CN1682235A - 流体流量测量和比例流体流量控制装置 - Google Patents

流体流量测量和比例流体流量控制装置 Download PDF

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徐介华
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Abstract

一种涉及流体流量测量和比例流体流量控制装置，其中的流体流测量和控制装置用于基于限制流元件(15)产生的压力降测量流率。该装置包括一个具有流体入口和流体出口的比例流量阀(10)和用于调节比例流量阀(10)的传动机构(17)。限制流元件(15)包括与比例流量阀(10)连通的流体入口和流体出口，并在限制流元件入口和出口之间产生压力降。该装置还包括用于测量压力降的装置(24、25)、用于基于压力降计算流率的装置(16)，和与压力降测量装置(24、25)连通的控制装置(未图示)以及相应测量的压力降控制通过比例流量阀(10)的流体流的传动装置。

Description

流体流量测量和 比例流体流量控制装置
本申请涉及美国专利US6,348,098和2002年7月19日申请的题为“Liquid Flow Controller and Precision Dispense Apparatus andSystem”的临时申请序列号60/097,053，本申请要求2002年7月19日申请的题为“Liquid Flow Measuring And Proportional Fluid FlowControl Device”的临时申请序列号60/397,162的优选权，在此以引用参考的方式将其公开的内容并入本申请中。
背景技术
本发明涉及流量测量领域，特别是侵蚀性的超高纯的化学制品(比如通常用于半导体制造的化学制品)的流量的感测。本发明允许基于由流动限制产生的差压确定流体流量。压力信号通过基于DSP的电子电路处理，通过微处理器量化，并通过基于PC的图形用户接口或其它的显示器传递给终端用户。由于流动限制和压力传感器的腔体的尺寸使得差压传感器高度精确，并且允许在限制区中测量压力以便产生较大的压力差。这种最大化的压力差增加了最终流率测量的灵敏度和精度。此外，这些关键区域的尺寸减小了由于测量造成的总的压力损失，在测量相对较低的流率的侵蚀性的、高纯度的流体时，相对于已有的设计具有进一步的改善并且具有实质的好处。
在半导体的制造的过程中，许多不同的流体必须精确地分配并淀积在被处理的衬底上，比如去电离水、光致抗蚀剂、电介质上的旋涂剂、聚酰亚胺、显影剂和化学机械抛光(CMP)浆液，等等。例如，在这种常规的应用设备中，要处理的晶片位于适合的喷嘴之下，该喷嘴分配预定量的液体或浆液以涂敷或处理晶片。预定量取决于泵的旋转、管的直径和流体盛放环境的其它的特征，而不取决于在晶片上淀积的流体的绝对量或质量。典型地，将晶片旋转以将淀积的液体均匀地分散在晶片的整个表面上。显然，在这个过程中分配的速度和分配的液体量是关键的。
比如在晶片处理工艺之间停止通过喷嘴的流体流动时，可能从喷嘴流出小液滴并落在喷嘴下面放置的晶片上。这可能破坏在晶片上形成的图形，造成必须放弃或重新处理该晶片。为了避免在喷嘴上形成有害的液滴，通常使用外部反吸或阻止/反吸阀。阻止/反吸阀的阀通常是双空气压缩控制阀对，一个阀阻止流体流到喷嘴，另一阀从分配段或喷嘴的出口端反向汲取液体。这不仅有助于防止液体的形成并滴落在端口，而且还有助于防止液体的暴露的表面干燥并减小在出口处流体污染，这种干燥可能导致喷嘴阻塞。
在紊流问题发生时更大的晶片涂层(例如，300毫米直径或更大)也是一个问题。晶片的旋转速度通常用于将涂敷液从它所应用的晶片的中心径向朝外地传送到晶片的边缘。然而，这种方法在晶片上产生了紊流空气流并且可能导致不均匀的涂层。以更大的晶片减小旋涂速度减小了在晶片表面上的紊流，但可能带来新的问题。应用这种减小的速度，流体在晶片上更慢地流动，由此在流体开始凝固或干燥成为问题之前将流体传送到晶片的边缘。
泵通常用于在半导体制造操作中分配液体。然而，适合于这种应用的泵昂贵并且由于过度磨损要求经常更换。
因此，理想的是提供一种阀***，这种阀***能够进行流体的精确且可再生的分配而无前文所述的缺陷。这种阀***应该不受流体温度变化的影响或者上游流体压力的影响。此外，本发明可广泛地应用于任何流体控制装置，特别是希望或要求精确的流体流量控制的地方。
发明内容
通过本发明已经克服了已有技术的问题，本发明提供了一种流体流量测量和比例流体流量控制装置。该装置使用比例阀响应在流动限制元件中测量的压力损失控制流体流量。在限制流量元件的入口处或附近和在出口处或附近感测压力，并且将在其间所得的压力降转换为所控制的流体的流率。压力降可以被连续地或持续地监测，一个或多个阀被调整为获得所需的流率。该控制***可应用于具有较大范围的粘性的流体，并且它能够精确且重复地分配这种流体，同时涉及的操作员最少。它以成本效率合算且灵活的方式提供了精确的、可重复的且能够快速地响应实时处理变化的性能。在优选的实施例中，压力降元件的设计可以恢复由于限制元件引起的大部分压力损失。
本发明的另一实施例包括具有流体入口和流体出口的比例流量阀；用于调整所说的比例流量阀的所说的比例流量阀的传动装置；具有与所说的比例流量阀的所说的流体入口流体连通的限制流量元件流体入口和限制流量元件流体出口的限制流量元件，所说的限制流量元件在所说的限制流量元件流体入口和限制流量元件流体出口之间形成压力降；上游压力传感器；下游压力传感器；和与所说的上游压力传感器和所说的下游压力传感器连通的控制器。该控制器进一步包括一个或多个处理器；一个或多个计算机可读存储器；和在所说的一个或多个计算机可读存储器中存储并通过所说的一个或多个处理器可执行的一组计算机可读指令。该计算机可读指令组可包括可被执行以接收上游压力信号、接收下游压力信号并基于所说的上游压力信号和所说的下游压力信号计算流体流率的指令。
本发明的另一实施例可以包括一种装置，该装置包括在一个或多个计算机可读存储器中存储并通过所说的一个或多个处理器可执行的一组计算机可读指令，所说的计算机可读指令组包括如下指令：可被执行以计算流体流量并基于模糊逻辑计算在阀输出中的总体变化。
本发明的另一实施例可以包括一种装置，该装置包括在一个或多个计算机可读存储器中存储并通过所说的一个或多个处理器可执行的一组计算机可读指令，所说的计算机可读指令组包括如下指令：可被执行以计算流体流量并基于模糊逻辑计算在阀输出中的总体变化。在阀输出中的总体变化可以通过如下地计算：比较误差与第一组隶属函数(membership function)以产生第一组模糊输入；比较流率的变化与第二组隶属函数以产生第二组模糊输入，其中来自第一组模糊输入和第二组模糊输入的每个模糊输入都与输入的真实度关联；将一组规则应用到第一组模糊输入和第二组模糊输入以产生一组模糊输出，其中每个模糊输出与输出的真实度关联；将每个模糊输出与在阀输出值中的离散变化关联；以及基于一个或多个模糊输出的输出真实度和与一个或多个模糊输出中的每个关联的阀输出中的离散变化计算阀输出中的总体变化。
本发明的实施例相对于PID控制器具有优点，因为它可以提供更大的稳定性。
本发明的实施例相对于PID控制器具有优点，因为它可用于更大的工作条件组上，因为模糊逻辑可以被编程以考虑工作环境的变化。
附图说明
附图1所示为根据本发明的一种实施例的包括限制流量元件和比例阀的壳体的透视图；
附图2所示为根据本发明的一种实施例的同心文丘里管的附图；
附图3所示为附图1的同心文丘里管的横截面视图；
附图4所示为根据本发明的另一种离心扁平通道文丘里管的附图；
附图5所示为根据本发明的一种比例阀的分解视图；
附图6所示为附图5的阀的透视图；
附图7所示为附图5的阀的改进的阀芯的横截面视图；
附图7A所示为附图7的阀芯的一部分的横截面的放大视图；
附图8所示为根据本发明的另一实施例的改进的阀芯的侧视图；
附图9所示为根据本发明的再一实施例的改进的阀芯的侧视图；
附图10所示为根据本发明的再一实施例的改进的阀芯的侧视图；
附图11所示为根据实例7的热交换器管入口和出口水温和所测量的流率的曲线图；
附图12所示为根据实例8的热交换器管入口和出口水温和所测量的流率的曲线图；
附图13所示为说明流量限制元件、比例阀和电子***的本发明的一种实施例的图形；
附图14所示为根据实例10的流率与时间的曲线图；
附图15所示为根据实例11的流率与压力的曲线图；
附图16所示为根据实例11的流率与2ΔP/ρ的曲线图；
附图17所示为根据实例11的系数C′与运动粘度的曲线图；
附图18所示为根据实例11的“K”与温度的曲线图；
附图19所示为根据实例11的流率与压力降的曲线图；
附图20所示为根据本发明的控制***的流程图；
附图21所示为根据本发明的电子***的信号处理和控制部分的方块图；
附图22所示为在文丘里管中流体流量与压力降、横截面面积和流体特性相关的理论描述；
附图23A和23B所示为在计算阀输出的总体变化中可使用的隶属函数的实施例。
具体实施方式
首先转到附图1，所示为在壳体5中组装的根据本发明的优选实施例的流体流量测量和比例流体流量控制装置。所示的流体控制装置比如步进电机启动的比例阀10具有流体入口线12和流体出口线13以将液体最终分配给使用点，比如可能是晶片(未示)的衬底。与流体入口线12的流体连通的是限制流量元件15。可取地，限制流量元件15是如下文更详细地讨论的文丘里管。第一压力传感器24比如压力换能器设置在限制流量元件15的入口处或其附近以感测第一压力，第二压力传感器25比如换能器设置在限制流量元件15的出口处或其附近以感测第二压力。可替换地，可以使用单个差压感测器件。可取的是，压力传感器的与流体接触的部分由惰性材料(相对于在所应用中的流体)制成，比如蓝宝石。测量流体流的两个压力；第一个压力是流体入口的流体压力，即正好在流量传感器中感应的压力降之前的压力，以及第二个压力测量在感应的压力降的点上进行。在优选的实施例中，压力降由流体线的减小的横截面产生。这种突然减小的横截面造成流体速度在这部分增加，由此减小了流体压力。减小的横截面的入口和出口被仔细地设计以便恢复产生的压力降的附加的压力损失，在压力线扩展并且流体速度恢复时压力降的主要部分都被恢复了。这种设计通常被称为文丘里管型，只要第二次压力测量在该装置的喉部的限制点直接之前获取即可。这样可以产生最大压力差信号。该***的其它实施例可能通过使用计量孔板、毛细管、一系列平行的毛细管或多孔介质获取压力降。这种限制流量元件对流体应该具有化学惰性，可以由Teflon、PFA、MFA、FEP、PVDF和超高分子重量的聚乙烯制成。在本实施例中的压力传感器包括蓝宝石膜、从TenzorLLC(Basking Ridge，New Jersey)可购买的薄膜压阻型压力传感器和从Lucas Novasensor(Fremont，CA)可购买的带有防护壁以确保与在半导体芯片的制造中使用的流体的化学兼容性的p/nNPI-19A-701GH的SST膜压力传感器。其它的实施例可使用带有防护壁的陶瓷或硅薄膜的薄膜压阻型压力传感器或各种形式的差压传感器。比例阀传动装置17启动阀10。电子板16安装在所示的壳体5中。
附图2和3所示为根据本发明的限制流量元件15的一种实施例。元件15具有流体入口111和与入口111间隔开的流体出口112。流体入口111与基本恒定横截面的第一入口部分111A连通。第一入口部分111A在逐渐减小到更小的横截面的第一收敛部分111B(如图所示)处结束。第一收敛部分111B与更小的横截面的第二收敛部分111C流体连通，第二收敛部分111C又与文丘里管的喉部114流体连通。第一收敛部分115从喉部114逐渐减小以使它朝基本恒定的横截面的流体出口部分122扩张并与出口112连通。容纳第一压力传感器24(附图3)的第一压力传感器腔117与第一压力传感器抽头119流体连通，而第一压力传感器抽头119又与文丘里管结构的上游的第一入口部分111A连通。容纳第二压力传感器25(附图3)的第二压力传感器腔120与第二压力传感器抽头121连通，而第二压力传感器抽头121又与限制管的下游的喉部114连通。压力抽头具有从0.09至0.5英寸的范围的长度并具有从0.01至0.5英寸的范围的直径。每个压力传感器通过保持器126保持在相应的空腔中并且以O-圈127密封。可取的是，小横截面114的直径是大直径111A的0.7或更小。
附图4所示为限制流量元件15的变型实施例，其中元件是离心扁平通道文丘里管。流体入口111′与收敛的入口部分111A′流体连通，该入口部分111A′由于减小的壁而突然变窄到收敛的入口部分111B′。收敛的入口部分111B′与喉部114′流体连通，该喉部114′然后在发散出口部分115′朝外发散，最终到达流体出口112′。容纳第一压力传感器(未示)的第一压力传感器腔117′与第一压力传感器抽头119′连通，该第一压力传感器抽头119′又与文丘里管限制管的上游的收敛的入口部分111A′流体连通。容纳第二压力传感器(未示)的第二压力传感器腔120′与第二压力传感器抽头121′流体连通，而第二压力传感器抽头121′又与在限制管的下游的喉部114′连通。每个压力传感器通过保持器保持在它的相应的腔中并且以O-圈密封。
流体通过流体入口12进入该装置。流体从流体入口12传递到限制流量元件15，在流量限制元件15中流体通过调节流体分布的第一部分。在流量限制的这部分中的流体的压力通过经压力抽头119与第一部分进行流体连通的第一压力传感器24测量。在附图2和3的实施例中，流体进入第一收敛部分111B，然后进入增加流体速度并降低流体的压力的第二收敛部分111C中。流体进入该装置的喉部114，在喉部114中通过第二压力传感器25测量流体的压力，该第二压力传感器25通过第二压力抽头121与在喉部114中的流体进行流体连通。流体通过第一收敛部分115从流量元件的喉部流出。流量元件部分的第一收敛部分115连接到流体出口12。
流体从流量限制元件15的出口进入在它的入口处的比例阀。参考附图5，所示的适合的比例阀10具有流体流动的路径，该流体流动路径包括入口300、阀阀芯302、阀座和流体出口305。阀阀芯302与在一端的膜304上的凹陷和在另一端上的底座308中的膜304A和弹簧305接触。这是常闭阀。阀芯302限制通过阀座的流体的流量。传感器307设置在传感器衬垫306上以确定步进电机311的导杆310的“复位”位置。为调节在流体路径中的流体的流率，步进电机311旋转，驱动导杆310。导杆310的运动使膜304和304a错位，将阀芯302从在阀座中的密封位置移动，使流体流动通过阀座和阀芯302。在步进电机反向旋转时，导杆从膜收回并将弹簧308返回而使膜304和304a错位，移动阀芯以限制在流动路径中的流体流量。在本实施例中的阀传动机构是步进电机，但也可以是线性马达或其它的机械传动装置、气动传动装置、音圈或其它的力传动装置。传动装置与电子器件连通，这些电子器件响应流率设定点和实际的流率改变发送给传动装置的指令。在阀的变型实施例中，步进电机确保阀的关闭，阀是常开的，并且弹簧与步进电机相反地作用。
根据所需的响应、线性和密封面积可以使用各种阀芯设计。例如，附图7所示为已经被修改以使锥形302A具有复合角(在附图7A中所示为7.5度和16度)的锥形302A的标准Parker/Partek阀芯302。复合角使流动响应相对于阀芯的位置更加线性，因此控制更加容易。附图8所示为在密封面具有减小的直径(相对于附图7的阀芯302)的阀芯302′和设置在密封面附近的角落上以减小变化的室303。附图9所示为改进的阀芯302″，该阀芯包括复合角并对于较低的流量应用也具有更大的桶304直径。附图10所示为具有恒定的锥形角度(无复合角)但具有用于较低的流量应用的更大的桶直径的阀芯302″。通过这种阀芯改进并且并入带有适当的传动装置的最新组件并将传动装置/阀组件嵌入到具有流量传感器、计算和控制逻辑和传动装置/阀组件的流量控制***中，可以使利用膜片/阀芯设计的大部分已有的开/关型高纯度阀成为比例阀。
再次参考附图1，传动装置17连接到阀10。每个压力传感器24、25(或单个差压感测装置)与计算机处理器或控制器连通，比如具有比例、积分和微分(PID)反馈分量或模糊逻辑控制的控制器。模糊逻辑控制涉及被成为模糊、规则评估和逆模糊化的三个步骤。模糊化是这样的过程：对模拟输入变量(比如流率误差和流率相对于时间的导数)量化到一小组逻辑值是真的程度。规则评估涉及获取模糊输入变量，并基于规则组或条件产生一组模糊输出。逆模糊化是将原始模糊输出组合到复合***的输出中的过程。下文结合附图20讨论模糊逻辑控制的一种***和方法。这种输出可用于控制阀或加热器。在每个传感器24、25在它的相应的流体线上采样压力时，它将采样的数据发送给控制器。控制器比较该值，并如下文更详细地讨论地计算在限制流量元件15上的压力降。基于压力降的来自控制器的信号发送给传动装置17，传动装置17因此调节流体控制阀10。可以进行温度和运动粘度校正。
控制器可以基于流体的两个离散压力信号的压力差和温度计算流率，并比较所测量的流率和先前输入的设定点流率并调节比例阀以实现流率设定点。控制器也对从循环开始流经流体流量控制装置的总的体积进行求和，并在所分配的总的体积等于通过终端用户输入的体积设定点时密封阀。在另一实施例中，输入流率设定点以及时间值设定点(替代总的体积设定点)。实施循环直到从分配开始所测量的时间等于所输入的设定点，并完全地关闭阀以完成循环。
液体可兼容的比例阀10提供了流体流的流率调节。组件由两个主部件构成：阀10和传动装置17。在优选实施例中，阀10是膜片和阀芯型装置，它能够在使由阀产生的压力降最小的同时有效地控制流率。阀膜允许阀芯的固定和运动，该阀芯通过它在孔板中的位置调节流率。标准Parker/Partek(Tucson，AZ)PV-10阀的阀芯已经被修改为在较宽的流动范围上提供一种流率的良好比例特性，如上文参考附图7-10所讨论。在另一实施例中，可以使用没有额外阀芯修改的标准St.Gobain Performance Plastics(Garden Grove，CA)HPM。传动装置提供了膜片以及阀芯的机械运动。在优选的实施例中，传动装置与阀体隔离，它是EAD(Dover NH)的步进电机p/n L1MGE-10X03，并以基本步幅或微步幅工作以提供更加精确的膜片/阀芯组件的运动。其它适合的传动装置包括线性马达、音圈和气动结构。
附图21所示为可以计算液体的流率的控制器的一种实施例。在附图21的实施例中，控制器可以包括中央处理单元2100和数字信号处理器2102。中央处理单元2100和数字信号处理器2102每个都可以包括或存取计算机可读存储器(例如，RAM、ROM、EPROM、Flash、外部磁性存储装置或本领域公知的其它的计算机可读存储器)。在附图21的实例中，中央处理单元2100可以存取在板上的Flash存储器2104，而数字信号处理器2102可以存取在板上的Flash存储器2106。Flash存储器2104和Flash存储器2106每个都可以存储被相应的处理器可执行的一组计算机可读指令2108和2110。数字信号处理器2102和中央处理单元2100通过标准或定制的接口控制器2111进行通信。
控制器也可以包括从温度传感器接收温度信号的温度传感器输入2112、基于中央处理单元2100的输出产生步进电机驱动信号的步进电机驱动器2113、压力传感器输入2114和用于特定的实施方案的任何其它输入或输出(例如模拟和数字输出、诊断端口等)。
在操作中，控制器可以使用来自单个压力传感器的输入信号和来自热敏电阻的温度信号以计算液体的最终流率。可替换地，来自单个差压传感器的输出可用于计算最终流量。每个压力信号通过模拟到数字芯片进行处理，然后进行信号放大，并将所得的信号输送给数字信号处理器2102。这个处理器以比中央处理单元2100更高的频率操作以允许对压力和温度信号进行滤波，并且不给控制环响应施加过大的延迟。需要信号的滤波以减小任何外部噪声(来自压力传感器、来自***或外部)，并可以进行更加精确的压力测量。在比较两个压力信号时这是有用的。然后获得了差压信号。
中央处理单元2100执行指令2108以基于差压测量和流体温度计算流率。温度影响流体的压力读数、密度和粘度，而这些又影响流率的计算。通过预加载的校正曲线记录并关联差压信号到初级流率。校正曲线取决于流体流动路径的绝对尺寸、限制区的尺寸和压力传感器的响应。每个流量控制***都有单个曲线。对于模拟流体，对该曲线已经进行了归一化。所得的初级流率进一步通过在所测量的温度下进行流体的密度和粘度修正。这种存储的数据将密度和粘度的依赖关系与所测量的流体的温度关联。在优选的实施例中，作为多相液体的温度的函数的密度和粘度被以表格的形式或数学函数的数据存储。优选实施例利用Motorola p/n MC68HC912DG128(Shaumberg，IL)的微处理器用于最终的计算。然后记录感兴趣的流体的最终的流率。
应该注意，虽然计算机可读指令存储在多个存储器之间并通过多个处理器执行，但是这些指令可以存储在一个或多个计算机可读存储器中并通过一个或多个处理器执行。此外，本领域普通技术人员也会理解的是，计算机可读指令可以作为软件、固件和/或硬件实施。
附图20所示为流率计算的流程图。在本发明的一种实施例中，附图20的方法可以以一个或多个处理器通过在计算机可读存储器(例如，RAM、ROM、FLASH、磁性存储装置或本领域公知的其它的计算机可读存储器)中存储的计算机可读指令实施。在步骤2002中控制器可以读取温度(例如，通过附图21的温度输入2112)。在步骤2004中，控制器可以存取温度传感器表格以计算温度偏差。在步骤2006中，控制器可以读取压力信号(例如，通过附图21的压力传感器输入2114)，以及在步骤2008中，校正温度偏移的压力信号。然后控制器计算P1，P2并基于压力信号和与每个压力传感器关联的算法计算差压(步骤2010)。
在步骤2012中，控制器可以基于差压计算初始流率并通过预加载的校正曲线将它与初级流率关联。校正曲线取决于流体流动路径的绝对尺寸、限制区的尺寸和压力传感器的响应。每个流量控制***可以有单个曲线。在优选的实施例中，对于模拟流体，已经对曲线进行了归一化。此外，在步骤2012中，控制器可以基于粘度和密度修正初始流率。在步骤2014中，控制器可以基于流率校正调节流率以计算最终流率。在步骤2016中，控制器可以基于设定点确定校正流率多少。基于流率的计算，在步骤2018中控制器可以产生信号以调节阀。
调节阀多少的计算可能涉及模糊逻辑。模糊逻辑的应用涉及三个步骤，即模糊化、规则评估和逆模糊化。模糊化是这样的过程：对输入变量量化到一小组逻辑值为真的程度。根据本发明的一种实施例，与流率相关的变量和与流率随时间的变化相关的变量都可以与隶属函数比较以确定每个隶属函数的真实度。
作为实例，控制器可以将流率误差和流量随时间的变化(dF/dt)与隶属函数进行比较。在本领域中可以以任何方式计算流率误差和dF/dt。误差可以被划分为三类：负、零和正。附图23A所示为误差的隶属函数的一种实施例。在附图23A中，线2302表示负误差隶属函数，2304表示中性零误差隶属函数，以及2306表示正误差隶属函数。dF/dt也被划分为三类：降低、平稳和增加。附图23B所示为这三类误差的隶属函数。在附图23B中，线2308表示降低dF/dt，线2310表示平稳dF/dt，以及线2312表示增加dF/dt。应该注意，在附图23A和23B中所示的隶属函数仅仅是作为例子提供，隶属函数可以采用任何形式。在本发明的其它实施例中，可以给每个变量定义附加的或更少的隶属函数。
误差值和dF/dt可以与隶属函数比较以确定真实度。例如，如果误差值在点2314上，则每个误差隶属函数的真实度如下：负0％、零90％和正10％。类似地，如果dF/dt在点2316上，则每个dF/dt隶属函数的真实度将是：降低0％、稳定80％和增加20％。因此，模糊化过程确定某一状态对于给定的输入变量有多真实。其它的输入例如包括温度、温度的变化率、压力、压力的变化率或可转换为流率和/或流率的变化的任何其它变量。
规则评估涉及获取模糊输入(例如，负0％、零90％、正10％、降低0％、稳定80％和增加20％)并产生一组模糊输出。根据本发明的一种实施例，可以改变模糊输出以应用到被给定了一组规则的流量阀。规则组的一种实施例如表1所示。
表1
  1 IF 误差＝负 AND dF/dt＝减小 变化＝大
  2 误差＝负 dF/dt＝稳定 变化＝SI
  3 误差＝负 dF/dt＝增加 变化＝SI
  4 误差＝零 dF/dt＝减小 变化＝SI
  5 误差＝零 dF/dt＝稳定 变化＝NC
  6 误差＝零 dF/dt＝增加 变化＝SD
  7 误差＝正 dF/dt＝减小 变化＝SD
  8 误差＝正 dF/dt＝稳定 变化＝SD
  9 误差＝正 dF/dt＝增加 变化＝LD
  SI＝LI＝NC＝SD＝LD＝ 小增量大增量无变化小减量大减量
使用上述的规则并继续先前的实例，误差＝负0％、90％、正10％和dF/dt＝减小0％、平稳80％和增加20％的模糊输入可能导致如下的模糊输出和真实度：
无变化＝80％真实(规则5)
小减量＝20％真实(规则6)
小减量＝10％真实(规则8)
大减量＝10％真实(规则9)
在这种情况下，模糊输入的最小的真实度用作模糊输出的真实度。例如，对于规则5，选择80％，因为误差＝零是90％并且dF/dt＝平稳是80％。对于模糊输入具有0％的真实度的规则(例如，误差＝负或dF/dt＝减小的规则)没有作为模糊输出的真实度为0％示出。在本发明的其它的实施例中，模糊输出的真实度的分配可以是一种选择和最佳化。在本发明的另一实施例中，具有最低真实度的模糊输出可能被删除。模糊输出可以以任何其它的方式被选择，比如仅选择具有高于某一值的真实度的模糊输出。因此，在大减量具有只有10％的真实度时将删除规则9的大减量。然而，在小减量的模糊输出的最高真实度是20％时将不删除规则8的小减量的模糊输出。
表2提供了产生模糊输出的更复杂的规则表的另一实例。在表2的情况下，可以将误差与5个隶属函数(即大负、小负、零、小正和大正)进行比较，并可以将dF/dt与5个隶属函数(即大负、小负、零、小正和大正)进行比较。基于模糊输入dF/dt和误差的真实度，可以产生如下七个模糊输出：非常大的增加、较大的增加、较小的增加、无变化、较小的减小、加大的减小和非常大的减小。
表2
  误差   dF/dt   变化
  大负   大负   非常大的增加
  大负   小负   非常大的增加
  大负   零   较大的增加
  大负   小正   较小的增加
  大负   大正   无变化
  小负   大负   非常大的增加
  小负   小负   较大的增加
  小负   零   较小的增加
  小负   小正   无变化
  小负   大正   较小的降低
  零   大负   较大的增加
  零   小负   较小的增加
  零   零   无变化
  零   小正   较小的降低
  零   大正   较大的降低
  小正   大负   较小的增加
  小正   小负   无变化
  小正   零   较小的降低
  小正   小正   较大的降低
  小正   大正   非常大的降低
  大正   大负   无变化
  大正   小负   较小的降低
  大正   零   较大的降低
  大正   小正   非常大的降低
  大正   大正   非常大的降低
表2作为一种举例，示出了模糊输入如何与附加的隶属函数进行比较以产生附加的模糊输出。
逆模糊化是将模糊输出组合以产生***输出的过程。为了举例，使用利用表1的实例的模糊输出。每个模糊输出与在该***中的离散变化相关。例如，表3示出了表1的模糊输出如何与离散输出关联(例如值的百分比变化)。
表3
  变化   阀输出的百分比变化
  大减量   -20
  小减量   -10
  无变化   0
  小增量   10
  大增量   20
如表3所示，对于大减量的模糊输出，阀输出的百分比变化应该是20％，对于小减量应该是-10，等。模糊输出乘以表3的适当的常数并加在一起。因此，对于表1的模糊输出并删除具有10％的真实度的大减量的模糊输出的实例，流量阀的总的变化如下：
变化＝(0*80％-10％*20％-20*10％)/(80％+20％+10％)＝-3.6
基于这个值，控制器试图关闭阀3.6％。这可以通过在例如附图20的步骤2016中产生适当的阀控制信号实现。在本发明的一个实施例中，阀控制信号可以被发送给阀驱动器，该阀驱动器产生模拟阀驱动信号以驱动阀打开或关闭。
实例1
这个实例说明使用本发明的一种实施例测量并控制液体流量以便给化学机械平面化衬底处理输送离散体积的流体。更具体地说，这个实例示出了本发明的一种实施例如何用于测量并控制液体流量以便能够将抛光液的离散体积输送给衬底。化学机械抛光在光学透镜的制造方面有用。化学机械平面化在半导体器件的制造方面有用。抛光液可以是酸性或碱性，并且可能包含比如二氧化硅或氧化铝的磨料。用于抛光二氧化硅的流体包括氢氧化钾的水溶液的硅浆；用于抛光铜金属的流体包括氧化剂比如过氧化氢、抑制剂比如苯并***和有机酸比如乙酸的水溶液。
本发明的装置的入口连接到盛抛光液的压力或重力供料容器。流量装置的出口连接到在抛光工具的喷嘴上。抛光工具具有通过旋转抛光垫或带要抛光的衬底。该衬底与连同抛光液的化学作用一起从衬底去除材料的抛光垫接触。抛光液通过喷嘴被输送给在工具上的衬底；输送给衬底的抛光液的流量通过流量装置和它的电子器件控制。流量装置的电子器件可以连接到工具的控制器以使工具能够控制抛光液分配在衬底上的时序。工具也可以包含可用于控制抛光液到衬底的输送的时序的抛光端点检测器。在流量装置的电子器件的信号处理器消除了由在包含抛光液中的压力容器的压力变化引起的抛光液体积和输送速率的变化。与蠕动泵相比，抛光液的输送以恒定的速率进行。结果是控制了输送给衬底的抛光液的体积和输送速率，这就使化学品的浪费最小，并且使得衬底的抛光更加均匀且可重复。
实例2
这个实例说明使用本发明的一种实施例测量并控制液体流量以使离散体积的液体前体可以被输送给蒸馏器以形成气体。更具体地说，这个实例示出了本发明的一种实施例如何用于测量并控制输送给蒸馏器的液体前体的流量。
液体前体是在蒸馏器中被加热以形成气体的化学制品。气体然后被输送给在反应室中的被加热的衬底，在那里进一步分解或在衬底上发生反应。气体可用于在衬底上形成金属、半导体或电介质的薄膜(化学气相淀积或原子层化学气相淀积处理)。也可用于蚀刻衬底的表面，或者它可用于干燥衬底。液体前体可以是纯液体比如水、2-丙醇或四乙基原硅酸酯、TEOS。液体前体也可以包含固体比如在溶剂比如四氢呋喃中溶解的二叔戊酰甲烷锶(Sr(DPM)2)。某些液体前体比如铜(I)六氟代戊二醇乙烯三甲硅烷(hexafluoropentanedionatevinyltrimethylsilane)((VTMS)Cu(hface))对热敏感并且通过在某些液体流量计中使用的热传感器可能被分解。液体前体通常以每分钟大约0.1克至大约每分钟50克的速率输送给蒸馏器。在光学器件比如透镜和光纤的涂敷中薄膜是比较重要的。在平板、微处理器和存储器件的制造中薄膜和薄膜蚀刻也是比较重要的。
本发明的流量器件在它的入口处连接到液体前体的压力源。流量器件的出口连接到蒸馏器。流量器件的阀可以在蒸馏器的上游或下游。蒸馏器的出口连接到工具的处理室，该处理室包含要通过蒸汽处理的衬底。为进行要求多个前体的处理，可以使用多个流量装置。流量装置的电子器件可以连接到工具的控制器。这可以使处理工具可以远程地控制从压力源通过流量计并进入加热的蒸馏器的液体流量。在化学气相淀积处理中有用的蒸馏器的实例包括被加热的金属烧结、被加热的金属的屏蔽、被加热的阀和被加热的管。
在盛放液体前体的容器中的压力变化可能导致到蒸馏器的液体流量的变化。在热流元件中的液体前体的热分解可能导致到蒸馏器的流体流量不精确。到蒸馏器的较差的流量控制可能导致由蒸馏器的饱和引起的液体的不完全的汽化。不完全的汽化将使小液滴进入处理室并在衬底上造成缺陷。实施本发明的结果是不需要热流量元件来控制提供给蒸馏器的前体流量和可重复且受控的液体流量，而且与上游压力的波动无关。
实例3
这个实例说明使用本发明的一种实施例测量并控制液体流量以便给无电电镀的衬底输送流体。更具体地说，这个实例示出了本发明的一种实施例如何用于测量并控制液体流量以便能够在衬底上分配一系列化学制品以在电镀过程中形成金属膜。这种过程消除了槽式电镀过程共有的化学品的废酸洗液。用于电镀的金属和金属合金的溶液包括(但不限于)银、铜、铂、钯、金和锡。通常要求催化剂以使衬底在电镀溶液中活化。这些催化剂包括胶态钯、碳、石墨、胶态锡-钯和导电聚合物比如聚吡咯。在一些催化剂和电镀溶液中的贵金属比较昂贵，而需要使在电镀的过程中的浪费最小以实现电镀过程的成本效率合算。这些溶液中的某些溶液中的金属是有毒的，而需要使在电镀过程中的浪费最小以减小环境排放以及废物处理和处置成本。
对于在电镀过程中使用的每种化学制品，本发明的装置在它的入口处连接到化学制品的压力泵送机构或重力输送源。该装置的出口在它的出口处连接到喷嘴以将每种化学制品输送到衬底。通过使用热交换器、冷凝器或电阻加热元件，溶液的温度可以在输送给衬底之前降低或增加。例如，铜金属可以通过无电电镀工艺通过如下过程淀积在衬底上：通过第一流动装置使衬底与包含胶态钯的活化剂溶液接触，使用第二流动装置应用水漂洗衬底，通过第三流动装置使被催化的衬底与盐酸活化剂溶液接触，通过第四流动装置使衬底与包含二价铜离子源、还原剂比如甲醛、络合剂比如EDTA和底液比如氢氧化钾的一定体积的铜溶液接触。从第二流动装置以水清洗衬底。
流量装置的电子器件可以连接到电镀工具的控制器以调节时序、持续时间和通过每个流量装置的液体流的顺序。结果是在处理中的每个步骤中将每种化学制品的所测量的体积快速且精确地输送给衬底。通过仅将足够确保完全反应的化学制品输送给衬底，使化学制品的浪费和材料成本最小。由化学制品的废酸洗液引起的衬底的污染被减少了。因为流量元件和阀的快速动作减小了周期时间的缘故，所以增加了处理过程的总的生产量。
实例4
这个实例说明使用本发明的一种实施例测量并控制液体流量以使流体输送给衬底以形成保形涂层。更具体地说，这个实例示出了本发明的一种实施例如何用于测量并控制到衬底的液体流量以便以液体材料能够实现衬底的精确涂敷。在旋涂的过程中电介质材料、光致抗蚀剂、抗反射涂层、聚酰亚胺、助粘剂比如六甲基二硅氮烷、铁电材料和溶胶凝胶都通常作为液体或膏剂淀积在衬底上。通过固定或可动的喷嘴将这种材料输送给静止或慢速旋转的衬底。在材料已经输送给衬底之后，以从大约100至5000rpm的范围的高速度旋转以给衬底均匀地涂敷液体材料的薄膜。这些材料中的许多材料都比较昂贵，并且重要的是在涂敷过程中使它们的使用和浪费最小化。可重复的涂层要求输送给衬底的材料的体积一致。
本发明的流量装置的入口连接到包含涂敷流体的压力或重力输送容器。流量装置的出口连接到在涂敷工具的喷嘴上。涂敷工具具有安装到旋转卡盘上的衬底。涂敷流体通过喷嘴输送给在工具上的衬底；涂敷流体到喷嘴的流量通过流量装置和它的阀控制。流量装置的电子器件可以连接到工具的控制器以使工具能够控制流体涂敷到衬底上的时序和速率。通过电子器件与流量装置连通，涂敷工具可以按照喷嘴位置和衬底旋转速率的函数改变到衬底的流体流率以便实现所需的涂层。流量装置的微处理器和控制逻辑消除了由在包含涂敷流体的容器中的压力变化引起的涂敷流体体积和输送速率的变化。结果是受控的体积的涂敷流体输送给衬底。这个结果使化学制品浪费最小，并且产生了更加均匀且可重复的衬底涂层。
实例5
这个实例说明使用本发明的一种实施例测量并控制液体流量以使流体输送给衬底以与衬底反应。更具体地说，这个实例示出了本发明的一种实施例如何用于测量并控制在衬底上反应液体的流量。这种反应液体的实例包括(但不限于)正或负光致抗蚀剂显影剂、光致抗蚀剂消除剂、酸比如氢氟酸、氧化剂比如臭氧去离子化水或腐蚀剂比如过氧乙酸。
本发明的流量装置的入口连接到包含反应流体的压力或重力输送容器。流量装置出口连接到在工具上的喷嘴或喷雾嘴。反应流体通过喷嘴输送给在工具上的衬底；到工具上的喷嘴的反应流体的流量通过流量装置和它的阀控制。流量装置的电子器件可以连接到工具的控制器以使工具能够控制到衬底的反应流体的时序和速率。反应流体的电子器件可以通过工具控制器连接到反应端点检测器，在那里在接近或达到反应端点时反应流体的流率减小或停止。腐蚀过程的实例是使用过氧乙酸从电镀晶片的边缘清除铜。结果是使用本发明的实施例将反应流体的受控体积输送给衬底并精确地控制处理端点的控制。
实例6
本实例说明了本发明的一种实施例与化学制品传感器串联使用以测量并控制液体流量和组分。更具体地说，本实例说明了本发明的一种实施例如何与一个或多个化学制品传感器组合以便能够控制流体流量和流体组分。这种控制理想的应用包括(但不限于)电镀槽、RCA清洁槽、臭氧水槽和氢氟酸槽。将这种传感器与本发明的一种实施例组合的其它的应用包括保持化学制品槽的纯度。例如，污染比如颗粒、有机材料或金属离子在循环槽中的累积可以要求槽周期性地排出被污染的流体并以未污染的流体的等量体积更换。可替换地，这种槽可以切换到清洁器或颗粒过滤器以清除污染，同时维持恒定的流率以便保护当前的处理和产品，直到消除污染。
在去离子水中溶解的臭氧用于从各种衬底的表面清除有机材料。在臭氧发生器输出气体浓度和水流率方面的波动导致了在溶解的臭氧浓度的变化。这种溶解的臭氧浓度的变化导致了以臭氧水氧化衬底表面所要求的时间的变化，由此造成了处理结果和清洁次数不一致。
为维持在溢流清洁槽中溶解的臭氧的浓度，本发明的一种实施例在它的入口处连接到去离子水源并且它的出口连接到气体接触器。气体接触器是能够将气体溶解在液体中的质量传递装置。这种装置的实例和对它们的操作的描述在W.L Gore，Elkton，MD，and MykrolisCorporation，Billerica，MA中可得到。来自臭氧发生器的臭氧气体被输送给气体接触器的外壳侧，在那里它溶解进流经气体接触器的管子的去离子水。在水中溶解的臭氧的浓度通过连接到气体接触器的流体出口的溶解臭氧浓度监测仪(从IN USA，Needham，MA，可购买到)测量。溶解臭氧浓度监测仪的输出信号用作到本发明的流量装置的电子器件和微处理器的输入信号。本发明的电子器件、微处理器和控制逻辑在预先设定的极限内改变通过气体接触器的水的流率，以便将溶解的臭氧的浓度维持在预定的浓度范围内。例如，如果从臭氧发生器输出的臭氧气体的浓度降低，则通过气体接触器的水的流量可以通过流量装置减小以维持溶解的臭氧的浓度。
可替换地，本发明的流量装置的电子器件可用于通过使用它的模拟输出或RS845输出或其它适合的装置改变臭氧发生器气体流量，同时通过气体接触器与流量装置的上游的水压力无关地维持固定的水流率。例如如果溶解的臭氧的浓度超过预定的阈值，同时水的流量恒定，则降低给发生器输送的功率以将溶解的臭氧的浓度减回到它的适当的水平。结果是通过使用本发明的一种实施例控制了到衬底的恒定组分的化学混合物的制备和输送。
实例7
本实例说明了使用具有热交换器的文丘里管***重复地加热、测量和控制液体流量以在室温到随后的处理的高温下能够分配体积液体。
按照在共同未决的申请USSN 60/326357(申请日：10/01/2001，标题“CLOSED LOOP HEAT EXCHANGE APPARATUS”，在此以引用参考的方式将其包括在本申请中)中公开的方法制备的2.25英寸内径、18英寸长的外壳和管热交换器在它的外壳侧连接到在1.46升每分钟的流率流动的加热到70摄氏度的水源。在23摄氏度的水源在它的入口处连接到本发明的一种实施例。在本实施例的阀的出口连接到热交换器的管侧的入口配件处。到管测定水入口和热交换器的管侧的出口的温度通过J-型热电偶测量并使用Agilent数据记录仪记录数据。通过流量装置的电子器件和膝上型计算机控制到热交换器的管子的液态水分配循环的流率和时序。每分钟的分配周期是：水以大约20毫升每秒的流率输送到管子15秒，水流停止45秒。多个分配周期的热交换器入口水温度、管子出口水温度和所测量的流率的曲线图在附图11中示出。结果显示：通过使用本发明的实施例并应用热交换器，可重复输送被加热到从23至67+/-0.9摄氏度的液体的300毫升体积。这种***可以用于调节在单个晶片清洁、无电电镀、显影剂或抗蚀剂清除过程中使用的流体的温度。
实例8
本实例说明了使用文丘里管流量***以便能够以精确控制的温度在固定的流率下输送固定的液体体积。
按照在共同未决的申请USSN 60/326357(申请日：10/01/2001，标题“CLOSED LOOP HEAT EXCHANGE APPARATUS”，在此以引用参考的方式将其包括在本申请中)中公开的方法制备的2.25英寸内径、8英寸长的外壳和管状热交换器在它的管壳侧连接到在0.5升每分钟的流率流动的加热到26.8摄氏度的水源。在23.4摄氏度的水源在它的入口处连接到本发明的一种实施例。在本实施例的阀的出口连接到热交换器的管侧的入口配件处。到管测定水入口和热交换器的管侧的出口的温度通过J-型热电偶测量并使用Agilent数据记录仪记录数据。通过流量装置的电子器件和膝上型计算机控制到热交换器的管子的液态水分配循环的流率和时序。每分钟的分配周期是：水以大约20毫升每秒的流率输送到管子5秒，水流停止10秒。多个分配周期的热交换器入口水温度、管子出口水温度和所测量的流率的曲线图在附图12中示出。结果显示：通过使用本发明的实施例并应用热交换器，可重复输送保持在26.035+/-0.095 C的温度的液体的100毫升体积。这种***可以用于精确地维持流体比如光致抗蚀剂的温度。
实例9
本实例说明了使用毛细管***测量并控制液体流量以便能够输送并控制有机液体的低体积流量。
具有0.058英寸和大约14个扭弯的40英寸长度PFA管用作压降元件。入口流体(例如2-丙醇)的温度应该是大约23摄氏度并且通过在流量限制元件的表面上的热敏电阻测量，其温度输入到如附图21所示的电子器件***的温度传感器输入模块中。2-丙醇是在带有氮气或氩气每平方英寸大约20英镑的压力的容器中。2-丙醇流率通过控制器设定点调节。设定点可通过外部工具控制器经RS485或辅助模拟输入模块输入到电子器件***的微处理器，如附图21所示。结果是以在从大约0.008克每秒(0.16克每分钟)到大约0.5克每秒(9.6克每分钟)的范围的流率输送液体。这种流量***能够控制适合于化学气相淀积处理的流率的液体。
实例10
本实例说明了通过文丘里管***使用一种算法以在上游输送压力变化的过程中维持恒定的体积分配。
使用如下部件组装本发明的器件的流量装置的实施例：同心文丘里管，Teflon，3/8英寸Flaretek配件，流量元件，LucasNovaSensor，Fremont，CA的两个NPI-19系列压力传感器和比例控制阀EAD步进电机，这种步进电机具有改进的导杆(型号LIMGE-10×03)和用于确定步进电机和阀引导位置的Sager电定位传感器(型号EE-SX77OPR)。阀体是Parker生产的带有改进的阀芯的PV-10型。压力传感器的阀与电子器件硬件连接。使用图形用户接口将流量装置的电器器件的流率和压力输出记录在IBM兼容计算机中。
文丘里管流量元件的入口连接到压力水源。水盛放在通过Micropump，Vancouver，WA的405A型液体泵和压力开关压力输送的压载箱中。在压载箱中的压力允许在每平方英寸计量的20和33英镑之间循环。在Mettler Toledo PR8002秤上测量来自流量装置的液体分配质量并记录在IBM兼容计算机中。
流量装置的分配时间是分配大约10秒并关闭大约20秒。对于100、150和200毫升的总的分配体积，在每平方英寸20和33英镑之间变化的压载箱中的压力下，重复10、15和20毫升每秒的编程的流率总共23次。
一部分结果在附图14中示出。结果显示了用于调节通过温度和压力传感器输入到微处理器的通过限制流量元件的流体流量的电子器件控制***。微处理器具有如下的能力：存储并访问在多种流体的运动粘度和温度之间的所存储的表格或函数关系的能力，以及计算温度校正的压力降的能力。结果进一步说明流量装置和电子器件***能够在液体的上游压力变化时输送液体的一致的体积的能力。在微处理器中，计算、求和每单元时间分配的流体的总的体积并与设定点进行比较。通过控制逻辑对分配时间进行校正以调节在***中的压力变化并维持分配体积和流率。从23次分配的称量数据中确定的分配体积是100.97、151.23和201.50毫升，分配百分比的标准偏差小于0.4。
实例11
本实例说明了通过本发明的一种实施例的一种算法使用单个标准校准流体校准在多种流体中使用的流量装置。对于文丘里管流量计，在此使用建立的方程式计算任何液体的体积流率。附图22所示为在文丘里管中流体流量与压力降、横截面面积和流体粘度相关的理论的描述。
如果考虑在附图22中的项 作为“几何系数”，1可以替代它，并且流量系数C以单个组合的校准系数C′替代。所得的等式归一化为Q＝C′(2ΔP/ρ)n的形式，这里指数n是大约为0.5并通过试验确定。
使用具有两个压力传感器的流量计并置于具有压力标准和流量标准的测试台上。在至少两种流体中测量流体流量作为压力传感器差的输出的函数。附图15所示为三种流体的这种测量的结果：水、2-丙醇和甘油18％/2-丙醇82％w/w混合。使用具有预指数(pre-exponential)系数和指数的幂函数拟合每种流体数据组。
由于C′＝Q/(2ΔP/ρ)n，可以绘制Q与2ΔP/ρ的曲线以获得如附图16所示的C′的值并从每种流体的流率、流体密度和压力降数据之间的数学关系中确定校准系数和指数。例如，使用幂函数数学关系的每种流体的数据的最佳拟合得到具有预指数系数C′和指数n的函数。在附图16中水的预指数C′是4.0001并且指数n是0.5342。
虽然在附图16中三个曲线的幂曲线拟合等式的指数n是大约0.54，每种流体的C′校准系数预指数系数都不相同。这些系数相对于每种流体运动粘度v绘制，如附图17所示，并确定在每种流体的校准系数C′和运动粘度之间的数学关系。例如，最佳拟合的直线产生了C′的值作为如附图17所示的运动粘度的函数。
确定系数C′的值的能力使得人们可以计算在所研究的流量和运动粘度范围内流经特定的文丘里管流量计的任何流体的流率(假设流动是紊流)。
在这种流量模型的优选实施例中，通过确定包含C′系数和可变流体特性的新的系数“K”，可以进一步改进以补偿流体特性(μ和ρ)的与温度相关的变化，由此流量方程变为Q＝KΔPn，这里K＝C′(2/ρ)n。
对于同心文丘里管流量传感器，在H2O和IPA的“K”和温度之间的关系在附图18中示出。这些数据在数字数据的国际判定表中可得到。从这些数据中在每种流体的校准系数“K”和运动粘度之间的数学关系作为温度的函数确定。例如，对于IPA和水，本发明优选的这些数据的最佳拟合多项式将K作为温度的函数给出，如附图18所示。
为了校验这个模型，可以将相对于压力降数据的流率与所计算的流率进行比较。对于水和IPA，对于水使用24.0℃而对于IPA使用23.6℃的温度和K的情况，在附图19中示出。仅基于C′计算甘油/IPA的结果(没有温度校正)。
如果具有特定的文丘里管计量设计的足够的校准数据，即该设计是十分好的特征设计，则如果流量方程“Q＝C′(2ΔP/ρ)n”的“n”是常数，并且系数方程“C′＝b-mv”的斜率“m”也是常数，则在公知的温度下使用单种流体以单个流率应该可以校准该设计的其它文丘里管流量计。一旦校准了流量计，则在已经将其作为温度的函数的运动粘度和密度输入到电子电路或微处理器的存储器中的其它流体中可以使用该装置。
为容纳由于制造公差引起的文丘里管流量计的尺寸的偏差，从该系数方程b＝C′+mv中可以确定唯一的未知数，即在系数方程中的“b”的值；由于“m”的值(斜率)是已知的，并且C′＝Q/(2ΔP/ρ)n(Q和ΔP来自流率vs，压力降数据点和运动粘度v和密度ρ分别是校准流体的运动粘度和密度)，则b＝Q/(2ΔP/ρ)n+mv。

Claims (32)

1.流体流量测量和比例流体流量控制装置，包括：
具有流体入口和流体出口的比例流量阀；
用于调整所说的比例流量阀的所说的比例流量阀的传动装置；
具有与所说的比例流量阀的所说的流体入口流体连通的限制流量元件流体入口和限制流量元件流体出口的限制流量元件，所说的限制流量元件在所说的限制流量元件流体入口和限制流量元件流体出口之间形成压力降；
测量所说的压力降的装置；
基于所说的压力降计算流率的装置；和
与所说的压力降测量装置和所说的传动装置连通以响应所说的所测量的压力降控制通过所说的比例流量阀的流体流量的控制器。
2.权利要求1的流体流量测量和比例流体流量控制装置，其中所说的限制流量元件产生附加的压力降。
3.权利要求1的流体流量测量和比例流体流量控制装置，其中所说的限制流量元件包括文丘里管。
4.权利要求1的流体流量测量和比例流体流量控制装置，进一步包括感测所说的流体的温度的装置，以及其中所说的控制器响应所说的感测的温度校正所说的计算的流率。
5.权利要求3的流体流量测量和比例流体流量控制装置，其中所说的测量所说的压力降的装置包括感测所说的文丘里管的所说的流体上游的压力的第一压力换能器和感测在所说的文丘里管的最限制部分中的所说的流体的压力的第二压力换能器。
6.一种控制从分配器到使用点的流体的分配的方法，包括：
提供具有流体入口和流体出口的比例流体流量阀；
提供与所说的流体入口流体连通的限制流量元件，所说的限制流量元件产生压力降；
感测在所说的限制流量元件上的所说的压力降；和
响应所说的感测的压力降调节所说的比例流体流量阀。
7.权利要求6所述的方法，其中提供传动装置以调节所说的比例流体流量阀。
8.权利要求6所述的方法，进一步包括提供响应所说的测量的压力降的控制器以控制所说的传动装置。
9.权利要求6所述的方法，进一步包括调节所说的比例流体流量阀的模糊逻辑控制规则。
10.权利要求1的流体流量测量和比例流体流量控制装置，进一步包括在所说的传动阀上设置的定位传感器。
11.权利要求1的流体流量测量和比例流体流量控制装置，其中所说的限制流量元件至少恢复所测量的压力降的10％。
12.权利要求1的流体流量测量和比例流体流量控制装置，其中所说的控制器使用模糊逻辑规则。
13.权利要求1的流体流量测量和比例流体流量控制装置，其中所说的控制器使用所存储的流体特性数据以测量并控制流体流量。
14.一种使用单个标准校准流体校准流体流量装置的方法，包括：
提供具有第一和第二压力传感器的流量计；
通过计算在由所说的第一和第二压力传感器感测的压力之间的第一压力差测量通过所说的流量计的第一流体的流体流量；
通过计算在由所说的第一和第二压力传感器感测的压力之间的第二压力差测量通过所说的流量计的第二流体的流体流量；
基于在流率、流体密度和所计算的所说的第一和第二流体的压力差之间的关系确定校准系数；
确定每种所说的流体的运动粘度和所说的校准系数之间的关系；和
存储所说的关系。
15.权利要求14的方法，进一步包括比较所说的存储的关系和所测量的第三流体的差压并基于所说的比较确定所说的第三流体的流率。
16.权利要求14的方法，进一步包括校正温度变化的所说的关系。
17.一种装置，包括：
具有流体入口和流体出口的比例流量阀；
用于调整所说的比例流量阀的所说的比例流量阀的传动装置；
具有与所说的比例流量阀的所说的流体入口流体连通的限制流量元件流体入口和限制流量元件流体出口的限制流量元件，所说的限制流量元件在所说的限制流量元件流体入口和限制流量元件流体出口之间形成压力降；
上游压力传感器；
下游压力传感器；
与所说的上游压力传感器和所说的下游压力传感器连通的控制器，所说的控制器进一步包括：
一个或多个处理器；
一个或多个计算机可读存储器；
在所说的一个或多个计算机可读存储器中存储并通过所说的一个或多个处理器可执行的一组计算机可读指令，所说的计算机可读指令组包括可如下地执行的指令：
接收上游压力信号；
接收下游压力信号；和
基于所说的上游压力信号和所说的下游压力信号计算流体流率。
18.权利要求17的装置，其中控制器与所说的传动装置进行通信，并且所说的计算机可读指令组进一步包括可执行以计算阀输出的总体变化的指令。
19.权利要求17的装置，其中控制器可进一步执行以基于阀输出的变化产生阀控制信号。
20.权利要求19的装置，其中控制器进一步包括可操作以基于阀控制信号产生阀驱动信号并将阀驱动信号传递给传动装置的阀驱动器。
21.权利要求18的装置，其中可执行以计算阀输出的总体变化的指令进一步包括可执行如下操作的指令：
比较与流率相关的变量和第一组隶属函数以产生第一组模糊输入；和
比较与流率变化相关的变量和第二组隶属函数以产生第二组模糊输入；
其中来自第一组模糊输入和第二组模糊输入中的每个模糊输入与输入真实度相关。
22.权利要求21的装置，其中可执行以计算阀输出的总体变化的指令进一步包括可执行如下操作的指令：
将一组规则应用于第一组模糊输入和第二组模糊输入以产生一组模糊输出，其中每个模糊输出与输出真实度相关。
23.权利要求22的装置，其中可执行以计算阀输出的总体变化的指令进一步包括可执行如下操作的指令：
将每个模糊输出与阀输出值的离散变化关联；和
基于一个或多个模糊输出的输出真实度和与一个或多个模糊输出中的每个关联的阀输出值的离散变化计算阀输出的总体变化。
24.一种装置，包括在一个或多个计算机可读存储器中存储并通过所说的一个或多个处理器可执行的一组计算机可读指令，所说的计算机可读指令组包括可执行如下操作的指令：
计算流体流率；和
基于模糊逻辑计算在阀输出中的总体变化。
25.权利要求24的装置，其中可执行以计算阀输出的总体变化的指令进一步包括可执行如下操作的指令：
比较与流率相关的变量和第一组隶属函数以产生第一组模糊输入；和
比较与流率变化相关的变量和第二组隶属函数以产生第二组模糊输入；
其中来自第一组模糊输入和第二组模糊输入中的每个模糊输入与输入真实度相关。
26.权利要求25的装置，其中可执行以计算阀输出的总体变化的指令进一步包括可执行如下操作的指令：
将一组规则应用于第一组模糊输入和第二组模糊输入以产生一组模糊输出，其中每个模糊输出与输出真实度相关。
27.权利要求25的装置，其中可执行以计算阀输出的总体变化的指令进一步包括可执行如下操作的指令：
将每个模糊输出与阀输出值的离散变化关联；和
基于一个或多个模糊输出的输出真实度和与一个或多个模糊输出中的每个关联的阀输出值的离散变化计算阀输出的总体变化。
28.一种装置，包括在一个或多个计算机可读存储器中存储并通过所说的一个或多个处理器可执行的一组计算机可读指令，所说的计算机可读指令组包括可执行如下操作的指令：
计算流体流率；和
基于模糊逻辑如下地计算在阀输出中的总体变化：
比较误差与第一组隶属函数以产生第一组模糊输入；
比较流率的变化与第二组隶属函数以产生第二组模糊输入，其中来自第一组模糊输入和第二组模糊输入的每个模糊输入都与输入的真实度关联；
将一组规则应用到第一组模糊输入和第二组模糊输入以产生一组模糊输出，其中每个模糊输出与输出的真实度关联；
将每个模糊输出与在阀输出值中的离散变化关联；以及
基于一个或多个模糊输出的输出真实度和与一个或多个模糊输出中的每个关联的阀输出中的离散变化计算阀输出中的总体变化。
29.权利要求28的装置，其中计算机可读指令组进一步包括可执行以降低与特定的输出真实度相关的模糊输出的指令。
30.权利要求28的装置，其中计算机可读指令组进一步包括可执行以使输出真实度基于输入真实度的指令。
31.权利要求28的装置，其中特定的模糊输出的输出真实度等于特定的模糊输出所基于的特定的模糊输入组的最低的输入真实度。
32.权利要求28的装置，其中计算机可读指令组进一步包括可执行以基于计算的阀输出的总体变化产生阀控制信号的指令。
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