JP5727596B2 - 流量モニタ付圧力式流量制御装置の実ガスモニタ流量初期値のメモリ方法及び実ガスモニタ流量の出力確認方法 - Google Patents
流量モニタ付圧力式流量制御装置の実ガスモニタ流量初期値のメモリ方法及び実ガスモニタ流量の出力確認方法 Download PDFInfo
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Description
この圧力式流量制御装置FCSは、図16に示すようにコントロール弁CV、温度検出器T、圧力検出器P、オリフィスOL及び演算制御部CD等から構成されており、その演算制御部CDは、温度補正・流量演算回路CDa、比較回路CDb、入出力回路CDc及び出力回路CDd等から構成されている。
また、絞り部26は、その一次側と二次側における圧力差が所定値以上であるときに一次側の圧力に応じた流量の流体を流す音速ノズルである。尚、図17及び図18に於いて、SPa、SPbは圧力信号、Pa、Pbは圧力、Fは流量、Sfは流量信号、Cpは弁開度制御信号である。
第1の問題は、演算制御部28aが、第2圧力センサ27bの出力SPbと熱式流量センサ25の流量出力Sfの両信号を用いて開閉制御弁24を開閉制御すると共に、第1圧力センサ27aの出力SPaを用いて熱式流量センサ25の流量出力Sfを補正する構成としており、第1圧力センサ27a及び第2圧力センサ27bの二つの圧力信号と熱式流量センサ25からの流量信号との三つの信号を用いて、開閉制御弁24の開閉制御を行うようにしている。
そのため、演算制御部28aの構成が複雑になるだけでなく、圧力式流量制御装置FCSとしての安定した流量制御特性や優れた高応答性が逆に低減されてしまうと云う問題がある。
図6及び図7に於いて、1は流量モニタ付圧力式流量制御装置、2は熱式流量センサ、3はコントロール弁、4は温度センサ、5は圧力センサ、6はオリフィス、7は制御部、8は入口側流路、9は出口側流路、10は装置本体内の流体通路であり、図6に於ける熱式流量センサ2とコントロール弁3の取付位置を入れ替えしたものが図7の流量モニタ付圧力式流量制御装置である。
また、熱式流量センサ2を流量モニタ用センサとしたのは、主として流量センサとしての使用実績と流量センサとしての優れた特性のためであり、また、リアルタイム測定の容易性、ガス種の変化に対する対応性、流量測定精度、使用実績等が他の流量測定センサよりも高い点を勘案した結果である。更に、オリフィスを用いた圧力式流量制御装置の装置本体内の流体通路10に熱式流量センサ2を一体的に組み付けしたのは、流量モニタが行い易く且つ流量モニタ付き圧力式流量制御装置の小型化が図り易いからである。
そこで、本願発明者等は、図7に示した評価試験装置を用いて、最大制御流量が2000SCCM(以下F.S.2SLMと呼ぶ)及び最大制御流量が100SCCM(以下F.S.100SCCMと呼ぶ)の流量モニタ付圧力式流量制御装置を用いて、供給圧力300kPaGにおける応答特性試験を行った。
このように、流量容量の小さな圧力式流量制御部1aの場合には、熱式流量モニタ制御部1bの検出値にオーバーシュートが発生し、モニタ流量値の測定精度が低下すると云う問題があることが判明した。
そのため、本願発明者等は、流量モニタ付圧力式流量制御装置を置き換えした場合をも含めて、流量モニタ付圧力式流量制御装置を実機取付けした場合の実ガスMFM出力初期値のメモリ手順を検討し、併せて実ガスMFM出力の確認方法等についても検討をし、実ガスMFM出力の初期値メモリ及び実ガスMFM出力の確認の自動化を図ることを着想した。
(1)流体の入口側通路8と,入口側通路8の下流側に接続した圧力式流量制御部1aを構成するコントロール弁3と,コントロール弁3の下流側に接続した熱式流量センサ2と,熱式流量センサ2の下流側に連通する流体通路10に介設したオリフィス6と,前記コントロール弁3とオリフィス6の間の流体通路10の近傍に設けた温度センサ4と,前記コントロール弁3とオリフィス6の間の流体通路10に設けた圧力センサ5と,前記オリフィス6に連通する出口側通路9と,前記圧力センサ5からの圧力信号及び温度センサ4からの温度信号が入力され、オリフィス6を流通する流体の流量値Qを演算すると共に演算した流量値と設定流量値との差が減少する方向に前記コントロール弁3を開閉作動させる制御信号Pdを弁駆動部3aへ出力する圧力式流量演算制御部7a及び前記熱式流量センサ2からの流量信号2cが入力され、当該流量信号2cからオリフィス6を流通する流体流量を演算表示する流量センサ制御部7bとから成る制御部7と,から構成した流量モニタ付圧力式流量制御装置。
(2)流体の入口側通路8と,入口側通路8の下流側に接続した圧力式流量制御部1aを構成するコントロール弁3と,コントロール弁3の下流側に接続した熱式流量センサ2と,熱式流量センサ2の下流側に連通する流体通路10に介設したオリフィス6と,前記コントロール弁3とオリフィス6の間の流体通路10の近傍に設けた温度センサ4と,前記コントロール弁3とオリフィス6の間の流体通路10に設けた圧力センサ5と,前記オリフィス6に連通する出口側通路9と,前記オリフィス6の下流側の出口側通路9に設けた圧力センサ17と,前記圧力センサ5及び圧力センサ17からの圧力信号及び温度センサ4からの温度信号が入力され、オリフィス6を流通する流体の臨界膨張条件の監視やオリフィス6を流通する流体の流量値Qを演算すると共に、演算した流量値と設定流量値との差が減少する方向に前記コントロール弁3を開閉作動させる制御信号Pdを弁駆動部3aへ出力する圧力式流量演算制御部7a及び前記熱式流量センサ2からの流量信号2cが入力され、当該流量信号2cからオリフィス6を流通する流体流量を演算表示する流量センサ制御部7bとから成る制御部7と,から構成した流量モニタ付圧力式流量制御装置。
図1は本発明に係る流量モニタ付圧力式流量制御装置1の実施形態に係る構成概要図であり、流量モニタ付圧力式流量制御装置1は、圧力式流量制御部1aと熱式流量モニタ部1bとの二つの部分から構成されている。
また、この圧力式流量制御部1aには、公知の零点調整機構や流量異常検出機構、ガス種変換機構(F.F値変換機構)等の各種付属機構が設けられていることは勿論である。
更に、図1に於いて8は入口側通路、9は出口側通路、10は機器本体内の流体通路である。
また、本実施形態においては、熱式流量モニタ部1bとして、株式会社フジキン製のFCS-T1000シリーズに搭載される熱式流量センサを使用している。
また、第3本体ブロック3cにはセンサ管2eの収納孔2e´及び温度センサ4の収納孔4aが夫々穿設されている。
尚、図21中では省略されているが、各本体ブロック30a〜30d間並びに各本体ブロックと層流素子2d及びオリフィス6間がシール材を介して気密に連結されていることは、勿論である。
そのため、前記熱式流量センサ部1bに於ける流量出力B2(熱式流量センサ2の流量出力B2)のオーバーシュートを可能な限り少なくして、モニタ流量出力B2と圧力式流量制御部1aに於ける流量出力A2との差を少なくする必要がある。
また、オリフィス6の下流側通路(即ち、出口側通路9)を流れる流体流量をF2とすると、当該流体流量F2は圧力式流量制御部1aに於ける流体制御流量A2となる。
尚、定常状態(即ち、流体流路10に圧力上昇が無くて制御圧が一定)の場合には、ΔP/Δt=0となり、F1−F2=0となる。
また、制御圧Pの傾き(変化率)ΔP/Δtは増幅回路41へ入力され、ここで増幅(増幅係数C)されたあと、波形の整形回路42を通して、入力端子37から入力される熱式流量モニタ部1bのモニタ流量出力B2にマッチングした波形に整形され、その後差動アンプより成る補正回路43へ入力される。
更に、補正回路43では、熱式流量センサ2からの前記モニタ流量出力B2から整形回路42より入力された補正流量C・ΔP/Δtが差引きされ、補正後のモニタ流量出力B2´が補正出力端子38より出力されることになる。
即ち、本願発明に係るモニタ流量出力補正回路Hを用いることにより、モニタ流量B2にオーバーシュートが発生したとしても、比較的容易にその影響を排除して、高い応答性でもって高精度なモータ流量B2´を得ることができる。
図26〜図28は、上記図22に示したモニタ流量出力補正回路Hを設けた流量容量2000SCCMの、N2ガスを基準として流量校正をした流量モニタ付圧力式流量制御装置1に於いて、制御流体のガス種を変更した場合のモニタ流量出力B2及び補正後のモニタ流量出力B2´と、圧力式流量制御部1aの設定流量A1との関係を示すものであり、ガス供給圧は何れも300kPaGとしている。
流量モニタ付圧力式流量制御装置1の圧力式流量制御部1a及び熱式流量モニタ部1bは、装置1の実用中に所謂流量自己診断を実施して、モニタ流量と現実の流体流量との間に差異が無いか否かをチェックする必要のあることは、従前の圧力式流量制御装置の場合と同じである。
勿論、圧力式流量制御部1aについても実ガス流量出力の変換が必要であるが、これについては既に公知であるため、ここでは説明を省略する。
その後、圧力センサP1の自動零点調整(ステップS4)及び熱式流量センサ2の自動零点調整(ステップS5)を行い、管路内へN2ガスを供給(ステップS6)して、N2ガスによる流量自己診断(ステップS7)を行う。
更に、N2ガスによる流量自己診断の結果をステップS8で判定し、流量自己診断の結果が許容値の範囲内にあれば、ステップS9で制御流量A1に対する熱式流量センサ2の流量出力B2をチェックして(ステップS10)、両者の差異が許容値範囲内であれば、N2ガスによる処理フローを終了して、ステップS12の実ガスによる処理フローへ入る。
また、前記ステップS8に於ける診断結果が許容値範囲外の場合には、装置1の異常と判断してステップS11で処理フローを終了する。
尚、当該初期値メモリは、実ガスを供給した場合の供給初期に於ける圧力降下特性をメモリする処理であり、また、ステップS19の実ガス流量自己診断は、ステップS17でメモリした圧力降下特性をチェックするものである。
尚、各流量設定値A1に於ける待ち時間tや各設定値は、工場出荷前に予め装置1内にメモリされており、図30(a)の例では流量制御設定値A1を25%、50%、75%及び100%とし、且つ待ち時間tを10秒間として熱式流量センサ2のモニタ流量B2を計測し、その補正値B2´を算出してメモリする構成としている。
尚、圧力式流量制御部の各設定値A1とそのポイント数、待ち時間t、確認判定の基準値等は、予め工場出荷前に装置1内にメモリされており、図3(b)に於いては、制御流量設定値A1を定格の12%、37%、62%、87%とし、待ち時間tを10秒間とした場合を示すものである。
1aは 圧力式流量制御部
1bは 熱式流量モニタ部
2は 熱式流量センサ
2bは センサ回路
2dは 層流素子
2eは センサ管
2e´は センサ管と層流素子間の流路
3は コントロール弁
3aは 弁駆動部
4は 温度センサ
4aは 温度センサ収納孔
5は 圧力センサ
6は オリフィス
7は 制御部
7aは 圧力式流量演算制御部
7bは 流量センサ制御部
7a1は 入力端子
7a2は 出力端子
7b1は 入力端子
7b2は 出力端子
8は 入口側通路
9は 出口側通路
10は 機器本体内の流体通路
11は ガス供給源
12は 圧力調整器
13は パージ用バルブ
14は 入力側圧力センサ
15は データロガ
16は 真空ポンプ
17は 圧力センサ
Pdは コントロール弁の制御信号
Pcは 流量信号
A1は 流量設定入力
A2は 圧力式流量制御装置の流量出力
B1は 熱式流量センサ出力(図6・熱式流量センサが1次側の場合)
B2は 熱式流量センサ出力(図7・熱式流量センサが2次側の場合)
30は ボディ体
30aは 第1本体ブロック
30bは 第2本体ブロック
30cは 第3本体ブロック
30dは 第4本体ブロック
31は 流体入口
32は 流体出口
33は コネクター
34は 固定ボルト
35は 固定ボルト
Hは モニタ流量出力補正回路
36は 圧力式流量制御部の流量出力A2の入力端子
37は 熱式流量モニタ部のモニタ流量出力B2の入力端子
38は モニタ流量の補正出力B2´の出力端子
39は 入力回路
40は 微分回路
41は 増幅回路
42は 整形回路
43は 補正回路
Claims (5)
- 下記の(1)又は(2)に記載の流量モニタ付圧力式流量制御装置を配管路へ取付けしたあと、先ずN 2 ガスを導入して圧力式流量制御部の制御流量出力A 2 と熱式流量モニタ部のモニタ流量出力B 2 ´との対比を行い、両者の差異が許容範囲内の場合には、次に実ガスを導入して各設定流量値に於ける熱式流量モニタ部のモニタ流量出力B 2 ´の初期値を検出並びにメモリした後、圧力式流量演算部の制御流量出力A 2 に対する熱式流量モニタ部のモニタ流量出力B 2 ´の対比を行い、両者の差異が許容範囲内にあれば、実ガスモニタ流量出力B 2 ´を出力すると共に、前記初期値メモリを有効なメモリとするようにした、流量モニタ付圧力式流量制御装置の実ガスモニタ流量初期値のメモリ方法及び実ガスモニタ流量の出力確認方法。
(1)流体の入口側通路と,入口側通路の下流側に接続した圧力式流量制御部を構成するコントロール弁と,コントロール弁の下流側に接続した熱式流量センサと,熱式流量センサの下流側に連通する流体通路に介設したオリフィスと,前記コントロール弁とオリフィスの間の流体通路近傍に設けた温度センサと,前記コントロール弁とオリフィスの間の流体通路に設けた圧力センサと,前記オリフィスに連通する出口側通路と,前記圧力センサからの圧力信号及び温度センサからの温度信号が入力され、オリフィスを流通する流体の流量値Qを演算すると共に演算した流量値と設定流量値との差が減少する方向に前記コントロール弁を開閉作動させる制御信号Pdを弁駆動部へ出力する圧力式流量演算制御部及び前記熱式流量センサからの流量信号が入力され、当該流量信号からオリフィスを流通する流体流量を演算表示する流量センサ制御部とから成る制御部と,から構成したことを特徴とする流量モニタ付圧力式流量制御装置。
(2)流体の入口側通路と,入口側通路の下流側に接続した圧力式流量制御部を構成するコントロール弁と,コントロール弁の下流側に接続した熱式流量センサと,熱式流量センサの下流側に連通する流体通路に介設したオリフィスと,前記コントロール弁とオリフィスの間の流体通路の近傍に設けた温度センサと,前記コントロール弁とオリフィスの間の流体通路に設けた圧力センサ(5)と,前記オリフィスに連通する出口側通路と,前記オリフィスの下流側の出口側通路に設けた圧力センサ(17)と,前記圧力センサ(5)及び圧力センサ(17)からの圧力信号及び温度センサからの温度信号が入力され、オリフィスを流通する流体の臨界膨張条件の監視やオリフィスを流通する流体の流量値Qを演算すると共に、演算した流量値と設定流量値との差が減少する方向に前記コントロール弁を開閉作動させる制御信号Pdを弁駆動部へ出力する圧力式流量演算制御部及び前記熱式流量センサからの流量信号が入力され、当該流量信号からオリフィスを流通する流体流量を演算表示する流量センサ制御部とから成る制御部と,から構成したことを特徴とする流量モニタ付圧力式流量制御装置。 - N2ガスを導入後、N2ガスを用いて流量自己診断を行い、装置に異常が無いことを確認するようにした、請求項1に記載の流量モニタ付圧力式流量制御装置の実ガスモニタ流量初期値のメモリ方法及び実ガスモニタ流量の出力確認方法。
- 実ガスを導入後、実ガスを用いて流量自己診断を行い、装置及び実ガスに異常が無いことを確認するようにした、請求項1又は請求項2に記載の流量モニタ付圧力式流量制御装置の実ガスモニタ流量初期値のメモリ方法及び実ガスモニタ流量の出力確認方法。
- N2ガス導入前及び/又は実ガス導入前において真空引きを行い、流量モニタ付圧力式流量制御装置の圧力センサ及び熱式流量センサの自動零点調整をするようにした、請求項1乃至請求項3の何れかに記載の流量モニタ付圧力式流量制御装置の実ガスモニタ流量初期値のメモリ方法及び実ガスモニタ流量の出力確認方法。
- 予め定めた複数の圧力式流量制御部の設定流量毎に、熱式流量センサの流量出力を出力開始から予め定めた待ち時間t後に計測し、自動補正された前記計測値をメモリ又は確認するようにした請求項1に記載の流量モニタ付圧力式流量制御装置の実ガスモニタ流量初期値のメモリ方法及び実ガスモニタ流量の出力確認方法。
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