发明名称 质流控制器之压力补偿的方法和设备
摘要 质流控制器之性能系可能为易感受于该控制器所耦接至其以控制流体流量之一流通路径中的压力暂态。一种系统与方法系提供以减少或消除由其为于压力环境中的变化而引起之一质流控制器的性能降级、不稳定性、及/或不准确度。尤其,一种方法与系统系提供以补偿于一流通路径与质流控制器之压力环境中的压力暂态。
申请公布号 TWI223056 申请公布日期 2004.11.01
申请号 TW092119634 申请日期 2003.07.18
申请人 快捷集团公司 发明人 约翰 米雪儿.露尔;王均;小约瑟芬A. 沙吉欧
分类号 G01F1/86;G05D7/06 主分类号 G01F1/86
代理机构 代理人 林镒珠 台北市中山区长安东路二段一一二号九楼
主权项 1.一种于流量控制器之方法,该流量控制器包括一 流量感测器,其耦接至具有一入口侧与一出口侧之 一流体流通路径,该流量感测器系适以提供一感测 器输出讯号,其表示透过该流通路径之一感测流体 流量,该种方法包含步骤: 测量该流通路径之至少一个压力;及 调整该感测器输出讯号,基于测量至少一个压力之 步骤。 2.如申请专利范围第1项之方法,更包含一步骤:基 于该至少一个压力而形成至少一个压力讯号。 3.如申请专利范围第2项之方法,更包含一步骤:滤 波该至少一个压力讯号以提供一伪流量讯号,其仿 真该流量感测器归因于流通路径中的压力变化之 一响应。 4.如申请专利范围第3项之方法,其中,调整该感测 器输出之步骤包括一步骤:由该感测器输出讯号而 减去该伪流量讯号。 5.一种修正来自流量感测器的感测器输出讯号之 方法,该种方法包含步骤: 基于流通路径之至少一个压力测量而构成一伪流 量讯号,其为对应于该流量感测器归因于压力变化 之一响应;及 由该感测器输出讯号而减去该伪流量讯号。 6.如申请专利范围第5项之方法,更包含一步骤:提 供其表示该至少一个压力测量之一压力讯号。 7.如申请专利范围第6项之方法,其中,构成该伪流 量讯号之步骤包括一步骤:延迟该压力讯号,俾使 其实质为于时间对准该感测器输出讯号。 8.如申请专利范围第6项之方法,其中,构成该伪流 量讯号之步骤包括一步骤:微分该压力讯号。 9.如申请专利范围第6项之方法,其中,构成该伪流 量讯号之步骤包括一步骤:以至少一个滤波器而滤 波该压力讯号,该至少一个滤波器具有一转移函数 ,其仿真该流量感测器对于流通路径中的压力变化 之一响应。 10.如申请专利范围第9项之方法,其中,该至少一个 滤波器包括其为串联连接之复数个二阶滤波器,且 来自该复数个二阶滤波器各者之一输出系依比例 及总计以提供该伪流量讯号。 11.一种由感测器输出讯号移除伪流量资讯之方法, 该感测器输出讯号系由其为耦接至一流通路径之 一流量感测器所提供,该伪流量资讯系流量感测器 所造成且对应于压力暂态所引起的流量变化,该种 方法包含步骤: 测量于该流通路径中的至少一个压力; 提供其表示至少一个压力测量之至少一个压力讯 号; 由该至少一个压力讯号而构成一伪流量讯号;及 由该感测器输出讯号而减去该伪流量讯号,以提供 其表示于流体路径中的流体流量之一流量讯号。 12.一种停滞体积补偿之方法,该种方法包含步骤: 预测一感测器对于其填充于一停滞体积的一流体 之一响应,归因于一流体流通路径的压力变化;及 修正由该感测器所提供之一感测器输出讯号,基于 所预测的响应,以本质为由该感测器输出讯号而移 除伪流量讯号。 13.一种决定其流通于导管之流体的流率之方法,包 含步骤: a)感测其流通于导管之流体的流率; b)测量于其流通于导管之流体的压力变化; c)决定压力变化于其由步骤(a)所感测之流体的流 率之一影响;及 d)修正该流体之感测的流率,基于压力变化之影响, 以决定其流通于导管之流体的流率。 14.一种流量计,包含: 一流量感测器,适以测量于一流通路径的流体流量 ,该流量感测器系响应于该流通路径的感测流体流 量而提供一感测器输出讯号; 至少一个压力换能器,以测量于该流通路径的至少 一个压力,该至少一个压力换能器系提供其关于个 别的至少一个测量压力之至少一个压力讯号; 一补偿滤波器,以接收该至少一个压力讯号,该补 偿滤波器系适以构成一伪流量讯号,其近似于该流 量感测器对于该流通路径中的压力暂态之一响应; 及 一减法器,以接收该感测器输出讯号与伪流量讯号 ,且提供其关于该感测器输出讯号与伪流量讯号之 间的差异之一流量讯号。 15.如申请专利范围第14项之流量计,其中,该补偿滤 波器包括一延迟器件,其延迟该至少一个压力讯号 以实质为于时间对准该流量感测器对于压力暂态 之响应,且其中该延迟器件系提供至少一个延迟后 的压力讯号。 16.如申请专利范围第15项之流量计,其中,该补偿滤 波器包括一微分器,以接收延迟后的压力讯号,该 微分器系适以决定该延迟后的压力讯号之一导数, 以提供一导数讯号。 17.一种补偿滤波器,用于产生自一压力讯号之一伪 流量讯号,该补偿滤波器包含: 一微分器,接收其表示于一流通路径的一压力之一 压力讯号,该微分器系适以决定该压力讯号之一导 数,以提供一导数讯号;及 至少一个滤波器,具有一转移函数,适以转换该导 数讯号为一伪流量讯号,其表示由流量感测器响应 于压力暂态而产生之伪流量资讯。 18.一种补偿流体压力感应变化之方法,该变化为于 一阀之受控制部位的位置,该种方法包含步骤: 测量于一阀环境中的至少一个压力; 提供至少一个压力讯号,其分别为表示该至少一个 压力测量; 计算该阀之受控制部位的一位移,基于该至少一个 压力讯号;及 产生一补偿驱动位准,以移动该阀之受控制部位为 一量,其具有对于所计算的位移之一相反符号且实 质为大小相等。 19.一种防止阀的受控制部位移动之方法,该移动为 归因于压力暂态,该种方法包含步骤: 预测一压力暂态将驱使一阀的受控制部位以移动 之一位移,基于一阀环境之至少一个压力测量;及 移动该阀的受控制部位,以抵消所预测的位移。 20.一种耦接至流通路径之设备,该种装置包含: 一压力测量装置,以测量于一流通路径环境的至少 一个压力,且提供其表示该至少一个测量压力之至 少一个压力讯号;及 位移补偿机构,以接收该至少一个压力讯号,且提 供一位移补偿讯号,指出一驱动位准以补偿其耦接 至该流通路径之一阀的阀位移,其为该流通路径环 境中的压力变化所引起。 21.如申请专利范围第20项之设备,其中,该位移补偿 机构包含机构以基于一力阀模型而计算该位移补 偿讯号。 22.如申请专利范围第21项之设备,其中,该力阀模型 包括阀之一磁性模型。 23.如申请专利范围第21项之设备,其中,该力阀模型 具有其指出于阀环境中的一压力梯度之一参数。 24.一种流量计,包含: 一流量感测器,适以感测于一流体流通路径中的流 体流量,且提供其表示感测流体流量之一感测器输 出讯号; 至少一个压力换能器,适以测量于一流体流通路径 环境中的至少一个压力,且提供其表示该至少一个 测量压力之至少一个压力讯号;及 一补偿滤波器,接收该至少一个压力讯号,且构成 其关于该至少一个压力讯号之一伪流量讯号。 25.如申请专利范围第24项之流量计,其中,该伪流量 讯号系构成以重建其对于流通路径中的压力暂态 所引起的流量变动之流量感测器响应而造成的伪 流量资讯。 26.如申请专利范围第24项之流量计,其中,该补偿滤 波器包括一转移函数,其仿真该流量感测器对于流 通路径中的压力暂态之一响应。 27.如申请专利范围第24项之流量计,其中,该伪流量 讯号系自该感测器输出讯号而减去,以提供一流量 讯号。 28.一种于质流控制器之方法,该质流控制器系耦接 至一流通路径,该质流控制器具有其包括一流量计 、一控制器、一阀致动器与一阀之一控制回路,该 种方法包含步骤: 测量于一流体路径环境中的至少一个压力; 提供其指出至少一个压力测量之至少一个压力讯 号; 决定至少一个补偿讯号,基于至少一个压力测量; 及 施加该至少一个补偿讯号至该质流控制器之控制 回路。 29.如申请专利范围第28项之方法,其中,决定该至少 一个补偿讯号之步骤包括:构成一伪流量讯号,以 重建该流量计对于流通路径环境中的压力暂态之 一响应而造成的伪流量资讯。 30.如申请专利范围第29项之方法,其中,施加该至少 一个补偿讯号至控制回路之步骤包括一步骤:施加 该伪流量讯号至控制回路,以补偿其归因于流通路 径中的压力暂态之于流体流量的流量计响应变动 。 31.如申请专利范围第28项之方法,其中,决定该至少 一个补偿讯号之步骤包括:决定一位移补偿讯号, 其表示一驱动位准,以补偿其归因于压力暂态之一 阀位移。 32.如申请专利范围第28项之方法,其中,决定该至少 一个补偿讯号之步骤包括:决定一伪流量讯号与一 位移补偿讯号。 33.一种质流控制器,具有一控制回路,该质流控制 器包含: 一流量计,适以感测于一流体流通路径中的流体流 量,且提供其表示于该流通路径中的质流率之一流 量讯号; 一控制器,耦接至流量计,且适以提供其至少部分 为基于该流量讯号之一驱动讯号; 一阀致动器,适以接收来自该控制器之驱动讯号; 一阀,适以由该阀致动器所控制,且耦接至流体流 通路径; 至少一个压力换能器,以测量于一质流控制器环境 的至少一个压力,且提供其表示该至少一个压力的 测量之至少一个压力讯号;及 至少一个补偿机构,以接收该至少一个压力讯号且 提供至少一个补偿讯号至控制回路,以补偿于质流 控制器环境中的压力变化之影响,其中,该质流控 制器之控制回路包括该流量计、控制器、阀致动 器、与阀。 34.如申请专利范围第33项之质流控制器,其中,该至 少一个换能器系测量该流通路径之一入口压力,且 提供一入口压力讯号。 35.如申请专利范围第34项之质流控制器,其中,该至 少一个补偿机构包括一补偿滤波器,以接收该入口 压力讯号且由该入口压力讯号而构成一伪流量讯 号。 36.如申请专利范围第35项之质流控制器,其中,该流 量计包括一流量感测器,其为适以感测于流通路径 中的流体流量,且适以提供其表示感测流体流量之 一感测器输出讯号。 37.如申请专利范围第36项之质流控制器,其中,该补 偿机构具有一转移函数,其仿真该流量感测器对于 入口压力的变化所造成之流体流量的响应。 38.如申请专利范围第36项之质流控制器,其中,该伪 流量讯号系构成以重建其由于入口压力的变化所 造成之感测器输出讯号的一伪流量资讯成分。 39.如申请专利范围第36项之质流控制器,其中,该流 量讯号系藉着由该感测器输出讯号而减去该伪流 量讯号所决定。 40.如申请专利范围第33项之质流控制器,其中,该补 偿机构包括位移补偿机构,以接收该入口压力讯号 且提供一位移补偿讯号,其表示一驱动位准以维持 该阀之一受控制部分为实质静止于该阀之一压力 环境。 41.如申请专利范围第40项之质流控制器,其中,该位 移补偿讯号系加至驱动讯号,以补偿其由该阀之压 力环境中的压力梯度所造成之阀位移。 42.如申请专利范围第40项之质流控制器,其中,该位 移补偿讯号系部分为基于该阀之一力模型。 43.如申请专利范围第42项之质流控制器,其中,该阀 之力模型包括该阀之一磁性模型。 44.如申请专利范围第42项之质流控制器,其中,该阀 之力模型包括其对于跨于该阀之至少一个压力降 的一参数。 45.如申请专利范围第33项之质流控制器,其中,该补 偿机构包括:一补偿滤波器,其接收至少一个压力 讯号且提供一伪流量讯号,构成以重建该流量计响 应于压力暂态所造成的伪流量资讯;及,位移补偿 机构,以接收至少一个压力讯号且提供一位移补偿 讯号,其表示一驱动位准以补偿由一压力变化所引 起的阀位移。 46.一种配置质流控制器之方法,供操作于制程操作 条件,其至少部分为不同于该质流控制器之生产期 间所运用的测试操作条件,该种方法包含步骤: 藉着该等测试操作条件而建立该质流控制器的一 响应;及 基于该等制程操作条件而修正该质流控制器之至 少一个控制参数,俾使其操作于该等制程操作条件 之质流控制器的响应系未实质改变。 47.如申请专利范围第46项之方法,其中,修正该至少 一个控制参数之步骤包括一步骤:决定复数个制程 增益项,其关联于基于该等制程操作条件之质流控 制器的复数个构件,该复数个构件系形成该质流控 制器之一控制回路。 48.如申请专利范围第47项之方法,其中,决定该复数 个制程增益项之步骤包括一步骤:决定一制程倒数 增益项,其藉着取得该复数个制程增益项之乘积的 一倒数而形成,该制程倒数增益项系至少一个可变 操作条件之一函数。 49.如申请专利范围第48项之方法,其中,该至少一个 可变操作条件包括于该质流控制器环境中的至少 一个压力。 50.如申请专利范围第49项之方法,其中,该至少一个 可变操作条件包括一入口压力。 51.如申请专利范围第49项之方法,其中,该至少一个 可变操作条件包括一设定点。 52.一种电脑可读取媒体,其编码具有供执行于一处 理器之一程式,该程式系当执行于处理器时而实施 一种配置一质流控制器之方法,以供操作于一组的 制程操作条件,其至少部分为不同于一组的测试操 作条件,运用以建立该质流控制器于生产期间之一 响应,该种方法包含步骤: 接收制程流体物种资讯与制程操作条件之至少一 者而作为一输入;及 基于该输入而修正该质流控制器之至少一个控制 参数,俾使该质流控制器之响应系当操作于该等制 程操作条件时而未为实质变化。 53.如申请专利范围第52项之电脑可读取媒体,其中, 修正该至少一个控制参数之步骤包括一步骤:决定 复数个制程增益项,其关联于操作于该等制程操作 条件之该质流控制器的复数个构件,该复数个构件 系形成该质流控制器之一控制回路。 54.如申请专利范围第53项之电脑可读取媒体,其中, 决定该复数个增益项之步骤包括一步骤:决定一制 程倒数增益项,其藉着取得该复数个增益项之乘积 的一倒数而形成,该制程倒数增益项系至少一个可 变操作条件之一函数。 55.如申请专利范围第54项之电脑可读取媒体,其中, 该至少一个可变操作条件包括于该质流控制器环 境中的至少一个压力。 56.如申请专利范围第55项之电脑可读取媒体,其中, 该至少一个可变操作条件包括一入口压力。 57.如申请专利范围第55项之电脑可读取媒体,其中, 该至少一个可变操作条件包括一设定点。 58.一种质流控制器,具有一控制回路,该质流控制 器包含: 一流量计,适以感测于一流体流通路径中的流体流 量,且提供其表示于该流通路径中的质流率之一流 量讯号; 一控制器,耦接至流量计,且适以提供其至少部分 为基于该流量讯号之一驱动讯号; 一阀致动器,适以接收来自该控制器之驱动讯号; 一阀,适以由该阀致动器所控制,且耦接至流体流 通路径; 其中,该质流控制器之控制回路包括该流量计、控 制器、阀致动器、与阀;及 其中,该控制回路系适以具有一实质为定値的控制 回路增益项,其为关于操作期间之至少一个可变操 作条件。 59.如申请专利范围第58项之质流控制器,其中,该至 少一个可变操作条件包括于该质流控制器环境中 的至少一个压力。 60.如申请专利范围第59项之质流控制器,其中,该至 少一个可变操作条件包括一入口压力。 61.如申请专利范围第59项之质流控制器,其中,该至 少一个可变操作条件包括一设定点。 62.一种补偿滤波器,用于产生来自一压力讯号之一 伪流量讯号,该种补偿滤波器包含: 复数个滤波器,其至少二者系串联连接,且其中该 至少二个滤波器之各者的个别输出系依比例及总 计。 63.如申请专利范围第62项之补偿滤波器,更包含一 微分器,其系适以微分该压力讯号,且其提供一微 分讯号至该复数个滤波器。 64.如申请专利范围第62项之补偿滤波器,更包含一 延迟器,其延迟该压力讯号,且其提供一延迟后的 压力讯号至该复数个滤波器。 图式简单说明: 第1图系说明一个实例的质流控制器之示意方块图 ,藉其,本发明之种种的层面系可实施; 第2图系于第1图所示的流量计之更为详细的示意 方块图; 第3图系说明根据本发明的一个实施例之一质流控 制器之种种的输出讯号,其响应于流量之一步级变 化; 第4图系于第1图所示的增益/领先/落后控制器电路 之更为详细的示意图; 第5图系于第1图所示的阀致动器之更为详细的示 意方块图; 第6A-6F图系说明于第4图所示的数个讯号之讯号波 形; 第7A-7F图系说明根据本发明的一个实施例之用于 配置一质流感测器以供操作于一制程流体及/或制 程操作条件之一种方法; 第8图系说明根据本发明的一个实施例之一补偿滤 波器; 第9图系说明根据本发明的一个实施例之压力感应 阀位移补偿的一种方法; 第10图系说明一自由浮动柱塞; 第11A图系引入于一流通路径的一入口侧之一压力 脉冲图,如为时间之一函数; 第11B图系于第11A图所示的压力脉冲所造成之一压 力讯号图; 第11C图系说明根据本发明的一个实施例之一流通 路径,其具有一压力换能器以侦测压力变化; 第11D图系显示根据本发明的一个实施例之一补偿 滤波器,其补偿于伪流量资讯; 第12A图系说明一情形,其中,于一压力脉冲之形状 的一压力暂态系引入于一流通路径之一入口侧; 第12B图系显示于第12A图所示的压力暂态所造成之 一感测器输出,如为一时间之函数; 第13图系说明根据本发明的一个实施例之压力感 应阀位移补偿的一种方法; 第14图系说明根据本发明的一个实施例之一种系 统,其有利于一质流控制器之自动配置; 第15图系说明根据本发明的一个实施例之另一系 统,其有利于一质流控制器之自动配置;及 第16图系说明一阀之横截面图。
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