JP2008129765A - 流量制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 流体を流す流路6に、流量を検出して流量信号を出力する流量検出手段8と、バルブ駆動信号により弁開度を変えることによって流量を制御する流量制御弁機構10とを設ける。そして、外部から入力される流量設定信号S0と流量信号S1とに基づいて流量制御弁機構を制御する制御手段44を設けてなる流量制御装置において、流路に流体の圧力を検出して圧力検出信号を出力する圧力検出手段42を設ける。前記制御手段は流量検出手段から得られる流量信号に基づいて、圧力検出信号を用いることなく流量信号と流量設定信号とに基づいて流量制御を行う第1制御モードがある。そして、圧力検出信号と流量設定信号とに基づいて流量制御を行う第2制御モードとを選択的に切り替える。
【選択図】 図1
Description
即ち、第2制御モードにおいてアクチュエータに印加すべきバルブ駆動電圧Vnは、以下の演算式(1)で求めている。
Vn=Vb+(1−Pb/Pn)/k (1)
ここでk=(Q/Vmb)・(Pb/Pm)
Pb:閾値以上の圧力変化前の圧力検出値(記憶された最新の流体圧力値)
Pn:検出された現在の圧力検出値
Vb:閾値以上の圧力変化前のバルブ駆動電圧(記憶された最新のバルブ駆動電圧)
k :閾値以上の圧力変化前のバルブ駆動電圧での単位ボルト当たりの流量変化率
Q :閾値以上の圧力変化前の質量流量値(記憶された最新の質量流量値)
Vmb:閾値以上の圧力変化前のマスター電圧
Pm:バルブ特性マスターの取得ガス圧力(例えば、0.4MPa)
本発明の目的は、上流側から流れてくるガスの圧力変動があっても下流側へ精度のよい流量制御を可能とする流量制御装置を提供することにある。
前記流路に前記流体の圧力を検出して圧力検出信号を出力する圧力検出手段を設け、
前記制御手段は、前記圧力検出信号を用いることなく、前記流量信号と前記流量設定信号とに基づいて流量の制御を行う第1制御モードと、前記圧力検出信号から得られる圧力変化量と前記流量設定信号とに基づいて流量の制御を行う第2制御モードとを選択的に切り替えるように構成した流量制御装置である。
また、前記予め用意された流体の圧力とバルブ駆動電圧と流体の実流量との関係は、前記流体の圧力毎に記憶されている構成とすることができる。
第2制御モードにおいては、前記流量信号の影響を受けることなく、前記圧力変化量と前記流量設定信号に基づき、精度の良い流量制御装置とすることができる。
図1は本発明に係る流量制御装置の第1実施例を示す構成図、図2はアクチュエータとして積層圧電素子を用いた場合の流量制御弁機構のバルブ特性の一例を示すバルブ特性図、図3は、本発明に係る第2制御モードで用いる予め準備された圧力毎の設定流量とバルブ駆動電圧との一例を示す相関関係図である。
上記流量制御弁機構10はこのようなバルブ特性を有している。この実施例では例えば図3に示すように、例えば、0.0〜0.4MPa範囲の入力側ガス圧力毎のバルブ駆動電圧S4と設定流量との関係を示す特性が、入力側ガス圧力0.05MPa刻みで制御手段44の記憶部44Aに予め記憶されている。
本発明の特徴は、上記制御手段44が、上記流量信号S1と上記流量設定信号S0とに基づいて流量の制御を行う第1制御モードと、上記圧力検出信号Svと上記流量信号S0とに基づいて流量制御を行う第2制御モードとを選択的に切り替えるようにした点である。
しかし、本発明ではこのガス圧の圧力変化量に応じて第1制御モードと第2制御モードとを選択的に切り替えて流量制御を行っているので、この圧力変動を吸収して悪影響が発生することを防止することができる。尚、ここで第1制御モードとは、流量信号S1の検出値と外部からの流量設定信号S0の設定値とが常に同一になるように制御する従来の制御方法を示す。
図4は本発明の流量制御装置で行われる制御フローを示す図、図5は第1制御モードの制御フローを示す図、図6は第2制御モードの制御フローを示す図である。
図5に示すように、この第1制御モードは、前述したように従来の制御方法と同様である。まず、外部より入力されている現在の流量設定信号S0の流量設定値と流量検出手段8からの現在の流量信号S1の流量値とが比較されて、これが一致するようにバルブ駆動電圧S4が求められる(S11)。これにより、実際の流体流量が、外部のホストコンピュータ46より流量設定信号S0で指示された流体流量と同じになるように制御される。
この第2制御モードは、前述したようにガス圧力の変化量が閾値以上になった時の制御モードである。図6に示すように、まず、圧力変化量が閾値以上になる直前の流量値と、圧力変化量が閾値以上になる直前の圧力検出値を記憶する。そして、圧力変化量が閾値以上になる直前の圧力検出値と、現在の圧力検出値とを比較する。次に、圧力変化量が閾値以上になる直前のバルブ駆動電圧値と、現在の圧力検出値と、予め求められたバルブ特性とに基づいてバルブ駆動電圧を求める(S21)。上記圧力変化量が閾値以上になる直前の各値は、例えば10msec前に図4中のステップS5において記載した各値であり、バルブ特性は図3に示したような予め記憶された特性である。
ここで、図3に示すように、例えば、0.05MPa毎に予め準備された設定流量とバルブ電圧との相関関係を使用してバルブ電圧を制御している。
印加すべき目標とするバルブ駆動電圧Va(=S4)は以下の演算式(2)で求められる。
Va=Vb+(Vpn−Vpb)・・・・(2)
Vb:閾値以上の圧力変化前のバルブ駆動電圧(記憶された最新のバルブ駆動電圧)
Vpn:検出された現在の圧力検出値と閾値以上の圧力変化前の流量出力と図3のバルブ特性テーブルから求められるバルブ電圧
Vpb:閾値以上の圧力変化前の圧力検出値と閾値以上の圧力変化前の流量出力と図3のバルブ特性テーブルから求められるバルブ電圧
圧力が0.20MPaから0.25MPaに変化した場合を仮定すると、図3に示すバルブ特性から、流量120cc/minのときの圧力が0.20MPaのバルブ電圧は66V、圧力が0.25MPaのバルブ電圧は60Vになる。
式(2)から印加すべき目標とするバルブ駆動電圧Vnは、
Vn=66+(60−66)=60
と求められ、第2制御モードではこの求めたバルブ駆動電圧Vn(S4)をアクチュエータに印加することで、流量制御が行われることになる。
尚、ここではバルブ駆動信号としてバルブ駆動電圧Vn(=S4)を求めている。しかし、前述したようにアクチュエータとして電磁式のアクチュエータを用いた場合には、これは電流で駆動される。このことからバルブ駆動信号として上述したのと同様な計算式及び電流対応のバルブ特性に基づいてバルブ駆動電流を求めることになる。
6 流路
8 流量検出手段
10 流量制御弁機構
12 バイパス管群
14 センサ管
20 流量制御弁
22 ダイヤフラム
26 アクチュエータ
40 流量制御装置
42 圧力検出手段
44 制御手段
S0 流量設定手段
S1 流量信号
Sout 外部流量出力信号
S4 バルブ駆動電圧(バルブ駆動信号)
Claims (5)
- 流体を流す流路に、流量を検出して流量信号を出力する流量検出手段と、バルブ駆動信号により弁開度を変えることによって流量を制御する流量制御弁機構とを設け、外部から入力される流量設定信号に基づいて前記流量制御弁機構を制御する制御手段を設けてなる流量制御装置において、
前記流路に前記流体の圧力を検出して圧力検出信号を出力する圧力検出手段を設け、
前記制御手段は、前記圧力検出信号を用いることなく、前記流量信号と前記流量設定信号とに基づいて流量の制御を行う第1制御モードと、前記圧力検出信号から得られる圧力変化量と前記流量設定信号とに基づいて流量の制御を行う第2制御モードとを選択的に切り替えるように構成することを特徴とする流量制御装置。 - 前記制御手段は、前記圧力変化量が所定の閾値以上になった時に前記第1制御モードから前記第2制御モードに切り替わり、
前記第2制御モードでは、予め用意された流体の圧力とバルブ駆動電圧と流体の実流量との関係に基づいて
前記バルブ駆動電圧を調整することを特徴とする請求項1記載の流量制御装置。 - 前記予め用意された流体の圧力とバルブ駆動電圧と流体の実流量との関係は、前記流体の圧力毎に記憶されていることを特徴とする請求項2記載の流量制御装置。
- 前記第2制御モードでは、前記圧力変化量が前記所定の閾値以上変化する直前の流量値と、
前記圧力変化量が前記所定の閾値以上変化する直前の圧力検出値と、
現在の圧力検出値と、
前記圧力変化量が前記所定の閾値以上変化する直前のバルブ駆動電圧と、
予め用意された流体の圧力とバルブ駆動電圧と流体の実流量との関係とに基づいて印加すべきバルブ駆動電圧を求めることを特徴とする請求項1乃至3記載の流量制御装置。 - 前記制御手段は、前記第2制御モードでは、
前記圧力変化量が前記所定の閾値以上変化する直前の流量値を、外部へ流量出力信号として出力するようにしたことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の流量制御装置。
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