专利名称：用于流量设备的校准的系统和方法
技术领域：
本发明涉及流量设备的校准，并且更具体来说涉及质量流量计和质量流量控制器的快速校准。
背景技术：
流量控制器在各种工业中用于控制液体和气体的流量。非常依赖流量控制器的一个工业是半导体制造工业。这是因为半导体的制造需要对给送(dispense)到流室(flow chamber)中的气体和液体进行精确控制。许多当前的流量控制器基于不同的压力对流量进行控制。这些流量控制器接收来自半导体制造工具或者其它系统的设定值；测量跨过流体流动路径中的节流的压差；并且执行控制算法，以基于设定值与压差之间的差异来打开或者关闭阀门。
典型的是，流量控制器接收质量流量或者体积流量方面的设定值。随后基于校准曲线将质量流量或者体积流量转换成压差。因此流量控制器必须具有针对过程流体以及该流量控制器工作的过程状况存储的校准曲线。对于适用于各种流体和各种工作状况的流量控制器，流量控制器制造商典型地必须为流量控制器提供大量校准曲线，或者针对过程流体以及流量控制器工作的状况对流量控制器进行单独校准。这可能是耗时又低效的工作。因此，需要对流量控制器进行校准的更迅捷的系统和方法。
发明内容
本发明的实施例提供一种用于快速校准流量设备的系统和方法，其消除或者至少充分地减少了用于流量设备校准的现有技术系统和方法的缺点。
流量设备可被提供有由制造商或者第三方提供的校准流量曲线(如由n阶多项式表示)。可利用一个或者更多个校正因子，针对过程流体和实际上安装了所述流量设备的系统，来调整所述校准曲线。可基于简单实验测试或者过程流体的流体特性，针对流量曲线确定所述校正因子。随后将所述经校正流量曲线保存在所述流量设备处以便可用于未来的流量控制。
本发明的一个实施例包括一种用于对流量设备进行校准的方法，其包括产生通过流量设备的流体流，以使得指示该流体的流量的变量具有测试值。这可以包括例如产生流，以使得压差、时间差、特定传感器处的压力或者指示流体的流量的其它因子具有一个或多个测试值或者一组测试值。例如，测试值可以是预期最大值的一半。所述方法进一步包括确定对于一测试时间段的流体的实验流量，并且将校准曲线应用于实验流量以确定流量变量的计算值。可基于测试值和计算值来确定校正因子。
另一个实施例可包括计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在计算机可读介质上的一组计算机指令。所述一组计算机指令可包括可执行以进行以下操作的指令确定指示流量的一个或多个变量的一个或一组测试值；基于一个或者更多个实验流量和对应于校准曲线的n阶多项式，确定指示流量的变量的一个或者更多个计算值；以及基于指示流量的变量的计算值和测试值，确定一个或者更多个校正因子。应该注意，计算机指令可由流量设备的控制器和/或与流量设备或者其它计算设备进行通信的校准计算机来执行。
本发明的又一个实施例包括一种流量设备，其包括流动路径、在所述流动路径中的节流上游的上游压力传感器、在所述流动路径中的节流下游的下游压力传感器、以及与所述上游压力传感器和所述下游压力传感器相耦合以从所述上游压力传感器和下游压力传感器接收压力测量值的控制器。所述控制器被配置成对于一个或者更多个测试时间段使阀门打开以产生通过流量设备的流体流，以生成上游压力传感器与下游压力传感器之间的一个或者更多个测试压差；基于实验流量和对应于校准流量曲线的n阶多项式，确定一个或者更多个计算压差；并且基于所述计算出的压差和所述测试压差生成一个或者更多个校正因子。所述控制器还可被配置成对于几个测试时间段使阀门打开以生成同一设定值处或者多个设定值处的一组测试压差，从而改善特定校正因子的精确度或者生成几个校正因子。
本发明的另一个实施例包括一种用于对流量设备进行校准的方法，所述方法包括加载与校准流体的校准曲线对应的n阶多项式的一组系数；基于过程流体的粘度对所述一组系数中的系数进行校正以生成所述过程流体的经校正的n阶多项式；将经校正系数存储在存储单元中。
本发明的另一个实施例包括一种用于对流量设备进行校准的计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在计算机可读介质上的一组计算机指令。所述一组指令包括可由处理器执行以进行以下操作的指令加载与校准曲线对应的n阶多项式的一组系数；加载一组粘度相关性变量；接收指示过程流体的粘度的输入；基于所述一组粘度相关性变量对所述一系数进行校正；以及存储一组经校正的系数。
本发明的又一个实施例包括一种具有控制器的流量设备，所述流量设备包括存储校准程序的计算机可读介质和用于存取并且执行所述校准程序的处理器。所述控制器可操作以加载与校准流体的校准曲线对应的n阶多项式的一组系数，并且基于过程流体的粘度对所述一组系数中的系数进行校正，以生成过程流体的经校正n阶多项式的一组经校正系数，并且将所述经校正系数存储在存储单元中。
本发明的另一个实施例包括一种对流量设备进行校准的方法，所述方法包括产生通过流量设备的流体流，以使得指示所述流体的流量的变量具有一组测试值；针对所述一组测试值中的每个测试值，确定实验流量；利用所述一组测试值和实验流量，确定n阶多项式的一组系数。
本发明的另一个实施例可包括一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在计算机可读介质上的一组计算机指令，所述一组计算机指令包括可执行以进行以下操作的指令使流量设备产生通过该流量设备的流体流，以使得指示所述流体的流量的变量具有一组测试值；针对所述一组测试值中的每个测试值确定实验流量；以及利用所述一组测试值和实验流量来确定n阶多项式的一组系数。
本发明的又一个实施例包括一种流量设备，所述流量设备包括流动路径、位于所述流动路径中的节流上游的上游压力传感器、位于所述流动路径中的节流下游的下游压力传感器、以及与所述上游压力传感器和所述下游压力传感器耦合以接收来自所述上游压力传感器和下游压力传感器的压力测量的控制器。所述控制器可操作来对于一组测试时间段使阀门打开，以产生通过流量设备的流体流，从而生成所述上游压力传感器与所述下游压力传感器之间的一组测试压差；确定每个测试压差的实验流量；并且利用所述一组实验压差和实验流量，确定n阶多项式的一组系数。
通过结合附图参照以下描述可获得对本发明以及本发明的优点的更全面理解，其中相同的参考标记指示类似的特征，其中图1是流量控制设备的一个实施例的图示；图2是流量控制设备的另一个实施例的图示；图3是控制器的图示；图4是例示出对流量进行控制的一个实施例的流程图；图5是用于对流量控制设备进行校准的系统的一个实施例的图示；图6是例示出对流量控制设备进行校准的一个实施例的流程图；
图7A-D是用于与校准程序相接的屏面的实施例；图8是针对去离子水(“DIW”)，N1，IPA，S3以及S6的压差对流量的示例数据的表格；图9例示出特定流量控制器的第一系数对运动粘度的绘图和线性拟合；图10例示出特定流量控制器的第二系数对运动粘度的平方根的绘图；图11例示出第一系数对动力粘度的绘图和线性拟合；图12例示出第二系数对动力粘度的平方根的绘图；图13是例示出针对特定过程流体对流量设备进行校准的方法的一个实施例的流程图；以及图14是例示出对流量设备进行快速校准的另一方法的流程图。
具体实施例方式
在附图中例示出本发明的优选实施例，相同的参考标记用于指示各图的类似和对应部件。
诸如流量计和流量控制器的流量设备典型地包括基于微处理器的控制器，其对来自一个或者更多个传感器的读数进行处理以确定通过该设备的流体的流量。所述控制器将流量曲线(通常以n阶多项式的形式)应用于指示流量的变量(如，压差、压力、温差等)，以确定流量。为了确保所测流量是精确的，流量曲线必须说明所使用的过程流体和其中安装有流量设备的系统。
在本发明之前，流量设备的制造商必须利用与其中待安装流量设备的系统类似的测试台(test rig)来产生针对预期过程流体的流量曲线，或者客户必须安装该流量设备并且运行测试以产生所述曲线。在任一种情况下，产生针对特定流体和系统设置的流量曲线涉及采用多组数据并且将曲线拟合算法应用于所述数据以开发n阶多项式。当必须针对流量控制设备的每次安装而开发新的流量曲线时，这种方法是低效的。
本发明提供一种对流量设备进行快速校准的系统。根据本发明的一个实施例，可由例如流量控制器的制造商，利用可能不同于实际安装条件的测试条件建立校准曲线。如下所述，可针对过程流体和系统，基于一个或者更多个校正因子对校准流量曲线进行调整。
根据一个实施例，流量控制器可安装在其将运行的系统中，并且可基于来自少量测试的实验数据来计算用于校准曲线的校正因子。校正因子对校准曲线进行调整以说明用于生成校准曲线的测试流体和校准系统与过程流体和其中实际运转流量控制器的过程系统之间的差别。
根据另一个实施例，可将基于运动粘度(或者动力粘度和密度或者仅动力粘度)的一组校正因子应用于n阶多项式的系数。这样允许基于过程流体特性的输入，针对特定过程流体，进行流体设备的快速校准。
根据本发明的另一个实施例，二阶多项式可用于独立于制造流量曲线来表征所述流量曲线。在此实施例中，所述流量曲线可从少量实验测试得出。流量设备可被配置成以不同流量产生流体流。可通过在给定时间段内测量以各种流量给送的流体，来确定实验流量。如结合图14所述，利用所述实验流量，可确定表征流量曲线的二阶多项式的系数。
本发明的实施例可用于校准各种流量控制设备，所述各种流量控制设备包括在以下申请中描述的那些设备于2003年7月18日提交的题为“Liquid Flow Controller and Precision Dispense Apparatusand System”(“Liquid Flow Controller Application”)的PCT申请PCT/US03/22579，该PCT申请PCT/US03/22579要求于2002年7月19日提交的题为“Liquid Flow Controller and Precision DispenseApparatus and System”的临时申请60/397,053号的优先权，并且涉及于2000年1月20日提交的题为“Flow Controller”的美国专利6,348,098号以及于2002年7月19日提交的题为“Fluid FlowMeasuring and Proportional Fluid Flow Control Device”的临时申请60/397,16号，在此通过引用将每一个上述文件完全并入。其它示例性流量控制设备可在以下申请中找到2004年2月12由Brodeur提交的题为“System and Method for Flow Monitoring and Control”的美国专利申请10/777,300号和2004年2月13日由Laverdiere提交的题为“System and Method for Controlling Fluid Flow”的美国专利申请10/779,009号，在此通过引用将每一个上述文件完全并入。其中可实施本发明的实施例的示例性流量控制器包括由Billerica，Massachusetts的Mykrolis Inc.制造的SINGLESENSE、OPTICHEM P以及OPTICHEM C流量控制器。
图1是根据本发明的一个实施例的流量控制设备30。流量控制设备30可包括进口32，用于接收流；出口34，用于将流导向流系统的其它部件；狭窄区域36(例如孔板、小直径管或者本领域已知的其它狭窄装置)；位于狭窄区域36上游的压力传感器38(称作“上游压力传感器”)，其被配置为测量上游压力；位于狭窄区域36下游的压力传感器40(称作“下游压力传感器”)，其被配置为测量下游压力；控制器42，其可包括处理器、存储器以及用于确定流体流量和/或用于生成阀门控制信号的软件指令；以及阀门44(如节流闸式阀门、提升阀门、蝶形阀门、气动阀门或者本领域已知的其它阀门)，其响应于阀门控制信号来调节流体流。
上游压力传感器38和下游压力传感器40可以是电容型、压电电阻型、叉指型或者本领域已知的其它类型的压力传感器。上游压力传感器38和下游传感器40的暴露于流过流量控制设备30的流体的部分可以是相对于该流体在化学性质上惰性的。控制器42可经由例如电连接而与上游压力传感器38、下游压力传感器40以及阀门44相耦合。阀门40可进一步包括诸如微控制器的部件，以处理阀门控制信号并且响应于该阀门控制信号打开或者关闭阀门44。
流体(气体或者液体)可在进口32处进入流量控制设备30，经过阀门44和狭窄区域36，并且在出口34处离开流量控制设备30。上游压力传感器38和下游压力传感器40可生成上游压力信号46和下游压力信号48，这些信号可以是分别代表上游压力传感器38和下游压力传感器40处的压力测量值的数字信号或者模拟信号。
利用例如存储在计算机可读介质上的软件指令，控制器42可基于由上游压力传感器38和/或下游压力传感器40测量到的压力，生成阀门控制信号50以打开或者关闭阀门44以实现期望流量。根据本发明的一个实施例，控制器42可以确定上游压力测量值与下游压力测量值之间的差异。该差异可以是上游压力传感器38与下游压力传感器40处的压力测量值之间的差的任何一种表示。例如，该差异可以被表示为压力值(例如，100帕)或者被表示为具有特定电压值(例如100mN)的信号，或者采取表示所述压力测量值之间的差的任何其它形式。控制器42可以将该差异与设定值进行比较以根据任何控制方案(例如正比-积分(“PI”)控制方案、正比-积分-微分(“PID”)控制方案、或者本领域已知或者已开发的任何其它控制方案)生成阀门控制信号50。根据本发明的一个实施例，设定值可基于输入质量或者体积流量从校准曲线多项式确定出。基于控制信号50，阀门44可打开或者关闭以调节流量。应该注意，图1的流量控制器是以例示的方式提供的。
图2是流量控制设备30的一个实施例的图示。流量控制设备30可包括用于接收流的进口32；用于将流导向流系统的其它部件的出口34；流通道35，其用于将来自进口32的流体导向出口34；狭窄区域36；上游压力传感器38；下游压力传感器40；控制器42，其生成阀门控制信号；以及阀门44，其响应于阀门控制信号对流体流量进行调节。
控制器42可接收来自上游压力传感器38和下游压力传感器40的信号，所述信号代表在各个传感器处测得的压力。该信号可以是模拟信号或者数字信号，它们可通过电压电平(作为表示测得压力的位)来表示测得压力，或者以本领域已知的任何其它方式来表示测得压力。控制器42通过例如生成差值信号并且/或者计算压差，可确定测得压力之间的差异。控制器42可基于所述差异或者基于从上游和/或下游压力传感器接收的压力信号来生成阀门控制信号。阀门44能够响应于所接收的阀门控制信号而打开或者关闭。
图3是控制器24的一个实施例的图示。控制器42可包括模拟数字(A/D)转换器52以接收来自上游压力传感器和下游压力传感器的信号，并且将所接收的信号转换成数字形式。处理器54(如CPU，诸如由Intel Corporation of Santa Clara，California制造的8051处理器；ASIC；RISC处理器，诸如由Microchip Technologies of Chandler，Arizona的PIC 18c452处理器；或者其它处理器)可接收来自A/D转换器52的表示测得压力的数字值，并且计算差异。基于该差异或者来自上游传感器或者下游传感器的测得压力，处理器54可生成表示应当如何打开或者关闭阀门以调节流体流的数字控制信号。A/D转换器52可将数字值转换成模拟阀门控制信号，并且将所述模拟控制阀门信号发送到所述阀门。
处理器54可通过执行控制程序来生成数字控制信号，所述控制程序可包括在可由该处理器54存取的计算机可读存储器58(如EEPROM，RAM，ROM，闪存，磁存储器，光存储器，或者本领域中已知的其它计算机可读存储器)上的控制程序56。在一个操作模式中，控制算法可基于流量设定值输入和存储在计算机可读介质58上的校准数据60来计算压差设定值。控制程序可利用规定的设定值和校准数据，基于测得压力之间的差异来计算数字控制信号。在另一操作模式中，控制算法可利用在上游压力传感器或者下游压力传感器处的测得压力来计算数字控制信号，如美国专利申请10/777,300中所述。
控制算法可利用本领域已知的任何控制方案来计算针对特定操作模式的数字控制信号，所述控制方案包括但不限于PID，具有偏差的经改进PID或者本领域已知的其它控制算法。该基本操作产生误差信号。随后针对特定阀门对该误差信号进行校正。通过A/D转换器52，将经校正误差信号从数字形式转换成模拟信号，并且将所得模拟信号发送到将控制阀门驱动到新位置的电压电流转换器。
校准数据60可包括例如用于表示校准曲线的一个或者更多个多项式的系数，和用于将多项式应用于特定条件的一个或者更多个校正因子。所述多项式可表示用于差异流量控制的校准曲线和/或用于单个压力传感器控制的校准曲线。如下文结合图6所述，根据本发明的一个实施例，控制器42可包括校准程序62以对校准数据进行更新。
控制器42可包括另外的输入/输出性能。例如，控制器42可具有接口以支持诸如对控制程序56、校准数据60或者校准程序62进行更新的管理功能。另外，控制器42可包括网络接口(如接口64)以与其它流量控制设备、管理计算机或者能够在网络上进行通信的其它设备进行通信。应该注意，控制程序56和校准程序60可包括单组计算机指令，可以是分开的多个程序，可以是同一程序的多个模块，或者可以根据本领域的普通技术人员可想到的任何适当的编程体系结构来实现。还应该注意，以示例的方式提供图3的控制器，并且也可利用其它控制器。
图4例示出控制例程的一个实施例，该控制例程可被实施为例如可由控制器的处理器执行的一组计算机可读指令。在步骤102，控制器可接收待实现的目标质量流量或者体积流量。控制器可将校准数据应用于所接收的流量(步骤104)以得到设定值。
根据本发明的一个实施例，控制器可通过将n阶多项式应用于流量来确定设定值。n阶多项式的应用可包括基于校准曲线和校正因子来应用多项式，从而针对流量控制设备运行的条件，对表达式进行校正。结合图6对确定校正因子的一个实施例进行描述。
在步骤106，控制器可从例如模拟数字转换器读取上游压力信号和下游压力信号。在此，上游压力信号和下游压力信号可以是表示由压力传感器产生的模拟电压的电压采样(即，数字采样)。控制器可将所接收的采样转换为压力值。在步骤S108，控制器可根据上游压力读数和下游压力读数来计算差压。
在步骤110，控制器可将压差与设定值进行比较。如果压差不等于设定值，则在步骤112处，控制器可基于压差与设定值之间的差来生成误差信号，并且基于来自具体传感器的压力(例如来自下游传感器的测得压力)计算误差增益。相反，如果流量确实等于设定值，则控制器可基于测得压力之间的差异来计算误差增益(步骤114)。可将误差增益添加到误差信号中，以补偿低压时的低信号值。
在步骤122，控制器可确定阀门增益。阀门增益与当前位置成正比地对将施加到阀门的信号的增益进行调整。该增益可根据例如存储在存储器中的增益曲线来确定。该增益曲线允许系统针对阀门间的变化进行校正。除了对具体阀门的变化进行校正外，阀门增益曲线还可对过冲、下冲以及响应时间进行补偿。根据本发明的一个实施例，可将灵敏度因子应用于阀门增益曲线，以延缓或者加速阀门响应。
在步骤124，控制器可基于本领域的技术人员应该理解的误差信号、阀门增益以及其它因子来输出控制信号。该控制信号可将阀门打开或者关闭以使得压差更接近设定值。应该注意，权利要求4的控制算法仅以示例的方式提供，并且也可利用本领域已知的任何控制算法。此外，基于压差的流量控制也是以例示的方式提供的，并且根据其它方案，本发明的其它实施例也可基于单个传感器处的压力等，对流量进行控制。PCT申请PCT/US03/22579，美国专利申请10/777,300，以及美国专利申请10/779,009描述了本发明的实施例可采用的其它控制算法。
图5是用于对流量设备30进行校准的系统200的一个实施例的图示。在系统200中，流量设备30可安装在该流量设备30将在其中运行的系统中，或者安装在用于对流量设备30将在其下运行的系统进行模拟的测试系统中。流量设备30可连接到上游流体流动路径和下游流动路径，所述上游流体流路径包括例如泵、过滤器或者其它流量部件，所述下游流动路径也可包括流动部件。系统200可进一步包括经由数据传输介质(如，总线、连接器、网络或者本领域已知的其他数据传输介质)连接到流量控制器30的校准计算机202(如，膝上型计算机、台式计算机、PDA或者本领域已知的其它计算设备)。流量控制设备30的控制器(如，控制器42)可经由数据传输介质将数据传送到校准计算机202并且从校准计算机202接收数据。
流量设备30可包括校准程序(如图3的校准程序62)，以计算可存储为例如校准数据60的一部分的校正因子。校准计算机202可包括接口程序，以显示图形用户接口(“GUI”)206或者用于校准程序的其它接口。校准计算机202可将从用户接收的输入传送到校准程序并且将输出显示给用户。在本发明的此实施例中，校准计算机202仅仅提供针对存储在流量设备30上的校准程序的接口。根据本发明的其它实施例，校准计算机202可包括校准程序，并且仅将校准数据上载到流量控制器30。可按照具体实现的需要或者期望，改变计算校正因子、灵敏度因子或者其它校准数据的地点。
根据本发明的一个实施例，可在将流量控制器30安装在系统200中前，针对流量控制器30建立校准曲线。这可通过例如使用诸如异丙醇(“IPA”)或其它测试流体的测试流体和测试系统来实现。可根据本领域已知的任何方法建立校准曲线。根据一个实施例，可确定针对各种压差的流量。例如，假设对于流量控制器30，以不同压差提取十五个采样以产生表1中的数据表1
在表1的示例中，校准曲线可以由n阶多项式来表示。对于2阶多项式曲线拟和，表1的校准曲线通常可由表示如下ΔP＝ax2+bx+c [等式1]并且更具体如下ΔP＝1.64237660x2+7.950469544x-.011737883 [等式2]多项式的系数(即，a，b以及c)可由制造商、第三方存储在流量控制设备30中，或者以其它方式提供。应该注意，校准曲线可以任何方式得出，包括本领域已知的任何曲线拟和方案，并且校准曲线可由其它n阶多项式表示。另外，可使多项式为零y轴截距。在此情况下，可去掉c项(例如-.00111737883)，并且针对曲线拟和调整a项和b项。使多项式为零y轴截距有助于使得针对更高粘度的过程流体或者更大压降的设备的曲线的倾斜(skewing)最小化。
在实践中，过程流体和其中安装流量控制设备30的系统与测试流体和测试系统不同。为了对此进行补偿，校准程序可针对流量控制设备来确定校正因子。图6是例示了对校准数据进行更新以说明各种过程参数和过程流体的方法的一个实施例的流程图。对于图6来说，假设流量控制器安装在该流量控制器将在其中运行的系统中或者在基本上类似的系统中(如，对流量控制器将在其中运行的系统进行模拟的测试台)。可通过驻留在流量控制器或者可与该流量控制器进行通信的计算机(如校准计算机202)上的校准程序来实现图6的处理。
在步骤302处，可执行最大压差测试来确定期望流量控制器将在其下运行的最大压差。对于步骤302，对于第一时间段(t1)(如十秒其它任意选定时间)，校准程序将流量控制器的阀门打开到其最大打开位置，该第一时间段(t1)足以使得流体流的压差稳定，并且使得可能影响总质量或者总体积读取的给送启动和结束效应相对于给送时间最小化。当阀门完全打开时，上游压力传感器处的压力与下游压力之间的差异是最大压差(ΔPmax)。ΔPmax表示预计流量控制器在运行的过程中将经历的最大压差。
如果流量控制器的压力传感器具有为其设计的最大压力(“最大运行压力”)，则配置程序能够通过将最大压差设定到可防止超过传感器的最大运行压力的水平，在最大压差测试中对该最大压力进行说明。举例来说，如果上游压力传感器具有30psi的最大运行压力，但完全打开流量控制器阀门将导致上游压力传感器处的压力超过30psi，则配置程序可选择使上游压力传感器处的压力小于30psi(假定28psi)的阀门设置。在此情况下，配置程序将监控上游压力，并且打开阀门直到上游压力为28psi或者其它预定压力限制。可选择当上游压力是28psi或者其它压力限制时的压差作为最大压差ΔPmax。流量设备可进一步将针对该流量设备的最大流量设置在为ΔPmax的某一百分比的流量处。例如，配置程序可将最大流量设定为出现在.95ΔPmax的流量。
因此，配置程序可选择最大压差作为当阀门在完全打开位置时所经历的压差，或者将上游传感器或者下游传感器处的压力保持在预定压力限制之下的压差。如果稍后选择的流量将使设定值超过最大压差，则流量控制器可返回误差或者仅使用最大差异流量作为设定值。
在步骤304，可针对流量控制器确定实验流量。根据本发明的一个实施例，校准程序可指示对于第二时间段(t2)打开阀门，以产生具有小于最大压差的非最大压差(ΔPtest)的流。根据本发明的一个实施例，ΔPtest可以是ΔPmax的大约一半。在本示例中，对于足以使得流平衡的十秒或者其它时间段，以使得ΔPtest为ΔPmax的一半的方式打开阀门。在t2最后，可确定由流量控制器给送的流体量(z)。可根据以下等式来确定实验流量(xemp)xemp=Zt2]]>[等式3]在步骤306，校准程序可利用xemp作为针对n阶多项式的流量来确定计算出的压差(ΔPcalc)。
ΔPcalc＝axemp2+bxemp+c [等式4]利用来自等式2的示例系数，该表达式变为ΔPcalc＝1.64237660xemp2+7.950469544xemp-.011737883 [等式5]如果例如步骤304产生对于ΔPtest＝13的xemp＝2.72g/sec，则ΔPcalc将等于33.81。
在步骤308，根据以下等式可确定用于校准曲线的校正因子F＝ΔPtest/ΔPcalc[等式6]还是对于在先示例，校正因子可以大约是.38。可利用该校正因子对利用测试流体生成的n阶多项式曲线进行调整。该校正因子可补偿测试流体与过程流体之间的差，以及其中安装流量控制器的系统与其中对控制器进行校准的系统的差。例如当针对给定流量确定诸如设定值的压差时可应用校正因子。流量控制器可根据以下等式来确定经校正的压差(ΔPcorr)ΔPcorr＝F(ax2+bx+c) [等式7]在步骤310，校准程序可存储校准数据。根据本发明的一个实施例，由于已经存储了n阶多项式的系数，所以这可通过仅存储校正因子来实现。根据本发明的另一个实施例，可存储用于校准曲线的新系数(如Fa，Fb以及Fc)。经校正的校准曲线也可按本领域技术人员可理解的任何其它方式进行存储。应该注意，多个校正因子和/或多项式可被存储在单个流量控制器中，这样使得该流量控制器可在多种条件下使用。另外，校准程序可存储对于设备的最大流量(如，发生在.95ΔPmax处的流量，或者其它最大流量)。虽然，在上面讨论的示例中，仅讨论了一个实验测试来计算F，但也可利用多个测试。例如，可将流量设备配置成使流处于ΔPtest1、ΔPtest2、ΔPtest3，以分别计算出F1、F2和F3。随后对F1、F2和F3取平均值(或者以其它方式使用)以产生F。根据另一个实施例，当流量设备正控制或者监控流时，可在ΔP的不同范围处应用F1、F2和F3。因此，可进行多次测试以计算一个或者多个校正因子。另外，可执行多次实验性测试以便发现针对每个系数的校正因子。
ΔPcorr＝F1ax2+F2bx+F3C [等式8]此外，如将结合图14讨论的，可执行多次测试以在无校正因子的情况下产生曲线。
在一些情况下，利用等式7将输入流量转换成设定值，可能导致进入的流量与达到的实际流量之间的轻微偏移。例如，假设目标流量是100ml/sec，但即使在应用校正因子之后，流量控制器仍给送103ml/sec。在此情况下，可确定流量校正以说明此偏移量。
根据本发明的一个实施例，通过向流量控制器提供目标流量可确定流量校正。流量控制器基于等式7可确定设定值压差，并且将控制算法应用于该设定值压差，以打开阀门达到该设定值压差。可对于第三时间段(t3)(假定10秒)打开阀门，并且可测量通过流量控制器给送的流体量。基于此，可确定实际流量。校准程序可将此流量与目标流量进行比较以确定流校正。在以上示例中，流校正为-3ml/sec。随后可将流校正应用于被提供给流量控制器的每个目标流量。
校准程序的一个实施例也可建议灵敏度因子。可将该灵敏度因子应用于由控制回路使用的阀门增益曲线，以使流量控制器的响应时间增加或者减少。响应时间是从当将信号发送到流量设备时到当流量控制器达到设定值时的时间。灵敏度因子是决定响应时间的针对阀门的增益值。灵敏度因子越高，响应时间越快。控制器可被配置成具有基线(baseline)灵敏度因子(SCbase)。如果流量控制器的响应时间(tresp)短于第一响应时间(例如4秒或者其它任意定义的响应时间)，或者长于第二响应时间(例如8秒或者其它任意定义的响应时间)，则校准程序可建议新灵敏度因子(SCsug)，该新灵敏度因子可让流量控制器的响应时间在第一响应时间与第二响应时间之内。应该注意，可利用灵敏度因子来调整控制算法的单个参数或者各种参数，以增加或者减少灵敏度。
第一响应时间和第二响应时间可由流量控制器制造商基于流量控制器的特性来确定。第一响应时间可以足够长，使得如果tresp大于或者等于第一响应时间，则流量控制器将不经历流中的显著振动。第二响应时间可足够短，使得如果tresp小于或者等于第二响应时间，则流将足够快地到达设定值压差，使得响应时间不会显著影响由流量控制器输出的流体的体积。
用于确定SCsug的算法可基于由例如流量控制器制造商凭经验确定的数据来建立。用于确定SCsug的示例等式可包括例如如果tresp小于.4秒，则SCsug＝SCbase-(SCbase*3*(.5-tresp)) [等式9]并且如果tresp大于.8秒，则SCsug＝SCbase*(1+tresp-.6) [等式10]因此本发明的校准程序可快速并且容易地对用于特定处理系统的流量控制器进行校准。本发明的实施例可包括基于i)利用测得流量xemp和校准曲线多项式计算出的压差(如ΔPcalc)和ii)产生xemp的压差(ΔPtest)，来确定校正因子。另外，校准程序可确定流校正并且建议灵敏度因子。
用户可利用GUI或者人机接口(“MMI”)与校准程序进行交互。根据本发明的一个实施例，虽然校准程序在流量控制设备的控制器中运行，但GUI可存在在另一计算机中，诸如与流量控制设备相耦合的膝上型计算机或者台式计算机，如结合图5所述的。图7A提供了用于对校准处理进行初始化的屏面700的示例性实施例。屏面700向用户指示流量控制设备将给送流体十秒(如t1)，并且允许用户通过“点击”“GO”按钮开始处理。图7B提供了用于对于时间段t2执行给送并且用于在时间段t2之后输入所给送的流体量(z)的屏面702的示例性实施例。根据z，校准设备可确定xemp，计算ΔPcalc并且确定F。另外，屏面702允许用户对灵敏度因子进行调整。
图7C和7D分别例示出屏面704和706。屏面704和706表示允许用户开始给送处理并且输入z的屏面702的其它实施例。屏面704和706也显示所建议的灵敏度因子(SCsugg)，并且允许用户接受或者拒绝所建议的灵敏度因子。屏面704例示出当响应时间过长时所建议的灵敏度因子，屏面706例示出当响应时间过短时所建议的灵敏度因子。应该注意，图7A-7D的屏面仅以示例的方式提供，也可提供任何适当的界面。应该注意，MMI也能向用户报告其它信息，包括由校准程序确定的最大流量和其它校准信息。
已经主要在压差控制方面讨论了本发明的实施例。然而，应该注意，也可对于单个压力传感器控制，利用本发明的实施例。这可通过用特定传感器处的压力替代图6的处理中的压差来实现。在此情况下，基于由特定压力传感器(如上游压力传感器或者下游压力传感器)在多个测试条件下对于测试流体读取的压力(P)，建立校准曲线。与压差校准曲线相同，单个压力校准曲线可由n阶多项式表示。在原位置，校准程序可确定Pmax。校准程序也可以小于Pmax的Ptest，对于t2执行给送处理，并且确定给送体积量(z)。可利用z和t2来确定xemp。可将n阶多项式应用于xemp以确定Pcalc。可基于Ptcst与Pcalc的比率确定校正因子F。
另外，应该注意，本发明的实施例可应用于超声波流量控制器，其中控制方法基于上游发送器与下游发送器之间的发送时间之差。校准程序可对于时间段(t1)将流量控制阀门打开到最大设置，以针对流量控制器确定发送时间(Δtmax)的最大差。校准程序也可对于设定时间(t2)，以设定的发送时间差(Δttest)执行给送，并且确定所给送的流体量(z)。根据z和t2，可确定xemp。可将代表对于流量控制器的校准曲线的n阶多项式应用于xemp以确定对于该流量(xemp)计算出的时间差(Δtcalc)。校正因子可基于Δttest与Δtcalc的比率。
因此，根据一个实施例，可指示流量设备打开阀门以产生流量，使得指示该流量的变量(诸如ΔP，P，Δt)或者指示流量的其它变量具有测试值(如ΔPtest，Ptest，Δttest)。可对于一时间段，对于该流确定实验流量。将校准曲线应用于实验流以确定变量(如ΔPcalc，Pcalc，Δtcalc)的计算值。随后基于变量的测试值和计算值来确定用于校准曲线的校正因子。
在上述示例中，校正因子保持恒定。根据本发明的其它实施例，校正因子可根据流量而发生变化。在此情况下，校准程序可确定多个实验流量的压差(ΔPtest)。例如，可针对用于控制器的流量范围的高端和低端附近的流量，确定ΔPtest，以给出ΔPtest1和ΔPtest2。可根据等式7，利用用于对应实验流量的ΔPcalc1和ΔPcalc2来确定F1和F2。可执行线性拟合或者曲线拟合以开发用于基于流量的F的变化的等式。可将此等式或者用于该等式的系数存储在流量控制器处，以针对给定流量确定校正因子。
根据本发明的另一个实施例，可基于流体的动力粘度(μ)和密度(ρ)，或者流体的动力粘度(v＝μ/ρ)，快速地对流量控制设备进行校准。也可仅基于过程流体的动力粘度对流量控制设备进行校准。给出以以下n阶多项式表示的校准流量曲线ΔP＝ax2+bx [等式11]可根据动力粘度、动力粘度和密度、或者运动粘度对校准流量曲线的系数进行调整，以产生经校正的流量曲线ΔP＝acorx2+bcorx [等式12]基于校正因子，利用粘度对等式11的系数进行校正。首先，转到利用运动粘度或者动力粘度和密度的校准，按以下方式对校准流量曲线的系数进行调整acor＝a*((v*D1)+D0) [等式13]bcor＝b*(b*(v.5*E1)+E0) [等式14]或者acor＝a*(((μ/ρ)*D1)+D0) [等式15]bcor＝b*(b*((μ/ρ).5*E1)+E0) [等式16]其中D0、D1、E0和E1是粘度相关性变量。粘度相关因子实质上是一组校正因子，其应用于校准流量曲线的系数以调整对于特定过程流体的校准流量曲线。下面结合图8-10讨论开发粘度相关性变量的一个实施例。
图8是针对去离子水(“DIW”)、N1(校准油)、IPA(异丙醇)、S3(校准油)以及S6(校准油)的压差对流量的示例数据的表800。对于每个流体，表800提供动力粘度μ(参见用于DIW的802)、密度ρ(参见用于DIW的804)、一栏示例压差值(栏806)以及一栏对应示例流量(栏808)。表2示出n阶多项式的系数(a和b)，基于曲线拟合对于每个流体c被迫为零。
表2
利用表3中的示例系数，由此对于DIW的流量曲线可表示为ΔP＝.00434424x2+.05984385x [等式17]应该注意，可基于图8中的数据，利用用于2阶多项式的Microsoft Excel“LINEST”函数，得到以上系数。然而，也可利用本领域中已知的任何曲线拟合方案。
为了例示的目的，现在假设用于DIW的流量曲线是校准流量曲线。每个其它化学流量曲线的一阶系数和二阶系数中的每一个可除以校准流量曲线的各一阶或者二阶系数。使用另一方案，aother可除以aDIW，并且bother可除以bDIW，产生以下示例结果aN1/aDIW＝.75767bN1/bDIW＝.8303aIPA/aDIW＝.8601bN1/bDIW＝2.2140aS3/aDIW＝1.240bS3/bDIW＝2.7604aS6/aDIW＝2.1425bS6/bDIW＝4.8568图9例示出aother/aDIW对运动粘度(v或者μ/ρ)的绘图和线性拟合。如图9所例示，对于上述示例数据aother/aDIW＝.1497v+.5159 [等式18]返回以上等式13和15，粘度相关性变量D0和D1在此示例中分别等于.5159和.1497。
图10例示出bother/bDIW对运动粘度的平方根(v.5或者(μ/ρ).5)的绘图。如图10所例示的，对于所提供的示例数据bother/bDIW＝1.8138v.5-1.0848 [等式19]因此在以上等式14和16中，粘度相关性变量E0和E1在此示例中分别等于-1.0848和1.8138。
应该注意，可利用任何适当的线性拟合方法(如最小二乘法或者其它线性拟合方案)得到以上等式18和19。
校准流量曲线的系数和粘度相关性变量可由制造商、第三方或者以其它方式存储在流量控制设备(如流量控制设备30)中。如在上述图5的示例中，校准计算机200可连接到流量控制设备30以允许用户利用GUI对流量控制设备30进行配置。根据本发明的一个实施例，用户可输入运动粘度或者输入动力粘度和密度。校准计算机200或者流量控制设备30应用粘度相关性变量来确定流量曲线的经校正系数。基于过程流体的运动粘度而调整的新流量曲线可存储在流量控制设备30处(如通过存储n阶多项式的经校正系数)。流量控制设备30随后利用经校正的流量曲线来确定过程流体的流量。
类似的是，可基于动力粘度对制造流量曲线进行校正。在此情况下，基于动力粘度的曲线拟合而非运动粘度的曲线拟合来开发粘度相关性变量。因此，经校正系数可表示为acor＝a*((μ*D1)+D0) [等式20]bcor＝b*(b*μ.5*E1)+E0)[等式21]图11例示出acor/aDIW对动力粘度的绘图和线性拟合。如图11所示，对于示例绘图aother/aDIW＝.3152μ+.6855 [等式22]返回到以上等式20，粘度相关性变量D0和D1在此示例中分别等于.6855和.3152。可注意到，在图11中，某些流体(如S6)可能偏离曲线。这些测试点或者被包括在曲线拟合中，或者被排斥。
图12例示出bcor/bDIW对动力粘度的平方根的绘图和线性拟合。如图12所例示的，对于示例曲线
bother/bDIW3438μ.5+1.4075 [等式23]返回到以上等式21，粘度相关性变量E0和E1在此示例中分别等于1.4075和2.3438。另外，偏离曲线的测试点依据具体实现，或被包括在曲线拟合中，或被排斥。应该注意，用于图11和12的数据是利用具有20英寸乘.063英寸内径(.508米乘.00160米内径)的压降线圈的流量控制器生成的。
图13是例示出针对特定过程流体对流量设备进行校准的方法的一个实施例的流程图。本发明的实施例可被实施为存储在计算机可读介质(如，磁盘、光盘、闪存、RAM、ROM或者其它计算机可读介质)上的软件程序设计，该软件程序设计可由一个或者多个在流量控制设备和/或校准计算机处运行的处理器来执行。
通过例如加载对应的n阶多项式的系数(步骤1102)和粘度相关性变量来加载校准流量曲线。用户输入流体参数，这些流体参数包括例如运动粘度、动力粘度、动力粘度和密度的流体参数(步骤1104)。随后基于过程流体的粘度对校准流量曲线进行调整(步骤1106)。这可例如通过将粘度相关性变量应用于校准流量曲线的系数以生成经校正的流量曲线来进行。将经校正流量曲线存储在流量控制设备处(步骤1108)，使得流量控制设备可利用经校正的流量曲线来确定流体流量。另外，可将经校正的流量曲线存储在校准计算机处，以便如果替换了已经校准的流量控制器，则可将经校正的流量曲线上载到新流量控制。可按照需要或者期望来重复图13的步骤。
本发明的实施例提供用于快速校准诸如流量计和质量流量控制器的流量设备的系统和方法。本发明的实施例允许针对特定过程流体和系统，快速校准流量控制器。虽然主要讨论了对给送处理进行控制的流量控制器，但本发明的实施例也可应用于任何流量控制器。快速校准流量控制器的能力允许在特定系统中以最小量的延迟来交换流量控制器。
另外，一旦针对系统中的流量控制器确定了校正因子、流量校正和/或灵敏度因子，则能够将其存储在例如校准计算机中。如果在处理系统中利用具有相似配置的新流量控制器来替代流量控制器，则可在不执行校准处理的情况下，将校正因子、流量校正和/或灵敏度因子上载到该新流量控制器。这可允许快速地替换流量控制器。
在上述实施例中，基于对于过程流体的实验测试或者粘度相关性变量来对制造流量曲线进行调整。根据本发明的其它实施例，可执行实验测试来生成对于独立于制造流量曲线的流量曲线的二阶多项式(或者其它n阶多项式)。
图14是例示出确定流量设备的流量曲线的方法的一个实施例的流程图。为了图14的目的，假设流量控制器安装在其将在其中运行的系统中，或者基本上类似的系统中(如模拟其中流量控制器将运行的系统的测试台)。图14的处理可由驻留在流量控制器上或者可与该流量控制器进行通信的计算机(如，校准计算机202)上的校准程序(如校准程序62)来实现。
在步骤1402，可执行最大压差测试以确定预计流量控制器将在其下运转的最大压差。对于步骤1402，校准程序对于第一时间段(t1)(如，十秒或者其它任意选定时间)将流量控制器的阀门打开到其最大打开位置，该第一时间段(t1)足以允许流体流的压差稳定并且使得可能影响总体质量或者体积读取的给送开始和结束效应相对于给送时间最小化。当阀门完全打开时，上游压力传感器处的压力与下游压力之间的差异是最大压差(ΔPmax)。ΔPmax表示预计流量控制器在运转期间要经历的最大压差。
如果流量控制器的压力传感器具有为其设计的最大压力(“最大运行压力”)，则配置程序能够通过将最大压差设定到可防止超过传感器的最大运行压力的水平，在最大压差测试中对该最大压力进行说明。举例来说，如果上游压力传感器具有30psi的最大运行压力，但完全打开流量控制器阀门将导致上游压力传感器处的压力超过30psi，则配置程序可选择使上游压力传感器处的压力小于30psi(假定28psi)的阀门设置。在此情况下，配置程序将监控上游压力，并且打开阀门直到上游压力为28psi或者其它预定压力限制。可选择当上游压力是28psi或者其它压力限制时的压差作为最大压差ΔPmax。流量设备可进一步将针对该流量设备的最大流量设置在为ΔPmax的某一百分比的流量处。例如，配置程序可将最大流量设定为出现在.95ΔPmax的流量。
在步骤1404，可以不同测试ΔPs执行多次实验测试。根据一个实施例，每个测试ΔP可位于流量设备的操作范围的不同区域中(如完全关闭位置附近，接近.5ΔPmax和接近ΔPmax)，然而也可利用任何测试ΔP。为了示例的目的，可使用三个测试ΔP(ΔPtest1、ΔPtest2、ΔPtest3)。流量设备可被配置成对于规定测试时间段(t1、t2、t3)在每个ΔPtest处产生流，该规定测试时间段(t1、t2、t3)可能对于每个测试是彼此相同或者不同的。如结合图6所述的，可基于所给送的流体量(z)和测试时间段来测量实验测试的流量。因此，xemp1＝z1/t1[等式24]xemp2＝z2/t2[等式25]xemp3＝z3/t3[等式26]在步骤1406，校准程序可利用实验测试数据求出流量曲线的系数。利用二阶多项式的示例来表示流量曲线ΔPtest1＝Axemp12+Bxemp1+C [等式27]ΔPtest2＝Axemp22+Bxemp2+C [等式28]ΔPtest3＝Axemp32+Bxemp3+C [等式29]利用等式29对C进行求解；C＝ΔPtest3-Axemp32-Bxemp3[等式30]通过将等式30的C代入等式28中来对B进行求解B＝((ΔPtest2-ΔPtest3)/(xemp2-xemp3))-A(xemp2+xemp3)[等式31]利用等式29的C和等式30的B，对等式26的A进行求解A=(ΔPtest1-ΔPtest3)(xemp2-xemp3)-(ΔPtest2-ΔPtest3)(xemp1-xemp3)(xemp1-xemp3)(xemp2-xemp3)(xemp1-xemp2)]]>[等式32]在步骤1408，校准程序可保存新流量曲线和例如设备的最大流量。流量设备可随后利用该流量曲线来控制流。应该注意，如果提供制造流量曲线，则在以上等式30-32中确定的系数可表示为由制造流量曲线的各个系数乘以校正因子F1、F2和F3(如，如等式8所示)。
应该注意，虽然上述描述了用于对系数求解的特定阶，但也可利用任何用于对系数进行求解的方法来确定系数。还应该注意，可执行其它实验测试来求解更高阶多项式或者增加精确度。此外，如果曲线穿过零截距，则因为C＝0时仅需要执行两次实验测试。
流量设备可包括允许多个校准方法的校准程序。因此，例如可将校准程序配置成利用单个实验测试对流量设备进行校准以得到校正因子，利用多个实验测试以得到二阶多项式(如结合图14所述)，或者利用粘度相关性因子以基于流体的粘度对设备进行校准。这样允许用户利用用户优选的方法对流量控制设备进行校准。例如，没有时间或者不喜欢运行多次实验测试的用户可采用单个实验测试来产生校正因子，而另一用户可采用多次实验测试来产生独立于制造流量曲线的流量曲线。
本发明的实施例允许在上游和下游处理部件更换；重新配置流量控制器；改变管道；或者对处理系统或者流量控制器进行其它改变时，快速重新校准流量控制器。这样允许容易地重新配置处理系统以适应各种流范围。根据其它实施例，仅利用流体的运动粘度或者动力粘度和密度就可快捷地校准流量设备。
虽然已经参照具体实施例描述了本发明，但应该理解，这些实施例是例示性的，并且本发明的范围不限于这些实施例。对上述实施例的大量变型、修改、增加以及改进都是可能的。预期这些变型、修改、增加以及改进都落入本发明的范围内。
权利要求
1.一种对流量设备进行校准的方法，所述方法包括产生通过流量设备的流体流，以使得指示该流体的流量的变量具有测试值；确定对于测试时间段的流体的实验流量；基于校准曲线和实验流量来确定指示流量的变量的计算值；基于测试值和计算值来确定校正因子；以及基于校正因子对校准流量曲线进行校正。
2.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括基于在多个测试时间段上确定的多个测试值来确定校正因子。
3.根据权利要求2所述的方法，所述方法进一步包括利用至少一个附加测试值来确定至少一个附加校正因子。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，利用与用于形成校准曲线的校准流体不同的过程流体，产生通过流量设备的流体流。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，指示流量的变量是压差(ΔP)。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，测试值(ΔPtest)为流量控制设备的最大压差(ΔPmax)的大约一半。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，校正因子(F)是测试值除以计算值(ΔPcalc)，从而F＝ΔPtest/ΔPcalc。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，对校准流量曲线进行校正的步骤进一步包括将对应于校准流量曲线的n阶多项式乘以校正因子。
9.根据权利要求8所述的方法，所述方法进一步包括在流量设备处存储n阶多项式的经校正系数。
10.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括，如果流量设备具有大于预定义时间的响应时间，则建议新灵敏度因子。
11.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括，如果流量设备具有小于预定义时间的响应时间，则建议新灵敏度因子。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，指示流量的变量是压力。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，指示流量的变量是时间差。
14.一种包括存储在计算机可读介质上的一组计算机指令的计算机程序产品，所述一组计算机指令包括可由处理器执行以进行以下处理的指令确定指示流量的变量的一个或者更多个测试值；基于一个或者更多个实验流量和对应于校准曲线的n阶多项式来确定指示流量的变量的一个或者更多个计算值；以及基于指示流量的变量的所述一个或者更多个计算值和所述一个或者更多个测试值，确定一个或者更多个校正因子。
15.根据权利要求14所述的计算机程序产品，其中，所述一组计算机指令进一步包括可执行以在流量控制设备的存储单元中存储所述一个或者更多个校正因子的指令。
16.根据权利要求14所述的计算机程序产品，其中，所述一组计算机指令进一步包括可执行以进行以下处理的指令加载n阶多项式的一组系数；将每个系数乘以所述一个或者更多个校正因子中的至少一个，以生成经校正系数；以及在流量控制设备的存储单元中存储经校正系数。
17.根据权利要求14所述的计算机程序产品，其中，指示流量的变量是压差(ΔP)。
18.根据权利要求17所述的计算机程序产品，其中，所述一个或者更多个测试值中的一测试值(ΔPtest)是流量控制设备的最大压差(ΔPmax)的大约一半。
19.根据权利要求18所述的计算机程序产品，其中，所述一个或者更多个校正因子中的每个校正因子(F)是所述一个或者更多个测试值中的一测试值除以所述一个或者更多个计算值中的一计算值(ΔPcalc)，从而F＝ΔPtest/ΔPcalc。
20.根据权利要求14所述的计算机程序产品，其中指示流量的变量是压力。
21.根据权利要求14所述的计算机程序产品，其中，指示流量的变量是时间差。
22.根据权利要求14所述的计算机程序产品，其中，所述一组计算机指令进一步包括可执行以基于传感器测量值确定测试值的指令。
23.根据权利要求14所述的计算机程序产品，其中，所述一组计算机指令进一步包括进行以下处理的指令，即如果流量设备具有大于预定义时间的响应时间，则确定新灵敏度因子。
24.根据权利要求14所述的计算机程序产品，其中，所述一组计算机指令进一步包括进行以下处理的指令，即如果流量设备具有小于预定义时间的响应时间，则确定新灵敏度因子。
25.根据权利要求14所述的计算机程序产品，其中，所述一组计算机指令进一步包括可进一步执行以存储流量设备的最大流量的指令。
26.一种流量设备，所述流量设备包括流动路径；位于流动路径中的节流上游的上游压力传感器；位于流动路径中的节流下游的下游压力传感器；控制器，其与上游压力传感器和下游压力传感器相耦合以接收来自上游压力传感器和下游压力传感器的压力测量值，所述控制器被配置成对于一个或者更多个时间段使阀门打开，来产生通过流量设备的流体流，以生成上游压力传感器与下游压力传感器之间的一个或者更多个测试压差；基于每个测试时间段的实验流量和对应于校准流量曲线的n阶多项式，确定一个或者更多个计算压差；并且利用所述一个或者更多个计算压差和一个或者更多个测试压差来生成一个或者更多个校正因子。
27.根据权利要求26所述的流量设备，其中，控制器可进一步操作以使阀门完全打开；确定流量设备的最大压差，并且其中所述一个或者更多个测试压差中的至少一个是最大压差的大约一半。
28.根据权利要求26所述的流量设备，其中，控制器可操作以将所述一个或者更多个校正因子中的至少一个乘以n阶多项式的一组系数，以生成一组经校正系数并且将经校正系数存储在存储单元中。
29.根据权利要求28所述的流量设备，其中，控制器可进一步操作以利用经校正系数对通过流量设备的流体流进行调整。
30.根据权利要求26所述的流量设备，其中，控制器可进一步操作以利用输入体积和对应的测试时间段来确定所述一个或者更多个实验流量中的每一个。
31.根据权利要求26所述的流量设备，其中，控制器可进一步操作以确定流量设备的响应时间；并且如果响应时间大于规定时间，则生成新灵敏度因子。
32.根据权利要求26所述的流量设备，其中，控制器可进一步操作以确定流量设备的响应时间；并且如果响应时间小于规定时间，则生成新灵敏度因子。
33.一种对流量设备进行校准的方法，所述方法包括加载与校准流体的校准曲线对应的n阶多项式的一组系数；基于过程流体的粘度，对所述一组系数中的系数进行校正，以生成过程流体的经校正n阶多项式的一组经校正系数；以及将经校正系数存储在存储单元中。
34.根据权利要求33所述的方法，其中基于过程流体的粘度对所述一组系数中的系数进行校正的步骤进一步包括将一个或者更多个粘度相关性变量应用于每一个系数以生成对应的经校正系数。
35.根据权利要求33所述的方法，其中基于过程流体的粘度对所述一组系数中的系数进行校正以生成过程流体的经校正n阶多项式的步骤进一步包括对于第一系数a，根据acor＝a*((v*D1)+D0)生成第一经校正系数acor，其中a是二阶系数，v是过程流体的运动粘度，D1是第一粘度相关性变量，并且D0是第二粘度相关性变量；和对于第二系数b，根据bcor＝b*(b*(v.5*E1)+E0)生成第二经校正系数，其中b是一阶系数，v是过程流体的运动粘度，E1是第三粘度相关性变量，并且E0是第四粘度相关性变量。
36.根据权利要求35所述的方法，其中，D1和D0是从一组二阶系数除以a对过程流体的运动粘度的曲线拟合得出。
37.根据权利要求35所述的方法，其中，E1和E0是从一组一阶系数除以b对过程流体的运动粘度的平方根的曲线拟合得出。
38.根据权利要求33所述的方法，其中基于过程流体的粘度对所述一组系数中的系数进行校正以生成过程流体的经校正n阶多项式进一步包括对于第一系数a，根据acor＝a*(((μ/ρ)*D1)+D0)生成第一经校正系数acor，其中a是二阶系数，μ是过程流体的动力粘度，ρ是过程流体的密度，D1是第一粘度相关性变量，并且D0是第二粘度相关性变量；和对于第二系数b，根据bcor＝b*(b*((μ/ρ).5*E1)+E0)生成第二经校正系数，其中b是一阶系数，μ是过程流体的动力粘度，ρ是过程流体的密度，E1是第三粘度相关性变量，并且E0是第四粘度相关性变量。
39.根据权利要求33所述的方法，其中基于过程流体的粘度对所述一组系数中的系数进行校正以生成过程流体的经校正n阶多项式的步骤进一步包括对于第一系数a，根据acor＝a*(((μ)*D1)+D0)生成第一经校正系数acor，其中a是二阶系数，μ是过程流体的动力粘度，D1是第一粘度相关性变量，并且D0是第二粘度相关性变量；和对于第二系数b，根据bcor＝b*(b*((μ).5*E1)+E0)生成第二经校正系数，其中b是一阶系数，μ是过程流体的动力粘度，E1是第三粘度相关性变量，并且E0是第四粘度相关性变量。
40.一种用于对流量设备进行校准的计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在计算机可读介质上的一组计算机指令，所述一组计算机指令可由处理器执行以进行加载与校准曲线对应的n阶多项式的一组系数；加载一组粘度相关性变量；接收指示过程流体的粘度的输入；基于所述一组粘度相关性变量对所述一组系数进行校正，并且存储一组经校正系数。
41.根据权利要求40所述的计算机程序产品，其中，所述输入包括过程流体的动力粘度(μ)和过程流体的密度(ρ)。
42.根据权利要求41所述的计算机程序产品，其中，所述一组计算机指令进一步包括可执行以进行以下处理的指令对于第一系数a，根据acor＝a*(((μ/ρ)*D1)+D0)生成第一经校正系数acor，其中a是二阶系数，D1是第一粘度相关性变量，并且D0是第二粘度相关性变量；和对于第二系数b，根据bcor＝b*(b*((μ/ρ).5*E1)+E0)生成第二经校正系数，其中b是一阶系数，E1是第三粘度相关性变量，并且E0是第四粘度相关性变量。
43.根据权利要求40所述的计算机程序产品，其中，输入包括过程流体的运动粘度(v)。
44.根据权利要求43所述的计算机程序产品，其中，所述一组计算机指令进一步包括可执行以进行以下处理的指令对于第一系数a，根据acor＝a*(((v)*D1)+D0)生成第一经校正系数acor，其中a是二阶系数，D1是第一粘度相关性变量，并且D0是第二粘度相关性变量；和对于第二系数b，根据bcor＝b*(b*((v).5*E1)+E0)生成第二经校正系数，其中b是一阶系数，E1是第三粘度相关性变量，并且E0是第四粘度相关性变量。
45.根据权利要求40所述的计算机程序产品，其中，输入包括过程流体的动力粘度(μ)。
46.根据权利要求43所述的计算机程序产品，其中，所述一组计算机指令进一步包括可执行以进行以下处理的指令对于第一系数a，根据acor＝a*(((μ)*D1)+D0)生成第一经校正系数acor，其中a是二阶系数，D1是第一粘度相关性变量，并且D0是第二粘度相关性变量；和对于第二系数b，根据bcor＝b*(b*((μ).5*E1)+E0)生成第二经校正系数，其中b是一阶系数，E1是第三粘度相关性变量，并且E0是第四粘度相关性变量。
47.一种具有控制器的流量设备，所述流量设备包括计算机可读介质，其存储校准程序；和处理器，其存取并执行校准程序，该控制器可操作以进行以下处理加载与校准流体的校准曲线对应的n阶多项式的一组系数；和基于过程流体的粘度，对所述一组系数中的系数进行校正，以生成过程流体的经校正n阶多项式的一组经校正系数；将经校正系数存储在存储单元中。
48.根据权利要求47所述的流量设备，其中，基于过程流体的粘度对所述一组系数中的系数进行校正的操作进一步包括将一个或者更多个粘度相关性变量施加给每个系数以生成对应的经校正系数。
49.根据权利要求47所述的流量设备，其中，控制器可操作以进行以下处理对于第一系数a，根据acor＝a*((v*D1)+D0)生成第一经校正系数acor，其中a是二阶系数，v是过程流体的运动粘度，D1是第一粘度相关性变量，并且D0是第二粘度相关性变量；和对于第二系数b，根据bcor＝b*(b*(v.5*E1)+E0)生成第二经校正系数，其中b是一阶系数，v是过程流体的运动粘度，E1是第三粘度相关性变量，并且E0是第四粘度相关性变量。
50.根据权利要求47所述的流量控制器，其中，所述控制器可操作以进行以下处理对于第一系数a，根据acor＝a*(((μ/ρ)*D1)+D0)生成第一经校正系数acor，其中a是二阶系数，μ是过程流体的动力粘度，ρ是过程流体的密度，D1是第一粘度相关性变量，并且D0是第二粘度相关性变量；和对于第二系数b，根据bcor＝b*(b*((μ/ρ).5*E1)+E0)生成第二经校正系数，其中b是一阶系数，μ是过程流体的动力粘度，ρ是过程流体的密度，E1是第三粘度相关性变量，并且E0是第四粘度相关性变量。
51.根据权利要求47所述的流量控制器，其中，所述流量控制器可操作以进行以下处理对于第一系数a，根据acor＝a*(((μ)*D1)+D0)生成第一经校正系数acor，其中a是二阶系数，μ是过程流体的动力粘度，D1是第一粘度相关性变量，并且D0是第二粘度相关性变量；和对于第二系数b，根据bcor＝b*(b*((μ).5*E1)+E0)生成第二经校正系数，其中b是一阶系数，μ是过程流体的动力粘度，E1是第三粘度相关性变量，并且E0是第四粘度相关性变量。
52.一种用于校准流量控制设备的方法，所述方法包括产生通过流量设备的流体流，以使得指示该流体的流量的变量具有一组测试值；确定针对所述一组测试值中的每个测试值的实验流量；利用所述一组测试值和实验流量确定n阶多项式的一组系数。
53.根据权利要求52所述的方法，其中，n阶多项式是二阶多项式。
54.根据权利要求53所述的方法，其中，产生通过流量设备的流体流以使得指示流量的变量具有一组测试值的步骤进一步包括产生流体流以生成至少两个测试值。
55.根据权利要求53所述的方法，所述方法进一步包括利用所述一组系数对通过流量设备的流体流进行调整。
56.一种包括存储在计算机可读介质上的一组计算机指令的计算机程序产品，所述一组计算机指令包括可执行以进行以下处理的指令使流量设备产生通过该流量设备的流体流，以使得指示流体的流量的变量具有一组测试值；确定针对所述一组测试值中的每个测试值的实验流量；利用所述一组测试值和实验流量确定n阶多项式的一组系数。
57.根据权利要求56所述的计算机程序产品，其中n阶多项式是二阶多项式。
58.根据权利要求56所述的计算机程序产品，所述计算机程序产品包括以下指令，该指令可执行以使流量设备产生通过该流量设备的流体流，以使得指示流量的变量具有至少两个测试值。
59.根据权利要求56所述的计算机程序产品，所述计算机程序产品进一步包括利用所述一组系数对通过流量设备的流体流进行调整。
60.一种流量设备，所述流量设备包括流动路径；位于流动路径中的节流上游的上游压力传感器；位于流动路径中的节流下游的下游压力传感器；控制器，其与上游压力传感器和下游压力传感器相耦合以接收来自上游压力传感器和下游压力传感器的压力测量值，所述控制器被配置成对于一组时间段使阀门打开，来产生通过流量设备的流体流，以生成上游压力传感器与下游压力传感器之间的一组测试压差；确定每个测试压差的实验流量；以及利用所述一组测试压差和实验流量，确定n阶多项式的一组系数。
61.根据权利要求60所述的流量设备，其中，控制器可进一步操作以使阀门对于至少三个测试时间段打开以生成至少两个测试压差。
62.根据权利要求60所述的流量设备，其中，控制器可进一步操作以利用所述一组系数对通过流量设备的流体流进行调节。
全文摘要
本发明的实施例提供用于快速校准流量设备(30)的系统(200)和方法。制造商或者第三方可为流量设备提供校准流量曲线(如由n阶多项式表示)。可利用一个或者多个校正因子，针对过程流体和实际安装流量设备的系统对校准曲线进行调整。可基于简单实验测试或者过程流体的流体特性来确定流量曲线的校正因子。随后将经校正的流量曲线保存在流量设备处，以便可用于将来的流量控制。
文档编号G05B15/00GK101048645SQ200580032174
公开日2007年10月3日 申请日期2005年8月12日 优先权日2004年8月13日
发明者马克·拉弗迪尔, 罗伯特·麦克洛克林, 卡尔·J.·尼尔迈耶 申请人:恩特格里公司