调整和配置质量流量控制器的系统和方法技术方案

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。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

System and method for adjusting and configuring a mass flow controller

This paper relates to a system and method for the mass flow controller, the control loop gain of the mass flow controller with constant fluid and in various operating conditions, are also involved in this paper is different from the mass flow controller used in the manufacturing process of fluid and / or operating conditions and system configuration of mass flow method controller. In addition, the system and method include reducing the hysteresis effect in the electromagnetic actuator by providing non operational signals to the electromagnetic actuator, thereby achieving control of the mass flow controller.

【技术实现步骤摘要】

总体上而言，本专利技术涉及控制流体流量的系统和方法，更具体而言，本专利技术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。
技术介绍
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。专利技术概述根据本专利技术的一个实施方案，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。本专利技术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本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰M卢尔，王纯，威廉S华伦蒂尼，小约瑟夫A萨吉尔，
申请(专利权)人：成套设备公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]