CN110045755A - 校准数据制作装置、校准数据制作方法和流量控制装置 - Google Patents

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Abstract

为了提供不需要重新组装流体控制阀就能够以无级方式制作校准数据的校准数据制作装置、校准数据制作方法和流量控制装置，校准数据制作装置制作位置传感器的校准数据，位置传感器设于控制流体的流体控制阀，输出与相对于阀座在接触分离方向上移动的阀体的位置对应的输出值，所述校准数据制作装置包括：流量传感器；压差控制机构；温度控制机构；以及控制部，所述控制部包括：输出值取得部；阀开度控制部；以及校准数据制作部。

Description

校准数据制作装置、校准数据制作方法和流量控制装置
技术领域
本发明涉及校准数据制作装置、校准数据制作方法和流量控制装置。
背景技术
以往，在半导体制造工序中，作为控制向成膜室(chamber)供给的流量的流体控制装置，例如如专利文献1所示，其包括：流体控制阀，具备位置传感器，该位置传感器输出与相对于阀座在接触分离方向上移动的阀体的位置对应的输出值；以及流量传感器，测量流体的流量。
所述流体控制装置构成为基于位置传感器的输出值控制流体控制阀的阀开度，以使流量传感器的输出值接近预先确定的目标值。
但是，如果在流体控制阀内流动的流体的温度成为高温，则构成流体控制阀的各构件因热量的影响而变形，由于该原因而存在如下问题：在位置传感器的输出值与实际的阀开度之间产生偏差，不能准确地控制流量。特别是在作为位置传感器使用检测流体控制阀的阀体相对于阀座的相对位置的电涡流传感器的情况下，除了所述原因以外，电涡流传感器自身受到温度的影响，这种偏差变得显著。
另外，以往以来，为了取得用于对伴随温度变化产生的位置传感器的输出值与实际的阀开度的偏差进行校准的校准数据，在阀座和阀体之间夹入垫片，在使阀开度固定的状态下，边使流体控制阀的温度变化边取得位置传感器的输出值来制作校准数据。
但是，在这种方法中存在如下问题：为了更换垫片，每次都需要重新组装流体控制阀，此外，由于利用垫片来调整阀开度，所以只能分阶段地调整阀开度而不能取得详细的校准数据。
专利文献1：日本专利公开公报特开2017-72216号
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种校准数据制作装置和校准数据制作方法，不重新组装流体控制阀就能够以无级方式制作校准数据。
即，本发明提供一种校准数据制作装置，其制作位置传感器的校准数据，所述位置传感器设置于控制流体的流体控制阀，输出与相对于阀座在接触分离方向上移动的阀体的位置对应的输出值，所述校准数据制作装置包括：流量传感器，测量向所述流体控制阀流动的流体的流量；压差控制机构，控制所述流体控制阀的上游与下游之间的压差；温度控制机构，控制所述流体控制阀的温度；以及控制部，在通过所述压差控制机构以使通过所述流体控制阀的流体成为音速的方式控制所述压差的状态下，通过所述温度控制机构使所述流体控制阀的温度从基准温度改变为与所述基准温度不同的比较温度，所述控制部包括：输出值取得部，取得分别从所述位置传感器和所述流量传感器输出的所述基准温度下的基准输出值；阀开度控制部，在通过所述温度控制机构控制为所述比较温度的状态下，以使从所述位置传感器和所述流量传感器中的一方输出的输出值成为所述一方的所述基准输出值的方式对所述流体控制阀的阀开度进行控制；以及校准数据制作部，在通过所述阀开度控制部控制所述流体控制阀的阀开度之后，基于从所述位置传感器和所述流量传感器中的另一方输出的校准数据制作用输出值制作校准数据。
按照这样的校准数据制作装置，形成流体以音速向流体控制阀流动的状态亦即在流体控制阀的阀开度为相同的情况下流体以固定的流量流动的状态，在该状态下使流体控制阀的温度变化来制作校准数据，该校准数据用于根据上述温度变化前后的位置传感器和流量传感器的输出值对位置传感器的温度变化的影响进行校准，因此不需要重新组装流体控制阀，就能够制作位置传感器的校准数据。另外，在伴随相对于基准温度的温度变化的位置传感器的输出值与基准温度下的输出值的偏差中包括：伴随上述温度变化，位置传感器自身受到温度影响而产生的偏差(以下也称为第一偏差)；以及伴随上述温度变化，构成流体控制阀的各构件受到温度影响(具体地说各构件的热膨胀)而产生的偏差(以下也称为第二偏差)，按照本发明，能够抽出校准数据，所述校准数据表示温度变化与包含伴随上述温度变化而产生的第一偏差的位置传感器的输出值与基准温度下的输出值的偏差(具体地说包含伴随上述温度变化产生的第一偏差、且不包含第二偏差的一部分或全部的位置传感器的输出值与基准温度下的输出值的偏差)的关系。此外，通过控制流体控制阀的阀开度，能够以无级方式调节阀开度，由此能够取得详细的校准数据。另外，作为基准温度可以选择位置传感器的输出值与实际的阀开度的位置不容易产生偏差的温度(例如常温25℃)。此外，校准数据包含表示相对于基准温度的温度变化与、伴随上述温度变化产生的位置传感器的输出值与基准温度下的输出值的偏差的关系；以及表示用于修正上述关系的温度补偿系数与温度的关系；等等。
具体地说，可以采用下述方式：所述阀开度控制部以使从所述流量传感器输出的输出值成为所述流量传感器的所述基准输出值的方式对所述流体控制阀的阀开度进行控制，所述校准数据制作部基于从所述位置传感器输出的校准数据制作用输出值和所述位置传感器的所述基准输出值制作校准数据。此外，可以采用下述方式：所述控制部还包括理论公式存储部，所述理论公式存储部存储理论公式，所述理论公式表示在所述流体控制阀内流动的流体的流量、所述流体控制阀的阀开度和所述阀开度的温度补偿系数的关系，所述阀开度控制部以使从所述位置传感器输出的输出值成为所述位置传感器的所述基准输出值的方式对所述流体控制阀的阀开度进行控制，所述校准数据制作部基于从所述流量传感器输出的校准数据制作用输出值、预先确定的所述基准温度下的所述流体控制阀的阀开度和所述理论公式制作校准数据。
此外，可以采用下述方式：所述压差控制机构包括压力控制装置，所述压力控制装置设置在所述流体控制阀的上游，能够控制该上游的压力并将其保持为固定。此外，可以采用下述方式：所述流量传感器设置在所述压力控制装置的上游。
此外，可以采用下述方式：所述校准数据制作装置还包括音速检测机构，所述音速检测机构检测在所述流体控制阀内流动的流体是否成为音速，所述音速检测机构包括：腔室，设置在所述流体控制阀的下游；压力传感器，测量所述腔室内的压力；以及音速检测部，在流体导入减压了的所述腔室内之后，当由所述压力传感器测量的压力值的上升率成为固定时，检测为在所述流体控制阀内流动的流体成为音速。
按照这样的构成，能够准确地把握流体以固定的流量向流体控制阀流动的状态。
此外，本发明还提供一种存储介质，其上存储有用于校准数据制作装置的控制程序，所述校准数据制作装置制作位置传感器的校准数据，所述位置传感器设置于控制流体的流体控制阀，输出与相对于阀座在接触分离方向上移动的阀体的位置对应的输出值，所述校准数据制作装置包括：流量传感器，测量向所述流体控制阀流动的流体的流量；压差控制机构，控制所述流体控制阀的上游与下游之间的压差；温度控制机构，控制所述流体控制阀的温度；以及控制部，在通过所述压差控制机构以使通过所述流体控制阀的流体成为音速的方式控制所述压差的状态下，通过所述温度控制机构使所述流体控制阀的温度从基准温度改变为与所述基准温度不同的比较温度，取得分别从所述位置传感器和所述流量传感器输出的所述基准温度下的基准输出值，在通过所述温度控制机构控制为所述比较温度的状态下，以使从所述位置传感器和所述流量传感器中的一方输出的输出值成为所述一方的所述基准输出值的方式对所述流体控制阀的阀开度进行控制，之后基于从所述位置传感器和所述流量传感器中的另一方输出的校准数据制作用输出值制作校准数据。
此外，本发明还提供一种校准数据制作方法，其制作位置传感器的校准数据，所述位置传感器设置于控制流体的流体控制阀，检测与相对于阀座在接触分离方向上移动的阀体的位置对应的值，所述校准数据制作方法包括如下步骤：在以使通过所述流体控制阀的流体成为音速的方式控制所述流体控制阀的上游与下游的压差的状态下，使所述流体控制阀从基准温度改变为与所述基准温度不同的比较温度，取得从所述位置传感器和测量向所述流体控制阀流动的流量的流量传感器输出的所述基准温度下的基准输出值；在使所述流体控制阀成为所述比较温度的状态下，以使从所述位置传感器和所述流量传感器中的一方输出的输出值成为所述一方的所述基准输出值的方式对所述流体控制阀的阀开度进行控制；以及在控制所述流体控制阀的阀开度之后，基于从所述位置传感器和所述流量传感器中的另一方输出的校准数据制作用输出值制作校准数据。
此外，本发明还提供一种流量控制装置，其包括：流体控制阀，控制流体；流量传感器，测量向所述流体控制阀流动的流体的流量；温度传感器，测量所述流体控制阀的温度；以及流量控制部，以使由所述流量传感器测量的流量测量值接近预先确定的流量目标值的方式进行控制，所述流量控制部包括：校准数据存储部，存储校准数据，所述校准数据表示所述温度传感器的相对于预先确定的基准温度的温度变化和、伴随所述温度变化产生的所述位置传感器的输出值与所述基准温度下的输出值的偏差的关系；以及阀开度控制部，参照所述温度传感器的输出值，利用所述校准数据对所述位置传感器的输出值进行校准，基于校准后的输出值对所述流体控制阀的阀开度进行控制。
按照这样的构成，由于能够校准伴随温度变化产生的位置传感器的输出值与实际的阀体相对于阀座的位置的偏差来控制流量，所以能够通过流体控制阀更准确地控制流体的流量。
按照以上述方式构成的本发明的校准数据制作装置和校准数据制作方法，不重新组装流体控制阀，就能够以无级方式调整流体控制阀的阀开度并制作详细的校准数据。
附图说明
图1是表示实施方式1的流体控制阀的示意图。
图2是表示实施方式1的校准数据制作装置的示意图。
图3是表示实施方式1的校准数据制作装置的控制部的框图。
图4是表示实施方式1的校准数据制作装置的动作的流程图。
图5是表示实施方式1的校准数据的一个例子的图。
图6是表示实施方式1的流量控制装置的示意图。
图7是表示实施方式2的校准数据制作装置的控制部的框图。
图8是表示实施方式2的校准数据制作装置的动作的流程图。
附图标记说明
100 校准数据制作装置
200 流量控制装置
300 流体控制阀
400 流量传感器
PS 位置传感器
10 阀座
30 阀体
60 温度传感器
120 温度控制机构
130 压差控制机构
130a 压力控制机构
140 温度传感器
150 音速检测机构
151 腔室
152 压力传感器
160 控制部
161、161′ 压差控制部
162、162′ 温度控制部
163、163′ 输出值取得部
164、164′ 阀开度控制部
165、165′ 关联数据取得部
166、166′ 校准数据制作部
167、167′ 校准数据保存部
168′ 理论公式存储部
210 流量控制部
212 校准数据存储部
213 校准部
214 阀开度控制部
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的校准数据制作装置进行说明。
本发明的校准数据制作装置100例如制作用于校准流体控制装置200所具备的流体控制阀300的位置传感器PS的校准数据，所述流体控制装置200在半导体制造工序中控制向成膜室等供给的流体(材料气体)的供给量。另外，在实施方式1中，在对流体控制阀300进行说明之后，说明通过校准数据制作装置100制作位置传感器PS的校准数据的步骤，最后对流体控制装置200进行说明。
<实施方式1>
本实施方式的流体控制阀300例如是常闭型的流体控制阀。具体地说，流体控制阀300包括：块体20，设置有阀座10；阀体30，与阀座10接触；以及驱动部件40，驱动阀体30而使阀开度变化。另外，阀开度表示阀座10与阀体30的分离距离。另外，阀体30包括接触面30a，该接触面30a与设置于块体20的阀座10的阀座面10a接触。
在所述块体20的一面上设置有阀座10。具体地说，在块体20的一面上设置有切削成环形而形成的凹部21，从该凹部21的中央突出的部分成为阀座10。向上游延伸的上游流道L1的一端在凹部21开口，向下游延伸下游流道L2的一端在阀座10开口。此外，阀座10的下游流道L2开口的面成为阀座面10a。
所述驱动部件40例如包括：压电堆41，层叠多个压电元件而形成；以及动作部42，利用压电堆41的伸长而移动。另外，压电堆41通过位移反转机构43与动作部42连接，所述位移反转机构43使压电堆41的伸长的动作反转并对其进行传递。此外，动作部42包括：柱塞42a，与阀体30连接；以及隔膜构件42b，设置在所述柱塞42a的周围。
由此，如果对所述流体控制阀300的压电堆41施加电压，则所述压电堆41伸长，其伸长的动作通过位移反转机构43反转并向动作部42传递，动作部42使阀体30向开阀方向移动。其结果，阀座面10a与接触面30a只分开与对压电堆41施加的施加电压对应的距离并形成间隙，通过该间隙连通上游流道L1和下游流道L2。另外，阀体30在未向压电堆41施加电压的状态下成为关闭状态。
此外，在所述流体控制阀300设置有位置传感器PS，该位置传感器PS输出与接触面30a相对于阀座面10a的相对位置对应的输出值。另外，与相对位置对应的输出值是指阀座面10a与接触面30a的相对距离或与相对距离关联的值。
所述位置传感器PS安装在阀体30或与阀体30一起移动的构件(例如本实施方式的柱塞42)或相对于这些构件静止的静止构件中的任意一方上。另外，本实施方式的位置传感器PS是电涡流传感器。电涡流传感器安装在静止构件侧。此外，在作为与阀体30一起移动的构件的柱塞42上安装有目标构件51，该目标构件51在阀体30相对于阀座10接触分离的方向(阀体的移动方向)上与电涡流传感器相对并具有导电性。因此，电涡流传感器检测与目标构件51的距离。
接着，说明制作校准数据的校准数据制作装置100，所述校准数据用于对所述流体控制阀300的位置传感器PS进行校准。
如图2所示，本发明的校准数据制作装置100包括：流量传感器110，测量在流体控制阀300内流动的流体的流量；温度控制机构120，控制流体控制阀300的温度；压差控制机构130，控制流体控制阀300的上游与下游的压差；温度传感器140，测量流体控制阀300的温度；以及音速检测机构150，检测向流体控制阀300流动的流体的流量成为音速。
流量传感器110、温度控制机构120、压差控制机构130、温度传感器140和音速检测机构150从上游朝向下游以上述顺序设置在流道L上。此外，流体控制阀300以能够更换的方式连接在压差控制机构130和音速检测机构140之间的流道L上。另外，虽然未图示，但是流道L的上游端与流体供给装置连接，流道L的下游端与减压泵连接。
所述流量传感器110是热式质量流量传感器。具体地说，流量传感器110包括：形成流道L的旁路的流量测量管111；以及缠绕在流量测量管111的上游和下游的一对发热电阻丝112。另外，流量传感器110还包括流量计算部113，该流量计算部113基于由于流体在流量测量管111内流动而产生的一对发热电阻丝112、112的温度差，计算在流量测量管111内流动的流体的流量值。另外，流量计算部113基于流道L与流量测量管111的分流比，计算在流道L内流动的质量流量。此外，在流道L上的流量测量管111的分路点和合流点之间设置有层流元件114。
所述温度控制机构120是加热器，由缠绕在构成流道L的配管上的电热丝等构成。此外，温度控制机构120通过控制流入流体控制阀300的流体的加热温度，控制流体控制阀300的温度上升。
所述压差控制机构130控制流体控制阀300的上游与下游之间的压差并将压差保持为固定。具体地说，压差控制机构130包括设置在流体控制阀300的上游的压力控制机构130a。另外，压力控制机构130a包括：控制流体的压力的压力控制阀131；以及测量流体的压力的第一压力传感器132。另外，压力控制阀131以使由第一压力传感器132测量的压力值成为预先确定的目标压力值的方式进行反馈控制。
所述温度传感器140测量流体控制阀300的温度或其周围温度。另外，温度传感器140可以安装在流体控制阀300自身上，也可以安装在流体控制阀300的周围。在后者的情况下，只要设置在包围流体控制阀300的箱体(未图示)内即可。
在向流体控制阀300流动的流体的速度成为音速的情况下，所述音速检测机构150检测该情况。具体地说，音速检测机构150包括：设置在流体控制阀300的下游的腔室151；以及测量腔室151内的压力的第二压力传感器152。另外，音速检测机构150以如下方式构成：在流体从流体控制阀300流入减压了的腔室151后，当由第二压力传感器152测量的腔室151内的压力的上升率变成固定时，判断为向流体控制阀300流动的流体的速度成为音速。
此外，所述校准数据制作装置100还包括控制部160。控制部160具有所谓的计算机，该计算机包括CPU、存储器、A/D·D/A转换器和输入输出部等，控制部160执行存储在所述存储器中的程序，通过各种设备协作实现各功能。
具体地说，如图3所示，所述控制部160包括：压差控制部161，通过压差控制机构130，控制流体控制阀300的上游与下游之间的压差；温度控制部162，通过温度控制机构120控制流体控制阀300的温度；输出值取得部163，通过温度控制部162取得基准温度下的位置传感器PS和流量传感器110的输出值；阀开度控制部164，以使从流量传感器110输出的输出值返回到温度变化前的输出值的方式对流体控制阀300的阀开度进行控制；关联数据取得部165，获得将校准数据制作用输出值与比较温度取得了关联的关联数据，所述校准数据制作用输出值由在利用阀开度控制部164控制阀开度后的位置传感器PS检测；校准数据制作部166，基于由关联数据取得部165取得的关联数据制作校准数据；以及校准数据保存部167，将由校准数据制作部166制作的校准数据保存在存储器中。
所述压差控制部161通过利用压力控制机构130a使流体控制阀300上游的压力上升，使流体控制阀300的上游与下游之间产生压差。另外，压力控制机构130a构成为参照由第一压力传感器132测量的压力值，对压力控制阀131进行反馈控制。此外，在通过音速检测机构150检测到向流体控制阀300流动的流体的流量成为音速之后，通过压力控制机构130a将流体控制阀300的上游的压力保持为固定并将压差保持为固定。另外，如果向流体控制阀300流动的流体的速度成为音速，则在流体控制阀300内流动的流体的流量不再增加而成为固定。
在通过压差控制部161使向流体控制阀300流动的流体的速度成为音速的状态下亦即将向流体控制阀300流动的流体的流量保持为固定的状态下，所述温度控制部162对流入流体控制阀300的流体进行加热，使流体控制阀300的温度变化。具体地说，温度控制部162以如下方式构成：参照由温度传感器140测量的温度值进行反馈控制，以使流体控制阀300的温度从设定为常温或接近常温的温度的基准温度变化为与该基准温度不同的比较温度。
在通过温度控制部162使流体控制阀300的温度成为基准温度的情况下，所述输出值取得部163取得分别从位置传感器PS和流量传感器110输出的基准温度下的基准输出值。
在通过温度控制部162将流体控制阀300的温度控制为比较温度的状态下，所述阀开度控制部164对流体控制阀300的阀开度进行控制，以使从流量传感器110输出的输出值返回到基准输出值。具体地说，以如下方式构成：参照流量传感器110的输出值，对流体控制阀300的阀开度进行反馈控制。
在通过阀开度控制部164控制阀开度之后，所述关联数据取得部165获得将从位置传感器PS输出的输出值与比较温度取得了关联的关联数据。
所述校准数据制作部166改变比较温度，基于在每个改变后的比较温度下得到的关联数据和基准输出值，制作校准数据。另外，如图5所示，作为校准数据例如得到像修正量与温度大体成比例关系那样的校准曲线，所述修正量用于修正包含在关联数据中的位置传感器PS的校准数据制作用输出值与基准输出值的偏差。此外，由校准数据制作部166制作的校准数据保存在校准数据保存部167中。
接着，对所述校准数据制作装置100的动作进行说明。
将流体控制阀300的阀开度调节至完全关闭附近的初始阀开度。此外，如果从输入部向校准数据制作装置输入运转信号，则压差控制部161使流体控制阀300的上游的压力上升，由此，使流体控制阀300的上游与下游的压力差上升(步骤S1)。接着，如果音速检测机构150检测到向流体控制阀300流动的流体的速度到达音速，则压差控制部161将流体控制阀300的上游的压力保持为固定，并将流体控制阀300的上游与下游之间的压差保持为固定(步骤S2、S3)。另一方面，如果音速检测机构150未检测到向流体控制阀300流动的流体的速度到达音速，则压差控制部161使流体控制阀300上游的压力进一步上升，由此，使流体控制阀300的上游与下游的压力差进一步上升(步骤S2、S4)。
接着，在压差控制部161将流体控制阀300的上游与下游之间的压差保持为固定的状态下亦即将向流体控制阀300流动的流体的流量保持为固定的状态下，温度控制部162控制流入流体控制阀300的流体，将流体控制阀300调节为基准温度(步骤S5)。在该状态下，输出值取得部163取得位置传感器PS和流量传感器110的基准温度下的基准输出值(步骤S6)。接着，温度控制部162控制流入流体控制阀300的流体的温度，将流体控制阀300的温度调节为比较温度(步骤S7)。另外，在该状态下，位置传感器PS的输出值偏离基准温度下的输出值，在该偏差中包含第一偏差和第二偏差两种，所述第一偏差是因从基准温度上升至比较温度而产生的且是位置传感器PS自身受到热量影响而产生的，所述第二偏差是因构成流体控制阀300的各构件的热膨胀而产生的。
接着，阀开度控制部164以使从流量传感器110输出的输出值返回到基准输出值的方式对流体控制阀300的阀开度进行控制(步骤S8)。在该状态下，关联数据取得部166获得将从位置传感器PS输出的校准数据制作用输出值与比较温度取得了关联的关联数据(步骤S9)。另外，所述校准数据制作用输出值是消除了第二偏差而仅包含第一偏差的值。这是利用了如下的情况：在向流体控制阀300流动的流体保持为音速的状态下，如果使流量传感器110的输出值一致，则流体控制阀300的阀开度相同。因此，所述关联数据是将仅包含第一偏差的校准数据制作用输出值与比较温度取得了关联的数据。
此外，直到比较温度到达上限温度为止，边使比较温度上升边反复执行步骤S7～步骤S9，对每个比较温度取得关联数据(步骤S10、S11)。最后，如果比较温度到达上限温度，则校准数据制作部167基于关联数据制作校准数据(步骤S12)。
另外，边使流体控制阀300的初始阀开度从完全关闭附近逐渐扩大至完全打开附近边反复进行所述动作，对每个阀开度制作校准数据。
将用所述校准数据制作装置100制作了校准数据的流体控制阀300从校准数据制作装置100取下并设置于流量控制装置200。
接着，对流量控制装置200进行说明。
所述流量控制装置200是所谓的质量流量控制器。具体地说，如图6所示，所述流量控制装置200包括：流体控制阀300，通过校准数据制作装置100制作了校准数据；以及流量传感器400，测量流入流体控制阀300的流体的流量。此外，流体控制阀300与温度传感器60连接。
所述流量传感器400是热式质量流量传感器。具体地说，流量传感器400包括：设置有流道L3的块体410；形成流道L3的旁路的流量测量管420；以及缠绕在流量测量管420的上游和下游上的一对发热电阻丝430。此外，在流道L3上的流量测量管420的分路点和合流点之间设置有层流元件440。
此外，所述流量控制装置200是以将流体控制阀300的流道L1与流量传感器400的流道L3连通的方式连接两个块体20、410而形成的。
此外，所述流量控制装置200包括流量控制部210，该流量控制部210以使由流量传感器400测量到的流量值接近预先确定的流量目标值的方式对流体控制阀300进行控制，流量控制部210具有所谓的计算机，该计算机包括CPU、存储器、A/D·D/A转换器和输入输出部等，所述流量控制部210执行存储在所述存储器中的程序，通过各种设备协作来实现所述各功能。
具体地说，流量控制部210包括：流量计算部211，基于从流量传感器400输出的信号，计算在流道L3内流动的流体的流量；校准数据存储部212，存储由校准数据制作装置100制作的位置传感器PS的校准数据；校准部213，基于由温度传感器60测量的温度值和校准数据，对由位置传感器PS检测的输出值进行校准；以及阀开度控制部214，基于由校准部213校准的校准输出值对流体控制阀300的阀开度进行控制，以使由流量计算部211计算出的流量值接近预先确定的流量目标值。
另外，阀开度控制部214具有存储公式和基准数据的存储部，所述公式表示流体控制阀300的流量与阀开度的关系，所述基准数据表示在预先确定的基准温度下的位置传感器PS的输出值与阀开度的关系，阀开度控制部214参照所述基准数据求出与校准输出值对应的阀开度，将该阀开度代入所述公式计算流量，并以使所述流量接近流量目标值的方式对流体控制阀300进行控制。另外，在存储部中预先存储有表示流体控制阀300的流量与阀开度的关系的映射数据(map data)，可以代替所述公式而使用将该映射数据。另外，通过以上述方式根据位置传感器PS的输出计算流量，例如即使像流量上升或下降时那样在来自流量传感器400的输出中发生时间延迟的情况下，也能够推定向流体控制阀300流动的流量。因此，在容易发生流量控制延迟的上升和下降时，阀开度控制部214基于根据流量控制阀300的开度计算的流量与目标流量值的偏差，进行流量控制阀300的反馈控制。另一方面，在流量稳定为目标流量值之后，阀开度控制部214基于由流量传感器400测量的流量与目标流量值的偏差，进行流量控制阀300的反馈控制。由此，能够实现提高流量控制的初始响应速度，并且能够在流量稳定后针对干扰实现鲁棒控制。
所述流量计算部211基于因流体在流量测量管420内流动而产生的一对发热电阻丝430的温度差，计算在流量测量管420内流动的流体的流量值，并基于流道L3与流量测量管420的分流比，计算在流道L3内流动的质量流量。
接着，对流量控制装置200的动作进行说明。
如果动作信号输入流量控制装置200，则流量计算部211基于在一对发热电阻丝430中产生的温度差，计算在流道L3内流动的流体的流量。接着，阀开度控制部214以使由流量计算部211计算出的流量值接近预先确定的流量目标值的方式对阀开度进行控制。在该情况下，校准部213基于由温度传感器60测量的温度值和校准数据，对由位置传感器PS检测的输出值进行校准，并且随时将上述校准后的校准输出值向阀开度控制部214发送，阀开度控制部214基于校准输出值控制阀开度。
<实施方式2>
本实施方式是所述实施方式1的校准数据制作装置100的变形例。具体地说，与实施方式1的校准数据制作装置100的装置构成相同，但是控制部160不同，伴随于此，制作校准数据的步骤也不同。
如图7所示，本实施方式的校准数据制作装置100的控制部160′包括：压差控制部161′，通过压差控制机构130控制流体控制阀300的上游与下游之间的压差；温度控制部162′，通过温度控制机构120控制流体控制阀300的温度；输出值取得部163′，通过温度控制部162′取得基准温度下的位置传感器PS和流量传感器110的输出值；阀开度控制部164′，以使从位置传感器PS输出的输出值返回到温度变化前的输出值的方式对流体控制阀300的阀开度进行控制；理论公式存储部168′，存储理论公式，该理论公式表示向流体控制阀300流动的流体的流量与其阀开度的关系；关联数据取得部165′，基于在由阀开度控制部164′控制阀开度之后从流量传感器110输出的校准数据制作用输出值和理论公式，取得关联数据，该关联数据是将比较温度与用于修正该比较温度下的位置传感器PS的输出值的温度补偿系数取得关联而得到的；校准数据制作部166′，基于由关联数据取得部165′取得的关联数据制作校准数据；以及校准数据保存部167′，将由校准数据制作部166′制作的校准数据保存在存储器中。另外，压差控制部161′、温度控制部162′、输出值取得部163′和校准数据保存部167′分别具有与实施方式1的相当的部分相同的功能。
在通过温度控制部162控制为比较温度的状态下，所述阀开度控制部164′以使从位置传感器PS输出的输出值返回到基准输出值的方式对流体控制阀300的阀开度进行控制。具体地说，构成为参照位置传感器PS的输出值，对流体控制阀300的阀开度进行反馈控制。
所述理论公式存储部168′存储表示流体控制阀300的理想模型的理论公式。另外，作为理论公式的一个例子可以考虑从以下式(1)和式(3)得到的公式。
即，可以通过式(1)计算在流体控制阀300内流动的质量流量m。
另外，ρ是流体密度，v是流体速度，Aflow是有效总流量面积。
此外，由式(2)表示有效总流量面积Aflow。
Aflow＝πCdDoΔh…式(2)
另外，Cd是流出系数(另外流出系数是表示节流孔的性能的经验数值，表示为雷诺数的函数。此外，流出系数在整个流量范围可以视为大体固定)，DO是阀座的开口直径，Δh是阀开度(阀座的阀座面与阀体的接触面的距离)。
从上述式(2)可以看出，有效总流量面积Aflow是使阀座的开口端缘延伸到相对的阀体的接触面的筒状的面积。具体地说，在本实施方式中，阀座的开口端缘是圆形，有效总流量面积Aflow是使该开口端缘延伸到相对的阀体的接触面的圆筒形状的面积。
此外，如果考虑温度变化，则由式(3)和式(4)表示有效总流量面积Aflow。
Aflow＝π*Cd*Do[1+αΔT]*[Δh*hT(ΔT)]…式(3)
ΔT＝Ta-Tcal…式(4)
另外，α是形成阀座的金属的热膨胀，hT(ΔT)是温度补偿系数，Tα是实际的温度，Tcal是基准温度。在此，流出系数Cd和阀座的开口直径DO是已知的值，此外，形成阀座的金属的热膨胀α是能够准确预测的值。
所述关联数据取得部165′获得将温度补偿系数与比较温度取得了关联的关联数据，将在由阀开度控制部164′控制阀开度之后从流量传感器110输出的输出值和预先确定的基准温度下的基准阀开度的值代入理论公式而得到所述温度补偿系数。另外，作为基准阀开度的值可以使用Δh的值，在使流体控制阀300成为基准温度的状态下将流量传感器110的输出值代入所述式(1)和所述式(2)而得到所述Δh的值。
所述校准数据制作部166′改变比较温度，并且基于在每个比较温度下得到的关联数据来制作校准数据。另外，作为校准数据例如得到温度补偿系数与温度大体成比例关系的校准曲线。此外，由校准数据制作部166′制作的校准数据保存在校准数据保存部167′中。
接着，对本实施方式的校准数据制作装置100的动作进行说明。另外，由于本实施方式的校准数据制作装置100与实施方式1的校准数据制作装置100的步骤S1～S8进行同样的动作，所以省略这些步骤的说明。
在输出值取得部163′从位置传感器PS和流量传感器110取得基准温度下的基准输出值之后，阀开度控制部164′以使从位置传感器PS输出的输出值返回到基准输出值的方式对流体控制阀300的阀开度进行控制(步骤S8)。在该状态下，关联数据取得部166′将从流量传感器110输出的校准数据制作用输出值和基准阀开度代入理论公式计算温度补偿系数，获得将所述温度补偿系数与温度(例如比较温度或从基准温度向比较温度变化的温度变化量)取得了关联的关联数据(步骤S9)。另外，在式(3)中包含α，该α表示形成阀座的金属的热膨胀。因此，通过使用由关联数据取得部166′计算出的温度补偿系数，能够计算对位置传感器PS的输出值与基准温度下的输出值的偏差进行了修正的阀开度，该偏差包含伴随位置传感器PS自身的温度变化而产生的第一偏差和伴随构成流体控制阀300的各构件的温度变化而产生的第二偏差的一部分(具体地说，伴随构成流体控制阀300的阀座以外的各构件的温度变化产生的偏差)。
此外，直到比较温度到达上限温度为止，边使比较温度上升边反复执行步骤S7～步骤S9，在每个比较温度取得关联数据(步骤S10、S11)。最后，如果比较温度到达上限温度，则校准数据制作部167基于关联数据制作校准数据(步骤S12)。另外，边使流体控制阀300的初始阀开度从完全关闭附近逐渐扩大至完全打开附近边反复进行所述动作，对每个阀开度制作校准数据。
另外，在将通过本实施方式的校准数据制作装置制作了校准数据的流体控制阀300用于流体控制装置200的情况下，能够基于所述理论公式和校准数据，计算并设定与预先确定的流量目标值对应的初始阀开度。
<其它实施方式>
在所述实施方式中，作为位置检测传感器PS使用电涡流传感器，但是也可以使用线性传感器。另外，也可以使用电容式传感器。在该情况下，由于电容式传感器其自身不那么受温度的影响，所以不能得到将本发明应用于电涡流传感器时那样的效果。
此外，在所述实施方式中，将把压电元件作为驱动部件的流体控制阀作为对象来制作校准数据，但是例如也可以将把螺线管线圈作为驱动部件的流体控制阀作为对象来制作校准数据。
此外，在所述实施方式中，作为所述流量控制装置200举例说明了热式质量流量控制器，但是也可以是压力式质量流量控制器。
此外，在所述实施方式的校准数据制作装置100中，控制流体控制阀300的上游的压力，并且控制流体控制阀300的上游与下游的压差，但是并不限定于此，也可以仅控制下游的压力，还可以控制上游和下游双方的压力。
此外，本发明并不限定于所述各实施方式，可以在不脱离本发明宗旨的范围内进行各种变形。

Claims (9)

1.一种校准数据制作装置，其制作位置传感器的校准数据，所述位置传感器设置于控制流体的流体控制阀，输出与相对于阀座在接触分离方向上移动的阀体的位置对应的输出值，
所述校准数据制作装置的特征在于，
所述校准数据制作装置包括：
流量传感器，测量向所述流体控制阀流动的流体的流量；
压差控制机构，控制所述流体控制阀的上游与下游之间的压差；
温度控制机构，控制所述流体控制阀的温度；以及
控制部，在通过所述压差控制机构以使通过所述流体控制阀的流体成为音速的方式控制所述压差的状态下，通过所述温度控制机构使所述流体控制阀的温度从基准温度改变为与所述基准温度不同的比较温度，
所述控制部包括：
输出值取得部，取得分别从所述位置传感器和所述流量传感器输出的所述基准温度下的基准输出值；
阀开度控制部，在通过所述温度控制机构控制为所述比较温度的状态下，以使从所述位置传感器和所述流量传感器中的一方输出的输出值成为所述一方的所述基准输出值的方式对所述流体控制阀的阀开度进行控制；以及
校准数据制作部，在通过所述阀开度控制部控制所述流体控制阀的阀开度之后，基于从所述位置传感器和所述流量传感器中的另一方输出的校准数据制作用输出值制作校准数据。
2.根据权利要求1所述的校准数据制作装置，其特征在于，
所述阀开度控制部以使从所述流量传感器输出的输出值成为所述流量传感器的所述基准输出值的方式对所述流体控制阀的阀开度进行控制，
所述校准数据制作部基于从所述位置传感器输出的校准数据制作用输出值制作校准数据。
3.根据权利要求1所述的校准数据制作装置，其特征在于，
所述控制部还包括理论公式存储部，所述理论公式存储部存储理论公式，所述理论公式表示在所述流体控制阀内流动的流体的流量、所述流体控制阀的阀开度和所述阀开度的温度补偿系数的关系，
所述阀开度控制部以使从所述位置传感器输出的输出值成为所述位置传感器的所述基准输出值的方式对所述流体控制阀的阀开度进行控制，
所述校准数据制作部基于从所述流量传感器输出的校准数据制作用输出值、预先确定的所述基准温度下的所述流体控制阀的阀开度和所述理论公式制作校准数据。
4.根据权利要求1所述的校准数据制作装置，其特征在于，所述压差控制机构包括压力控制装置，所述压力控制装置设置在所述流体控制阀的上游，能够将该上游的压力控制为固定。
5.根据权利要求4所述的校准数据制作装置，其特征在于，所述流量传感器设置在所述压力控制装置的上游。
6.根据权利要求1所述的校准数据制作装置，其特征在于，
所述校准数据制作装置还包括音速检测机构，所述音速检测机构检测在所述流体控制阀内流动的流体是否成为音速，
所述音速检测机构包括：
腔室，设置在所述流体控制阀的下游；
压力传感器，测量所述腔室内的压力；以及
音速检测部，在流体导入减压了的所述腔室内之后，当由所述压力传感器测量的压力值的上升率成为固定时，检测为在所述流体控制阀内流动的流体成为音速。
7.一种存储介质，其上存储有用于校准数据制作装置的控制程序，所述校准数据制作装置制作位置传感器的校准数据，所述位置传感器设置于控制流体的流体控制阀，输出与相对于阀座在接触分离方向上移动的阀体的位置对应的输出值，所述校准数据制作装置包括：流量传感器，测量向所述流体控制阀流动的流体的流量；压差控制机构，控制所述流体控制阀的上游与下游之间的压差；温度控制机构，控制所述流体控制阀的温度；以及控制部，在通过所述压差控制机构以使通过所述流体控制阀的流体成为音速的方式控制所述压差的状态下，通过所述温度控制机构使所述流体控制阀的温度从基准温度改变为与所述基准温度不同的比较温度，
所述存储介质的特征在于，
取得分别从所述位置传感器和所述流量传感器输出的所述基准温度下的基准输出值，在通过所述温度控制机构控制为所述比较温度的状态下，以使从所述位置传感器和所述流量传感器中的一方输出的输出值成为所述一方的所述基准输出值的方式对所述流体控制阀的阀开度进行控制，之后基于从所述位置传感器和所述流量传感器中的另一方输出的校准数据制作用输出值制作校准数据。
8.一种校准数据制作方法，其制作位置传感器的校准数据，所述位置传感器设置于控制流体的流体控制阀，检测与相对于阀座在接触分离方向上移动的阀体的位置对应的值，
所述校准数据制作方法的特征在于，
所述校准数据制作方法包括如下步骤：
在以使通过所述流体控制阀的流体成为音速的方式控制所述流体控制阀的上游与下游的压差的状态下，使所述流体控制阀从基准温度改变为与所述基准温度不同的比较温度，取得从所述位置传感器和测量向所述流体控制阀流动的流量的流量传感器输出的所述基准温度下的基准输出值；
在使所述流体控制阀成为所述比较温度的状态下，以使从所述位置传感器和所述流量传感器中的一方输出的输出值成为所述一方的所述基准输出值的方式对所述流体控制阀的阀开度进行控制；以及
在控制所述流体控制阀的阀开度之后，基于从所述位置传感器和所述流量传感器中的另一方输出的校准数据制作用输出值制作校准数据。
9.一种流量控制装置，其特征在于，
所述流量控制装置包括：
流体控制阀，控制流体；
流量传感器，测量向所述流体控制阀流动的流体的流量；
温度传感器，测量所述流体控制阀的温度；以及
流量控制部，以使由所述流量传感器测量的流量测量值接近预先确定的流量目标值的方式进行控制，
所述流量控制部包括：
校准数据存储部，存储校准数据，所述校准数据表示所述温度传感器的相对于预先确定的基准温度的温度变化和、伴随所述温度变化产生的所述位置传感器的输出值与所述基准温度下的输出值的偏差的关系；以及
阀开度控制部，参照所述温度传感器的输出值，利用所述校准数据对所述位置传感器的输出值进行校准，基于校准后的输出值对所述流体控制阀的阀开度进行控制。
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