JP2021523460A - 多流路質量流量・質量流量比制御システムのための方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】流体制御システムは、流量制限体、流量調整弁、および当該流量制限体と当該流量調整弁との間にある流路圧力センサをそれぞれ具備した、複数の流路と、前記複数の流路から又は前記複数の流路へと流体を運ぶ共有流路であって、当該共有流路と前記流路圧力センサとの間に各流路の前記流量制限体がある、共有流路と、共有流路圧力を検出するように構成された、前記共有流路における共有圧力センサと、流路圧力及び前記共有流路圧力に基づいて各流路内の質量流量を求め、各流路内の質量流量を制御するように前記流路の前記流量調整弁を制御するコントローラと、を備える。
【選択図】図2
Description
Pd,i=fPd(Pd,Qt,Vi,Li) (1)
(式中、fPdは、前記共有流路に沿った位置に離設されている前記下流側圧力センサ(例えば、共有流路221に沿った位置224にある圧力センサ260)で検出された下流側共有圧力Pd、装置内の総流量Qt(すなわち、前記共有流路内の流量)、ならびに前記i番目の流路の、前記制限体から前記第2の位置にある共有圧力センサまでの容積Vi及び長さLiの関数である。)により推定することができる。
fPd(Pd,Qt,Vi,Li)=ki,1×Pd+ki,2×Qt+ki,3×Vi+ki,4×Li
(2)
(式中、ki,1、ki,2、ki,3及びki,4は、経験則的に又は実験で得られた線形係数である。)
として得られたものであり得る。
Qi=fQ(Pu,i,Pd,i,Ai,γ,M) (3)
として記述することが可能である。
(式中、Ciはi番目の流量制限体の流出係数であり、Rは一般気体定数であり、Tはガスの温度である。)
(式中、diはi番目の管の直径であり、Liはi番目の管の長さであり、μはガスの粘度である。)
Pu,j=fPu(Pu,Qt,Vj,Lj) (6)
(式中、fPuは、前記共有流路に沿った上流側位置に離設されている前記上流側圧力センサ(例えば、共有流路421に沿って流量制限体450の上流側位置424にある圧力センサ460)で検出された上流側共有圧力Pu、装置内の総流量Qt(すなわち、前記共有流路(例えば、流路421)内の流量)、ならびに前記j番目の流路の、前記流量制限体から前記上流側位置にある前記共有圧力センサまでの容積Vj及び長さLjの関数である。)により推定することができる。
fPu(Pu,Qt,Vj,Lj)=kj,1×Pu+kj,2×Qt+kj,3×Vj+kj,4×Lj
(7)
(式中、kj,1、kj,2、kj,3及びkj,4は、経験則的に又は実験で得られた線形係数である。)
として得られたものであり得る。前記MFCSコントローラは、さらに、これらの圧力計算値を基に、前記流路内の質量流量を前述の式(3)および/または式(4)もしくは式(5)に従って推定し得る。
(1)全ての上流側弁(流入弁)630を閉じて、全ての下流側弁(流出弁)631を開く;
(2)流路内のシステム圧力を(例えば、下流側弁631が開いた1つ又は複数の流路に1つ又は複数のポンプを直接又は間接的に接続することによって)排気するとともに共有圧力センサの読取値を監視する;
(3)前記システム圧力が所定の低圧閾値にまで低下すると、全ての下流側弁631を閉じる;
(4)流入側のi番目の質量流量流路について(例えば、図6に示す1番目のガス源からの)質量流量設定点を設定し、コントローラでi番目の上流側弁630を開いて質量流量(圧力ベースの流量センサで測定される質量流量Qm)が当該流量設定点に調整されるよう制御する;
(5)共有圧力センサで前記システム圧力を測定し、かつ、ガスの温度を測定する;
(6)圧力上昇量の手法によって、実際の質量流量Qaを計算する(すなわち、Qa=V×Tstp×[d(P/T)/dt](式中、Vは、i番目の上流側弁630と残り全ての下流側弁(なお、残り全ての弁が閉じていることを前提とする)との間にかけての総システム容積である。));
(7)i番目の上流側弁630を閉じるとともに全ての下流側弁を開き、前記システム圧力を排気する;
(8)所与の用途で想定される、i番目の流路の全流量範囲をカバーするように、様々な流量設定点で(3)〜(7)を繰返し行う;
(9)実際の流量測定値(Qa)および流量測定値(Qm)を、流入側のi番目の流路の校正データとして記憶する;
(10)流入側の次の流路についても(1)〜(9)を行い、これを流入側の全ての流路が校正されるまで繰り返す;
(11)全ての上流側弁630及び下流側弁631を閉じる;
(12)j番目の下流側弁(流出弁)631を開く;
(13)流入側のk番目の流路に対して流量設定点を設定し、質量流量を安定化させる;
(14)流入側のk番目の流路の流量測定値Qaおよび流出側のj番目の流路の流量測定値Qmの両方を記憶する;
(15)流出側のk番目の流路の全流量範囲がカバーされるように流入側のj番目の流路の流量設定点を様々なものにして、(11)〜(14)を繰返し行う;
(16)実際の流量測定値(Qa)および流量測定値(Qm)を、流出側のj番目の流路の校正データとして記憶する;
(17)流入側の次の流路についても(11)〜(16)を行い、これを流出側の全ての流路が校正されるまで繰り返す。
(1)全ての上流側弁630および下流側弁631を閉じる;
(2)流入側のi番目の流路に対して流量設定点を設定するとともにj番目の下流側弁を開く;
(3)流入側のi番目の流量測定値と流出側のj番目の流量測定値との流量差を比べる;
(4)前記流量差が所定の流量誤差閾値を上回る場合、流入側のi番目の流量測定値と流出側のj番目の流量測定値のいずれかが正確でない;
(5)流入側及び流出側の全ての流路について(1)〜(4)を繰返し行う。
Claims (34)
- 流量制限体、流量調整弁、および当該流量制限体と当該流量調整弁との間にある流路圧力センサをそれぞれ具備した、複数の流路と、
前記複数の流路から又は前記複数の流路へと流体を運ぶ共有流路であって、当該共有流路と前記流路圧力センサとの間に各流路の前記流量制限体がある、共有流路と、
共有流路圧力を検出するように構成された、前記共有流路における共有圧力センサと、
流路圧力及び前記共有流路圧力に基づいて各流路内の質量流量を求め、各流路内の質量流量を制御するように前記流路の前記流量調整弁を制御するコントローラと、
を備える、流体制御システム。 - 請求項1に記載の流体制御システムにおいて、前記複数の流路の各流路が、さらに、温度センサを具備している、流体制御システム。
- 請求項1または2に記載の流体制御システムにおいて、前記コントローラが、各流路内の質量流量を、当該流路を流れる前記流体の特性、前記流量制限体の特性、および前記流量制限体と前記共有圧力センサとの間の流路特性に基づいて求める、流体制御システム。
- 請求項3に記載の流体制御システムにおいて、前記流路特性が、前記流路の、前記流量制限体から前記共有圧力センサまでの容積及び長さである、流体制御システム。
- 請求項1から4のいずれか一項に記載の流体制御システムにおいて、前記コントローラが:(1)前記複数の流路について、前記流路圧力センサとは反対側で前記流量制限体に隣接した位置の流路圧力;(2)各流路内の質量流量;および(3)前記共有流路内の総質量流量;を再帰的に求める、流体制御システム。
- 請求項1から5のいずれか一項に記載の流体制御システムにおいて、前記コントローラが、前記複数の流路のうちの所与の流路内の質量流量を:(i)当該流路について、流路圧力検出値を提供する前記流路圧力センサとは反対側で前記流量制限体に隣接したところの流路圧力を仮定し;(ii)前記流路圧力センサとは反対側で前記流量制限体に隣接したところの前記流路圧力、および当該流路の前記流路圧力検出値に基づいて、当該流路内の当該質量流量を求めて;(iii)前記複数の流路の各流路内の質量流量に基づいて総質量流量を求めて;(iv)当該流路について、(iii)で求めた前記総質量流量を用いて、前記流路圧力センサとは反対側で前記流量制限体に隣接したところの前記流路圧力を計算し;(ii)〜(iv)を繰り返す;ことによって求める、流体制御システム。
- 請求項1から6のいずれか一項に記載の流体制御システムにおいて、前記共有流路が、前記複数の流路の下流側にある、流体制御システム。
- 請求項1から6のいずれか一項に記載の流体制御システムにおいて、前記共有流路が、前記複数の流路の上流側にある、流体制御システム。
- 請求項1から6のいずれか一項に記載の流体制御システムにおいて、さらに、
流量制限体、流量調整弁、および当該流量制限体と当該流量調整弁との間にある流路圧力センサをそれぞれ具備した、第2の複数の流路、
を備え、前記共有流路が、前記複数の流路から前記第2の複数の流路へと流体を運び、前記第2の複数の流路の各流路では、前記流路圧力センサと前記共有流路との間に前記流量制限体があり、前記コントローラが、さらに、前記第2の複数の流路の各流路内の質量流量を流路圧力及び前記共有流路圧力に基づいて求め、各流路内の質量流量を制御するように前記流路の前記流量調整弁を制御する、流体制御システム。 - 請求項1から6、および請求項9のいずれか一項に記載の流体制御システムにおいて、前記コントローラが、前記共有流路の上流側にあるi番目の流路について、流路圧力センサとは反対側で流量制限体に隣接したところの流路圧力を、式(1):
Pd,i=fPd(Pd,Qt,Vi,Li) (1)
(式中、fPdは、前記共有圧力センサで検出された下流側圧力Pd、前記共有流路内の総流量Qt、ならびに前記i番目の流路の、制限体から前記共有圧力センサまでの容積Vi及び長さLiの関数である。)
を用いて計算する、流体制御システム。 - 請求項10に記載の流体制御システムにおいて、fPdは、経験則的データおよび/または実験で得られたものである、流体制御システム。
- 請求項10または11に記載の流体制御システムにおいて、fPdは、式(2):
fPd(Pd,Qt,Vi,Li)=ki,1×Pd+ki,2×Qt+ki,3×Vi+ki,4×Li
(2)
(式中、ki,1、ki,2、ki,3及びki,4は、経験則的に又は実験で得られた線形係数である。)
により表される、流体制御システム。 - 請求項1から6および請求項9から12のいずれか一項に記載の流体制御システムにおいて、前記コントローラが、j番目の流路について、流路圧力センサとは反対側で流量制限体に隣接したところの流路圧力を、式(6):
Pu,j=fPu(Pu,Qt,Vj,Lj) (6)
(式中、fPuは、前記共有圧力センサで検出された上流側圧力Pu、前記共有流路内の総流量Qt、ならびに前記j番目の流路の、制限体から前記共有圧力センサまでの容積Vj及び長さLjの関数である。)
を用いて計算する、流体制御システム。 - 請求項13に記載の流体制御システムにおいて、fPuは、経験則的データおよび/または実験で得られたものである、流体制御システム。
- 請求項13または14に記載の流体制御システムにおいて、fPuは、式:
fPu(Pu,Qt,Vj,Lj)=kj,1×Pu+kj,2×Qt+kj,3×Vj+kj,4×Lj
(7)
(式中、kj,1、kj,2、kj,3及びkj,4は、経験則的に又は実験で得られた線形係数である。)
により表される、流体制御システム。 - 請求項9から15のいずれか一項に記載の流体制御システムにおいて、前記第2の複数の流路の各流路が、さらに、温度センサを具備している、流体制御システム。
- 請求項1から16のいずれか一項に記載の流体制御システムにおいて、前記複数の流路が、一体的システムの一部である、流体制御システム。
- 請求項9から16のいずれか一項に記載の流体制御システムにおいて、前記複数の流路および前記第2の複数の流路が、一体的システムの一部である、流体制御システム。
- 請求項18に記載の流体制御システムにおいて、前記共有圧力センサが、前記一体的システムの一部でない、流体制御システム。
- 請求項1から19のいずれか一項に記載の流体制御システムにおいて、前記流体が、ガスである、流体制御システム。
- 流量制限体及び流量調整弁をそれぞれ具備した複数の流路に流体を流す過程と、
前記複数の流路から又は前記複数の流路へと共有流路を通して流体を流す過程と、
前記共有流路における共有流路圧力を検出する過程と、
各流路について、流量調整弁と流量制限体との間で流路圧力を検出する過程と、
前記流路圧力及び前記共有流路圧力に基づいて各流路内の質量流量を求める過程と、
各流路内の質量流量を制御するように前記流路の前記流量調整弁を制御する過程と、
を備える、流体制御方法。 - 請求項21に記載の流体制御方法において、さらに、
各流路について、流量調整弁と流量制限体との間で流路温度を検出する過程、
を備える、流体制御方法。 - 請求項21または22に記載の流体制御方法において、各流路内の質量流量が、当該流路を流れる前記流体の特性、前記流量制限体の特性、および前記流量制限体と前記共有流路圧力が検出される箇所との間の流路特性に基づいて求められる、流体制御方法。
- 請求項21または22に記載の流体制御方法において、(1)各流路内の質量流量;(2)前記複数の流路について、前記流路圧力センサとは反対側で前記流量制限体に隣接した位置の流路圧力;および(3)前記共有流路内の総質量流量;が再帰的に求められる、流体制御方法。
- 請求項21から24のいずれか一項に記載の流体制御方法において、前記複数の流路のうちの所与の流路内の質量流量を求める過程が:(i)当該流路について、前記流路圧力センサとは反対側で前記流量制限体に隣接したところの流路圧力を仮定すること;(ii)前記流路圧力センサとは反対側で前記流量制限体に隣接したところの前記流路圧力、および当該流路の前記流路圧力検出値に基づいて、当該流路内の当該質量流量を求めること;(iii)前記複数の流路の各流路内の質量流量に基づいて総質量流量を求めること;(iv)当該流路について、(iii)で求めた前記総質量流量を用いて、前記流路圧力センサとは反対側で前記流量制限体に隣接したところの前記流路圧力を計算すること;ならびに(ii)〜(iv)を繰り返すこと;を含む、流体制御方法。
- 請求項21から25のいずれか一項に記載の流体制御方法において、さらに、
前記複数の流路からの流体を、前記共有流路を通して、流量制限体及び流量調整弁をそれぞれ具備した第2の複数の流路に流す過程と、
前記第2の複数の流路の各流路について、流量調整弁と流量制限体との間で流路圧力及び流路温度を検出する過程と、
前記流路圧力及び前記共有流路圧力に基づいて前記第2の複数の流路の各流路内の質量流量を求める過程と、
を備える、流体制御方法。 - 請求項21から26のいずれか一項に記載の流体制御方法において、さらに、
前記共有流路の上流側にあるi番目の流路について、流路圧力センサとは反対側で流量制限体に隣接したところの流路圧力を、式(1):
Pd,i=fPd(Pd,Qt,Vi,Li) (1)
(式中、fPdは、前記共有圧力センサで検出された下流側圧力Pd、前記共有流路内の総流量Qt、ならびに前記i番目の流路の、制限体から前記共有圧力センサまでの容積Vi及び長さLiの関数である。)
を用いて計算する過程、
を備える、流体制御方法。 - 請求項27に記載の流体制御システムにおいて、fPdが、経験則的データおよび/または実験で得られたものである、流体制御システム。
- 請求項27または28に記載の流体制御システムにおいて、fPdは、式(2):
fPd(Pd,Qt,Vi,Li)=ki,1×Pd+ki,2×Qt+ki,3×Vi+ki,4×Li
(2)
(式中、ki,1、ki,2、ki,3及びki,4は、経験則的に又は実験で得られた線形係数である。)
により表される、流体制御システム。 - 請求項21から29のいずれか一項に記載の流体制御方法において、さらに、
前記共有流路の下流側にあるj番目の流路について、流路圧力センサとは反対側で流量制限体に隣接したところの流路圧力を、式(6):
Pu,j=fPu(Pu,Qt,Vj,Lj) (6)
(式中、fPdは、前記共有圧力センサで検出された上流側圧力Pu、前記共有流路内の総流量Qt、ならびに前記j番目の流路の、制限体から前記共有圧力センサまでの容積Vj及び長さLjの関数である。)
を用いて計算する過程、
を備える、流体制御方法。 - 請求項30に記載の流体制御システムにおいて、fPuは、経験則的データおよび/または実験で得られたものである、流体制御システム。
- 請求項30または31に記載の流体制御システムにおいて、fPuは、式(7):
fPu(Pu,Qt,Vj,Lj)=kj,1×Pu+kj,2×Qt+kj,3×Vj+kj,4×Lj
(7)
(式中、kj,1、kj,2、kj,3及びkj,4は、経験則的に又は実験で得られた線形係数である。)
により表される、流体制御システム。 - 請求項26に記載の流体制御方法において、さらに、
前記第2の複数の流路の各流路について、流量調整弁と流量制限体との間で流路温度を検出する過程、
を備える、流体制御方法。 - 請求項21から33のいずれか一項に記載の流体制御方法において、前記流体が、ガスである、流体制御方法。
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