CN101583916B

CN101583916B - 质量流量控制器

Info

Publication number: CN101583916B
Application number: CN2007800368308A
Authority: CN
Inventors: 米田丰; 高桥明人
Original assignee: Horiba Stec Co Ltd
Current assignee: Horiba Stec Co Ltd
Priority date: 2006-10-03
Filing date: 2007-06-01
Publication date: 2011-11-09
Anticipated expiration: 2027-06-01
Also published as: KR20090060412A; TWI436185B; WO2008041390A1; JP4658200B2; US7881829B2; KR101722304B1; JPWO2008041390A1; CN101583916A; TW200817866A; KR20140105622A; US20090312876A1; KR20160018824A

Abstract

本发明提供一种质量流量控制器，该质量流量控制器在不牺牲相对于流量设定值变化的跟踪速度的前提下，即使发生压力变动也可抑制流量变动，而可采用可能发生串扰等扰动的系统。本发明的质量流量控制器包含：控制部(5)，由规定算式计算流量控制阀的开度控制信号并加以输出，该规定算式至少包含有作为参数的流量测定值与流量设定值；及压力传感部(4)，检测流量传感部(2)的上游侧或下游侧的流体的压力，输出表示此压力值的压力检测信号；且该控制部(5)的该算式在下列期间内互不相同：自该流量设定值发生超过规定量以上的变化的时间点起的规定期间即变化期间，与除此以外的期间即稳定期间；至少在该稳定期间，作为该算式的参数，进一步包含有该压力值。

Description

质量流量控制器

技术领域

本发明是关于用来控制气体或液体等流体流量的质量流量控制器。

背景技术

以往已知有例如对半导体制造装置供给使用于半导体制造的各种气体等时，可分别将质量流量控制器设置于这些供应流路，由此分别调节其气体流量。而以往一般都分别使压力调节器串联附设于各质量流量控制器，以使各质量流量控制器的流路内压力不发生极端的变动，而使流量控制变得更为容易。

在该质量流量控制器的流量控制方式中，基本上使用PID控制，而还知道例如专利文献1所示，进行对PID控制施以变形的反馈控制。具体而言如该专利文献1所示，对偏差施以PID运算，再将其运算结果乘上流量设定值越小则其值越大的一个函数，以计算出反馈控制值。

而近年来增加了许多仅在耐高压容器等流体供给源中设置调节器，在自此分支的各供应流路分别设置质量流量控制器，但不各别设置调节器的系统构成。

然而，使用如此的系统构成时，例如若某一供应流路突然关闭或某一质量流量控制器的流量大幅变化，则因此所造成的压力变动会波及其它供应流路及质量流量控制器(此称为串扰)，若如以往般采用通过压力调节器将压力变动作一定程度的抑制为前提的控制方式，可能会发生无法进行充分的流量控制的弊端。

更具体而言，采用如该专利文献1所示的控制方式时，一旦例如一次侧的压力[质量流量控制器(流量传感部)的上游侧的压力]发生某一定程度以上的变动，则可能对此过敏反应，而造成限定以上的流量变动的产生。

而如此的压力变动所造成的流量变动问题不限于串扰，也可能由其它因素引起，且不仅限于一次侧，也可能发生在二次侧的压力变动的情形下。

然而，在半导体工序等领域，对原料气体流量等控制更加严格要求速度与精密度的状况下，应在不牺牲相对于流量设定值变化的跟踪速度(快速响应性)的前提下抑制该过敏反应。

专利文献1：日本特开2004-280689号公报

发明内容

发明所要解决的课题

在此本发明以提供一种质量流量控制器为其主要课题，该质量流量控制器在不牺牲相对于流量设定值变化的跟踪速度的前提下，即使在因串扰等造成压力变动时也可抑制流量变动。

解决课题的手段

即，本发明的质量流量控制器包含：

流量传感部，用以测定流动在流路内的流体流量，将表示所测定的流量测定值的流量测定信号加以输出；

流量控制阀，设置在此流量传感部的上游侧或下游侧；

控制部，由规定的算式计算流量控制阀的开度控制信号并加以输出，该算式至少包含有作为参数的该流量测定信号所表示的流量测定值与作为目标值的流量设定值；及

压力传感部，检测该流量传感部的上游侧或下游侧的该流体的压力，输出表示此压力值的压力检测信号；

其特征在于该控制部的该算式在自该流量设定值发生超过规定量以上的变化的时间点起的规定期间，即变化期间，与除此的外的期间，即稳定期间内互不相同，且至少在该稳定期间，作为该算式的参数，更包含有该压力值。

在此所谓「规定的算式」是至少以流量测定值与目标值作为参数，用来对控制阀的开度进行反馈控制的算式，具体形态中可举出至少包含比例运算(适用于PID运算)的算式。

所谓「流量设定值发生规定量以上的变化」，具体形态中可举出例如瞬间(1控制循环)发生流量设定值超过规定量以上的变化。

所谓「该算式互不相同」，具体例中可举出比例运算的增益(后述的P)等的系数在变化期间与稳定期间不同。由此可实现例如在变化期间质量流量控制器的阀门可高速响应，而在稳定期间其对扰动噪声迟钝的控制。

且所谓「作为算式的参数所包含的压力值」，其形态中除算式中包含有以压力传感部所检测的压力原有值的情况，还包含算式中包含有于规定时间检测压力的变化量(时间微分值)或时间积分值等与实测压力值相关的数值的情况。

由此可切换控制在稳定期间与变化期间的间，因此在流量设定值发生变化的变化期间，通过例如快速响应性优异的控制可使实际流量非常迅速地随此变化后的流量设定值反应。且在流量设定值几乎无任何变化的稳定期间，通过例如稳定性优异的控制，即使一次侧等的压力(质量流量控制器(流量传感部)上游侧的压力)发生变动，对流量变动也无重大的影响，而可抑制对此压力过敏的反应而实现实际流量的稳定化。

另一方面，至少稳定期间内，作为至少包含有流量测定值与流量设定值的规定算式的参数，还包含有以压力传感部所检测的压力值，因此特别是在压力变动所造成的流量变动成为问题的稳定期间内，更可针对该压力变动实现实际流量的稳定化。

即可提供一种优异的质量流量控制器，在不牺牲相对于流量设定值变化的跟踪速度的前提下，即使发生压力变动也可抑制流量变动，也可采用可能发生串扰等扰动的系统。

又，变化期间的时间可经常保持一定，也可为了提升控制稳定性而根据状况使持续时间变动。作为其中一例，可举出该变化期间是在流量测定值与流量设定值的偏差收敛至一定范围内的时间点结束。

包含有本发明的压力值(时间微分值)的算式中，可使用将根据流量测定值与流量设定值的偏差ε的PID运算的结果与压力时间微分值加减乘除的算式，即下列算式(a)或下列算式(b)所示的。

V＝P·ε+I∫ε·δt+D·δε/δt+Y·Δp......(a)

V＝(P·ε+I∫ε·δt+D·δε/δt)·Y·Δp......(b)

其中ε＝S-OUT

又，V是反馈控制值，根据此数值设定所述开度控制信号。P、I、D、Y分别是系数。S是所述流量设定值，OUT是所述流量测定值。Δp是由所述压力传感部所检测的压力值的时间微分值或以包含时间微分值的算式所表示的数值。

所述算式中，除此之外，可例举计算偏差时作为参数加上压力时间微分值的算式。以算式来表示的话，如下列算式(c)。

V＝P·ε’+I∫ε’·δt+D·δε’/δt......(c)

其中ε’＝h(S、OUT、Δp)

又，h是至少以S、OUT、Δp为参数的函数。

所述函数h的具体例中，考虑有将流量测定值或流量设定值的至少任一与压力时间微分值相加减乘除。即如下列算式(d)、(e)、(f)、(g)。

ε’＝S-(OUT+X·Δp)......(d)

ε’＝S-(OUT·X·Δp)......(e)

ε’＝S·X·Δp-OUT......(f)

ε’＝(S-X·Δp)-OUT......(g)

又，X是系数。

另一方面，就基于供在外部利用的目的而由质量流量控制器输出的流量表示值而言，以往有时会与对一次侧压力变动过敏反应的流量控制阀的控制产生相互干涉，致使其表示与实际下游侧(或上游侧)的流量不同的数值的情形。

为使其与上述的流量控制阀的阀开度控制运算法则的改良相对应而加以改良，来使流量表示值稳定而接近实际的流量值，可设置流量输出部，其对所述流量测定值施以规定的运算并作为流量表示值输出，此流量输出部在变化期间与稳定期间，分别对流量测定值施以不同的运算。

由此表示值可稳定并对应实际流量。

可举出的具体例为：在稳定期间，使所述流量测定值在时间上经过延迟后输出；而在变化期间，则将所述流量测定值直接输出。

且至少以所述压力传感部所检测的压力值的时间微分值作为参数，自所述流量测定值运算所述流量表示值也是可以的。

发明的效果

如此采用本发明在稳定期间与变化期间之间切换控制，即可在不牺牲相对于流量设定值变化的跟踪速度的前提下，即使发生压力变动也可抑制流量变动，也可采用可能发生串扰等扰动的系统。且即使在特别成为问题的稳定期间发生压力变动时，也可根据自至少包含流量测定值与流量设定值，且进一步包含由压力传感部所检测的压力值的算式计算得到的开度控制信号进行阀门控制，因此可针对该压力变动进一步使实际流量的稳定化得以实现。

由此表示值可稳定并对应实际流量。

发明的效果

附图说明

图1是本发明的一实施形态的质量流量控制器的整体示意图。

图2是显示使用同一实施形态的质量流量控制器的流量控制系统的构成例图。

图3是同一实施形态中的控制部的功能框图。

图4是同一实施形态中的控制流程图。

图5是本发明的第2实施形态中的控制部的功能框图。

图6是表示同一实施形态的质量流量控制器的效果确认测试系统的整体示意图。

图7(a)、(b)是显示该效果确认测试结果的曲线图(在稳定期间使用由压力值所得的修正流量测定值的情形)。

图8(a)、(b)是显示该效果确认测试结果的曲线图(在变化期间使用由压力值所得的修正流量测定值的情形)。

图9(a)、(b)是显示本发明的第3实施形态中的效果确认测试结果的曲线图。

图10是显示本发明的第3实施形态中的效果确认测试结果的曲线图。

具体实施方式

实施发明的最佳形态

以下将参照图面说明本发明的一实施形态。

<第1实施形态>

本实施形态的质量流量控制器100如图1的示意图所示，包含：

内部流路1；

流量传感部2，用来测定流动在此内部流路1内的流体F的流量；

流量控制阀3，设置在此流量传感部2的例如下游侧；

压力传感部4，设置在该流量传感部2的例如上游侧；及

控制部5；

而例如图2所示，可使用于对半导体工序中的腔室供给气体的气体供给系统。

在此说明各部。内部流路1在上游端开口作为导入口P1，在下游端开口作为导出口P2，例如在导入口P1透过外部配管连接有耐高压容器等流体供给源B，在导出口P2则透过外部配管连接有用于半导体制造的腔室(未经图示)。又，此实施形态如图2所示，是自流体供给源B使配管分支成多个，再在各配管分别设置有质量流量控制器100。且压力调节器PR仅设置于流体供给源B的出口(朝各配管分支前)，在各配管不分别设置质量流量控制器100用的压力调节器。又符号FV是气动阀。

流量传感部2其详细部分虽未被图示，但是是具有设置在例如内部流路1的一对感热传感器(热传感器)的结构，流体F的瞬间流量通过此感热传感器作为电信号加以检测，再通过内部电路对此电信号进行放大等动作，作为具有对应检测流量的数值的流量测定信号加以输出。

流量控制阀3其详细部分也未被图示，但其是例如可通过压电组件等所构成的致动器使其阀开度变化的结构，通过赋予来自外部的电信号的开度控制信号驱动该致动器，调整对应此开度控制信号数值的阀开度以控制流体F的流量。

压力传感部4其详细部分虽未被图示，但其配置在流量传感部2的上游，由例如压力转换器所构成，以规定的时间间隔，例如每数mSec采样、检测流体F的压力，并将其所检测的压力值作为压力检测信号朝控制部5输出。

控制部5是由具有未经图示的CPU或内存、A/D转换器、D/A转换器等的数字或模拟电路所构成，其可以是专用者，也可是其一部分或全部由个人计算机等通用的计算器构成。且也可不使用CPU而仅以模拟电路实现该各部功能，物理结构上无需是一体，也可通过有线或无线由相互连接的多个机器所构成。

然后将规定程序储存于该内存，根据此程序使CPU或其周边机器协同动作，由此使此控制部5如图3所示，至少可发挥作为流量信号接收部5a、压力检测信号接收部5b、计算部5c、开度控制信号输出部5d及流量输出部5e的功能。

流量信号接收部5a接收由流量传感部2所传送而来的流量测定信号及由另外的计算器等所输入的流量设定信号等，并将这些数值储存于例如内存内的规定区域。

压力检测信号接收部5b接收由压力传感部4所传送而来的压力检测信号，并将这些数值储存于例如内存内的规定区域。

计算部5c包含：

偏差计算部5c1，用来取得该流量测定信号所表示的流量测定值，并计算出此流量测定值与该流量设定信号所表示的流量设定值的偏差；及

控制值计算部5c2，对此偏差至少施以比例运算，以计算出针对流量控制阀3的反馈控制值。

以下说明关于在此计算部5c(或控制值计算部5c2)中的具体运算。在此根据下列式(1)计算出反馈控制值V。

V＝P·ε+I∫ε·δt+D·δε/δt+Y·Δp......(1)

其中ε＝S-OUT

在此ε是该偏差，P、I、D、Y分别表示所适当决定的包含0的调整用系数(以下也称为调整系数)。其中D及Y有时不包含0。S、OUT分别表示流量设定值、流量测定值。Δp表示由压力传感部4所检测的压力值p的时间微分值。

开度控制信号输出部5d产生具有对应该反馈控制值的数值的开度控制信号，再将此开度控制信号朝流量控制阀3输出。

流量输出部5e对该流量测定值施以规定运算以计算出流量表示值，再将具有以此流量表示值为数值的流量表示信号(模拟或数字信号)输出至表示画面等，并可在外部加以利用。

而在此实施形态，该控制值计算部5c2是将自该流量设定值在单位时间内发生超过规定量(例如相对于全量为0～10％左右，0.3～5％左右更佳)以上的变化的时间点起算的一定期间，即所谓变化期间(例如数秒左右，更具体而言为0～10秒左右，0.3～5秒左右更佳)与除此之外的期间，即所谓稳定期间加以区别，在该变化期间与稳定期间内进行变更该数值等动作，再使用使其互不相同的该算式(1)自该偏差计算出反馈控制值。

首先说明关于变化期间内的算式。在此变化期间，控制值计算部5c2将乘以算式(1)的比例运算项中的偏差ε的增益(系数)P通过以流量设定值作为参数的函数表示，使此函数在变化期间与稳定期间内互不相同。

在变化期间所使用的函数f1(以下为加以区别也称为第1函数)是所代入的流量设定值越小计算出的数值越大的函数，在此以例如以下的算式(2)表示。

f1(S)＝(100+K1)/(K1+S)(＝P)......(2)

在此S是流量设定值(相对于全量的％值)，K1是调整系数。

且在此变化期间设Y＝0，忽略压力的影响，但也可对Y赋予0以外的数值而将压力的影响考虑在内。

另一方面，在稳定期间所使用的函数f2(以下为加以区别也称为第2函数)是所代入的流量设定值越小计算出的数值也越小的函数，在此以例如以下的算式(3)表示。

f2(S)＝S·K2+d(＝P)......(3)

在此S是流量设定值(相对于全量的％值)，K2是调整系数，d是偏移常数。

且在此稳定期间，压力传感部4的压力检测信号所表示的压力值发生每单位时间规定量以上(例如10kPa以上)的变动时，可对算式(1)中的Y赋予0以外的数值，以进行进一步加入有压力值(更具体而言是压力值的时间微分值)的控制。

且在此实施形态，该流量输出部5e在上述的变化期间与稳定期间分别对流量测定值施以不同的运算以计算流量表示值，再以流量表示信号的形式朝外部输出。具体而言，在稳定期间，使该流量测定值在时间上经过延迟以计算流量表示值再加以输出；而在变化期间，则以该流量测定值直接输出。

且至少在稳定期间，压力传感部4的压力检测信号所表示的压力值发生每单位时间规定量以上(例如10kPa以上)的变动时，可将该流量测定值以该压力值，更具体而言即压力值的时间微分值加以修正，且在稳定期间采取固有的移动平均值使其在时间上延迟，以计算流量表示值再加以输出。

实际上的流量表示值是利用以下的算式(4)计算。

MFCOUT＝(OUT_new-MFCOUT_OLD)·Z+MFCOUT_OLD

其中OUT_new＝OUT+Y1·Δp......(4)

在此MFCOUT是以现在的控制循环所计算出的最新流量表示值，MFCOUT_OLD是前次的控制循环所计算出的一个以往的流量表示值，Z是调整系数。且OUT_new是压力所造成的修正后的流量测定值(以下也称为修正流量测定值)，OUT是所采样的原始流量测定值，Δp是由压力传感部所检测的压力值的时间微分值，Y1表示调整系数，与该Y同值或不同值皆可。

而要使流量表示值在时间上延迟可设0＜Z≤1，反过来说若不希望发生时间延迟则可设Z＝1。且要将压力考虑在内时可将0以外的数值代入Y1，不要将压力考虑在内时可将0代入Y1。

其次以控制部5为中心，参照图4的流程图说明关于上述构成的质量流量控制器100的作动。

流量信号接收部5a以一定的采样间隔接收自流量传感部2所经常输出的流量测定信号与自专用的输入机构或其它计算器所输出的流量设定信号(步骤S1)。

在此若流量设定值与前次采样时相较发生规定量以上的变化时(步骤S1’)即判断自此时间点起算一定期间(约数秒之间)内是变化期间，前进至步骤S2，除此之外的期间判断为稳定期间前进至步骤S6。

在步骤S2，偏差计算部5c1计算出由流量信号接收部5a所接收的流量测定信号数值 (流量测定值)与该流量设定信号数值即流量设定值的差，也即偏差ε。

其次，控制值计算部5c2根据算式(1)对此偏差施以PID运算，以计算出针对流量控制阀3的反馈控制值。此时，作为乘以比例计算中的偏差ε的增益(调整系数)，使用将该流量设定值代入该第1函数(算式(2))所得的数值，且算式(1)中的Y的数值以0计算(步骤S3)。也即在此不考虑压力。

另一方面，判断为稳定期间时(步骤S1’)，与步骤S2相同，偏差计算部5c1计算出流量测定值与流量设定值的差，也即偏差ε(步骤S6)。

而在该稳定期间，压力传感部4的压力检测信号所表示的压力值发生规定量以上的变动时(步骤S7)，控制值计算部5c2根据上述算式(1)进行反馈控制值的计算(步骤S8)。此时作为乘以比例计算中的偏差ε的增益(调整系数)，使用将该流量设定值代入该第2函数(参照算式(3))所得的数值，且需将0以外预先决定的数值代入Y而进行计算。即在此需将压力的影响考虑在内。

另一方面，不是这样的情形(步骤S7)下，控制值计算部5c2也根据上述算式(1)进行反馈控制值的计算(步骤S10)，而此时作为乘以比例计算中的偏差ε的增益(调整系数)，使用将该流量设定值代入该第2函数(参照算式(3))所得的数值，且将0代入Y，忽略压力变动并加以计算。

如此计算出反馈控制值后，开度控制信号输出部5d根据此反馈控制值产生开度控制信号，将此开度控制信号朝流量控制阀3输出，变更其阀开度以进行流量调整(步骤S12)。

另一方面，注意流量输出部5e的动作，即可见到在该变化期间，流量测定值直接成为流量表示值，即设Z＝1，Y1＝0，对该流量测定值施以算式(4)所示的运算以计算流量表示值(步骤S4)。

且在该稳定期间，原则上需使流量测定值在时间上延迟，即设0＜Z≤1，Y1＝0，对该流量测定值施以算式(4)所示的运算以计算流量表示值，再将具有此数值的流量表示信号朝外部输出(步骤S11)。

其中在同一稳定期间，压力传感部4的压力检测信号所表示的压力值发生规定量以上(例如10kPa以上)的变动时，需将该流量测定值以压力时间微分值修正并使其在时间上延迟，即设0＜Z≤1，Y1≠0，对该流量测定值施以算式(4)所示的运算以计算流量表示值(步骤S9)。

然后，将具有如此计算的流量表示值的流量表示信号朝外部输出(步骤S13)。

因此，采用如此的质量流量控制器100，可在稳定期间与变化期间之间切换控制，因此在流量设定值变化的变化期间，实际流量可非常迅速地随此变化后的流量设定值反应，而在流量设定值几乎无任何变化的稳定期间，即使在一次侧等发生压力(质量流量控制器100上游侧的压力)的变动，也可抑制对此的过敏反应而实现实际流量的稳定化。且至少在稳定期间，如算式(1)所示，在算式进一步包含代表压力传感部4所检测的压力值的参数，因此可随该压力变动反应而实现实际流量的稳定化。

且在稳定期间，朝外部输出的流量表示信号的数值(流量表示值)也使用该流量测定值的变化经时间趋缓处理后的数值，或通过压力值而加以修正，因此对一次侧等的压力变化不过敏反应而可使此流量表示值稳定而接近实际的流量值。

<第2实施形态>

在该第1实施形态偏差计算部5c1可计算流量测定值与流量设定值的偏差，但并不限于此，也可计算流量测定值或该修正值与流量设定值或该修正值的偏差。

在此，在此第2实施形态，将使用图5说明关于以偏差计算部5c1计算该流量测定值经使用压力值修正后的数值与流量设定值的偏差的情形。

又，在图5所示的各部中，关于与第1实施形态相同者将赋予相同的符号并省略其说明，仅针对不同者加以说明。

首先，偏差计算部51c1根据乘以压力值(时间微分值)的增益修正流量测定值。具体而言，如下列式(5)所示对流量测定值加上或减去X·Δp。

OUT_new＝OUT+X·Δp......(5)

在此，OUT_new是压力所造成的修正后的流量测定值(修正流量测定值)，OUT是采样的流量测定值，Δp是由压力传感部所检测的压力值的时间微分值，X表示该增益调整系数，在此为定值。

该修正可不论是否为稳定期间或变化期间，且不论是否发生规定以上的压力值的变动而进行。由此，不论是否为稳定期间或变化期间，即即使在全部期间都发生压力变动，流量传感部2输出受此影响的流量测定值时，也可将其修正，对流动在流量传感部2与流量控制阀3之间的实际流量适当地进行质量流量控制器的阀门控制。又，该修正也可仅在稳定期间进行，且也可仅在稳定及/或变化期间内，发生规定以上的压力值变动时进行。

然后此偏差计算部51c1计算该修正流量测定值与流量设定值的偏差ε’。此ε’以算式表示如下。

ε’＝S-OUT_new

＝S-(OUT+X·Δp)......(6)

其次，控制值计算部51c2根据下列式(7)计算流量控制阀3的反馈控制值V，再将其朝开度控制信号输出部传送。

V＝P·ε’+I∫ε’·δt+D·δε’/δt......(7)

此算式(7)对应该算式(1)，与第1实施形态相同，比例计算的系数P在变化期间根据该算式(2)计算，在稳定期间根据该算式(3)计算。

如此在本实施形态中，设置有算式，至少作为参数包含有流量测定值与流量设定值，且当然在稳定期间内，甚至在两期间内，且无论是否发生规定以上的压力值变动，作为参数都包含有压力值(时间微分值)，且此算式在该两期间内互不相同而计算开度控制值。

如此将根据压力值(特别是其时间微分值)比较流量测定值的经修正的数值与流量设定值来计算偏差ε’，再对其施以PID运算的控制系统加以构成，与将压力变动量包含在PID表达式中，直接反映在阀门动作上的上述实施形态相比，可由此尽可能抑制不稳定的阀门动作的发生。

以下分别说明(i)在稳定期间使用由压力值产生的修正测定值的情形下与(ii)在变化期间使用由压力值产生的修正测定值的情形下，由此第2实施形态所产生的具体效果。

(i)在稳定期间使用由压力值产生的修正测定值的情形

此具体效果显示在图7，且此效果确认测试系统的概略显示在图6。在此图6，PC是使赋予质量流量控制器100的压力(初级压力)变化的压力变化机构，符号R是设置于质量流量控制器100下游，测定实际流量的流量计。

在图7(a)，作为比较对象，例举有控制结果，该控制结果是由以往型质量流量控制器在稳定期间内所产生，该以往型质量流量控制器仅使用第1函数进行流量控制，且将流量测定值直接作为反馈控制中的流量测定值。

自观察中得知，一次侧的压力发生变动(下降)时，在以往技术中流量测定值发生变动，以另设的流量计R所测定的实际流量值大幅变化，相对于此，算式不同(使用该第2函数)，且就流量测定值以压力值进行修正，采用该实施形态的质量流量控制器100中，实际流量大致保持稳定(参照图7(b))。

(ii)在变化期间使用由压力值产生的修正测定值的情形

此具体效果显示在图8。

在图8(b)图示有于变化期间压力变动时，上述实施形态的质量流量控制器100所产生的控制结果的一例。

且在图8(a)图示有作为比较对象，上述以往型质量流量控制器所产生的控制结果的一例。

与图7相同，在图8中横轴也为时间，纵轴表示流量值。

采用以往的质量流量控制器，压力传感部4的压力值发生变动时的影响大幅表现为实际流量的变动而过冲(overshoot)(参照图8(a))。

另一方面，采用此实施形态的质量流量控制器100，即使压力传感部4的压力值发生变动，也不如以往例一般，实际流量的变动几乎无任何表示，压力变动时的影响与以往技术相比受到大幅改善。即可确认采用此实施形态的质量流量控制器100，不论其在稳定或变化期间内，都可针对该压力变动促进实际流量的稳定化(参照图7及图8)。

<第3实施形态>

此第3实施形态是将在第2实施形态的算式(5)中使调整系数X为一定值之处予以变更，使此调整系数X应不同的状况变化。又，功能框图的记载与第2实施形态相同(与图5相同)，因此省略。

具体而言，X依照下列算式(8)、(8’)变化。

在稳定期间

X＝Q1+Q2·S......(8)

在变化期间

X＝Q1s+Q2s·S......(8’)

在此Q1、Q2、Q1s、Q2s是调整系数，S是流量设定值。

然后适当设定这些调整系数，由此在变化期间、稳定期间双方，至少设定流量值越小，X越大。这是由于设定流量小时的一方也受压力变动的影响而需增强修正。

且在变化期间与稳定期间中，需使稳定期间的一方的X增大。这是由于若使用与稳定期间相同的数值X，会使上升响应波形扭曲，因此使X的数值减小以减弱修正，可防止上升回应波形的扭曲。

在图9揭示有在使设定流量值成阶梯状变化的情形下，不以算式(5)、(8)、(8’)进行修正的情形(同图(a))与经修正后的情形(同图(b))比较。此时，在一次侧发生与第2实施形态相同的压力变动，但观察测定流量值即可得知，(b)的一方的过冲明显较小，不受压力的影响。

又，在图9也记载有流量表示值，而关于此流量表示值的计算方法，除不论稳定期间、不稳定期间及压力变化量都以压力时间微分值修正的特点以外，都与第1实施形态相同，因此在此省略说明。

<第4实施形态>

在该第2、第3实施形态都对流量测定值施以压力所造成的修正，而在此第4实施形态将对流量设定值加减乘除(特别是加减)以实施压力修正。又，功能框图的记载与第2实施形态相同(与图5相同)因此省略。

此修正以算式表示如下。

S_new＝S+X’·Δp......(9)

在此算式(9)，S_new是压力所造成的修正后的流量设定值(修正流量设定值)，S是流量设定值，Δp是压力传感部所检测的压力值的时间微分值，X’表示调整系数。

其次采取此经修正的流量设定值与测定流量值的偏差。

此偏差ε”以下列算式(10)表示。

ε”＝S_new-OUT

＝S+X’·Δp-OUT

＝S-OUT+X’·Δp......(10)

在图10表示第4实施形态的实测曲线图。条件与第3实施形态相同。与图9(b)同样可抑制流量测定值的过冲。

另一方面，流量表示值以流量测定值为基础计算时，在此实施形态未对流量测定值施以压力的修正，因此如图10所示，与第3实施形态相比，流量表示值的变化出现若干差异。又，为表示稳定也可进行根据修正流量测定值的表示。

<其它>

以上已在第1～第4实施形态表示本发明的具体例，但本发明并不限定于这些。

例如在该各实施形态中，已进行有将调整系数乘以压力值的时间微分值，再与原有值相加减的修正，但也可与原有值相乘除。例如在稳定期间内，控制值计算部5c2根据上述算式(1)进行反馈控制值的计算，但也可根据下一算式(11)进行反馈控制值的计算。

V＝(P·ε+I∫ε·δt+D·δε/δt)·Δp·Y......(11)

且受到压力变动影响之处，即以压力值(压力相关值)进行修正之处，如该各实施形态所示，不限于反馈控制值、流量设定值、流量测定值3处，在从流量传感部2至流量控制阀3为止的输出入传达系统的任一处以上的位置进行即可。

且关于流量表示值，以压力值(压力相关值)修正也有效。

且上述的修正无需经常进行，可在稳定期间、变化期间、或这些期间中进一步限定条件的某期间内进行修正，也可当期间变更，即通过改变调整系数等使修正的算式(广义而言是控制的算式)不同。由此可进行与制品特性或此制品所适用的系统整体的特性均匹配良好而细密的控制。

且变化期间无需经常保持一定，也可通过定时器以外的某种触发装置决定变化期间的结束。可举出以下例子：使该变化期间在流量测定值与流量设定值的偏差收敛至一定范围内的时间点结束。

在各期间所使用的函数可不变动而一定，也可变动。

例如考虑有在该变化期间所使用的函数(第1函数)的数值会随时间变化逐渐(阶段性或连续性)变化。此时若使自变化期间切换至稳定期间时第1函数的数值与第2函数的数值几乎相同，即使切换时的控制系数(增益)几乎相同，即可消除切换时控制系数变动所产生的控制不稳定要素。

且也可将控制阀设置于流量传感部2的上游侧，流量传感部2不限于该热传感器，也可为差压式传感器等其它流量测定方式。

除此之外，本发明也可将该各实施形态或变形例所记载的构成的一部分或全部组合，在不脱离其主旨的范围内可进行各种各样的变形。

产业上利用性

如上述，采用本发明，可在稳定期间与变化期间之间切换控制，因此在不牺牲对于流量设定值的变化的跟踪速度的前提下，即使发生压力的变动也可抑制流量的变动，而可采用可能发生串扰等扰动的系统。且即使在特别成为问题的稳定期间内发生压力变动的情形，也可根据至少包含流量测定值与流量设定值且进一步包含有由压力传感部所检测的压力值在内的算式所计算出的开度控制信号，来进行阀门控制。因此，可针对该压力变动，进一步实现实际流量的稳定化。

Claims

1.一种质量流量控制器，包含：

流量传感部，用来测定在流路内流动的流体流量，并将表示所测定的流量测定值的流量测定信号输出；

流量控制阀，设置在此流量传感部的上游侧或下游侧；

控制部，由规定的算式计算流量控制阀的开度控制信号并加以输出，所述算式至少包含有所述流量测定信号所表示的流量测定值与目标值即流量设定值，来作为其参数；及

压力传感部，检测所述流量传感部的上游侧或下游侧的所述流体的压力，并输出表示此压力值的压力检测信号；

且所述控制部使所述算式在下列两段期间内互不相同：自所述流量设定值发生超过规定量以上的变化的时间点开始的规定期间即变化期间，与除此以外的期间即稳定期间；又

至少在所述稳定期间，所述算式的参数还包含有所述压力值。

2.如权利要求1所述的质量流量控制器，其特征在于，所述算式由下列算式(a)所表示：

V＝P·ε+I∫ε·δt+D·δε/δt+Y·Δp…(a)

其中ε＝S-OUT

又，V是反馈控制值，根据此数值设定所述开度控制信号；P、I、D、Y分别是系数；S是所述流量设定值，OUT是所述流量测定值；Δp是由所述压力传感部所检测的压力值的时间微分值或以包含时间微分值的算式所表示的数值。

3.如权利要求1所述的质量流量控制器，其特征在于，所述算式由下列算式(b)所表示：

V＝(P·ε+I∫ε·δt+D·δε/δt)·Y·Δp…(b)

其中ε＝S-OUT

4.如权利要求1所述的质量流量控制器，其特征在于，所述算式由下列算式(c)所表示：

V＝P·ε’+I∫ε’·δt+D·δε’/δt…(c)

其中ε’＝h(S，OUT，Δp)

又，V是反馈控制值，根据此数值设定所述开度控制信号；P、I、D分别是系数；S是所述流量设定值，OUT是所述流量测定值；Δp是由所述压力传感部所检测的压力值的时间微分值或以包含时间微分值的算式所表示的数值；h是至少以S、OUT、Δp为参数的函数。

5.如权利要求4所述的质量流量控制器，其特征在于，所述ε’由下列算式(d)或(e)所表示：

ε’＝S-(OUT+X·Δp)......(d)

ε’＝S-(OUT·X·Δp)......(e)

又，X是系数。

6.如权利要求4所述的质量流量控制器，其特征在于，所述ε’由下列算式(f)或(g)所表示：

ε’＝(S·X·Δp)-OUT......(f)

ε’＝(S-X·Δp)-OUT......(g)

又，X是系数。

7.如权利要求1所述的质量流量控制器，其特征在于，还包含流量输出部，对所述流量测定值施以规定的运算并输出流量表示值，此流量输出部在变化期间与稳定期间，分别对流量测定值施以不同的运算。

8.如权利要求7所述的质量流量控制器，其特征在于，所述流量输出部，在稳定期间，使所述流量测定值在时间上经过延迟后输出，而在变化期间，则以所述流量测定值直接输出。

9.如权利要求7所述的质量流量控制器，其特征在于，所述流量输出部至少以由所述压力传感部所检测的压力值的时间微分值作为参数，自所述流量测定值计算所述流量表示值。

10.如权利要求1所述的质量流量控制器，其特征在于，所述变化期间的时间被设定为一直保持一定。

11.如权利要求1所述的质量流量控制器，其特征在于，所述变化期间在流量测定值与流量设定值的偏差收敛至一定范围内的时间点结束。