CN1809737A - 压力传感器和压力控制装置以及压力式流量控制装置的自动零点修正装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种对压力传感器的时效零点漂移进行自动修正，能够不限于其工作期间对压力进行准确检测的压力传感器、使用该压力传感器的压力控制装置以及流量控制装置。具体地说，作为一种采用对流体压力进行测定的半导体压敏元件的压力传感器，将来自压力传感器的传感器输出电压通过放大器向外部输出，并将所述传感器输出电压通过D/A转换器输入给压力传感器时效零点漂移修正机构，在该时效零点漂移修正机构的传感器输出判定机构中判定所述传感器输出电压是否大于设定值，进而在所述时效零点漂移修正机构的动作条件判定机构中对压力传感器的动作条件进行判定，当所述传感器输出电压大于设定值且压力传感器的动作条件处于预先设定的动作条件下时，通过D/A转换器将与所述传感器的输出电压大小相等而极性相反的零点修正用电压输入给所述放大器的补偿端子，将压力传感器的时效零点漂移消除。

Description

压力传感器和压力控制装置以及压力式流量控制装置的 自动零点修正装置
技术领域
本发明涉及主要在半导体制造设备和化工设备等设备中使用的压力传感器和压力控制装置以及压力式流量控制装置，涉及一种在对流体的压力进行计测的压力传感器的输出产生时效变化时，能够在其变化量(漂移量)超过规定设定值时自动进行压力传感器零点修正，从而防止由压力检测值的时效变化产生的压力或流量的检测误差的压力传感器和压力控制装置以及压力式流量控制装置的自动零点修正装置。
背景技术
在半导体制造设备和化工制造设备等设备中，要求对各种原料气体的供给流量和供给压力等进行高精度的控制，为了适应这种要求，已开发出多种型式的压力控制装置和流量控制装置以及其中所使用的压力传感器。
图13和图14是展示现有的流量控制装置的例子的附图，图13(美国专利第5146941号)中，公开了这样一种所谓的压差式流量控制装置，即，将节流孔F的上游侧的气体压力P1、以及节流孔F入口侧与管路之间的压差δP输入运算机构C，基于该运算机构C计算出的流量Wg与设定流量Wr，经由阀控制器VC对控制阀V进行开闭控制，从而将节流孔下游侧的气体流量控制为设定流量。
同样地，图14(特开平8-338546号)是展示现有的压力式流量控制装置的一个例子的附图，公开了这样一种在临界条件下(P2/P1≤约0.5)使用的压力式流量控制装置，即，由运算机构C按照公式Qc＝KP1(其中，P1是节流孔上游侧压力)计算出临界条件下节流孔下游侧的气体流量，并对控制阀V进行开闭控制以使得设定流量Qs与所述运算流量Qc之差趋向于减小，从而将节流孔F下游侧的气体流量控制为设定值。
另外，在上述流量控制装置等中，均需要对节流孔F上游侧的气体压力P1等进行检测，在这种压力检测中，大量使用着采用应变片等半导体压敏元件的压力传感器。
然而，我们知道，对所述流体压力P1进行检测的压力传感器，其输出值会随着传感器的周围环境条件例如气体温度等的变化而变化。也就是说，即便是安装在相同流体压力下的压力传感器，随着流体温度的变化，压力传感器的输出值也会变化。
例如，在上述应变型压力传感器中，是将压力转换为电压的，若以横轴表示压力则纵轴表示与之具有对应关系的输出电压。此外，作为输出特性，希望如下特性：绝对压力为零时输出电压为零，并且随着绝对压力的增加，输出电压线性增加。
但是，我们知道，现实中的压力传感器如前所述，当气体温度发生变化时，即便是在相同的气体压力下，传感器的输出也会变化，因而压力-输出特性从严格意义上讲不存在直接(线性)关系。
具体地说，我们将施加在压力传感器上的压力为零时的传感器的输出称作零点输出，将该零点输出随着温度的变化而发生的变化称作零点输出的温度漂移(drift)。此外，将加压时的传感器输出随温度发生的变化称作量程(span)输出的温度漂移，要想得到准确的传感器输出，必须对零点输出的温度漂移以及量程输出的温度漂移进行调整。
例如，现假定压力传感器的零点输出不存在温度漂移，其零点电压为0(V)。并且，对该压力传感器施加绝对压力为1.0(×102kPaA)即1atm的气体压力时，压力传感器的输出电压为20mV。当在该状态下使气体温度变化时，其输出电压自然要偏离20mV。这种变化就是前面所述的量程输出的温度漂移。实际上，零点输出存在着温度漂移，因此，任意压力下量程输出的温度漂移，反映的是包括零点电压的变化量(零点输出漂移)在内的结果。
因此，根据边对上游侧压力P1以及下游侧压力P2进行测定、边对节流孔的通过流量进行控制的压力式流量控制装置等，具有在压力传感器的输出电压中包含着零点输出的温度漂移和量程输出的温度漂移这一温度变化特性，因此，若将该输出电压直接转换为压力，则压力P1、P2存在着误差。
为此，本发明人开发出一种系统技术，通过控制电路和控制软件，对于压力传感器因上述温度变化而产生的零点输出的温度漂移以及/或者量程输出的温度漂移进行自动修正，以准确地进行流体压力以及压力控制、流量控制，并将该系统技术公开于特愿2001-399910号中。
上述特愿2001-399910号所涉及的技术，能够以构成较为简单的装置大致完全消除这种压力传感器的由温度漂移引起的压力或流量等的控制误差，具有非常好的实用效果。
然而，最近发现，压力传感器特别是采用半导体感应元件的压力传感器，不仅上述流体温度会引起输出电压的变化，而且输出电压还会随着时间发生变化(时效变化)。
特别是，上述压力传感器的输出电压随时间的变化，在节流孔F的二次侧为低压(例如10-4～10-6Torr的真空至100Torr左右)的状态下使用的场合更为显著，对于在向半导体制造装置的工作腔室供给各种气体的装置中使用的压力式流量控制装置来说，其影响变得不可忽视。
另一方面，为了消除上述压力传感器的输出时效变化的影响，可以考虑以另外设置的控制电路和控制软件而人为地使压力传感器的压力-输出特性平移规定量的方案。但是，另外设置这种旨在对输出随着时间发生的变化(以下称作压力传感器的时效输出漂移)进行修正的装置，将导致压力控制装置和流量控制装置的制造成本增加的问题。
[专利文献1]  美国专利第5146941号
[专利文献2]  特开平8-338546号公报
[专利文献3]  特开平10-82707号公报
发明内容
本发明旨在解决现有的采用半导体感应元件的压力传感器和使用该压力传感器的流量·压力控制装置所存在的上述问题，即(1)压力传感器的压力-输出特性随时间而改变，因而流量·压力等的控制精度变差，以及(2)另外单独设置对所述时效输出漂移进行修正的机构将导致流量·压力控制装置的制造成本增加等问题，通过有效地灵活运用流量·压力控制装置中所具有的压力传感器的压力-输出特性的温度漂移修正机构，提供一种能够简单且准确地对压力传感器的时效零点漂移进行修正而制造成本不会大幅度增加的压力传感器和压力控制装置以及压力式流量控制装置的自动零点调整装置。
为了对压力传感器的随时间发生的压力-输出特性的变化进行分析，本申请发明人等不仅使用压力传感器，而且使用采用压力传感器的压力控制装置和压力式流量控制装置进行了多次后面将要说明的各种实验。
并且从这些实验的结果中得知，作为采用半导体感应元件的压力传感器，(1)压力传感器的零点会随着时间发生变化，(2)在真空条件下使用时，零点随时间的变化必定是向负的方向变化(即，在压力·输出特性中，压力为0时输出值向负的方向变化)，以及(3)压力传感器的零点向负的方向变化，而压力控制精度的误差向正的方向相应地以该变化量发生变化(即，当压力为0时的输出值从零点向负的方向变化例如相当于满量程输出电压的0.2％的电压Δv时，压力控制精度的误差将增加相当于满量程(full scale)输出电压的0.2％的电压Δv)。
本发明是在了解了上述情况的基础上创造出来的，权利要求1的发明在对流体压力进行测定的压力传感器中，将来自压力传感器的传感器输出电压向外部输出，并将所述传感器输出电压输入压力传感器的时效零点漂移修正机构，在该时效零点漂移修正机构的传感器输出判定机构中判定所述传感器输出电压是否大于设定值，进而在所述时效零点漂移修正机构的动作条件判定机构中对压力传感器的动作条件进行判定，当所述传感器输出电压大于设定值且压力传感器的动作条件处于预先设定的动作条件下时，将压力传感器的时效零点漂移消除。
权利要求2的发明，在权利要求1的发明中，压力传感器使用半导体压敏元件，此外，将传感器的输出电压通过放大器向外部输出，并通过A/D转换器向压力传感器的时效零点漂移修正机构输入，进而在传感器输出电压大于设定值且压力传感器处于设定的动作条件下时，从所述时效零点漂移修正机构经由D/A转换器向所述放大器的补偿(offset)端子输入零点修正用电压，所述零点修正用电压与所述传感器的输出电压大小相同而极性相反。
权利要求3的发明，在具有压力控制用的控制阀和对流体压力进行检测的压力传感器的压力控制装置的自动零点修正装置中，将来自压力传感器的传感器输出电压向外部输出，并将所述传感器输出电压向压力传感器的时效零点漂移修正机构输入，在该时效零点漂移修正机构的传感器输出判定机构中判定所述传感器输出电压是否大于设定值，进而在所述时效零点漂移修正机构的动作条件判定机构中对压力传感器的动作条件进行判定，当所述传感器输出电压大于设定值且压力传感器的动作条件处于预先设定的动作条件下时，将压力传感器的时效零点漂移消除。
权利要求4的发明，在权利要求3的发明中，压力传感器使用半导体压敏元件，此外，将传感器的输出电压通过放大器向外部输出，并通过A/D转换器向压力传感器的时效零点漂移修正机构输入，进而在传感器输出电压大于设定值且压力传感器处于设定的动作条件下时，从所述时效零点漂移修正机构经由D/A转换器向所述放大器的补偿端子输入零点修正用电压，所述零点修正用电压与所述传感器的输出电压大小相同而极性相反。
权利要求5的发明是压力式流量控制装置的自动零点修正装置，所述压力式流量控制装置包括流量控制用的节流孔、设置在节流孔上游侧配管处的控制阀、设置在节流孔与控制阀之间并对上游侧压力P1进行检测的上游侧压力传感器，根据上游侧压力P1对节流孔通过流量进行控制，其中，将来自所述压力传感器的传感器输出电压向流量运算机构输出，并将所述传感器输出电压向压力传感器的时效零点漂移修正机构输入，在该时效零点漂移修正机构的传感器输出判定机构中判定所述传感器输出电压是否大于设定值，进而在所述时效零点漂移修正机构的动作条件判定机构中对压力传感器的动作条件进行判定，当所述传感器输出电压大于设定值且压力传感器的动作条件处于预先设定的动作条件下时，将压力传感器的时效零点漂移消除。
权利要求6的发明，在权利要求5的发明中，压力传感器使用半导体压敏元件，此外，将传感器的输出电压通过放大器向外部输出，并通过A/D转换器向压力传感器的时效零点漂移修正机构输入，进而在传感器输出电压大于设定值且压力传感器处于设定的动作条件下时，从所述时效零点漂移修正机构经由D/A转换器向所述放大器的补偿端子输入零点修正用电压，所述零点修正用电压与所述传感器的输出电压大小相同而极性相反。
权利要求7的发明是压力式流量控制装置的自动零点修正装置，所述压力式流量控制装置包括：流量控制用的节流孔、设置在节流孔上游侧配管处的控制阀、设置在节流孔与控制阀之间并对上游侧压力P1进行检测的上游侧压力传感器、设置在节流孔下游侧配管处并对下游侧压力P2进行检测的下游侧压力传感器，根据上游侧压力P1和下游侧压力P2对节流孔通过流量进行控制，其中，将来自所述压力传感器的传感器输出电压向流量运算机构输出，并将所述传感器输出电压向压力传感器的时效零点漂移修正机构输入，在该时效零点漂移修正机构的传感器输出判定机构中判定所述传感器输出电压是否大于设定值，进而在所述时效零点漂移修正机构的动作条件判定机构中对压力传感器的动作条件进行判定，当所述传感器输出电压大于设定值且压力传感器的动作条件处于预先设定的动作条件下时，将压力传感器的时效零点漂移消除。
权利要求8的发明，在权利要求7的发明中，压力传感器使用半导体压敏元件，此外，将传感器的输出电压通过放大器向外部输出，并通过A/D转换器向压力传感器的时效零点漂移修正机构输入，进而在传感器输出电压大于设定值且压力传感器处于设定的动作条件下时，从所述时效零点漂移修正机构经由D/A转换器向所述放大器的补偿端子输入零点修正用电压，所述零点修正用电压与所述传感器的输出电压大小相同而极性相反。
权利要求9的发明，在权利要求3或4的发明中，在压力传感器的时效零点漂移修正机构的传感器输出判定机构中作为基准的设定值，是相当于由压力传感器检测出的满量程压力FS的控制精度以下的传感器输出电压。
权利要求10的发明，在权利要求3或4的发明中，在压力传感器的时效零点漂移修正机构的动作条件判定机构中作为基准的设定动作条件，是向控制阀发出的强制打开的信号的有无、强制关闭的信号的有无、流量设定信号为零这3个条件。
权利要求11的发明，在权利要求5、6、7或8的发明中，在压力传感器的时效零点漂移修正机构的传感器输出判定机构中作为基准的设定值，是相当于由压力传感器检测出的满量程压力FS的控制精度以下的传感器输出电压。
权利要求12的发明，在权利要求5、6、7或8的发明中，在压力传感器的时效零点漂移修正机构的动作条件判定机构中作为基准的设定动作条件，是向控制阀发出的强制打开的信号的有无、强制关闭的信号的有无、流量设定信号为零这3个条件。
权利要求13的发明，在权利要求4的发明中，从时效零点漂移修正机构将零点修正用电压向放大器的补偿端子输出的D/A转换器，与设置在该压力式流量控制装置的流量运算机构中的压力传感器的温度漂移修正机构共用。
权利要求14的发明，在权利要求6或8的发明中，从时效零点漂移修正机构将零点修正用电压向放大器的补偿端子输出的D/A转换器，与设置在该压力式流量控制装置的流量运算机构中的压力传感器的温度漂移修正机构共用。
根据本申请权利要求1的发明，能够根据时效零点漂移修正机构的判断结果将因时效变化产生的零点漂移消除，因此，压力传感器的压力检测精度大幅度提高。
根据本申请权利要求2的发明，能够根据时效零点漂移修正机构的判断结果，将与因压力传感器的时效变化产生的漂移电压大小相同而极性相反的电压向将压力传感器的输出放大的放大器的补偿端子输入，从而将上述时效变化的零点漂移消除。因此，压力传感器的压力检测精度大幅度提高。
根据权利要求3至权利要求8的发明，也能够使作为压力控制和流量控制的基础的压力传感器的压力检测精度提高，因此，压力和流量的控制精度大幅度提高。
此外，根据权利要求9和权利要求11的发明，是由压力传感器检测出的满量程压力FS的控制精度以下、例如相当于满量程压力FS的0.13％的传感器输出电压作为基准进行自动零点修正的，因此，能够使流量检测值始终保持在预定的精度范围内。
再有，根据权利要求10和权利要求12的发明，当节流孔上游侧的压力传感器所在的环境条件接近于真空状态时，自动进行时效零点漂移的修正，因此，能够以更高的精度将零点漂移消除。
根据权利要求13和权利要求14的发明，用来向放大器的补偿端子供给漂移修正用电压的D/A转换器，与压力传感器的温度漂移修正机构共用，因此，能够使压力控制装置和压力式流量控制装置的压力传感器的温度漂移和时间漂移的修正机构的构成得以简化。如上所述，本发明具有非常好的实用效果。
附图说明
图1是本发明中所使用的半导体元件型压力传感器(压力转换器transducer)的结构图。
图2是对本发明中所使用的压力传感器的安装状况进行展示的剖视图。
图3是表示本发明中所使用的压力传感器在保持真空情况下其零点输出的时效变化的曲线。
图4是对本发明中所使用的压力传感器在保持真空情况下其零点输出随时间发生的变化“因抽真空前的使用经历不同产生的差异”进行展示的曲线图。
图5是表示本发明中所使用的压力传感器在压力以0(Torr·真空)～60Torr的周期变化时其零点输出的时效变化的曲线图。
图6是表示压力传感器的压力以0(Torr·真空)～0.1MPaG的周期变化时其零点输出的时效变化的曲线图。
图7是表示压力传感器在压力保持为0.1MPaG时其零点输出的时效变化的曲线图。
图8是本发明的实施方式中所使用的压力式流量控制装置的构成图。
图9是本发明的实施方式中所使用的压力式流量控制装置的对温度引起的压力传感器输出的变化进行修正的机构中的、零点输出修正部的构成框图。
图10是对压力传感器零点输出电压的修正与满量程(FS)的关系进行展示的说明图。
图11是本发明的压力式流量控制装置的控制电路的构成框图。
图12是本发明的压力传感器时效零点漂移修正机构的动作框图。
图13表示现有的压力式流量控制装置的一个例子。
图14表示现有的压力式流量控制装置的一个例子。
附图标记说明
P1节流孔上游侧气体压力，A压力传感器，B管路，1压力式流量控制装置，2节流孔，2a节流孔，3上游侧压力传感器，4上游侧配管，5下游侧配管，6温度传感器，7控制电路，7a流量运算机构，7b流量设定机构，7c比较机构，8阀驱动部，9控制阀，10气体供给源，11压力调节器，12·13阀，14工作腔室，15真空泵，16固定放大电路，16a补偿端子，17·18可变放大电路，19A/D转换器，20CPU，21传感器基座，22传感器芯片，23膜片，24膜片座，25硅油，26密封物，27引脚，28安装主体，29压紧螺母，30轴承，31密封环，40补偿用D/A转换器，40a·40b D/A转换器，40c·40d缓冲器，40e合成用缓冲器，41D/A转换器，42·43·44A/D转换器，7a’流量运算机构中的流量线性修正部，48压力传感器的温度漂移修正机构，49压力传感器的时效零点漂移修正机构，49a传感器输出判定机构，49b动作条件判定机构，50(压电)升压电路。
具体实施方式
首先，本申请发明人等将图1所示结构的压力传感器A以图2的形式安装在管路B上，通过真空泵(图中省略)使管路B的内部保持规定真空度的真空状态，对压力传感器A的压力-输出特性随时间的变化进行调查测定。
在图1和图2中，21是传感器基座，22是传感器芯片(半导体型压敏元件)，23是膜片，24是膜片座，25是硅油，26是密封物，27是引脚，28是安装主体，29是压紧螺母，30是轴承，31是密封环，P1是气体压力。
在图2中，是利用压紧螺母29将压力传感器A固定在安装主体28上的，但压力传感器A的安装固定结构可以是任意的，例如也可以使用安装固定用凸缘(图中省略)将压力传感器A固定在安装主体28上。
此外，图1和图2中虽未图示，但也曾使用结构为将所谓的应变片固定在膜片23的内表面侧而不使用硅油25的压力传感器A来替代图1所示结构的压力传感器A。
通过对管路B的内部进行减压，施加在膜片23上的气体压力P1改变，因而施加在传感器芯片22(或应变片)的压力也改变。其结果，自传感器芯片22输出的输出电压改变，从而检测出气体压力P1的变化。
另外，压力传感器A本身属于公知技术(特开平10-82707号等)，故在这里将其说明省略。
图3是表示将压力传感器A以图2所示状态进行安装并在大气压下放置24小时后，在保持抽真空(真空度为10-5～10-6Torr)的状态下压力传感器A的零点发生变化的曲线图。
由图3可知，抽真空后约一个小时，零点向负的方向变化0.2～0.3％FS(当满量程FS为100Torr时，变化0.2～0.3Torr)，之后约5小时左右进一步向负的方向变化0.1％FS左右后仍不稳定，虽然变化量很小但仍向负的方向变化。
此外，图3中纵轴的压力传感器的输出用mV表示，2mV相当于0.1％FS(即，0～100Torr相当于输出电压0～2V)。
图4是表示压力传感器在抽真空前曾经历的压力·时间对零点的稳定时间的影响的附图。即，使得经过真空保持试验其零点在某种程度上达到稳定的试品经历数种压力，之后，保持真空而对零点的稳定时间进行连续监视，研究抽真空前曾经历的压力对零点稳定时间的影响。
由图4可知，若所经历的压力高，则零点的初始值高，抽真空后向负方向变化的变化比例增大。但在经过20～30小时后，大致稳定在相同的值上而与事前经历过的压力无关，此后，可以认为，与图3的放置在真空中进行的零点稳定时间测定试验的结果同样，以一定的比例持续减小。又，图中的箭头所示的时间是从连续监视的初期起的经历时间。
图5和图6示出下面两种情况下经过5小时后零点变化的测定结果，即，压力范围为0Torr(保持15秒，真空度约为10-6Torr)-60Torr(保持30秒)，有规律地连续地进行每天5小时的切换(图5)，以及压力范围为0(保持15秒，真空度约为10-6Torr)-0.1-1MPaG(保持30秒)，有规律地连续地进行每天5小时的切换(图6)，并且，大约以一周为间隔用4周的时间对零点的变化进行了测定。
由图5可知，经过1～2周的时间，有的试品的零点发生了0.2％FS的变化。
此外，由图6的试验结果可知，零点的变化向负的方向收敛于0.1％FS以下。
图7示出压力传感器A连续保持在0.1MPaG的加压状态下时其零点输出随时间的变化，由该图可知，零点向正方向侧以0.1％FS以下的变化量发生变化。
由上述图3至图7所示的试验结果可知，在采用半导体反应元件(transducer)的压力传感器A中，其零点输出随时间的变化(时效变化)存在着如下现象。
1在保持真空、真空←→60Torr的循环试验中，零点向负的方向持续变化。
2在保持真空的情况下，在最初的数小时变化尤其大。
3虽然随着时间的流逝变化的变化率(比例)降低，但若在回到大气压或放到0.1MPaG的加压状态下后再抽真空，则在初期将发生较大的变化。
4在真空←→60Torr的循环试验中出现了离散的结果，有的试品的变化量比真空保持试验时大。有的在经过1周后超过了0.2％FS。
5根据0.1MPa保持试验的结果，可以认为在保持这种程度的加压时零点未发生变化。此外，可以认为，在大气压下进行保管的状态下来发生大的变化。
以上述压力传感器A的零点输出随时间的变化为基础，本发明人不仅针对压力传感器A，而且针对使用压力传感器A的压力控制装置以及压力式流量控制装置就对零点输出随时间发生的变化进行自动修正提出了创新方案。
下面，结合附图，就对本发明的压力式流量控制装置的零点输出随时间发生的变化进行修正的自动零点调整装置的实施方式进行说明。
图8是本发明的利用临界条件的压力式流量控制装置的构成图。该压力式流量控制装置1，是以所供给的流体处于临界条件下、即从节流孔2流出的流体的流体速度是声速这一点为前提的，因此，流量用Q＝KP1表示，压力的检测仅由上游侧压力传感器3进行。此外，压力式流量控制装置1中配置有具有节流孔2a的节流孔2、上游侧配管4、下游侧配管5、上游侧压力传感器3、温度传感器6、控制电路7、阀驱动部8以及控制阀9。
控制电路7以电子电路、微计算机、和内部储存的程序为核心构成，包括未图示的放大电路和A/D转换器等电子电路系统、按照流量实验公式运算流量Qc的流量运算机构7a、对应流过的设定流量Qs进行指令的流量设定机构7b、对运算流量Qc和设定流量Qs的流量差ΔQ(＝Qs-Qc或Qc-Qs)进行计算的比较机构7c。
另外，在图8中，10是气体供给源，11是压力调节器，12·13是阀，14是工作腔室，15是真空泵。
通过以真空泵15进行抽气，将节流孔2的下游侧压力P2设定得比上游侧压力P1小很多，P2/P1＜约0.5的临界条件始终自动地得到保持。其结果，从节流孔2a流出的气体的速度达到声速，节流孔2的通过流量Q用Q＝KP1表示。
上游侧压力P1由压力传感器3进行计测。为了对压力准确进行测定，压力传感器3的传感器部分是与气体流相接触地配置的，而且为了避免搅乱气体流，将该传感器部分设计得极小。因此，传感器部分与气体温度T相等。
此外，气体温度T由温度传感器6进行计测，为了避免搅乱气体流，温度传感器6对节流孔2附近的温度进行测定，如果气体与节流孔热平衡则二者的温度相等，因而将节流孔温度视为气体温度进行测定。
上游侧压力P1和气体温度T被转换成电压，通过未图示的放大电路或A/D转换器变成数字信号。这些数字信号输入给流量运算机构7a，根据气体温度T和气体物理性质计算出比例系数K，并利用上游侧压力P1按照Qc＝KP1计算出运算流量Qc。
从流量设定机构7b输入作为目标流量的设定流量Qs，由比较机构7c按照ΔQ＝Qs-Qc计算流量差ΔQ。
并且，将计算出的流量差ΔQ输入给阀驱动部8，向使ΔQ变零的方向调整控制阀9的开度。通过调整开度，调整气体的节流孔上游侧压力P1使之改变，进行控制使得按照Qc＝KP1求得的运算流量Qc与设定流量相等。
如前所述，压力传感器3的传感器部分变得与气体温度T相等，当气体温度T变化时，传感器部分的温度也将随之变化。此外，压力传感器3具有温度依赖性，压力传感器3的输出电压会随着温度的变化而变化。因此，在本发明的压力式流量控制装置中，设置有图9所示的对压力传感器3的输出电压随温度发生的变化(漂移)进行修正的装置。
图9是，压力式流量控制装置中的对所述输出电压随温度发生的变化(漂移)进行修正的机构之中的、用于调整零点输出(即压力为零时的输出电压)的零点输出温度漂移修正装置的简易电路框图。
参照图9，压力传感器3的输出电压v经固定放大电路16和可变放大电路18放大为压力电压V。压力电压V通过A/D转换器19输入到CPU20中。此外，固定放大电路16的输出电压输入到其它可变放大电路17中，该可变放大电路17的输出也产生压力电压V，作为上游侧压力P1显示在显示板上。
若假定上述压力传感器3在感知到例如绝对压力P1＝7气压(即7×102kPaA)时输出100mV，则当通过该压力传感器3在P1＝0～3(×102kPaA)的范围内对上游侧压力P1进行控制时，压力传感器3的输出电压V将成为在V＝0～42.86mV的范围内的输出电压。
此外，若该输出电压V的最大电压42.86mV被放大到满量程的5V，则放大率为117倍。在本实施方式中，117倍的放大率是通过上述固定放大器16放大100倍、可变放大电路17·18放大1.17倍来实现的。
但是，压力传感器3的输出电压会随着温度的变化而发生漂移，在这里，将压力为零时的输出的变化(漂移)称作零点输出温度漂移，而将承受任意压力时的输出的变化(漂移)称作输出温度漂移。
上述零点输出温度漂移，是通过对固定放大器16的补偿端子16a进行调整而得到修正的，具体地说，零点输出漂移的修正是通过补偿用D/A转换器40实现的。即，假设压力为零时输出电压V显示为某一值+v0，则为了使该零点输出漂移电压v0变成零而向补偿端子16a输入-v0。其结果，即使在压力为零时从压力传感器3有输出电压v0向固定放大电路16输入，但由于有效输入电压为v0+(-v0)＝0，零点输出的变化漂移可得到修正。
上述补偿用D/A转换器40，包括粗调用的D/A转换器40a和缓冲器40c、微调用的D/A转换器40b和缓冲器40d、以及合成用缓冲器40e。如上所述，是通过粗调电路和微调电路将零点输出漂移电压v0的反相的零点修正电压-v0施加在补偿端子16a上进行修正，从而将零点输出漂移消除的。
图10是对零点输出电压漂移的修正与满量程FS的设定的关系进行说明的说明图，横轴表示上游侧压力P1，纵轴表示压力传感器3的输出电压v和可变放大电路18的压力电压V。压力范围为P1＝0～P1m，最大压力为P1m＝3.0(×102kPaA)。在这里，假设气体温度T为T0时零点输出漂移为v0＝-2.0mV，最大压力P1m下传感器的最大输出电压为v1＝40.8mV。
图10中连接v0和v1的虚线a’表示压力传感器3的温度特性，在这里，当在补偿端子16a上施加-v0时，由于v0+(-v0)＝0故而v0将为0mV，从v0修正到了零(箭头a)。其结果，最大压力P1m下的传感器输出电压也将变成v0+(-v0)＝40.8+2.0＝42.8mV。因此，通过零点输出漂移修正，压力传感器3的输出被修正为0～42.8mV。该修正后的温度特性用虚线a”表示。
其次，进行该压力传感器3的满量程的设定。在零点调整后压力传感器的输出为0～v1+(-v0)、即0～42.8mV时，将其设定为满量程5V。也就是说，要将42.8mV放大到5V，使可变放大器44、46的放大率为1.17，其结果，将两级放大率设定为M＝100×1.17＝117。该修正用箭头b表示。
因此，最大电压Vm可由Vm＝(v1-v0)求得，任意压力P1下的压力传感器3的输出电压v被放大到V＝M(v-v0)。该放大后的输出电压V用实线C表示，在临界条件下该实线C反映的是V＝a(T0)P1。比例常数a(T0)由气体温度T为T0时的比例常数给出。
在上述图9和图10的说明中，将零点输出漂移v0＝-2.0mV视为随着流体(气体)温度的变化而发生的变化。因此，是将直线a’作为压力传感器的输出v的温度特性，而将直线C理解为放大器的输出V的温度特性的。
另一方面，在本申请发明中，是将对压力传感器的输出v的时效变化的零点进行修正作为问题的，因此，若将前述图9和图10的零点输出漂移v0(即压力为零时的压力传感器的输出v0)限定为由时效变化产生的零点输出漂移，则前面在图9和图10中说明的修正机构以及该修正机构与满量程(FS)设定之间的关系，便可直接应用于由时效变化产生的零点输出漂移的修正。
即，只要将上述图10中的直线a’作为压力传感器的输出v的时效变化特性，将直线C作为放大器的输出V的时效变化特性加以掌握即可。
另外，关于前述图3至图6所示压力传感器3的输出v的时效变化特性的测定方法，在这里省略其详细说明，而概略地说是这样进行测定的，即，将压力传感器3以图2所示的形式组装的管路B内的压力通过真空泵(图中省略)抽成零压力(真空10-5～10-6Torr)、即P10(×102kPaA)，对所经过的时间和压力传感器3的零点输出的变化量v0(漂移电压v0)进行测定，或者，在管路B内的压力保持在任意设定值的状态下对所经过的时间和压力传感器3的零点输出的变化量v0进行测定。
前述图3是表示对保持真空情况下压力传感器3的随时间发生的零点输出漂移的一例的时效输出特性图，横轴是时间(Hr)，纵轴是零点输出漂移电压v0，传感器输出电压2mV相当于满量程为100Torr时的满量程FS的0.1％。PT输出为0mV的线表示的是没有漂移的理想情况，而曲线给出实际测定的零点输出漂移。该漂移还因压力传感器试品的不同而异，但如前所述，大约一小时后达到0.2～0.3％FS(v0＝4～6mV)，大约6小时后达到0.4％FS(v0＝8mV)左右。并且，该零点输出漂移电压v0被施加到前述图9的固定放大电路16的补偿端子16a上。
在本发明中，当压力传感器3的随时间发生的零点输出漂移v0大于-0.13％FS(即，零点输出漂移v0为-2.6mV)时，将零点输出漂移v0施加到图9的固定放大电路16的补偿端子16a上，自动进行压力传感器3的零点调整。
另外，之所以将上述-0.13％FS作为时效变化的零点漂移的调整基准，其理由是从图3至图6等附图所示基础试验的结果可知，保持真空时零点漂移v0只向负的方向发生，并且，若零点漂移达到-0.13％FS(v0为-2.6mV)左右则不会超出压力传感器3在实用上容许的误差范围。
具体地说，首先，判断压力传感器3的输出电压v是否为负。
另外，在压力控制装置的工作过程中，对压力传感器3必定施加有气体压力，压力传感器3的输出电压v不会变成负的。因此，若判断为压力传感器3的输出电压v为负，便可知道压力控制装置处于停止工作状态，没有气体的流通。
此外，我们已经知道，在保持真空的情况下压力传感器3的时效变化引起的零点输出电压漂移v0必定为负，因此，若压力传感器3的输出漂移v位于负侧，便可知道压力传感器3被保持在真空或接近于真空的真空度(10-2～10-6Torr左右)下。
因此，只要判断为压力传感器3的输出电压漂移v为负，压力式流量控制装置便处于未工作状态，并且管路内的压力被保持在接近于真空的状态，因此，始终进随着时间对零点输出漂移进行调整。
其次，判断压力传感器3的输出电压漂移v是否超过所述设定值(v＝-0.13％FS)。并且，当压力传感器的输出漂移v超过设定值时，便自我诊断为需要进行由压力传感器3的时效变化引起的零点输出漂移的调整，自动进行零点漂移v0的调整。
图11是压力控制装置的控制电路的详细构成框图。压力传感器3、固定放大器16、可变放大器17·18、A/D转换器19、补偿用D/A转换器40等与图9的情况相同，故将其说明省略。
另外，压力式流量控制装置的控制电路也与图11大致相同，只是在流量运算机构中的流量线性修正部7a′的输出侧设置了气体温度修正部(图示省略)，并向该气体温度修正部输入来自温度传感器4的温度检测信号这一点与图11不同。
此外，在图11中，41是D/A转换器，42、43、44是A/D转换器，7是控制电路，7c是比较电路，20是CPU，7a’是流量运算机构中的流量线性修正部，48是压力传感器的温度漂移修正机构，49是压力传感器的时效零点漂移修正机构，50是升压电路，利用该升压电路50的输出对控制阀(图示省略)的开闭进行控制。
压力传感器输出的时效零点漂移修正机构49具有：判断来自A/D转换器44的输入值v是否超过设定值(-0.13％FS＝-2.6mV)的机构(传感器输出判定机构49a)；以及对是否设定了将控制阀9强制关闭的输入、或压力设定信号V是否在0.6％FS以下的某一种情况进行判定的动作条件判定机构49b；通过动作条件判定机构49b，确认(1)是否设定了将控制阀9强制打开或者(2)强制关闭的输入、(3)压力设定信号V是否在0.6％FS(V＝60mV，传感器输出电压v＝12mV)以下等事项之中的某一事项，当通过传感器输出判定机构49a确认压力传感器3的输出v在-0.13％FS以上时，自动从DA转换器将相当于+0.13％FS的零点调整用电压(v0＝2.6mV)输入到固定放大电路16的补偿端子16a上，以抵消掉相当于压力传感器的时效零点漂移(-0.13％FS)的漂移输出电压(-2.6mV)，进行自动零点调整。
图12是本发明的压力传感器时效零点漂移修正机构49的工作流程图。在步骤m1输入来自压力传感器3的输出电压v，并在步骤m2输入使控制阀9强制打开的输入信号Vc或强制关闭的输入信号Vo。之后，在步骤m3判定所述v是否超过-0.13％FS(v＝-2.6mV)，并在步骤m4判断是否存在Vc或Vo以及压力设定信号V是否在0.6％FS以下。
最后，当在步骤m5确认满足V超过-12mV且Vc＞0或Vo＞0或者V＜0.6％FS等条件之中的某一条件时(步骤m5)，在步骤m6将+v(＝2.6mV)的电压输出给固定放大电路16的补偿端子16a。
另外，在前述图1至图11所示的本发明的实施方式中，是基于在临界条件下使用的压力式流量控制装置对本发明进行说明的，但本发明当然也可以应用于非临界条件下使用的压力控制装置和单独使用的压力传感器。
工业实用性
本发明主要在半导体制造设备和化工品制造设备等设备中使用。此外，本发明能够在需要对原料气体等流体的供给流量或供给压力高精度地进行控制的领域得到广泛的应用。

Claims (14)

1.一种压力传感器的自动零点修正装置，在对流体压力进行测定的压力传感器中，将来自压力传感器的传感器输出电压向外部输出，并将所述传感器输出电压输入压力传感器的时效零点漂移修正机构，
在该时效零点漂移修正机构的传感器输出判定机构中判定所述传感器输出电压是否大于设定值，
进而在所述时效零点漂移修正机构的动作条件判定机构中对压力传感器的动作条件进行判定，当所述传感器输出电压大于设定值且压力传感器的动作条件处于预先设定的动作条件下时，将压力传感器的时效零点漂移消除。
2.如权利要求1所述的压力传感器的自动零点修正装置，其特征是，压力传感器使用半导体压敏元件，
此外，将传感器的输出电压通过放大器向外部输出，并通过A/D转换器向压力传感器的时效零点漂移修正机构输入，
进而在传感器输出电压大于设定值且压力传感器处于设定的动作条件下时，从所述时效零点漂移修正机构经由D/A转换器向所述放大器的补偿端子输入零点修正用电压，所述零点修正用电压与所述传感器的输出电压大小相同而极性相反。
3.一种压力控制装置的自动零点修正装置，
在具有压力控制用的控制阀和对流体压力进行测定的压力传感器的压力控制装置中，将来自压力传感器的传感器输出电压向外部输出，并将所述传感器输出电压向压力传感器的时效零点漂移修正机构输入，
在该时效零点漂移修正机构的传感器输出判定机构中判定所述传感器输出电压是否大于设定值，
进而在所述时效零点漂移修正机构的动作条件判定机构中对压力传感器的动作条件进行判定，当所述传感器输出电压大于设定值且压力传感器的动作条件处于预先设定的动作条件下时，将压力传感器的时效零点漂移消除。
4.如权利要求3所述的压力控制装置的自动零点修正装置，其特征是，压力传感器使用半导体压敏元件，
此外，将传感器的输出电压通过放大器向外部输出，并通过A/D转换器向压力传感器的时效零点漂移修正机构输入，
进而在传感器输出电压大于设定值且压力传感器处于设定的动作条件下时，从所述时效零点漂移修正机构经由D/A转换器向所述放大器的补偿端子输入零点修正用电压，所述零点修正用电压与所述传感器的输出电压大小相同而极性相反。
5.一种压力式流量控制装置的自动零点修正装置，
所述压力式流量控制装置包括：流量控制用的节流孔、设置在节流孔上游侧配管处的控制阀、设置在节流孔与控制阀之间并对上游侧压力P1进行检测的上游侧压力传感器，根据上游侧压力P1对节流孔通过流量进行控制，其中，
将来自所述压力传感器的传感器输出电压向流量运算机构输出，并将所述传感器输出电压向压力传感器的时效零点漂移修正机构输入，
在该时效零点漂移修正机构的传感器输出判定机构中判定所述传感器输出电压是否大于设定值，进而在所述时效零点漂移修正机构的动作条件判定机构中对压力传感器的动作条件进行判定，当所述传感器输出电压大于设定值且压力传感器的动作条件处于预先设定的动作条件下时，将压力传感器的时效零点漂移消除。
6.如权利要求5所述的压力式流量控制装置的自动零点修正装置，其特征是，
压力传感器使用半导体压敏元件，
此外，将传感器的输出电压通过放大器向外部输出，并通过A/D转换器向压力传感器的时效零点漂移修正机构输入，
进而在传感器输出电压大于设定值且压力传感器处于设定的动作条件下时，从所述时效零点漂移修正机构经由D/A转换器向所述放大器的补偿端子输入零点修正用电压，所述零点修正用电压与所述传感器输出电压大小相同而极性相反。
7.一种压力式流量控制装置的自动零点修正装置，
所述压力式流量控制装置包括：流量控制用的节流孔、设置在节流孔上游侧配管处的控制阀、设置在节流孔与控制阀之间并对上游侧压力P1进行检测的上游侧压力传感器、设置在节流孔下游侧配管处并对下游侧压力P2进行检测的下游侧压力传感器，根据上游侧压力P1和下游侧压力P2对节流孔通过流量进行控制，其中，
将来自所述压力传感器的传感器输出电压向流量运算机构输出，并将所述传感器输出电压输入压力传感器的时效零点漂移修正机构，在该时效零点漂移修正机构的传感器输出判定机构中判定所述传感器输出电压是否大于设定值，
进而在所述时效零点漂移修正机构的动作条件判定机构中对压力传感器的动作条件进行判定，当所述传感器输出电压大于设定值且压力传感器的动作条件处于预先设定的动作条件下时，将压力传感器的时效零点漂移消除。
8.如权利要求7所述的压力式流量控制装置的自动零点修正装置，其特征是，
压力传感器使用半导体压敏元件，
此外，将传感器的输出电压通过放大器向外部输出，并通过A/D转换器向压力传感器的时效零点漂移修正机构输入，
进而在传感器输出电压大于设定值且压力传感器处于设定的动作条件下时，从所述时效零点漂移修正机构经由D/A转换器向所述放大器的补偿端子输入零点修正用电压，所述零点修正用电压与所述传感器输出电压大小相同而极性相反。
9.如权利要求3或4所述的压力控制装置的自动零点修正装置，其特征是，在压力传感器的时效零点漂移修正机构的传感器输出判定机构中作为基准的设定值，是相当于由压力传感器检测出的满量程压力的控制精度以下的传感器输出电压。
10.如权利要求3或4所述的压力控制装置的自动零点修正装置，其特征是，在压力传感器的时效零点漂移修正机构的动作条件判定机构中作为基准的设定动作条件，是向控制阀发出的强制打开的信号的有无、强制关闭的信号的有无、流量设定信号为零这3个条件。
11.如权利要求5、6、8或9所述的压力式流量控制装置的自动零点修正装置，其特征是，在压力传感器的时效零点漂移修正机构的传感器输出判定机构中作为基准的设定值，是相当于由压力传感器检测出的满量程压力的控制精度以下的传感器输出电压。
12.如权利要求5、6、8、9所述的压力式流量控制装置的自动零点修正装置，其特征是，在压力传感器的时效零点漂移修正机构的动作条件判定机构中作为基准的设定动作条件，是向控制阀发出的强制打开的信号的有无、强制关闭的信号的有无、流量设定信号为零这3个条件。
13.如权利要求4所述的压力控制装置的自动零点修正装置，其特征是，从时效零点漂移修正机构将零点修正用电压向放大器的补偿端子输出的D/A转换器，与设置在该压力式流量控制装置的流量运算机构中的压力传感器的温度漂移修正机构共用。
14.如权利要求6或8所述的压力式流量控制装置的自动零点修正装置，其特征是，从时效零点漂移修正机构将零点修正用电压向放大器的补偿端子输出的D/A转换器，与设置在该压力式流量控制装置的流量运算机构中的压力传感器的温度漂移修正机构共用。
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