CN106662882B - 对流体的流量进行控制的方法、质量流量控制装置及系统 - Google Patents

Abstract

重复执行如下的控制动作：基于管理响应时间的目标值与测量值的差异来对从流量的设定值变为非0(零)的值起到开始向流量控制阀输出打开信号为止的待机时间进行修正。由此，能够不依赖于流体的种类、设定流量、温度、压力以及设备的个体差异等地将从流量的设定值发生变化起到流量达到设定值为止的响应时间设为期望的值。可以对管理响应时间的目标值与测量值之差乘以权重系数，也可以与预先决定的流量的多个范围分别对应地执行上述控制动作。

Description

对流体的流量进行控制的方法、质量流量控制装置及系统

技术领域

本发明涉及一种对流体的流量进行控制的方法、执行该方法的质量流量控制装置以及使用该质量流量控制装置的质量流量控制系统。例如，本发明涉及一种能够恰当地用于向半导体制造装置供给的工艺气体(process gas)的供给的开始和停止以及供给量的控制的对流体的流量进行控制的方法、执行该方法的质量流量控制装置以及使用该质量流量控制装置的质量流量控制系统。

背景技术

质量流量控制装置(mass flow controller)例如广泛使用于以下目的：对在半导体的制造工艺中向腔室内供给的工艺气体的流量进行控制。质量流量控制装置不仅被单独地使用，还被用作构成如下质量流量控制系统的部件：该质量流量控制系统包括多个质量流量控制装置与其它部件的组合。

一般来说，质量流量控制装置具备作为流量的测量单元的流量计、作为流量的控制单元的流量控制阀以及对它们进行控制的控制部。使用者能够在需要供给流体(例如工艺气体等)时打开流量控制阀来开始流体的供给，如果不需要供给流体则关闭流量控制阀来停止流体的供给。另外，在流量控制阀被打开的期间，能够由流量计测量流体的流量，还能够根据测量出的流量的值来控制流量控制阀的打开。

在半导体的制造工艺中，通过向腔室内供给各种工艺气体，来制造具有精密且复杂的构造的半导体装置。为了将需要的工艺气体在需要时仅供给所需量，期望尽可能地缩短从控制部向流量控制阀传递信号起到实际开始或停止流体的供给为止的时间。因此，提出了用于使质量流量控制装置的流量控制阀无延迟地高速地开闭的各种技术。

例如在专利文献1中公开了一种能够进行与本发明的申请人的提案有关的高速的流量响应的流量控制装置和程序的发明。根据该发明，例如能够通过从驱动电路向流量控制阀输出尖峰状的电压信号来缩短使流量控制阀从关闭状态成为打开状态所需的时间。

专利文献1：国际公开第2013/115298号

发明内容

发明要解决的问题

如上所述，根据现有技术，能够在一定的范围内缩短流量控制阀的开闭动作所需的时间。但是，使包含机械部件的流量控制阀从关闭状态成为打开状态需要一定的时间，并且响应流量控制阀的开闭动作而流体的质量流量发生变化也需要一定的时间。因而，不可能使从质量流量控制装置的流量的设定值从0(零)变为非0(零)的值起到流体的流量达到其设定值为止的时间(以下称为“响应时间”(Response Time)。)完全为0(零)。

存在以下情况：与其使响应时间无限接近于0(零)，倒不如不依赖于流体(例如工艺气体等)的种类以及流量的设定值、温度及压力等条件(以下有时称为“设定条件”。)地使响应时间固定更为优选。作为用于实现后者的方法，例如考虑有以下方法等：对于预想使用的所有流体，预先测量各种设定条件下的响应时间，在向流量控制阀传递信号时，设置从预先决定的响应时间的目标值减去该响应时间的测量值所得到的待机时间。但是，关于这样的方法，用于测量各种设定条件下的响应时间的时间上和经济上的负担大，是不现实的。

另外，在使用多个质量流量控制装置的质量流量控制系统的情况下，可以想到即使流体的种类、设定条件相同，每个质量流量控制装置的响应时间也不同。如果存在这样的质量流量控制装置的个体差异，则作为质量流量控制系统整体而言，响应时间产生偏差，因此是不理想的。

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的之一在于提供一种响应时间不因流体(例如工艺气体等)的种类和设定条件以及个体差异等而产生差的对流体的流量进行控制的方法、执行该方法的质量流量控制装置以及使用该质量流量控制装置的质量流量控制系统。

用于解决问题的方案

因此，本发明所涉及的对流体的流量进行控制的方法被应用于以下质量流量控制装置，该质量流量控制装置具备：流量计，其测量流体的流量的测量值；流量控制阀，其使所述流量增加和减少；以及控制部，其基于所述测量值来控制所述流量控制阀以调节所述流量。

并且，所述控制部具备存储以下所示的参数的存储单元。

(1)所述流量的设定值；

(2)与所述流量的所述设定值对应的所述流量的管理值；

(3)从所述流量的所述设定值从零变为非零的值时起到向所述流量控制阀输出打开信号为止的期间即待机时间W；以及

(4)从所述流量的所述设定值从零变为非零的值时起到所述流量的所述测量值达到所述流量的所述管理值为止的期间即管理响应时间的目标值Tt。

此外，本发明所涉及的对流体的流量进行控制的方法包括以下所示的第一步骤至第六步骤。

第一步骤：在所述流量的所述设定值从零变为非零的值时，所述控制部开始经过时间的测量。

第二步骤：在所述经过时间达到了所述待机时间W时，所述控制部向所述流量控制阀输出与所述流量的所述设定值相应的所述打开信号。

第三步骤：所述控制部测量所述流量的所述测量值达到所述流量的所述管理值时的所述经过时间的值来作为所述管理响应时间的测量值Tm。

第四步骤：所述控制部计算从所述目标值Tt减去所述测量值Tm而得到的值来作为所述待机时间W的差ΔW。

第五步骤：在所述流量的所述设定值从非零的值变为零时，所述控制部向所述流量控制阀输出关闭信号，并且停止所述经过时间的测量，将所述经过时间的值复位为零。

第六步骤：所述控制部将所述待机时间W的值更新为对所述待机时间W加上所述差ΔW所得到的值。

每当重复执行包括如上所述的各步骤的控制动作时，待机时间W都被更新，从而管理响应时间的测量值Tm无限接近于目标值Tt，因此能够消除响应时间的偏差的问题。

根据本发明的优选的实施方式所涉及的对流体的流量进行控制的方法，所述控制部在所述第四步骤中计算对从所述目标值Tt减去所述测量值Tm得到的值乘以权重系数所得到的值来作为所述待机时间的差ΔW。通过乘以权重系数，能够适当地调整测量值Tm向目标值Tt接近的速度(所需的控制动作的重复次数)，因此能够有效地防止由于例如信号的噪声等突发性的原因而过度地修正管理响应时间，能够使质量流量控制装置的动作更加稳定。

并且，本发明的另一个优选的实施方式所涉及的对流体的流量进行控制的方法被应用于以下质量流量控制装置：该质量流量控制装置的所述控制部构成为存储与预先决定的流量的多个范围分别对应的所述流量的所述管理值、所述待机时间W以及所述目标值Tt。根据该方法，所述控制部在所述第二步骤、所述第三步骤、所述第四步骤以及所述第六步骤中使用与所述流量的多个范围中的包含所述流量的所述设定值的范围对应的所述流量的所述管理值、所述待机时间W以及所述目标值Tt。通过像这样根据流量的设定值(的范围)而分开使用流量的管理值、待机时间W以及目标值Tt，无论在流量的设定值大时，还是相反地在流量的设定值小时，都能够达成相同的响应时间，从而能够使质量流量控制装置的动作更稳定。

本发明还涉及执行如上所述的对流体的流量进行控制的方法的质量流量控制装置。根据本发明所涉及的质量流量控制装置，能够消除由于流体(例如工艺气体等)的种类和设定条件以及个体差异等引起的响应时间的偏差的问题。此外，本发明还涉及使用一个或两个以上的本发明所涉及的质量流量控制装置的质量流量控制系统。根据所述的结构，例如在具有多个种类的工艺气体供给管线的系统中，也能够使各个质量流量控制装置的管理响应时间无限接近于任意的目标值Tt。

发明的效果

根据本发明所涉及的对流体的流量进行控制的方法、质量流量控制装置以及质量流量控制系统，能够使从接收流量的设定值起到流量的测量值达到该设定值为止的响应时间无限接近于使用者能够任意地设定的目标值，因此能够消除由于流体的种类和设定条件以及装置的个体差异引起的响应时间的偏差的问题。另外，如果使用本发明所涉及的质量流量控制装置来组装质量流量控制系统，则与以往相比能够期待半导体制造工艺的再现性提高等。

附图说明

图1是表示在本发明所涉及的对流体的流量进行控制的方法中由控制部执行的控制动作的流程图。

图2是在本发明所涉及的对流体的流量进行控制的方法中最初执行的控制动作的示意图。

图3是在本发明所涉及的对流体的流量进行控制的方法中第二次以后执行的控制动作的示意图。

图4是表示本发明所涉及的对流体的流量进行控制的方法中的控制动作次数(学习次数)与管理响应时间的测量值的关系的曲线图。

图5是表示本发明所涉及的对流体的流量进行控制的方法中的控制动作次数(学习次数)与响应曲线的关系的曲线图。

具体实施方式

使用附图来在下面详细地说明用于实施本发明的方式。此外，在此记载的本发明的实施方式是为了更具体地说明本发明的内容而记载的，本发明不限定于说明书和附图所记载的实施方式。

本发明所涉及的对流体的流量进行控制的方法被应用于具备流量计、流量控制阀以及控制部的质量流量控制装置。流量计用于测量流体的流量的测量值。即，流量计被构成为作为控制的对象的流体的流量的测量单元，更具体地说，流量计能够由热式流量计、差压式流量计等公知的流量测量单元构成。流量控制阀使所述流量增加和减少。即，流量控制阀被构成为作为控制的对象的流体的流量的控制单元，更具体地说，流量控制阀能够由对流体的流路进行开闭的阀体以及对阀体进行驱动的压电元件或螺管线圈等构成。控制部基于所述测量值来控制所述流量控制阀以调节所述流量。即，控制部被构成为对构成质量流量控制装置的结构构件整体进行控制的单元，更具体地说，控制部能够由进行与各结构构件之间的信号的交换或运算处理的运算元件、输入输出单元以及存储元件等构成。

所述控制部具备存储单元，该存储单元存储所述流量的设定值、与所述流量的所述设定值对应的所述流量的管理值、待机时间W以及管理响应时间的目标值Tt，其中，该待机时间W是从所述流量的所述设定值从零变为非零的值时起到向所述流量控制阀输出打开信号为止的期间，该管理响应时间是从所述流量的所述设定值从零变为非零的值时起到所述流量的所述测量值达到所述流量的所述管理值为止的期间。这些值均是执行“本发明所涉及的对流体的流量进行控制的方法”所需的参数。上述存储单元例如能够由上述的存储元件等构成。此外，在以下的说明中，有时将进行“本发明所涉及的对流体的流量进行控制的方法”的执行所需的控制的控制部的动作称为“控制部的控制动作”。

流量的设定值是指将质量流量控制装置所要控制的流体的流量的目标值。流量的设定值例如由使用者经由控制部所具备的输入输出单元来输入，并能够存储到控制部所具备的存储单元中。或者，流量的设定值也可以预先存储在控制部所具备的存储单元中。并且，能够利用由使用者经由输入输出单元输入的流量的设定值来更新存储单元中存储的流量的设定值。

在控制部所存储的流量的设定值为0(零)的期间，不执行控制部的控制动作，从而不向流量控制阀输出打开信号，因此流体不流动。在控制部所存储的设定值从0(零)变为非0(零)的值时，执行控制部的控制动作，向流量控制阀输出打开信号，从而流体流动。在控制部执行控制动作的期间，质量流量控制装置利用公知的方法来控制流量控制阀的打开，以使流体的流量的测量值与设定值一致。流量的设定值例如是使用每分钟标准立升(standard liter per minute)等为单位来设定的。

与流量的设定值对应的流量的管理值是按被设定为非0(零)的值的流量的设定值来决定的。流量的管理值例如也由使用者经由控制部所具备的输入输出单元来输入，并能够存储到控制部所具备的存储单元中。或者，如后面详细记述的那样，能够根据流量的设定值导出流量的管理值。能够通过由使用者经由输入输出单元输入的流量的管理值或者根据流量的设定值导出的流量的管理值来更新存储单元中存储的流量的管理值。

在流量的设定值为0(零)时，不执行控制部的控制动作，因此无需决定流量的管理值。将从流量的设定值从0(零)变为非0(零)的值时起到流量的测量值达到流量的管理值为止的经过时间称为管理响应时间，其测量值用符号Tm表示。如果使流量的管理值为0(零)，则导致管理响应时间的测量值Tm也为0(零)，无法进行控制部的控制动作。因此，流量的管理值必须决定为比0(零)大的值。另外，如果使流量的管理值为与流量的设定值相同的值，则导致在由于某些理由而使流量的测量值永远达不到设定值的情况下管理响应时间的测量值Tm与其目标值(后述的目标值Tt)相比显著变大，从而控制部的控制动作变得不稳定。因此，优选的是，使流量的管理值为比流量的设定值小的值。

能够将各种各样的方法采用为与流量的设定值对应地决定流量的管理值的方法。例如可以将从流量的设定值减去固定的值所得到的值设为流量的管理值，或者也可以将对流量的设定值乘以超过0(零)且小于1的任意的值所得到的值设为流量的管理值。在后者的情况下，虽然也能够将与流量的设定值相乘的值设定为例如接近0(零)的值，但是在该情况下，流量的测量值尽管与设定值相比非常小却被视为达到了流量的管理值，因此是不理想的。因而，与流量的设定值相乘的值优选设定为0.50以上且小于1的范围。更优选的范围为0.70以上且0.98以下。并且，也可以利用预先存储在控制部所具备的存储单元中的方法来与流量的设定值对应地决定流量的管理值。

待机时间是指从流量的设定值从0(零)变为非0(零)的值时起到控制部开始向流量控制阀输出打开信号为止的时间，用符号W表示。待机时间W并不一定是固定的值，每当重复进行控制部的控制动作时都更新为新的值。将最初执行控制部的控制动作时的待机时间W称为待机时间W的初始值，使用该初始值来执行最初的控制动作。控制部原则上接收待机时间W的输入并存储该待机时间W，将该待机时间W用作初始值，但是能够省略该输入。在省略了待机时间W的输入的情况下，控制部能够将预先存储在存储单元中的包括0(零)在内的适当的值设定为待机时间W的初始值。

管理响应时间的目标值(Target Value of Controlled Response Time)是指从流量的设定值从0(零)变为非0(零)的值时起到流量的测量值达到流量的管理值为止的时间的目标值，用符号Tt表示。管理响应时间与上述的响应时间(从质量流量控制装置的流量的设定值从0(零)变为非0(零)的值起到流量达到其设定值为止的时间)对应。在使流量的管理值为与流量的设定值相同的值的情况下，管理响应时间等于响应时间。在使流量的管理值为比流量的设定值小的值的情况下，管理响应时间比响应时间短。

在流量的管理值与流量的设定值相差不大的情况下，管理响应时间也与响应时间相差不大，因此管理响应时间作为响应时间的长度的大致目标。例如，如后面详细记述的图5的例子所示的那样，在将流量的管理值设定为流量的设定值的0.90倍、将管理响应时间的目标值Tt设定为1.0s(秒)而执行了上述控制动作的情况下，作为结果而达成的响应时间为比1.0s稍长的时间。这样，通过适当地设定管理响应时间的目标值Tt，能够使响应时间的长度接近优选的长度。

另外，管理响应时间的目标值Tt在该质量流量控制装置中假定的设定条件下优选设定为与从控制部输出打开信号起到流量达到管理值为止的时间中的最长的时间相同的时间、或者比该最长的时间长的时间。通过这样，能够在预定的设定条件下始终使管理响应时间无限接近于目标值Tt。

以上说明的4个值(流体的流量的设定值和管理值、待机时间、以及管理响应时间的目标值)例如在开始进行控制动作之前由使用者经由输入输出单元输入、或者在控制部所具备的存储单元中作为初始值而预先存储，由该存储单元进行存储，并在每次需要时由运算元件进行参照。

接着，说明由控制部执行的控制动作。图1是表示控制部的控制动作的流程图。本发明中的控制动作包括第一步骤至第六步骤这6个步骤。关于控制动作，在不变更本发明的要旨的范围内既可以变更在此例示的执行6个步骤的顺序，也可以包括这些步骤以外的步骤，还可以省略一部分步骤。

第一步骤(S1)是以下步骤：在流量的设定值从0(零)变为非0(零)的值时，开始经过时间的测量。在流量设定值为0(零)的期间，流量控制阀维持关闭的状态。在流量设定值从0(零)变为非0(零)的值时，控制部以此时为起点开始经过时间的测量，之后，在到第五步骤中停止经过时间的测量为止的期间内持续经过时间的测量。

第二步骤(S2)是以下步骤：在经过时间达到了待机时间W时，向流量控制阀输出与流量的设定值相应的打开信号。此处所说的“待机时间W”在控制部最初执行控制动作的情况下是指控制部接收到的或由控制部设定的待机时间W的初始值，而在控制部执行第二次以后的控制动作的情况下是指在之前执行的控制动作的第六步骤(S6)中更新后的待机时间W。

另外，“打开信号”是指为了使流量控制阀从关闭状态变为打开状态并维持该打开状态而从控制部向流量控制阀提供的信号。例如在使用常开型的流量控制阀的情况下，在输出为0(零)时，流量控制阀的开度为全开。因而，打开信号包括输出例如为0(零)的情况。在将压电元件用于流量控制阀的阀体的驱动的情况下，能够使用电压信号作为打开信号，在使用螺管线圈的情况下，能够使用电流信号作为打开信号。在第二步骤中开始进行的打开信号的输出一直持续到在后述的第五步骤中被停止为止。

第三步骤(S3)是以下步骤：测量流量的测量值达到流量的管理值时的经过时间的值来作为管理响应时间的测量值Tm。在此，参照图2，图2是表示在本发明中最初执行的控制动作的示意图。横轴表示经过时间，纵轴表示流量(设定值、管理值以及测量值)。由实线表示的(由矩形构成的)曲线图表示在某个时间将流量的设定值从0(零)设定为非0(零)的值(S1)直到经过一定时间之后再次设定为0(零)(S5)为止的情形。由虚线表示的(包含曲线的)曲线图表示由流量计测量出的流量的测量值的变化。当流量的设定值从0(零)被设定为非0(零)的值之后经过待机时间(Standby Time)W时，开始向流量控制阀输出打开信号(S2)。测量流量达到管理值(在图2中为对流量的设定值乘以0.90所得到的值)时的经过时间来作为管理响应时间的测量值(Measured Value of Controlled Response Time)。该测量值用符号Tm表示。

第四步骤(S4)是以下步骤：计算从管理响应时间的目标值Tt减去测量值Tm所得到的值来作为待机时间W的差ΔW。作为使管理响应时间(的测量值Tm)接近目标值Tt的方法，能够考虑各种方法，但是在本发明中，作为具体的方法，采用对待机时间W进行更新的方法。更具体地说，通过采用对待机时间W加上从管理响应时间的目标值Tt减去测量值Tm得到的值(即，差ΔW)所得到的值来作为新的待机时间W，能够使下一次以后的动作时的管理响应时间的测量值Tm接近目标值Tt。第四步骤是这一系列的调整动作中的求出待机时间W的差ΔW的步骤。

在此，再次参照图2，在图2中，管理响应时间的测量值Tm比目标值Tt短，两者存在差。因此，计算从管理响应时间的目标值Tt减去测量值Tm所得到的值，将该值视为待机时间W的差ΔW。

第五步骤(S5)是以下步骤：在流量的设定值从非0(零)的值变为0(零)时，向流量控制阀输出关闭信号，并且停止经过时间的测量且将测量时间复位为0(零)。“关闭信号”是指为了使流量控制阀从打开状态变为关闭状态并维持该关闭状态而提供的信号。例如，在使用常闭型的流量控制阀的情况下，在输出为0(零)时，流量控制阀的开度为全闭。因而，关闭信号包括输出例如为0(零)的情况。与打开信号同样地，能够将电压信号或电流信号用于关闭信号。在第五步骤中开始进行的关闭信号的输出一直持续到在下一次的控制动作中的第二步骤中输出打开信号为止。

将经过时间复位为0(零)的理由在于，使在前一次的控制动作中测量出的经过时间暂时为0(零)，从而以流量的设定值再次从0(零)变为非0(零)的值时为起点来重新开始经过时间的测量。此外，在一次控制动作中使用经过时间的值的步骤为第一步骤至第三步骤。因而，执行经过时间的测量的停止和值的复位的时机只要在第三步骤完成之后到第六步骤开始为止的期间内即可，可以是该期间内的任一时机，也可以在不同的时机分别执行经过时间的测量的停止和值的复位。

第六步骤(S6)是以下步骤：将待机时间W的值更新为对待机时间W加上所述差ΔW所得到的值。在质量流量控制装置进行流体的供给的期间执行上述的第一步骤至第六步骤，由此对要在下一次以后的控制中使用的待机时间W进行更新(update)。

此外，在第四步骤中获得更新待机时间W所需要的差ΔW的值。因而，执行待机时间W的更新的时机只要在第四步骤完成之后到下一次的控制动作中的第一步骤开始之前的期间内即可，可以是该期间内的任一时机。

本发明的控制部在最初执行包括第一步骤至第六步骤的控制动作之后，每当流量的设定值从0(零)变为非0(零)的值时都重复执行该控制动作。由此，每当重复进行控制动作时，控制部都进行学习并更新待机时间W，其结果，能够使管理响应时间的测量值Tm无限接近于目标值Tt。

在此，参照图3，图3是表示在本发明中在第二次以后执行的控制动作的示意图。在图3中标记为待机时间W的时间表示在前一次的控制动作中的第六步骤中更新后的待机时间。这样，在图3中，由于待机时间W被更新为新的值，因此与图2的情况相比，待机时间W变长。其结果，几乎不存在管理响应时间的目标值Tt与测量值Tm的差，两者大致一致。

此外，本发明的最终目的在于降低响应时间的偏差，但是由于无法直接调整响应时间，因此作为其替代方案，将待机时间作为控制量而实现了管理响应时间的偏差的降低。在此，认为管理响应时间与响应时间并不一定为一次函数那样的简单的对应关系。但是，根据本发明，能够通过重复执行包括第一步骤至第六步骤的一系列的控制动作来使管理响应时间的测量值Tm无限接近于目标值Tt，其结果，能够降低响应时间的偏差。

另外，如上所述的控制动作例如能够通过由运算元件按照保存在控制部所具备的存储单元中的程序进行各种运算处理以及信号的输入输出来实现。

接着，说明在待机时间W的更新中使用权重系数的本发明的优选的实施方式。在该实施方式中，在第四步骤中计算对从管理响应时间的目标值Tt减去测量值Tm得到的值乘以权重系数所得到的值来作为所述待机时间的差ΔW。即，“权重系数”是作为以下指标的数值：使在前一次的控制动作中获取到的目标值Tt与测量值Tm的差在下一次的控制动作中反映多少程度。

在权重系数为1的情况下，在第六步骤中，将从管理响应时间的目标值Tt减去测量值Tm的值所得到的值直接与待机时间W的值相加来更新待机时间W。在权重系数为0(零)的情况下，从管理响应时间的目标值Tt减去测量值Tm的值所得到的值不与待机时间W的值相加，从而不更新待机时间W的值。在该情况下，前一次的控制动作中的学习的结果完全不被反映在下一次的控制动作中。在权重系数被设定为0(零)至1之间的数值的情况下，待机时间W被修正的程度与权重系数为1时相比变少。因而，作为权重系数，能够设定比0(零)大且1以下的值。

在本发明中使用权重系数的优点如下。设想在使用质量流量控制装置来控制流体的流量时由于某些理由(例如来自装置外部的电信号噪声的影响和配管系统的压力的突发变动等)而管理响应时间的测量值Tm呈现异常值的情况。在权重系数被设定为1的情况下，待机时间W受到该异常值的强烈影响，而被更新为与目前为止的值相差很大的值。于是，之后的质量流量控制装置的动作变得不稳定，作为结果，存在以下担忧：管理响应时间的测量值Tm较大地偏离目标值Tt，管理响应时间的测量值Tm达到目标值Tt所需要的时间变长。

另一方面，在权重系数被设定为小于1的值的情况下，一点一点地进行基于之前的控制动作的待机时间W的修正，因此不容易受到异常值的影响。其结果，具有质量流量控制装置的动作稳定这样的效果。在本发明中，权重系数能够设定为单个的数值(固定的固定值)，或者也能够按照使质量流量控制装置进行动作的条件而分开使用多个权重系数。

图4是表示改变权重系数时的控制动作次数(学习次数)与管理响应时间的测量值Tm的关系的曲线图。在该曲线图中，利用平滑的曲线连接离散的数据来进行表示。流量的管理值为设定值的0.90倍，待机时间W的初始值为0.3s(秒)(300ms)，管理响应时间的目标值Tt为0.8s(800ms)。当将权重系数设定为0.1、0.3、0.5、0.7以及0.9时的曲线图进行比较时可知，在权重系数的值接近0时，管理响应时间的测量值Tm缓慢地接近于目标值Tt，与此相对地，在权重系数的值接近1时，测量值Tm快速地接近于目标值Tt。

此外，在本发明的上述实施方式中，在第四步骤中，将对管理响应时间的目标值Tt与测量值Tm之差乘以权重系数所得到的值视为待机时间的差ΔW。然而，在这样的本发明的实施方式的一个变形例中，也可以在第四步骤中将管理响应时间的目标值Tt与测量值Tm的差异(例如从前者减去后者所得到的值)视为待机时间的差ΔW，在第六步骤中，将对待机时间的差ΔW乘以权重系数所得到的值与待机时间W相加，由此更新待机时间W。

图5是表示各控制动作次数(学习次数)的质量流量控制装置的流量的响应曲线的曲线图。流量的管理值为设定值的0.90倍，待机时间W的初始值为0(零)s，管理响应时间的目标值Tt为1.0s，权重系数为0.5。曲线图的横轴为从经过时间的测量开始起的时间(s)，纵轴为相对于额定流量的流量比率(％)。可知，在最初的控制动作中，管理响应时间的测量值Tm为0.5s左右，但是每当增加控制动作的次数，都逐渐地无限接近于目标值Tt的1.0s。

另外，一般来说，响应时间具有如下的倾向：流量的设定值的变化越大，则响应时间越短，流量设定值的变化越小，则响应时间越长。然而，如前述的那样，期望与流量的设定值的变化的大小无关地使响应时间为固定。因此，在本发明的另一个优选的实施方式中，流量被划分为多个范围，控制部存储与这些多个范围分别对应的流量的管理值、待机时间W以及管理响应期间的目标值Tt。并且，控制部在上述的第二步骤、第三步骤、第四步骤以及第六步骤中使用与流量的多个范围中的包含流量的设定值的范围对应的流量的管理值、待机时间W以及目标值Tt。

根据所述结构，能够根据流量的设定值的范围更精细地调整待机时间W的初始值。具体地说，例如能够在流量的设定值大时将待机时间W的初始值设定为比较大的值，相反地，在流量的设定值小时将待机时间W的初始值设定为比较小的值。其结果，对于广范围内的流量的设定值，能够使管理响应时间接近于相同的目标值Tt。因而，无论在流量的设定值大时，还是相反地在流量的设定值小时，都能够达成相同的响应时间，从而能够使质量流量控制装置的动作更稳定。

本发明所涉及的质量流量控制装置与一般的质量流量控制装置同样地具备测量流体的流量的测量值的流量计、使流体的流量增加和减少的流量控制阀以及基于由流量计测量出的测量值来控制流量控制阀以调节流体的流量的控制部。并且，本发明所涉及的质量流量控制装置所具备的控制部具备存储单元，该存储单元存储流量的设定值、与流量的设定值对应的管理值、从流量的设定值从0(零)变为非0(零)的值时起到向流量控制阀输出打开信号为止的期间即待机时间W以及从流量的设定值从0(零)变为非0(零)的值时起到流量的测量值达到流量的管理值为止的期间即管理响应时间的目标值Tt。

此外，上述控制部执行如上述那样的本发明所涉及的对流体的流量进行控制的方法(即，控制动作)。具体地说，上述控制部在流量的设定值从0(零)变为非0(零)的值时开始经过时间的测量，在经过时间达到了待机时间W时，向流量控制阀输出与流量的设定值相应的打开信号，测量流量的测量值达到流量的管理值时的经过时间的值来作为管理响应时间的测量值Tm，计算从管理响应时间的目标值Tt减去测量值Tm所得到的值来作为待机时间W的差ΔW，在流量的设定值从非0(零)的值变为0(零)时，向流量控制阀输出关闭信号，并且停止经过时间的测量且将经过时间的值复位为0(零)，将待机时间W的值更新为对待机时间W加上差ΔW所得到的值。

在本发明的优选的实施方式所涉及的质量流量控制装置中，上述控制部构成为计算对从管理响应时间的目标值Tt减去测量值Tm得到的值乘以权重系数所得的值来作为待机时间的差ΔW。由此，一点一点地进行基于之前的控制动作的待机时间W的修正，因此不容易受到异常值的影响。其结果，具有质量流量控制装置的动作稳定这样的效果。

在本发明的另一个优选的实施方式所涉及的质量流量控制装置中，上述存储单元构成为存储与预先决定的流量的多个范围分别对应的流量的管理值、待机时间W以及管理响应时间的目标值Tt，上述控制部构成为在控制动作中使用与流量的多个范围中的包含流量的设定值的范围对应的流量的管理值、待机时间W以及目标值Tt。由此，对于广范围内的流量的设定值，使管理响应时间接近于相同的目标值Tt，由此能够达成相同的响应时间，从而能够使质量流量控制装置的动作更稳定。

此外，关于具备如上述那样的控制部的本发明所涉及的质量流量控制装置的结构和该质量流量控制装置所执行的控制动作，在关于本发明所涉及的对流体的流量进行控制的方法的上述说明中已经详细地进行了记述，因此在此省略说明。

本发明所涉及的质量流量控制系统使用一个或两个以上的本发明所涉及的质量流量控制装置。在此，“质量流量控制系统”是指以流体的质量流量的控制为目的的、包括多个质量流量控制装置与其它部件的组合的系统。根据所述结构，在具备一个质量流量控制装置的情况下，能够构建具有上述的本发明的效果的质量流量控制系统。另外，在具备两个以上的质量流量控制装置的情况下，例如关于针对按所使用的工艺气体的种类而独立地设置的各个配管设置的多个质量流量控制装置，能够使响应时间一致为一个值，或者在存在响应时间的个体差异的情况下能够消除其个体差异。

附图标记说明

S1：第一步骤；S2：第二步骤；S3：第三步骤；S4：第四步骤；S5：第五步骤；S6：第六步骤；W：待机时间；ΔW：待机时间的差；Tm：管理响应时间的测量值；Tt：管理响应时间的目标值。

Claims (7)

1.一种使用质量流量控制装置来对流体的流量进行控制的方法，该质量流量控制装置具备：

流量计，其测量流体的流量的测量值；

流量控制阀，其使所述流量增加和减少；以及

控制部，其基于所述测量值来控制所述流量控制阀以调节所述流量，

其中，所述方法的特征在于，

该质量流量控制装置的所述控制部具备存储单元，该存储单元存储所述流量的设定值、与所述流量的所述设定值对应的所述流量的管理值、待机时间W以及管理响应时间的目标值Tt，其中，该待机时间W是从所述流量的所述设定值从零变为非零的值时起到向所述流量控制阀输出打开信号为止的期间，该管理响应时间是从所述流量的所述设定值从零变为非零的值时起到所述流量的所述测量值达到所述流量的所述管理值为止的期间，

所述对流体的流量进行控制的方法包括以下步骤：

第一步骤，在所述流量的所述设定值从零变为非零的值时，所述控制部开始经过时间的测量；

第二步骤，在所述经过时间达到了所述待机时间W时，所述控制部向所述流量控制阀输出与所述流量的所述设定值相应的所述打开信号；

第三步骤，所述控制部测量所述流量的所述测量值达到所述流量的所述管理值时的所述经过时间的值来作为所述管理响应时间的测量值Tm；

第四步骤，所述控制部计算从所述目标值Tt减去所述测量值Tm所得到的值来作为所述待机时间W的差ΔW；

第五步骤，在所述流量的所述设定值从非零的值变为零时，所述控制部向所述流量控制阀输出关闭信号，并且停止所述经过时间的测量，将所述经过时间的值复位为零；以及

第六步骤，所述控制部将所述待机时间W的值更新为对所述待机时间W加上所述差ΔW所得到的值。

2.根据权利要求1所述的对流体的流量进行控制的方法，其特征在于，

在所述第四步骤中，所述控制部计算对从所述目标值Tt减去所述测量值Tm得到的值乘以权重系数所得到的值来作为所述待机时间的差ΔW。

3.根据权利要求1或2所述的对流体的流量进行控制的方法，其特征在于，

所述控制部构成为存储与预先决定的流量的多个范围分别对应的所述流量的所述管理值、所述待机时间W以及所述目标值Tt，

在所述第二步骤、所述第三步骤、所述第四步骤以及所述第六步骤中，所述控制部使用与所述流量的多个范围中的包含所述流量的所述设定值的范围对应的所述流量的所述管理值、所述待机时间W以及所述目标值Tt。

4.一种质量流量控制装置，具备：

流量计，其测量流体的流量的测量值；

流量控制阀，其使所述流量增加和减少；以及

控制部，其基于所述测量值来控制所述流量控制阀以调节所述流量，

其中，所述质量流量控制装置的特征在于，

该质量流量控制装置的所述控制部具备存储单元，该存储单元存储所述流量的设定值、与所述流量的所述设定值对应的所述流量的管理值、待机时间W以及管理响应时间的目标值Tt，其中，该待机时间W是从所述流量的所述设定值从零变为非零的值时起到向所述流量控制阀输出打开信号为止的期间，该管理响应时间是从所述流量的所述设定值从零变为非零的值时起到所述流量的所述测量值达到所述流量的所述管理值为止的期间，

所述控制部构成为执行如下的控制动作：

在所述流量的所述设定值从零变为非零的值时，开始经过时间的测量，

在所述经过时间达到了所述待机时间W时，向所述流量控制阀输出与所述流量的所述设定值相应的所述打开信号，

测量所述流量的所述测量值达到所述流量的所述管理值时的所述经过时间的值来作为所述管理响应时间的测量值Tm，

计算从所述目标值Tt减去所述测量值Tm所得到的值来作为所述待机时间W的差ΔW，

在所述流量的所述设定值从非零的值变为零时，向所述流量控制阀输出关闭信号，并且停止所述经过时间的测量，将所述经过时间的值复位为零，

将所述待机时间W的值更新为对所述待机时间W加上所述差ΔW所得到的值。

5.根据权利要求4所述的质量流量控制装置，其特征在于，

所述控制部构成为计算对从所述目标值Tt减去所述测量值Tm得到的值乘以权重系数所得到的值来作为所述待机时间的差ΔW。

6.根据权利要求4或5所述的质量流量控制装置，其特征在于，

所述存储单元构成为存储与预先决定的流量的多个范围分别对应的所述流量的所述管理值、所述待机时间W以及所述目标值Tt，

所述控制部构成为在所述控制动作中使用与所述流量的多个范围中的包含所述流量的所述设定值的范围对应的所述流量的所述管理值、所述待机时间W以及所述目标值Tt。

7.一种质量流量控制系统，使用一个或两个以上的根据权利要求4至权利要求6中的任一项所述的质量流量控制装置。

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