JPH05127755A - Gas flow rate controller - Google Patents
Gas flow rate controllerInfo
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- JPH05127755A JPH05127755A JP31842391A JP31842391A JPH05127755A JP H05127755 A JPH05127755 A JP H05127755A JP 31842391 A JP31842391 A JP 31842391A JP 31842391 A JP31842391 A JP 31842391A JP H05127755 A JPH05127755 A JP H05127755A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、容器から単位時間当た
りに流出する気体のモル数や分子数ないしは体積等に対
応する流量を所定量に制御する気体流量制御装置に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas flow rate control device for controlling a flow rate corresponding to the number of moles, number of molecules or volume of gas flowing out of a container per unit time to a predetermined amount.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、気体流量制御装置としては、熱式
質量流量計と制御バルブとを組み合わせた熱式質量流量
制御装置、面積式流量計や差圧式流量計と制御バルブと
を組み合わせた流量制御装置等が知られており、更に
は、本出願人により出願された特開平１−１１０２１８
号公報に係る気体流量制御装置がある。2. Description of the Related Art Conventionally, as a gas flow control device, a thermal mass flow control device combining a thermal mass flow meter and a control valve, an area flow meter or a flow rate combining a differential pressure type flow meter and a control valve. A control device and the like are known, and further, JP-A-1-110218 filed by the present applicant.
There is a gas flow control device according to the publication.
【０００３】このうち、熱式質量流量制御装置は、技術
的にも既に確立していて１〔ｍｌ／ｍｉｎ〕程度の微少
流量から２０〔ｌ／ｍｉｎ〕程度の大流量まで制御する
ことが可能である。しかるに、この制御装置により測定
される流量は質量流量であり、単位時間内に流出した気
体のモル数や分子数を所定値に制御する場合には、質量
流量を分子量で除算してモル数を求める等の換算が必要
になる。また、この熱式質量流量制御装置や、面積式流
量計等と制御バルブとを組み合わせた流量制御装置で
は、流量を測定する気体の温度や粘度の影響を受け易い
という問題があり、精密な流量制御を行うことができな
い。Of these, the thermal mass flow rate control device has already been technically established and can control from a minute flow rate of about 1 [ml / min] to a large flow rate of about 20 [l / min]. Is. However, the flow rate measured by this control device is a mass flow rate, and when controlling the number of moles and the number of molecules of the gas flowing out in a unit time to a predetermined value, the number of moles is calculated by dividing the mass flow rate by the molecular weight. Conversion such as asking is required. In addition, there is a problem that the thermal mass flow rate control device and the flow rate control device that combines an area type flow meter and the like with a control valve are susceptible to the temperature and viscosity of the gas whose flow rate is to be measured. No control is available.
【０００４】一方、特開平１−１１０２１８号公報に係
る気体流量制御装置では、まず、容器内における気体の
流出前後における気体の圧力及び温度をそれぞれ測定
し、これらと容器内の気体の体積、標準状態における諸
量とを用いて気体の状態方程式に基づき１回当たりの気
体流出量を測定する。そして、この測定された流出量を
目標値と比較し、その比較結果に応じて容器内の気体の
最低圧力を調整すると共に、この最低圧力と実際の検出
圧力との比較結果に応じて容器への気体流入量を制御す
る。これにより、容器内の気体圧力を制御して気体流出
量（流量）を制御するものである。On the other hand, in the gas flow rate control device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 110218/1990, first, the pressure and temperature of the gas before and after the gas flows out in the container are measured, respectively, and the volume of the gas in the container and the standard, Based on the equation of state of gas, various amounts in the state are used to measure the gas outflow amount per time. Then, the measured outflow rate is compared with the target value, and the minimum pressure of the gas in the container is adjusted according to the comparison result, and the value is transferred to the container according to the comparison result of this minimum pressure and the actual detected pressure. Control the amount of gas inflow. Thereby, the gas pressure in the container is controlled to control the gas outflow amount (flow rate).
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】この気体流量制御装置
によれば、気体のモル数や分子数に対応する流量を測定
し制御することは一応できるが、より精密な流量測定な
いし流量制御を行おうとする場合には次のような問題が
ある。すなわち、この流量制御装置では、容器への気体
流入量のみを制御することによって気体流出量を制御し
ており、容器に気体が流入していないときに測定した気
体流量と目標値との比較により気体流入量を制御してい
る。つまり、気体流入量の制御時には、気体の非流入時
に測定した流量で現在も気体の流出が続いているとの前
提に立って制御しているが、実際には、気体流入時にお
ける気体流出量と、先に測定した非流入時における気体
流出量との間には容器内気体圧力の変化に起因する誤差
があり、これが精密な流量制御を困難にする原因になっ
ている。また、気体流入時にも一方では気体が流出して
いて容器内の気体は常に流動状態にあるため、圧力や温
度を厳密に測定することも難しい。According to this gas flow rate control device, it is possible to measure and control the flow rate corresponding to the number of moles and the number of molecules of the gas, but more precise flow rate measurement or flow rate control is performed. There are the following problems when trying to do so. That is, in this flow rate control device, the gas outflow amount is controlled by controlling only the gas inflow amount into the container, and the gas flow amount measured when the gas is not flowing into the container is compared with the target value. It controls the amount of gas inflow. In other words, when controlling the gas inflow amount, the control is performed on the assumption that the gas is still flowing out at the flow rate measured when the gas is not flowing in. There is an error due to the change in the gas pressure in the container between the above-mentioned and the gas outflow amount at the time of non-inflow, which is a cause of making precise flow rate control difficult. Further, even when the gas flows in, the gas is flowing out on the one hand, and the gas in the container is always in a flowing state, so that it is difficult to measure the pressure and the temperature exactly.
【０００６】更に、流量の目標値が大きいときには容器
内の気体圧力を高めるべく早い周期で流入量を制御する
ため流出量のリプルが小さくなるが、流量の目標値が小
さいときには容器内の気体圧力を低くするように遅い周
期で流入量を制御するため流出量のリプルが大きくな
る。このリプルは、流量制御装置により一定流量に制御
された気体を使用する種々の分析計等にとっては大きな
問題となる。Further, when the target value of the flow rate is large, the ripple of the outflow rate is small because the inflow rate is controlled in a quick cycle in order to increase the gas pressure in the vessel, but when the target value of the flow rate is small, the gas pressure in the vessel is small. Since the inflow amount is controlled in a slow cycle so as to lower the value, the ripple of the outflow amount increases. This ripple is a serious problem for various analyzers that use a gas whose flow rate is controlled to a constant flow rate.
【０００７】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたもので、その目的とするところは、容器内で気体の
移動が起きていない状態での圧力及び温度の検出値を流
量測定に使用することにより、モル数や分子数ないしは
体積等に基づく高精度な流量制御を可能とし、しかも流
量のリプルを極力小さくすることができる気体流量制御
装置を提供することにある。The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to use detected values of pressure and temperature in a state in which no gas is moving in a container for flow rate measurement. By doing so, it is an object of the present invention to provide a gas flow rate control device that enables highly accurate flow rate control based on the number of moles, the number of molecules, or the volume, and that can minimize ripples in the flow rate.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、第１の発明は、容器の気体流入側及び気体流出側に
それぞれ配置された電磁弁等からなる流入量制御部及び
流出量制御部、容器内の気体の圧力及び温度をそれぞれ
測定する圧力センサ及び温度センサを備える。また、容
器からの気体流出前後であって容器内の気体の移動を停
止させた状態で前記各センサにより測定した気体の圧力
及び温度を用い、気体の状態方程式に基づき容器から流
出した気体の流量を演算する演算手段と、この演算手段
により求めた流量と目標値との比較結果に応じ、流出量
制御部の開放時間を制御する制御手段とを備えている。
ここで、演算手段及び制御手段はマイコン等により実現
される。In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention is directed to an inflow amount control unit and an outflow amount control unit which are electromagnetic valves and the like respectively arranged on the gas inflow side and the gas outflow side of a container. , A pressure sensor and a temperature sensor for measuring the pressure and temperature of the gas in the container, respectively. Further, the flow rate of the gas flowing out of the container based on the equation of state of the gas, using the pressure and temperature of the gas measured by the respective sensors before and after the gas flows out of the container and the movement of the gas in the container is stopped. And a control means for controlling the opening time of the outflow amount control unit according to the result of comparison between the flow rate obtained by this calculation means and the target value.
Here, the calculation means and the control means are realized by a microcomputer or the like.
【０００９】第２の発明は、上記流入量制御部、流出量
制御部及び演算手段を備えると共に、例えば流入量制御
部に直列に気体抵抗素子を配置したうえ流入量制御部の
開放時間を制御することにより、容器から流出する前の
気体の圧力を調整する圧力調整手段と、演算手段により
算出した流量と目標値との比較結果に応じて前記流入量
制御部の開放時間を調整する制御手段とを備えている。
この場合にも、演算手段及び制御手段はマイコン等によ
り実現される。A second aspect of the present invention is provided with the inflow rate control section, the outflow rate control section and the calculating means, and for example, a gas resistance element is arranged in series with the inflow rate control section and the opening time of the inflow rate control section is controlled. By doing so, the pressure adjusting means for adjusting the pressure of the gas before flowing out from the container, and the control means for adjusting the opening time of the inflow amount control unit according to the comparison result between the flow rate calculated by the calculating means and the target value. It has and.
Also in this case, the calculation means and the control means are realized by a microcomputer or the like.
【００１０】[0010]
【作用】第１の発明によれば、容器内に気体を流入させ
た後に流入量制御部及び流出量制御部の双方を閉とした
状態、更には、容器から気体を流出させた後に流入量制
御部及び流出量制御部の双方を閉とした状態、すなわ
ち、気体流出前後であって容器内の気体の移動を停止さ
せた状態で圧力センサ及び温度センサにより気体の圧力
及び温度を測定する。そして、これらの検出値を用いて
気体の状態方程式に基づき、容器から単位時間当たりに
流出した気体のモル数等に対応する流量を測定する。こ
の流量が目標値に一致しない場合には流出量制御部の開
放時間を調節して上記測定動作を再び実行し、これらの
流量測定及び開放時間の調節を繰返して流量を目標値に
一致させる。According to the first aspect of the invention, both the inflow amount control unit and the outflow amount control unit are closed after the gas has flowed into the container, and further, the inflow amount after the gas has flowed out of the container. The pressure and temperature of the gas are measured by the pressure sensor and the temperature sensor in a state where both the control unit and the outflow amount control unit are closed, that is, in the state before and after the gas outflow and the movement of the gas in the container is stopped. Then, the flow rate corresponding to the number of moles of gas flowing out of the container per unit time is measured based on the equation of state of gas using these detected values. If this flow rate does not match the target value, the opening time of the outflow rate control unit is adjusted and the above measurement operation is executed again, and the flow rate measurement and the adjustment of the opening time are repeated to match the flow rate with the target value.
【００１１】第２の発明によれば、第１の発明と同様に
測定した流量と目標値との比較結果に応じ、流入量制御
部の開放時間を調整する等、圧力調整手段を動作させて
容器から気体が流出する前の圧力を制御する。これによ
り、この圧力に応じて変化する流出量を制御することが
でき、これらの流量測定及び圧力制御を繰返して流量を
目標値に一致させる。なお、この発明による流量制御
は、流出量制御部による制御だけでは流量が多すぎ、よ
り微少な流量としたい場合に最も効果的であり、また、
圧力調整手段と共に流出量制御部の開放時間をも制御す
ることにより一層広範囲の流量制御を行なうことができ
るものであるが、流入量制御部の開放時間を調整する
等、圧力調整手段のみを制御する場合でも、ある程度の
流量制御が可能である。According to the second invention, as in the first invention, the pressure adjusting means is operated by adjusting the opening time of the inflow amount control unit according to the result of comparison between the measured flow rate and the target value. Controls the pressure before gas exits the container. This makes it possible to control the outflow rate that changes according to this pressure, and repeat the flow rate measurement and pressure control to match the flow rate with the target value. The flow rate control according to the present invention is most effective when the flow rate is too large and only a minute flow rate is desired by the control by the outflow rate control unit.
A wider range of flow rate control can be performed by controlling the opening time of the outflow amount control unit together with the pressure adjusting unit, but only the pressure adjusting unit is controlled, such as adjusting the opening time of the inflow amount control unit. Even if it does, a certain amount of flow rate control is possible.
【００１２】[0012]
【実施例】以下、図に沿って各発明の実施例を説明す
る。図１は、成分気体と大気または窒素等の希釈気体
を、所定の流量比で混合、希釈する気体希釈装置に第１
の発明を適用した場合の一実施例を示している。図１に
おいて、１は被希釈気体（成分気体）が収容されたボン
ベ、２は流入量制御部としての電磁弁、３は流量制御の
対象となる成分気体が流入、流出する容器、４は容器３
内の気体の圧力を検出する圧力センサ、５は同じく温度
を検出する温度センサ、６は流出量制御部としての電磁
弁、７は気体抵抗素子、８は演算手段及び制御手段とし
てのマイクロコンピュータ（以下、マイコンという）、
９は大気の流量を制御するポンプ、１０は窒素等の希釈
気体が収容されたボンベ、１１は希釈気体中の不純物等
を除去するための気体精製器、１２は熱式質量流量計、
１３は気体混合器である。なお、ポンプ９及びボンベ１
０は、用途に応じて何れか一方が気体精製器１１に接続
される。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a first gas diluter for mixing and diluting a component gas and a diluting gas such as air or nitrogen at a predetermined flow ratio.
An example of applying the invention of FIG. In FIG. 1, 1 is a cylinder containing a gas to be diluted (component gas), 2 is a solenoid valve as an inflow amount control unit, 3 is a container into which a component gas whose flow rate is to be controlled flows in and out, 4 is a container Three
A pressure sensor for detecting the pressure of the gas inside, a temperature sensor 5 for similarly detecting the temperature, 6 an electromagnetic valve as an outflow amount control unit, 7 a gas resistance element, 8 a microcomputer as arithmetic means and control means ( Hereinafter referred to as a microcomputer),
9 is a pump for controlling the flow rate of the atmosphere, 10 is a cylinder containing a diluent gas such as nitrogen, 11 is a gas purifier for removing impurities and the like in the diluent gas, 12 is a thermal mass flow meter,
13 is a gas mixer. The pump 9 and the cylinder 1
One of 0 is connected to the gas purifier 11 depending on the application.
【００１３】次に、この実施例における成分気体の流量
制御動作を図２のフローチャートを参照しつつ説明す
る。なお、図２の各ステップの制御動作及び演算処理は
図１のマイコン８により実行される。まず、はじめに希
釈率の目標値や希釈気体の流量等に基づき、電磁弁６の
開放時間を仮設定しておく（Ｓ１）。Next, the flow rate control operation of the component gas in this embodiment will be described with reference to the flow chart of FIG. Note that the control operation and arithmetic processing of each step of FIG. 2 are executed by the microcomputer 8 of FIG. First, the opening time of the solenoid valve 6 is temporarily set based on the target value of the dilution rate, the flow rate of the diluted gas, and the like (S1).
【００１４】流量制御の前提となる流量測定動作として
は、はじめに電磁弁２を開き、電磁弁６を閉じて容器３
内に成分気体を導入する（Ｓ２）。次に、電磁弁２，６
双方を閉じ、容器３内の成分気体を停止させた状態で圧
力センサ４及び温度センサ５により成分気体の圧力Ｐ1
及び温度Ｔ1を測定する（Ｓ３）。次いで、電磁弁２を
閉じたままの状態で、ステップＳ１で仮設定した開放時
間に従って電磁弁６を開き、容器３内の圧力により電磁
弁６及び気体抵抗素子７を介して成分気体を流出させる
（Ｓ４）。なお、気体抵抗素子７は、電磁弁６の開放時
間の調節により流量を制御することができるように、成
分気体の流出速度を遅くするためのものである。そし
て、電磁弁２，６双方を閉じ、ステップＳ２と同様に容
器３内の成分気体を停止させた状態で圧力センサ４及び
温度センサ５により成分気体の圧力Ｐ2及び温度Ｔ2を測
定する（Ｓ５）。As a flow rate measuring operation which is a prerequisite for flow rate control, first, the solenoid valve 2 is opened, the solenoid valve 6 is closed, and the container 3 is closed.
A component gas is introduced into the inside (S2). Next, solenoid valves 2 and 6
Close both pressure components gas by the pressure sensor 4 and the temperature sensor 5 in a state in which the component gas in a vessel 3 is stopped P 1
And the temperature T 1 is measured (S3). Next, with the solenoid valve 2 still closed, the solenoid valve 6 is opened according to the opening time temporarily set in step S1, and the component gas is caused to flow out via the solenoid valve 6 and the gas resistance element 7 by the pressure inside the container 3. (S4). The gas resistance element 7 is for slowing the outflow rate of the component gas so that the flow rate can be controlled by adjusting the opening time of the electromagnetic valve 6. Then, both the solenoid valves 2 and 6 are closed, and the pressure P 4 and the temperature T 2 of the component gas are measured by the pressure sensor 4 and the temperature sensor 5 in the state where the component gas in the container 3 is stopped as in step S2 ( S5).
【００１５】次に、気体流出前後の前記圧力Ｐ1，Ｐ2、
温度Ｔ1，Ｔ2及びその他の諸量を用いて容器３から流出
した気体のモル数Δｎを算出する（Ｓ６）。この算出方
法は、先の特開平１−１１０２１８号公報記載の気体流
量計と同一の原理による。すなわち、容器３内の気体の
体積（容器３の容積）をＶ、流出前の容器３内の気体の
モル数をｎ1、流出後の容器３内の気体のモル数をｎ2、
気体定数をＲとすると、気体の流出前後において数式
１、数式２に示す状態方程式が成立する。Next, the pressures P 1 , P 2 , before and after the outflow of gas,
The number of moles Δn of the gas flowing out of the container 3 is calculated using the temperatures T 1 , T 2 and other amounts (S6). This calculation method is based on the same principle as that of the gas flow meter described in JP-A-1-110218. That is, the volume of the gas in the container 3 (volume of the container 3) is V, the number of moles of the gas in the container 3 before outflow is n 1 , the number of moles of the gas in the container 3 after outflow is n 2 ,
When the gas constant is R, the equations of state shown in Equations 1 and 2 are established before and after the gas flows out.
【００１６】[0016]
【数１】Ｐ1・Ｖ＝ｎ1・Ｒ・Ｔ1 [Equation 1] P 1 · V = n 1 · R · T 1
【００１７】[0017]
【数２】Ｐ2・Ｖ＝ｎ2・Ｒ・Ｔ2 [Equation 2] P 2 · V = n 2 · R · T 2
【００１８】ここで、気体の流出モル数が微少であると
すると、容器３内の気体温度は変化していないとみなし
てＴ1＝Ｔ2とおくことができる。従って、数式２は、数
式３に置き換えることができる。Here, if the gas outflow mole number is minute, it can be assumed that the temperature of the gas in the container 3 has not changed, and T 1 = T 2 . Therefore, Equation 2 can be replaced with Equation 3.
【００１９】[0019]
【数３】Ｐ2・Ｖ＝ｎ2・Ｒ・Ｔ1 [Equation 3] P 2 · V = n 2 · R · T 1
【００２０】これにより、容器３から流出した気体のモ
ル数Δｎ（＝ｎ1−ｎ2）は、数式１、数式３により、次
の数式４によって求めることができる。As a result, the number of moles Δn (= n 1 -n 2 ) of the gas flowing out of the container 3 can be obtained by the following equation 4 using the equations 1 and 3.
【００２１】[0021]
【数４】 Δｎ＝ｎ1−ｎ2＝Ｖ・（Ｐ1−Ｐ2）／（Ｒ・Ｔ1）＝Ｖ・ΔＰ／（Ｒ・Ｔ1）[Formula 4] Δn = n 1 −n 2 = V · (P 1 −P 2 ) / (R · T 1 ) = V · ΔP / (R · T 1 )
【００２２】なお、数式４においてΔＰ＝Ｐ1−Ｐ2であ
り、これは成分気体流出前後の容器３内の気体圧力の変
化を示している。すなわち、数式４により、前記ステッ
プＳ３，Ｓ５により測定した容器３から流出する前後の
気体の圧力Ｐ1，Ｐ2、温度Ｔ1（≒Ｔ2）、容器３内の気
体の体積Ｖ及び気体定数Ｒに基づき、１回の流出動作に
より容器３から流出した気体のモル数Δｎを演算するこ
とができる。ここで、成分気体を１回流出させてから次
に流出させるまでの時間（１回目の流出開始時から２回
目の流出開始時まで、または、１回目の流出終了時から
２回目の流出終了時まで）を周期ｔと定義すると、この
周期ｔ内の単位時間当たりの流出モル数Δｎtは数式５
によって求めることができる。なお、周期ｔは通常固定
した値であり、例えば１秒程度に設定される。In Expression 4, ΔP = P 1 -P 2 , which shows the change in gas pressure inside the container 3 before and after the outflow of the component gas. That is, according to Equation 4, the pressures P 1 and P 2 of the gas before and after flowing out from the container 3 measured in steps S3 and S5, the temperature T 1 (≈T 2 ), the volume V of the gas in the container 3 and the gas constant. Based on R, it is possible to calculate the number of moles Δn of the gas that has flowed out of the container 3 by one outflow operation. Here, the time from one outflow of the component gas to the next outflow (from the start of the first outflow to the start of the second outflow, or from the end of the first outflow to the end of the second outflow). Up to) is defined as a cycle t, the outflow mole number per unit time in this cycle t is expressed as
Can be sought by. The period t is usually a fixed value and is set to, for example, about 1 second.
【００２３】[0023]
【数５】 Δｎt＝Δｎ／ｔ＝Ｖ・ΔＰ／（Ｒ・Ｔ1・ｔ）[Formula 5] Δn t = Δn / t = V · ΔP / (R · T 1 · t)
【００２４】しかる後、このΔｎtがマイコン８に予め
セットされた目標値Δｎt*と等しいか否かを判断する
（Ｓ７）。ここで、単位時間当たりの流出モル数の目標
値Δｎt*は、後述するように希釈気体の流量及び希釈率
に基づき算出して設定される。Thereafter, it is determined whether this Δn t is equal to the target value Δn t * preset in the microcomputer 8 (S7). Here, the target value Δn t * of the outflow mole number per unit time is calculated and set based on the flow rate and the dilution rate of the dilution gas, as described later.
【００２５】上記ステップＳ７において、単位時間当た
りの流出モル数Δｎtが目標値Δｎt*に等しくない場合
（Ｓ７ ＮＯ）には、流出量制御部としての電磁弁６の
開放時間の設定値を増減させる（Ｓ８）。具体的には、
測定値Δｎtが目標値Δｎt*よりも少なければ次回流出
時における電磁弁６の開放時間を長くし、また、測定値
Δｎtが目標値Δｎt*よりも多ければ電磁弁６の開放時
間を短くするように制御（設定）する。なお、電磁弁６
の開放時間は、例えば周期ｔの０〜８０％の範囲で設定
できるようにすればよい。In step S7, when the outflow mole number Δn t per unit time is not equal to the target value Δn t * (S7 NO), the set value of the opening time of the solenoid valve 6 as the outflow amount control unit is set. Increase or decrease (S8). In particular,
If the measured value Δn t is less than the target value Δn t *, the opening time of the solenoid valve 6 at the next outflow is lengthened, and if the measured value Δn t is larger than the target value Δn t *, the opening time of the solenoid valve 6 is increased. Control (set) to shorten. The solenoid valve 6
The opening time may be set within a range of 0 to 80% of the cycle t, for example.
【００２６】上記ステップＳ７において、測定値Δｎt
が目標値Δｎt*に等しい場合（Ｓ７ＹＥＳ）には、電磁
弁６の開放時間の設定値を変更せず、前回と同じままと
する（Ｓ８′）。そして、希釈動作を終了するまで上記
ステップＳ２〜Ｓ８（Ｓ８′）の処理を繰り返す。な
お、この実施例において、流入量制御部は単に容器３内
に気体を導入し、その後、導入を停止させる手段として
作用しており、電磁弁２以外にポンプを用いてもよい。In step S7, the measured value Δn t
Is equal to the target value Δn t * (YES in S7), the set value of the opening time of the solenoid valve 6 is not changed and remains the same as the previous time (S8 ′). Then, the above steps S2 to S8 (S8 ') are repeated until the dilution operation is completed. In addition, in this embodiment, the inflow amount control section simply acts as a means for introducing the gas into the container 3 and then stopping the introduction, and a pump other than the solenoid valve 2 may be used.
【００２７】次に、単位時間当たりの流出モル数の目標
値Δｎt*の求め方について説明する。この気体希釈装置
は、成分気体を大気や窒素等の希釈気体により希釈する
もので、希釈後の気体は気体分析計の校正用などに使用
される。まず、希釈率と成分気体及び希釈気体のモル数
との間には、 希釈率＝成分気体のモル数／（成分気体のモル数＋希釈
気体のモル数） という関係がある。ここで、連続的に希釈を行なう場合
には、成分気体のモル数及び希釈気体のモル数は同一の
単位時間当たりの値でなくてはならない。上記の関係か
ら、 成分気体のモル数＝希釈気体のモル数×希釈率／（１−
希釈率） となるから、希釈率が与えられ、かつ、単位時間当たり
に気体混合器１３に流入する希釈気体のモル数がわかれ
ば、この希釈率を得るために必要な単位時間当たりの成
分気体の流出モル数の目標値Δｎt*を求めることができ
る。Next, a method of obtaining the target value Δn t * of the number of moles flowing out per unit time will be described. This gas diluting device dilutes a component gas with a diluting gas such as air or nitrogen, and the diluted gas is used for calibration of a gas analyzer. First, there is a relationship between the dilution rate and the number of moles of the component gas and the dilution gas, that is, the dilution rate = the number of moles of the component gas / (the number of moles of the component gas + the number of moles of the dilution gas). Here, when continuously diluting, the number of moles of the component gas and the number of moles of the diluting gas must be the same value per unit time. From the above relationship, the number of moles of the component gas = the number of moles of the dilution gas × the dilution rate / (1-
Therefore, if the dilution rate is given and the number of moles of the dilution gas flowing into the gas mixer 13 per unit time is known, the component gas per unit time required to obtain this dilution rate is obtained. The target value Δn t * of the outflowing mole number can be obtained.
【００２８】本実施例においては、使用する希釈気体で
ある大気または窒素により校正した熱式質量流量計１２
により、単位時間当たりに移動した希釈気体の質量が測
定されるが、希釈気体の平均分子量は既知であるため、
この平均分子量で上記質量を割れば単位時間当たりに移
動した希釈気体のモル数を求めることができる。従っ
て、この希釈気体のモル数と希釈率に基づき、単位時間
当たりに流出させるべき成分気体のモル数の目標値Δｎ
t*を算出することができる。こうして求めた目標値Δｎ
t*は、マイコン８に記憶されて図２のステップＳ７にお
ける判断に用いられる。また、単位時間当たりに気体混
合器１３に流入する希釈気体のモル数は時間の経過につ
れて少しづつ変化するおそれがあるので、上記目標値Δ
ｎt*の演算は希釈気体のモル数を測定する都度、行なう
ものとする。In this embodiment, the thermal mass flowmeter 12 calibrated with the atmosphere of the diluent gas used or nitrogen.
, The mass of the diluent gas moved per unit time is measured, but since the average molecular weight of the diluent gas is known,
By dividing the above mass by this average molecular weight, the number of moles of the diluent gas moved per unit time can be obtained. Therefore, the target value Δn of the number of moles of the component gas to be discharged per unit time is based on the number of moles of the dilution gas and the dilution rate.
t * can be calculated. Target value Δn thus obtained
The t * is stored in the microcomputer 8 and used for the determination in step S7 of FIG. Further, since the number of moles of the diluent gas flowing into the gas mixer 13 per unit time may change little by little as time passes, the target value Δ
The calculation of n t * shall be performed each time the number of moles of the diluent gas is measured.
【００２９】こうして目標値Δｎt*が決まれば、前記図
２のフローチャートに従って流量測定及び制御動作を行
い、測定値Δｎtが目標値Δｎt*に一致するように制御
する。これにより、成分気体の流量測定値Δｎtが目標
値Δｎt*に一致した状態で混合器１３を介して得られる
希釈後の気体が所望の希釈率を満足していることにな
る。この実施例では、成分気体の流量の制御可能な範囲
が２０対１程度であるため、例えば１／１００から１／
２０００程度までの希釈率を得ることができる。なお、
成分気体としては様々な分子量を持つものが考えられる
が、この希釈装置では成分気体の分子量は流量測定、流
量制御等に何ら影響を及ぼさないため、種々の成分気体
に対し常に正確な希釈率（モル数比）の希釈気体を得る
ことができる。When the target value Δn t * is determined in this way, flow rate measurement and control operations are performed according to the flow chart of FIG. 2, and control is performed so that the measured value Δn t matches the target value Δn t *. As a result, the diluted gas obtained via the mixer 13 satisfies the desired dilution ratio in the state where the measured flow rate Δn t of the component gas matches the target value Δn t *. In this embodiment, since the controllable range of the flow rate of the component gas is about 20: 1, for example, 1/100 to 1 /
A dilution rate of up to about 2000 can be obtained. In addition,
Although it is conceivable that the component gas has various molecular weights, in this diluter the molecular weight of the component gas has no effect on flow rate measurement, flow rate control, etc. It is possible to obtain a diluting gas having a molar ratio.
【００３０】次に、第２の発明の実施例を説明する。ま
ず、前記電磁弁６からなる流出量制御部を１回開放した
ときに流出する気体の量は、流出量制御部を開放する
時間 気体が流出する前の容器３内の気体圧力 流
出側気体抵抗素子７の抵抗値に関係する。このうち流
出側気体抵抗素子７の抵抗値は固定されているため、
，を制御することのみにより、気体流量、詳しくは
流出モル数を制御することができる。Next, an embodiment of the second invention will be described. First, the amount of gas that flows out when the outflow control unit consisting of the solenoid valve 6 is opened once is the time during which the outflow control unit is opened. The gas pressure in the container 3 before the gas flows out The outflow side gas resistance It is related to the resistance value of the element 7. Of these, the resistance value of the outflow side gas resistance element 7 is fixed,
It is possible to control the gas flow rate, more specifically, the outflow mole number, only by controlling the.
【００３１】そこで、制御の容易性という観点からする
と、第１の発明のように流出量制御部を開放する時間
を制御することが最適であるが、流出モル数をごく少量
にしたいときには開放時間が短すぎて物理的に制御不可
能となる場合がある。このような場合、気体が流出す
る前の容器３内の気体圧力が低くなるように制御する
と、流出する気体の量はこの圧力に応じて変化するた
め、流出量制御部を開放する時間を比較的長めに設定し
た状態でも所望の微少な流出モル数を得ることができ、
結果的に流量制御範囲を拡大することが可能となる。Therefore, from the viewpoint of ease of control, it is optimal to control the time for which the outflow amount control unit is opened as in the first aspect of the invention. May be too short to be physically controlled. In such a case, if the gas pressure in the container 3 before the gas flows out is controlled to be low, the amount of the gas flowing out changes according to this pressure. It is possible to obtain the desired minute outflowing mole number even when set to a relatively long
As a result, the flow control range can be expanded.
【００３２】すなわち、流入量制御部から容器３内に気
体を流入させる時点で、その圧力を何らかの手段により
制御できればよいことになる。第２の発明は上記の点に
着目したものであり、実施例である図３または図４に示
すように、流入量制御部としての電磁弁２とボンベ１と
の間（図３）、または、電磁弁２と容器３との間（図
４）に気体抵抗素子１４を配置し、これらの電磁弁２及
び気体抵抗素子１４により圧力調整手段１５が構成され
ている。That is, it is sufficient if the pressure can be controlled by some means at the time when the gas is made to flow into the container 3 from the inflow control unit. The second invention focuses on the above point, and as shown in FIG. 3 or FIG. 4 showing the embodiment, between the solenoid valve 2 and the cylinder 1 as the inflow amount control unit (FIG. 3), or A gas resistance element 14 is arranged between the solenoid valve 2 and the container 3 (FIG. 4), and the solenoid valve 2 and the gas resistance element 14 constitute pressure adjusting means 15.
【００３３】つまり、電磁弁２と直列に設けられた気体
抵抗素子１４は、気体の流入速度を遅くするように作用
するため、図３または図４の構成において電磁弁２を開
放する時間を制御すれば、容器３の気体が流出を開始す
る時点における気体圧力を任意に制御することができ、
これによって広範囲に流出モル数を制御することができ
る。なお、この実施例も気体希釈装置に関するものであ
るが、他の構成要素及び希釈気体の供給等による希釈動
作は図１の実施例と同様であるため、図示及び説明を省
略する。That is, since the gas resistance element 14 provided in series with the solenoid valve 2 acts so as to slow down the gas inflow rate, the time for opening the solenoid valve 2 in the configuration of FIG. 3 or 4 is controlled. Then, the gas pressure at the time when the gas in the container 3 starts to flow out can be arbitrarily controlled,
This makes it possible to control the number of moles flowing out over a wide range. Although this embodiment is also related to the gas diluting device, the diluting operation by supplying other constituent elements and the diluting gas is similar to that of the embodiment shown in FIG.
【００３４】この実施例における成分気体の流量測定及
び制御動作は、図２のフローチャートのステップＳ８及
びステップＳ８′において制御対象が流入量制御部とし
ての電磁弁２となる。すなわち、流入側の電磁弁２の開
放時間を制御することにより容器３内の気体圧力を調整
し、その後の流出モル数を制御することができる。特
に、流出側の電磁弁６の開放時間を可及的に最も短い時
間に固定した状態で流入側の電磁弁２の開放時間を制御
すれば、ごく微少な流量制御も可能になる。In the flow rate measurement and control operation of the component gas in this embodiment, the control target is the solenoid valve 2 as the inflow control section in steps S8 and S8 'of the flow chart of FIG. That is, it is possible to adjust the gas pressure in the container 3 by controlling the opening time of the electromagnetic valve 2 on the inflow side, and to control the subsequent outflow mole number. In particular, if the opening time of the inflow side solenoid valve 2 is controlled with the opening time of the outflow side solenoid valve 6 fixed to the shortest possible time, a very minute flow rate control becomes possible.
【００３５】なお、より高精度かつ広範囲な流量制御が
要求される場合には、流出量制御部としての電磁弁６の
開放時間制御も併用することが好ましい。この場合、成
分気体の流量の制御可能な範囲が１００対１程度になる
ため、例えば１／１００から１／１００００程度までの
希釈率を得ることができる。また、圧力調整手段として
は、上述の電磁弁２からなる流入量制御部と気体抵抗素
子１４との組み合わせに代えて、ポンプを用いその回転
数を制御したり、あるいは圧力調整器等を用いて流入気
体の圧力を予め電気的に調整してもよく、要は、容器か
ら気体が流出する前の圧力を調整する手段であればよ
い。When more accurate and wide-range flow rate control is required, it is preferable to use the open time control of the solenoid valve 6 as the outflow amount control section together. In this case, since the controllable range of the flow rate of the component gas is about 100: 1, a dilution rate of, for example, about 1/100 to 1/10000 can be obtained. As the pressure adjusting means, a pump is used to control the number of revolutions, or a pressure adjuster or the like is used instead of the combination of the inflow amount control unit composed of the solenoid valve 2 and the gas resistance element 14. The pressure of the inflowing gas may be adjusted electrically in advance, and any means may be used as long as it is a means for adjusting the pressure before the gas flows out from the container.
【００３６】なお、上記各実施例の気体希釈装置におい
て、希釈気体は熱式質量流量計１２により流速がほぼ一
定に制御されて気体混合器１３に導入されるが、成分気
体は例えば１秒間に１回ずつ断続的に流出されて気体混
合器１３に導入される。従って、気体混合器１３により
十分な混合が行われないと、希釈されて流出する気体は
１秒周期で濃度ムラを有することになる。この濃度ムラ
は、希釈気体の用途によってはトラブルの原因となり得
るものであるが、前述のごとく希釈気体を気体分析計の
校正用に用いる場合、この種の気体分析計では応答速度
が３０秒ないし数分であることから特に問題とならず、
通常の分析計ではこの希釈気体の濃度ムラが悪影響を及
ぼすことはない。また、この濃度ムラが問題となるよう
な用途では、気体混合器を多段にする等の対策を講じれ
ば、濃度ムラをごく小さく抑えることができる。In the gas diluting device of each of the above-mentioned embodiments, the diluting gas is introduced into the gas mixer 13 with the flow rate thereof being controlled to be substantially constant by the thermal mass flow meter 12, but the component gas is, for example, in 1 second. The gas is intermittently discharged once and introduced into the gas mixer 13. Therefore, if the gas mixer 13 does not perform sufficient mixing, the diluted gas flowing out will have concentration unevenness in a cycle of 1 second. This concentration unevenness may cause a trouble depending on the use of the diluted gas. However, when the diluted gas is used for calibration of the gas analyzer as described above, the response speed of the gas analyzer of this type is 30 seconds or more. Since it is only a few minutes, there is no particular problem,
In an ordinary analyzer, the concentration unevenness of the diluted gas does not adversely affect. Further, in the application where the uneven density is a problem, the uneven density can be suppressed to a very small level by taking measures such as using a multistage gas mixer.
【００３７】上記各実施例における流入量制御部及び流
出量制御部は、所定時間にわたって気体を流通・遮断す
るために開・閉二つの状態を採り得るものであればよい
から、電磁弁のみに限定されるものではない。また、流
量の単位を単位時間当たりの流出モル数として説明した
が、モル数に対応する分子数、あるいは標準状態（０
℃，１気圧）における体積等に換算して扱ってもよい。
そして、目標値との比較を単位時間当たりの流出量（流
量）により行なう場合につき説明したが、周期ｔが一定
である場合には、１回の流出動作によって流出する量を
直接的な比較の対象としてもよい。また、各測定値等か
らその都度、希釈率の実測値を演算し、最終的に目標と
する希釈率と比較してもよい。The inflow amount control unit and the outflow amount control unit in each of the above-mentioned embodiments are only required to be in the open / closed state in order to flow / block the gas for a predetermined time. It is not limited. Although the unit of the flow rate has been described as the number of moles flowing out per unit time, the number of molecules corresponding to the number of moles or the standard state (0
It may be handled by converting it into a volume in ° C, 1 atm).
Although the case where the comparison with the target value is performed by the outflow amount (flow rate) per unit time has been described, when the cycle t is constant, the amount outflowed by one outflow operation is directly compared. It may be the target. In addition, an actual measurement value of the dilution rate may be calculated from each measurement value and the like, and finally compared with the target dilution rate.
【００３８】更に、各実施例では本発明を気体希釈装置
に適用した場合につき説明したが、本発明の用途はこれ
に何ら限定されるものではなく、容器から流出する一定
流量の気体を使用する種々の分析装置や反応装置等に適
用することができる。Further, in each of the embodiments, the case where the present invention is applied to the gas diluting device has been described, but the application of the present invention is not limited to this, and a gas having a constant flow rate flowing out from the container is used. It can be applied to various analyzers and reaction devices.
【００３９】[0039]
【発明の効果】以上のように第１及び第２の発明では、
容器内の気体を完全に停止させた状態で測定した圧力、
温度等に基づき、単位時間当たりに流出する気体のモル
数等に対応する流量を測定するため、気体の粘度や分子
量等に影響されることがない。また、特開平１−１１０
２１８号公報に係る流量計のように、気体流入中も流出
が続くこともないので、流量制御の前段階である流量測
定を正確に行なうことができる。また、上記のように測
定した流量が目標値に一致するように、第１の発明では
流出量制御部の開放時間を制御し、第２の発明では圧力
調整手段を動作させて容器から気体が流出する前の圧力
を調整することによりそれぞれ流量制御を行うものであ
り、何れにしても特開平１−１１０２１８号公報に係る
流量制御装置のように流量が小さいときに流入量制御部
を介した気体流入の周期が遅くなることはないから、流
量のリプルを小さく抑えて高精度の流量制御を行うこと
ができる。As described above, according to the first and second inventions,
Pressure measured with the gas in the container completely stopped,
Since the flow rate corresponding to the number of moles of the gas flowing out per unit time is measured based on the temperature and the like, it is not affected by the viscosity or molecular weight of the gas. In addition, JP-A 1-110
Unlike the flowmeter according to Japanese Patent No. 218, the flowout does not continue during gas inflow, so that the flow rate measurement, which is the previous stage of flow rate control, can be accurately performed. In addition, in the first invention, the opening time of the outflow amount control unit is controlled so that the flow rate measured as described above matches the target value, and in the second invention, the pressure adjusting means is operated so that the gas is discharged from the container. The flow rate is controlled by adjusting the pressure before flowing out, and in any case, when the flow rate is small like the flow rate control device according to Japanese Patent Laid-Open No. 110218/1990, the flow rate control unit is used. Since the gas inflow cycle is not delayed, it is possible to suppress ripples in the flow rate to a small degree and perform highly accurate flow rate control.
【００４０】更に第２の発明によれば、流出量制御部の
物理的制約によりその開放時間をある値以上に短くでき
ない場合であっても、容器から気体が流出する前の圧力
を調整することにより流量制御が可能となる。また、同
時に流出量制御部の開放時間をも制御すれば、一層広範
囲の流量制御を実現することができる。Furthermore, according to the second aspect of the invention, even if the opening time cannot be shortened to a certain value or more due to the physical restriction of the outflow amount control unit, the pressure before the gas outflows from the container is adjusted. This makes it possible to control the flow rate. Further, by controlling the opening time of the outflow amount control unit at the same time, a wider range of flow rate control can be realized.
【図１】第１の発明の一実施例を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of a first invention.
【図２】図１の実施例における流量制御動作を示すフロ
ーチャートである。2 is a flowchart showing a flow rate control operation in the embodiment of FIG.
【図３】第２の発明の一実施例を示す主要部の構成図で
ある。FIG. 3 is a configuration diagram of a main part showing an embodiment of a second invention.
【図４】第２の発明の他の実施例を示す主要部の構成図
である。FIG. 4 is a configuration diagram of a main part showing another embodiment of the second invention.
１，１０ ボンベ ２ 流入量制御部としての電磁弁 ３ 容器 ４ 圧力センサ ５ 温度センサ ６ 流出量制御部としての電磁弁 ７，１４ 気体抵抗素子 ８ マイクロコンピュータ ９ ポンプ １１ 気体精製器 １２ 熱式質量流量計 １３ 気体混合器 １５ 圧力調整手段 1,10 cylinder 2 solenoid valve as inflow control unit 3 container 4 pressure sensor 5 temperature sensor 6 solenoid valve as outflow control unit 7,14 gas resistance element 8 microcomputer 9 pump 11 gas purifier 12 thermal mass flow rate Total 13 Gas mixer 15 Pressure adjusting means
Claims (2)
御部と、 容器の気体流出側に配置された流出量制御部と、 容器内の気体の圧力及び温度をそれぞれ測定する圧力セ
ンサ及び温度センサと、 流入量制御部を開、流出量制御部を閉として容器内に気
体を流入させた後、流入量制御部及び流出量制御部を閉
として前記各センサにより測定した容器内の気体の圧力
及び温度と、流入量制御部を閉、流出量制御部を開とし
て容器から気体を流出させた後、流入量制御部及び流出
量制御部を閉として前記各センサにより測定した容器内
の気体の圧力及び温度とを用いて容器から流出した気体
の流量を算出する演算手段と、 この演算手段により算出した気体の流量と目標値との比
較結果に応じて流出量制御部を開とする時間を制御する
制御手段と、 を備えたことを特徴とする気体流量制御装置。1. An inflow amount control unit arranged on the gas inflow side of the container, an outflow amount control unit arranged on the gas outflow side of the container, a pressure sensor for measuring the pressure and temperature of the gas in the container, and Gas in the container measured by the above-mentioned sensors with the temperature sensor and the inflow control part opened and the outflow control part closed to allow the gas to flow into the container, and then the inflow control part and the outflow control part closed. Of the pressure and temperature of the vessel, after closing the inflow rate control unit and opening the outflow rate control unit to let out the gas from the container, and then closing the inflow rate control unit and the outflow rate control unit to measure the inside of the container A calculation unit that calculates the flow rate of the gas that has flowed out of the container using the pressure and temperature of the gas, and an outflow amount control unit is opened according to the result of comparison between the flow rate of the gas calculated by this calculation unit and the target value. Control means for controlling time, Gas flow rate control apparatus characterized by comprising.
制御部と、演算手段とを備え、かつ、容器から気体が流
出する前の気体の圧力を調整する圧力調整手段と、演算
手段により算出した気体の流量と目標値との比較結果に
応じて圧力調整手段を動作させる制御手段と、 を備えたことを特徴とする気体流量制御装置。2. An inflow amount control unit according to claim 1, an outflow amount control unit, and a calculating unit, and a pressure adjusting unit for adjusting the pressure of the gas before the gas flows out from the container; A gas flow rate control device comprising: a control unit that operates a pressure adjusting unit according to a comparison result of a gas flow rate calculated by the unit and a target value.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31842391A JPH05127755A (en) | 1991-11-06 | 1991-11-06 | Gas flow rate controller |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31842391A JPH05127755A (en) | 1991-11-06 | 1991-11-06 | Gas flow rate controller |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05127755A true JPH05127755A (en) | 1993-05-25 |
Family
ID=18098991
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31842391A Pending JPH05127755A (en) | 1991-11-06 | 1991-11-06 | Gas flow rate controller |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05127755A (en) |
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