專利名稱：具有限流器的質(zhì)量流量檢驗(yàn)器的制作方法
具有限流器的質(zhì)量流量檢驗(yàn)器 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用本申請(qǐng)根據(jù)35 U.S.C. § 120，要求于2005年3月23日提交的、 序列號(hào)為11/0990,120的共同待決的美國(guó)申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，通過援引將 該申請(qǐng)全部并入此處。
背景技術(shù)：
在材料處理中，可能會(huì)用到許多高精度測(cè)量系統(tǒng)。這些高精度測(cè) 量系統(tǒng)可以包括但不限于質(zhì)量流量控制器(MFC)和質(zhì)量流量計(jì) (MFM)?？赡芷谕?有時(shí)候必須)測(cè)試或者檢驗(yàn)MFC或MFM的精度。 檢驗(yàn)MFC或MFM的精度的一種方法是通過上升率(ROR)流量檢 驗(yàn)器。典型的ROR流量檢驗(yàn)器可以包括容積(volume)、壓力變送器 和兩個(gè)隔離閥(一個(gè)位于上游， 一個(gè)位于下游)。所述閥在空閑期間 可以關(guān)閉，而在開始運(yùn)行時(shí)可以打開，這允許流體從MFC(或MFM) 流過流量檢驗(yàn)器。 一旦流體流動(dòng)已經(jīng)穩(wěn)定，下游的閥可以關(guān)閉，結(jié)果 容積中的壓力開始上升。壓力變送器可以測(cè)量該壓力上升。該測(cè)量結(jié) 果可以用來計(jì)算流率(flowrate)，從而檢驗(yàn)ROR流量檢驗(yàn)器的性能。有時(shí)，MFC和ROR流量檢驗(yàn)器之間的流路中的連接容積可能會(huì) 產(chǎn)生測(cè)量誤差，該流路例如是位于ROR流量檢驗(yàn)器上游的外部管路。 當(dāng)來自MFC (或MFM)的流體從MFC沿流路流經(jīng)管路或其它類型 的連接容積時(shí)，產(chǎn)生的壓降可能會(huì)引起壓力變送器測(cè)量的壓力結(jié)果不 準(zhǔn)確。出于這些原因，需要一種系統(tǒng)和方法，其能夠有效防止位于質(zhì)量 流量檢驗(yàn)器上游的管路或其它元件影響流量檢驗(yàn)過程的精度
發(fā)明內(nèi)容
一種用于對(duì)設(shè)備進(jìn)行的流體流率的測(cè)量進(jìn)行檢驗(yàn)的流量檢驗(yàn)器， 包括容器，配置為用于接收從所述設(shè)備流出的流體；以及壓力傳感 器，配置為用于測(cè)量所述容器內(nèi)的流體壓力。沿著流體的從設(shè)備經(jīng)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(dòng)，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(yàn)基本上不受限流器上游的元件影響的 時(shí)間段內(nèi)維持所述沖擊。介紹了一種用于防止外部元件影響質(zhì)量流量檢驗(yàn)器對(duì)設(shè)備的流 率測(cè)量所進(jìn)行的檢驗(yàn)的裝置。所述外部元件位于所述質(zhì)量流量檢驗(yàn)器 的上游。所述裝置包括限流器，該限流器沿著流體從設(shè)備到質(zhì)量流量 檢驗(yàn)器的流路，靠近質(zhì)量流量檢驗(yàn)器且位于該質(zhì)量流量檢驗(yàn)器的上 游。將限流器配置為限制流體沿所述流路流動(dòng)，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(yàn)基本上不受上游外部元件影 響的時(shí)間段內(nèi)維持所述沖擊。一種用于對(duì)設(shè)備進(jìn)行的流體流率測(cè)量進(jìn)行檢驗(yàn)的方法，包括使 流體從所述設(shè)備沿流路流入容器中，同時(shí)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(nèi)的流體壓力 能夠達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。該方法包括關(guān)閉所述容器的出口閥以便所述容器 內(nèi)的流體壓力開始上升。該方法還包括在沿所述流路的一個(gè)位置， 靠近且緊挨著所述容器的上游，對(duì)所述流體進(jìn)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(chǎn)生所述沖擊。該沖擊在一個(gè)時(shí)間段內(nèi)維持，在該時(shí)間段 內(nèi)，測(cè)量所述容器內(nèi)的流體壓力的上升率，并使用測(cè)得的壓力上升率 來計(jì)算流體的流率。


圖1是氣體輸送系統(tǒng)的框圖，該氣體輸送系統(tǒng)包括根據(jù)本發(fā)明的 一種實(shí)施例構(gòu)造的具有可調(diào)節(jié)限流器的上升率(ROR)質(zhì)量流量檢驗(yàn) 器； 圖2A說明了其流率經(jīng)過檢驗(yàn)的流體的最大馬赫數(shù)的圖表；圖2B說明了在圖2A中所標(biāo)示的馬赫數(shù)處的流體的相應(yīng)流率的 圖表；圖3示出了在圖1所示的質(zhì)量流量檢驗(yàn)器進(jìn)行檢驗(yàn)過程期間的不 同時(shí)刻的壓力分布圖。具體實(shí)施例在本公開文本中，介紹了一種包括限流器的質(zhì)量流量檢驗(yàn)器，該 限流器能夠有效消除限流器上游出現(xiàn)的情況對(duì)質(zhì)量流量檢驗(yàn)器所執(zhí) 行的流量檢驗(yàn)過程的影響。圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例構(gòu)造的質(zhì)量流量檢驗(yàn)器(MFV) 100的框圖，該質(zhì)量流量檢驗(yàn)器100包括限流器120。如下所述，限 流器120使得通過MFV IOO執(zhí)行的質(zhì)量流量檢驗(yàn)基本上不受限流器 120上游所出現(xiàn)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(cè)試設(shè)備130流出的流體。設(shè) 備130通常是用于測(cè)量流體流率的質(zhì)量流量控制器(MFC)或者質(zhì)量 流量計(jì)(MFM)。下游的出口閥140調(diào)節(jié)所述流體流出容器。雖然在 所示的實(shí)施例中限流器120本身用作可調(diào)節(jié)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(cè)量 容器110內(nèi)的流體壓力；以及溫度傳感器125，其被配置為測(cè)量容器 110內(nèi)的流體溫度。在圖l所示的實(shí)施例中，盡管MFV IOO所測(cè)試的設(shè)備顯示為單 個(gè)的質(zhì)量流量控制器(MFC) 130，但是應(yīng)當(dāng)注意到，在其它實(shí)施例 中，多個(gè)MFC可以連接到MFV100并由其測(cè)試。多個(gè)MFC可以經(jīng) 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(qǐng)"中所述的氣體歧管，該申請(qǐng)通過援引全部并入此處?？刂破?60連接到MFV 100?？刂破?60控制MFC 130的性能 的現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)，并且控制入口閥和出口閥的操作。在MFV 100的一個(gè)
實(shí)施例中，控制器160可以采用"上升率"技術(shù)的流量檢驗(yàn)技術(shù)，其 中，通過使流體流入到己知的容積中，并在時(shí)間間隔內(nèi)測(cè)量發(fā)生的壓 力上升來確定流體的流率。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，待測(cè)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(dòng)。當(dāng)初始化 MFV 100的檢驗(yàn)操作時(shí)，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(shè)置有流量設(shè)定點(diǎn)。在初始化期間， 使來自MFC 130的流體流率以及容器110內(nèi)的流體壓力達(dá)到穩(wěn)定狀 態(tài)。一旦達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，則關(guān)閉出口閥140，從而容器110內(nèi)的流體 壓力幵始增加?？刂破魍ㄟ^接收容器110內(nèi)的壓力傳感器115的壓力 測(cè)量值來確定一個(gè)時(shí)間段期間的壓力上升率(即，壓力的變化率或者 時(shí)間導(dǎo)數(shù))。例如，可以在整個(gè)時(shí)間段內(nèi)以預(yù)定的時(shí)間間隔記錄容器 110內(nèi)的溫度和壓力測(cè)量值。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，每個(gè)預(yù)定的時(shí) 間間隔可以是大約0.00025秒，總時(shí)間段的范圍可以從大約0.1秒到 大約0.3秒。當(dāng)然，在MFV100的其它實(shí)施例中，可以使用不同的時(shí) 間間隔和總時(shí)間段。在時(shí)間段的結(jié)尾，打開出口閥140，以便容器110 中的流體流出到排出設(shè)備(例如，真空泵或者其它類型的排出設(shè)備或 者輸出設(shè)備)?；诰哂幸阎莘e的容器110內(nèi)的溫度和壓力測(cè)量值，可以計(jì)算 出流體壓力除以流體溫度的上升率或者時(shí)間導(dǎo)數(shù)A(P/T)/At?；谟?jì) 算出的上升率A(P/T)/At，然后可以確定和檢驗(yàn)MFC 130所產(chǎn)生的流 率，從而能夠正確地校準(zhǔn)MFC130?？刂破?60使用下面的公式來計(jì)算流率Q:Q = (VTSTP/PSTP) (A(P/T)/At)在該式中，V是容器110的預(yù)定容積，TsTp是標(biāo)準(zhǔn)溫度(O'C或 者273.15K)， Psxp是標(biāo)準(zhǔn)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(shí)間導(dǎo)數(shù)，通過壓力傳感器和溫度傳感器 的溫度和壓力的測(cè)量來獲得。位于MFC和MFV之間的外部容積(例如外部管路和其它連接元件)可能會(huì)導(dǎo)致測(cè)量誤差。外部容積通常位于MFV的上游，且位 于MFC和MFV之間的流體流路上。圖1中顯示的示例性"外部容 積"135位于MFC和流量檢驗(yàn)器100之間。外部容積的例子包括但 不限于外部管路、節(jié)流孔(orifice)和其它容積。當(dāng)流體從MFC經(jīng) 過外部容積135流動(dòng)時(shí)，會(huì)在MFV 100上游的外部容積中產(chǎn)生壓降。 該壓降會(huì)導(dǎo)致流動(dòng)的流體在上游的外部容積中比在MFV 100的容積 校準(zhǔn)容器110中具有更大的密度。上游的外部容積中的更高密度會(huì)導(dǎo) 致流量檢驗(yàn)器100的容積校準(zhǔn)容器110中的壓力測(cè)量值不準(zhǔn)確，從而 導(dǎo)致由流量檢驗(yàn)器檢測(cè)的氣體流率出現(xiàn)誤差。當(dāng)關(guān)于上游的管路和類 型的詳細(xì)、準(zhǔn)確信息是必要時(shí)，可能必須要花費(fèi)時(shí)間對(duì)校準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)置 以便應(yīng)付大的外部容積。為了防止上述由于諸如外部管路等外部容積所導(dǎo)致的不準(zhǔn)確，將 限流器120緊挨著容器110的上游放置。在所示的實(shí)施例中，限流器 120通過在流體的流路中產(chǎn)生沖擊，使得MFV進(jìn)行的流率檢驗(yàn)基本 上不受限流器上游的任何外部容積或者其它情況的影響。在出口閥關(guān) 閉之后，容器中的流體壓力開始上升。限流器在足以進(jìn)行檢驗(yàn)過程的 時(shí)間段內(nèi)維持這種沖擊。限流器可以是使整體流速變成超聲速的任何元件。限流器可以包 括但不限于毛細(xì)管、多孔塞、節(jié)流孔、噴嘴和可調(diào)節(jié)閥。噴嘴可以是 用戶定制的噴嘴。限流器可以包括擴(kuò)散介質(zhì)(diffiisive media)。該擴(kuò)散介質(zhì)沿著介 質(zhì)的軸長(zhǎng)所具有的擴(kuò)散時(shí)間系數(shù)遠(yuǎn)大于壓力傳感器的響應(yīng)時(shí)間。擴(kuò)散 介質(zhì)可以阻擋關(guān)于上游外部容積(例如管路)的所有信息。在一個(gè)實(shí)施例中，限流器可以是可調(diào)節(jié)的限流器。在該實(shí)施例中， 流體的限流可以基于一個(gè)或者多個(gè)因素進(jìn)行調(diào)節(jié)。這些因素可以包括 但不限于流體的流率、流體的分子量以及流體的比熱比。限流器通過使得限流器上游的元件與容器之間的流體的整體速 度變成超聲速來產(chǎn)生沖擊。如下所述，只要流體的整體速度在時(shí)間段 內(nèi)保持為超聲速，則在控制器實(shí)施流量檢驗(yàn)期間，流體流入容器的流 率將基本上保持恒定。
用于得到流量檢驗(yàn)讀數(shù)所需要的時(shí)間段，即用于測(cè)量壓力的上升 率以及用于由該上升率計(jì)算流體檢驗(yàn)所需的時(shí)間段，可以通過對(duì)沖擊的整個(gè)可壓縮Navier-Stokes方程求積分來獲得，公式如下 t=(V/At)[(Y+l)/c]—(Pi/PSTP)(VTSTP/QT) 式中t是時(shí)間段；V是容器的容積；c是緊挨著沖擊前沿上游的聲速；At是限流器的橫截面積；"是氣體的比熱比；Pi是在時(shí)間段開始時(shí)的容器內(nèi)的初始?jí)毫?；Pstp是標(biāo)準(zhǔn)壓力；TsTP是標(biāo)準(zhǔn)溫度；Q是流體進(jìn)入容器的體積流率；以及 T是容器內(nèi)的流體的溫度。上述公式一般來說對(duì)任何類型的外部容積或者流動(dòng)元件都有效， 包括但不限于毛細(xì)管、節(jié)流孔、多孔塞、可調(diào)節(jié)閥或者噴嘴。當(dāng)超聲速流動(dòng)(v>c)中的熱力學(xué)變量跳躍時(shí)，在流體流路中產(chǎn) 生沖擊，并且流動(dòng)僅僅在少數(shù)平均自由行程上變成亞聲速。如下面的 圖2A和2B所示，只要MFV 100和上游管路(或其它外部容積)之 間的流動(dòng)不是亞聲速，則進(jìn)入MFV 100中的流率將保持恒定。圖2A說明了流體的最大馬赫數(shù)與時(shí)間的圖表，其中使用MFV 100來檢驗(yàn)流體的流率，而圖2B說明了流體在圖2A中標(biāo)示的馬赫數(shù) 處的相應(yīng)流率與時(shí)間的圖表。這兩個(gè)圖表都是來自于全流體動(dòng)力學(xué)模 擬。從圖2A和2B中可以看出，只要流動(dòng)元件中的最大馬赫數(shù)大于1， 則進(jìn)入MFV 100的流體的流率將保持恒定。當(dāng)最大馬赫數(shù)變得小于1 時(shí)，如兩個(gè)圖表中使用附圖標(biāo)記200指示的，則進(jìn)入MFV的流體的 流率開始下降。在圖2B中，利用附圖標(biāo)記220表示的時(shí)間間隔來給 出可用于得到流量檢驗(yàn)讀數(shù)的時(shí)間量。圖3是在利用圖1所示的MFV進(jìn)行的校準(zhǔn)或者檢驗(yàn)期間在不同
時(shí)刻的作為空間坐標(biāo)x的函數(shù)的壓力分布圖。空間坐標(biāo)X分別描述了上游的外部容積135、限流器120和容器110的空間尺寸。示出的沖 擊前沿位于x-0.1m處，該沖擊前沿從流體的馬赫數(shù)大于1開始。如 圖3所示，在時(shí)間間隔0<1<1*期間，在圖3中用附圖標(biāo)記310表示， MFV100對(duì)于上游的外部容積不敏感。因此，在該時(shí)間間隔內(nèi)執(zhí)行流 量檢驗(yàn)操作。如圖3所示，當(dāng)1>1*時(shí)(在圖3中用附圖標(biāo)記320表示)， MFV100對(duì)于上游的外部元件敏感，從而導(dǎo)致不準(zhǔn)確。如上所述，當(dāng) 在時(shí)間間隔0<1<1*內(nèi)獲取流量檢驗(yàn)讀數(shù)時(shí)，使用上述限流器來防止這 種不準(zhǔn)確。在操作中，使用一種方法來檢驗(yàn)MFC或MFM測(cè)量的流體流率。 當(dāng)初始化檢驗(yàn)操作時(shí)，使流體從MFC沿流路流到MFV的容器中， 同時(shí)容器的出口閥保持打開。在初始化期間，使流入容器的流體流率 以及容器內(nèi)的流體壓力達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。然后，關(guān)閉容器的出口閥，從 而容器內(nèi)的流體壓力開始上升。在沿著流路、鄰近并緊靠著容積的上 游的位置，使用限流器來限制流體流動(dòng)，以便產(chǎn)生沖擊。限流器通過 使上游管路(或者其它外部容積)與容器之間的流體的整體速度變成 超聲速來產(chǎn)生沖擊。在足以執(zhí)行上升率流量檢驗(yàn)過程所需的時(shí)間段 內(nèi)，該限流器保持這種沖擊。在該時(shí)間段期間，測(cè)量容器內(nèi)的流體壓 力的上升率。測(cè)得的壓力上升率用來計(jì)算流體的流率。盡管己經(jīng)描述了具有限流器以使得流量檢驗(yàn)基本上不受外部容 積影響的MFV的特定實(shí)施例，但是應(yīng)該理解，這些實(shí)施例中所暗示 的概念也可以用到其它實(shí)施例中。本申請(qǐng)的保護(hù)范圍完全地限于現(xiàn)在 所附的權(quán)利要求。在這些權(quán)利要求中，引用的單數(shù)形式的元件并不意 味著是"一個(gè)并且僅僅一個(gè)"，而是"一個(gè)或者多個(gè)"，除非另有具體 說明。與本發(fā)明全文中所述的各種實(shí)施例中的對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人 員來說是已知或者以后是已知的元件相等價(jià)的所有結(jié)構(gòu)和功能元件 都將通過援引并入此處，并且都由權(quán)利要求所涵蓋。此外，這里所公 開的任何事物都不是要奉獻(xiàn)給公眾，而不論這些內(nèi)容是否已經(jīng)明確地 記載在權(quán)利要求中。沒有要求保護(hù)的元件將基于35 U.S.C. §112的第 六段的規(guī)定進(jìn)行解釋，除非該元件沒有使用短語(yǔ)"用于...的裝置"進(jìn) 行清楚地?cái)⑹?，或者在方法?quán)利要求中，該元件沒有使用短語(yǔ)"用于... 的步驟"進(jìn)行敘述。
權(quán)利要求
1、一種用于對(duì)設(shè)備進(jìn)行的流體流率的測(cè)量進(jìn)行檢驗(yàn)的流量檢驗(yàn)器，包括容器，配置為用于接收從所述設(shè)備流出的所述流體；以及壓力傳感器，配置為用于測(cè)量所述容器內(nèi)的所述流體的壓力；以及沿著所述流體的從所述設(shè)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(dòng)，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(yàn)基本上不受所述限流器上游的元件影響的時(shí)間段期間維持所述沖擊。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的流量檢驗(yàn)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(chǎn)生沖擊，并且在所述時(shí)間段期間保持所述 流體的所述整體速度為超聲速，以便進(jìn)入所述容器中的所述流體的流 率在所述時(shí)間段期間基本上保持恒定。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的流量檢驗(yàn)器，還包括被配置為調(diào)節(jié)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(jìn)入所述容器中的所述流體的 流率已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)并且所述出口閥已經(jīng)關(guān)閉而使所述容器內(nèi)的 所述流體的壓力開始上升之后，在所述流路中產(chǎn)生沖擊。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的流量檢驗(yàn)器，其中所述限流器包括下 面中的至少一個(gè)毛細(xì)管； 多孔塞；節(jié)流孔；可調(diào)節(jié)閥；以及 噴嘴。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的流量檢驗(yàn)器，其中，所述限流器包括 可調(diào)節(jié)限流器，其用于基于一個(gè)或者多個(gè)因素對(duì)所述流體的限流進(jìn)行 調(diào)節(jié)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的流量檢驗(yàn)器，其中所述一個(gè)或者多個(gè) 因素包括進(jìn)入所述容器內(nèi)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(jù)權(quán)利要求1所述的流量檢驗(yàn)器，還包括 溫度傳感器，其被配置為測(cè)量所述容器內(nèi)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(guān)閉所述出口閥之后的所述時(shí)間段期間測(cè)量所述容器內(nèi)的所述流 體的壓力的上升率，并且使用所測(cè)得的上升率來計(jì)算從所述設(shè)備中流 出的所述流體的流率，來對(duì)所述設(shè)備進(jìn)行的所述流體流率的測(cè)量進(jìn)行 檢驗(yàn)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的流量檢驗(yàn)器，其中，所述控制器還被 配置為使用公式來計(jì)算從所述設(shè)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(nèi)的所述流體的溫度， TsTP是定義為0'C和大約273.15K的標(biāo)準(zhǔn)溫度，Psip是定義為latm的 標(biāo)準(zhǔn)壓力，而(AP/At)是在所述時(shí)間段期間所述流體的壓力上升率。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的流量檢驗(yàn)器，其中，所述時(shí)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(shí)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(shí)間段開始時(shí)的所述容器內(nèi)的初始?jí)毫Γ?PsTP是標(biāo)準(zhǔn)壓力；TsTp是標(biāo)準(zhǔn)溫度；Q是所述流體進(jìn)入所述容器內(nèi)的體積流率；以及 T是所述容器內(nèi)的所述流體的溫度。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的流量檢驗(yàn)器，其中，所述設(shè)備包括下面中的至少一個(gè)MFC (質(zhì)量流量控制器)；以及 MFM (質(zhì)量流量計(jì))。
11、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的流量檢驗(yàn)器，其中，所述限流器上游 的元件包括下面中的至少一個(gè)外部管路部件； 外部容積；以及 節(jié)流孔。
12、 一種用于防止外部元件影響流率檢驗(yàn)器檢驗(yàn)流體流率的裝 置，所述流率檢驗(yàn)器包括容器，配置為用于接收從質(zhì)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(yàn)器的上游，所述裝置包括沿著所述流體的從所述質(zhì)量流量控制器到所述容器的流路上設(shè)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(jìn)入所述容器中的所述流體的流率已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)并且所述出口閥已經(jīng)關(guān)閉而使所述容器內(nèi)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(dòng)以便在所述流路中產(chǎn)生沖擊。
13、 根據(jù)權(quán)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(gè)毛細(xì)管； 多孔塞； 節(jié)流孔；可調(diào)節(jié)閥；以及 噴嘴。
14、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其中，所述限流器包括可調(diào)節(jié)限流器，其用于基于一個(gè)或者多個(gè) 因素對(duì)所述流體的限流進(jìn)行調(diào)節(jié)，并且 其中，所述一個(gè)或者多個(gè)因素包括-進(jìn)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(duì)設(shè)備進(jìn)行的流體流率測(cè)量進(jìn)行檢驗(yàn)的方法，包括 使所述流體從所述設(shè)備沿流路流入容器中，同時(shí)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(nèi)的所述流 體的壓力達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)；關(guān)閉所述容器的出口閥以便所述容器內(nèi)的所述流體的壓力開始 上升；在沿所述流路的一個(gè)位置，靠近且緊挨著所述容器的上游，對(duì)所 述流體進(jìn)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(chǎn)生沖擊，并且在一個(gè)時(shí)間段內(nèi)維 持該沖擊；以及在該時(shí)間段內(nèi)，測(cè)量所述容器內(nèi)的所述流體的壓力上升率，并且 使用所測(cè)得的壓力上升率來計(jì)算所述流體的流率。
16、 一種用于現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)待測(cè)試設(shè)備(DUT)的流量檢驗(yàn)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(yàn)器抽 吸氣體；具有預(yù)定容積的容器；將所述入口連接到所述容器的擴(kuò)散介質(zhì)；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(dòng)；至少一個(gè)可操作連接到所述容器以提供所述容器內(nèi)的溫度測(cè)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(nèi)的壓力測(cè)量值的壓力 變送器。
17、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的流量檢驗(yàn)器，其中所述擴(kuò)散介質(zhì)包 括毛細(xì)管。
18、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的流量檢驗(yàn)器，其中所述擴(kuò)散介質(zhì)包 括多孔塞。
19、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的流量檢驗(yàn)器，其中所述擴(kuò)散介質(zhì)包 括多個(gè)串聯(lián)且間隔開的限流器。
20、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的流量檢驗(yàn)器，其中所述至少一個(gè)溫 度傳感器包括兩個(gè)或者多個(gè)適于提供所述容器內(nèi)的平均溫度測(cè)量值 的溫度傳感器。
21、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的流量檢驗(yàn)器，還包括控制器，該控 制器連接到所述溫度傳感器、所述壓力變送器以及所述閥，并且該控 制器包括定時(shí)器，其中在所述MFV連接在所述DUT和所述真空泵 之間后，所述真空泵運(yùn)轉(zhuǎn)，并且所述DUT設(shè)置有流量設(shè)定點(diǎn)，將所 述控制器編程為打開所述闊；使所述容器內(nèi)的流動(dòng)和壓力達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)；關(guān)閉所述閥，并在時(shí)間1=0時(shí)，記錄所述容器的預(yù)定容積內(nèi)的溫 度和壓力測(cè)量值T、 P;在時(shí)間t^N以前，以預(yù)定的間隔，記錄所述容器的所述預(yù)定容積 內(nèi)的溫度和壓力測(cè)量值T、 P;基于從t=0到t=N期間的所述容器的所述預(yù)定容積內(nèi)的所述溫度 和壓力測(cè)量值來計(jì)算所述容器壓力除以所述容器溫度的時(shí)間導(dǎo)數(shù) A(P/T)/At;以及基于從t=0到t=N期間的所述容器的所述預(yù)定容積內(nèi)的溫度和壓 力的所述時(shí)間導(dǎo)數(shù)來計(jì)算所述DUT產(chǎn)生的流率。
22、 根據(jù)權(quán)利要求21所述的流量檢驗(yàn)器，其中所述控制器還被 編程為重復(fù)所述流量計(jì)算步驟s次，然后通過s次計(jì)算所述DUT產(chǎn) 生的平均流率。
23、 根據(jù)權(quán)利要求21所述的流量檢驗(yàn)器，其中所述流率Q通過 控制器使用下面的公式來計(jì)算Q = (VvesselTS7T/PSTP) (A(P/T)/At)式中，Vve^是所述容器的所述預(yù)定容積，Tstp是O'C (273.15K) 的標(biāo)準(zhǔn)溫度，Pstt是latm (定義為101.325kPa)的標(biāo)準(zhǔn)壓力，而 A(P/T)/At是基于從t=0到t=N期間的所述容器的所述預(yù)定容積內(nèi)的所 述溫度和壓力測(cè)量值將所述容器壓力除以所述容器溫度的時(shí)間導(dǎo)數(shù)。
24、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的流量檢驗(yàn)器，其中所述容器的所述 預(yù)定容積小于20 cc。
25、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的流量檢驗(yàn)器，還包括旁通閥，其連 接在所述入口和所述出口之間且與所述擴(kuò)散介質(zhì)、所述容器和所述出 口閥并聯(lián)。
26、 一種用于現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)待測(cè)試設(shè)備(DUT)的方法，包括 將具有預(yù)定容積的容器連接在所述DUT和真空泵之間； 使所述容器和所述DUT之間的流動(dòng)擴(kuò)散；使所述真空泵運(yùn)轉(zhuǎn)，以使得經(jīng)過所述DUT和所述容器抽吸氣體； 為所述DUT設(shè)置流量設(shè)定點(diǎn)，并使所述容器內(nèi)的流動(dòng)和壓力達(dá) 到穩(wěn)定狀態(tài)；停止所述容器和所述真空泵之間的流動(dòng)；在時(shí)間t=0時(shí)，記錄所述容器的預(yù)定容積內(nèi)的溫度和壓力測(cè)量值 T、 P;在吋間t-N以前，以預(yù)定的間隔，記錄所述容器的所述預(yù)定容積內(nèi)的溫度和壓力測(cè)量值T、 P;基于從1=0到t-N期間的所述容器的所述預(yù)定容積內(nèi)的所述溫度 和壓力測(cè)量值來計(jì)算所述容器壓力除以所述容器溫度的時(shí)間導(dǎo)數(shù) A(P/T)/At;以及基于從t=0到t=N期間的所述容器的所述預(yù)定容積內(nèi)的溫度和壓 力的所述時(shí)間導(dǎo)數(shù)來計(jì)算所述DUT產(chǎn)生的流率。
27、 根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中所述流量計(jì)算步驟被重 復(fù)s次，并通過該s次計(jì)算所述DUT產(chǎn)生的平均流率。
28、 根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中所述流率Q使用下面的 公式來計(jì)算<formula>formula see original document page 9</formula>式中，Vvessd是所述容器的所述預(yù)定容積，Tstp是(TC (273.15K)的標(biāo)準(zhǔn)溫度，Pstp是latm (定義為101.325kPa)的標(biāo)準(zhǔn)壓力，而 A(P/T)/At是基于從t=0到t=N期間的所述容器的所述預(yù)定容積內(nèi)的所 述溫度和壓力測(cè)量值將所述容器壓力除以所述容器溫度的時(shí)間導(dǎo)數(shù)。
29、 根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中所述容器的所述預(yù)定容 積小于20 cc。
30、 根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中所述容器和所述DUT之 間的所述流動(dòng)使用毛細(xì)管擴(kuò)散。
31、 根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中所述容器和所述DUT之 間的所述流動(dòng)使用多孔塞擴(kuò)散。
32、 根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中所述容器和所述DUT之 間的所述流動(dòng)使用多個(gè)串聯(lián)且間隔開的限流器擴(kuò)散。
33、 根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中所述容器內(nèi)的所述溫度 測(cè)量值包括通過計(jì)算在所述容器的所述預(yù)定容積內(nèi)的多個(gè)位置處同 時(shí)獲取的溫度測(cè)量值而得到的平均溫度測(cè)量值。
34、 一種用于現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)待測(cè)試設(shè)備(DUT)的流量檢驗(yàn)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(yàn)器抽 吸氣體；具有預(yù)定容積且連接到所述入口的容器；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(dòng)；至少一個(gè)可操作連接到所述容器以提供所述容器內(nèi)的溫度測(cè)量 值的溫度傳感器；可操作連接到所述容器以提供所述容器內(nèi)的壓力測(cè)量值的壓力 變送器；以及控制器，其連接到所述溫度傳感器、所述壓力變送器和所述閥， 并且該控制器包括定時(shí)器，其中在所述MFV連接在所述DUT和所 述真空泵之間后，所述真空泵運(yùn)轉(zhuǎn)，并且所述DUT設(shè)置有流量設(shè)定 點(diǎn)，將所述控制器編程為-打開所述閥；使所述容器內(nèi)的流動(dòng)和壓力達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)；關(guān)閉所述閥，并在時(shí)間t^0時(shí)，記錄所述容器的預(yù)定容積內(nèi)的溫 度和壓力測(cè)量值T、 P;在時(shí)間t-N以前，以預(yù)定的間隔，記錄所述容器的所述預(yù)定容積 內(nèi)的溫度和壓力測(cè)量值T、 P;基于從t=0到t-N期間的所述容器的所述預(yù)定容積內(nèi)的所述溫度 和壓力測(cè)量值來計(jì)算所述容器壓力除以所述容器溫度的時(shí)間導(dǎo)數(shù) A(P/T)/At;以及基于從tN)到t-N期間的所述容器的所述預(yù)定容積內(nèi)的溫度和壓 力的所述時(shí)間導(dǎo)數(shù)來計(jì)算所述DUT產(chǎn)生的流率，其中所述流率Q使 用下面的公式來計(jì)算-Q = (VvesselTSTP/PSTP) (A(P/T)/At)式中，V^e,是所述容器的所述預(yù)定容積，Tstt是(TC (273.15K) 的標(biāo)準(zhǔn)溫度，Pstp是latm (定義為101.325kPa)的標(biāo)準(zhǔn)壓力，而 A(P/T)/At是基于從t=0到t=N期間的所述容器的所述預(yù)定容積內(nèi)的所 述溫度和壓力測(cè)量值將所述容器壓力除以所述容器溫度的時(shí)間導(dǎo)數(shù)。
35、根據(jù)權(quán)利要求34所述的流量檢驗(yàn)器，其中毛細(xì)管將所述容 器連接到所述入口。
全文摘要
一種用于對(duì)設(shè)備進(jìn)行的流體流率的測(cè)量進(jìn)行檢驗(yàn)的流量檢驗(yàn)器，該流量檢驗(yàn)器包括限流器，該限流器使流率檢驗(yàn)基本上不受限流器上游元件的影響。該流量檢驗(yàn)器包括容器，其接收從所述設(shè)備流出的流體；以及壓力傳感器，其測(cè)量所述容器內(nèi)的流體壓力。出口閥調(diào)節(jié)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(duì)流體的流動(dòng)進(jìn)行限制，以便在所述流體的流路中產(chǎn)生沖擊，并且還用于在在足以使流率檢驗(yàn)基本上不受限流器上游的元件影響的時(shí)間段內(nèi)維持所述沖擊。
文檔編號(hào)G01F1/12GK101160508SQ200680009641
公開日2008年4月9日 申請(qǐng)日期2006年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月25日
發(fā)明者A·沙吉, D·史密斯 申請(qǐng)人:Mks儀器公司