CN116069070A - 汽化装置及其控制方法、存储介质、流体控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供汽化装置及其控制方法、存储介质、流体控制装置，汽化装置(100)具备：控制阀(2)，设置在液体材料流动的流道上；汽化部(3)，通过减压或加热使所述液体材料汽化；液体流量传感器(1)，测量流过流道的液体材料的流量；以及阀控制器(41)，通过基于设定流量表示的设定值以及由所述液体流量传感器(1)测量的流量的测量值的PI控制或PID控制，控制所述控制阀(2)，所述汽化装置(100)还具备积分增益切换部(42)，该积分增益切换部(42)在由所述液体流量传感器(1)测量的流量的过渡响应期间，将对所述阀控制器(41)设定的积分增益从基准积分增益切换为与所述基准积分增益不同的修正积分增益。

Description

汽化装置及其控制方法、存储介质、流体控制装置

技术领域

本发明涉及通过PI控制或PID控制对液体材料的流量进行控制的汽化装置。

背景技术

例如，在半导体制造工序中，为了使液体材料汽化从而得到向真空室内导入的材料气体，使用汽化装置。如专利文献1所示，该汽化装置具备：控制阀，在内部将液体材料与载气混合；汽化部，设置在控制阀的下游侧，通过加热或减压使液体材料汽化；液体流量传感器，在控制阀的上游侧测量液体材料的流量；以及阀控制器，通过基于由用户设定的设定流量表示的设定值以及液体流量传感器测量的测量值的PID控制，对控制阀的开度进行控制。

可是，在这样的汽化装置中，如果设定阶跃状的设定流量，使控制阀从例如全闭的状态开始将液体材料维持在成为目标的一定流量值，则存在如下情况：使由液体流量传感器测量的流量的测量值与设定流量的最终的设定值一致需要时间。换句话说，在短时间内无法消除偏离、调节时间(settling time)无法控制在例如根据半导体制造工序中的要求而确定的容许时间内。另外，即使在从维持规定的流量的状态变更为更大的设定流量的情况下，也存在发生这样的问题的情况。

当本发明人对为什么会发生这样的现象进行了专心研究时，首先发现了其原因在于：在液体材料的流量上升的时点以后，控制阀的温度降低，由于构成阀体以及阀座等的金属中的热收缩，无法实现所需要的开度。即，在与控制阀相邻的汽化部中，如果液体材料汽化，则控制阀由于该汽化热而被冷却。而且，由于控制阀的构成部件发生热收缩，所以导致维持在比通过PID控制本来应该实现的开度大的开度。其结果，发生持续残留偏离的现象。

此外，由于控制阀的材质、各种加热器的设定等，控制阀的温度上升，在构成阀体以及阀座等的金属中发生热膨胀，变成比所需要的开度小，在发生过冲(overshoot)之后，发生下冲(undershoot)，保持在实际的流量比设定值小的状态，也有可能发生持续残留偏离的情况。

为了消除这样的偏离，虽然也可以考虑将积分增益设定成比现状大的值，但是在这种汽化装置中，难以单纯地提高积分增益的值。即，在汽化装置中，不仅调节时间存在严格的制约，上升时间以及过冲量也存在严格的制约，因此设定已经接近极限的高增益。对于已经实施了这样的调整的汽化装置的阀控制器，如果成为积分增益始终是设定在更高的值的状态，则由于流量上升的过渡响应期间中的过冲、意外的扰动，液体材料的流量发生振荡，说起来存在液体材料的流量控制本身成为不稳定的可能性。

现有技术文献

专利文献1：日本专利公开公报特开2001-156055号

发明内容

本发明是鉴于上述这样的问题而做出的，本发明的目的在于提供尤其是能够使调节时间比以往缩短并且也能够维持控制的稳定性的汽化装置。另外，本发明的目的在于即使对于同样地在控制时在控制阀发生温度降低从而发生所述的控制上的问题的流体控制装置也能够缩短调节时间并且能够兼顾控制的稳定性。

即，本发明的汽化装置，其特征在于具备：控制阀，设置在液体材料流动的流道上；汽化部，通过减压或加热使所述液体材料汽化；液体流量传感器，测量流过流道的液体材料的流量；以及阀控制器，通过基于设定流量表示的设定值以及由所述液体流量传感器测量的流量的测量值的PI控制或PID控制，控制所述控制阀，所述汽化装置还具备积分增益切换部，所述积分增益切换部在由所述液体流量传感器测量的流量的过渡响应期间，将对所述阀控制器设定的积分增益从基准积分增益切换为与所述基准积分增益不同的修正积分增益。

另外，本发明的汽化装置的控制方法，其特征在于，所述汽化装置具备：控制阀，设置在液体材料流动的流道上；汽化部，通过减压或加热使所述液体材料汽化；以及液体流量传感器，测量流过流道的液体材料的流量，所述汽化装置的控制方法包括：通过基于设定流量表示的设定值以及由所述液体流量传感器测量的流量的测量值的PI控制或PID控制，控制所述控制阀；以及在由所述液体流量传感器测量的流量的过渡响应期间，将对所述阀控制器设定的积分增益从基准积分增益切换为与所述基准积分增益不同的修正积分增益。

如果是这样的构成，则由于在由所述液体流量传感器测量的流量的过渡响应期间，将对所述阀控制器设定的积分增益从所述基准积分增益切换为所述修正积分增益，所以即使在所述汽化部中所述液体材料的汽化量增加，伴随于此，所述控制阀的温度降低，发生了热收缩引起的开度增加，成为偏离难以被消除的状态，也能够消除其影响。另外，同样地，有时由于所述控制阀的材质的特性、所述汽化部中的加热量等的组合，所述控制阀的温度上升，发生了热膨胀引起的开度减少，成为偏离难以被消除的状态，但是如果是本发明，则也能够消除这样的影响。因此，能够缩短直到设定值与测量值成为基本一致为止所需要的调节时间，能够控制在容许时间内。另外，能够在未发生温度降低的流量的过渡响应期间的初始，设定所述基准积分增益，仅在发生了温度降低的状态下设定所述修正积分增益，因此能够减小过冲量，能够缩短直到偏离被消除为止所需的时间，此外也能够兼顾控制的稳定性。

为了能够减小在所述控制阀由于温度降低引起开度变大而发生的偏离，只要采用如下的方式即可：所述修正积分增益设定为比所述基准积分增益高的值。

为了能够使用适合所述控制阀例如在通常的使用状态中的温度下动作的情况的积分增益，能够提高控制的稳定性，只要采用如下的方式即可：所述基准积分增益是以使当所述汽化部不存在的情况下的流量响应的调节时间成为预先确定的容许时间内的方式设定的值。

为了能够根据所述基准积分增益，设定适合在所述控制阀发生了温度降低的情况下的所述修正积分增益，只要采用如下的方式即可：所述修正积分增益是以使当所述汽化部存在且在所述过渡响应期间从所述基准积分增益向所述修正积分增益切换的情况下的流量响应的调节时间成为所述容许时间内的方式确定的值。

为了在消除了偏离后，提高针对扰动的抵抗性，使测量值难以从设定值偏离，进一步提高控制的稳定性，只要采用如下的方式即可：在所述测量值收敛于所述设定值后，积分增益切换部将对所述阀控制器设定的积分增益从所述修正积分增益恢复为所述基准积分增益。

为了在利用简单的算法能够用短时间消除偏离的合适的时机(timing)从所述基准积分增益切换为所述修正积分增益，只要采用如下的方式即可：所述积分增益切换部将所述设定流量的上升开始时点作为基准在经过了规定时间后将对所述阀控制器设定的积分增益从所述基准积分增益切换为所述修正积分增益。

为了例如在流量响应中能够缩短上升时间以及调节时间，也降低过冲量并且不使流量发生振荡等，只要采用如下的方式即可：从所述基准积分增益切换为所述修正积分增益的切换时机设定在从在固定于所述基准积分增益并持续控制所述控制阀的情况下的流量响应的上升开始时点到峰值时点为止的期间内。在此，峰值时点不仅可以包括流量值变成最大的时点本身，而且也可以包括将流量值变成最大的时点作为基准的附近区间。例如，附近区间相当于即使从流量值变成最大的时点仅偏离了规定的微小时间也能够充分降低过冲量并且不发生振荡等的区间。

为了也将所述控制阀中的温度降低量、温度降低速度等的影响一同考虑进去，从所述基准积分增益切换为更合适的值的所述修正积分增益，只要采用如下的方式即可：所述积分增益切换部根据所述设定流量表示的设定值的大小或所述液体材料的种类，设定从所述基准积分增益切换为所述修正积分增益的切换时机。

优选的是，所述汽化装置还具备修正积分增益变更部，所述修正积分增益变更部变更所述修正积分增益。

如果是这样的构成，则由于修正积分增益变更部变更修正积分增益，所以积分增益切换部能够切换为考虑了控制阀的温度降低的修正积分增益，能够缩短直到偏离被消除为止所需的时间。

可以举出所述修正积分增益变更部根据所述液体材料的种类、所述液体材料的设定流量、所述液体材料的设定压力、载气的设定流量、所述控制阀的上游侧的压力、所述控制阀的下游侧的压力、所述控制阀的设定温度、所述汽化部的设定温度、以及周围温度中的至少任意一个，变更所述修正积分增益。

如果是这样的构成，则由于修正积分增益变更部根据液体材料的种类、液体材料的设定流量、液体材料的设定压力、载气的设定流量、控制阀的上游侧的压力、控制阀的下游侧的压力、控制阀的设定温度、汽化部的设定温度、或周围温度、与控制阀的温度降低有关系的参数，变更修正积分增益，所以能够变更为也将控制阀的温度降低的影响一起考虑进去了的修正积分增益。

为了提高所述汽化部的所述液体材料的汽化效率，只要采用如下的方式即可：所述控制阀具备：液体导入口，向内部导入所述液体材料；气体导入口，向内部导入所述载气；以及导出口，向外部导出将所述液体材料与所述载气混合得到的气液混合体。如果是这样的方式，则在所述控制阀的温度降低量以及其温度降低速度变得更大，因此能够更显著地发挥本发明的积分增益的切换带来的控制特性的改善效果。

作为在控制期间在所述控制阀容易发生较大的温度降低、通过积分增益的切换与以往相比能够预计大幅的控制特性的改善效果的具体的方式，可以举出所述控制阀与所述汽化部相邻设置。

为了在已有的汽化装置中通过例如更新程序就能够享受到与本发明的汽化装置基本同等的效果，只要采用如下的汽化装置用程序的存储介质即可：所述汽化装置用程序的存储介质是用于汽化装置的控制用程序的存储介质，所述汽化装置具备：控制阀，设置在液体材料流动的流道上；汽化部，通过减压或加热使所述液体材料汽化；以及液体流量传感器，测量流过流道的液体材料的流量，计算机通过执行所述汽化装置用程序而发挥作为阀控制器以及积分增益切换部的功能，所述阀控制器通过基于设定流量表示的设定值以及由所述液体流量传感器测量的流量的测量值的PI控制或PID控制，控制所述控制阀，所述积分增益切换部在由所述液体流量传感器测量的流量的过渡响应期间，将对所述阀控制器设定的积分增益从基准积分增益切换为与所述基准积分增益不同的修正积分增益。另外，汽化装置用程序可以是电子发布的程序，也可以是存储于CD、DVD、闪存器等程序存储介质的程序。

一种流体控制装置，其特征在于具备：控制阀，设置在流体流动的流道上；以及阀控制器，通过使用目标指令表示的流量或压力的设定值、以及由所述流体传感器测量的测量值的PI控制或PID控制，控制所述控制阀，所述控制阀设置于在由所述阀控制器进行控制期间在由所述流体传感器测量的测量值的上升以后发生规定值以上的温度变化的使用环境，所述流体控制装置还具备积分增益切换部，所述积分增益切换部在由所述流体传感器测量的测量值的过渡响应期间，将对所述阀控制器设定的积分增益从基准积分增益切换为与所述基准积分增益不同的修正积分增益，如果是这样的流体控制装置，则例如即使在低温的流体流入保持在高温的所述控制阀、使所述控制阀的温度大幅降低的情况下，也能够缩短调节时间，并且也能够兼顾控制的稳定性。相反地，即使在高温的流体流入所述控制阀、使所述控制阀的温度大幅上升的情况下，也同样地能够缩短调节时间，并且也能够兼顾控制的稳定性。

这样，按照本发明的汽化装置，由于构成为在流量的过渡响应期间从所述基准积分增益切换为所述修正积分增益，所以例如如果固定于所述基准积分增益并对所述控制阀进行PID控制，则能够解决所述控制阀本身的温度降低引起的偏离无法消除、调节时间变长这样的问题。另外，由于能够在所述控制阀发生温度降低、开度容易变大的状态下应用所述修正积分增益，所以也能够防止由于设定为高增益而变得容易发生振荡，也能够兼顾控制的稳定性。另外，同样地，即使在因控制阀本身的温度上升而维持在与设定值相比流量较小的值的情况下，也同样地能够消除偏离，能够缩短调节时间。

附图说明

图1是表示本发明的第一实施方式的汽化装置的构成的示意图。

图2是表示第一实施方式的汽化器的详细情况的示意图。

图3是表示第一实施方式的控制机构的构成的功能框图。

图4是表示第一实施方式的积分增益的切换时机的形象图。

图5是表示液体材料的流量上升时的阀温度的变化、以及第一实施方式的汽化装置在第一设定下的阶跃响应与以往的汽化装置的阶跃响应的图表。

图6是表示积分增益的切换时机以及流量的收敛状态的图5中的峰值部分的放大图。

图7是表示液体材料的流量上升时的阀温度的变化、以及第一实施方式的汽化装置在第二设定下的阶跃响应与以往的汽化装置的阶跃响应的图表。

图8是表示积分增益的切换时机以及流量的收敛状态的图7中的峰值部分的放大图。

图9是表示本发明的第一实施方式的汽化装置的变形例的示意图。

图10是表示本发明的第一实施方式的控制机构的变形例的示意图。

图11是表示本发明的第二实施方式的流体控制装置的构成的示意图。

图12是表示第二实施方式的控制机构的构成的功能框图。

附图标记说明

100···汽化装置

1···液体流量传感器

2···控制阀

3···汽化部

4···控制机构

41···阀控制器

42···积分增益切换部

101···流体控制装置

11···流体传感器

GB···气体箱(gas box)

具体实施方式

参照图1至图8对本发明的第一实施方式的汽化装置100进行说明。

第一实施方式的汽化装置100例如在半导体制造工序中使用，使液体材料(原料液)汽化从而生成向室内供给的材料气体(原料气体)。

如图1所示，该汽化装置100具备：液体材料流动的液体材料管道L1、载气流动的载气管道L2、导出载气以及液体材料汽化得到的材料气体的混合气体的导出管道L3、以及掌管设置在各管道上的设备的控制的控制机构4。在此，液体材料管道L1以及载气管道L2的末端部分别与将液体材料汽化的汽化器VP的导入侧连接，导出管道L3的前端部与汽化器VP的导出侧连接。

液体材料管道L1具备：容器TN，在内部储存液体材料；以及液体流量传感器1，设置在将容器TN与汽化器VP之间连接的流道上，测量液体材料的流量。

压送气体导入管和液体导出管插入容器TN，所述压送气体导入管将用于压送液体材料的压送气体向容器TN内的气相导入，所述液体导出管的前端浸渍在容器TN内的液体材料内，构成液体材料管道L1。

液体流量传感器1例如是压力式的流量传感器，分别具备未图示的层流元件、设置在层流元件的上游侧的上游侧压力传感器、设置在层流元件的下游侧的下游侧压力传感器、以及根据各压力传感器的输出计算液体的流量的流量计算板等。例如，液体流量传感器1根据层流元件的压差、各压力的二次方的差等，计算流过液体材料管道L1的液体材料的流量，并向控制机构4输出。

载气管道L2设置有控制向汽化器VP流入的氮气等载气的流量的质量流量控制器MFC。质量流量控制器MFC是将未图示的阀、流量传感器、控制板作为一个单元而集成化了的控制器，利用基于被设定的设定流量与由流量传感器测量的流量的偏差的反馈控制，控制阀的开度。

如图2的示意图所示，汽化器VP具备控制阀2、以及与控制阀2的下游侧相邻设置的汽化部3。

控制阀2具备：金属制的主体21，在内部形成有流道，并且在其上表面形成有阀座23；金属制的隔膜结构22，设置在主体21的上表面，具备发挥作为相对于阀座23接触或分离的阀体24的功能的隔膜221；以及压电致动器25，是驱动隔膜221的致动器。通过压电致动器25调节阀座23与阀体24之间的开度，在第一实施方式中控制液体材料的流量。另外，由于主体21以及隔膜结构22由金属形成，所以如果温度降低，则由于热收缩，阀座23与阀体24之间的距离变大。相反地，如果温度上升，则由于热膨胀，阀座23与阀体24之间的距离变小。因此，即使对压电致动器25施加了相同的电压，但如果温度不同，则存在开度不同的可能性。

在控制阀2的主体21的侧面形成有从液体材料管道L1将液体材料导入主体21内的液体导入口P1、以及从载气管道L2将载气导入内部的气体导入口P2。另外，导入了主体21内的液体材料以及载气通过内部流道，流入作为形成在主体21的上表面与隔膜结构22之间的空间的气液混合部并混合。液体材料与载气混合得到的气液混合体通过内部流道，从在主体21的侧面开口的液体导出口P3向外部导出。在第一实施方式中，控制阀2的导出口与在后级相邻的汽化部3的流入口连接。

此外，在主体21中内置有阀用加热器26，以将控制阀2内维持在规定温度的方式进行温度调节。例如，控制阀2的温度被设定为高于容器TN内的液体材料的温度且低于将液体材料汽化的汽化部3的温度的温度。即，设定在以控制阀2进行预热使得流入汽化部3的液体材料容易汽化并且在控制阀2内不发生液体材料的汽化的方式用阀用加热器26进行了温度调节的温度。

汽化部3构成为通过对气液混合体进行加热以及减压使其汽化而生成材料气体。具体地说，汽化部3具备：喷嘴31，流道直径在下游侧扩大；以及汽化加热器32，对流过喷嘴31内的气液混合体进行加热。

在此，尤其是在控制阀2从全闭状态打开、液体材料急剧地流入汽化器VP的情况下，由于液体材料本身的吸热、或液体材料在汽化部3汽化，即使被阀用加热器26加热，控制阀2的温度也会暂时降低。更具体地说，如果使液体材料的流量从零的状态阶跃状地变化，则控制阀2从全闭状态下的初始温度逐渐地降低，保持在由液体材料的汽化等引起的吸热与阀用加热器26的加热平衡的平衡温度。

通过具备CPU、存储器、A/D转换器、D/A转换器、各种输入输出设备等的计算机与各设备协作，实现控制机构4的功能。在第一实施方式中，根据来自用户的设定，控制质量流量控制器MFC、汽化器VP的动作。控制机构4对质量流量控制器MFC输入例如以按固定的流量持续供给载气的方式固定在某个设定值的目标指令，作为载气的设定流量。另外，控制机构4根据由用户对汽化器VP的控制阀2设定的液体材料的设定流量表示的设定值以及由液体流量传感器1测量的测量值，通过PID控制来控制控制阀2的开度。另外，该控制机构4的特征在于，在控制阀2的控制中，尤其是在针对阶跃指令的控制中途，切换积分增益。更具体地说，通过执行存储于存储器的汽化装置100用程序，使各种装置协作，由此至少发挥作为图3所示的阀控制器41、积分增益切换部42、控制参数存储部43的功能。在以下对各部分进行详述。

阀控制器41通过基于由用户设定的液体材料的设定流量表示的设定值以及由液体流量传感器1测量的流量的测量值的PID控制，控制所述控制阀2的开度。该阀控制器41具备：PID控制部411，根据液体材料的流量的设定值与测量值的偏差、以及被设定的PID增益，进行PID计算，计算出作为操作量的施加电压的目标值；以及电压施加部412，以成为从PID控制部411输出的施加电压的目标值的方式向控制阀2输出电压。在此，PID控制部411中设定的PID增益包括比例增益、积分增益、微分增益，在第一实施方式中，积分增益在控制期间从某个值切换为另外的值。另一方面，对于比例增益以及微分增益，始终是固定的。

积分增益切换部42在由液体流量传感器1测量的流量的过渡响应期间，将阀控制器41中设定的积分增益从基准积分增益切换为修正积分增益。如图4的形象图所示，例如，在输入了阶跃函数作为设定流量的情况下，积分增益切换部42在由液体流量传感器1测量的流量成为峰值之前设定基准积分增益，在此后设定修正积分增益。在此，例如如果将作为设定流量输入了初始值为零的阶跃函数的情况作为例子，则“流量的过渡响应期间”是指将测量的流量变成作为初始值的零以外的值的上升开始时作为开始点、将从测量的流量成为峰值的峰值时点开始经过了规定时间后作为结束点的期间。另外，当在控制阀2的阀座23或阀体24发生温度降低、从而发生开度增加的流量的测量值维持在比设定值大的状态的情况下，在从峰值时点开始经过了规定时间后测量的流量的测量值也可以例如比设定值大。另外，在由于控制阀2的材质的特性、液体材料的特性、加热量等的组合而在阀座23或阀体24发生温度上升、从而发生开度减少而引起在过冲发生后发生下冲、流量的测量值维持在比设定值小的状态的情况下，在从峰值时点经过了规定时间后测量的流量的测量值也可以例如比设定值小。如果作另外的表述，则过渡响应期间也可以定义为从流量维持在初始值的状态开始到流量上升、成为峰值后收敛于设定流量表示的设定值为止的期间。此外，也可以更严格地定义为将结束点设为峰值时点，将过渡响应期间作为从上升开始点到峰值时点为止的期间亦即上升期间。

对于基准积分增益以及修正积分增益的值、以及使用这些积分增益的判断条件，分别关联并存储在控制参数存储部43中。

基准积分增益例如是根据通过阀用加热器26保持在通常动作温度的控制阀2的特性而设定的积分增益。更具体地说，基准积分增益是在不存在汽化部3而仅由控制阀2以及液体流量传感器1构成的流量控制系统中以使阶跃响应的调节时间成为预先确定的容许时间内的方式设定的值。在此，容许时间例如是根据对导入室内的材料气体的流量要求的制约条件等来决定的值。另外，基准积分增益也可以是通过计算机模拟而确定的值，还可以是试验性地确定的值。

另一方面，根据不仅存在控制阀2以及液体流量传感器1而且也存在汽化部3的流量控制系统的动态特性，设定修正积分增益。具体地说，以使在流量的过渡响应期间从基准积分增益切换为修正积分增益时的阶跃响应的调节时间成为所述容许时间内的方式设定修正积分增益。例如，将利用所述方法确定的基准积分增益作为前提，通过计算机模拟、试验，探索在过渡响应期间中在从基准积分增益变更为与其不同的另外的积分增益时使调节时间成为所述容许时间内的值。将探索的结果满足了条件的积分增益作为修正积分增益来使用。在第一实施方式中，将修正积分增益设定成比基准积分增益大的值，例如，用比1大的修正系数α乘以基准积分增益Ki得到的值α×Ki成为修正积分增益。

另外，在第一实施方式中，积分增益切换部42从基准积分增益切换为修正积分增益的时机将设定流量的上升开始时点作为触发。具体地说，积分增益切换部42将在设定流量中设定值从零开始向规定流量值变化的上升开始时点作为基准，在经过了规定时间后，将在阀控制器41设定的积分增益从基准积分增益切换为修正积分增益。在第一实施方式中，积分增益切换部42在由液体流量传感器1测量的液体材料的流量的过渡响应期间中从基准积分增益切换为修正积分增益。作为一个例子，在液体材料的流量的上升开始时点以后且在将积分增益固定在基准积分增益进行控制的情况下的基准峰值时点之前，从基准积分增益切换为修正积分增益。即，在测量的液体材料的流量的上升期间内，切换积分增益。另外，如后所述，为了不仅能够消除偏离，而且能够降低过冲量，进一步缩短调节时间，优选的是，在液体材料的流量上升开始时点以后且在到达设定流量中的阶跃值之前，进行从基准积分增益向修正积分增益的切换。

边与基准积分增益固定的以往的例子的阶跃响应进行比较边对这样构成的第一实施方式的汽化装置100中的液体材料的流量控制有关的阶跃响应进行说明。

如图5所示，如果输入将零作为初始值的阶跃函数作为设定流量，则从设定流量的上升开始时点附近开始，阀温度从初始温度向终端温度一阶滞后地降低。由于这样的温度降低，如果进行以往那样的固定在基准积分增益的PID控制，则在发生过冲之后维持流量的设定值与测量值之间的偏离(稳定偏差)的时间变长。即，因温度降低，在以往的例子中，调节时间无法控制在容许时间内。

与此相对，在第一实施方式的汽化装置100中，如图6所示，判明了：如果在以往的例子中在测量的流量成为峰值的基准峰值时点进行从基准积分增益向修正积分增益的切换，则过冲量基本相同，但是在切换为修正积分增益之后迅速地消除了偏离。另外，在切换为修正积分增益后，尤其是未发生振荡等。

接着，边参照图7以及图8边对在第一实施方式的汽化装置100中使积分增益的切换时机进一步提前的情况进行说明。具体地说，如图8所示，在比所述基准峰值时点早的时点且液体材料的流量的测量值比设定值小的时点，从基准积分增益向修正积分增益切换。

如果在这样的时机进行积分增益的切换，则如图7以及图8所示，判明了：与以往的例子相比较，如果是第一实施方式的汽化装置100，则能够降低过冲量，并且能够进一步缩短调节时间。另外，即使在这样的时机切换为修正积分增益，也尤其是未发生振荡等。

这样，如果是第一实施方式的汽化装置100，则积分增益切换部42能够在液体材料的流量的过渡响应期间进行从基准积分增益向比其大的修正积分增益的切换。其结果，即使由于液体材料的汽化开始、控制阀2的温度大幅降低、构成控制阀2的金属等发生热收缩，也能够实现用于消除偏离所需要的开度。另外，由于消除了偏离，所以也能够将调节时间缩短到容许时间内。

此外，从液体材料的上升开始时点开始的规定时间用基准积分增益进行控制，因此在过渡响应期间内不会对控制阀2输入过剩的操作量，也不会产生较大的过冲以及振荡。换句话说，如果始终用比基准积分增益高的修正积分增益进行控制，则存在流量控制变得不稳定的问题，但是在第一实施方式的汽化装置100中最初用低的基准积分增益进行PID控制，因此难以产生这样的问题。因此，能够改善作为汽化装置100的响应性，并且也能够兼顾控制的稳定性。

接着对第一实施方式的汽化装置100的变形例进行说明。

积分增益切换部42也可以构成为，在进行了从基准积分增益向修正积分增益的切换后，在液体材料的流量的测量值维持在设定值且经过了规定时间后再次恢复为基准积分增益。如果是这样的构成，则即使在流量的维持中有扰动输入，也难以受到其影响，能够提高稳健性(robustness)。

对于积分增益切换部42进行从基准积分增益向修正积分增益的切换的时机，不限于如在第一实施方式中说明的那样在过渡响应期间中的上升期间。即，也可以在过渡响应期间中在上升期间以外切换积分增益。在第一实施方式中，在上升期间中进行了积分增益的切换，但是例如也可以在过了峰值时点、液体材料的流量减少且到成为设定流量的设定值为止的期间进行积分增益的切换。另外，也可以在上升期间中从成为设定流量的阶跃值的时点以后到峰值时点为止的期间，进行积分增益的切换。

另外，积分增益切换部42也可以根据设定流量表示的设定值的大小，设定从基准积分增益切换为修正积分增益的切换时机。例如可以是，设定流量表示的设定值与初始值的差越大，越延迟将液体材料的流量的上升开始点作为基准的切换时机。积分增益切换部42也可以构成为根据液体材料的种类设定从基准积分增益切换为修正积分增益的切换时机。例如，可以根据液体材料的比热、粘性等物性，设定切换时机。

在第一实施方式的汽化装置100中，阀控制器41通过PID控制进行控制阀2的控制，但是也可以通过例如PI控制进行控制。即使是PI控制，通过进行从基准积分增益向修正积分增益的切换，也能够与第一实施方式的汽化装置100同样地改善控制特性并且保持控制的稳定性。

另外，在第一实施方式中，构成为仅切换积分增益，但是也可以将比例增益以及微分增益一起切换。即，汽化装置100只要至少切换积分增益即可。另外，在切换多个增益的情况下，可以同时切换各增益，也可以将各增益的切换时机分别错开。此外，可以不连续地进行积分增益的切换，也可以在规定时间内连续地从基准积分增益向修正积分增益变化。即，“积分增益的切换”不限于由不连续函数定义，也可以由连续函数定义。

在第一实施方式中，设定流量为使初始值为零的阶跃函数，但是本发明的应用以及对象不限于此。例如，即使在输入初始值维持在小流量、从中途成为大流量的阶跃函数作为设定流量的情况下，也认为由于汽化量的大幅变化，控制阀2的温度大幅降低。认为利用与第一实施方式相同的积分增益的切换，能够解决与这样的由控制阀2的温度降低引起的偏离、调节时间有关的问题。另外，作为设定流量输入的函数不限于阶跃函数，例如也可以通过斜坡函数将初始值与最终的设定值连接。另外，初始值与最终的设定值之间也可以利用例如S型插值等各种方法连接。此外，在第一实施方式中，从基准积分增益切换为修正积分增益的时机，例如以使阶跃响应的调节时间成为容许时间的方式确定，对此，也可以根据各种流量响应的调节时间确定。例如，也可以以使斜坡响应的调节时间成为容许时间内的方式设定积分增益的切换时机，也可以根据输入对所述初始值与最终的设定值之间进行S型插值得到的设定流量的情况下的流量响应的调节时间，进行设定。另外，也可以根据输入了利用这些以外的各种各样的方法或函数对初始值与最终的目标值之间进行插值得到的设定流量的情况下的流量响应的调节时间，确定积分增益的切换时机。

关于汽化部3，可以仅通过减压来使液体材料汽化，也可以仅通过加热来使液体材料汽化。

如图9所示，对于汽化器VP，可以将控制阀2与汽化部3一体化。即，也可以在控制阀2的主体21中在将阀座23与液体导出口P3连接的流道中形成使流道面积变小的喷嘴31来构成汽化部3。在这样的情况下，在主体21中构成从成为上游侧的液体导入口P1以及气体导入口P2到阀座23为止的流道的部分、隔膜结构22、以及压电致动器25等致动器构成控制阀2，在主体21内形成在比阀座23靠下游侧的喷嘴31构成汽化部。另外，也可以使控制阀2的液体材料的控制点与汽化部3的汽化点一致。即，也可以不设置喷嘴31，利用控制阀2的阀座23与阀体24的间隙本身作为汽化部3，由此利用一个构成同时进行流量控制与汽化。此外，换句话说，也可以将控制阀2的阀座23与阀体24它们本身作为汽化部3构成。控制阀2与汽化部3的位置关系有可能存在有在流道上成为同一点的情况、以及与控制阀2相比汽化部3一方存在于更靠下游侧的情况。

在第一实施方式的汽化装置100中，通过在过渡响应期间切换积分增益解决了在控制阀2发生温度降低从而发生开度增加引起的流量控制上的问题，但是该构成以及方法也能够同样地解决在控制阀2发生温度上升从而发生开度减少引起的流量控制上的问题。

控制机构4可以还具备修正积分增益变更部44，该修正积分增益变更部44变更修正积分增益。在此，修正积分增益变更部44可以变更修正积分增益本身，也可以变更构成修正积分增益的值。作为变更构成修正积分增益的值的方式，例如包括在修正系数α乘以基准积分增益Ki得到的值的α×Ki亦即修正积分增益中变更基准积分增益Ki以及变更修正系数α中的至少一方。本实施方式的修正积分增益变更部44变更修正系数α，并将该变更后的修正系数α输出到控制参数存储部43。

在此，使用与控制阀2的温度降低有关的温度关系参数变更修正系数α。作为温度关系参数，可以举出液体材料的种类、液体材料的设定流量、液体材料的设定压力、载气的设定流量、液体材料的测量流量、控制阀2的上游侧的测量压力、控制阀2的下游侧的测量压力、控制阀2的设定温度、汽化部3的设定温度、或周围温度等。

如果对温度关系参数进行说明，则液体材料的种类是表示粘性或比热这样的物性值、液体材料的浓度、液体材料的名称的数据。液体材料的设定流量、液体材料的设定压力、载气的设定流量、以及控制阀2的设定温度可以是向阀控制器41输入的设定值，也可以是伴随阀控制器41的设定值的输入的信号、或对设定值进行换算而计算出的值。液体材料的测量流量可以是液体流量传感器1的测量值，也可以是表示液体流量传感器1的测量值的信号、或对测量值进行换算而计算出的值。控制阀2的上游侧的测量压力以及控制阀2的下游侧的测量压力可以是压力传感器(未图示)的测量值，也可以是表示压力传感器(未图示)的测量值的信号、或对测量值进行换算而计算出的值。周围温度是汽化装置100内的汽化器VP或液体流量传感器1的周围的温度，周围温度的测量值可以是表示温度传感器(未图示)的测量值的信号、或对测量值进行换算而计算出的值。

修正积分增益变更部44变更为使用表示上述的温度关系参数与修正系数α的关系的关系数据得到的修正系数α。关系数据可以是将温度关系参数的至少一个(例如液体材料的种类、设定温度、以及设定流量)与修正系数α的关系作为算式得到的算式形式，也可以是将温度关系参数的至少一个与修正系数α的关系作为表得到的表形式，还可以是将温度关系参数的至少一个与修正系数α的关系作为图表得到的图表形式。

在此，在关系数据中使用的温度关系参数与液体材料的设定流量的变更无关地仅由一定的设定值(例如设定压力或设定温度等)构成的情况下，与液体材料的设定流量的变更的前后无关地通过输入该设定值，使用关系数据，能够求出修正系数α。另外，作为关系数据的参数，也可以使用液体材料的设定流量的变更前后的差。在该情况下，优选的是，按照每个该差制作关系数据。

另一方面，在关系数据中使用的温度关系参数包括由于液体材料的设定流量的变更而变化的测量值(例如测量流量、测量压力、或测量温度等，以下关系数据制作用测量值)的情况下，通过输入测量该关系数据制作用测量值的时机(例如液体材料的设定流量的变更前，液体材料的变更后的过渡响应期间等)的测量值，使用关系数据，能够求出修正系数α。

而且，关系数据可以存储于设置在控制机构4的关系数据存储部(未图示)中，也可以存储在与汽化装置100分开设置的计算装置中。

在关系数据存储于控制机构4的关系数据存储部的情况下，修正积分增益变更部44使用关系数据，求出修正系数α，将该修正系数α输出到控制参数存储部43，由此变更修正积分增益。另外，在图10中，表示了使用液体材料的设定流量或液体材料的设定压力求出修正系数α的例子。

另一方面，在关系数据存储于与汽化装置100分开设置的计算装置的情况下，通过将参数输入该计算装置，使用关系数据，能够求出修正系数α。通过将该修正系数α输入控制机构4，修正积分增益变更部44接收该修正系数α并输出到控制参数存储部43，变更修正积分增益。在此，作为向计算装置输入参数的方式，可以举出用户输入温度关系参数、控制机构4输入温度关系参数、或控制机构4的上位控制装置输入温度关系参数、等等。另外，作为将通过计算装置得到的修正系数α向控制机构4输入的方式，可以举出用户向控制机构4输入、计算装置向控制机构4输入、或计算装置向所述上位控制装置发送并且所述上位控制装置向控制机构4输入、等等。

接着参照图11以及图12，对本发明的第二实施方式的流体控制装置101进行说明。

第二实施方式的流体控制装置101中的控制阀2设置于在阀控制器41的控制期间在由流体传感器测量的流量或压力的测量值的上升以后发生规定值以上的温度降低的使用环境中。即，流体控制装置101虽然不是汽化装置100，但是与第一实施方式同样伴随流体的流入的开始、控制阀2的温度降低、在使用了同样地固定的积分增益的PID控制中无法消除偏离、无法得到所希望的调节时间。

具体地说，第二实施方式的流体控制装置101是质量流量控制器，如图9所示，与其它多个质量流量控制器一起密集地设置在气体箱内。各质量流量控制器分别个别地控制不同的流体的流量。在这样的气体箱内，由于质量流量控制器本身的发热等，相比室温等环境温度成为高温，在流入的流体的温度比质量流量控制器低的情况下，与第一实施方式同样地，有可能发生伴随温度降低的控制上的问题。

如图12所示，这样的第二实施方式的流体控制装置101具备：控制阀2；流体传感器11，对压力或流量进行测量；以及控制机构4，根据流体传感器11的测量值与设定值的偏差，控制控制阀2的开度。另外，控制机构4的构成与第一实施方式基本相同，只是控制输入以及控制对象不同。即，构成为，在对设置在气体箱内的第二实施方式的质量流量控制器MFC输入了阶跃状的目标指令的情况下，在流体传感器的测量值的过渡响应期间，积分增益切换部42将在阀控制器41设定的积分增益从基准积分增益切换为修正积分增益。

如果是这样的第二实施方式的流体控制装置101，则与第一实施方式的汽化器VP同样地，能够解决在有可能发生控制阀2的温度降低这样的用途中无法消除偏离或无法缩短调节时间这样的问题，并且也能够兼顾控制上的稳定性。

接着对第二实施方式的变形例进行说明。

第二实施方式的流体控制装置101不限于控制流量，也可以控制压力。另外，对于流体，可以是液体、气体、气液混合体中的任意一种。另外，如果控制阀2变成高温，并且温度由于流体的流入而降低，则能够应用第二实施方式的流体控制装置101的控制方式。即，不限于收容在所述的气体箱内，可以应用于各种各样的流体控制装置。另外，在控制阀2由于流体的流入而温度上升的情况下，例如也能够消除流量相对于设定值变小的偏离，能够缩短调节时间。即，只要是控制阀设置于在阀控制器的控制中在由流体传感器测量的测量值的上升以后发生规定值以上的温度变化的使用环境中，就能够应用本发明。

与第一实施方式同样地，在第二实施方式中，控制机构4也可以还具备变更修正积分增益的修正积分增益变更部44。

此外，只要不违反本发明的宗旨，则可以进行各种各样的实施方式的组合、变形。

Claims (15)

1.一种汽化装置，其特征在于，

所述汽化装置具备：

控制阀，设置在液体材料流动的流道上；

汽化部，通过减压或加热使所述液体材料汽化；

液体流量传感器，测量流过流道的液体材料的流量；以及

阀控制器，通过基于设定流量表示的设定值以及由所述液体流量传感器测量的流量的测量值的PI控制或PID控制，控制所述控制阀，

所述汽化装置还具备积分增益切换部，所述积分增益切换部在由所述液体流量传感器测量的流量的过渡响应期间，将对所述阀控制器设定的积分增益从基准积分增益切换为与所述基准积分增益不同的修正积分增益。

2.根据权利要求1所述的汽化装置，其特征在于，

所述修正积分增益设定为比所述基准积分增益高的值。

3.根据权利要求1或2所述的汽化装置，其特征在于，

所述基准积分增益是以使当所述汽化部不存在的情况下的流量响应的调节时间成为预先确定的容许时间内的方式设定的值。

4.根据权利要求3所述的汽化装置，其特征在于，

所述修正积分增益是以使当所述汽化部存在且在所述过渡响应期间从所述基准积分增益向所述修正积分增益切换的情况下的流量响应的调节时间成为所述容许时间内的方式确定的值。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的汽化装置，其特征在于，

在所述测量值收敛于所述设定值后，积分增益切换部将对所述阀控制器设定的积分增益从所述修正积分增益恢复为所述基准积分增益。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的汽化装置，其特征在于，

所述积分增益切换部将所述设定流量的上升开始时点作为基准在经过了规定时间后将对所述阀控制器设定的积分增益从所述基准积分增益切换为所述修正积分增益。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的汽化装置，其特征在于，

从所述基准积分增益切换为所述修正积分增益的切换时机设定在从在固定于所述基准积分增益并持续控制所述控制阀的情况下的流量响应的上升开始时点到峰值时点为止的期间内。

8.根据权利要求1至7中任意一项所述的汽化装置，其特征在于，

所述积分增益切换部根据所述设定流量表示的设定值的大小或所述液体材料的种类，设定从所述基准积分增益切换为所述修正积分增益的切换时机。

9.根据权利要求1至8中任意一项所述的汽化装置，其特征在于，

所述汽化装置还具备修正积分增益变更部，所述修正积分增益变更部变更所述修正积分增益。

10.根据权利要求9所述的汽化装置，其特征在于，

所述修正积分增益变更部根据所述液体材料的种类、所述液体材料的设定流量、所述液体材料的设定压力、载气的设定流量、所述控制阀的上游侧的压力、所述控制阀的下游侧的压力、所述控制阀的设定温度、所述汽化部的设定温度、以及周围温度中的至少任意一个，变更所述修正积分增益。

11.根据权利要求1至10中任意一项所述的汽化装置，其特征在于，

所述控制阀具备：

液体导入口，向内部导入所述液体材料；

气体导入口，向内部导入载气；以及

导出口，向外部导出将所述液体材料与所述载气混合得到的气液混合体。

12.根据权利要求1至11中任意一项所述的汽化装置，其特征在于，

所述控制阀与所述汽化部相邻设置。

13.一种汽化装置的控制方法，其特征在于，

所述汽化装置具备：控制阀，设置在液体材料流动的流道上；汽化部，通过减压或加热使所述液体材料汽化；以及液体流量传感器，测量流过流道的液体材料的流量，

所述汽化装置的控制方法包括：

通过基于设定流量表示的设定值以及由所述液体流量传感器测量的流量的测量值的PI控制或PID控制，控制所述控制阀；以及

在由所述液体流量传感器测量的流量的过渡响应期间，将对所述阀控制器设定的积分增益从基准积分增益切换为与所述基准积分增益不同的修正积分增益。

14.一种汽化装置用程序的存储介质，其特征在于，

所述汽化装置用程序的存储介质是用于汽化装置的控制用程序的存储介质，所述汽化装置具备：控制阀，设置在液体材料流动的流道上；汽化部，通过减压或加热使所述液体材料汽化；以及液体流量传感器，测量流过流道的液体材料的流量，

计算机通过执行所述汽化装置用程序而发挥作为阀控制器以及积分增益切换部的功能，

所述阀控制器通过基于设定流量表示的设定值以及由所述液体流量传感器测量的流量的测量值的PI控制或PID控制，控制所述控制阀，

所述积分增益切换部在由所述液体流量传感器测量的流量的过渡响应期间，将对所述阀控制器设定的积分增益从基准积分增益切换为与所述基准积分增益不同的修正积分增益。

15.一种流体控制装置，其特征在于，

所述流体控制装置具备：

控制阀，设置在流体流动的流道上；以及

阀控制器，通过使用目标指令表示的流量或压力的设定值、以及由所述流体传感器测量的测量值的PI控制或PID控制，控制所述控制阀，

所述控制阀设置于在由所述阀控制器进行控制期间在由所述流体传感器测量的测量值的上升以后发生规定值以上的温度变化的使用环境，

所述流体控制装置还具备积分增益切换部，所述积分增益切换部在由所述流体传感器测量的测量值的过渡响应期间，将对所述阀控制器设定的积分增益从基准积分增益切换为与所述基准积分增益不同的修正积分增益。

Images