JP2004199109A - 圧力式流量制御装置を用いた流体の流量制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】圧力式流量制御装置に於いて、物性値が不明のガス種であっても、容易に且つ高精度で当該ガス種の比フローファクタを求めることができるようにする。
【解決手段】被流量制御流体を任意の流体Ｇｇとした時の任意流体の実流量Ｑｇを、Ｑｇ＝Ｑｂ×ＳＦＦ（但し、Ｑｂは被流量制御流体を基準流体Ｇｂとした圧力式流量制御装置に於ける任意流体の測定流量、ＳＦＦは任意の流体Ｇｇの基準流体Ｇｂに対する比フローファクタである。）として算定するようにした圧力式流量制御装置を用いた流体の流量制御方法に於いて、前記比フローファクタＳＦＦを、
ＳＦＦ＝Δｔ（Ｇｂ）／Δｔ（Ｇｇ）・Ｔ（Ｇｂ）／Ｔ（Ｇｇ）
（但し、Δｔ（Ｇｂ）は基準流体Ｇｂに対するオリフィスの圧力減衰特性に於いて圧力降下が任意の設定値ΔＰに達するまでの時間、Δｔ（Ｇｇ）は任意の流体Ｇｇに対するオリフィスの圧力減衰特性に於いて、圧力降下が前記任意の設定値ΔＰに達するまでの時間、Ｔ（Ｇｂ）は基準流体Ｇｂの温度、Ｔ（Ｇｇ）は任意の流体Ｇｇの温度である。）により演算する。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体や化学品、薬品、精密機械部品等の製造に用いる各種流体の圧力式流量制御装置を用いた流量制御方法の改良に関するものであり、更に詳細には、流量制御対象である流体の種類が変った際に用いる流量演算用の比フローファクタを、理論式から流体の物性値を用いて演算するのではなしに、当該流体を圧力式流量制御装置へ現実に流通させることにより、圧力式流量制御装置毎に簡単且つ高精度で比フローファクタを求められるようにした圧力式流量制御装置を用いた流体の流量制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
近年、半導体製造装置等の分野では、各種流体（ガス）の流量制御装置として、従前のマスフローコントローラに代えて圧力式流量制御装置が広く利用されている。
この圧力式流量制御装置（以下、ＦＣＳ装置とも略称する）は本願発明者等の開発に係るものであり、その基本的な構成は特開平８−３３８５４６号として先きに開示されている。
【０００３】
即ち、当該ＦＣＳ装置は、オリフィスの上流側圧力Ｐ₁ を下流側圧力Ｐ₂ の約２倍以上に保持した状態で流体の流量制御を行ない、オリフィスと、オリフィスの上流側に設けたコントロール弁と、コントロール弁とオリフィス間に設けた圧力検出器と、圧力検出器の検出圧力Ｐ₁ から流量ＱｃをＱｃ＝ＫＰ₁ （但しＫは定数）として演算すると共に、流量指令信号Ｑｓと前記演算した流量信号Ｑｃとの差を制御信号Ｑｙとして前記コントロール弁の駆動部へ出力する演算制御装置とから構成され、コントロール弁の開閉によりオリフィス上流側圧力Ｐ₁ を調整し、オリフィス下流側流量を制御するものである。
【０００４】
また、当該ＦＣＳ装置の最大の特徴点は、オリフィスを流れているガスの流量Ｑｃが上流側圧力Ｐ₁ にのみ依存し、同一のオリフィスとガス種に対してはＱｃ＝ＫＰ₁ （Ｋは定数）として演算で算出できることである。つまり、オリフィスとガス種を決めて比例定数Ｋを初期設定すれば、オリフィスの下流側圧力Ｐ₂ の変動に関係なくオリフィスの上流側圧力Ｐ₁ を測定するだけで、実際の流量を演算で算出できる。
【０００５】
更に、当該ＦＣＳ装置は、同一のオリフィスでもって複数の異なる流体（ガス）の流量制御を簡単に行なうことができる。即ち、オリフィスが同一の場合、流体の種類が変化すると、前記Ｑｃ＝ＫＰ₁ に於ける定数Ｋが各流体に応じて変化する。
そのため、現実のガス流量制御では、Ｎ₂ ガス、Ａｒガス、Ｏ₂ ガスに対する前記定数ＫをＫ_N 、Ｋ_A 、Ｋ_O としたとき、Ｎ₂ ガスを基準にした比フローファクタＳＦＦと云う数値が用いられている。
例えば、いまＮ₂ ガス、Ａｒガス、Ｏ₂ ガスのフローファクタＦＦをＦＦ_N 、ＦＦ_A 、ＦＦ_O とするとＮ₂ ガスの比フローファクタＳＦＦ_N ＝Ｋ_N ／Ｋ_N ＝１、Ａｒガスの比フローファクタＳＦＦ_A ＝Ｋ_A ／Ｋ_N 、Ｏ₂ ガスの比フローファクタＳＦＦ_O ＝Ｋ_O ／Ｋ_N で与えられる。つまり、比フローファクタＳＦＦとは実際のガスの流量とＮ₂ 換算流量との比率であり、ＳＦＦ＝実ガス流量／Ｎ₂ 換算流量で定義されるファクタである。
【０００６】
【表１】

表１は、ガス種毎の比フローファクタＳＦＦの値の一例を示すものであり、当該比フローファクタＳＦＦの値を用いて、同じＦＣＳ装置に於いて被流量制御ガスが例えばＮ₂ ガスからＯ₂ ガスに変化した場合には、Ｏ₂ ガスのオリフィス上流側圧力Ｐ₁ における流量（実ガス流量Ｑ_O2）は、Ｑ_O2＝ＳＦＦ_O ×Ｎ₂ 換算流量＝０．９３５２３７×Ｎ₂ ガスを流した場合のオリフィス上流側圧力Ｐ₁ におけるＦＣＳ装置の読み取り流量として演算されることになる。
【０００７】
一方、前記各ガス種の比フローファクタＳＦＦの算定基礎となる各ガス種のフローファクタＦＦは、各ガス種の物性値から演算式を用いて求めることができ、その演算方法は本願発明者等が先きに特開２０００−３２２１３０号として開示している。
【０００８】
即ち、高圧領域からオリフィスを介して低圧領域へとガスが流出しているとき、ガスの流管に連続の法則、エネルギー保存則および気体の状態方程式（気体の非粘性）を適用し、しかも流出時のガスは断熱変化をするものとする。更に、オリフィス流出時のガスの流速が、そのガス温度での音速に達すると仮定する。この音速条件はＰ₁ ≧約２Ｐ₂ ということであり、換言すれば圧力比Ｐ₂ ／Ｐ₁ が臨界圧力比約１／２以下ということに相当する。
【０００９】
これらの条件下に於いては、オリフィスを通過するガス流量Ｑは、下記の（１）式により得られる。
【数１】

また、この式（１）は、下記の（２）式のように整理することが出来る。
Ｑ＝ＦＦ・ＳＰ₁ （１／Ｔ₁ ）^1/2 ……（２）
但し、（２）式において、ＦＦは前記フローファクタに相当するものであり、下記の（３）式で表わされる。
【数２】

Ｋ＝（２×９．８１）^1/2 ＝４．４２９
【００１０】
尚、（１）〜（３）式に於いて、Ｑ（ｍ³ ／ｓｅｃ）は標準状態に於ける単位時間当りの体積流量、Ｓ（ｍ² ）はオリフィス断面積、Ｐ₁ （ｋｇ／ｍ² ａｂｓ）は上流側絶対圧力、Ｔ₁ （Ｋ）は上流側ガス温度、ＦＦ（ｍ³ Ｋ^1/2 ／ｋｇ／ｓｅｃ）はフローファクター、Ｋは比例定数（２ｇ）、γ_S （ｋｇ／ｍ³ ）はガスの標準状態に於ける密度、κ（無次元）はガスの比熱比、Ｒ（ｍ／Ｋ）はガス定数である。
【００１１】
ここで、演算流量Ｑｃ（＝ＫＰ₁ ）を前記流量Ｑと等しいと考えると、定数ＫはＫ＝ＦＦ・Ｓ／Ｔ₁ ^1/2 で表わされ、ガス種、上流側ガス温度およびオリフィス断面積に依存することが分る。つまり、上流側圧力Ｐ₁ 、上流側温度Ｔ₁ およびオリフィス断面積Ｓが同一の条件下では、演算流量ＱｃはフローファクターＦＦにのみ依存することが明らかである。
【００１２】
前記フローファクターＦＦは前記（３）式からも明らかなように標準状態に於ける密度γ_S 、比熱比κおよびガス定数Ｒに依存するから、ガス種のみによって決まる因子である。結果として、上流側圧力Ｐ₁ 、上流側温度Ｔ₁ およびオリフィスが同一のとき、ガス種Ａの演算流量がＱ_A とすると、ガス種Ｂを流通させた場合には、その演算流量Ｑ_B はＱ_B ＝（ＦＦ_B ／ＦＦ_A ）Ｑ_A ＝ＳＦＦ・Ｑ_A で与えられることになる。ここで、ＦＦ_A 、ＦＦ_B は各々ガス種Ａ、Ｂのフローファクターであり、ＳＦＦ＝ＦＦ_B ／ＦＦ_A は、ガス種Ｂのガス種Ａに対する比フローファクタである。
【００１３】
換言すると、ガス種以外の条件が同一のときには、ガス種変更時の流量Ｑ_B は比フローファクタＦＦ_B ／ＦＦ_A （以下ＳＦＦと略称する）を流量Ｑ_A に掛け込むだけで演算できる。
尚、前記基礎となるガス種Ａは任意にとり得るが、一般にはＮ₂ ガスが基礎流体とされる。従って、ＳＦＦとしてＦＦ／ＦＦ_N を採用する。
ここで、ＦＦ_N はＮ₂ ガスのフローファクタを意味する。各ガス種の物性値と演算されたフローファクタＦＦ及び比フローファクタＳＦＦは表２の通りである。
【００１４】
【表２】

【００１５】
【発明が解決しようとする問題点】
上記理論式から求めたフローファクタＦＦ（又は比フローファクタＳＦＦ）を用いて演算した実ガス流量は、実測値に対する誤差が最大でも１％程度である。
例えば、Ｏ₂ ガス流量Ｑ_O2をＱ_O2＝ＳＦＦ×Ｑ_N2＝０．９３５２３７Ｑ_N2として演算した流量と、ビルドアップ法で実測した実際のＯ₂ ガス流量とを比較した場合、両者の誤差は何れも実測値に対して１％の誤差範囲内に納まることが確認されており、当該フローファクタＦＦの演算方法は優れた実用的効用を有するものである。
【００１６】
しかし、前記理論式からフローファクタＦＦや比フローファクタＳＦＦを演算するためには、（式）３からも明らかなように各流体の物性値が明確に判明している必要があり、新種の流体（ガス）や既知の流体（ガス）でも混合比の不明な混合流体や、分子量が同一でも構造の異なる異性体ガス等では、フローファクタＦＦを容易に演算することが出来ないと云う難点がある。
特に近い将来、地球環境保全の見地から温暖化係数の低減を目指した新種のガスが開発されて来ることは明白なことであり、これ等の物性値の不明な新種のガスに対してはＦＣＳ装置を容易に適用することが出来ないと云う問題がある。
【００１７】
本発明は、従前のＦＣＳ装置のフローファクタＦＦや比フローファクタＳＦＦの算定に於ける上述の如き問題、即ち物性値の不明な新種のガス等ではフローファクタＦＦの算定が不可能であったり、或いは算定に手数が掛かり過ぎると云う問題を解決せんとするものであり、如何なる種類の流体（ガス種）であっても、ＦＣＳ装置毎に当該ガス種に対する比フローファクタＳＦＦを簡単且つ正確に求めることが出来るようにした圧力式流量制御装置を用いた流体の流量制御方法を提供するものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、オリフィスＯ_L と、オリフィスＯ_L の上流側に設けたコントロール弁Ｃｖと、コントロール弁ＣｖとオリフィスＯ_L との間に設けた圧力検出器Ｐと、圧力検出器Ｐの検出圧力Ｐ₁ から流量ＱｃをＱｃ＝ＫＰ₁ （但しＫは定数）として演算すると共に、流量指令信号Ｑｓと前記演算した流量信号Ｑｃとの差を制御信号Ｑｙとしてコントロール弁Ｃｖの駆動部ＶＤへ出力する演算制御装置ＣＰＵとから構成され、オリフィス上流側圧力Ｐ₁ をオリフィス下流側圧力Ｐ₂ の約２倍以上に保持した状態で前記コントロール弁Ｃｖの開閉によりオリフィス上流側圧力Ｐ₁ を調整し、オリフィス下流側の流体の流量を制御するようにした圧力式流量制御方法であって、被流量制御流体を任意の流体Ｇｇとした時の任意流体の実流量ＱｇをＱｇ＝Ｑｂ×ＳＦＦ（但し、Ｑｂは被流量制御流体を基準流体Ｇｂとした圧力式流量制御装置に於ける任意流体の測定流量、ＳＦＦは任意の流体Ｇｇの基準流体Ｇｂに対する比フローファクタである。）として算定するようにした圧力式流量制御装置を用いた流体の流量制御方法に於いて、前記比フローファクタＳＦＦを、
ＳＦＦ＝Δｔ（Ｇｂ）／Δｔ（Ｇｇ）・Ｔ（Ｇｂ）／Ｔ（Ｇｇ）
（但し、Δｔ（Ｇｂ）は基準流体Ｇｂに対するオリフィスの圧力減衰特性に於いて、圧力降下が任意の設定値ΔＰに達するまでの時間、Δｔ（Ｇｇ）は任意の流体Ｇｇに対するオリフィスの圧力減衰特性に於いて、圧力降下が前記任意の設定値ΔＰに達するまでの時間、Ｔ（Ｇｂ）は基準流体Ｇｂの絶対温度、Ｔ（Ｇｇ）は任意の流体Ｇｇの絶対温度である。）により演算することを発明の基本構成とするものである。
【００１９】
請求項２の発明は、被流量制御流体を任意の流体Ｇｇとした時の任意流体の実流量ＱｇをＱｇ＝Ｑｂ×ＳＦＦ（但し、Ｑｂは被流量制御流体を基準流体Ｇｂとした圧力式流量制御装置に於ける基準流体の測定流量、ＳＦＦは任意の流体Ｇｇの基準流体Ｇｂに対する比フローファクタである。）として算定するようにした圧力式流量制御装置を用いた流体の流量制御方法に於いて、被流量制御流体を基準流体Ｇｂとした時のオリフィスの圧力減衰特性に於いてオリフィス上流側圧力Ｐ₁ の圧力降下が任意の設定値ΔＰに達する間の平均流量Ｑ（Ｇｂ）を、
Ｑ（Ｇｂ）＝Ｃ・Ｖ_l ・２７３．１５／Ｔ（Ｇｂ）×ΔＰ／Δｔ（Ｇｂ）として算定し、
更に、被流量制御流体を任意の流体Ｇｇとした時のオリフィスの圧力減衰特性に於いてオリフィス上流側圧力Ｐ₁ の圧力降下が前記任意の設定値ΔＰに達する間の平均流量Ｑ（Ｇｇ）を、
Ｑ（Ｇｇ）＝Ｃ・Ｖ_l ・２７３．１５／Ｔ（Ｇｇ）×ΔＰ／Δｔ（Ｇｇ）として算出し、（但し、Ｃは換算定数、Ｖ_l は圧力制御装置の内容積、Δｔ（Ｇｂ）は基準流体Ｇｂに対するオリフィスの圧力減衰特性に於いて圧力降下が任意の設定値ΔＰに達するまでの時間、Δｔ（Ｇｇ）は任意の流体Ｇｇに対するオリフィスの圧力減衰特性に於いて圧力降下が前記任意の設定値ΔＰに達するまでの時間、Ｔ（Ｇｂ）は基準流体Ｇｂの絶対温度、Ｔ（Ｇｇ）は任意の流体Ｇｇの絶対温度である。）、前記比フローファクタＳＦＦを、ＳＦＦ＝Ｑ（Ｇｇ）／Ｑ（Ｇｂ）として演算することを発明の基本構成とするものである。
【００２０】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２の発明に於いて、基準流体Ｇｂを窒素ガスとするようにしたものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明を適用する標準的な圧力式流量制御装置（ＦＣＳ装置）の回路構成図であり、Ｃｖはコントロール弁、ＶＤは弁駆動装置、Ｐは圧力検出器、Ｔは温度検出器、Ｏ_L はオリフィス、Ｌ₁ はオリフィス上流側ライン、Ｌ₂ はオリフィス下流側ライン、ＡＭＰは増幅器、Ａ／Ｄは信号変換器、ＤＰは圧力表示器、ＤＴは温度表示器、ＣＰＵは演算装置、Ｍは記憶装置、ＳＣは電源回路、ＰＴは外部通信ポート、ＥＳは直流電源、ＳＴは流量設定回路、ＳＦＦは比フローファクタ表示回路、ＴＲは外部回路である。
【００２２】
上記図１に於いて、演算装置ＣＰＵには、後述する各ガス種に対する比フローファクタＳＦＦの演算部と、演算された比フローファクタＳＦＦを用いて各ガス種の流量を演算する流量演算部と、流量演算部で演算したガス流量と設定流量Ｑｓとを対比し、演算ガス流量を設定流量Ｑｓに調整するための流量調整部等が設けられており、前記流量演算部や流量調整部等の構成や機能は前記特開平８−３３８５４６号により公知であるため、ここではその説明を省略する。
【００２３】
前記比フローファクタＳＦＦはＳＦＦ＝Ｑｇ／Ｑｂとして定義されるものである。ここでＱｂは、被流量制御流体が基準流体Ｇｂ（Ｎ₂ ガス）であるときのＦＣＳ装置による制御流量（基準ガス流量）であり、またＱｇは、同一のＦＣＳ装置へ被流量制御流体として同じ条件下で任意の流体Ｇｇ（例えばＣ₄ Ｆ₈ ）を供給した場合の任意流体Ｇｇの実ガス流量である。
従って、任意の流体Ｇｇを同一のＦＣＳ装置へ同一の条件下で供給した際の任意流体Ｇｇの実ガス流量Ｑｇは、前記基準流体Ｇｂ（Ｎ₂ ガス）に対して校正されたＦＣＳ装置による任意流体Ｇｇの制御流量値に比フローファクタＳＦＦを掛けることにより、求められることができる。
【００２４】
即ち、ガス種が変わると、流量は変わるが、前記式（３）で演算されるフローファクタＦＦは圧力に関係なく一定であると考えられるため、基準流体Ｇｂ（Ｎ₂ ガス）と任意の流体Ｇｇ（例えばＣ₄ Ｆ₈ ガス）が同一条件下で同一のＦＣＳ装置を流通する流量Ｑｂ及び流量Ｑｇを実測することにより、前記比フローファクタを、ＳＦＦ＝Ｑｇ／Ｑｂとして算出することができる。
【００２５】
一方、ＦＣＳ装置のコントロール弁Ｃｖからオリフィス上流側ラインＬ₁ へ圧力Ｐ₁ を加え、その後コントロール弁Ｃｖを閉にした時に前記圧力Ｐ₁ が圧力Ｐ₂ に降下するオリフィスＯ_L を流通する流体の平均流量Ｑ（ＳＣＣＭ）は、ビルドアップ法（Ｒａｔｅ ｏｆ Ｒｉｓｅ）として知られる下記の（４）式により演算することができる。
Ｑ＝Ｃ・Ｖ_l ・２７３．１５／Ｔ（Ｇ）×（Ｐ₁ − Ｐ₂ ）／（ｔ₂ −ｔ₁ ）……（４）
但し、（４）式に於いて、Ｃは換算定数、Ｖ_l はＦＣＳの内容積、Ｔ（Ｇ）は流体の絶対温度、Ｐ₁ ・Ｐ₂ はサンプリング圧力、ΔＰ＝Ｐ₁ −Ｐ₂ はオリフィス上流側ラインの圧力降下、ｔ₁ ・ｔ₂ はサンプリング時刻、Δｔ＝ｔ₂ −ｔ₁ は圧力降下Ｐ₁ −Ｐ₂ を生ずるに要する時間である。
【００２６】
基準流体Ｇｂ（Ｎ₂ ガス）に対する平均流量Ｑｂと任意流体Ｇｇに対する平均流量Ｑｇとの比Ｑｇ／Ｑｂを上記（４）式より求めると、下記の（５）式で表わされる。
ＳＦＦ＝Ｑｇ／Ｑｂ＝Δｔ（Ｇｂ）／Δｔ（Ｇｇ）×Ｔ（Ｇｂ）／Ｔ（Ｇｇ）……（５）
但し、ここでΔｔ（Ｇｇ）は任意流体Ｇｇが所定の圧力降下（Ｐ₁ −Ｐ₂ ）を生ずるのに必要とする時間、Δｔ（Ｇｂ）は基準流体Ｇｂが同一の圧力降下（Ｐ₁ −Ｐ₂ ）を生ずるのに必要とする時間、Ｔ（Ｇｂ）は基準流体Ｇｂの絶対温度、Ｔ（Ｇｇ）は任意流体Ｇｇの絶対温度である。
【００２７】
本発明は、上記同一条件下でＦＣＳ装置へ基準流体Ｇｂ並びに任意流体Ｇｇを供給し、所定の設定圧力ΔＰ＝Ｐ₁ −Ｐ₂ を生ずるに必要な時間Δｔ＝ｔ₂ −ｔ₁ とガス温度Ｔ（Ｇ）を両流体Ｇｂ、Ｇｇについて夫々測定し、これ等の測定値を用いて演算装置ＣＰＵにより比フローファクタＳＦＦを演算するものである。
【００２８】
具体的には、各ガス種に対する比フローファクタＳＦＦを次の如き手順により算定する。
先ず、被流量制御液体をＮ₂ としてＦＣＳ装置へ供給し、オリフィスＯ_L の上流側ラインＬ₁ の圧力減衰特性を測定する。即ち、ＦＣＳ装置の制御を圧力減衰データを測定する圧力減衰モードにし、コントロール弁Ｃｖを全開から全閉状態に切換えした際の上流側圧力Ｐ₁ の時間的変化を測定する。
【００２９】
図２は圧力減衰モードの実施例を示すフローチャートであり、外部回路ＴＲからの信号によりメモリ装置Ｍに記憶されたプログラムが始動実行される。
即ち、圧力減衰モードであることが確認されると（ｎ２０）、設定流量Ｑｓとして高設定流量Ｑ_SHがＣＰＵにセットされる（ｎ２１）。この高設定流量Ｑ_SHとしてはフルスケールの１００％が一般的である。この状態で上流側圧力Ｐ₁ が測定され、このレンジでの最大値として最大圧力Ｐ_m で表わす（ｎ２２）。次に、外部回路ＴＲからサンプリング圧力Ｐ₁ ＝Ｐ₁ ′とＰ₁ ＝Ｐ₂ ′の２点の圧力Ｐ₁ ′，Ｐ₂ ′が予かじめ設定（ｎ２３）され、更に、外部回路ＴＲからのトリガー信号により、設定流量Ｑｓとして低設定流量Ｑ_SLがセットされ、この時点を時刻ｔ＝０（ｓ）とする（ｎ２４）。低設定流量Ｑ_SLとしては０％が一般的である。即ち、上流側圧力Ｐ₁ を最大値から零（コントロール弁を全閉）にしてから上流側圧力Ｐ₁ の減衰を計測するのである。
【００３０】
ｔ＝０から上流側圧力Ｐ₁ を測定し（ｎ２５）、時刻と圧力データ（ｔ、Ｐ_1t）をメモリ装置Ｍに記憶させる（ｎ２６）。圧力Ｐ₁ が微小圧力ΔＰだけ変化する毎に時間ｔを測定し、（ｎ２７）、圧力Ｐ₁ がＰｓになるまで（２８）、データ（ｔ、Ｐ_1t）を測定しながらメモリ装置Ｍに蓄える。
勿論、前記ステップ（ｎ２３）で設定した圧力Ｐ₁ ＝Ｐ₁ ′と圧力Ｐ₁ ＝Ｐ₂ ′の２点だけの圧力及び時刻の測定だけでも良いが、前記圧力減衰モードはオリフィス目詰の検出用としてＦＣＳ装置には一般的に設けられているので、これを活用するのが望ましい。
【００３１】
現実の具体的な測定に於いては、内径が１５０μｍのオリフィスの場合には、この間に５０点の上流側圧力Ｐ₁ を測定しており、圧力Ｐ₁ ＝Ｐｓに至った時に圧力測定を完了している。
尚、ステップ２５〜ステップ２８に於いて、前記ステップ２３で予かじめ設定した圧力Ｐ₁ ＝Ｐ₁ ′とその時の時間ｔ＝ｔ₁ ′及び圧力Ｐ₁ ＝Ｐ₂ ′とその時の時間ｔ＝ｔ₂ ′が測定され、そのデータが記憶装置Ｍに記憶されていることは勿論である。
【００３２】
図３の曲線Ａは、被流量測定流体をＮ₂ とした場合に於ける前記図２のフローチャートにより測定した特定のＦＣＳ装置の圧力減衰特性曲線の一例を示すものであり、横軸はサンプリング時間（項数）を、また縦軸は圧力（ｄｉｇｉｔ）を夫々示している。
尚、本発明に於いて必要とするデータは、後述するように予かじめ前記ステップ２３で設定した圧力Ｐ₁ ＝Ｐ₁ ′に於ける時間ｔ＝ｔ₁ ′と、圧力Ｐ₁ ＝Ｐ₂ ′に於ける時間ｔ＝ｔ₂ ′と、流通するガス温度Ｔ（Ｇ）の値である。
【００３３】
前記基準流体ＧｂをＮ₂ ガスとした時のＦＣＳ装置の圧力減衰特性曲線Ａのデータから、前記ΔＰ＝Ｐ₁ ′−Ｐ₂ ′及びΔｔ＝ｔ₂ ′−ｔ₁ ′が求まる（ステップｎ２９）と、ステップｎ３０に於いて、オリフィスＯ_L を通過する平均Ｎ₂ ガス流量ＱN （ＳＣＣＭ）が、ビルドアップ法（Ｒａｔｅ ｏｆ Ｒｉｓｅ）と前記式（４）を用いて計算される。
Ｑ_N2＝Ｃ・Ｖ_l ・２７３．１５／Ｔ（Ｇｂ）・（Ｐ₁ ′−Ｐ₂ ′）／（ｔ₂ ′−ｔ₁ ′）
但し、ここで、ＱN₂はＮ₂ ガスの平均流量、Ｃは換算定数、Ｖ_l はＦＣＳの内容積、Ｔ（Ｇｂ）はＮ₂ ガスの絶対温度、Ｐ₂ ′、Ｐ₁ ′はサンプリング圧力、ｔ₂ ′、ｔ₁ ′はサンプリング時間である。
【００３４】
上記Ｎ₂ ガスを基準流体Ｇｂとする圧力減衰特性及びオリフィスＯ_L を通過する平均Ｎ₂ ガス流量ＱN₂（ＳＣＣＭ）の演算が終了すると、次に被流量制御ガスを任意の流体Ｇｇ（例えばＣ₄ Ｆ₈ ガス）に切換え、前記Ｎ₂ ガスの場合と全く同一の手順でその圧力低減特性を測定する。
尚、Ｃ₄ Ｆ₈ ガスの場合でも、前記Ｎ₂ ガスの場合と同様に、必ず測定すべきオリフィス上流側圧力Ｐ₁ ＝Ｐ₁ ′及びオリフィス上流側圧力Ｐ₁ ＝Ｐ₂ ′が予かじめ設定されており、そのため、オリフィス上流側圧力Ｐ₁ がＰ₁ ＝Ｐ₁ ′の時の時間ｔ₁ 〃及びオリフィス上流側圧力Ｐ₁ がＰ₂ ′の時の時間ｔ₂ 〃もステップｎ２６に於いて夫々測定され、記憶装置Ｍに記憶される。
【００３５】
前記図３の曲線Ｂは、任意流体ＧｇがＣ₄ Ｆ₈ ガスのときの圧力低減特性曲線を示すものであり、Ｐ₁ ＝Ｐ₁ ′＝１４５０ｄｉｇｉｔに於ける時間ｔ₁ 〃及びＰ₁ ＝Ｐ₂ ′＝１０００ｄｉｇｉｔに於ける時間ｔ₂ 〃が前述のように記憶装置Ｍに記憶される。
【００３６】
また、前記（４）式と同じ下記の流量計算式を用いて、オリフィスＯ_L を通過する任意流体Ｇｇ（Ｃ₄ Ｆ₈ ガス）の平均流量Ｑｇが演算される。
Ｑｇ＝Ｃ・Ｖ_l ・２７３．１５／Ｔ（Ｇｇ）×（Ｐ₁ ′−Ｐ₂ ′）／（ｔ₂ 〃−ｔ₁ 〃）
【００３７】
上記Ｃ₄ Ｆ₈ ガスに対する流量Ｑｇが算出されると、最後に被フローファクタＳＦＦがＳＦＦ＝Ｑｇ／Ｑｂ＝Ｑｇ／ＱN₂として算出される。
【００３８】
尚、上記説明に於いては、平均Ｎ₂ ガス流量ＱN₂及び平均Ｃ₄ Ｆ₈ ガス流量Ｑｇを夫々別個に求め、Ｑｇ／ＱN₂から比フローファクタＳＦＦを求めたが、現実には、前記（５）式と同一の下式により比フローファクタＳＦＦは演算されている。即ち、図３に於ける各時間ｔ₂ ′−ｔ₁ ′，ｔ₂ 〃−ｔ₁ 〃間の圧力降下曲線を直線と近似して、比フローファクターＳＦＦを求めている。
ＳＦＦ＝Ｑｇ／ＱN₂＝Δｔ（Ｎ₂ ）／Δｔ（Ｇｇ）×Ｔ（Ｎ₂ ）・Ｔ（Ｇｇ）
但し、Δｔ（Ｎ₂ ）＝ｔ₂ ′−ｔ₁ ′、Δｔ（Ｇｇ）＝ｔ₂ 〃−ｔ₁ 〃である。
【００３９】
株式会社フジキン製の圧力式流量制御装置（オリフィス厚さ５０μｍ、オリフィス内径１３０μｍ）を用いて、圧力減衰特性を測定し、その結果からＮ₂ ガスを基準流体Ｇｂとした場合のＣ₄ Ｆ₈ ガスの比フローファクタ（ＳＦＦ）を実測した。
表３は圧力減衰特性の測定データであり、サンプリング時間は、項数×１２ｍｓｅｃ（Ｎ₂ ガス）及び項数×３４ｍｓｅｃ（Ｃ₄ Ｆ₈ ガス）である。また、当該表２をグラフ化したものが前記図３である。
【００４０】
【表３】

【００４１】
当該実施例により算出したＣ₄ Ｆ₈ ガスの比フローファクタＳＦＦは、表３の備考欄に記載している如くＳＦＦ＝０．３２２１５となる。本実施例で実測した比フローファクタは、理論式より計算した表２に記載のＳＦＦ値０．３５２２６０と比較して約１０％程度の差がある。個々のＦＣＳ装置毎に実測したものであるから、本実施例に於いて求めた比フローファクタＳＦＦの方が、より高精度で実ガス流量を表示するものと考えられる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明に於いては、圧力式流量制御装置毎に基準流体及び任意流体に対する圧力減衰特性を夫々実測し、当該圧力減衰特性の実測値から基準流体に対する任意流体の比フローファクタ（ＳＦＦ）を演算する構成としている。
その結果、従前のガスの物性値からフローファクタ（ＦＦ）及び比フローファクタ（ＳＦＦ）を求める従前の比フローファクタの算定方法に比較して、物性値の不明な新種ガスや混合ガスであっても容易にその比フローファクタ（ＳＦＦ）を求めることが出来る。
【００４３】
また、各圧力式流量制御装置毎に個別に比フローファクタ（ＳＦＦ）を算出することが出来るため、ガス種やガスの流量レンジに拘わらず、任意の流体の実流量を高精度で制御することが可能となり、圧力式流量制御装置の適用範囲が拡大されることになる。
本発明は上述の通り優れた実用的効用を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用する圧力式流量制御装置の回路構成図である。
【図２】圧力減衰特性の測定に係るフローチャートである。
【図３】Ｎ₂ ガス及びＣ₄ Ｆ₈ ガスの圧力減衰特性曲線の一例を示すものである。
【符号の説明】
Ｃｖはコントロール弁、ＶＤは弁駆動装置、Ｐは圧力検出器、Ｔは温度検出器、Ｏ_L はオリフィス、Ｌ₁ はオリフィス上流側ライン、Ｌ₂ はオリフィス下流側ライン、ＡＭＰは増幅器、Ａ／Ｄは信号変換器、ＤＰは圧力表示器、ＤＴは温度表示器、ＣＰＵは演算装置、Ｍは記憶装置、ＳＣは電源回路、ＰＴは外部通信ポート、ＥＳは直流電源、ＳＴは流量設定回路、ＳＦＦは比フローファクタ表示器、ＴＲは外部回路、Ｇｂは基準流体（Ｎ₂ ガス）、Ｇｇは任意流体、Ｑｂは基準流体の流量、Ｑｇは任意の流体の流量、ＦＦはフローファクタ、ＳＦＦは比フローファクタ、Ｐ₁ はオリフィス上流側圧力、ΔＰは圧力降下値、Δｔ（Ｇｂ）は基準流体の圧力降下ΔＰに要する時間、Δｔ（Ｇｇ）は任意流体の圧力降下ΔＰに要する時間、Ｔ（Ｇｂ）は基準流体の絶対温度、Ｔ（Ｇｇ）は任意流体の絶対温度、Ｃは換算定数、Ｖ_l は圧力制御装置の内容積。

Claims (3)

1. 被流量制御流体を任意の流体Ｇｇとした時の任意流体の実流量ＱｇをＱｇ＝Ｑｂ×ＳＦＦ（但し、Ｑｂは被流量制御流体を基準流体Ｇｂとした圧力式流量制御装置に於ける任意流体の測定流量、ＳＦＦは任意の流体Ｇｇの基準流体Ｇｂに対する比フローファクタである。）として算定するようにした圧力式流量制御装置を用いた流体の流量制御方法に於いて、前記比フローファクタＳＦＦを、
   ＳＦＦ＝Δｔ（Ｇｂ）／Δｔ（Ｇｇ）・Ｔ（Ｇｂ）／Ｔ（Ｇｇ）
   （但し、Δｔ（Ｇｂ）は基準流体Ｇｂに対するオリフィスの圧力減衰特性に於いて、圧力降下が任意の設定値ΔＰに達するまでの時間、Δｔ（Ｇｇ）は任意の流体Ｇｇに対するオリフィスの圧力減衰特性に於いて、圧力降下が前記任意の設定値ΔＰに達するまでの時間、Ｔ（Ｇｂ）は基準流体Ｇｂの絶対温度、Ｔ（Ｇｇ）は任意の流体Ｇｇの絶対温度である。）により演算するようにしたことを特徴とする圧力式流量制御装置を用いた流体の流量制御方法。
2. 被流量制御流体を任意の流体Ｇｇとした時の任意流体の実流量ＱｇをＱｇ＝Ｑｂ×ＳＦＦ（但し、Ｑｂは被流量制御流体を基準流体Ｇｂとした圧力式流量制御装置に於ける基準流体の測定流量、ＳＦＦは任意の流体Ｇｇの基準流体Ｇｂに対する比フローファクタである。）として算定するようにした圧力式流量制御装置を用いた流体の流量制御方法に於いて、被流量制御流体を基準流体Ｇｂとした時のオリフィスの圧力減衰特性に於いてオリフィス上流側圧力Ｐ₁ の圧力降下が任意の設定値ΔＰに達する間の平均流量Ｑ（Ｇｂ）を、
   Ｑ（Ｇｂ）＝Ｃ・Ｖ_l ・Ｔ（Ｇｂ）×ΔＰ／Δｔ（Ｇｂ）として算定し、
   更に、被流量制御流体を任意の流体Ｇｇとした時のオリフィスの圧力減衰特性に於いてオリフィス上流側圧力Ｐ₁ の圧力降下が前記任意の設定値ΔＰに達する間の平均流量Ｑ（Ｇｇ）を、
   Ｑ（Ｇｇ）＝Ｃ・Ｖ_l ・２７３．１５／Ｔ（Ｇｇ）×ΔＰ／Δｔ（Ｇｇ）として算出し、（但し、Ｃは換算定数、Ｖ_l は圧力制御装置の内容積、Δｔ（Ｇｂ）は基準流体Ｇｂに対するオリフィスの圧力減衰特性に於いて圧力降下が任意の設定値ΔＰに達するまでの時間、Δｔ（Ｇｇ）は任意の流体Ｇｇに対するオリフィスの圧力減衰特性に於いて圧力降下が前記任意の設定値ΔＰに達するまでの時間、Ｔ（Ｇｂ）は基準流体Ｇｂの絶対温度、Ｔ（Ｇｇ）は任意の流体Ｇｇの絶対温度である。）
   前記比フローファクタＳＦＦを、ＳＦＦ＝Ｑ（Ｇｇ）／Ｑ（Ｇｂ）として演算するようにしたことを特徴とする圧力式流量制御装置を用いた流体の流量制御方法。
3. 基準流体Ｇｂを窒素ガスとするようにした請求項１又は請求項２に記載の圧力式流量制御装置を用いた流体の流量制御方法。

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