绝压和差压传感器的制造方法
【专利说明】绝压和差压传感器
【背景技术】
[0001 ] 1.技术领域
[0002] 本发明总体涉及用于控制流体的质量流率的方法和系统，并且尤其涉及用于气体 和其他可压缩流体的质量流量控制器和质量流量计的操作。
[0003] 2.相关技术的讨论
[0004] 许多工业生产过程需要各种过程流体的精确控制。例如，在半导体工业中，使用它 们的质量流量计和控制器被用来精确测量和控制引入处理室的过程流体的量。在这类设备 中，可以通过多种技术包括热技术、超声渡越时间（ultrasonic time-of-flight)技术、科 里奥利技术以及基于压力的技术来测量质量流率。
[0005] 基于压力的质量流量计使用限定的流量限制来产生响应于待测量的流量的压降， 并且使用温度测量、由此产生的压降以及(对于可压缩流体)绝压，结合流体特性和流量限 制两者的知识来计算质量流率。
[0006] 术语"流体"在此用来描述在任意一状态下能够流动的任何类型的物质。术语"气 体"在此用来描述其密度基本上取决于绝压的任何流体，比如理想或非理想气体、气化物和 超临界流体。术语"液体"在此用来描述其密度不是基本上取决于绝压的任何流体。
【发明内容】
[0007] 公开的实施例包括绝压和差压传感器组合，其包括至少第一腔和第二腔，至少第 一压力端口和第二压力端口，使所述第一腔与应用于所述第一压力端口的第一流体压力接 触的第一隔离膜，使所述第二腔与应用于所述第二压力端口的第二流体压力接触的第二隔 离膜，与所述第一腔和所述第二腔的其中一个中的绝压接触的至少一个绝压传感元件，以 及与所述第一腔和所述第二腔两者之间的差压接触的至少一个差压传感元件。
[0008] 在一个实施例中，所述第一和第二压力端口为完全围绕所述第一和第二隔离膜的 密封件或密封表面。许多其他类型的压力端口同样可能和适用，包括用于隔离膜的包含合 适的密封件或密封表面的刚性盖，以及刚性或柔性管。
[0009] 在一个实施例中，所述第一和第二隔离膜为柔性波纹金属膜片。许多其他类型的 隔离膜同样可能和适用，例如柔性金属波纹管和弹性膜片或波纹管。
[0010] 在一个这样的实施例中，所述端口由完全围绕隔离膜的密封表面构成，并且隔离 膜为具有精确指定的轮廓的柔性波纹金属膜片，所述精确指定的轮廓由传感器主体安装表 面略微隆起。
[0011] 在一个实施例中，所述第一和第二腔用基于硅树脂的油填充。
[0012] 在一个实施例中，所述绝压和差压传感元件由使用娃应变仪的微电机娃元件构 成。许多其他类型的压力传感元件同样适用，例如用金属膜应变仪或电容压力计的被适当 支持的膜片。
[0013] 在一些实施例中，所述绝压和差压传感器组合也可以包括温度传感器。所述绝压 和差压传感器组合可以配置成使用所述温度传感器以补偿任何计量器温度系数，和/或使 用所述传感器组合的装置可以配置成使用由所述温度传感器记录的温度作为其流量正在 被测量的流体的温度的代表。
[0014] 在一些实施例中，所述绝压和差压传感器组合也包括安装到传感器主体的电路 板。所述电路板可以具有存储器部件，所述存储器部件配置成存储数据，例如但不限于用于 所述绝压和差压传感器组合的校准数据。所述电路板可以包括一个或多个加速计以允许对 测量压力上的重力或加速效应的自动校正。所述电路板也可以包括仪表放大器或其他放大 器，其配置成放大绝压传感元件和差压传感元件以及其他部件的输出信号。
[0015] 上面的简述仅仅提供了在此公开的特别实施例的示例并且不旨在为详尽的或限 制权利要求的范围。公开的实施例的其他实施例和优势将在【具体实施方式】中进一步描述。
[0016] 附图的简要说明
[0017] 本发明示出的实施例参照附图在下面进行了详细的说明，其通过引用的方式并入 本文，并且其中：
[0018] 图1示出了根据要求保护的发明的一个实施例的绝压和差压传感器组合的横截面 视图；
[0019] 图2示出了根据要求保护的发明的一个实施例的绝压和差压传感器组合的正视 图；
[0020] 图3示出了根据要求保护的发明的一个实施例的绝压和差压传感器组合的后视 图；
[0021] 图4示出了质量流量控制器的示例，在其中可以包含根据公开的实施例的绝压和 差压传感器组合的实施例；以及
[0022] 图5示出了质量流量计的示例，在其中可以包含根据公开的实施例的绝压和差压 传感器组合的实施例。
[0023] 示出的附图仅是示例性的并且不旨在主张或暗示关于其中可以实施不同实施例 的实施例、构架、设计或过程的任何限制。
【具体实施方式】
[0024]用于气体的基于压力的质量流量控制器(MFCs)和质量流量计(MFMs)通常利用置 于合适位置的一些形式的流量限制器和两个或多个压力传感器以允许压力限制器的上游 压力和下游压力两者的计算。
[0025] 例如，许多基于压力的MFMs使用被称为层流流量元件的一种类型的流量限制器， 层流流量元件的性能主要取决于它的层流流量特性，而不是速位差(在限制器中加速气体 至其速率所需的压降）。对于第一级，通过层流流量元件的理想气体的流率可以计算如下：
[0026] Qs=K*(Pu~2-PcT2)
[0027] 其中：
[0028] Qs为质量流率
[0029] K为取决于气体的温度、黏度和压缩性以及层流流量元件的几何结构的数值 [0030] Pu为层流流量元件的上游绝对压力
[0031] Pd为层流流量元件的下游绝对压力
[0032] 当Pd是低数值时，也就是说，当下游压力是上游压力的一小部分时，该特性非常有 利，因为它采用相对较大的上游压力以给出与装置范围的一小部分相等的流率。例如，如果 流量限制器提供满量程上的1000托(大约20镑/平方英寸，绝对压力）的压降进入真空内，进 入真空的100托的压降只提供满量程流量的1%。这实现了进入真空的低流率的良好测量， 因为由此产生的压降对于即使相对低的流率来说是相对较大的。
[0033]然而，当出口压力增大时，层流流量元件的压降大大减少。在我们的示例情况中， 例如，通过层流流量元件的下游大气压力（760托），1%满量程流量上的压降下降到仅6.55 托。用于该配置所需的是远小于1%的传感器范围，以及与元件的真空下游处于相同流率的 所述元件小于7%的压降。与其在出口处使用真空的性能相比，该特性使处于高出口压力下 的流量计的精确度大大降低。
[0034]此外，使用这种MFMs的质量流量控制器(MFCs)遇到同样的问题。
[0035]典型的使用层流流量元件的基于压力的MFCs和MFMs使用两个独立的绝压传感器， 一个在层流流量元件的上游，一个在层流流量元件的下游。但是，对于用这种方法构造以跨 过很大范围的出口压力执行良好的MFC来说，关键的是所述两个压力传感器精确匹配。他们 不但需要被准确地调零，而且他们还需要具有相配的增益和相配的非线性。所述两个传感 器的增益或非线性之间的任何差异随着出口压力的变化将产生流量计零点上的漂移，所述 两个传感器的零点的任何差异随着出口压力的变化也将产生流量计零点上的漂移。
[003