JP3910139B2 - Fluid flow control method using pressure type flow control device - Google Patents
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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ＫN 、ＫA 、ＫO 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ＦＦN 、ＦＦA 、ＦＦO とするとＮ2 ガスの比フローファクタＳＦＦN ＝ＫN ／ＫN ＝１、Ａｒガスの比フローファクタＳＦＦA ＝ＫA ／ＫN 、Ｏ2 ガスの比フローファクタＳＦＦO ＝ＫO ／ＫN 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】
【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】
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】
【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 Ｋ1/2 ／ｋｇ／ｓｅｃ）はフローファクター、Ｋは比例定数（２ｇ）、γS （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γS 、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ＱA とすると、ガス種Ｂを流通させた場合には、その演算流量ＱB はＱB ＝（ＦＦB ／ＦＦA ）ＱA ＝ＳＦＦ・ＱA で与えられることになる。ここで、ＦＦA 、ＦＦB は各々ガス種Ａ、Ｂのフローファクターであり、ＳＦＦ＝ＦＦB ／ＦＦA 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ＱB は比フローファクタＦＦB ／ＦＦA （以下ＳＦＦと略称する）を流量ＱA 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／ＦＦN を採用する。
ここで、ＦＦN 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】
【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ＱO2をＱO2＝ＳＦＦ×ＱN2＝０．９３５２３７ＱN2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ＯL と、オリフィスＯL 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ＯL 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・Ｖl ・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・Ｖl ・２７３．１５／Ｔ（Ｇｇ）×ΔＰ／Δｔ（Ｇｇ）として算出し、（但し、Ｃは換算定数、Ｖl 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、ＯL 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ＯL 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・Ｖl ・２７３．１５／Ｔ（Ｇ）×（Ｐ1 − Ｐ2 ）／（ｔ2 −ｔ1 ）……（４）
但し、（４）式に於いて、Ｃは換算定数、Ｖl 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ＯL 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ＱSHがＣＰＵにセットされる（ｎ２１）。この高設定流量ＱSH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Ｐm 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ＱSL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ＱSL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、Ｐ1t）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、Ｐ1t）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ＯL 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。
ＱN2＝Ｃ・Ｖl ・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、Ｖl 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ＯL 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ＯL 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・Ｖl ・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】
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、ＯL 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、Ｖl は圧力制御装置の内容積。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an improvement in a flow rate control method using a pressure type flow rate control device for various fluids used in the manufacture of semiconductors, chemicals, chemicals, precision machine parts and the like, and more specifically, is a flow rate control target. Rather than calculating the specific flow factor for flow rate calculation when the type of fluid changes using the physical property value of the fluid from the theoretical formula, by actually circulating the fluid to the pressure type flow rate control device, The present invention relates to a fluid flow rate control method using a pressure type flow rate control device in which a specific flow factor can be easily and accurately obtained for each pressure type flow rate control device.
[0002]
[Prior art]
In recent years, in the field of semiconductor manufacturing apparatuses and the like, pressure flow rate control devices are widely used as flow control devices for various fluids (gases) instead of conventional mass flow controllers.
This pressure type flow rate control device (hereinafter also abbreviated as FCS device) is related to the development of the inventors of the present application, and the basic configuration thereof has been previously disclosed as JP-A-8-338546.
[0003]
That is, the FCS apparatus controls the flow rate of the fluid while maintaining the upstream pressure P 1 of the orifice at about twice or more the downstream pressure P 2 , and includes an orifice and a control valve provided upstream of the orifice. The flow rate Qc is calculated as Qc = KP 1 (where K is a constant) from the pressure detector provided between the control valve and the orifice and the detected pressure P 1 of the pressure detector, and the flow rate command signal Qs and the calculated flow rate are calculated. Comprising an arithmetic and control unit that outputs the difference from the signal Qc as a control signal Qy to the control valve drive unit, and adjusting the orifice upstream pressure P 1 by opening and closing the control valve to control the orifice downstream flow rate It is.
[0004]
The greatest feature of the FCS apparatus is that the flow rate Qc of the gas flowing through the orifice depends only on the upstream pressure P 1 , and Qc = KP 1 (K is a constant for the same orifice and gas type). ) Can be calculated by calculation. In other words, if the proportional constant K is initially set by determining the orifice and gas type, the actual flow rate can be calculated by simply measuring the upstream pressure P 1 of the orifice regardless of the fluctuation of the downstream pressure P 2 of the orifice. it can.
[0005]
Further, the FCS device can easily control the flow rate of a plurality of different fluids (gases) with the same orifice. That is, when the orifices are the same, when the type of fluid changes, the constant K at Qc = KP 1 changes according to each fluid.
Therefore, in actual gas flow control, when the constant K for N 2 gas, Ar gas, and O 2 gas is K N , K A , K O , a numerical value called a specific flow factor SFF based on N 2 gas. Is used.
For example, if the flow factor FF of N 2 gas, Ar gas, and O 2 gas is FF N , FF A , FF O , the N 2 gas ratio flow factor SFF N = K N / K N = 1, the ratio of Ar gas Flow factor SFF A = K A / K N , O 2 gas specific flow factor SFF O = K O / K N That is, the specific flow factor SFF is a ratio between the actual gas flow rate and the N 2 converted flow rate, and is a factor defined by SFF = actual gas flow rate / N 2 converted flow rate.
[0006]
[Table 1]
[0007]
On the other hand, the flow factor FF of each gas type, which is the basis for calculating the specific flow factor SFF of each gas type, can be obtained from the physical property value of each gas type using an arithmetic expression. Previously disclosed as Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-322130.
[0008]
That is, when gas flows from the high pressure region to the low pressure region through the orifice, the continuity law, energy conservation law and gas equation of state (gas inviscidity) are applied to the gas flow tube, and the gas flows out. The gas of time shall undergo adiabatic change. It is further assumed that the gas flow rate at the outlet of the orifice reaches the speed of sound at the gas temperature. This sound speed condition is P 1 ≧ about 2P 2 , in other words, corresponding to the pressure ratio P 2 / P 1 being about 1/2 or less of the critical pressure ratio.
[0009]
Under these conditions, the gas flow rate Q passing through the orifice is obtained by the following equation (1).
[Expression 1]
Q = FF · SP 1 (1 / T 1 ) 1/2 (2)
However, in the formula (2), FF corresponds to the flow factor and is represented by the following formula (3).
[Expression 2]
[0010]
In the equations (1) to (3), Q (m 3 / sec) is a volumetric flow rate per unit time in a standard state, S (m 2 ) is an orifice sectional area, and P 1 (kg / m 2 abs) is the upstream absolute pressure, T 1 (K) is the upstream gas temperature, FF (m 3 K 1/2 / kg / sec) is the flow factor, K is the proportionality constant (2 g), γ S (kg / m 3 ) is the density of the gas in the standard state, κ (dimensionless) is the specific heat ratio of the gas, and R (m / K) is the gas constant.
[0011]
Here, assuming that the calculated flow rate Qc (= KP 1 ) is equal to the flow rate Q, the constant K is expressed as K = FF · S / T 1 1/2 , and the gas type, upstream gas temperature, and orifice cutoff It turns out that it depends on the area. That is, it is apparent that the calculated flow rate Qc depends only on the flow factor FF under the same conditions of the upstream pressure P 1 , the upstream temperature T 1, and the orifice sectional area S.
[0012]
Since the flow factor FF depends on the density γ S , the specific heat ratio κ, and the gas constant R in the standard state, as is clear from the equation (3), it is a factor determined only by the gas type. As a result, when the upstream pressure P 1 , the upstream temperature T 1 and the orifice are the same, and the calculated flow rate of the gas type A is Q A , when the gas type B is circulated, the calculated flow rate Q B is Q B = (FF B / FF A ) Q A = SFF · Q A Here, FF A and FF B are the flow factors of the gas types A and B, respectively, and SFF = FF B / FF A is a specific flow factor of the gas type B to the gas type A.
[0013]
In other words, when the conditions other than the gas type are the same, the flow rate Q B when the gas type is changed can be calculated by simply multiplying the flow rate Q A by a specific flow factor FF B / FF A (hereinafter abbreviated as SFF).
The base gas type A can be arbitrarily selected, but N 2 gas is generally used as a base fluid. Therefore, FF / FF N is adopted as the SFF.
Here, FF N means the flow factor of N 2 gas. Table 2 shows the physical property values of each gas type and the calculated flow factor FF and specific flow factor SFF.
[0014]
[Table 2]
[Problems to be solved by the invention]
The actual gas flow rate calculated using the flow factor FF (or the specific flow factor SFF) obtained from the above theoretical formula has an error of about 1% at maximum with respect to the actual measurement value.
For example, a flow rate calculated to O 2 gas flow rate Q O2 as Q O2 = SFF × Q N2 = 0.935237Q N2, when comparing the actual O 2 gas flow rate were measured by the build-up method, either both of the error Has been confirmed to be within an error range of 1% with respect to the actually measured value, and the calculation method of the flow factor FF has an excellent practical utility.
[0016]
However, in order to calculate the flow factor FF and the specific flow factor SFF from the theoretical formula, it is necessary to clearly know the physical property values of each fluid, as is clear from (Formula 3). (Gas) and known fluids (gases) with mixed fluids with unknown mixing ratios, isomeric gases with the same molecular weight but different structures, etc. have a drawback that the flow factor FF cannot be calculated easily. .
In particular, it is clear that in the near future, new types of gases aiming at reducing the global warming potential will be developed from the viewpoint of global environmental conservation. FCS is not recommended for these new types of gases with unknown physical properties. There is a problem that the apparatus cannot be easily applied.
[0017]
In the present invention, it is impossible to calculate the flow factor FF for the above-mentioned problems in the calculation of the flow factor FF and the specific flow factor SFF of the conventional FCS apparatus, that is, for a new type of gas whose physical property value is unknown. Alternatively, it is intended to solve the problem that the calculation takes too much time, and for any type of fluid (gas type), the specific flow factor SFF for the gas type is easily and accurately obtained for each FCS device. It is an object of the present invention to provide a fluid flow rate control method using a pressure type flow rate control device which can be used.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
The invention of claim 1, the orifice O L, and a control valve Cv provided on the upstream side of the orifice O L, and the pressure detector P provided between the control valve Cv and the orifice O L, a pressure detector P The flow rate Qc is calculated from the detected pressure P 1 as Qc = KP 1 (where K is a constant), and the difference between the flow rate command signal Qs and the calculated flow rate signal Qc is used as the control signal Qy to the drive unit VD of the control valve Cv. It is composed of a calculation control unit CPU for outputting, to adjust the orifice upstream side pressure P 1 by opening and closing of the control valve Cv an orifice upstream side pressure P 1 being maintained at least approximately twice the orifice downstream side pressure P 2 , A pressure type flow rate control method for controlling the flow rate of the fluid downstream of the orifice, wherein the actual flow rate Qg of the arbitrary fluid is Q when the flow rate control fluid is the arbitrary fluid Gg. = Qb × SFF (where Qb is a measured flow rate of an arbitrary fluid in a pressure type flow rate control apparatus using a flow control fluid as a reference fluid Gb, and SFF is a specific flow factor of the arbitrary fluid Gg with respect to the reference fluid Gb. In the fluid flow rate control method using the pressure type flow rate control device calculated as), the specific flow factor SFF is
SFF = Δt (Gb) / Δt (Gg) · T (Gb) / T (Gg)
(Where Δt (Gb) is the pressure attenuation characteristic of the orifice with respect to the reference fluid Gb, the time until the pressure drop reaches an arbitrary set value ΔP, and Δt (Gg) is the pressure attenuation characteristic of the orifice with respect to the arbitrary fluid Gg. Where T (Gb) is the absolute temperature of the reference fluid Gb, and T (Gg) is the absolute temperature of the arbitrary fluid Gg) until the pressure drop reaches the arbitrary set value ΔP. This is the basic configuration of the invention.
[0019]
According to the second aspect of the present invention, the actual flow rate Qg of an arbitrary fluid when the flow control fluid is an arbitrary fluid Gg is Qg = Qb × SFF (where Qb is a pressure flow rate using the flow control fluid as a reference fluid Gb) In the flow rate control method of the fluid using the pressure type flow rate control device calculated as the measured flow rate of the reference fluid in the control device, SFF is the specific flow factor of the arbitrary fluid Gg to the reference fluid Gb) The average flow rate Q (Gb) while the pressure drop of the orifice upstream pressure P 1 reaches an arbitrary set value ΔP in the pressure attenuation characteristic of the orifice when the flow control fluid is the reference fluid Gb,
Q (Gb) = C · V 1 · 273.15 / T (Gb) × ΔP / Δt (Gb)
Further, in the pressure attenuation characteristic of the orifice when the flow control fluid is an arbitrary fluid Gg, the average flow rate Q (Gg) during which the pressure drop of the orifice upstream side pressure P 1 reaches the arbitrary set value ΔP is obtained. ,
Q (Gg) = C · V 1 · 273.15 / T (Gg) × ΔP / Δt (Gg) (where C is a conversion constant, V 1 is the internal volume of the pressure control device, Δt (Gb ) Is the time until the pressure drop reaches an arbitrary set value ΔP in the pressure attenuation characteristic of the orifice with respect to the reference fluid Gb, and Δt (Gg) is the pressure drop in the pressure attenuation characteristic of the orifice with respect to the arbitrary fluid Gg. Time until reaching an arbitrary set value ΔP, T (Gb) is the absolute temperature of the reference fluid Gb, T (Gg) is the absolute temperature of the arbitrary fluid Gg), and the specific flow factor SFF is SFF = Q The basic configuration of the invention is to calculate as (Gg) / Q (Gb).
[0020]
The invention of
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a standard pressure type flow rate control device (FCS device) to which the present invention is applied. Cv is a control valve, VD is a valve drive device, P is a pressure detector, and T is a temperature detector. , OL is an orifice, L 1 is an orifice upstream line, L 2 is an orifice downstream line, AMP is an amplifier, A / D is a signal converter, DP is a pressure indicator, DT is a temperature indicator, and CPU is an arithmetic unit , M is a storage device, SC is a power supply circuit, PT is an external communication port, ES is a DC power supply, ST is a flow rate setting circuit, SFF is a specific flow factor display circuit, and TR is an external circuit.
[0022]
In FIG. 1, the arithmetic unit CPU includes a calculation unit for a specific flow factor SFF for each gas type, which will be described later, and a flow rate calculation unit for calculating the flow rate of each gas type using the calculated specific flow factor SFF. A flow rate adjusting unit for adjusting the calculated gas flow rate to the set flow rate Qs by comparing the gas flow rate calculated by the flow rate calculating unit with the set flow rate Qs is provided. Since the configuration and function are known from Japanese Patent Laid-Open No. 8-338546, description thereof is omitted here.
[0023]
The specific flow factor SFF is defined as SFF = Qg / Qb. Here, Qb is a control flow rate (reference gas flow rate) by the FCS device when the flow rate control fluid is the reference fluid Gb (N 2 gas), and Qg is the same as the flow rate control fluid to the same FCS device. The actual gas flow rate of the arbitrary fluid Gg when an arbitrary fluid Gg (for example, C 4 F 8 ) is supplied under the conditions.
Accordingly, the actual gas flow rate Qg of the arbitrary fluid Gg when the arbitrary fluid Gg is supplied to the same FCS device under the same conditions is the value determined by the FCS device calibrated with respect to the reference fluid Gb (N 2 gas). It can be obtained by multiplying the control flow rate value of the fluid Gg by the specific flow factor SFF.
[0024]
That is, when the gas type changes, the flow rate changes, but the flow factor FF calculated by the equation (3) is considered to be constant regardless of the pressure, so the reference fluid Gb (N 2 gas) and any fluid The specific flow factor can be calculated as SFF = Qg / Qb by actually measuring the flow rate Qb and the flow rate Qg of Gg (for example, C 4 F 8 gas) flowing through the same FCS device under the same conditions.
[0025]
On the other hand, the pressure P 1 applied from the control valve Cv of FCS device to the orifice upstream line L 1, then the pressure P 1 of the control valve Cv when the closed of fluid flowing through the orifice O L which drops the pressure P 2 The average flow rate Q (SCCM) can be calculated by the following equation (4) known as a build-up method (Rate of Rise).
Q = C · V l · 273.15 / T (G) × (P 1 −P 2 ) / (t 2 −t 1 ) (4)
However, in the equation (4), C is a conversion constant, V l is the internal volume of the FCS, T (G) is the absolute temperature of the fluid, P 1 and P 2 are sampling pressures, and ΔP = P 1 -P 2 is The pressure drop in the upstream line of the orifice, t 1 · t 2 is the sampling time, and Δt = t 2 -t 1 is the time required to generate the pressure drop P 1 -P 2 .
[0026]
When the ratio Qg / Qb of the average flow rate Qb with respect to the reference fluid Gb (N 2 gas) and the average flow rate Qg with respect to the arbitrary fluid Gg is obtained from the above equation (4), it is expressed by the following equation (5).
SFF = Qg / Qb = Δt (Gb) / Δt (Gg) × T (Gb) / T (Gg) (5)
However, where Delta] t (Gg) is the time required for any fluid Gg occurs a predetermined pressure drop (P 1 -P 2), Δt (Gb) are reference fluid Gb the same pressure drop (P 1 - The time required to generate P 2 ), T (Gb) is the absolute temperature of the reference fluid Gb, and T (Gg) is the absolute temperature of the arbitrary fluid Gg.
[0027]
The present invention supplies the reference fluid Gb and the arbitrary fluid Gg to the FCS device under the same conditions as described above, and the time Δt = t 2 -t 1 and the gas temperature required to generate a predetermined set pressure ΔP = P 1 -P 2. T (G) is measured for both fluids Gb and Gg, and the ratio flow factor SFF is calculated by the arithmetic unit CPU using these measured values.
[0028]
Specifically, the specific flow factor SFF for each gas type is calculated by the following procedure.
First, supply to the FCS device to be flow controlled liquid as N 2, to measure the pressure attenuation upstream line L 1 of the orifice O L. That is, the control of the FCS device is set to the pressure attenuation mode for measuring the pressure attenuation data, and the temporal change of the upstream pressure P 1 when the control valve Cv is switched from the fully open state to the fully closed state is measured.
[0029]
FIG. 2 is a flowchart showing an embodiment of the pressure decay mode, and a program stored in the memory device M is started and executed by a signal from the external circuit TR.
That is, when it is confirmed that the pressure attenuation mode (n20), a high set flow rate Q SH is set to the CPU as a set flow rate Qs (n21). The high set flow rate Q SH is generally 100% of full scale. In this state, the upstream pressure P 1 is measured and expressed as the maximum pressure P m as the maximum value in this range (n22). Then, the pressure P 1 of the two points from the external circuit TR 'and P 1 = P 2' sampling pressure P 1 = P 1 ', P 2' is pre beforehand set (n23), further, the external circuit TR The low set flow rate Q SL is set as the set flow rate Qs by this trigger signal, and this time is set to time t = 0 (s) (n24). As the low set
[0030]
The upstream pressure P 1 is measured from t = 0 (n25), and the time and pressure data (t, P 1t ) are stored in the memory device M (n26). Each time the pressure P 1 changes by a minute pressure ΔP, the time t is measured (n27), and until the pressure P 1 reaches Ps (28), the data (t, P 1t ) is measured and stored in the memory device M. .
Of course, it is only necessary to measure the pressure and time at only two points of the pressure P 1 = P 1 ′ and the pressure P 1 = P 2 ′ set in the step (n23), but the pressure decay mode is used to detect orifice clogging. Since it is generally provided in the FCS apparatus for use, it is desirable to utilize this.
[0031]
In actual concrete measurement, in the case of an orifice having an inner diameter of 150 μm, the upstream pressure P 1 at 50 points is measured during this period, and the pressure measurement is completed when the pressure P 1 = Ps is reached. is doing.
In steps 25 to 28, the pressure P 1 = P 1 ′ preset in step 23 and the time t = t 1 ′ and the pressure P 1 = P 2 ′ and the time t = Of course, t 2 ′ is measured and the data is stored in the storage device M.
[0032]
A curve A in FIG. 3 shows an example of a pressure attenuation characteristic curve of a specific FCS apparatus measured according to the flowchart in FIG. 2 when the fluid to be measured is N 2 , and the horizontal axis indicates the sampling time. (Number of terms), and the vertical axis represents the pressure (digit).
The data required in the present invention includes the time t = t 1 ′ and the pressure P 1 = P 2 at the pressure P 1 = P 1 ′ set in the step 23 in advance as will be described later. Time t = t 2 ′ and the value of the circulating gas temperature T (G).
[0033]
ΔP = P 1 ′ −P 2 ′ and Δt = t 2 ′ −t 1 ′ are obtained from the data of the pressure attenuation characteristic curve A of the FCS apparatus when the reference fluid Gb is N 2 gas (step n 29). If, in step n30, the mean flow rate of N 2 gas QN passing through the orifice O L (SCCM) is calculated using the build-up method (rate of Rise) and the formula (4).
Q N2 = C · V l · 273.15 / T (Gb) · (P 1 '-P 2 ') / (t 2 '-t 1 ')
Where QN 2 is the average flow rate of N 2 gas, C is a conversion constant, V l is the internal volume of FCS, T (Gb) is the absolute temperature of N 2 gas, and P 2 ′ and P 1 ′ are sampling pressures. , T 2 ′, t 1 ′ are sampling times.
[0034]
Mean When N 2 operation of the gas flow rate QN 2 (SCCM) is completed, the optional to be flow controlled gaseous fluid Gg (e.g. C passing through the pressure decay characteristic and orifice O L used as the reference fluid Gb the N 2 gas 4 F switched to 8 gas), at all to measure the pressure reduction characteristics in the same procedure as for the N 2 gas.
Even in the case of C 4 F 8 gas, similarly to the case of N 2 gas, the orifice upstream pressure P 1 = P 1 ′ and the orifice upstream pressure P 1 = P 2 ′ to be measured are preliminarily determined. Therefore, the time t 1時 when the orifice upstream pressure P 1 is P 1 = P 1 ′ and the time t 2時 when the orifice upstream pressure P 1 is P 2 ′ are also set in step n26. Each of them is measured and stored in the storage device M.
[0035]
The curve B in FIG. 3 shows a pressure reduction characteristic curve when the arbitrary fluid Gg is C 4 F 8 gas, and the time t 1 〃 and P 1 = P at P 1 = P 1 ′ = 1450 digit. The time t 2 2 at 2 ′ = 1000 digits is stored in the storage device M as described above.
[0036]
Also, the (4) with a flow rate equation of the same following the formula, the average flow rate Qg of any fluid Gg passing through the orifice O L (C 4 F 8 gas) is calculated.
Qg = C · V 1 · 273.15 / T (Gg) × (P 1 ′ −P 2 ′) / (t 2 〃−t 1 〃)
[0037]
When the flow rate Qg for the C 4 F 8 gas is calculated, finally the flow factor SFF is calculated as SFF = Qg / Qb = Qg / QN 2 .
[0038]
In the above description, the average N 2 gas flow rate QN 2 and the average C 4 F 8 gas flow rate Qg are obtained separately, and the specific flow factor SFF is obtained from Qg / QN 2. The specific flow factor SFF is calculated by the following equation that is the same as equation (5). That is, the specific flow factor SFF is obtained by approximating the pressure drop curve between the times t 2 ′ −t 1 ′ and t 2 ｔ−t 1と in FIG. 3 to a straight line.
SFF = Qg / QN 2 = Δt (N 2 ) / Δt (Gg) × T (N 2 ) · T (Gg)
However, Δt (N 2 ) = t 2 ′ −t 1 ′ and Δt (Gg) = t 2 〃−t 1 〃.
[0039]
Using a pressure type flow control device (
Table 3 shows measurement data of pressure attenuation characteristics, and sampling times are the number of terms × 12 msec (N 2 gas) and the number of terms × 34 msec (C 4 F 8 gas). FIG. 3 is a graph of Table 2.
[0040]
[Table 3]
The specific flow factor SFF of the C 4 F 8 gas calculated according to this example is SFF = 0.32215 as described in the remarks column of Table 3. The specific flow factor actually measured in this example has a difference of about 10% compared to the SFF value 0.352260 shown in Table 2 calculated from the theoretical formula. Since it is actually measured for each FCS device, it is considered that the specific flow factor SFF obtained in this embodiment displays the actual gas flow rate with higher accuracy.
[0042]
【The invention's effect】
In the present invention, the pressure attenuation characteristics for the reference fluid and the arbitrary fluid are measured for each pressure type flow control device, and the specific flow factor (SFF) of the arbitrary fluid for the reference fluid is calculated from the measured values of the pressure attenuation characteristics. It is configured to do.
As a result, compared with the conventional method of calculating the specific flow factor, the flow factor (FF) and the specific flow factor (SFF) are obtained from the physical property values of the conventional gas. The specific flow factor (SFF) can be easily obtained.
[0043]
In addition, since the specific flow factor (SFF) can be calculated individually for each pressure-type flow control device, the actual flow rate of any fluid can be controlled with high accuracy regardless of the gas type or gas flow range. Therefore, the application range of the pressure type flow control device is expanded.
The present invention has excellent practical utility as described above.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a pressure type flow control device to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a flowchart relating to measurement of pressure attenuation characteristics.
FIG. 3 shows an example of a pressure decay characteristic curve of N 2 gas and C 4 F 8 gas.
[Explanation of symbols]
Cv Control valve, VD is a valve driving device, P is the pressure detector, T is the temperature detector, O L orifice, L 1 is an orifice upstream line, L 2 is an orifice downstream line, AMP amplifiers, A / D is a signal converter, DP is a pressure indicator, DT is a temperature indicator, CPU is an arithmetic unit, M is a storage device, SC is a power supply circuit, PT is an external communication port, ES is a DC power supply, ST is a flow rate setting circuit, SFF is a specific flow factor indicator, TR is an external circuit, Gb is a reference fluid (N 2 gas), Gg is an arbitrary fluid, Qb is a reference fluid flow rate, Qg is an arbitrary fluid flow rate, FF is a flow factor, and SFF is The specific flow factor, P 1 is the pressure upstream of the orifice, ΔP is the pressure drop value, Δt (Gb) is the time required for the pressure drop ΔP of the reference fluid, Δt (Gg) is the time required for the pressure drop ΔP of the arbitrary fluid, T ( Gb) Absolute temperature of the semi-fluid, T (Gg) is an absolute temperature of any fluid, C is the conversion constants, V l is the internal volume of the pressure control device.
Claims (3)
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。The actual flow Qg of the arbitrary fluid when the flow control fluid is an arbitrary fluid Gg is Qg = Qb × SFF (where Qb is an arbitrary fluid in the pressure type flow control device using the flow control fluid as a reference fluid Gb) In the fluid flow rate control method using the pressure type flow rate control device calculated as follows, the specific flow factor SFF is a specific flow factor of the arbitrary fluid Gg with respect to the reference fluid Gb. The
SFF = Δt (Gb) / Δt (Gg) · T (Gb) / T (Gg)
(Where Δt (Gb) is the pressure attenuation characteristic of the orifice with respect to the reference fluid Gb, the time until the pressure drop reaches an arbitrary set value ΔP, and Δt (Gg) is the pressure attenuation characteristic of the orifice with respect to the arbitrary fluid Gg. Where T (Gb) is the absolute temperature of the reference fluid Gb, and T (Gg) is the absolute temperature of the arbitrary fluid Gg) until the pressure drop reaches the arbitrary set value ΔP. A fluid flow rate control method using a pressure type flow rate control device, characterized in that it is configured as described above.
Ｑ（Ｇｂ）＝Ｃ・Ｖl ・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・Ｖl ・２７３．１５／Ｔ（Ｇｇ）×ΔＰ／Δｔ（Ｇｇ）として算出し、（但し、Ｃは換算定数、Ｖl 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。The actual flow rate Qg of the arbitrary fluid when the flow control fluid is an arbitrary fluid Gg is Qg = Qb × SFF (where Qb is a reference fluid in a pressure type flow control device using the flow control fluid as a reference fluid Gb) In the fluid flow rate control method using the pressure type flow rate control device, the flow rate control fluid is calculated as follows: SFF is a specific flow factor of the arbitrary fluid Gg with respect to the reference fluid Gb. In the pressure attenuation characteristics of the orifice when the reference fluid Gb is used, the average flow rate Q (Gb) during which the pressure drop of the orifice upstream pressure P 1 reaches an arbitrary set value ΔP,
Q (Gb) = C · V 1 · T (Gb) × ΔP / Δt (Gb)
Further, in the pressure attenuation characteristic of the orifice when the flow control fluid is an arbitrary fluid Gg, the average flow rate Q (Gg) during which the pressure drop of the orifice upstream side pressure P 1 reaches the arbitrary set value ΔP is obtained. ,
Q (Gg) = C · V 1 · 273.15 / T (Gg) × ΔP / Δt (Gg) (where C is a conversion constant, V 1 is the internal volume of the pressure control device, Δt (Gb ) Is the time until the pressure drop reaches an arbitrary set value ΔP in the pressure attenuation characteristic of the orifice with respect to the reference fluid Gb, and Δt (Gg) is the pressure drop in the pressure attenuation characteristic of the orifice with respect to the arbitrary fluid Gg. (Time until reaching an arbitrary set value ΔP, T (Gb) is the absolute temperature of the reference fluid Gb, and T (Gg) is the absolute temperature of the arbitrary fluid Gg.)
The fluid flow rate control method using a pressure type flow rate control device, wherein the specific flow factor SFF is calculated as SFF = Q (Gg) / Q (Gb).
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