CN102564509A

CN102564509A - 流体测量系统、设备、方法及流体测量设备管理方法

Info

Publication number: CN102564509A
Application number: CN2011103192796A
Authority: CN
Inventors: 松浦和宏; 高仓洋; 古川幸正; 安田忠弘
Original assignee: Horiba Stec Co Ltd
Current assignee: Horiba Stec Co Ltd
Priority date: 2010-10-20
Filing date: 2011-10-19
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2031-10-19
Also published as: CN102564509B; JP2012107871A; JP5864849B2; US9719829B2; US20120101744A1; KR20120041136A

Abstract

本发明提供一种流体测量系统、设备、方法及流体测量设备管理方法。可以提高具有流量测量设备和控制设备的流量测量系统的养护性。流量测量系统(100)包括MFC(2)以及管理该MFC(2)的控制设备(3)，所述MFC(2)包括：流量传感器(21)以及相关数据存储部(D1)，该相关数据存储部(D1)用于存储流量计算相关数据，该流量计算相关数据用于使用了由所述流量传感器(21)得到的测量数据的流体计算，所述控制设备(3)从所述相关数据存储部(D1)取得所述流量计算相关数据，并使用所述流量传感器(21)的所述测量数据和所述流量计算相关数据进行流量计算。

Description

流体测量系统、设备、方法及流体测量设备管理方法

技术领域

本发明涉及例如具有质量流量控制器等流体测量设备及管理所述流体测量设备的控制设备的流体测量系统。

背景技术

如专利文献1所示，作为以往的流量测量系统具有一或多个质量流量传感器等流量测量设备及用于管理所述流量测量设备的控制设备。在该流量测量系统中，在设置在控制设备中的存储器中存储有各流量测量设备的校准数据、校准曲线数据、流量测量设备的ID或使流量测量设备动作的代码等。

但是，对于校准数据等存储在控制设备中的流量测量系统，当因流量测量设备的故障等而更换流量测量设备时，需要与该流量测量设备对应，在存储器中重新写入更换后的流量测量设备的校准数据等。在此，更换流量测量设备并进行校准的操作以及重新在存储器中写入校准数据等的操作，需要在将流量测量设备连接在控制设备上的状态下进行。即，需要在生产线等现场校准流量测量设备，并需要在生产线等现场进行在控制设备中写入校准数据等的操作，因此存在养护性差的问题。

专利文献1：日本专利公开公报特表2005-531069号

发明内容

鉴于所述问题，本发明的主要目的在于，仅通过将流体测量设备与控制设备连接，该控制设备就可以自动取得与流体计算相关的数据，从而可以提高流体测量系统的养护性。

即，本发明提供一种流体测量系统，具有流体测量设备及管理该流体测量设备的控制设备，其特征在于，所述流体测量设备包括流体传感器以及相关数据存储部，该相关数据存储部存储流体计算相关数据，该流体计算相关数据用于使用了由所述流体传感器得到的测量数据的流体计算，所述控制设备从所述相关数据存储部取得所述流体计算相关数据，并使用所述流体传感器的所述测量数据和所述流体计算相关数据进行流体计算。另外，作为流体传感器，可以列举：测量流体的流量的流量传感器、测量流体的压力的压力传感器、测量流体中规定成分的浓度的浓度传感器或测量流体的混合比的比率传感器，等等。

按照所述流体测量系统，仅通过连接控制设备和流体测量设备，控制设备就可以自动取得连接的流体测量设备的固有的流体计算相关数据。由此，通过将流体计算相关数据仅预先存储在流体测量设备中，就可以不在生产线等使用现场进行数据输入操作，从而可以提高养护性。此外，即使在控制设备因故障等需要更换时，由于流体计算相关数据存储在流体测量设备中，所以仅通过连接新的控制设备和流体测量设备，就可以不用进行输入流体计算相关数据操作地构成流体测量系统。特别是，尽管在流体测量设备中，因流体传感器的仪器误差造成的测量误差占有较大比例，但是通过使所述流体计算相关数据中预先包含用于修正流体传感器的仪器误差的数据，所以可以无须在现场输入仪器误差修正用的数据的操作，从而可以提高养护性。

优选的是，所述流体测量设备具有AD转换器，所述AD转换器将从所述流体传感器输出的模拟信号转换成作为所述测量数据的数字信号，所述流体计算相关数据包含AD转换特性数据，所述AD转换特性数据表示所述AD转换器的AD转换特性。由此，可以考虑设置在流体测量设备中的AD转换器的转换特性后计算流体的流量等，从而可以修正AD转换时的转换误差，因而可以高精度地进行流体计算。此外，可以减小因AD转换器的仪器误差导致的误差。

如果控制设备从AD转换器直接取得数字信号，则存在因AD转换的等待时间会导致控制设备的其他处理受到制约的问题。为解决该问题，优选的是，所述流体测量设备具有处理器，所述处理器从所述AD转换器取得所述数字信号并存储在存储器中，所述控制设备通过所述处理器取得由所述AD转换器转换成的所述数字信号。由此，可以降低控制设备的处理器的处理量，在使用相同性能的处理器时，可以进行更高速的处理并控制更多的流体控制设备。

优选的是，所述流体传感器是流量传感器，所述流体测量设备是质量流量控制器，该质量流量控制器还包括流量调节阀，所述控制设备对计算出的流量值和流量设定值进行比较计算，并使用该比较计算的结果控制所述流量调节阀。由此，在流路流量测量设备为质量流量控制器的情况下，如果按照以往的方式则向控制设备输入的数据量也会增加，但是本发明却无须增加向控制设备输入的数据量，可以进一步提高养护性。

作为适合在所述流体测量系统中使用的流体测量设备，与控制设备连接并被该控制设备管理，其特征在于，所述流体测量设备包括流体传感器以及相关数据存储部，该相关数据存储部用于存储流体计算相关数据，该流体计算相关数据用于使用了由所述流体传感器得到的测量数据的流体计算，从所述相关数据存储部向所述控制设备输出所述流体计算相关数据，并向所述控制设备输出所述流体传感器的所述测量数据。

此外，作为适合在所述流体测量系统中使用的流体测量设备中使用的方法，其特征在于，该方法是用于流体测量设备的流体测量方法，所述流体测量设备具有流体传感器，并且该流体测量设备与控制设备连接，并接受该控制设备的管理，所述流体测量方法使计算机作为相关数据存储部，所述相关数据存储部用于存储流体计算相关数据，该流体计算相关数据用于使用了由所述流体传感器得到的测量数据的流体计算。

另一方面，作为适合在所述流体测量系统中使用的控制设备中使用的方法，该方法是流体测量设备管理方法，其特征在于，所述流体测量设备管理方法管理流体测量设备，该流体测量设备包括流体传感器以及相关数据存储部，该相关数据存储部用于存储流体计算相关数据，该流体计算相关数据用于使用了由所述流体传感器得到的测量数据的流体计算，所述流体测量设备管理方法使计算机作为相关数据取得部和流体计算部，所述相关数据取得部从所述相关数据存储部取得所述流体计算相关数据，所述流体计算部使用所述流体传感器的所述测量数据和所述流体计算相关数据进行流体计算。

按照所述的本发明，仅通过将流体测量设备与控制设备连接，就可以自动取得与流体计算相关的数据，从而可以提高流体测量系统的养护性。

附图说明

图1是本发明一个实施方式的流量测量系统的结构示意图。

图2是与图1为相同实施方式的MFC和控制设备的设备结构图。

图3是与图1为相同实施方式的控制设备的功能构成图。

附图标记说明

100…流量测量系统

2…质量流量控制器(流量测量设备)

21…流量传感器

22…流量调节阀

D1…相关数据存储部

24…AD转换器

25…处理器

3…控制设备

具体实施方式

下面参照附图说明本发明的流量测量系统的一个实施方式。

<装置构成>

如图1所示，本实施方式的流量测量系统100，例如装在气体面板上，构成半导体制造装置的材料供给线的一部分，流量测量系统100包括多个流量测量设备2以及控制设备3，该控制设备3通过与所述多个流量测量设备2之间进行数据的发送和接收，对所述多个流量测量设备2进行管理。本实施方式的流量测量系统100的所述多个流量测量设备2在厚度方向上并排配置，控制设备3配置在所述多个流量测量设备2的上部。此外，多个流量测量设备2在厚度方向上的尺寸的总和与控制设备3在厚度方向上的尺寸基本相同。另外，多个流量测量设备2与控制设备3通过总线连接，并且相对于控制设备3可以更换各流量测量设备2。此外，流量测量设备2的厚度很薄。在此，由于要求尽可能减小半导体制造装置的设置面积，因此要求使MFC等流量测量设备自身结构紧凑以减小该流量测量设备的设置面积。因此，通过使多个流量测量设备2的一部分构成在控制设备3中共用，可以减少流量测量设备2的构成部件，所以能够减小流量测量设备2的厚度。

所述多个流量测量设备2分别设置在多个流路的每一个上，各流量测量设备2分别控制流过对应的各流路内的流体的质量流量。具体而言，如图2所示，流量测量设备2是质量流量控制器(MFC)，该MFC2包括：差压式流量传感器21，测量流过流路内的流体的质量流量；流量调节阀22，调节流过流路内的流体的质量流量；以及温度传感器(未图示)，测量流体温度。所述MFC2收容在与控制设备3的壳体不同的壳体内。

另外，流量传感器21输出与流量对应的作为模拟信号的流量测量信号，并且所述流量传感器21包括：感测部21a，将流体的瞬时流量作为电信号检测出来；以及内部电路21b，对来自所述感测部21a的电信号进行放大等。流量调节阀22的阀开度例如可以通过由压电元件等构成的驱动器来改变，通过从外部提供作为电信号的开度控制信号来驱动所述驱动器，按照所述开度控制信号的值调节阀开度，来控制流体的流量。

此外，各流量测量设备(MFC)2包括：相关数据存储部D1，用于存储流量计算相关数据，所述流量计算相关数据用于使用了由所述流量传感器21得到的测量数据的流量计算；AD转换器24，用于将所述流量传感器21输出的模拟信号转换为作为测量数据的数字信号；以及处理器25，从所述AD转换器24取得数字信号。

另外，所述相关数据存储部D1由设置在流量测量设备2中的存储器23(例如EEPROM等可以重写内容的ROM等)构成。此外，所述处理器25使用PLD(Programmable Logic Device，可编程逻辑器件)构成。而且处理器25把从AD转换器24取得的测量数据临时存储在处理器25内的存储器(例如RAM等)或所述存储器23的规定区域中。

在此，流量计算相关数据是由各MFC2决定的固有数据，并且是用于根据由MFC2得到的测量数据计算流量测量值所需要的数据。具体而言，流量计算相关数据包括：校准曲线数据(传感器输出-流量值数据)，表示相对于每种气体的传感器输出(测量数据)的流量测量值；校准数据，用于修正构成MFC2的流量传感器21和其他构成部件(例如温度传感器、节流器等)的仪器误差；转换特性数据，表示AD转换器24的转换特性；PID(Proportional control Integral control Derivative control，比例控制积分控制微分控制)的调整系数数据，在计算阀开度控制信号时使用；实际流量和测量流量的校准曲线数据；以及产品的可追溯性数据(表示修正工具的版本信息的数据)；等等。此外，在连接在控制设备3上之前的单体的MFC2的状态下，例如在MFC2的出厂阶段等中，由操作者将所述流量计算相关数据存储在MFC2的相关数据存储部D1中。此外，在MFC2连接到控制设备3上之后，根据需要也可以重写所述流量计算相关数据。

控制设备3通过总线与所述多个MFC2连接并管理所述MFC2，并且控制设备3根据来自各MFC2的测量数据来计算流量，并控制各MFC2的流量调节阀22。

具体而言，如图2所示，控制设备3由通用或专用的计算机构成，所述通用或专用的计算机具有CPU301、存储器302、输入输出接口303、AD转换器304及DA转换器305等，控制设备3被收容在与MFC2不同的壳体内。此外，如图3所示，通过根据存储在存储器302中的流量测量程序，使CPU301和其周边设备协同动作，控制设备3作为相关数据取得部31、取得数据存储部D2、测量数据取得部32、流量计算部33以及开度控制部34等发挥功能。此外，控制设备3还具备电源电路部35和用于与外部进行通信的外部通信部36等。

下面对各部分以及控制设备3和各MFC2的动作一起进行说明。

在控制设备3的初始化或接通电源时等，相关数据取得部31确认连接的MFC2的台数。而后，相关数据取得部31根据连接的MFC2的台数，在控制设备3的存储器302(例如RAM等)中，作为从各MFC2取得的数据的存储区域确保取得数据存储部D2。然后，相关数据取得部31取得存储在所连接的各MFC2的相关数据存储部D1中的流量计算相关数据以及存储在其他的存储器区域中的与居于上位的控制装置通信所必需的数据等，并将取得的数据存储在取得数据存储部D2中。

另外，当MFC2的处理器25从相关数据取得部31接收到读入命令时，MFC2的处理器25从相关数据存储部D1读入流量计算相关数据，并将其发送到相关数据取得部31。此外，当该处理器25从控制设备3接收到向相关数据存储部D1等存储器23写入的命令时，所述处理器25在相关数据存储部D1等存储器23的规定区域中存储指定的数据。

此后，测量数据取得部32以规定周期从各MFC2的处理器25取得并读入测量数据。

另外，各MFC2的处理器25，按照各个信道(channel)发出AD转换器24的AD转换命令，根据AD转换器24的等待时间，从AD转换器24取得作为测量数据的数字信号，并将取得的数字信号存储在各MFC2的存储器23或处理器25的存储器内。然后，当从测量数据取得部32传来AD转换值(测量数据)的要求时，处理器25发回存储在所述存储器中的测量数据。这样，控制设备3的测量数据取得部32只要从MFC2的处理器25取得存储在存储器内的测量数据即可，因此可以与AD转换器24的等待时间无关地取得测量数据。由此，可以降低控制设备3的CPU301的处理量，在使用相同性能的CPU301时，能进行更高速的处理并能进行更多的流量控制设备3的控制。

此外，流量计算部33使用由所述测量数据取得部32取得的测量数据和由所述流量计算相关数据取得部31取得的流量计算相关数据，计算流量测量值。另外，所述流量计算部33除了计算流量测量值以外，还从设置在MFC2内的温度传感器等取得检测信号，并根据所述检测信号也计算出流体温度等。

开度控制部34对由所述流量计算部33计算出的各MFC2的流量测量值与各MFC2中预设的流量设定值进行比较，计算所述流量测量值和流量设定值的偏差。此外，开度控制部34对所述偏差至少进行比例计算(合适的是PID计算)，计算出对各MFC2的流量调节阀22的反馈控制值。进而，开度控制部34将表示计算出的反馈控制值的控制信号输出至各MFC2的流量调节阀22，来控制流量调节阀22的开度。由此，控制流过各流路的流体的流量。

<本实施方式的效果>

按照所述构成的本实施方式的流量测量系统100，仅通过连接控制设备3和MFC2，控制设备3就能自动取得连接的MFC2所特有的流量计算相关数据。由此，通过预先在MFC2中存储特有的流量计算相关数据，就可以省去在生产线等使用现场的数据输入操作，可以提高养护性。此外，即使在控制设备因故障等需要更换时，由于MFC2中存储有流量计算相关数据，所以仅通过连接新的控制设备3和MFC2，就可以不用输入流量计算相关数据地构成流体系统100。此外，由于控制设备3中设有CPU，而MFC2中未设置CPU，所以流量系统100整体上可以实现节能。因为MFC2中未设置CPU等控制设备，所以可以减小MFC2的厚度。此外，能够将多个MFC2与一个控制设备3连接，可以实现结构紧凑的流量测量系统100。

此外，流量计算相关数据包含表示AD转换器24的AD转换特性的AD转换特性数据，可以考虑MFC2中设置的AD转换器24特有的转换特性后来计算流量，所以能修正AD转换时的转换误差从而高精度地计算流量。

<其他的变形实施方式>

另外，本发明不限于所述实施方式。

例如，在相关数据取得部预先确定了流过流路的流体的气体种类时，可以仅取得与该气体种类对应的相关数据。这样，无须取得与流量计算无关的相关数据，所以能有效地利用控制设备的存储器。

此外，在所述实施方式中，控制设备连接多个MFC，但是此外，控制设备也可以与一个MFC连接，使控制设备和MFC一一对应。

此外，所述实施方式的流量测量系统是作为连接MFC而构成的流量控制系统发挥功能，但是本发明也可以适用于连接质量流量计等其他的流量测量设备的系统。

此外，作为装载在所述实施方式的MFC中的处理器，除了PLD以外，也可以使用CPU、MPU等处理装置。

此外，所述实施方式的MFC的流量传感器为差压式，但是此外，也可以使用热式流量传感器或使用了音速喷嘴的压力式流量传感器。

另外，在所述实施方式中，例示了流体传感器是流量传感器的流量测量设备，但是此外，流体传感器也可以是压力传感器、浓度传感器或比率传感器等测量流体的物理量的传感器。

此外，不言而喻，本发明不限于所述实施方式，在不脱离本发明技术思想的范围内可以进行各种变形。

Claims

1.一种流体测量系统，具有流体测量设备及管理该流体测量设备的控制设备，其特征在于，

所述流体测量设备包括流体传感器以及相关数据存储部，该相关数据存储部存储流体计算相关数据，该流体计算相关数据用于使用了由所述流体传感器得到的测量数据的流体计算，

所述控制设备从所述相关数据存储部取得所述流体计算相关数据，并使用所述流体传感器的所述测量数据和所述流体计算相关数据进行流体计算。

2.根据权利要求1所述的流体测量系统，其特征在于，所述流体测量系统具有多个所述流体测量设备。

3.根据权利要求1所述的流体测量系统，其特征在于，

所述流体测量设备具有AD转换器，所述AD转换器将从所述流体传感器输出的模拟信号转换成作为所述测量数据的数字信号，

所述流体计算相关数据包含AD转换特性数据，所述AD转换特性数据表示所述AD转换器的AD转换特性。

4.根据权利要求3所述的流体测量系统，其特征在于，

所述流体测量设备具有处理器，所述处理器从所述AD转换器取得所述数字信号并存储在存储器中，

所述控制设备通过所述处理器取得由所述AD转换器转换成的所述数字信号。

5.根据权利要求1所述的流体测量系统，其特征在于，

所述流体传感器是流量传感器，

所述流体测量设备是质量流量控制器，该质量流量控制器还包括流量调节阀，

所述控制设备对计算出的流量值和流量设定值进行比较计算，并使用该比较计算的结果控制所述流量调节阀。

6.一种流体测量设备，与控制设备连接并被该控制设备管理，其特征在于，

所述流体测量设备包括流体传感器以及相关数据存储部，该相关数据存储部用于存储流体计算相关数据，该流体计算相关数据用于使用了由所述流体传感器得到的测量数据的流体计算，

从所述相关数据存储部向所述控制设备输出所述流体计算相关数据，并向所述控制设备输出所述流体传感器的所述测量数据。

7.一种流体测量方法，其特征在于，用于流体测量设备，该流体测量设备具有流体传感器，并且该流体测量设备与控制设备连接，并接受该控制设备的管理，

所述流体测量方法使计算机作为相关数据存储部，所述相关数据存储部用于存储流体计算相关数据，该流体计算相关数据用于使用了由所述流体传感器得到的测量数据的流体计算。

8.一种流体测量设备管理方法，其特征在于，所述流体测量设备管理方法管理流体测量设备，该流体测量设备包括流体传感器以及相关数据存储部，该相关数据存储部用于存储流体计算相关数据，该流体计算相关数据用于使用了由所述流体传感器得到的测量数据的流体计算，

所述流体测量设备管理方法使计算机作为相关数据取得部和流体计算部，所述相关数据取得部从所述相关数据存储部取得所述流体计算相关数据，所述流体计算部使用所述流体传感器的所述测量数据和所述流体计算相关数据进行流体计算。