CN118603215B - 一种气体的质量流量测量方法、装置及质量流量控制器 - Google Patents

Abstract

本申请实施例适用于制造工艺技术领域，提供了一种气体的质量流量测量方法、装置及质量流量控制器，该方法应用于质量流量控制器，所述质量流量控制器设置有气体通道、位于所述气体通道上的串联的多组测量单元，所述方法包括：获取各组所述测量单元的质量流量测量值；依据所述质量流量测量值和预设对应关系确定目标测量单元；所述对应关系包括各所述测量单元及其对应的测量范围；将所述目标测量单元的质量流量测量值确定为质量流量计算值；其中，至少一组所述测量单元由压差传感器、压力传感器和限流器组成，本申请实施例能够实现拓宽质量流量控制器的测量气体质量流量的高精度量程。

Description

一种气体的质量流量测量方法、装置及质量流量控制器

技术领域

本申请实施例属于制造工艺技术领域，特别是涉及一种气体的质量流量测量方法、装置及质量流量控制器。

背景技术

在半导体制造工艺中，存在多个环节涉及到流量变化剧烈的情况，这对质量流量控制器(Mass Flow Controller，MFC)的性能提出了极高的要求。在多步骤化学气相沉积(Multi-step CVD)工艺中，可能需要在同一反应腔中交替进行不同的化学反应，这些反应对前驱体气体的流量需求差异很大。例如在生长高k介电层或金属门电极时，不同化学反应步骤对气体流量的需求可以从几sccm(standard cubic centimeter per minute，标准立方厘米每分钟)变化到几百甚至上千sccm。在离子注入过程中及其前后的准备和处理步骤中，可能需要对硅片进行预热、退火或清洁，这些步骤对惰性气体(如氩气或氮气)的流量需求可能会有很大的范围。例如在预热阶段可能需要较低的流量，而在清洁或退火阶段可能需要显著增加气体流量。

在一些制程中，可能需要在同一制造线上切换ALD(Atomic Layer Deposition，原子层沉积)和CVD(Chemical Vapor Deposition，化学气相沉积)工艺。ALD工艺涉及到脉冲式的气体流量控制，流量非常小；而CVD工艺则可能需要连续且较大的气体流量。这种切换对MFC的动态响应范围和精度有了更高的要求。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供了一种气体的质量流量测量方法、装置及质量流量控制器，用以提高气体的质量流量测量动态响应范围和精度。

本申请实施例的第一方面提供了一种气体的质量流量测量方法，应用于质量流量控制器，所述质量流量控制器设置有气体通道、位于所述气体通道上的串联的多组测量单元，所述方法包括：

获取各组所述测量单元的质量流量测量值；

依据所述质量流量测量值和预设对应关系确定目标测量单元；所述对应关系包括各所述测量单元及其对应的测量范围；

将所述目标测量单元的质量流量测量值确定为质量流量计算值；

其中，至少一组所述测量单元由压差传感器、压力传感器和限流器组成。

本申请实施例的第二方面提供了一种气体的质量流量测量装置，所述装置位于质量流量控制器，所述质量流量控制器设置有气体通道、位于所述气体通道上的串联的多组测量单元，所述装置包括：

质量流量测量值获取模块，用于获取各组所述测量单元的质量流量测量值；

目标测量单元确定模块，用于依据所述质量流量测量值和预设对应关系确定目标测量单元；所述对应关系包括各所述测量单元及其对应的测量范围；

质量流量计算值确定模块，用于将所述目标测量单元的质量流量测量值确定为质量流量计算值；

其中，至少一组所述测量单元由压差传感器、压力传感器和限流器组成。

本申请实施例的第三方面提供了一种质量流量控制器，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述第一方面所述的气体的质量流量测量方法。

本申请实施例的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述第一方面所述的气体的质量流量测量方法。

本申请实施例的第五方面提供了一种计算机程序产品，当所述计算机程序产品在计算机上运行时，使得所述计算机执行上述第一方面所述的气体的质量流量测量方法。

与现有技术相比，本申请实施例具有以下有益效果：

在本申请实施例中，质量流量控制器设置有气体通道、位于所述气体通道上的串联的多组测量单元；其中，至少一组所述测量单元由压差传感器、压力传感器和限流器组成；通过在不同测量单元中设置不同几何结构的限流器，从而提高了质量流量控制器的测量气体质量流量的量程，并通过获取各组所述测量单元的质量流量测量值；依据所述质量流量测量值和预设对应关系确定目标测量单元；所述对应关系包括各所述测量单元及其对应的测量范围；将所述目标测量单元的质量流量测量值确定为质量流量计算值；实现在质量流量控制器的量程范围内，均采用精度较高的测量单元输出质量流量计算值。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中的一种压差式质量流量控制器结构图；

图2是现有技术的质量流量控制器精度曲线；

图3是本申请实施例提供的一种气体的质量流量测量方法的示意图；

图4是本申请实施例提供的另一种气体的质量流量测量方法的示意图；

图5是本申请实施例提供的一种质量流量控制器结构图；

图6是本申请实施例提供的各组测量单元精度示意图；

图7是本申请实施例提供的另一种质量流量控制器结构图；

图8是本申请实施例提供的一种质量流量控制器的控制框图；

图9是本申请实施例提供的一种气体的质量流量测量装置的示意图；

图10是本申请实施例提供的一种质量流量控制器的示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

应当理解，当在本申请说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。

另外，在本申请说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。

参照图1，示出了现有技术中的一种压差式质量流量控制器结构图，该质量流量控制器由控制阀101、一个压力传感器102和另外一个压力传感器103，以及限流器104组成，在两个压力传感器测得压力值得到质量流量后，将控制信号反馈给控制阀101进行控制。限流器104为一段具有一定流阻的管道，当流体流过限流器104时会产生较大的压力损失，常见的限流器104有毛细管，圆柱与其同轴的空心圆环间的环形狭缝等。

流体流经限流器104的压力损失和流体的流速v成正比，记为：v～P₁-P₂，P₁为压力传感器102测得的压力值，P₂为压力传感器103测得的压力值。

流体流经限流器104的平均密度ρ和限流器104进出口的平均压力有关，记为：ρ～0.5*(P₁+P₂)。

由于质量流量等于密度、速度、截面积三者的乘积，故质量流量Q＝ρVA～0.5*(P₁+P₂)*(P₁-P₂)*A，V为速度，A为截面积。

当限流器104的几何结构固定时，质量流量就仅与限流器104两端的压差有关，因此可以得到Q＝K*(P₁ ²-P₂ ²)(式1)。其中，K是仅与限流器104几何结构相关的系数。由式1可知，可以通过压力传感器102和压力传感器103测量限流器104两端的压力值，再通过上式计算出质量流量。

对于(式1)，MFC需要满足特定工作条件，下面举例说明：对于满量程是100SCCM的质量流量计，如P2的测量值为10kPa，对于满量程100SCCM时P1的测量值是40kPa，则几何系数K为0.06；根据几何系数推断，当P₂测量值为70kPa时，P₁测量值是80kPa，但是在此工作条件下流量测量的精度会降低，具体原因如下：

由于MFC通过压力直接计算出流量，因此可以通过误差传递，从压力传感器的精度得到流量测量的精度，下面以(式1)为例展开分析。(式1)分别对P1和P2求导，得到误差传递计算公式为：

其中【】表征物理量的误差，其单位与该物理量保持一致。通常情况下P₁和P₂选用相同规格的传感器，因此【P₁】＝【P₂】。上式可进一步改写为：

(式3)展现了从压力传感器的精度量值传递到流量传感器的精度的误差传递公式，流量精度与几何系数K，压力传感器的精度【P₁】，以及P₁和P₂平方之和正相关。即为了获得高精度的流量测量，需要合理地设计几何结构，选用高精度的压力传感器，并控制压力P₁和P₂的范围。因此，设计此类压差MFC时，优选的策略是将流量测量单元布置在MFC的下游，即图1所示的架构，控制阀101在上游，流量测量单元在下游，使P₁和P₂的值较小。

因为压差式MFC多在真空下使用，因此P₂较P₁要小得多，因此在下面两步推导中可以忽略P₂，(式3)可以简化为【Q】＝2*K*【P₁】*P₁。

将上式两边同除(式1)，得【Q】/Q＝2*【P₁】/P₁(式4)。

(式4)的物理意义为质量流量的读数误差和压力传感器的读数误差成正比。后级压力P₂和客户场景相关，可认为P₂是不变的。在(式1)中当流量Q增大时，P₂和K都不变，则P₁应是增大的。对于某一设定点Qc，则对应着P1c。当设定点Q值大于Qc，对应P₁大于P_1c。结合(式4)右边可知，【Q】/Q＝{2*【P₁】/P₁}<{2*【P₁】/P_1c}＝const(恒量)。则质量流量的读数误差是被控制在某一常值之内，因此一般MFC厂家在产品规格中，在较大的量程范围内，给出的质量流量精度都是固定的读数误差。

但是，当流量小于Qc，则P₁<P_1c。尤其是当流量很小时，P₁将接近于P₂，此时采用读数误差很难再准确地刻画MFC的精度，因此在小流量段需采用满量程误差来描述。上文仅从压力传感器精度量值传递的角度阐明MFC的精度特性，而除了压力传感器精度量值传递外，MFC精度还受到其他原因如采样精度、噪声影响、温度偏差等误差的影响。综合各种因素，MFC厂家给出的精度为分段精度，在小流量时用满量程精度，当流量增大到某一值后，用读数精度。举例说明，厂家通常给出的MFC精度描述为：在满量程的25％～100％，精度是设定值的±1％，记为±1％ S.P.(setpoint，设定值)；在满量程的0～25％，精度是满量程的±0.25％，记为±0.25％ F.S.(full scale，全量程)。参照图2，示出了现有技术的质量流量控制器精度曲线。如图2所示，该精度曲线可以画成精度随流量变化图，在0～25％量程内，设定值的满量程精度不随着设定值的增大而增大，因此在图中是斜率为0的虚线；在25％～100％量程内，设定值的精度是读数精度，对应的误差会随着设定点的增大而线性增大，因此在图中是斜率为±1％的斜线，误差的轮廓如图中虚线所示。

该图也说明，MFC的测量范围是有限的，只在适当的流量区间内维持着高精度(读数精度)。然而，半导体制造环节流量需求从1e1SCCM(standard cubic centimeter perminute，标准立方厘米每分钟)量级跨越到1e5SCCM量级，MFC制造行业为了满足需求，需要开发了数十个量程来覆盖上述测量需求。这使得半导体制造商的MFC使用成本和维护成本都变的非常高昂。

为了解决上述的现有技术中单个MFC无法满足高精度测量不同量级气体流量质量的问题，本申请实施例提供了一种质量流量控制器，以及相应的气体的质量流量测量。下面通过具体实施例来说明本申请的技术方案。

下面通过具体实施例来说明本申请的技术方案。

参照图3，示出了本申请实施例提供的一种气体的质量流量测量方法的示意图；本申请实施例可以应用于质量流量控制器，所述质量流量控制器设置有气体通道、位于所述气体通道上的串联的多组测量单元；其中，至少一组所述测量单元由压差传感器、压力传感器和限流器组成。本申请实施例具体可以包括如下步骤：

步骤301，获取各组所述测量单元的质量流量测量值；

测量单元串联连接，且位于气体通道上，故当气体在气体通道中流动时，气体能够依次经过各个测量单元的限流器。在经过由压差传感器、压力传感器和限流器组成的测量单元时，通过压差传感器得到的压差值和压力传感器得到的压力值，并依据限流器的几何结构确定该测量单元对应的质量流量测量值。

其他测量单元可以由限流器以及位于限流器两端的压力传感器组成，通过压力传感器测量限流器两端的压力值，进而依据限流器的几何结构测量得到该测量单元对应的质量流量测量值。

针对由可以由压差传感器、压力传感器和限流器组成的测量单元，根据上述(式1)测量该测量单元的质量流量测量值，具体如下：

以压力传感器与限流器的前端(气体从限流器的前端进入限流器)连接为例，参照图1中由压力传感器102和压力传感器103，以及限流器103组成测量单元，本申请实施例中可以保留压力传感器102测得压力值P₃，并采用压差传感器替换压力传感器103，以得到由压差传感器、压力传感器和限流器组成的测量单元，采用压差传感器测量限流器两端的压力差值dP。结合(式1)可得(式5)：Q＝K*dP*(2*P3-dP)。结合上述(式3)可得(式6)：

在(式6)中，质量流量的量值传递是两组乘积平方之和，即压差值dP与压力传感器精度【P₃】的乘积平方，以及限流器后端的压力(P₃-dP)与压差传感器精度【dP】的乘积平方。由于是加和的关系，因此单纯地降低其中一组的值对总体的精度没有显著的提升。比如测量单元某工作点限流器两端的压差是10kPa，压差传感器的精度是0.005kPa；压力传感器的精度是0.7kPa。此时，若压力传感器工作点选为50kPa，则第一组乘积10^2*0.7^2>>第二组乘积50^2*0.005^2，此时，压力传感器工作点适当提高对测量单元的质量流量精度损失影响较小。

在该测量单元中压差精度【dP】等于压差传感器量程*压差传感器满量程精度，为了获得极高的压力精度，需要选量程小、满量程精度高的压差传感器，因此P₃远大于dP，精度量值传递公式可以简化为(式7)：

在该测量单元为沿气体通道为首个测量单元时，可以认为限流器的前端的压力不变，压差值随着流量的增加而增大，则(式7)表征的流量误差【Q】也会相应增大，单个该测量单元的精度曲线形状与图3相近似。

步骤302，依据所述质量流量测量值和预设对应关系确定目标测量单元；所述对应关系包括各所述测量单元及其对应的测量范围；

在本实施例中不同的测量单元中的限流器的结合结构不同，结合上文论述可知本实施例中不同测量单元在不同测量范围内的精度不同。在同一测量范围内，确定精度较高的一个测量单元与该测量单元对应，并以此确定对应关系，即各个测量范围内均对应于在该测量范围内精度较高的测量单元。

确定质量流量测量值所在的测量范围，并确定该测量范围对应的测量单元为目标测量单元。

步骤303，将所述目标测量单元的质量流量测量值确定为质量流量计算值。

将目标测量单元测定的质量流量测量值为质量流量控制器的质量流量计算值，而目标测量单元是在质量流量测量值所在测量范围内精度较高的一个，所以质量流量控制器的质量流量计算值始终为当前测量范围内精度较高的测量单元输出的测量值。由于本申请实施例中包含了多组测量单元，且测量单元中的限流器的几何结构不同，故相对于现有技术，本申请实施例还具备更广的高精度测量范围，在该高精度测量范围下均能够采用精度较高的测量单元输出质量流量计算值。

例如：现有技术中的一个质量流量控制器仅包含测量单元A，测量单元A的满量程为100SCCM，当流量大于满量程的25％时(25SCCM)，测量精度为±1％S.P.；当流量小于满量程的25％时(25SCCM)，测量精度为±0.25％F.S.，故该质量流量控制器高精度测量范围为25～100SCCM。

基于本申请实施例得到的一质量流量控制器中，包含测量单元A以及测量单元B，其中测量单元B的满量程为25SCCM，当流量大于满量程的25％时(6.25SCCM)，测量精度为±1％S.P.；当流量小于满量程的25％时(6.25SCCM)，测量精度为±0.25％F.S.，该质量流量控制器高精度测量范围为6.25～100SCCM，相对于现有技术扩展了更大的高精度测量范围。另外，基于本申请实施例公开的内容，配置不同的限流器以提供不一样的高精度测量范围，或者设置更多的测量单元，以更大地拓宽高精度测量范围。

在本申请实施例中，质量流量控制器设置有气体通道、位于所述气体通道上的串联的多组测量单元；其中，至少一组所述测量单元由压差传感器、压力传感器和限流器组成；通过在不同测量单元中设置不同几何结构的限流器，从而提高了质量流量控制器的测量气体质量流量的量程，并通过获取各组所述测量单元的质量流量测量值；依据所述质量流量测量值和预设对应关系确定目标测量单元；所述对应关系包括各所述测量单元及其对应的测量范围；将所述目标测量单元的质量流量测量值确定为质量流量计算值；实现在质量流量控制器的量程范围内，均采用精度较高的测量单元输出质量流量计算值。

在本申请实施例中，质量流量控制器设置有阀门；本申请实施例还可以包括如下步骤：依据所述质量流量计算值和预设算法确定质量流量控制信息；按照质量流量控制信息控制所述阀门，以控制所述气体通道中的气体质量流量。

依据测量得到的质量流量计算值和预设算法，确定针对阀门的质量流量控制信息。在具体应用中，可以通过对阀门输出不同的电压，以控制阀门的工作状态，质量流量控制信息为针对阀门输出的电压。

通过按照质量流量控制信息控制阀门，使得从而控制气体通道中气体质量流量，进而控制质量流量控制器输出气体的气体质量流量。

在一种可选实施例中，所述对应关系通过如下方法确定，包括：获取各个所述测量单元的可测量质量流量值，以及所述可测量质量流量值的测量精度；确定同一可测量质量流量值下测量精度最高的一个为目标测量精度；将所述可测量质量流量值划分为多个测量范围；其中，一个测量范围由一个目标测量精度对应的可测量质量流量值组成；针对同一个目标测量精度，确定所述测量单元与所述测量范围对应。

通过确定测量单元的最大的可测量质量流量值确定其量程，以及确定该量程内各个质量流量值对应的测量精度。例如：测量单元A的满量程为100SCCM，当流量大于满量程的25％时(25SCCM)，测量精度为±1％S.P.；当流量小于满量程的25％时(25SCCM)，测量精度为±0.25％F.S.(F.S.＝100SCCM)；测量单元B的满量程为25SCCM，当流量大于满量程的25％时(6.25SCCM)，测量精度为±1％S.P.；当流量小于满量程的25％时(6.25SCCM)，测量精度为±0.25％F.S.(F.S.＝25SCCM)。需要说明的是，本实施例中的精度(流量<25％F.S.，精度±0.25％F.S.；流量>25％F.S.，精度±1％S.P.)仅作为示例，并不局限于该精度；实际参数会比此精度更高。

将0～100SCCM划分为测量范围I：小于6.25SCCM；测量范围II：大于或等于6.25SCCM、且小于25SCCM；测量范围III：大于或等于25SCCM且小于100SCCM。

基于测量单元A和测量单元B在不同范围内的测量精度，确定对应关系如下：测量范围I对应目标测量精度为测量单元B的测量精度，对应的目标测量单元为测量单元B；确定测量范围II对应目标测量精度为测量单元B的测量精度，对应的目标测量单元为测量单元B；确定测量范围III对应目标测量精度为测量单元A的测量精度，对应的目标测量单元为测量单元A。

参照图4，示出了本申请实施例提供的另一种气体的质量流量测量方法的示意图，参照图5，示出了本申请实施例提供的一种质量流量控制器结构图，本申请实施例可以应用于如图5所示的质量流量控制器，所述质量流量控制器设置有气体通道500、位于所述气体通道500上的串联的多组测量单元，所述多组测量单元由第一测量单元和第二测量单元组成；所述第一测量单元包括第一限流器501、与所述限流器两端连接的压差传感器511、与所述限流器一端连接的第一压力传感器512；所述第二测量单元包括第二限流器502以及位于所述第二限流器两端的第一压力传感器512和第二压力传感器513；所述第一测量单元的第一量程大于所述第二测量单元的第二量程；本申请实施例具体可以包括如下步骤：

步骤401，获取各组所述测量单元的质量流量测量值；所述第一测量单元的第一质量流量测量值依据所述压差传感器511检测的压差值、所述第一压力传感器512检测的第一压力值以及第一预设系数确定；所述第二测量单元的第二质量流量测量值依据所述第一压力传感器512的第一压力值所述第二压力传感器513检测的第二压力值、以及第二预设系数确定；

压差传感器511用于测量第一限流器501两端的压力差得到压差值，第一压力传感器512用于测量第一限流器501后端的压力得到第一压力值，第一预设系数为仅与第一限流器501几何结构相关的系数。结合上述(式1)和第一压力值、第二压力值、第一预设参数，可以计算得到第一质量流量测量值；结合上述(式5)和压差值、第一压力值、第一预设参数，可以计算得到第一质量流量测量值。

第一压力传感器512和第二压力传感器513分别用于测量第二限流器502两端压力，并得到对应的第一压力值和第二压力值，第二预设系数为仅与第二限流器502几何结构相关的系数。结合上述(式1)和第一压力值、第二压力值、第二预设参数，可以计算得到第二质量流量测量值。

步骤402，依据所述质量流量测量值和预设对应关系确定目标测量单元；所述对应关系包括与第一测量单元对应的第一测量范围、与所述第二测量单元对应的第二测量范围；所述第一测量范围和所述第二测量范围通过对所述第一量程进行划分得到；在所述第二测量范围内所述第二测量单元的精度高于第一测量单元精度；

由于第一量程大于第二量程，可以以第一量程为质量流量控制器总的测量范围，由于第一测量单元和第二测量单元各自在不同的测量范围内的测量精度不完全相同，可以对第一量程进行划分多个测量范围，并确定该范围对应的精度较高的测量单元。

下面以上述测量单元A为第一测量单元、测量单元B为第二测量单元为例，对步骤402作进一步说明，参照图6，示出了本申请实施例提供的各组测量单元精度示意图。本实施例所述的第一量程(图6中虚线之间区域)、第二量程(图6中点划线之间区域)为精度可知的测量范围。

第一测量单元的第一量程为100SCCM，当流量大于第一量程的25％时(25SCCM)，测量精度为±1％S.P.；当流量小于第一量程的25％时(25SCCM)，测量精度为±0.25％F.S.；第二测量单元的第二量程为25SCCM，当流量大于第二量程的25％时(6.25SCCM)，测量精度为±1％S.P.；当流量小于第二量程的25％时(6.25SCCM)，测量精度为±0.25％F.S.。

由于在0～25SCCM范围内，第二测量单元的精度高于第一测量单元的精度，而在25～100SCCM范围内，此时超出第二量程范围，第二测量单元测得的质量流量测量值不可知，故第一测量单元的精度高于第二测量单元的精度。因此可以将第一量程划分为第一测量单元对应的第一测量范围和第二测量单元对应的第二测量范围，其中第一测量范围为大于或等于0SCCM、且小于25SCCM；第二测量范围为大于或等于25SCCM且小于100SCCM。

在本实施例中，步骤402可以包括：若所述第二质量流量测量值位于所述第一测量范围内，则确定第一测量单元为目标测量单元；若所述第二质量流量测量值位于所述第二测量范围内，则确定第二测量单元为目标测量单元。

由于在第二测量范围内，第二质量流量测量值的精度高于第一质量流量测量值，故可以依据第二质量流量测量值确定目标测量单元。若第二质量流量测量值位于第一测量范围内，确定第一测量单元为目标测量单元；若第二质量流量测量值位于第二测量范围内，则确定第二测量单元为目标测量单元。

在一可选实施例中，也可以依据第一质量流量测量值确定目标测量单元。若第一质量流量测量值位于第一测量范围内，确定第一测量单元为目标测量单元；若第一质量流量测量值位于第二测量范围内，则确定第二测量单元为目标测量单元。

步骤403，将所述目标测量单元的质量流量测量值确定为质量流量计算值；在本实施例中，步骤403可以包括：若所述第一测量单元为目标测量单元，则确定所述第一质量流量测量值为质量流量计算值；若所述第二测量单元为目标测量单元，则确定所述第二质量流量测量值为质量流量计算值。

在确定目标测量单元后，将目标测量单元的质量流量测量值确定为结合各组测量单元得到的质量流量计算值。

本申请实施例针对同一组测量单元中的压差传感器511和压力传感器为一体化结构(如图5所示)，或者参照图7，示出了本申请实施例提供的另一种质量流量控制器结构图；针对同一组测量单元中的压差传感器511和压力传感器为分体结构。

为减小质量流量控制器体积，可以同一组测量单元中的压差传感器511和压力传感器可以为一体化结构。

参照图8，示出了本申请实施例提供的一种质量流量控制器的控制框图；其工作流程具体如下：在质量流量控制器工作时，第一流量计算部801通过由第一流量测量部802获取到压差传感器511的压差信号、第一压力传感器512的压力信号，以及预先存储的第一预设系数计算得到流过第一限流器501的第一质量流量测量值。第二流量计算部803通过由第二流量测量部804获取到第一压力传感器512的压力信号、第二压力传感器513的压力信号，以及预先存储的第二预设系数计算得到流过第二限流器502的第二质量流量测量值。由于第一限流器501和第二限流器502是串联的，流过第一限流器501的质量流量等于流过第二限流器502的质量流量，第一流量计算部801和第二流量计算部803分别将各单元计算得到的质量流量测量值传递给系统控制单元805，系统控制单元805对两组质量流量进行阈值比较分析。当第二流量计算部803所示的质量流量在小流量范围内，典型案例如质量流量<满量程的25％(第二量程)，则采用第二流量计算部803所计算出的第二质量流量测量值作为质量流量计算值，传递给系统控制单元805，并由系统控制单元805依据质量流量计算值控制阀门520电压(质量流量控制信息)。反之，当质量流量超过某一阈值，例如质量流量>满量程的25％(第二量程)，此时第二限流器502内的流动可能已超出了层流范围，此时第二流量计算部803依据第二流量测量部804测量结果的计算值认为不可信，在该范围采用第一流量计算部801计算的第一质量流量测量值为质量流量计算值，传递给系统控制单元805。如果流量大于第一流量计算部801满量程阈值(第一量程)，则流量仍依据第一流量计算部801所计算的数值输出，但此时精度无法确定。

在本申请实施例中，位于气体通道上游的测量单元的量程大于下游的测量单元的量程，下游的测量单元选择小量程的测量单元。当大量程测量单元工作时，若小量程测量单元在大量程测量单元的上游时，由于此时小量程测量单元已进入湍流，会影响其下游的大量程限流器中的流动为湍流或湍流向层流转捩的过渡流态，影响大量程测量单元的精度。反之，若大量程测量单元位于小量程测量单元的上游，则不会出现该问题。

在本申请实施例中，质量流量控制器设置有阀门520；本申请实施例还可以包括如下步骤：依据所述质量流量计算值和预设算法确定质量流量控制信息；按照质量流量控制信息控制所述阀门520，以控制所述气体通道中的气体质量流量。具体描述参照上一实施例相关描述即可，在此不再赘述。

在一实施例中，阀门520可以设置于各组测量单元与气体通道500的出口之间的位置。

需要说明的是，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

参照图9，示出了本申请实施例提供的一种气体的质量流量测量装置的示意图，所述装置位于质量流量控制器，所述质量流量控制器设置有气体通道、位于所述气体通道上的串联的多组测量单元，具体可以包括质量流量测量值获取模块901、目标测量单元确定模块902、质量流量计算值确定模块903，其中：

质量流量测量值获取模块901，用于获取各组所述测量单元的质量流量测量值；

目标测量单元确定模块902，用于依据所述质量流量测量值和预设对应关系确定目标测量单元；所述对应关系包括各所述测量单元及其对应的测量范围；

质量流量计算值确定模块903，用于将所述目标测量单元的质量流量测量值确定为质量流量计算值；

其中，至少一组所述测量单元由压差传感器、压力传感器和限流器组成。

在一种可选实施例中，所述质量流量控制器设置有阀门；所述装置还包括：

质量流量控制信息确定模块，用于依据所述质量流量计算值和预设算法确定质量流量控制信息；

阀门控制模块，用于按照质量流量控制信息控制所述阀门，以控制所述气体通道中的气体质量流量。

在一种可选实施例中，所述多组测量单元由第一测量单元和第二测量单元组成；所述第一测量单元包括第一限流器、与所述限流器两端连接的压差传感器、与所述限流器一端连接的第一压力传感器；所述第二测量单元包括第二限流器以及位于所述第二限流器两端的第一压力传感器和第二压力传感器；

所述第一测量单元的第一质量流量测量值依据所述压差传感器检测的压差值、所述第一压力传感器检测的第一压力值以及第一预设系数确定；

所述第二测量单元的第二质量流量测量值依据所述第一压力传感器的第一压力值所述第二压力传感器检测的第二压力值、以及第二预设系数确定。

在一种可选实施例中，所述第一测量单元的第一量程大于所述第二测量单元的第二量程；

所述对应关系包括与第一测量单元对应的第一测量范围、与所述第二测量单元对应的第二测量范围；所述第一测量范围和所述第二测量范围通过对所述第一量程进行划分得到；

在所述第二测量范围内所述第二测量单元的精度高于第一测量单元精度。

在一种可选实施例中，所述目标测量单元确定模块902包括：

目标测量单元第一确定子模块，用于若所述第二质量流量测量值位于所述第一测量范围内，则确定第一测量单元为目标测量单元；

目标测量单元第二确定子模块，用于若所述第二质量流量测量值位于所述第二测量范围内，则确定第二测量单元为目标测量单元。

在一种可选实施例中，所述质量流量计算值确定模块903包括：

质量流量计算值第一确定子模块，用于若所述第一测量单元为目标测量单元，则确定所述第一质量流量测量值为质量流量计算值；

质量流量计算值第二确定子模块，用于若所述第二测量单元为目标测量单元，则确定所述第二质量流量测量值为质量流量计算值。

在一种可选实施例中，针对同一组测量单元中的压差传感器和压力传感器为一体化结构，或者为分体结构。

在一种可选实施例中，所述对应关系通过如下模块确定，包括：

可测量质量流量值获取模块，用于获取各个所述测量单元的可测量质量流量值，以及所述可测量质量流量值的测量精度；

目标测量精度确定模块，用于确定同一可测量质量流量值下测量精度最高的一个为目标测量精度；

测量范围划分模块，用于将所述可测量质量流量值划分为多个测量范围；其中，一个测量范围由一个目标测量精度对应的可测量质量流量值组成；

对应关系确定模块，用于针对同一个目标测量精度，确定所述测量单元与所述测量范围对应。

本申请实施例提供的一种气体的质量流量测量装置，应用该装置，可以实现前述各个方法实施例中的各个步骤。

对于装置实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例部分的说明即可。

参照图10，示出了本申请实施例提供的一种质量流量控制器的示意图。如图10所示，本申请实施例中的质量流量控制器1000包括：气体通道、位于所述气体通道上的串联的多组测量单元、处理器1010、存储器1020以及存储在所述存储器1020中并可在所述处理器1010上运行的计算机程序1021。所述处理器1010执行所述计算机程序1021时实现上述气体的质量流量测量方法各个实施例中的步骤，例如图3所示的步骤301至303。或者，所述处理器1010执行所述计算机程序1021时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如图9所示模块901至903的功能。

示例性的，所述计算机程序1021可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器1020中，并由所述处理器1010执行，以完成本申请。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段可以用于描述所述计算机程序1021在所述质量流量控制器1000中的执行过程。例如，所述计算机程序1021可以被分割成质量流量测量值获取模块、目标测量单元确定模块、质量流量计算值确定模块，各模块具体功能如下：

质量流量测量值获取模块，用于获取各组所述测量单元的质量流量测量值；

目标测量单元确定模块，用于依据所述质量流量测量值和预设对应关系确定目标测量单元；所述对应关系包括各所述测量单元及其对应的测量范围；

质量流量计算值确定模块，用于将所述目标测量单元的质量流量测量值确定为质量流量计算值；

所述质量流量控制器1000可包括，但不仅限于气体通道、位于所述气体通道上的串联的多组测量单元、处理器1010、存储器1020。本领域技术人员可以理解，图10仅仅是质量流量控制器1000的一种示例，并不构成对质量流量控制器1000的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述质量流量控制器1000还可以包括如图5包含的部件、输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所述处理器1010可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

所述存储器1020可以是所述质量流量控制器1000的内部存储单元，例如质量流量控制器1000的硬盘或内存。所述存储器1020也可以是所述质量流量控制器1000的外部存储设备，例如所述质量流量控制器1000上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart MediaCard，SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)等等。进一步地，所述存储器1020还可以既包括所述质量流量控制器1000的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器1020用于存储所述计算机程序1021以及所述质量流量控制器1000所需的其他程序和数据。所述存储器1020还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

本申请实施例还公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如前述各个实施例所述的气体的质量流量测量方法。

本申请实施例还公开了一种计算机程序产品，当所述计算机程序产品在计算机上运行时，使得所述计算机执行前述各个实施例所述的气体的质量流量测量方法。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种气体的质量流量测量方法，其特征在于，应用于质量流量控制器，所述质量流量控制器设置有气体通道、位于所述气体通道上的串联的多组测量单元，所述方法包括：

获取各组所述测量单元的质量流量测量值；

依据所述质量流量测量值和预设对应关系确定目标测量单元；所述对应关系包括各所述测量单元及其对应的测量范围；

将所述目标测量单元的质量流量测量值确定为质量流量计算值；

其中，至少一组所述测量单元由压差传感器、压力传感器和限流器组成；

所述对应关系通过如下步骤确定，包括：

获取各个所述测量单元的可测量质量流量值，以及所述可测量质量流量值的测量精度；

确定同一所述可测量质量流量值下测量精度最高的一个为目标测量精度；

将所述可测量质量流量值划分为多个测量范围；其中，一个所述测量范围由一个所述目标测量精度对应的可测量质量流量值组成；

针对同一个所述目标测量精度，确定所述测量单元与所述测量范围对应。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述质量流量控制器设置有阀门；所述方法还包括：

依据所述质量流量计算值和预设算法确定质量流量控制信息；

按照质量流量控制信息控制所述阀门，以控制所述气体通道中的气体质量流量。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述多组测量单元由第一测量单元和第二测量单元组成；所述第一测量单元包括第一限流器、与所述限流器两端连接的压差传感器、与所述限流器一端连接的第一压力传感器；所述第二测量单元包括第二限流器以及位于所述第二限流器两端的第一压力传感器和第二压力传感器；

所述第一测量单元的第一质量流量测量值依据所述压差传感器检测的压差值、所述第一压力传感器检测的第一压力值以及第一预设系数确定；

所述第二测量单元的第二质量流量测量值依据所述第一压力传感器的第一压力值所述第二压力传感器检测的第二压力值、以及第二预设系数确定。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一测量单元的第一量程大于所述第二测量单元的第二量程；

所述对应关系包括与第一测量单元对应的第一测量范围、与所述第二测量单元对应的第二测量范围；所述第一测量范围和所述第二测量范围通过对所述第一量程进行划分得到；

在所述第二测量范围内所述第二测量单元的精度高于第一测量单元精度。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述依据所述质量流量测量值和预设对应关系确定目标测量单元，包括：

若所述第二质量流量测量值位于所述第一测量范围内，则确定第一测量单元为目标测量单元；

若所述第二质量流量测量值位于所述第二测量范围内，则确定第二测量单元为目标测量单元。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述将所述目标测量单元的质量流量测量值确定为质量流量计算值包括：

若所述第一测量单元为目标测量单元，则确定所述第一质量流量测量值为质量流量计算值；

若所述第二测量单元为目标测量单元，则确定所述第二质量流量测量值为质量流量计算值。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

针对同一组测量单元中的压差传感器和压力传感器为一体化结构，或者为分体结构。

8.一种气体的质量流量测量装置，其特征在于，所述装置位于质量流量控制器，所述质量流量控制器设置有气体通道、位于所述气体通道上的串联的多组测量单元，所述装置包括：

质量流量测量值获取模块，用于获取各组所述测量单元的质量流量测量值；

目标测量单元确定模块，用于依据所述质量流量测量值和预设对应关系确定目标测量单元；所述对应关系包括各所述测量单元及其对应的测量范围；

质量流量计算值确定模块，用于将所述目标测量单元的质量流量测量值确定为质量流量计算值；

其中，至少一组所述测量单元由压差传感器、压力传感器和限流器组成；

所述对应关系通过如下模块确定，包括：

可测量质量流量值获取模块，用于获取各个所述测量单元的可测量质量流量值，以及所述可测量质量流量值的测量精度；

目标测量精度确定模块，用于确定同一所述可测量质量流量值下测量精度最高的一个为目标测量精度；

测量范围划分模块，用于将所述可测量质量流量值划分为多个测量范围；其中，一个所述测量范围由一个所述目标测量精度对应的可测量质量流量值组成；

对应关系确定模块，用于针对同一个所述目标测量精度，确定所述测量单元与所述测量范围对应。

9.一种质量流量控制器，所述质量流量控制器设置有气体通道、位于所述气体通道上的串联的多组测量单元、存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-7任一项所述的气体的质量流量测量方法。

10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任一项所述的气体的质量流量测量方法。