制阀的滞后原理。在图8中，控制阀驱动电流为横轴，流过控制阀的流体流量为纵轴。虽然图8是专门针对质量流量控制器中电磁驱动控制阀的，但应该理解的是，该图可普遍代表电磁驱动装置的情况，其中横轴通常对应着施加给电磁驱动装置的能量值，纵轴通常代表电磁驱动装置的位置变化值。

正如图8所示的，当阀门驱动电流上升时，流过控制阀的实际流体流量并未开始增加，直至驱动电流的强度足以克服弹簧的弹力，弹簧的弹力造成了阀门处于关闭位置的偏差。在图8中，足以克服弹簧弹力的驱动电流值用点X₁表示。在正常操作条件下，流过控制阀的实际流体流量在X₂这一点后的某点开始增加。正如曲线C₁所示的，当阀门电流增加到超过X₂点时，流过控制阀的实际流量随曲线C₁按比例但不是按线性关系增加。曲线上的R₁代表质量流量控制器中常关控制阀的通常操作范围。

虽然图8不是严格按比例绘制的，但质量流量控制器常关控制阀下的操作范围对于低流量质量流量控制器而言，通常代表着控制阀的开启位置与其关闭位置只有大约几微米，而对于高流量质量流量控制器而言，这一范围代表着几百微米。应该理解的是，操作范围取决于具体质量流量控制器的流量要求。

在图8所示的实施方案中，高于X₃位置的阀门驱动电流代表着质量流量控制器的操作超出了其操作范围(即量质流量的范围超出了质量流量控制器所设计和/或校准的范围)，控制阀处于全开位置代表着质量流量控制器处于泄流状态，在这种状态下，对于中低流量的质量流量控制器而言，控制阀的位置变化(离其关闭状态)大约处于250微米这一级别上，应该理解的是，控制阀的全开状态也是控制阀的一种操作状态，但在全开位置下，流过控制阀的流体量质流量无法加以准确的控制和监测。因此，正如本文所用的，当与质量流量控制器结合在一起使用时，操作范围被定义为阀位的变化范围，在这个范围内流过控制阀的流体质量流量可以加以准确的控制和监测。

正如图8所示的，当控制阀达到全开位置时，即使阀门驱动电流再增加，流过控制阀的实际流体流量随驱动电流的变化不再遵循曲线C₁，而是遵循另一条曲线C₂。因此，当阀门驱动电流从X₅这一点下降时，大致在X₆这一点之前流过控制阀的实际流体流量并不开始降低，在X₆这一点之下，实际流体的流量对阀门驱动电流按比例(但还不是按线性)下降，下降情况遵循曲线C₂。

如果按照这一方式操作控制阀之后(即先沿曲线C₁操作控制阀，然后再沿曲线C₂使控制阀回到关闭状态)，并且希望控制阀恢复到正常操作状态，则流过控制阀的实际流体流量不再沿曲线C₁变化，而是沿位于曲线C₁和C₂之间的曲线C₃变化。实际上，曲线C₁代表未被磁化的电磁控制阀的驱动电流对实际流量的变化曲线，曲线C₂是高度磁化的电磁控制阀的驱动电流对实际流量的变化曲线(即使控制阀沿曲线C₂回到其关闭位置之后)，曲线C₃的位置更加靠近曲线C₂。因此，实际流体流量并不是开始于X₂这一点，流体的流量将大约在X₇这一点开始出现。如果控制阀在其正常操作范围内沿曲线C₃操作，且返回到关闭位置，则下一次阀门开启时，流过控制阀的实际流体流量对阀门驱动电流的变化将沿另一条不同的曲线(即曲线C₄)进行，该曲线是曲线C₁和曲线C₂间曲线簇中的一条曲线。曲线C₄是更靠近曲线C₁还是更靠近曲线C₂要取决于阀门的操作历史，其中包括控制阀门在那一操作循环中操作的最高点，该最高点位于曲线C₃上。在上面所述的控制阀操作中，当前的操作状态取决于以前的操作状态，这种现象被称为滞后。

滞后现象的结果是对准确预测某一驱动水平的能力造成不利影响，由于阀门的操作取决于操作循环中阀门的操作历史，所以在这一驱动水平下，阀门会在每次操作循环后首先形成流量。正如前面所说明的，在可使阀门形成流量的该驱动水平之下设立一个基础值。然而，驱动水平滞后所造成的不确定性对设立基础值的准确度形成了不利影响。基础值设得太高会导致所不希望的超调值。基础值设置太低会导致从零流量变化到设定流量的响应时间太长。

图9-13以图形的形式表明了多种不同的波形，这些波形可被用作为非操作性信号来降低电磁驱动装置的滞后效应。举例而言，在图1所示的质量流量控制器中，增益/前导/滞后控制器150可向阀门执行器160提供这样的非操作性信号，从而降低滞后效应。

在图9中，某个随时间变化的正弦信号被输送给电磁驱动阀或其他装置来降低滞后效应。正如图9所示的，可以使用正弦波形的信号，该信号的强度在T₁时间段内消失。当使用电磁驱动装置作为质量流量控制器的控制阀时，正弦信号的幅度应小于足以开启电磁驱动阀所需的电流值。举例而言，在使用常关位置电磁驱动阀的质量流量控制器中，非操作信号的最大值应小于足以克服弹簧弹力而将阀门开启所需的最小电流值。因此，在图8中，信号的最大值应小于X₁，从而保证在应用这种信号波形时没有流量流过阀门。

正如图9所示的，随时间而变的波形的振幅在T₁时间段内会消失，经验结果已经表明，大约10～20次波形循环就足以将典型的电磁驱动阀调整到预定的状态，预定状态与前面的操作状态无关(即无论阀门以前是处于其正常操作范围之内，还是处于诸如吹扫状态这种正常操作范围之外的状态)。当电磁驱动阀是正常处于开启状态的阀门时，信号波形在其存在的整个时间段内会阻止流体通过阀门。

一般而言，对于具体信号波形所选用的频率视阀门应用情况的约束条件而定，举例而言，输往电磁驱动装置的频率可由功率限定值所限定。此外，通过变化电磁驱动装置保持关闭状态的时间可对频率构成更低的约束值。然而，一般而言，在具体应用约束范围之内的频率可给出所需的循环圈数，这些频率均是适用的。举例而言，在本文中使用10～20次循环这一范围内的信号来降低本文所述的滞后效应，但所述的这一范围并不具备限制性。

虽然图9所示的随时间变化波形被认为是降低电磁驱动装置滞后效应的最适用波形，但经验结果表明，其他各种类型的波形也可使电磁驱动装置达到预定状态。一般而言，每种这样的波形都向电磁驱动装置输送一个随时间而变的信号，该信号在一段时间后会消失。然而，经验结果还表明，也不必一定使用振幅会消失的随时间变化波形，振幅为恒定值的随时间变化信号也可以使用。

图10表明了另一种随时间变化的电流波形，这种波形可被用来降低电磁驱动装置或电磁驱动阀中由磁力所导致的滞后效应。正如图9所示，随时间变化波形的振幅在时间段T₁内递减，且其最大值小于使流体流过阀门所需控制信号的最小值。与图9所示的随时间变化波形情况相同，时间段T₁的长度可在大约1秒钟这一数量级上，这样可避免干扰正常操作。然而，除正弦波外，矩形波也可以使用。根据实际测试结果，其他的随时间变化波形也可以使用，如可使用齿形波等。应该注意的是，图9及图10所示的每种波形都可以向电磁驱动装置输送正值和负值。一般而言，在使电磁驱动装置达到预定状态时，即能输出正值又能输出负值的波形更适合，因为这样的波形可以有效地消除操作过程中电磁驱动装置内磁芯的余磁。

图11和图12表明的是另一种可消除电磁驱动控制阀滞后效应的波形。图11所示波形的振幅会在时间段T₁递减。然而，与图9和图10所示的波形相比，图11所示的波形只包括正值。根据电磁驱动阀所应用的具体情况，某一波形可以不具备提供具有正值和负值两种信号的能力。

图12表明的是某种随时间变化的信号波形，该信号波动也可被用来消除电磁驱动控制阀的滞后效应。虽然图中所示的是三角形波，但应该理解的是，正弦波，矩形波或各种其他形状的波形也可以使用。

应该理解的是，在图9-12中，每张图中随时间变化的波形的最大振幅不足以驱动电磁驱动的控制阀，因为这一最大振幅小于克服弹簧弹力从而开启阀门所需的控制或驱动信号强度。本发明的申请者已经发现，图12所示的随时间变化的电流波形可方便地由质量流量控制器现有的组件产生，无须额外的电路装置。再者，质量流量控制器现有的组件还可产生其他形状的波形，比如可产生矩形波，三角形波或者锯齿形波。

正如前面所说明的，应该理解的是，向电磁驱动装置输送信号波的频率及持续时间并不受本文所用数字的限制，本文所用的数字只是示范性数值，这些数字表明的只是即可以提供适当的循环次数又不对电磁驱动装置的正常操作造成干扰的数值。其他的频率及持续时间数值也是可用的，这些可用的数值被认为在本发明的范围之内。

图13所示的是另一种波形，该波形被用来将电磁驱动装置设置到每次操作循环后的具体预定状态。正如图13所示的，负值脉冲被应用到电磁驱动阀的线圈上。当用于质量流量控制器中时，这种脉冲信号一般是与正常被用来开启或全开电磁驱动控制阀的信号相对的，脉冲信号的强度不能够驱动阀门。举例而言，当用于常关状态的电磁驱动控制阀时，脉冲信号对应的是负向走向脉冲。应该理解的是，所使用的电流脉冲在极性上正好与开启质量流量控制器所需的信号相反。一般而言，在电磁驱动装置中，该脉冲信号的极性不能驱动电磁驱动装置，在优选情况下，该脉冲信号的极性与正常驱动信号的极性相反。

应该理解的是，该非操作信号可以是电流信号、电压信号或其他种类的信号。因此，图9-13以及这里所述的波形被认为是应用于具体情况下的特定随时间变化波形(例如随时间变化的电流波形以及随时间变化的电压波形等)。

上述驱动信号波形中的每一种波形都可以将电磁驱动装置设定到预定的状态，比如可将控制阀设定到预定的状态。因此，在图8中，可以知道被驱动的装置将按哪条曲线C操作。因此，被驱动装置有可能按一组曲线中的任何一条曲线Ci进行操作，这就造成了一定程度的不确定性，而本文中的方法降低或消除了这种不确定性。

应该理解的是，虽然在每次操作循环后没有必要将电磁驱动装置设置到预定状态，但这样做更好。举例而言，即使电磁驱动装置没有在其操作范围之外工作，该电磁驱动装置仍有可能受到滞后效应的影响，其中该滞后效应是由于设装置在其正常操作范围内操作的历史造成的。此外，由于检测电磁驱动装置何时在其正常操作范围之外操作会需要额外的编码和/或检测电路，所以每当操作循环之后，无论电磁驱动装置在前次循环中是在其正常操作范围内工作还是在其正常操作范围之外工作，更佳的做法通常是将电磁驱动装置设为相同的预定状态。照此方式，不管其前面是怎样的一个操作状态，电磁驱动装置在操作过程中都遵循特定的曲线。

应该理解的是，可以以多种方式提供非操作性信号，本发明不受任何一种特定方式的限制。举例而言，质量流量控制器的控制装置及控制电子装置可产生各种各样的波形(如图9-13所示的波形)，阀门执行器可将这些波形变换成非操作性信号，并施加到阀门上来缓解滞后效应。另外一种情况是，可使用某一函数发生器与阀门或阀门执行器相连，从而生成非操作性信号来降低滞后效应。任何适用方式所产生的波形可以是数字式的或者是模拟式的，并可根据具体的应用需要进行转换。实际上，在本技术领域中有许多产生适用信号的技术，这些技术被认为在本发明涵盖的范围之内。

D、阀门的物理模型

根据本发明的另一方面，本发明的申请者已从物理的角度对不同入口及出口压力下流体的流动进行了模拟。流动主要包括二个组成部分：粘性压降和非粘性(动态)压降。当每个组成部分所导致的阀位有效变化相等时，通过将二个组成部分所起的作用加合在一起，使用下列方式可经验地确定出阀位的有效变化量。正如前面所说明的，确定阀门在具体流体及具体流量下的有效阀位变化可确定出与阀门相关的增益项(如增益项D)，因此也就确定出了与阀门执行器相关的增益项(如增益项C)。

现参见图16，使用P₁表示上游或入口的压力，使用P₂表示下游或出口压力1，使用Q代表质量流率；阀门开启高度用H表示，单独的粘度因素使压力从P₁降至中间某一压力P_X。非粘性可压缩流动使压力从中间压力P_X降至P₂。根据两块平行板(如阀座和凸面)间流体粘性流动的物理模型来模拟阀门170所造成的粘性压降，两块平行板间的距离H(即阀门170的阀位变化量)由下列方程得到

$H^3=\frac{24\·\mathrm{\μQLRT}}{w({P_1}^2-{P_x}^2)}\·1.654\×{10}^{-18}\left(f{t}^3\right)$

                            方程1

其中P₁、P_X：粘性表面的上、下游压力(PSi)；

Q：质量流率(sccm)；

L：流动管线的长度(ft)

H：两块平行板间的距离(ft)

W：流动管线的宽度，W等于π·Φ，Φ是凸出部分1650的平均直径，受测阀门的Φ等于0.040″；

U：气体的运动粘度(厘泊)；

T：绝对温度(华氏度)；

通用气体常数，1545.33(ft-Ibf/Ib-mole-deg.R)；

R：气体常数(ft-lb/lbm-deg.R)。

阀门170的非粘压降根据流过缝隙或凸起部位的流体非粘流体物理模型加以模拟，由模拟得到：

$\frac{Q}{A}=1.2686\×{10}^6{P}_{x,0}{\left(\frac{2}{\mathrm{\γ}+1}\right)}^{\left(\frac{\mathrm{\γ}+1}{2(\mathrm{\γ}-1)}\right)}\sqrt{\frac{\mathrm{\γ}}{M_w{T}_{\mathrm{1,0}}}}$

                     方程2用于扼流状态；和

$\frac{Q}{A}=1.2686\×{10}^6{P}_{x,0}{\left(\frac{P_2}{P_{x,0}}\right)}^{\left(\frac{\mathrm{\γ}+1}{2\mathrm{\γ}}\right)}\sqrt{\frac{2\mathrm{\γ}}{(\mathrm{\γ}-1)M_2{T}_{\mathrm{1,0}}}\{{\left(\frac{P_{x,0}}{P_2}\right)}^{\left(\frac{\mathrm{\γ}-1}{\mathrm{\γ}}\right)}-1\}}$

                     方程3用于非扼流状态；如果

$\frac{P_2}{P_{x,0}}\≤{\left(\frac{2}{\mathrm{\γ}+1}\right)}^{\left(\frac{\mathrm{\γ}}{\mathrm{\γ}-1}\right)}$

                  方程(4)

则流动处于扼流状态，否则处于非扼流状态。其中：

Q等于流过阀门的流量(sccm)；

A等于π·Φ·H，这是阀门的有效面积(平方英寸)；

Φ等孔隙1640的直径；

Mw等于气体分子量(克/摩尔)；

PX，o，等于上游总压力(乇)；

P₂等于下游静压(乇)；

T_1，0等于气体温度(K)；

γ＝比热之比。

通过上述的粘性及非粘性方程，可容易地确定出阀门170的有效位移(即H)。虽然上面非粘性计算所用的某些单位似乎不同于粘性计算所用到的单位，但这二方程间没有本质的区别，在每个方程的数字常数项都已放入了单位转换因子。

为确定阀门有效的开度，现假定测量出的质量流率为Q，测出的上、下游压力分别为P₁和P₂，速度压头对总压力的影响忽略不计，并用一种方法对阀门170的有效开度进行计算。某种计算有效开度的具体方法是通过试差法计算中间压力P_X，这种方法根据流动是否是扼流而通过粘性流动理论(Hv)和非粘性流动理论(Hi)计算H值。因此，如果中间压力大约是出口压力的两倍，则可以认为流动处于扼流状态，此时使用方程2来计算非粘性部分，如果入口压力不到出口压力的两倍，则使用方程3来计算非粘性部分。在已知Q、P₁和P₂的情况下，当Hv和Hi相等时，可得到正确的P_X。因此，计算过程中包括计算P_X的连续迭代计算。在计算开始时，P_X选定为P₁和P₂间的某一值。然后计算粘性阀门开度(Hv)以及非粘性阀门开度(Hi)。如果确定Hv大于Hi，则意味着粘性流运没有足够的压差来达到所需的流量，这样在下一次迭代计算中将选一个更低的P_X′，该P_X′位于下游压力P₂和上一个中间压力P_X之间。这种迭代计算将继续下去，直至所计算出的两个阀门开度Hv和Hi的差别在0.1％之内为至。根据本发明的某一方面，这种迭代过程可由软件执行。本技术领域的普通人员可容易地使用迭代计算所用的程序，这一程序可在计算机上运行。因此，根据上面的方法可以确定在不同流动速率下阀门170的有效开度。

正如前面所说明的，在对各种不同流体或气体的实验测试基础上，本发明的申请人已经确定出了当从一种气体变化到另一种气体时质量流量计的增益项A的权重有多大，该权重主要由流体的比热或气体的比热所决定。因此，一旦使用已知的液体或气体对质量流量控制器100进行过校准，则其他种类气体的增益变化就是已知的。此外，由于决定增益项B的各项常数可存储在质量流量控制器100的内存中，所以增益/前导/滞后控制器150的增益项B对质量流量控制器100的影响程度是已知的，阀门执行器160的增益项C的影响程度是一个有效的常数或是已知的。因此，剩下来的是确定在不同气体及不同操作条件下阀门170和气体管线的增益项D的权重有多大，以及如何在不同于质量流量控制器进行初始校准所用流体或气体情况下，对质量流量控制器操作范围的变化进行补偿。

根据本发明的另一方面，本发明提供某种对质量流量控制器进行组态的方法，该质量流量控制器已在已知条件下对已知流体或气体进行过调试，这种方法可用于对质量流量控制器的调节，这样可使质量流量控制器在不同的流体或气体下，或者在不同操作范围内产生大致相同的响应。正如前面所讨论的，质量流量控制器100最初是在已知气体(比如氮气)及已知入口压力及出口压力进行调试的。为简便起见，本发明的某一实施方案所用的入口压力大于2个大气压，出口压力为环境压力，选择这样的入口压力和出口压力有二个方面的优势。其一是使用与扼流状态相关的入口及出口压力可使对阀门及阀门气体通道的模拟变得更加方便，因为扼流条件可用非粘压降方程。其二是这种操作状况(即大致为2个大气压的压降)对最终用户而言是一种很典型的操作状况。在这种操作状态下，气道的增益可定义为：

                               方程5

为了使同一质量流量控制器在未知气体及在新的流量范围下操作，质量流量控制器100的闭环增益按如下方程变化：

                               方程6

其中Cfc_x＝未知气体的变换因子“C”，Mw＝气体的分子量。

上述方程是近似方程，因为还有一项是入口压力、温度以及比热比值的函数。然而，这一附加项的影响指数只为0.4，通常是可以忽略不计的。举例而言，质量流量控制器100最初是使用氮气作为已知流体或气体而进行校准的，该附加项对于氮气和其他双原子气体而言为0.684，对单原子气体而言，该附加项的值上升到0.726，对于多原子气体而言，该值又回落到0.628，然后取该值的0.4次方。因此，其他气体与氮气的差别最多也只有3.5％，这一差别基本上可以忽略不计。为了对不同气体及不同操作条件下的上述增益变化进行补偿，通过求取以上比值的倒数可改增益项G，这样可向质量流量控制器提供一个恒定的闭路增益，该恒定闭路增益与设定点无关、与操作条件无关也与流体或气体的种类无关。这就是说，如果质量流量控制器的闭路增益为A*B*C*D，则增益项G被定为1/(A*C*D)，从而产生一个与校准过程相同的闭路增益。

本文对本发明的几个实施方案进行了详细的说明，本技术领域的人员可容易地对这些实施方案进行各种修改和完善，但这些修改和改善被认为在本发明的范围之内。因此，前面的说明只是示范性的，这些说明并不具有限制性。本发明只受本文下面所述的权利要求或等同的内容所限制，并为这些权利要求或等同内容所定义。

Claims (148)

1.一种对质量流量控制器进行组态的方法，该质量流量控制器在工艺操作条件下工作，其中的工艺操作条件至少在一定程度上不同于质量流量控制器在制造过程所处的操作条件。该方法包括：

在测试操作条件下建立质量流量控制器的响应；

根据工艺操作条件至少修改质量流量控制器的一项参数，这样可使质量流量控制器在工艺操作条件下产生的响应基本保持不变。

2.如权利要求1中的方法，其中工艺操作条件中包括与测试流体不同的工艺流体，对至少一项控制参数进行修改包括至少在一定程度上根据工艺流体种类信息来修正至少一项控制参数。

3.如权利要求1中的方法，其中对控制参数的修改包括至少确定一项与质量流量控制器多个组成部件中某一部件相关的增益项，其中的质量流量控制器是在工艺操作条件下工作。

4.如权利要求3中的方法，其中增益项的确定包括通过对至少一项增益的乘积求取倒数来确定倒数增益项。

5.如权利要求4中的方法，其中质量流量控制器的各种组成部件包括阀门，对至少一项增益的确定包括通过该阀门的物理模型确定至少一项增益。

6.如权利要求4中的方法，其中对至少一项控制参数的修改包括使至少一项控制参数等于倒数增益项。

7.如权利要求1中的方法，其中对至少一项控制参数的修改包括确定质量流量控制器在工艺操作条件下质量流量控制器多个组成部分的工艺增益项，质量流量控制器的多个组成部件形成了质量流量控制器的控制回路。

8.如权利要求7中的方法，其中对多个工艺增益项的确定包括通过求取多项工艺增益项乘积的倒数来确定工艺倒数增益项，工艺倒数增益项至少是一项可变操作条件的函数。

9.如权利要求8中的方法，其中对至少一项控制参数的修改包括使至少一项控制参数等于工艺倒数增益项；这样，至少在一项可变操作条件下控制回路具有恒定的回路增益。

10.如权利要求7中的方法，其中质量流量控制器的多个组成部件中至少包括一个阀门，对多个工艺增益项的确定包括通过该阀门的物理模型来确定多个增益项中的至少一项。

11.如权利要求7中的方法，其中对多个工艺增益项的确定包括通过工艺操作条件下工艺流体的量程来确定至少一项工艺增益项，其中的工艺流体不同于测试流体。

12.权利要求1中的方法还包括在建立质量流量控制器响应的过程中获取组态数据。

13.如权利要求12中的方法，其中建立响应的过程包括在测试流体及测试条件下建立质量流量控制器的动态响应。

14.如权利要求13中的方法，其中建立响应的过程还包括在测试流体及测试条件下建立质量流量控制器的稳态响应。

15.如权利要求14中的方法，其中质量流量控制器包括流量计、阀门以及阀门执行器，该方法还包括在建立质量流量控制器的动态响应及稳态响应过程中获得组态数据；

其中获得组态数据的过程包括在测试流体及测试操作条件下至少获得一项与流量计动态响应相关的传感器调节数据、与阀门和阀门执行器相关的阀门特性数据以及与质量流量控制器稳态响应相关的校准数据。

16.如权利要求12中的方法，其中获得组态数据的过程包括确定至少一项与质量流量控制器多个组成部件中至少一个组成部件相关的测试增益项。

17.如权利要求16中的方法，其中获得组态数据的过程包括通过求取至少一项测试增益项乘积的倒数来确定测试倒数增益项。

18.如权利要求17中的方法，其中对至少一项控制参数进行修改的过程包括根据工艺操作条件确定至少一项与质量流量控制器多个组成部件相关的工艺增益项。

19.如权利要求18中的方法，其中对至少一项工艺增益项的确定过程包括通过求取至少一项工艺增益项乘积的倒数来确定工艺倒数增益项。

20.如权利要求19中的方法，其中对至少一项控制参数的修改过程包括将测试倒数增益项修改为工艺倒数增益项。

21.如权利要求19中的方法，其中质量流量控制器的多个组成部件包括流量计、阀门以及阀门执行器，其中对至少一项工艺增益项的确定过程包括根据工艺操作条件来确定与质量流量控制器的流量计、阀门以及阀门执行器相关的多个工艺增益项。

22.如权利要求21中的方法，其中获得组态数据的过程包括确定工艺操作条件下工艺流体的流量量程范围，其中的工艺流体不同于测试流体。

23.如权利要求22中的方法，其中确定多项工艺增益项的过程包括通过阀门的物理模型确定至少一项与阀门相关的工艺阀门增益项，该阀门的物理模型适合将工艺操作条件作为参数。

24.如权利要求23中的方法，其中确定工艺阀门增益项的过程包括通过阀门的物理模型确定与阀门执行器相关的工艺阀门执行器增益项。

25.如权利要求22中的方法，其中确定多个工艺增益项的过程包括根据工艺全量程范围来确定工艺流量计增益。

26.一种计算机可读介质，该介质上有某一程序的编码，该程序在处理器上运行，当该程序在处理器上运行时，该程序会执行对质量流量控制器进行组态的方法，其中质量流量控制器在某组工艺操作条件下操作，该工艺操作条件至少在一定程度上不同于在质量流量控制器制造过程中建立质量流量控制器响应所用的测试操作条件，该组态方法包括：接收工艺流体种类信息及工艺操作条件中的至少一种作为输入项；

根据该输入项对质量流量控制器的至少一项控制参数进行修改；这样，当在工艺操作条件下工作时，质量流量控制器的响应不会发生重大的变化。

27.如权利要求26中的计算机可读介质，其中工艺操作条件包括一种不同于在建立质量流量控制器响应时所用测试流体的工艺流体，对至少一项控制参数的修改过程包括至少在一定程度上根据工艺流体种类信息来修改至少一项控制参数。

28.如权利要求26中的计算机可读介质，其中修改控制参数的过程包括根据输入项至少确定至少一项与质量流量控制器多个组成部件至少一种部件相关的增益项。

29.如权利要求28中的计算机可读介质，其中确定至少一项增益项的过程包括通过求取至少一项工艺增益项乘积的倒数来确定工艺倒数增益项。

30.如权利要求29中的计算机可读介质，其中质量流量控制器的各种组成部件包括阀门，对至少一项增益的确定包括通过该阀门的物理模型确定至少一项增益。

31.如权利要求29中的计算机可读介质，其中对至少一项控制参数的修改包括使至少一项控制参数等于倒数增益项。

32.如权利要求26中的计算机可读介质，其中对至少一项控制参数的修改包括确定质量流量控制器在工艺操作条件下质量流量控制器多个组成部分的工艺增益项，质量流量控制器的多个组成部件形成了质量流量控制器的控制回路。

33.如权利要求32中的计算机可读介质，其中对多个工艺增益项的确定包括通过求取多项工艺增益项乘积的倒数来确定工艺倒数增益项，工艺倒数增益项至少是一项可变操作条件的函数。

34.如权利要求33中的计算机可读介质，其中对至少一项控制参数的修改包括使至少一项控制参数等于工艺倒数增益项；这样，至少在一项可变操作条件下控制回路具有恒定的回路增益。

35.如权利要求32中的计算机可读介质，其中质量流量控制器的多个组成部件中至少包括一个阀门，对多个工艺增益项的确定包括通过该阀门的物理模型来确定多个增益项中的至少一项。

36.权利要求26中的计算机可读介质还包括从质量流量控制器获得组态数据，该组态数据是在测试操作条件下建立质量流量控制器的响应过程中获得的。

37.如权利要求36中的计算机可读介质，其中获得组态数据的过程包括至少获得传感器调节数据、阀门特性数据及校准数据中的一种。

38.如权利要求36中的计算机可读介质，其中获得组态数据的过程包括确定至少一项与质量流量控制器多个组成部件中至少一个组成部件相关的测试增益项。

39.如权利要求38中的计算机可读介质，其中获得组态数据的过程包括通过求取至少一项测试增益项乘积的倒数来确定测试倒数增益项。

40.如权利要求39中的计算机可读介质，其中对至少一项控制参数进行修改的过程包括根据工艺操作条件确定至少一项与质量流量控制器多个组成部件相关的工艺增益项。

41.如权利要求40中的计算机可读介质，其中对至少一项工艺增益项的确定过程包括通过求取至少一项工艺增益项乘积的倒数来确定工艺倒数增益项。

42.如权利要求41中的计算机可读介质，其中对至少一项控制参数的修改过程包括将测试倒数增益项修改为工艺倒数增益项。

43.如权利要求41中的计算机可读介质，其中对至少一项工艺增益项的确定过程包括根据工艺操作条件来确定与质量流量控制器的流量计、阀门以及阀门执行器相关的多个工艺增益项。

44.如权利要求43中的计算机可读介质，其中获得组态数据的过程包括确定工艺操作条件下工艺流体的流量量程范围，其中的工艺流体不同于测试流体。

45.如权利要求44中的计算机可读介质，其中确定多项工艺增益项的过程包括通过阀门的物理模型确定至少一项与阀门相关的工艺阀门增益项，该阀门的物理模型适合将工艺操作条件作为参数。

46.如权利要求45中的计算机可读介质，其中确定工艺阀门增益项的过程包括通过阀门的物理模型确定与阀门执行器相关的工艺阀门执行器增益项。

47.如权利要求44中的计算机可读介质，其中确定多个工艺增益项的过程包括根据工艺全量程范围来确定工艺流量计增益。

48.如权利要求26中的计算机可读介质，其中质量流量控制器含有处理器，质量流量控制器的内存中存储有程序，质量流量控制器与处理相连在一起，其中的输入项是与处理器相连的质量流量控制器的输入项，当程序在处理器上运行时，质量流量控制器对输入项中所接收的工艺操作条件进行组态。

49.如权利要求36中的计算机可读介质，其中质量流量控制器含有处理器，质量流量控制器的内存中存储有程序，质量流量控制器与处理相连在一起，其中的输入项是与处理器相连的质量流量控制器的输入项，当程序在处理器上运行时，质量流量控制器对输入项中所接收的工艺操作条件进行组态。其中的组态数据存储在质量流量控制器的内存中。

50.如权利要求36中的计算机可读介质，该介质与计算机结合在一起。其中计算机包括处理器，程序在处理器上运行，计算机还包括内存，该内存中存储有从质量流量控制器获得的组态数据。

51.一种对质量流量控制器进行组态的方法，其中的质量流量控制器在第一组操作条件下时具有第一种响应，在第二组操作条件下时具有第二种响应，在进行组态之前，第二种响应大大不同于第一种响应，该组态方法包括：

使质量流量控制器在第一组操作条件下操作；

在操作过程中获得质量流量控制器的组态数据；

根据组态数据设定至少一项控制参数，从而使质量流量控制器在第一组操作条件下产生出第一种响应；

至少在一定程度上根据组态数据对至少一项控制参数进行修改，从而使质量流量控制器在第二组操作条件下也产生出第一种响应。

52.如权利要求51中的方法，还包括确定质量流量控制器在第一组操作条件下与质量流量控制器组成部件相关的多个增益项。

53.如权利要求52中的方法，其中确定多个增益项的过程包括至少确定与流量计相关的流量计增益项、与阀门执行器相关的阀门执行器增益项以及与阀门相关的阀门增益项中的一项。

54.如权利要求52中的方法，其中对多个工艺增益项的确定包括通过求取多项工艺增益项乘积的倒数来确定工艺倒数增益项，工艺倒数增益项至少是一项可变操作条件的函数。

55.如权利要求54中的方法，其中对至少一项控制参数的修改包括使至少一项控制参数等于倒数增益项。

56.如权利要求51中的方法，其中获得组态数据的过程包括获得至少与流量计、阀门和阀门执行器相关的第一复合增益项。流量计、阀门和阀门执行器至少在一定程度上形成了在第一组操作条件下质量流量控制器的控制回路。

57.如权利要求56中的方法，其中获得组态数据的过程包括确定与第一组操作条件相关的测试量程范围。

58.如权利要求57中的方法，其中对至少一项控制参数进行设定的过程包括将某项控制回路的控制参数设为第一复合增益项的倒数，控制回路的控制参数是至少一项可变操作条件的函数；这样，控制回路的增益作为至少一项可变操作条件的函数不会发生变化。

59.如权利要求58中的方法，其中对至少一项控制参数的修改过程包括至少根据阀门的物理模型以及与第二组操作条件相关的工艺量程范围来确定至少与质量流量控制器的流量计、阀门、阀门执行器以及第二组操作条件相关的第二复合增益项。

60.如权利要求59中的方法，其中对至少一项控制参数进行修改的过程包括将某项控制回路的控制参数设为第二复合增益项的倒数；这样，当在第二组操作条件下操作时，控制回路的增益至少相对于一项可变操作条件保持恒定。

61.一种对质量流量控制器进行组态的方法，其中的质量流量控制器含有控制回路，该控制回路包括：

流量计，该流量计对质量流量控制器所提供的实际流体流量进行检测，流量计产生一个经过调节的输出信号，流量计具有第一增益项；

控制部分，该控制部分接收第二输入信号，该输入信号代表着质量流量控制器所需提供的流体流量，该控制部分还生成控制信号；控制信号具有第二增益项，该增益项是至少一项可变操作条件的函数；

阀门，阀门根据阀门一个或多个元件的位移而造成流体的流动，阀门具有的增益项为第三增益项；

阀门执行器，阀门执行器接收控制信号并调节阀门一个或多个元件的位置，阀门执行器所具有的增益项为第四增益项；

该对质量流量控制器进行组态的方法会产生一个基本上恒定的控制回路增益，该方法包括下述步骤：

在第一种流体及第一组操作条件下确定第一、第三和第四增益项；

预测第一、第三和第四增益项是如何随第二种流体及第二组操作条件中的至少一项而变化的；

将第二增益项设为第一、第三和第四增益项乘积倒数的常数倍，这样可在至少一项可变操作条件下产生恒定的控制回路增益。

62.一种控制质量流量控制器的方法，质量流量控制器含有多个组成部分，这些组成部分构成了质量流量控制器的控制回路，该控制方法包括：

生成至少一个控制回路的控制参数，该控制参数是至少一项可变操作条件的函数；

通过将至少一项控制回路的控制参数应用于质量流量控制器的控制回路，从而至少在一项可变操作条件下保持控制回路具有恒定的增益。

63.如权利要求62中的方法，其中至少形成一项控制回路控制参数的过程包括：通过求取至少一项与质量流量控制器至少某一组成部件相关增益项的乘积倒数来生成控制回路的控制参数。

64.如权利要求63中的方法，其中至少一项可变的操作条件含有设定点。

65.如权利要求63中的方法，其中至少一项可变的操作条件含有阀门入口压力。

66.如权利要求63中的方法，其中通过将至少一个增益项与控制回路中的控制参数相乘来保持控制回路增益的恒定。

67.如权利要求62中的方法，其中生成控制回路参数的过程包括生成一倒数增益项，该倒数增益项是复合增益项的倒数，该复合增益项至少与质量流量控制器的流量计、阀门执行器及阀门相关。

68.如权利要求67中的方法，其中通过将倒数增益项应用于质量流量控制器的控制回路来保持回路增益的恒定。

69.一种具有控制回路的质量流量控制器，该质量流量控制器包括：

流量计，该流量计适合测量流体流动通道中的流体流量，并输出代表该流动通道中质量流量的流量信号；

控制器，该控制器与流量计相连，并适合至少在一定程度上根据流量信号来产生驱动信号；

阀门执行器，该执行器适于接收来自控制器的驱动信号；

阀门，该阀门由阀门执行器控制，并与流体流动通道相连；

其中质量流量控制器的控制回路包括流量计、控制器、阀门执行器以及阀门；控制回路在操作过程至少在一项可变的操作条件下保持基本恒定的控制回路增益。

70.如权利要求69中的质量流量控制器，其中基本恒定的控制回路增益项至少包括一个与流量计、阀门执行器以及阀门中至少一项相关的增益项。

71.如权利要求70中的质量流量控制器，其中基本恒定的控制回路增益项包括一个倒数增益项，该倒数增益项是通过求取至少一个增益项乘积的倒数而形成的。

72.如权利要求71中的质量流量控制器，其中倒数增益项至少是设定点的函数。

73.如权利要求71中的质量流量控制器，其中倒数增益项至少是阀门入口压力的函数。

74.如权利要求69中的质量流量控制器，其中基本恒定的控制回路增益项包括一个复合增益项，该复合增益项至少与流量计、阀门执行器以及阀门相关。

75.如权利要求74中的质量流量控制器，其中基本恒定的控制回路增益项包括某一倒数增益项，该倒数增益项为复合增益项乘积的倒数，该倒数增益项至少是一项可变操作条件的函数。

76.如权利要求75中的质量流量控制器，其中倒数增益项与复合增益项的乘积形成基本恒定的控制回路增益项。

77.如权利要求69中的质量流量控制器，其中流量计至少包括一个归一化电路、一个响应补偿电路以及一个线性化电路。

78.如权利要求77中的质量流量控制器，其中流量计包括线性化曲线。

79.如权利要求78中的质量流量控制器，其中线性化曲线是对控制点的三维仿样拟合。

80.如权利要求79中的质量流量控制器，其中控制点是组态数据的一部分，组态数据是在测试流体及测试操作条件下确定质量流量控制器特性过程中获得的。

81.如权利要求80中的质量流量控制器，其中控制点是由两点数据组成的数据对，该数据对表明的是传感器输出信号以及所选设定点下的实际流体流量。

82.如权利要求75中的质量流量控制器，其中控制器是增益/前导/滞后控制器。

83.如权利要求82中的质量流量控制器，其中倒数增益项被用作为增益/前导/滞后控制器的第一项输入。

84.如权利要求83中的质量流量控制器，其中来自流量计的流量信号及设定点信号分别被用作增益/前导/滞后控制器的第二和第三项输入。

85.如权利要求84中的质量流量控制器，其中增益/前导/滞后控制器根据流量信号与设定点信号间的差值来输出一个差值信号。

86.如权利要求85中的质量流量控制器，其中增益/前导/滞后控制器将倒数增益项与差值信号相乘。

87.一种质量流量控制器，该质量流量控制器包括：

流量计，该流量计适合测量流体流动通道中的流体流量，并输出代表该流动通道中质量流量的流量信号，该流量计具有第一增益项；

阀门，该阀门接收某一控制信号，该控制信号控制流动管路中流体的质量流量，该阀门具有第二增益项；

阀门执行器，该执行器接收驱动信号，并向阀门提供一个控制信号，该阀门执行器具有第三增益项；

控制器，该控制器的第一输入项接收流量信号，第二输入项接收代表者所需的流体质量流量的设定点信号，该控制器向阀门执行器输出一个驱动信号；

其中该控制器适于通过求取至少第一、第二级第三增益项乘机的倒数而生成倒数增益项。

88.如权利要求87中的质量流量控制器，其中倒数增益项是通过求取第一、第二及第三增益项中至少二项增益乘积的倒数而生成的。

89.如权利要求87中的质量流量控制器，其中倒数增益项是通过求取第一、第二及第三增益项乘积的倒数而生成的。

90.如权利要求87中的质量流量控制器，其中倒数增益项是通过求取质量流量控制器系统增益项的倒数而生成的。

91.如权利要求89中的质量流量控制器，其中倒数增益项是至少一项可变操作条件的函数。

92.如权利要求91中的质量流量控制器，其中质量流量控制器控制回路包括流量计、阀门执行器、阀门以及控制器，其中倒数增益项至少在一项可变操作条件下使控制回路的回路增益保持恒定。

93.一种确定阀门开度的方法，流体在入口压力下进入阀门，在出口压力下离开阀门，该方法包括：

(A)选定一个位于入口压力和出口压力之间的中间压力；

(B)根据入口压力与中间压力之间的粘性压降来确定第一类阀门开度；

(C)根据中间压力与出口压力之间的非粘性压降来确定阀门的第二类开度；

(D)确定第一类开度是否近似等于第二类开度；

(E)当第一类开度近似等于第二类开度时，选择第一类开度或第二类开度中的一个作为阀门的开度。

94.如权利要求93中的方法，还包括：

如果步骤(D)确定第一类开度不近似等于第二类开度，则选择一个新的中间压力。

95.如权利要求94中的方法，还包括：重复步骤(B)-(D)，直至在步骤(D)中确定第一类开度近似等于第二类开度。

96.如权利要求93中的方法，其中步骤(C)包括：

根据扼流状态下中间压力与出口压力间的非粘压降而进行第一步计算，从而确定当中间压力比出口压力大约高2个大气压时阀门的第二类开度；

根据非扼流状态下中间压力与出口压力间的非粘压降而进行第二步计算，从而确定当中间压力高于出口压力不到2个大气压时阀门的第二类开度。

97.如权利要求96中的方法，其中第一步和第二步计算是根据流过孔隙的非粘流动物理模型而进行的。

98.如权利要求93中的方法，其中步骤(C)包括：使用第一步计算来确定第二类开度，其中第一步计算根据流过孔隙的非粘流体的物理模型而进行的。

99.如权利要求93中的方法，其中步骤(B)包括：使用第一步计算来确定阀门的第一类开度，其中第一步计算是根据两块平行板间的粘性流动物理模型而进行的。

100.一种降低电磁驱动装置滞后效应的方法，该方法包括：向电磁驱动装置施加一个预定的非操作信号，从而使该电磁驱动装置处于某一预定状态。

101.如权利要求100中的方法，其中在电磁驱动装置每次操作循环之后都向电磁驱动装置施加非操作信号。

102.如权利要求100中的方法，其中只在电磁驱动装置在预定操作范围之外进行过操作后才对电磁驱动装置施加非操作信号。

103.如权利要求100中的方法，其中施加非操作信号包括施加非操作电流信号。

104.如权利要求100中的方法，其中施加非操作信号包括施加非操作电压信号。

105.如权利要求100中的方法，其中施加非操作信号包括施加随时间变化的正弦波。

106.如权利要求105中的方法，其中施加的随时间变化的正弦波包括波幅随时间递减的正弦波。

107.如权利要求106中的方法，其中施加的随时间变化的正弦波包括具有单侧波幅的正弦波，这样波形只有非负的值。

108.如权利要求100中的方法，其中施加非操作信号包括施加随时间变化的矩形波。

109.如权利要求108中的方法，其中所施加的随时间变化的矩形波包括波幅随时间递减的矩形波。

110.如权利要求108中的方法，其中施加的随时间变化的矩形波包括具有单侧波幅的矩形波，这样波形只有非负的值。

111.如权利要求100中的方法，其中施加非操作信号包括施加随时间变化的三角形波。

112.如权利要求111中的方法，其中所施加的随时间变化的三角形波包括波幅随时间递减的三角形波。

113.如权利要求112中的方法，其中施加的随时间变化的三角形波包括具有单侧波幅的三角形波，这样波形只有非负的值。

114.如权利要求100中的方法，其中施加非操作信号包括施加脉冲形状的信号。

115.如权利要求114中的方法，其中施加脉冲形状信号的过程包括施加某一脉冲形状的信号，该脉冲信号与作用于电磁驱动装置的操作信号正相反。

116.一种操作电磁驱动装置的方法，该方法包括：

(a)向电磁驱动装置提供第一个能量，以便将电磁驱动装置从第一个位置移动到第二个位置；

(b)向电磁驱动装置提供第二个能量，以便使电磁驱动装置回到第一个位置；

(c)在第一个能量超出了预定的能量值时，在操作步骤

(b)之后，将电磁驱动装置设定到预定的状态。

117.如权利要求116中的方法，其中步骤(c)包括向电磁驱动装置施加一个随时间变化的信号。

118.如权利要求117中的方法，其中施加的随时间变化的信号至少为正弦波、矩形波、三角形波以及锯齿形波中的一种。

119.如权利要求118中的方法，其中施加的随时间变化的信号包括具有单侧波幅的信号，这样波形只有非负的值。

120.如权利要求118中的方法，其中施加的随时间变化的信号包括波幅随时间递减的随时间变化信号。

121.如权利要求116中的方法，其中电磁驱动装置是具有受控部分的控制阀。

122.如权利要求121中的方法，其中提供第一能量包括提供一个驱动信号来控制阀门的受控部位，驱动信号具有第一种信号。

123.如权利要求122中的方法，其中步骤(c)包括向阀门提供一个脉冲。

124.如权利要求123中的方法，其中提供脉冲包括提供一个与第一信号相反的脉冲。

125.如权利要求122中的方法，其中预定的能量值超出了开启阀门受控部分所需的驱动信号能量值。

126.如权利要求116中的方法，其中电磁驱动装置是质量流量控制器的电磁驱动阀。

127.如权利要求126中的方法，其中质量流量控制器具有某一操作范围，其中预定的能量值是使电磁驱动控制阀的位置超出质量流量控制器正常操作范围之外所需的能量。

128.一种设备，该设备包括：

电磁驱动装置；

与电磁驱动装置相连的电磁执行器，该执行器适于向电磁驱动装置提供一个非操作性信号，从而将电磁驱动装置设定到预定的状态。

129.如权利要求128中的设备，其中非操作信号是电流信号。

130.如权利要求128中的设备，其中非操作信号是电压信号。

131.如权利要求128中的设备，其中执行器适于在每次操作循环后向电磁驱动装置提供非操作信号。

132.如权利要求128中的设备，其中执行器适于只在电磁驱动装置超出预定操作范围进行操作之后向电磁驱动装置提供非操作信号。

133.如权利要求128中的设备，其中非操作信号是一种随时间变化的正弦波、一种随时间变化的矩形波、一种随时间变化的三角形波以及一种随时间变化的锯齿形波。

134.如权利要求133中的设备，其中非操作信号的振幅随时间递减。

135.如权利要求133中的设备，其中非操作信号是偏相位的，信号波只输出非负的值。

136.如权利要求133中的设备，其中非操作信号是脉冲信号。

137.如权利要求128中的设备，其中电磁驱动装置是电磁驱动阀。

138.如权利要求137中的设备，其中当阀门离开缺省位置超出预定值时，执行器才提供非操作信号。

139.如权利要求137中的设备，其中执行器在阀门每次操作之后都向阀门输送一个非操作信号。

140.如权利要求137中的设备，其中非操作信号是一种随时间变化的正弦波、一种随时间变化的矩形波、一种随时间变化的三角形波以及一种随时间变化的锯齿形波。

141.如权利要求139中的设备与质量流量控制器进行组合，其包括：

流量计，该流量计适合测量流体流动通道中的流体流量，并输出代表该流动通道中质量流量的流量信号；

控制器，该控制器适合接收流量信号，至少在一定程度上根据流量信号来产生驱动信号；

阀门驱动器，该驱动器接收流量信号，并适于根据流量信号来产生非操作信号；

其中执行器接收由控制器提供的驱动信号，并根据该驱动信号来改变阀门受控部分的位置。

142.如权利要求141中的组合，其中在阀门驱动器还适于在每次操作循环之后向执行器施加非操作信号。

143.如权利要求141中的组合，其中阀门驱动器还适于在流量信号表示没有流量时向执行器输送非操作信号。

144.如权利要求141中的组合，其中阀门驱动器还适于只在阀门的受控部件位移超出预定值后才输出非操作信号。

145.如权利要求141中的组合，其中非操作信号至少是正弦波、矩形波、三角形波以及锯齿形波中的一种。

146.一种对在一组工艺操作条件下操作的质量流量控制器进行组态的方法，该组工艺操作条件至少在一定程度上不同于质量流量控制器制造过程中建立质量流量控制器第一种响应时所用到的测试操作条件，该组态方法包括：

在第一组操作条件下确定阀门的特性；

在确定阀门特性的过程中获得组态数据；

根据组态数据以及工艺操作条件对至少一项控制参数进行修正，从而使质量流量控制器的响应不发生重大的变化。

147.如权利要求145中的方法，其中确定质量流量控制器特性的

过程包括：

根据测试操作条件对质量流量控制器进行调试；

根据测试操作条件对质量流量控制器进行校准；

其中测试操作条件中包括测试流体为单一流体这一条件。

148.如权利要求145中的方法，其中工艺操作条件中的工艺流体不同于质量流量控制器调试及校准过程中所用到的单一测试流体；对至少一项控制参数的修改包括至少在一定程度上根据工艺流体种类信息对至少一项控制参数进行修改。

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