一种压电式高温水蒸气发生器控制系统及方法与流程

本发明涉及气化器，具体涉及一种压电式高温水蒸气发生器控制系统及方法。

背景技术：

1、半导体行业很多关键工艺需要将液体转化为气体，并对气体流量进行精密控制。气化是从液相到气相的相变，因此，气化器是一种将液体材料转换为气态的系统，气化方式有许多种方式，但现在的气化器都有以下几个共同的特点：提高温度或降低液体的环境压力；采用封闭式系统来捕获和控制蒸汽流量；利用反馈与控制回路系统来规范汽化速率。针对半导体行业中的一些关键工艺过程，比如硅半导体后金属刻蚀工艺、硅半导体金属带材工艺、在低于大气压的环境中超高纯增湿等，均会采用一种超高纯度去离子水蒸汽输送模块来实现工艺需求。市场上广泛采用的蒸汽输送模块，是通过加热蓄水容器，在非过热阶段产生水蒸汽，经过电磁驱动质量流量控制器控制水蒸汽的质量流量。该方案采用电磁驱动方案，主要缺陷为能耗大、响应慢、体积大。加热系统工作时，水罐加热部分将蓄水罐中的蒸馏水加热气化产生水蒸气，由于蓄水罐是密闭容器，加热气化过程会导致管内气压发生变化，影响质量流量控制器进气口压力，导致控制不稳定，输出的水蒸气流量发生周期性剧烈波动。另一方面，质量流量控制器加热部分产生的高温会增大热式流量计采样噪声，进而增大稳态时的水蒸气流量抖动。现有汽化器的控制算法部分没有对这种现象做补偿，存在控制不稳定的缺陷。上述问题是目前亟待解决的。

技术实现思路

1、本发明要克服现有技术的上述至少一个缺点，一方面，提供了一种压电式高温水蒸气发生器控制系统，所述系统包括：水路控制系统、加热系统和流量控制系统；所述水路控制系统包括进水隔离阀和排水隔离阀，用于对流入或流出加热系统内部的液体进行控制；所述加热系统包括蓄水罐和质量流量控制器，所述蓄水罐的排气口与所述质量流量控制器的进气口相连，所述蓄水罐用于对内部的液体进行加热产生气体，所述质量流量控制器用于对所述蓄水罐产生的气体的质量和/或流量进行检测，并基于检测结果生成电信号发送至所述流量控制系统；所述流量控制系统中集成有基础控制器和自适应补偿控制器，所述基础控制器中集成有pid控制算法，所述自适应补偿控制器中集成有自适应补偿算法，用于基于接收到的电信号获取质量流量控制器检测到的气体流量，基于所述气体流量结合pid控制算法和自适应补偿算法控制所述质量流量控制器输出的气体流量；所述自适应补偿算法包括：接收气体控制误差，经过模糊化、模糊推理、清晰化后得到pid控制器三个参数的变化量，与原始控制参数相加得到新控制参数，基于所述新控制参数生成与之对应的控制指令用于控制所述质量流量控制器输出的气体流量。

2、进一步的，所述蓄水罐内部置有液位器，用于对所述蓄水罐中的水位进行监测；所述进水隔离阀和排水隔离阀基于所述液位器的监测结果控制流入或流出所述蓄水罐内的液体。

3、进一步的，所述蓄水罐内部置有温度传感器，用于监测所述蓄水罐内部温度；所述蓄水罐外部置有加热片，用于对蓄水罐内部的液体进行加热；所述温度传感器和加热片与所述流量控制系统电连接，所述流量控制系统用于基于接收到的温度传感器发送的电信号控制所述加热片的加热温度。

4、进一步的，所述质量流量控制器外部置有加热片，用于使所述质量流量控制器的温度高于所述蓄水罐的温度。

5、进一步的，所述液位器与所述流量控制系统电连接，所述水路控制系统与所述流量控制系统电连接，所述流量控制系统基于接收到的液位器发送的电信号控制所述水路控制系统。

6、进一步的，所述质量流量控制器包括压电驱动组件和热式质量流量传感器，所述热式质量流量传感器与所述流量控制系统电连接，所述流量控制系统用于基于接收到的所述热式质量流量传感器发送的电信号采用pid控制算法和自适应补偿算法生成与之对应的控制指令控制所述质量流量传感器输出的气体流量。

7、进一步的，所述压电驱动组件包括压电陶瓷、陶瓷保护壳、阀门密封件、上分气座、下分气座和阀体，所述陶瓷保护壳设置在压电陶瓷外部，所述阀门密封件与压电陶瓷固定连接，所述阀门密封件设置在所述上分气座的顶部，所述下分气座与上分气座连通，所述阀体内部气体通道与下分气座连通。

8、进一步的，所述流量控制系统还集成有滤波器，所述滤波器中集成有线性卡尔曼滤波算法，所述滤波器用于当所述质量流量控制器输出的气体流量达到稳态后，采用线性卡尔曼算法对流量值进行滤波处理。

9、进一步的，所述线性卡尔曼滤波算法包括：生成状态方程：；

10、式中，是传感器在时刻的状态量，表示传感器输入，表示过程噪声，分别是过程转移矩阵和输入矩阵；

11、进行噪声协方差矩阵的更新：；

12、式中，是时刻的状态协方差矩阵，是时刻的状态协方差矩阵，表示噪声协方差矩阵；

13、生成测量方程：；

14、式中，是时刻的传感器测量值，表示测量矩阵，是时刻的测量噪音；

15、计算卡尔曼增益：；

16、式中，是测量噪音协方差；

17、根据卡尔曼增益更新状态方程和协方差矩阵：

18、；式中，表示单位矩阵。

19、第二方面，本发明提供了一种压电式高温水蒸气发生器控制方法，所述压电式高温水蒸气发生器包括蓄水罐和质量流量控制器，所述方法包括：蓄水罐内部存储的液体经过加热产生气体；所述气体由质量流量控制器的进气口流入所述质量流量控制器中；质量流量控制器中的热式质量流量传感器检测到流入的气体的流量；对所述气体流量通过采用pid控制算法和自适应补偿算法控制所述质量流量传感器输出的气体流量。

20、又一方面，本发明还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中存储有一个或一个以上的指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行上述的压电式高温水蒸气发生器控制方法。

21、再一方面，本发明提供了一种电子设备，包括：存储器和处理器；所述存储器中存储有至少一条程序指令；所述处理器通过加载并执行所述至少一条程序指令以实现上述的压电式高温水蒸气发生器控制方法。

22、本发明的有益效果是：本发明提供了一种压电式高温水蒸气发生器控制系统，所述系统包括：水路控制系统、加热系统和流量控制系统；所述水路控制系统对流入或流出加热系统内部的液体进行控制；加热系统包括蓄水罐和质量流量控制器，蓄水罐用于对内部的液体进行加热产生气体，质量流量控制器用于对所述蓄水罐产生的气体的质量和/或流量进行检测，并基于检测结果生成电信号发送至所述流量控制系统；流量控制系统用于基于接收到的电信号获取质量流量控制器检测到的气体流量，基于所述气体流量结合pid控制算法和自适应补偿算法控制所述质量流量控制器输出的气体流量。本发明在质量流量控制器常规控制算法的基础上加入自适应补偿部分，当罐体中的蒸馏水被加热汽化导致质量流量控制器进气口压力发生波动时，自适应补偿部分能够自动调整控制参数，克服外界扰动。

技术特征：

1.一种压电式高温水蒸气发生器控制系统，其特征在于，所述系统包括：水路控制系统、加热系统和流量控制系统；

2.根据权利要求1所述的压电式高温水蒸气发生器控制系统，其特征在于，所述蓄水罐内部置有液位器，用于对所述蓄水罐中的水位进行监测；

3.根据权利要求1所述的压电式高温水蒸气发生器控制系统，其特征在于，所述蓄水罐内部置有温度传感器，用于监测所述蓄水罐内部温度；

4.根据权利要求1所述的压电式高温水蒸气发生器控制系统，其特征在于，所述质量流量控制器外部置有加热片，用于使所述质量流量控制器的温度高于所述蓄水罐的温度。

5.根据权利要求2所述的压电式高温水蒸气发生器控制系统，其特征在于，所述液位器与所述流量控制系统电连接，所述水路控制系统与所述流量控制系统电连接，所述流量控制系统基于接收到的液位器发送的电信号控制所述水路控制系统。

6.根据权利要求1所述的压电式高温水蒸气发生器控制系统，其特征在于，所述质量流量控制器包括压电驱动组件和热式质量流量传感器，所述热式质量流量传感器与所述流量控制系统电连接，所述流量控制系统用于基于接收到的所述热式质量流量传感器发送的电信号采用pid控制算法和自适应补偿算法生成与之对应的控制指令控制所述质量流量传感器输出的气体流量。

7.根据权利要求6所述的压电式高温水蒸气发生器控制系统，其特征在于，所述压电驱动组件包括压电陶瓷、陶瓷保护壳、阀门密封件、上分气座、下分气座和阀体，所述陶瓷保护壳设置在压电陶瓷外部，所述阀门密封件与压电陶瓷固定连接，所述阀门密封件设置在所述上分气座的顶部，所述下分气座与上分气座连通，所述阀体内部气体通道与下分气座连通。

8.根据权利要求1所述的压电式高温水蒸气发生器控制系统，其特征在于，所述流量控制系统还集成有滤波器，所述滤波器中集成有线性卡尔曼滤波算法，所述滤波器用于当所述质量流量控制器输出的气体流量达到稳态后，采用线性卡尔曼算法对流量值进行滤波处理。

9.根据权利要求8所述的压电式高温水蒸气发生器控制系统，其特征在于，所述线性卡尔曼滤波算法包括：

10.一种压电式高温水蒸气发生器控制方法，所述压电式高温水蒸气发生器包括蓄水罐和质量流量控制器，其特征在于，所述方法包括：

技术总结本发明提供了一种压电式高温水蒸气发生器控制系统及方法，包括：水路控制系统、加热系统和流量控制系统；水路控制系统对流入或流出加热系统内部的液体进行控制；加热系统包括蓄水罐和质量流量控制器，蓄水罐对内部的液体进行加热产生气体，质量流量控制器对所述蓄水罐产生的气体的质量和/或流量进行检测；流量控制系统基于接收到的电信号获取质量流量控制器检测到的气体流量，基于气体流量结合PID控制算法和自适应补偿算法控制质量流量控制器输出的气体流量。在质量流量控制器常规控制算法的基础上加入自适应补偿部分，当罐体中的蒸馏水被加热汽化导致质量流量控制器进气口压力发生波动时，自适应补偿部分能够自动调整控制参数，克服外界扰动。技术研发人员：贺晨光,李彬,郭洪良受保护的技术使用者：常州高凯电子有限公司技术研发日：技术公布日：2024/2/25