具有限流器的質量流量檢驗器制造技術

一種用于對設備進行的流體流率的測量進行檢驗的流量檢驗器，該流量檢驗器包括限流器，該限流器使流率檢驗基本上不受限流器上游元件的影響。該流量檢驗器包括容器，其接收從所述設備流出的流體；以及壓力傳感器，其測量所述容器內的流體壓力。出口閥調節流體從容器中流出。限流器位于流體的流路上，靠近容器且位于容器的上游。限流器對流體的流動進行限制，以便在所述流體的流路中產生沖擊，并且還用于在在足以使流率檢驗基本上不受限流器上游的元件影響的時間段內維持所述沖擊。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】具有限流器的質量流量檢驗器 相關申請的交叉引用本申請根據35 U.S.C. § 120，要求于2005年3月23日提交的、 序列號為11/0990,120的共同待決的美國申請的優先權，通過援引將 該申請全部并入此處。
技術介紹
在材料處理中，可能會用到許多高精度測量系統。這些高精度測 量系統可以包括但不限于質量流量控制器(MFC)和質量流量計 (MFM)。可能期望(有時候必須)測試或者檢驗MFC或MFM的精度。 檢驗MFC或MFM的精度的一種方法是通過上升率(ROR)流量檢 驗器。典型的ROR流量檢驗器可以包括容積(volume)、壓力變送器 和兩個隔離閥(一個位于上游， 一個位于下游)。所述閥在空閑期間 可以關閉，而在開始運行時可以打開，這允許流體從MFC(或MFM) 流過流量檢驗器。 一旦流體流動已經穩定，下游的閥可以關閉，結果 容積中的壓力開始上升。壓力變送器可以測量該壓力上升。該測量結 果可以用來計算流率(flowrate)，從而檢驗ROR流量檢驗器的性能。有時，MFC和ROR流量檢驗器之間的流路中的連接容積可能會 產生測量誤差，該流路例如是位于ROR流量檢驗器上游的外部管路。 當來自MFC (或MFM)的流體從MFC沿流路流經管路或其它類型 的連接容積時，產生的壓降可能會引起壓力變送器測量的壓力結果不 準確。出于這些原因，需要一種系統和方法，其能夠有效防止位于質量 流量檢驗器上游的管路或其它元件影響流量檢驗過程的精度
技術實現思路
一種用于對設備進行的流體流率的測量進行檢驗的流量檢驗器， 包括容器，配置為用于接收從所述設備流出的流體；以及壓力傳感 器，配置為用于測量所述容器內的流體壓力。沿著流體的從設備經過 入口流到容器中的流路，限流器靠近容器且位于容器的上游。將限流 器配置為限制流體沿所述流路流動，以便在所述流路中引起沖擊。限 流器還被配置為在足以使檢驗基本上不受限流器上游的元件影響的 時間段內維持所述沖擊。介紹了一種用于防止外部元件影響質量流量檢驗器對設備的流 率測量所進行的檢驗的裝置。所述外部元件位于所述質量流量檢驗器 的上游。所述裝置包括限流器，該限流器沿著流體從設備到質量流量 檢驗器的流路，靠近質量流量檢驗器且位于該質量流量檢驗器的上 游。將限流器配置為限制流體沿所述流路流動，以便在所述流路中引 起沖擊。限流器還被配置為在足以使檢驗基本上不受上游外部元件影 響的時間段內維持所述沖擊。一種用于對設備進行的流體流率測量進行檢驗的方法，包括使 流體從所述設備沿流路流入容器中，同時所述容器的出口閥保持打 開；以及使流入所述容器中的流體的流率以及所述容器內的流體壓力 能夠達到穩定狀態。該方法包括關閉所述容器的出口閥以便所述容器 內的流體壓力開始上升。該方法還包括在沿所述流路的一個位置， 靠近且緊挨著所述容器的上游，對所述流體進行限流。通過使得該位 置上游的元件與所述容器之間的流體的整體速度(bulk velocity)變 成超聲速來產生所述沖擊。該沖擊在一個時間段內維持，在該時間段 內，測量所述容器內的流體壓力的上升率，并使用測得的壓力上升率 來計算流體的流率。附圖說明圖1是氣體輸送系統的框圖，該氣體輸送系統包括根據本專利技術的 一種實施例構造的具有可調節限流器的上升率(ROR)質量流量檢驗 器； 圖2A說明了其流率經過檢驗的流體的最大馬赫數的圖表；圖2B說明了在圖2A中所標示的馬赫數處的流體的相應流率的 圖表；圖3示出了在圖1所示的質量流量檢驗器進行檢驗過程期間的不 同時刻的壓力分布圖。具體實施例在本公開文本中，介紹了一種包括限流器的質量流量檢驗器，該 限流器能夠有效消除限流器上游出現的情況對質量流量檢驗器所執 行的流量檢驗過程的影響。圖1是根據本專利技術的一個實施例構造的質量流量檢驗器(MFV) 100的框圖，該質量流量檢驗器100包括限流器120。如下所述，限 流器120使得通過MFV IOO執行的質量流量檢驗基本上不受限流器 120上游所出現的任何外部容積和/或外部事件的影響。MFV 100包括封閉的容積或者容器110，該容器110被配置為在 容器110的入口 (未顯示)處接收從待測試設備130流出的流體。設 備130通常是用于測量流體流率的質量流量控制器(MFC)或者質量 流量計(MFM)。下游的出口閥140調節所述流體流出容器。雖然在 所示的實施例中限流器120本身用作可調節的入口閥，但還可以選擇 性包括上游的入口閥(未顯示)，以打開或者切斷流體從MFC130流 到容器110中。MFV100還包括壓力傳感器115，其被配置為測量 容器110內的流體壓力；以及溫度傳感器125，其被配置為測量容器 110內的流體溫度。在圖l所示的實施例中，盡管MFV IOO所測試的設備顯示為單 個的質量流量控制器(MFC) 130，但是應當注意到，在其它實施例 中，多個MFC可以連接到MFV100并由其測試。多個MFC可以經 由氣體歧管連接到MFV100，該氣體歧管例如是上面第一段中說明的 ，120申請中所述的氣體歧管，該申請通過援引全部并入此處。控制器160連接到MFV 100。控制器160控制MFC 130的性能 的現場檢驗，并且控制入口閥和出口閥的操作。在MFV 100的一個實施例中，控制器160可以采用上升率技術的流量檢驗技術，其 中，通過使流體流入到己知的容積中，并在時間間隔內測量發生的壓 力上升來確定流體的流率。在一個示例性實施例中，待測試的MFC 130可以連接到MFV 100。在空閑期間，切斷從MFV向MFC 130的流體流動。當初始化 MFV 100的檢驗操作時，打開入口閥和出口闊140，以便流體從MFC 130流到MFV 100。 MFC可以設置有流量設定點。在初始化期間， 使來自MFC 130的流體流率以及容器110內的流體壓力達到穩定狀 態。一旦達到穩定狀態，則關閉出口閥140，從而容器110內的流體 壓力幵始增加。控制器通過接收容器110內的壓力傳感器115的壓力 測量值來確定一個時間段期間的壓力上升率(即，壓力的變化率或者 時間導數)。例如，可以在整個時間段內以預定的時間間隔記錄容器 110內的溫度和壓力測量值。在一個示例性實施例中，每個預定的時 間間隔可以是大約0.00025秒，總時間段的范圍可以從大約0.1秒到 大約0.3秒。當然，在MFV100的其它實施例中，可以使用不同的時 間間隔和總時間段。在時間段的結尾，打開出口閥140，以便容器110 中的流體流出到排出設備(例如，真空泵或者其它類型的排出設備或 者輸出設備)。基于具有已知容積的容器110內的溫度和壓力測量值，可以計算 出流體壓力除以流體溫度的上升率或者時間導數A(P/T)/At。基于計 算出的上升率A(P/T)/At，然后可以確定和檢驗MFC 130所產生的流 率，從而能夠正確地校準MFC130。控制器160使用下面的公式來計算流率Q:Q = (VTSTP/PSTP) (A(P/T)/At)在該式中，V是容器110的預定容積，TsTp是標準溫度(O'C或 者273.15K)， Psxp是標準壓力(1 atm或者101,325 kPa)， A(P/T)/At 是容器壓力除以容器溫度的時間導數，通過壓力傳感器和溫度本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于對設備進行的流體流率的測量進行檢驗的流量檢驗器，包括：容器，配置為用于接收從所述設備流出的所述流體；以及壓力傳感器，配置為用于測量所述容器內的所述流體的壓力；以及沿著所述流體的從所述設備到所述容器的流路上配置的限流器，該限流器靠近所述容器且位于所述容器的上游；其中，將所述限流器配置為限制所述流體沿所述流路流動，以便在所述流路中引起沖擊，并且還將所述限流器配置為在足以使所述流率檢驗基本上不受所述限流器上游的元件影響的時間段期間維持所述沖擊。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】US 2005-3-25 11/090,1201、一種用于對設備進行的流體流率的測量進行檢驗的流量檢驗器，包括容器，配置為用于接收從所述設備流出的所述流體；以及壓力傳感器，配置為用于測量所述容器內的所述流體的壓力；以及沿著所述流體的從所述設備到所述容器的流路上配置的限流器，該限流器靠近所述容器且位于所述容器的上游；其中，將所述限流器配置為限制所述流體沿所述流路流動，以便在所述流路中引起沖擊，并且還將所述限流器配置為在足以使所述流率檢驗基本上不受所述限流器上游的元件影響的時間段期間維持所述沖擊。2、 根據權利要求1所述的流量檢驗器，其中，所述限流器還被 配置為通過使得所述限流器上游的元件與所述容器之間的所述流體 的整體速度變成超聲速來產生沖擊，并且在所述時間段期間保持所述 流體的所述整體速度為超聲速，以便進入所述容器中的所述流體的流 率在所述時間段期間基本上保持恒定。3、 根據權利要求1所述的流量檢驗器，還包括被配置為調節所 述流體從所述容器的出口流出的出口閥；并且其中，所述限流器還被配置為在進入所述容器中的所述流體的 流率已經達到穩定狀態并且所述出口閥已經關閉而使所述容器內的 所述流體的壓力開始上升之后，在所述流路中產生沖擊。4、 根據權利要求1所述的流量檢驗器，其中所述限流器包括下 面中的至少一個毛細管； 多孔塞；節流孔；可調節閥；以及 噴嘴。5、 根據權利要求1所述的流量檢驗器，其中，所述限流器包括 可調節限流器，其用于基于一個或者多個因素對所述流體的限流進行 調節。6、 根據權利要求5所述的流量檢驗器，其中所述一個或者多個 因素包括進入所述容器內的所述流體的流率； 所述流體的分子量；以及 所述流體的比熱比。7、 根據權利要求1所述的流量檢驗器，還包括 溫度傳感器，其被配置為測量所述容器內的所述流體的溫度；以及控制器，其被配置為控制所述出口閥，該控制器還被配置為通過 在關閉所述出口閥之后的所述時間段期間測量所述容器內的所述流 體的壓力的上升率，并且使用所測得的上升率來計算從所述設備中流 出的所述流體的流率，來對所述設備進行的所述流體流率的測量進行 檢驗。8、 根據權利要求7所述的流量檢驗器，其中，所述控制器還被 配置為使用公式來計算從所述設備流出的所述流體的流率，該公式包 括<formula>formula see original document page 3</formula>式中，V是所述容器的容積，T是所述容器內的所述流體的溫度， TsTP是定義為0'C和大約273.15K的標準溫度，Psip是定義為latm的 標準壓力，而(AP/At)是在所述時間段期間所述流體的壓力上升率。9、 根據權利要求7所述的流量檢驗器，其中，所述時間段由下面的公式得出t=(V/At)[(Y+l)/c]—(Pj/PsTpXVTsTp/QT) 式中t是所述時間段； V是所述容器的所述容積；C是緊挨著所述沖擊的沖擊前沿上游的聲速； At是所述限流器的橫截面積；^是氣體的比熱比；Pi是在所述時間段開始時的所述容器內的初始壓力； PsTP是標準壓力；TsTp是標準溫度；Q是所述流體進入所述容器內的體積流率；以及 T是所述容器內的所述流體的溫度。10、 根據權利要求1所述的流量檢驗器，其中，所述設備包括下面中的至少一個MFC (質量流量控制器)；以及 MFM (質量流量計)。11、 根據權利要求1所述的流量檢驗器，其中，所述限流器上游 的元件包括下面中的至少一個外部管路部件； 外部容積；以及 節流孔。12、 一種用于防止外部元件影響流率檢驗器檢驗流體流率的裝 置，所述流率檢驗器包括容器，配置為用于接收從質量流量控制器 流出的所述流體；以及出口闊，配置為用于控制所述流體從所述容器 流出，所述外部元件位于所述流率檢驗器的上游，所述裝置包括沿著所述流體的從所述質量流量控制器到所述容器的流路上設置的限流器，該限流器靠近所述容器且位于所述容器的上游；其中，將所述限流器配置為在進入所述容器中的所述流體的流率已經達到穩定狀態并且所述出口閥已經關閉而使所述容器內的所述流體的壓力開始上升之后，來限制所述流體沿所述流路流動以便在所述流路中產生沖擊。13、 根據權利要求12所述的裝置，其中所述限流器包括下面中 的至少一個毛細管； 多孔塞； 節流孔；可調節閥；以及 噴嘴。14、 根據權利要求13所述的裝置，其中，所述限流器包括可調節限流器，其用于基于一個或者多個 因素對所述流體的限流進行調節，并且 其中，所述一個或者多個因素包括-進入入口的所述流體的流率； 所述流體的分子量；以及 所述流體的比熱比。15、 一種用于對設備進行的流體流率測量進行檢驗的方法，包括 使所述流體從所述設備沿流路流入容器中，同時所述容器的出口閥保持打開；使流入所述容器中的所述流體的流率以及所述容器內的所述流 體的壓力達到穩定狀態；關閉所述容器的出口閥以便所述容器內的所述流體的壓力開始 上升；在沿所述流路的一個位置，靠近且緊挨著所述容器的上游，對所 述流體進行限流，以便通過使得該位置上游的元件與所述容器之間的 所述流體的整體速度變成超聲速來產生沖擊，并且在一個時間段內維 持該沖擊；以及在該時間段內，測量所述容器內的所述流體的壓力上升率，并且 使用所測得的壓力上升率來計算所述流體的流率。16、 一種用于現場檢驗待測試設備(DUT)的流量檢驗器，包括 入口，其可連接到DUT;出口 ，其可連接到真空泵以通過所述DUT和所述流量檢驗器抽 吸氣體；具有預定容積的容器；將所述入口連接到所述容器的擴散介質；出口閥，其將所述容器連接到所述出口以控制從所述容器到所述 出口的流動；至少一個可操作連接到所述容器以提供所述容器內的溫度測量 值的溫度傳感器；以及可操作連接到所述容器以提供所述容器內的壓力測量值的壓力 變送器。17、 根據權利要求16所述的流量檢驗器，其中所述擴散介質包 括毛細管。18、 根據權利要求16所述的流量檢驗器，其中所述擴散介質包 括多孔塞。19、 根據權利要求16所述的流量檢驗器，其中所述擴散介質包 括多個串聯且間隔開的限...

【專利技術屬性】
技術研發人員：A沙吉，D史密斯，
申請(專利權)人：MKS儀器公司，
類型：發明
國別省市：US[美國]