压力检测方法和压力检测系统
阅读说明：本技术 压力检测方法和压力检测系统 (Pressure detection method and pressure detection system ) 是由 赵寒阳 王振东 于 2021-08-26 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种压力检测方法和压力检测系统,该方法包括实时获取压力传感器检测并输出的流体的压力值和温度传感器检测并输出的流体的温度值；将压力值和温度值转换为数字信号；利用预设的温度补偿关系式根据转换后的温度值对转换后的压力值进行温度补偿,获得温度值下的补偿压力值；将补偿压力值转换为模拟信号后输出。本发明提供的压力检测方法和压力检测系统的技术方案,利用软件对压力传感器输出的压力值进行温度补偿,无需使用硬件电路,避免了因硬件电路补偿产生的问题,从而可以提高补偿精度。(The invention provides a pressure detection method and a pressure detection system, wherein the method comprises the steps of acquiring the pressure value of fluid detected and output by a pressure sensor and the temperature value of the fluid detected and output by a temperature sensor in real time; converting the pressure value and the temperature value into digital signals; performing temperature compensation on the converted pressure value according to the converted temperature value by using a preset temperature compensation relational expression to obtain a compensation pressure value under the temperature value; and converting the compensation pressure value into an analog signal and outputting the analog signal. According to the technical scheme of the pressure detection method and the pressure detection system, the temperature compensation is performed on the pressure value output by the pressure sensor by using software, a hardware circuit is not needed, the problem caused by hardware circuit compensation is avoided, and therefore the compensation precision can be improved.)
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，具体地，涉及一种压力检测方法和压力检测系统。
背景技术
信息技术是以信息获取、信息传输以及信息处理三大技术为基础的技术。传感器是一种可以将外部的物理量、化学量、生物量等非电信号转换成电信号输出的电子器件或装置，是获取信息最主要的器件。压力信号是工业控制系统的一种重要参数，对压力的正确测量和控制是保证工业系统正常运行的必要条件之一。压力传感器由于灵敏度高、精度高、可靠性好，动态响应快、易于小型化和集成化的特点，广泛应用于航空航天，石油化工，半导体设备等各个领域来测量液压，气压等。
压力传感器虽然优点众多，但在实际工程使用中依然存在一些缺陷，例如，在压力测量的过程中需要与被测物质接触，压力传感器会受到被测物质温度变化的影响，导致其输出信号产生零点漂移和灵敏度漂移。为此，现有技术中采用硬件电路补偿法减小外界参数(如温度)对传感器测量精度的影响，从而实现温度补偿。
但是，上述硬件电路补偿法的设计复杂、调试困难，而且受其自身特性和温度影响的限制，硬件电路补偿法难以对所有采样信号进行校准，补偿精度较差。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种压力检测方法和压力检测系统，其利用软件对压力传感器检测并输出的压力值进行温度补偿，无需使用硬件电路，避免了因硬件电路补偿产生的问题，从而可以提高补偿精度。
为实现本发明的目的而提供一种压力检测方法，包括：
实时获取压力传感器检测并输出的流体的压力值和所述温度传感器检测并输出的所述流体的温度值；
将所述压力值和所述温度值转换为数字信号；
利用预设的温度补偿关系式根据转换后的所述温度值对转换后的所述压力值进行温度补偿，获得所述温度值下的补偿压力值；
将所述补偿压力值转换为模拟信号后输出。
可选的，所述温度补偿关系式为：
其中，Ut’为在所述温度值下的所述补偿压力值；
Ut为在所述温度值下所述压力传感器检测到的所述压力值；
a0为在所述流体的温度为常温，且所述流体的压力值为0Psig时，所述压力传感器输出的零点压力值；
b0为在所述流体的温度为常温，且所述流体的压力值为0Psig时，所述压力传感器的灵敏度值；
at’为预先获得的所述温度值下的零点补偿压力值；
bt’为预先获得的所述温度值下的灵敏度补偿值；
t为所述温度值。
可选的，所述零点补偿压力值是基于所述温度值和预设的零点压力补偿函数获得的，所述灵敏度补偿值是基于所述温度值和预设的灵敏度补偿函数获得的；
其中，所述零点压力补偿函数和所述灵敏度补偿函数通过以下步骤获得：
在所述压力传感器的量程范围内选取多个所述设定压力值，且多个所述设定压力值中包含0Psig；
获取与所述多个设定压力值一一对应的压力组，每一所述压力组均包括与该压力组对应的设定压力值在不同温度下所述压力传感器输出的压力值，其中，与0Psig对应的压力值组为零点压力值组；
根据所述零点压力值组中在不同温度下所述压力传感器输出的压力值，获得不同温度下未经温度补偿的零点压力值；
根据与所述多个设定压力值一一对应的所述压力组，获得不同温度下未经温度补偿的灵敏度值；
对所述不同温度下未经温度补偿的零点压力值进行拟合，获得所述零点压力补偿函数；
对所述不同温度值未经温度补偿的灵敏度值进行拟合，获得所述灵敏度补偿函数。
可选的，所述对所述不同温度下未经温度补偿的零点压力值进行拟合，获得所述零点补偿压力值函数，具体包括：
对所述不同温度下未经温度补偿的零点压力值，采用曲线拟合的方式拟合获得所述零点压力补偿函数，所述零点压力补偿函数为下述三阶多项式：
at'＝k0+k1t+k2t2+k3t3
其中，at’为预先获得的所述温度值下的零点补偿压力值；t为所述温度值；k0、k1、k2和k3分别为常数项系数、一次项系数、二次项系数和三次项系数。
可选的，采用下述公式获得所述不同温度下未经温度补偿的零点压力值：
at＝a0+α(t-t0)×F.S.
其中，at为所述不同温度下未经温度补偿的零点压力值；α为在所述流体的温度为常温，且所述流体的压力为0Psig时的零点系数；F.S.为所述压力传感器的量程的上限值；t0为所述常温对应的温度值。
可选的，所述对所述不同温度下未经温度补偿的灵敏度值进行拟合，获得所述灵敏度补偿函数，具体包括：
对所述不同温度下未经温度补偿的灵敏度值，采用曲线拟合的方式拟合获得所述灵敏度补偿函数，所述灵敏度补偿函数为下述三阶多项式：
bt'＝s0+s1t+s2t2+s3t3
其中，bt’为预先获得的所述温度值下的灵敏度补偿值；t为所述温度值；s0、s1、s2和s3分别为常数项系数、一次项系数、二次项系数和三次项系数。
可选的，采用下述公式获得所述不同温度下未经温度补偿的灵敏度值：
bt＝b0+β(t-t0)×F.S.
其中，bt为所述不同温度下未经温度补偿的灵敏度值；β为所述压力传感器的灵敏度系数；t为所述温度值；t0为所述常温对应的温度值；F.S.为所述压力传感器的量程的上限值。
可选的，所述将所述补偿压力值转换为模拟信号后输出，具体包括：
将所述补偿压力值的数字信号转换为4mA-20mA的电流信号后输出。
作为另一个技术方案，本发明还提供一种压力检测系统，包括：压力传感器、温度传感器、信号处理模块、AD转换模块、处理器、DA转换模块，其中，
所述压力传感器用于实时检测流体的压力并输出压力值；
所述温度传感器用于实时检测所述流体的温度并输出温度值；
所述信号处理模块用于将所述压力值和所述温度值对应的电信号转换为电压信号；
所述AD转换模块用于将所述压力值和所述温度值对应的所述电压信号转换为数字信号；
所述处理器用于利用预设的温度补偿关系式根据转换后的所述温度值对转换后的所述压力值进行温度补偿，以获得所述温度值下的补偿压力值；以及
所述DA转换模块用于将所述补偿压力值转换为模拟信号后输出。
可选的，所述压力检测系统还包括：
显示模块，用于接收并显示所述补偿压力值。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的压力检测方法和压力检测系统的技术方案，通过实时获取压力传感器检测并输出的流体的压力值和温度传感器检测并输出的流体的温度值，并将该压力值和温度值转换为数字信号，可以利用软件对该数字信号进行相应的处理，以实现温度补偿，即，利用预设的温度补偿关系式根据转换后的温度值对转换后的压力值进行温度补偿，获得上述温度值下的补偿压力值；然后将补偿压力值转换为模拟信号后输出。由此，可以对压力传感器检测并输出的压力值进行实时补偿，从而可以即时获得补偿压力值，同时由于上述处理过程无需使用硬件电路，避免了因硬件电路补偿产生的诸如设计复杂、调试困难、精度差等的问题，从而可以提高补偿精度。
附图说明
图1为本发明实施例提供的压力检测方法的流程框图；
图2为本发明实施例采用的零点补偿压力函数和灵敏度补偿函数的获得方法的流程框图；
图3为不同温度下压力设定值与未经温度补偿的压力传感器输出的压力值的曲线对比图；
图4为不同温度下压力设定值与经温度补偿的压力值的曲线对比图；
图5为本发明实施例提供的压力检测系统的一种原理框图；
图6为本发明实施例提供的压力检测系统的另一种原理框图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的压力检测方法和压力检测系统进行详细描述。
本发明实施例提供的压力检测方法，可以应用于半导体工艺设备，例如清洗机、化学机械研磨设备等的需要检测流体压力的设备，该流体例如为液体或者气体。具体地，该方法可以用于实时检测流体的压力值，并在线进行温度补偿，即，针对压力传感器检测并输出的压力值产生的零点漂移和灵敏度漂移进行校准，并即时输出校准后的补偿压力值。具体地，请参阅图1，压力检测方法包括：
步骤101、实时获取压力传感器检测并输出的流体的压力值和温度传感器检测并输出的流体的温度值；
上述压力传感器用于对流体的压力进行检测后输出压力值。上述温度传感器用于对流体的温度进行检测后输出温度值。上述压力传感器和温度传感器可以将各自感受的压力信号和温度信号转换成电信号(模拟信号)，并输出。步骤101用于对该电信号进行实时获取。
步骤102、将上述压力值和温度值转换为数字信号；
步骤102用于将实时获取的上述压力传感器和温度传感器输出的模拟信号转换为数字信号，以能够通过软件对该数字信号进行相应的处理，即实现利用软件来进行温度补偿。
步骤103、利用预设的温度补偿关系式根据转换后的温度值对转换后的压力值进行温度补偿，获得温度值下的补偿压力值；
借助上述温度补偿关系式，可以计算获得在当前获取的温度值下，经温度补偿后的补偿压力值，即实现温度补偿。
步骤104、将上述补偿压力值转换为模拟信号后输出。
通过上述步骤104将上述补偿压力值转换为模拟信号后输出，可以便于向相应的执行单元发送指令，以实现自动化控制。
本发明实施例提供的压力检测方法，可以利用软件实现对压力传感器输出的压力值在线温度补偿，而无需使用硬件电路，避免了因硬件电路补偿产生的诸如设计复杂、调试困难、精度差等的问题，从而可以提高补偿精度。
能够实现温度补偿的温度补偿关系式可以有多种，例如，该温度补偿关系式可以为：
其中，Ut’为在上述温度值下的补偿压力值；
Ut为在上述温度值下压力传感器检测到的压力值(即，由压力传感器输出的未经温度补偿的压力值)；
a0为在流体的温度为常温值(例如25℃)，且流体的压力值为0Psig时，压力传感器输出的零点压力值(未经补偿)；
b0为在流体的温度温度值为常温值，且流体的压力值为0Psig时，压力传感器的灵敏度值(未经补偿)；
at’为预先获得的在上述温度值下的零点补偿压力值(补偿后)；
bt’为预先获得的在上述温度值下的灵敏度补偿值(补偿后)；
t为上述温度值。
在上述温度补偿关系式中，零点补偿压力值at’和灵敏度补偿值bt’均是已知的，例如采用实验、经验等任意方式预先获得，并进行存储。另外，温度值t与零点补偿压力值at’和灵敏度补偿值bt’是一一对应的关系。
上述流体的压力值是指预设的流体的压力值，该压力值一般由流体的压力控制器进行控制，例如针对管路中的流体，压力控制器为设置在该管路上的压力控制阀，上述流体的压力值即为输入至该压力控制阀的压力值。
所谓零点压力，是指当流体的压力值为0Psig(Pound per square inch)时，压力传感器在采集到流体的压力值后输出的压力值。零点压力在理想状态下不随外界环境变化而变化，是一固定数值，但是当流体的温度发生变化时，压力传感器的零点压力会发生偏移现象，称为零点漂移。上述零点补偿压力值at’即为对零点压力进行零点补偿后的零点压力值。
所谓灵敏度，是指压力传感器输出的电压值的变化量与设定压力值(预设的流体的压力值)的变化量的比值。该灵敏度在理想状态下不随外界环境变化而变化，是一固定数值，但是当流体的温度发生变化时，压力传感器的灵敏度也会发生偏移，称为灵敏度漂移。上述灵敏度补偿值bt’即为对灵敏度进行灵敏度补偿后的灵敏度值。
在一些可选的实施例中，上述零点补偿压力值at’是基于温度传感器检测的温度值和预设的零点压力补偿函数获得的，上述灵敏度补偿值bt’是基于温度传感器检测的温度值和预设的灵敏度补偿函数获得的。其中，如图2所示，上述零点压力补偿函数和灵敏度补偿函数可以通过以下步骤获得：
步骤201、在压力传感器的量程范围内选取多个设定压力值，且多个设定压力值中包含0Psig；
上述设定压力值是预设的流体的压力值，该压力值一般由流体的压力控制器进行控制，例如针对管路中的流体，压力控制器为设置在该管路上的压力控制阀，上述设定压力值即为输入至该压力控制阀的压力值。
步骤202、获取与多个设定压力值一一对应的压力组，每一压力组均包括与该压力组对应的设定压力值在不同温度下压力传感器输出的压力值，其中，与0Psig对应的压力值组为零点压力值组；
表1为与多个设定压力值一一对应的压力组的数据表。
例如，如上述表1所示，在上述步骤201中，在压力传感器的量程范围内选取n个设定压力值(P1，P2，...，Pn)。n个设定压力值中包含0Psig。在上述步骤202中，每个设定压力值对应一组压力组，每一压力组均包括在m个温度值(T1，T2，...，Tm)下的m个输出的压力值(未经补偿)，例如，与设定压力值P1对应的压力组中包括在m个温度值(T1，T2，...，Tm)下的m个输出的压力值(U11，U21，Um1)；与设定压力值P2对应的压力组中包括在m个温度值(T1，T2，...，Tm)下的m个输出的压力值(U12，U22，Um2)；与设定压力值Pn对应的压力组中包括在m个温度值(T1，T2，...，Tm)下的m个输出的压力值(U1n，U2n，Umn)，其中，与设定压力值为0Psig对应的压力组为零点压力值组。
步骤203、根据零点压力值组中在不同温度下压力传感器输出的压力值，获得不同温度下未经温度补偿的零点压力值；
例如，可以采用下述公式获得不同温度下未经温度补偿的零点压力值：
at＝a0+α(t-t0)×F.S.
其中，at为不同温度下未经温度补偿的零点压力值；α为在流体的温度为常温(例如25℃)，且流体的压力为0Psig时的零点系数；F.S.为压力传感器的量程的上限值(又称满量程)；t0为常温对应的温度值。
例如，m个温度值(T1，T2，...，Tm)对应有m个未经温度补偿的零点压力值(a1，a2，...，am)。
步骤204、根据与多个设定压力值一一对应的压力组，获得不同温度下未经温度补偿的灵敏度值；
例如，可以采用下述公式获得不同温度下未经温度补偿的灵敏度值：
bt＝b0+β(t-t0)×F.S.
其中，bt为不同温度下未经温度补偿的灵敏度值；β为压力传感器的灵敏度系数；t为温度值；t0为常温对应的温度值；F.S.为压力传感器的量程的上限值。
例如，m个温度值(T1，T2，...，Tm)对应有m个未经温度补偿的灵敏度值(b1，b2，...，bm)。
需要说明的是，在实际应用中，上述步骤203和步骤204可以采用任意顺序先后进行，或者也可以同时进行。
步骤205、对不同温度下未经温度补偿的零点压力值进行拟合，获得零点压力补偿函数；
拟合获得零点压力补偿函数的方法可以有多种，例如，上述步骤205具体包括：
对不同温度下未经温度补偿的零点压力值，采用曲线拟合的方式拟合获得上述零点压力补偿函数，该零点压力补偿函数为下述三阶多项式：
at'＝k0+k1t+k2t2+k3t3。
其中，at’为预先获得的温度值下的零点补偿压力值；t为温度值；k0、k1、k2和k3分别为常数项系数、一次项系数、二次项系数和三次项系数。
例如，m个温度值(T1，T2，...，Tm)对应有m个未经温度补偿的零点压力值(a1，a2，...，am)，对m个未经温度补偿的零点压力值(a1，a2，...，am)进行曲线拟合的方式拟合获得上述三阶多项式。
步骤206、对不同温度下未经温度补偿的灵敏度值进行拟合，获得灵敏度补偿函数。
拟合获得上述灵敏度补偿函数的方法可以有多种，例如，上述步骤206具体包括：
对不同温度下未经温度补偿的灵敏度值，采用曲线拟合的方式拟合获得灵敏度补偿函数，该灵敏度补偿函数为下述三阶多项式：
bt'＝s0+s1t+s2t2+s3t3
其中，bt’为预先获得的温度值下的灵敏度补偿值；t为温度值；s0、s1、s2和s3分别为常数项系数、一次项系数、二次项系数和三次项系数。
例如，m个温度值(T1，T2，...，Tm)对应有m个未经温度补偿的灵敏度值(b1，b2，...，bm)，对m个未经温度补偿的灵敏度值(b1，b2，...，bm)进行曲线拟合的方式拟合获得上述三阶多项式。
需要说明的是，在实际应用中，上述步骤205和步骤206可以采用任意顺序先后进行，或者也可以同时进行。
还需要说明的是，在实际应用中，还可以采用其他任意拟合方式获得零点压力补偿函数和灵敏度补偿函数，本发明对此没有特别的限制。
在一些可选的实施例中，上述步骤104具体包括：
将补偿压力值的数字信号转换为4mA-20mA的电流信号(模拟信号)后输出。
通过将上述数字信号转换为4mA-20mA的电流信号(模拟信号)，可以将经温度补偿后的补偿压力值仍然以模拟信号输出，上述电流范围通常为压力传感器输出信号的电流范围，从而使输出的信号与压力传感器未经补偿时输出的信号类型相同。
图3为不同温度下压力设定值与未经温度补偿的压力传感器输出的压力值的曲线对比图。图3中的四条曲线(A1，A2，A3，A4)分别表示四个温度值(0℃、20℃、40℃、60℃)下压力设定值与未经温度补偿的压力传感器输出的压力值的对应关系，由图3可知，四条曲线(A1，A2，A3，A4)基本没有重合，由此可以说明压力设定值与未经温度补偿的压力传感器输出的压力值的对应关系受环境温度的影响较大。与之相比，图4为不同温度下压力设定值与经温度补偿的压力值的曲线对比图。图4中的四条曲线分别表示四个温度值(0℃、20℃、40℃、60℃)下压力设定值与经温度补偿的压力值的对应关系，由图4可知，四条曲线大部分重合，趋近于形成一条曲线B，由此可以说明压力设定值与经温度补偿的压力值的对应关系受环境温度的影响较小，即实现了温度补偿。
本发明实施例提供的压力检测方法，通过实时获取压力传感器检测并输出的压力值和温度传感器检测的流体的温度值，并将该压力值和温度值转换为数字信号，可以利用软件对该数字信号进行相应的处理，以实现温度补偿，即，利用预设的温度补偿关系式根据转换后的温度值对转换后的压力值进行温度补偿，获得上述温度值下的补偿压力值；然后将补偿压力值转换为模拟信号后输出。由此，可以对压力传感器检测并输出的压力值进行实时补偿，从而可以即时获得补偿压力值，同时由于上述处理过程无需使用硬件电路，避免了因硬件电路补偿产生的诸如设计复杂、调试困难、精度差等的问题，从而可以提高补偿精度。
作为另一个技术方案，请参阅图5，本发明实施例还提供一种压力检测系统1，可以应用于半导体工艺设备。该压力检测系统1用于实时检测流体的压力值，并在线进行温度补偿，即，针对压力传感器检测并输出的压力值产生的零点漂移和灵敏度漂移进行校准，并即时输出校准后的补偿压力值。
具体地，该压力检测系统1包括压力传感器11、温度传感器12、信号处理模块13、AD转换模块14、处理器15、DA转换模块16，其中，压力传感器11用于实时检测流体的压力并输出压力值；温度传感器12用于实时检测流体的温度并输出温度值；信号处理模块13用于将上述压力值和温度值对应的电信号转换为电压信号，可选的，该信号处理模块11可以包括集成在压力传感器11上的电压信号处理模块和集成在温度传感器12上的温度信号处理模块，或者也可以为相对于压力传感器11和温度传感器12独立的处理模块；AD转换模块14用于将上述压力值和温度值对应的电压信号转换为数字信号；处理器15用于利用预设的温度补偿关系式根据转换后的温度值对转换后的压力值进行温度补偿，以获得上述温度值下的补偿压力值；以及DA转换模块16用于将上述补偿压力值转换为模拟信号后输出。
在一些可选的实施例中，如图6所示，压力检测系统1还包括电池处理模块17，用于向相应的元件和模块供电，例如压力传感器11、温度传感器12、信号处理模块13、AD转换模块14和控制器15等等。
在一些可选的实施例中，压力检测系统1还包括显示模块18，用于接收并显示上述补偿压力值。利用显示模块18实时显示补偿压力值，操作方便，便于管理。
上述压力检测系统1可以应用于半导体工艺设备，例如清洗机、化学机械研磨设备等的需要检测流体压力的设备，具体用于检测流体的压力，并即时输出经温度补偿后的压力值。
本发明实施例提供的压力检测系统1，可以对压力传感器检测并输出的压力值进行实时补偿，从而可以即时获得补偿压力值，同时由于上述处理过程无需使用硬件电路，避免了因硬件电路补偿产生的诸如设计复杂、调试困难、精度差等的问题，从而可以提高补偿精度。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。