JP4572139B2 - 改良型圧力式流量制御装置 - Google Patents

Description

本発明は圧力式流量制御装置の改良に関するものであり、圧力式流量制御装置の構造の簡素化が図れると共に、ガス種の変更にも簡単に対応することができ、更に熱式質量流量制御装置（マスフローコントローラＭＦＣ）とも容易に交換をすることができるようにした圧力式流量制御装置に関するものである。

圧力式流量制御装置は、マスフローコントローラに代表される熱式質量流量制御装置（ＭＦＣ）に比較して、応答性や制御精度、製造コスト、制御の安定性、メンテナンス性等の点で勝る優れた特性を備えており、そのため半導体製造の技術分野等において広く実用に供されている。

図５（ａ）及び図５（ｂ）は、前記従前の圧力式流量制御装置ＦＣＳの基本構成の一例を示すものであり、コントロール弁２、圧力検出器６、２７、オリフィス８、流量演算回路１３・３１、流量設定回路１４、演算制御回路１６、流量出力回路１２等から圧力式流量制御装置ＦＣＳの要部が形成されている。
尚、図５（ａ）及び図５（ｂ）において、３はオリフィス上流側配管、４は弁駆動部、５はオリフィス下流側配管、９はバルブ、１５は流量変換回路、１０、１１、２２、２８は増幅器、７は温度検出器、１７、１８、２９はＡ／Ｄ変換器、１９は温度補正回路、２０、３０は演算回路、２１は比較回路、Ｑｃは演算流量信号、Ｑｆは切換演算流量信号、Ｑｅは流量設定信号、Ｑｏは流量出力信号、Ｑｙは流量制御信号、Ｐ₁はオリフィス上流側気体圧力、Ｐ₂オリフィス下流側気体圧力、ｋは流量変換率である。

前記図５（ａ）の圧力式流量制御装置ＦＣＳは、オリフィス上流側気体圧力Ｐ₁とオリフィス下流側気体圧力Ｐ₂との比Ｐ₁／Ｐ₂が流体の臨界値に等しいか若しくはこれより低い場合（所謂気体の流れが臨界状態下にあるとき）に、主として用いられるものであり、オリフィス８を流通する気体流量Ｑｃは、Ｑｃ＝ＫＰ₁（但し、Ｋは比例定数）で与えられる。
また、前記図５（ｂ）の圧力式流量制御装置ＦＣＳは、臨界状態と非臨界状態の両方の流れ状態となる気体の流量制御に主として用いられるものであり、オリフィス８を流れる気体の流量は、Ｑ_c＝ＫＰ₂ ^m(P₁−Ｐ₂)ⁿ（Ｋは比例定数、ｍとｎは定数）として与えられる。

また、前記図５（ａ）の圧力式流量制御装置において、流量値の設定値は、流量設定信号Ｑｅとして電圧値で与えられ、例えば上流側圧力Ｐ₁の圧力制御範囲０〜３（ｋｇｆ／ｃｍ² ａｂｓ）を電圧範囲０〜５ｖで表示したとすると、Ｑｅ＝５ｖ（フルスケール値）は、３（ｋｇｆ／ｃｍ² ａｂｓ）の圧力Ｐ₁における流量Ｑｃに相当することとなる。

例えば、いま流量変換回路１５の変換率ｋが１に設定されているときに、流量設定信号Ｑｅ＝５ｖが入力されると、切換演算流量信号Ｑｆ（Ｑｆ＝ｋＱｃ）は５ｖとなり、上流側圧力Ｐ₁が３（ｋｇｆ／ｃｍ² ａｂｓ）になるまでコントロール弁２が開閉操作されることになり、Ｐ₁＝３（ｋｇｆ／ｃｍ² ａｂｓ）に対応する流量Ｑｃ＝ＫＰ₁の気体がオリフィス８を流通することになる。

また、制御すべき圧力範囲を０〜２（ｋｇｆ／ｃｍ² ａｂｓ）に切換え、この圧力範囲を０〜５（ｖ）の流量設定信号Ｑｅで表示する場合（即ち、フルスケール値５ｖが２（ｋｇｆ／ｃｍ² ａｂｓ）を与える場合）には、前記流量変換率ｋが２／３に設定される。

その結果、流量設定信号Ｑｅ＝５（ｖ）が入力されたとすると、Ｑｆ＝ｋＱｃから、切換演算流量信号ＱｆはＱｆ＝５×２／３（ｖ）となり、上流側圧力Ｐ₁が３×２／３＝２
（ｋｇｆ／ｃｍ² ａｂｓ）になるまで、コントロール弁２が開閉操作される。
即ち、Ｑｅ＝５ｖが、Ｐ₁＝２（ｋｇｆ／ｃｍ² ａｂｓ）に相当する流量Ｑｃ＝ＫＰ₁を表すようにフルスケールの流量が変換される。
尚、前記図5（ｂ）の圧力式流量制御装置においても同様であり、オリフィス８を流通する気体の流量Ｑｃは、Ｑ_c＝ＫＰ₂ ^m(P₁−Ｐ₂)ⁿ（Ｋは比例定数、ｍとｎは定数）として与えられ、ガス種が変われば前記比例定数Ｋが変化する。

更に、臨界状態下においては、オリフィス８を流通する気体流量Ｑｃは、前述の通りＱｃ＝ＫＰ₁なる式で与えられるが、流量制御すべきガス種が変れば、同一オリフィス８を使用している場合には、前記比例定数Ｋが変化する。

いま、水素、酸素、窒素に対する前記比例定数ＫをＫｈ（Ｈ₂の場合）、Ｋｏ（Ｏ₂の場合）、Ｋｎ（Ｎ₂の場合）で表すと、このＫｈ、Ｋｏ、Ｋｎは、一般に窒素ガスを基準とするフローファクタＦ．Ｆ．を用いて表すことができる。
尚、当該フローファクタＦ．Ｆ．は、オリフィス８及び上流側圧力Ｐ₁が同一の場合に、Ｏ₂やＨ₂等の実ガス流量がＮ₂流量に対して何倍になるかを示す量であり、フローファクタＦ．Ｆ．＝実ガスの流量／Ｎ₂流量で定義される。またこのＦ．Ｆ．の具体的な値は表１のような値となり、ガスの比熱比等を用いて理論式から演算することができ、この演算値は実測値と高精度で一致することが実証されている（特開２０００−３２２１３０号、特開２００４−１９９１０９号等）。

例えば、前記Ｈ₂ガスのフローファクタをＦ．Ｆｈ、Ｏ₂ガスのフローファクタをＦ．Ｆｏとすると、Ｆ．Ｆｈ＝Ｋｈ／Ｋｎ、Ｆ．Ｆｏ＝Ｋｏ／Ｋｎで表現され、Ｎ₂ガスのフローファクタは、勿論Ｆ．Ｆｎ＝Ｋｎ／Ｋｎ＝１となる。
図５（ａ）の圧力式流量制御装置ＦＣＳを参照して、いまこれにＮ₂ガスを流通させてその流量測定を行っているとする。この時の流量変換率はｋ＝１であるから、切換演算流量信号ＱｆはＱｆ＝ｋＱｃとなり、流量指令信号Ｑｅに等しくなる。

また、図５（ａ）の圧力式流量制御装置ＦＣＳにＨ₂ガスを送るには、流量変換回路１５において流量変換率ｋがＫｈ＝３．７３１８４３に設定され、切換演算流量信号Ｑｆは、Ｑｆ＝ｋＱｃからＱｆ＝ＫｈＱｅとなる。即ち、切換演算流量信号ＱｆはＮ₂ガスに対する流量設定信号ＱｅのＫｈ倍となり、オリフィス上流側圧力Ｐ₁がＮ₂ガスの場合のＫｈ倍になるように、コントロール弁２の開閉操作が行われることになる。
尚、上記説明は、何れも図５（ａ）に基ずいて説明をしたが、図５（ｂ）の圧力式流量制御装置であっても、基本的には同一である。

特開平８−３３８５４６ 特開２０００−６６７３２ 特開２００３−１９５９４８ 特開２０００−３２２１３０ 特開２００４−１９９１０９

ところで、従前のこの種圧力式流量制御装置ＦＣＳにおいては、前述の通り窒素ガスＮ₂を基準として制御装置ＦＣＳの目盛校正がされており（具体的には、流量設定回路１４の流量設定信号Ｑｅが最大５ｖのときの流量値Ｖｍを実測し（例えばＶｍ＝１０５ｓｃｃｍ）、この流量値Ｖｍ＝１０５ｓｃｃｍが設定流量Ｖｓ（例えばＶｓ＝１００ｓｃｃｍ）となるように前記Ｑｅを調整して、この調整後の流量設定信号値を演算制御回路１６へ入力するようにしたり、或いは、流量演算回路１３の流量設定変換回路１５で変換率ｋを調整し、流量設定回路１４からの設定入力５ｖのときに、Ｎ₂の設定流量値がフルスケール値ＦＳ（設定流量Ｖｓ＝１００ｓｃｃｍ）となるように校正し、その後この時の変換率ｋを固定して、ｋ＝Ｋｎ＝１とすることにより、目盛校正がされている。）、Ｎ₂以外の実ガス（例えばガス種を酸素に変更したような場合）を制御する場合には、予め流量演算回路１３内に組み込みしたフローファクタＦ．Ｆ．の記憶装置（図示省略）から酸素Ｏ₂に対するフローファクタＦ．Ｆｏを読み出し、このフローファクタＦ．Ｆｏ値（即ち、流量変換率ｋｏ）をＮ₂を基準とした演算流量信号Ｑｃに乗じて、Ｑｆ＝ｋｏＱｃなる切替演算流量信号が演算制御回路１６へ出力することになる。

換言すれば、圧力式流量制御装置ＦＣＳは、その制御部に必ず各種の実ガスに対するフローファクタＦ．Ｆ．値のテーブルを備える必要があり、当該Ｆ．Ｆ．値のテーブルを備えない限りガス種の変更に対応できないと云う構成になっている。
尚、このことは、マスフローコントローラ等の熱式流量制御装置においても同様であり、一般には、圧力式流量制御装置ＦＣＳのフローファクタＦ．Ｆ．に対応するコンバートファクタＣＦのテーブルを備えておき、これを用いて実ガスの変更に対処するよう構成されている。

勿論、Ｎ₂ガスを基準ガスとせずに、制御対象とする実ガスを基準として圧力式流量制御装置ＦＣＳを校正することも可能であるが、その場合には、（実ガスの種類×流量レンジグループ）の数だけの多種類の圧力式流量制御装置ＦＣＳを製作する必要があり、製造コストの削減が困難になるだけでなく生産管理や販売管理が複雑化すると云う問題を生ずることになる。

また、窒素ガスＮ₂を基準として校正された圧力式流量制御装置ＦＣＳにおいて、実ガス（酸素Ｏ₂）のＦ．Ｆ．値（例えばＦ．Ｆｏ＝０．９３５２３７）を流量設定信号Ｑｅ＝５ｖに乗じて目盛校正をする場合、Ｑｆ＝Ｆ．ＦｏＱｅには当然に端数が含まれることになり、出力信号Ｑｏ＝Ｑｆの方も端数を含む値となる。
その結果、切換演算流量信号Ｑｆや出力信号Ｑｏの電圧値の取り扱いがやっかいとなり、結果として流量制御精度の低下を招く等の問題がある。

更に、近年既設の熱式流量制御装置ＭＦＣに替えて圧力式流量制御装置ＦＣＳを使用するケースが増えて来ている。このような場合、前者の設定流量信号Ｑｅ値と設定流量Ｑ（ｓｃｃｍ）との関係が、後者の設定流量信号Ｑｅ値と設定流量Ｑ（ｓｃｃｍ）との関係に夫々完全に一致している場合には、制御系の他の部分に大きな改修を加えることなしに、簡単に熱式質量流量制御装置ＭＦＣを圧力式（質量）流量制御装置ＦＣＳに取り替えすることができる。

しかし、両者の設定流量信号値Ｑｅ値と設定流量Ｑ（ｓｃｃｍ）との何れかが相互に異なっている場合（例えば、設定流量Ｑの方はＱ＝１００ｓｃｃｍで同一であるが、これに対応する設定流量信号Ｑｅの方がＱｅ＝５．０００ｖ（ＭＦＣの場合）とＱｅ＝４．４３９ｖ（ＦＣＳの場合）のように夫々異なっているとき）には、従前の圧力式流量制御装置ＦＣＳにおいては、内部のフローファクタデータテーブルそのものを取り替え（又は書き替え）しなければ、現実に熱式質量流量制御装置ＭＦＣを圧力式流量制御装置ＦＣＳに取り替え出来ず、極めて煩雑な作業を必要とすると云う問題がある。

本発明は、従前の圧力式流量制御装置ＦＣＳにおける上述の如き問題、即ちイ．窒素ガスＮ₂を基準として校正した流量設定信号Ｑｅに実ガスのフローファクタＦ．Ｆ．を乗じたものを切換演算流量信号Ｑｆや流量出力信号Ｑｏとしているため、必然的に信号値Ｑｆ、Ｑｏが端数を含んだ数値となり、電圧値の取り扱いが極めてやっかいなものになること、ロ．各種の実ガスに対応したフローファクタＦ．Ｆ．のデータテーブルを制御部に必要とすること、ハ．熱式質量流量制御装置ＭＦＣに替えて圧力式流量制御装置ＦＣＳを簡単に使用することができず、流量設定信号Ｑｅと設定流量（制御流量）Ｑｃとの相互関係によっては圧力式流量制御装置ＦＣＳの使用が困難となること等の問題を解決せんとするものであり、切換演算流量信号Ｑｆや流量出力信号Ｑｏを端数の無い数値に変換でき、しかも熱式質量流量制御装置ＭＦＣとも簡単に交換して使用することができるようにした改良された圧力式流量制御装置ＦＣＳを提供することを発明の主目的とするものである。

請求項１の発明は、オリフィス上流側圧力Ｐ１とオリフィス下流側圧力Ｐ２を用いて、オリフィス８を流通する流体の流量をＱｃ＝ＫＰ_１（Ｋは比例定数）又はＱｃ＝ＫＰ_２ ^ｍ(Ｐ_１−Ｐ_２)^ｎ（Ｋは比例定数、ｍとｎは定数）として演算するようにした圧力式流量制御装置において、当該圧力式流量制御装置を流量演算装置２３と、流量演算装置２３へ設定流量信号Ｑｅｒに関連する設定入力信号Ｑｅ′を入力すると共に流量演算装置２３からの制御流量出力信号Ｑｏ′に関連する制御流量信号Ｑｏｒを出力する入出力コンバータ２５と、オリフィス８の上流側に設けられ、流量演算装置２３からの流量制御信号Ｑｙにより開閉制御されるコントロール弁２とから構成し、前記入出力コンバータ２５の前記設定流量信号Ｑｅｒと設定入力信号Ｑｅ′との比であるコンバート比（Ｑｅ′／Ｑｅｒ）及び前記流量出力信号Ｑｏｒと制御流量出力Ｑｏ′との比であるコンバート比（Ｑｏ′／Ｑｏｒ）を、［被測定ガスである実ガスの最大流量Ｆ．Ｓ_Ｇ（ｓｃｃｍ）］／[窒素ガスを基準として目盛校正をした圧力式流量制御装置の最大流量Ｆ．Ｓ_Ｎ（ｓｃｃｍ）×前記実ガスの窒素ガスを基準としたフローファクタ（Ｆ．Ｆ_Ｇ）]とし、前記実ガスの最大流量Ｆ．Ｓ_Ｇ（ｓｃｃｍ）及び又は圧力式流量制御装置の最大流量Ｆ．Ｓ_Ｎ（ｓｃｃｍ）に応じて前記コンバート比を調整可能とすると共に、前記入出力コンバータ２５を圧力式流量制御装置本体１へ着脱自在に設ける構成としたことを発明の基本構成とするものである。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、入出力コンバータ２５の前記コンバート比（Ｑｅ′／Ｑｅｒ）及び（Ｑｏ′／Ｑｏｒ）の設定値を一種の実ガスに対する複数のコンバート比とするようにしたものである。

請求項３の発明は、請求項１の発明において、入出力コンバータ２５を、複数の実ガスに対する複数のコンバート比とするようにしたものである。

本発明においては、圧力式流量制御装置本体１に入出力コンバータ２５を着脱自在に取り付けると共に、入出力コンバータ２５に設定流量信号Ｑｅｒと設定入力信号Ｑｅ′との比である変換率（Ｑｅ′／Ｑｅｒ）及び流量出力信号Ｑｏｒと制御流量出力信号Ｑｏ′との比である変換率（Ｑｏ′／Ｑｏｒ）を調整可能に設け、ガス種に応じて前記変換率を調整する構成としている。
その結果、ガス種が変っても、入出力コンバータ２５の変換率を変えるだけで、窒素ガスに基づいて較正をした圧力式流量制御装置をそのまま容易に当該ガス種の流量制御に適用することができると共に、設定流量信号Ｑｅｒ及び制御流量出力信号Ｑｏｒの電圧値に端数が含まれないようにすることができ、電圧信号の取り扱いが容易になる。

また、入出力コンバータ２５の適用により、ガス種の変更に際して必要となる従前の圧力式流量制御装置の制御部に設けたフローファクタテーブルが不要となり、圧力式流量制御装置の構造の簡素化が可能となる。

更に、入出力コンバータ２５の変換率の調整により、熱式質量流量制御装置ＭＦＣに換えて本発明の圧力式流量制御装置を容易に適用することが可能となる。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明に係る圧力式流量制御装置の基本構成を示すブロック図であり、図において、１は圧力式流量制御装置本体、２５は入出力コンバータ（Ｉ／Ｏコンバータ）、２５ａはコンバータ本体部、２５ｂは流量設定部、２５ｃは流量出力部、Ｑｅｒは実ガス流量設定信号、Ｑｏｒは実ガス流量出力信号であり、入出力コンバータ２５はコンバータ本体２５ａと流量設定部２５ｂと流量出力部２５ｃとから形成されている。

図２は、本発明に係る改良型圧力式流量制御装置の概要を示す斜面図であり、流量圧力制御装置本体１と、当該本体１へ着脱自在に固定した入出力コンバータ２５と、コネクター２６等から本発明に係る改良型圧力式流量制御装置は構成されている。

前記圧力式流量制御装置本体１は、基本的には前記図５（ａ）及び図５（ｂ）に示した圧力式流量制御装置ＦＣＳと同様の構成を有するものである。しかし、図５（ａ）及び図５（ｂ）の圧力式流量制御装置ＦＣＳが具備している各種ガス種に対するフローファクタテーブル等（即ち、図５（ａ）及び図５（ｂ）の流量変換回路１５等）は具備していない。

図３(ａ)及び図３（ｂ）は、圧力式流量制御装置本体１の回路構成を示すブロック図である。図３(ａ)及び図３（ｂ）を参照して、１は圧力式流量制御装置本体、２はコントロール弁、３はオリフィス上流側配管、４はコントロール弁の駆動装置、５はオリフィス下流側配管、６、２７は圧力検出器、７は温度検出器、８はオリフィス、１０、１１、２２、２８は増幅器、１７、１８、２９はＡＤ変換器、１９は温度補正回路、２０、３０は演算回路、２１は比較回路、２３は流量演算装置である。
また、Ｑｅｒは実ガス流量設定信号、Ｑｏｒは実ガス流量出力信号、Ｑｃは演算流量信号、Ｑｙは流量制御信号である。

オリフィス８を流通する実ガスＧが音速下にある場合（即ち、所謂実ガスが臨界条件下にあるとき）には、オリフィス８を流通する実ガスＧの制御流量Ｑｃは、Ｑｃ＝ＫＰ₁（但しＫはオリフィス８により定まる定数）として演算され、この演算された制御流量（演算流量）Ｑｃに対応する制御流量信号と、Ｉ／Ｏコンバータ２５からの設定流量信号Ｑｅｒに対応する設定入力信号（電圧値）Ｑｅ′とが比較器２１で比較され、その差に相当する流量制御信号Ｑｙに相当する出力がコントロールバルブ２の駆動装置４へ入力される。これによってコントロール弁２が開閉操作され、オリフィス上流側管路３内の圧力Ｐ₁がオリフィス８を流通する実ガスＧの流量が設定流量信号Ｑｅｒに対応する設定流量になるように調整される。
同様に、図３（ｂ）の圧力式流量制御装置ＦＣＳでは、実ガスＧの流れの状態に拘らず、流量ＱｃはＱｃ＝ＫＰ₂ ^m(P₁−Ｐ₂)ⁿなる式を適用して演算されることになる（但し、Ｋはオリフィス8により定まる比例定数、ｍとｎは流体流量の実測値から求められた定数である）。

前記流量設定部２５ｂへは、各実ガスの制御流量に対応する実ガス設定流量信号Ｑｅｒが設定される。例えばＮ₂（５ｖ・ＦＳ〜１ｖ・２０％ＦＳ）、Ｏ₂（５ｖ・ＦＳ〜１ｖ・２０％ＦＳ）、Ｈｅ（５ｖ・ＦＳ〜１ｖ・２０％ＦＳ）及びＨ₂（５ｖ・ＦＳ〜１ｖ・２０％ＦＳ）の如く、各種の実ガスＧに対する設定流量信号Ｑｅｒが設定される。尚、各信号Ｑｅｒは現実には電圧値で入力される。

上記流量設定部２５ｂへ入力された実ガスＧの各設定流量信号Ｑｅｒは、直接にＩ／Ｏコンバーター２５のコンバーター本体２５ａへ入力され、ここでオリフィス８の各規格及び各実ガス種毎に予め定められた設定入力信号Ｑｅ′（電圧値）に変換される。

例えば、フルスケール１０００ＳＣＣＭの圧力式流量制御装置であって、実ガスＧがＮ₂の場合には、Ｑｅｒ＝５ｖのときに、オリフィス８の制御（流通）流量ＱｃがＱｃ＝１０００ＳＣＣＭとなる圧力Ｐ₁が得られるようにコントロール弁２を調整するための設定入力信号Ｑｅ′が、Ｉ／Ｏコンバータ本体２５ａから流量演算装置２３の比較回路２１へ出力される。尚、実ガスＧが窒素Ｎ₂の場合には、当該設定入力信号Ｑｅ′は約５ｖとなるように、流量演算装置２３の増幅器１０、１１等が調整されている。

同様に、流量演算装置２３の流量演算回路２０からは、演算流量（Ｑｃ、即ち制御流量Ｑｃ）に対応する制御流量信号と同じ制御流量出力信号（電圧値）Ｑｏ′（＝Ｑｃ）がＩ／Ｏコンバータ本体２５ａへ入力され、例えば制御流量Ｑｃが定格流量であるときの制御流量出力信号Ｑｏ′が４．９８９０ｖであれば、この制御流量出力信号Ｑｏ′がここでフルスケールに対応する５ｖに変換されたあと、流量出力信号Ｑｏｒ＝５ｖとして出力される。

尚、Ｎ₂の場合には、前記コンバート比Ｑｅ′／Ｑｅｒ及びＱｏ′／Ｑｏｒは夫々１に極めて近い値となるが、厳密には１でない値となる。
また、ガス種がＯ₂やＡｒ、Ｈｅ、Ｈ₂等の場合には、前記設定流量信号Ｑｅｒ側のコンバート比Ｑｅ′／Ｑｅｒ及び制御流量出力信号Ｑｏｒ側のコンバート比Ｑｏ′／Ｑｏｒは、夫々圧力式流量制御装置本体１の型式毎に定まる一定値となる。

また、実ガスＮ₂の流量制御範囲を１／２流量（例えば、フルスケール１０００ｓｃｃｍを０〜５００ｓｃｃｍ）に切換えする場合には、前記流量設定信号Ｑｅｒが５ｖ（フルスケールＦＳ）のときにオリフィス８の制御（流通）流量Ｑｃが５００ｓｃｃｍとなるようにオリフィス上流側管路３の圧力Ｐ₁を調整するための設定入力信号Ｑｅ′が、流量演算装置２３へ入力される。
尚、この時のＩ／Ｏコンバータ本体２５ａのコンバート比Ｑｅ′／Ｑｅｒ及びＱｏ′／Ｑｏｒは、オリフィス８の規格毎に異なった値となるために、予めオリフィス８の規格毎に実測により求めておく必要があることは勿論である。
また、流量出力信号Ｑｏｒについてのコンバート比Ｑｏ′／Ｑｏｒは、前記設定入力信号Ｑｅｒについてのコンバート比Ｑｅ′／Ｑｅｒと同じ値となる。

前記入出力コンバータ２５としては、複数の実ガス（例えば、水素やＨｅ、Ａｒ、Ｏ₂等）の流量制御にも適応可能とするために、夫々異なる実ガスに対して前記コンバート比Ｑｅ′／Ｑｅｒ及びＱｏ′／Ｑｏｒを個別に設定できるように構成するのが望ましいが、一種類の実ガス（例えばＡｒガス）のみに対するコンバート比Ｑｅ′／Ｑｅｒ、Ｑｏ′／Ｑｏｒを設定した入出力コンバータ２５を各ガス種について準備しておき、ガス種が切り換わる毎に、入出力コンバータ２５を取り替えするようにすることも可能である。
又、圧力式流量制御装置本体１への入出力コンバータ２５の取付け位置や取付け姿勢等は自由に選択可能であり、前記図2に示したものに限定されないことは勿論である。

窒素ガス用の定格制御流量（フルスケール流量・１０００ＳＣＣＭ）の圧力式流量制御装置をガス種Ａｒに適用する場合、入出力コンバータ２５を下記の各値に設定する。
・ 設定流量信号 Ｑｅｒ＝５ｖ（ＤＣ）
・ 設定入力信号 Ｑｅ′＝４．４３９１（Ｑｅｒ×Ｆ．Ｆ．＝５×０．８８７８１
４）
・ コンバート比 Ｑｅ′／Ｑｅｒ＝０．８８７８
・ 流量出力信号 Ｑｏｒ＝５ｖ（ＤＣ）
・ 制御流量出力信号 Ｑｏ′＝４．４３９１ｖ
・ コンバート比 Ｑｏ′／Ｑｏｒ＝０．８８７８
具体的には、圧力式流量制御装置本体１のフルスケール流量（ＦＳ）及び使用ガス種を確認し、工場出荷時に入出力コンバータ２５をセットすると共に、入・出力側の各種電圧値をガス種毎に予め定められたコンバート比に設定する。

図４に示す如く定格流量（ＦＳ流量）１００ｓｃｃｍ・流量出力信号５.０００ｖ（１００ｓｃｃｍ）のＡｒ用の熱式質量流量制御装置（ＭＦＣ）を、Ｆ１３０型圧力式流量制御装置ＦＣＳ（１３０ｓｃｃｍ・Ｎ_２）と取り替えする場合を想定する。

先ず、Ｆ１３０型圧力式流量制御装置のガス種をアルゴンＡｒ（フローファクタＦ．Ｆ．＝０．８８７８１４）とした場合のＡｒの最大流量は、１１５．４（ｓｃｃｍ）となる（Ｎ２１３０ｓｃｃｍ×Ｆ．Ｆ．＝１３０×０．８８７８１４＝１１５．４（ｓｃｃｍ））。
また、Ａｒの制御流量１００（ｓｃｃｍ）の時の設定入力信号Ｑｅ′は、５ｖ×１００／１１５．４＝４．３３２７ｖとなる。
即ち、入出力コンバータ２５では、設定入力信号Ｑｅ′＝４．３３２７ｖを５．０００ｖの設定流量信号Ｑｅｒに、また、制御流量出力信号Ｑｏ′＝４．３３２７ｖを５．０００ｖの流量出力信号Ｑｏｒに夫々変換すればよい。
設定入力信号 Ｑｅ′＝４．３３２７ｖ
設定流量信号 Ｑｅｒ＝５．００００ｖ
コンバート比 Ｑｅ′／Ｑｅｒ＝０．８６６５４
流量出力信号 Ｑｏｒ＝５．００００ｖ
制御流量出力信号 Ｑｏ′＝４．３３２７ｖ
コンバート比 Ｑｏ′／Ｑｏｒ＝０．８６６５４
となる。

即ち、入出力コンバータ２５の各コンバート比を前記のＱｅ′／Ｑｅｒ、Ｑｏ′／Ｑｏｒの値となるように設定すれば、Ａｒ１００ｓｃｃｍの熱式質量流量制御装置（ＭＦＣ）をＦ１３０型（Ｎ₂基準で、定格流量が１３０ｓｃｃｍ）圧力式流量制御装置ＦＣＳと交換することができ、しかも、制御流量出力Ｑｏｒをフルスケール５ｖで表示することができると共に、フルスケール（定格流量）１００ｓｃｃｍＡｒガスを流量制御することが可能となる。

本発明に係る改良型圧力式流量制御装置は、半導体製造装置の分野におけるガス体のみならず、あらゆる流体の流量制御装置や流量計として利用可能なものである。

本発明に係る改良型圧力式流量制御装置の基本構成を示すブロック線図である。 改良型圧力式流量制御装置の概要を示す斜面図である。 （ａ）は圧力式流量制御装置本体１の回路構成を示すブロック図であり、（ｂ）は圧力式流量制御装置本体１の他の回路構成の例を示すブロック図である。 本発明の圧力式流量制御装置を熱式質量流量制御装置と取り替えする場合の入出力コンバータ２５の設定例を示すものである。 （ａ）は従前のフローファクタテーブルを利用した圧力式流量制御装置のブロック構成図であり、（ｂ）は従前のフローファクタテーブルを利用した圧力式流量制御装置の他の例を示すブロック構成図である。

符号の説明

ＦＣＳは圧力式流量制御装置、ＭＦＣは熱式質量流量制御装置、Ｑｅｒは実ガス流量設定信号、Ｑｏｒは実ガス流量出力信号、Ｑｃは演算流量信号、Ｑｙは流量制御信号、Ｑｅ′は設定入力信号、Ｑｏ′は制御流量出力信号、ＦＳはフルスケール、１は圧力式流量制御装置本体、２はコントロール弁、３はオリフィス上流側配管、４はコントロール弁駆動装置、５はオリフィス下流側配管、６，２７は圧力検出器、７は温度検出器、８はオリフィス、９はバルブ、１０，１１，２８は増幅器、１２は流量出力回路、１３は流量演算装置、１４は流量設定回路、１５は流量変換回路、１６は流量制御回路、１７・１８，２９はＡ／Ｄ変換器、１９は温度補正回路、２０，３０は演算回路、２１は比較回路、２２は増幅器、２５は入出力コンバータ（Ｉ／ｏコンバータ）、２５ａはコンバータ本体、２５ｂは流量設定部、２５ｃは流量出力部、２６はコネクター。

Claims (3)

1. オリフィス上流側圧力Ｐ _１ とオリフィス下流側圧力Ｐ _２ を用いて、オリフィス（８）を流通する流体の流量をＱｃ＝ＫＰ_１（Ｋは比例定数）又はＱｃ＝ＫＰ_２ ^ｍ(Ｐ_１−Ｐ_２)^ｎ（Ｋは比例定数、ｍとｎは定数）として演算するようにした圧力式流量制御装置において、当該圧力式流量制御装置を流量演算装置（２３）と、流量演算装置（２３）へ設定流量信号Ｑｅｒに関連する設定入力信号Ｑｅ′を入力すると共に流量演算装置（２３）からの制御流量出力信号Ｑｏ′に関連する制御流量信号Ｑｏｒを出力する入出力コンバータ（２５）と、オリフィス（８）の上流側に設けられ、流量演算装置（２３）からの流量制御信号Ｑｙにより開閉制御されるコントロール弁（２）とから構成し、前記入出力コンバータ（２５）の前記設定流量信号Ｑｅｒと設定入力信号Ｑｅ′との比であるコンバート比（Ｑｅ′／Ｑｅｒ）及び前記流量出力信号Ｑｏｒと制御流量出力Ｑｏ′との比であるコンバート比（Ｑｏ′／Ｑｏｒ）を、［被測定ガスである実ガスの最大流量Ｆ．Ｓ_Ｇ（ｓｃｃｍ）］／[窒素ガスを基準として目盛校正をした圧力式流量制御装置の最大流量Ｆ．Ｓ_Ｎ（ｓｃｃｍ）×前記実ガスの窒素ガスを基準としたフローファクタ（Ｆ．Ｆ_Ｇ）]とし、前記実ガスの最大流量Ｆ．Ｓ_Ｇ（ｓｃｃｍ）及び又は圧力式流量制御装置の最大流量Ｆ．Ｓ_Ｎ（ｓｃｃｍ）に応じて前記コンバート比を調整可能とすると共に、前記入出力コンバータ（２５）を圧力式流量制御装置本体（１）へ着脱自在に設ける構成としたことを特徴とする改良型圧力式流量制御装置。
2. 入出力コンバータ（２５）の前記コンバート比（Ｑｅ′／Ｑｅｒ）及び（Ｑｏ′／Ｑｏｒ）の設定値を一種の実ガスに対する複数のコンバート比とし、前記入出力コンバータ（２５）の付け替えにより前記実ガスのガス種の変更に対応する構成とした請求項１に記載の改良型圧力式流量制御装置。
3. 入出力コンバータ（２５）を、複数の実ガスに対する複数のコンバート比とするようにした請求項１に記載の改良型圧力式流量制御装置。

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