KR101662046B1 - 압력 기초 질량 유량 제어기의 자기 증명을 위한 방법 및 장치 - Google Patents

압력 기초 질량 유량 제어기의 자기 증명을 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

질량 유량 제어 시스템은 공정으로의 흐름을 제어할 때에 자신의 정확도에 대하여 자체 증명될 수 있다. 이러한 시스템은: 시스템을 통과하는 유체의 흐름을 제어 신호의 함수로서 제어하기 위한 제어 밸브; 제어 신호를 상기 시스템을 통과하는 유체의 측정된 흐름 및 타게팅된 흐름 세트 포인트의 함수로서 생성하기 위한 제어기; 흐름률을 측정하고 증명하는 데에 사용하기 위한 유체 압력을 제어하는 것을 측정하기 위한 압력 센서; 및 공지된 부피의 유체를 시스템의 정확도를 증명하는 데에 사용하기 위하여 흐름 제어 프로세스의 단계들 사이에서 언제든지 제공하기 위한 유체원을 포함한다.

Description

압력 기초 질량 유량 제어기의 자기 증명을 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR SELF VERIFICATION OF PRESSURE BASED MASS FLOW CONTROLLERS}
분야
본 개시물은 일반적으로 질량 유량 제어기에 관련되며, 특히 압력 기초 질량 유량 제어기의 자기 증명에 관련된다. 본 명세서에서 사용될 때 용어 "기체"는 기체 또는 증기를 포함하는 것으로 간주된다.
일반적으로, 질량 유량 제어기(mass flow controller; MFC)는 유체(즉, 기체 또는 증기) 흐름률(flow rate)을 실시간으로 제어 및 모니터링하여 디바이스를 통과하여 지나가는 기체의 질량의 흐름률이 계측되고 제어될 수 있게 한다. 질량 유량 제어기(MFC)는 흔히 반도체 제조 프로세스 동안의 기체의 흐름을 제어하기 위하여 사용되는데, 여기에서 반도체 툴, 예컨대 진공 챔버로의 기체의 흐름은 높은 수율의 반도체 제품을 생산하기 위하여 조심스럽게 제어되어야 한다. MFC는 보통 특정한 타입의 기체의 흐름률을 흐름률의 특정 범위에서 제어하도록 설계되고 교정된다. 이 디바이스는 흐름률을 보통 반도체 툴 자체와 같은 사용자 또는 외부 디바이스에 의하여 선결정된 주어진 세트 포인트에 기초하여 제어한다. 세트 포인트는 각각의 단계의 원하는 흐름률에 의존하여 프로세스의 각각의 단계와 함께 변경될 수 있다. MFC는 아날로그 또는 디지털일 수 있다. 이들은 통상적으로 주입 기체의 압력 범위에서 사용되도록 설계되는데, 저압 및 고압 MFC가 통상적으로 이용가능하다. 모든 MFC는 인입 포트, 및 인출 포트, 질량 유량 센서를 가지는 질량 유량계 및 비례 제어 밸브를 가진다. 시스템 제어기는 제어 신호를 제어 밸브에 세트 포인트에 의하여 결정되는 바와 같은 흐름률 및 질량 유량 센서에 의하여 감지되는 바와 같은 측정된 흐름률의 비교의 함수로서 제공하는 피드백 제어 시스템의 일부로서 사용된다. 따라서 피드백 제어 시스템은 측정된 흐름이 세트 포인트에 의하여 결정되는 바와 같은 흐름률에서 유지되도록 밸브를 작동시킨다.
이러한 제어 시스템은 MFC가 어떤 허용 오차 내에서 교정된 상태로 유지된다고 가정한다. MFC가 교정의 허용 오차 내에 있는지 여부를 테스트하기 위하여, MFC는 통상적으로 질량 흐름 증명기(mass flow verifier)와 같은 이러한 디바이스로써 오프라인에서 테스트된다. 후자는 흐름률을 테스트하기 위하여 사용된다. 비록 오프라인 테스팅이 매우 정확하지만, MFC가 프로세스의 실행 도중에(실시간으로) 교정 상태를 벗어날 수 있고, 프로세스가 완료될 때까지 검출되지 않을 수 있다는 문제점이 언제나 존재한다. 흔히 이것은 반도체 제품의 더 낮은 수율, 및 심지어는 결과적으로 전체 제품 수율의 손실을 야기하는 완전한 고장을 초래할 수 있다. 이것은 고비용의 작업일 수 있으며, 명백히 바람직하지 않다. 프로세스가 실행되고 있는 동안에 실시간으로 MFC의 정확성을 연속적으로 테스트하기 위한 시스템 및 방법이 필요하다.
질량 유량 제어기는 두 개의 타입인 열-기초 및 압력-기초 질량 유량 제어기를 포함한다. 2012 년 1 월 20 일에 Junhua Ding에 의하여 출원된 발명의 명칭이 "System and Method of Monitoring Flow Through Mass Flow Controllers in Real Time"이며 본 양수인에게 양도된 미국 특허 출원 시리얼 번호 제 13/354,988 호는, 질량 유량 제어기의 정확도가 오프라인이 될 필요가 없이 증명될 수 있도록 열-기초 질량 유량 제어기의 테스트를 위한 시스템 및 방법을 기술한다.
본 발명의 어떤 실시예는 공정으로의 유체의 흐름을 제어할 때 그 정확도가 실시간으로 자체 증명될 수 있는 질량 유량 제어 시스템으로서,
상기 시스템을 통과하는 유체의 흐름을 제어 신호의 함수로서 제어하기 위한 제어 밸브;
상기 제어 신호를 상기 시스템을 통과하는 유체의 측정된 흐름 및 세트 포인트의 함수로서 생성하기 위한 제어기; 및
공지된 부피의 유체를 상기 시스템의 정확도를 증명하는 데에 사용하기 위하여 흐름 제어 프로세스의 단계들 사이에서 언제든지 제공하기 위한 유체원(source of fluid)을 포함하는, 질량 유량 제어 시스템에 관련된다. 일 구현형태에서, 상기 시스템은 흐름 측정을 위한 막힌 흐름 상태(choked flow conditions)를 생성하기 위한 유량 제한기; 상기 유량 제한기에 상류인 유체의 측정된 압력을 나타내는 압력 측정 신호를 제공하기 위한 압력 센서; 및 상기 시스템 내의 유체의 측정된 온도를 나타내는 온도 측정 신호를 제공하기 위한 온도 센서를 더 포함한다.
다른 구현형태에서, 상기 시스템 더 나아가 상기 유량 제한기에 하류에 있는 유체의 측정된 압력을 나타내는 압력 측정 신호를 제공하여 흐름률이 비-막힘 흐름 상태에 대하여 측정될 수 있게 하는 제 2 압력 센서를 더 포함한다.
다른 구현형태에 따르면, 질량 유량 제어 시스템의 정확도를 공정으로의 흐름을 제어하면서 증명하는 방법이 제공된다. 이러한 방법은: 상기 시스템을 통과하는 유체의 흐름을 제어 신호의 함수로서 제어하는 단계; 상기 제어 신호를 상기 시스템을 통과하는 유체의 측정된 흐름 및 세트 포인트의 함수로서 생성하는 단계; 및 공지된 부피의 유체를 상기 시스템을 증명하는 데에 사용하기 위하여 흐름 제어 프로세스의 단계들 사이에서 언제든지 제공하는 단계를 포함한다.
도면들은 단지 예시적인 방식으로서 그리고 한정하지 않는 방식으로 본 교시내용과 일치하는 하나 이상의 구현형태들을 묘사한다. 도면에서, 유사한 참조 번호들은 동일하거나 유사한 엘리먼트를 지칭한다.
도 1 은 오프라인이 되지 않고서도 MFC의 정확도의 테스트를 허용하도록 구성되는 압력-기초 MFC의 일 실시예의 일반적 개략도이다; 그리고
도 2 는 오프라인이 되지 않고서도 MFC의 정확도에 대한 테스트를 허용하도록 구성되는 압력-기초 MFC의 제 2 실시예의 일반적 개략도이다.
다음의 상세한 설명에서, 관련 교시내용들의 완전한 이해를 제공하기 위하여 다수의 특정 세부사항들이 예를 통하여 언급된다. 그러나, 본 발명의 교시내용들이 이러한 특정 세부사항들 없이도 실시될 수도 있다는 것이 이 기술의 통상의 지식을 가진 자들에게는 명백할 것이다. 다른 경우에, 본 교시내용의 양태들을 불필요하게 불명확하게 하는 것을 방지하기 위하여 주지의 방법, 프로시저, 컴포넌트, 및/또는 회로부는 구체적인 내용이 없이 상대적으로 높은-레벨에서 설명된 바 있다.
본 발명의 기술의 다른 구성들이 후속하는 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용으로부터 당업자에게 용이하게 명백해질 것이라는 것이 이해되는데, 본 발명의 기술의 다양한 구성들은 예로써 도시되고 설명된다. 이해될 바와 같이, 본 발명의 기술은 다르고 상이한 구성들이 가능하고 이것의 여러 세부사항들은 모두 본 발명의 기술에서 벗어나지 않으면서 다양한 다른 관점들에서의 수정이 가능하다. 이에 상응하여, 도면 및 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용은 성질상 예시적인 것이고 한정적인 것이 아니라고 간주되어야 한다.
본 개시물은 압력-기초 MFC에 관련된다. 두 개의 실시예가 존재하는데, 하나는 막힌 흐름 상태에 대한 것이고, 다른 하나는 비-막힌 흐름 상태에 대한 것이다. 앞으로 볼 수 있는 바와 같이, 하나의 디바이스가 두 모드에서 동작하도록 구성될 수 있다.
막힌 흐름은 압축성 흐름 효과(compressible flow effect)이다. 유체의 속도가 "막힘(choked)" 또는 제한됨(limited)이 되는 파라미터이다. 따라서 막힌 흐름은 주어진 압력 및 온도에서 MFC를 통과하여 흐르는 유체가 제한부(restriction)(고정된 단면적 또는 노즐의 오리피스와 같음)를 거쳐 저압 환경으로 진행할 때에 증가할 유체 동적 상태이다. 막힌 흐름은 질량 흐름률(mass flow rate)이 업스트림 압력이 고정된 동안 다운스트림 압력 환경에서의 추가적 감소에도 증가하지 않을 때에 발생하는 제한 상태이다. 막힌 흐름 상태 아래에서는, 질량 흐름률은 업스트림 압력을 증가시킴에 의하여, 또는 업스트림 온도를 감소시킴에 의하여 증가될 수 있다. 기체의 막힌 흐름은 많은 애플리케이션에서 유용한데 이것은 질량 흐름률이 다운스트림 압력으로부터 독립적이고 오직 이러한 제한부의 상류측에의 온도 및 압력에만 의존하기 때문이다. 막힌 흐름 상태에서 흐름 제한 디바이스, 예컨대 밸브, 교정된 오리피스 플레이트 및 노즐이 원하는 질량 흐름률을 생성하기 위하여 사용될 수 있다. 막힌 흐름 상태에 대하여, 흐름 제한기로의 업스트림 압력 Pu 및 다운스트림 압력 Pd는 후속하는 기준을 만족해야 한다:
Figure 112015037632270-pct00001
여기에서 γ는 기체의 비열비(specific heat ratio)이다.
도 1 에 도시된 바와 같이, 신규한 압력 기초 MFC(100)는 (a) 막힌 흐름 상태를 위하여 그리고 (b) 실시간으로 MFC의 정확도의 증명을 가능하게 하는 정보를 제공하도록 구성된다. MFC(100)는 유체(101)를 MFC(100)의 인입 포트(120)에서 받아들인다. 유체는 인입 포트(120)로부터 지지 블록의 도관을 통하여 인출 포트(130)로 디렉팅된다. MFC(100)의 블록의 업스트림 부분은 MFC(100)의 인출 포트(130)를 통과하는 유체(101)의 흐름률을 업스트림 밸브에 인가된 흐름 제어 신호에 응답하여 그리고 이것의 함수로서 조절하도록 구성되는 업스트림 제어 밸브(125)를 지지한다. 구체적으로 설명하면, 업스트림 제어 밸브(125)는 MFC의 인출 포트(130)로부터의 유체(101)의 흐름률을 제어하기 위하여, 제어기(140)로부터의 흐름 제어 신호의 함수로서 그리고 이에 응답하여 완전 열림 및 완전 닫힘 포지션 사이의 임의의 포지션에서 동작가능하다. 흐름 제어 신호는, (a) 제어기(140)에 인가되며 MFC를 통과하는 유체의 원하는(흐름 세트 포인트) 흐름률(사용자 및/또는 독립형 컴퓨터 또는 프로세스 툴과 같은 외부 디바이스로부터의 외부 프로그램에 의하여 설정됨)을 나타내는 세트 흐름 신호, 및 (b) MFC를 통과하여 흐르는 유체의 압력 및 온도의 함수인, 측정된 흐름률을 나타내는 측정된 흐름 신호의 함수로서 제어기(140)에 의하여 생성된다. 제어기(140)는 시스템에 의하여 수신되는, 정확한 측정 흐름 신호에 기초한 감지된 온도 및 압력 신호를 제공하기 위하여 필요한 교정 계수(calibration coefficient)를 저장하는 메모리를 포함한다. 도시된 실시예에서, 이러한 측정 흐름 신호는 압력 센서(170)(도 1 에서 압력 트랜스듀서의 형태로서 도시됨)에 의하여 제공되는 압력 신호, 및 온도 센서(160)에 의하여 제공되는 온도 신호의 함수로서 제공된다. MFC(100)의 인출 포트(130)에는 몇몇 타입의 흐름 제한기가 제공되는데, 이것은 다운스트림 제어 밸브(135)에 의하여(한정적 개구를 생성하기 위하여 밸브의 포지션을 제어함으로써), 또는 개별 디바이스, 예컨대 막힌 흐름 상태에서 인출 포트(130)로부터 흐르는 유체의 흐름 및 압력을 제한하는 효과를 가지는 흐름 노즐/오리피스에 의하여 제공될 수 있다.
MFC의 정확도를 실시간으로 증명하기 위하여, 도 1 의 예시된 실시예인 MFC(100)는 또한 인출 포트(130)에서 블록에 의하여 지지되는 다운스트림 제어 밸브(135), 및 저장소(150)를 더 포함한다. 저장소(150)는 업스트림 제어 밸브(125)와 다운스트림 제어 밸브(135) 사이에서 블록에 의하여 지지된다. 저장소(150)는 MFC 내로 흘러 들어가는 공지된 부피의 유체를 저장하도록 구성된다. 온도 센서(160)는 저장소(150)에 커플링되어, 이것이 저장소의 벽의 온도를 측정하여 저장소(150) 내의 유체 및 따라서 MFC 내에서 흘러가는 유체의 온도를 근사화하게 한다. 온도 센서(160)는 제어기(140)로 측정된 온도를 나타내는 신호를 제공한다. 측정된 흐름률은 이러한 측정 온도, 및 압력 센서(170)에 의하여 측정된 압력의 함수이다. 압력 센서(170)도 역시 업스트림 제어 밸브(125)와 다운스트림 제어 밸브(135) 사이에서 인출 포트(130)에 커플링되고, 도관을 통해서 다운스트림 제어 밸브(135)의 노즐/오리피스(138)로서 도시되는 유량 제한기로 흘러가는 유체(101)의 압력을 측정하도록 구성된다.
공정의 동작 동안에, 다운스트림 제어 밸브(135)가 개방되고 흐름 세트 포인트는 비-제로 값으로 설정되어, 제어기(140)가 업스트림 제어 밸브(125)를 통과하는 흐름을 제어하여 측정된 흐름이 비-제로 세트 값과 동일하게 만들도록 한다. 감지된 온도 및 압력을 나타내는 데이터가 MFC를 통과하여 흐르는 측정된 질량 유량을 결정하는데 사용되기 위하여 온도 센서(160) 및 압력 센서(170)로부터의 신호의 형태로서 제어기(140)로 송신된다. 아래에서 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 제어기(140)는 측정된 흐름률을 막힌 흐름 상태에 대한 수학식 2 에 기초하여 결정한다:
Figure 112015037632270-pct00002
여기에서 C'은 노즐/오리피스(138)의 오리피스 방출 계수이고, A는 유효 오리피스 면적이며, m은 기체의 분자량이고, γ는 상기 기체의 비열용량비율(specific heat capacity ratio)이며, T는 기체 온도이고, Pu는 업스트림 압력이며, 그리고 f(m, γ, T)는 상기 기체 분자량 m, 기체의 비열용량 γ, 및 기체 온도 T에 관련되는 수학적 함수이다.
제어기(140)는 MFC(100)로 그리고 그 밖으로 흐르는 흐름을 제어하기 위한 밸브 제어 신호를 업스트림 제어 밸브(125)로 제공함으로써 측정된 흐름률 Qp 가 흐름 세트 포인트에 의하여 명령되는 흐름을 추적하게 한다. MFC가 적합하게 교정되는 한 두 개는 실질적으로 동일하게 유지할 것이다(허용된 공차 내에서). 막힌 흐름 상태 도중에 다운스트림 제어 밸브(135)가 유량 제한기의 오리피스를 규정하기 위하여 사용되는 경우에는, 다운스트림 제어 밸브(135)의 포지션이 변경되지 않고 유지될 것이다.
흐름 증명 검사가 제로 세트 포인트가 명령될 때는 언제나, 예를 들면 기체 전달 프로세스의 두 단계들 사이에, 또는 공정의 완료에 후속하여 수행될 수 있다. 흐름 증명 기간 동안에, 제어기(140)는 자동적으로 업스트림 제어 밸브(125)를 닫아서, 유체가 계속하여 저장소(150)(MFC의 하류 압력보다 더 높은 압력에 있음)로부터 흐를 때에 제어기(140)가 압력 센서(170)에 의하여 제공되는 압력 신호의 감쇠율에 기초하여 흐름률을 증명하도록 허용한다. 이러한 증명 기간은 측정을 수행하기 위하여 약 100 내지 300 msec를 통상적으로 요구한다. 특정 실시예들에서, 증명 기간은 100 내지 300 밀리초 내에 있을 수도 있다. 이러한 증명 기간 도중에, 저장소(150)로부터의 유체(101)는 MFC(100)의 인출 포트(130)로부터 밖으로 디렉팅된다. 잔여 유체(101)가 시스템에서 벗어나는 흐름률을 나타내는, 감쇠율 원리에 의하여 정의되는 흐름률 Qv 는 수학식 3 에 의하여 결정될 수 있다:
Figure 112015037632270-pct00003
여기에서 t는 시간을 나타내고, k는 변환 상수를 나타내며, V, Pu , 및 T는 각각 저장소(150)의 부피, 압력 센서(170)에 의하여 측정될 때의 기체의 압력 및 온도 센서(160)에 의하여 측정될 때의 기체의 온도를 각각 나타낸다.
증명 기간이 끝나면, 다운스트림 제어 밸브(135)는 완전히 닫혀서 어떤 잔여 유체(101)도 MFC(100)를 빠져나가지 못하게 방지한다. 증명 기간 도중에, MFC(100)는 수학식 3 에 따라서 결정되는 바와 같은 감쇠율 흐름률 Qv 에 대하여 수학식 2 를 사용하여 계산된 흐름률 Qp 을 증명한다.
만일 Q v 로부터의 Q p 의 편차가 선결정된 정확도 공차 한계보다 크다면, MFC(100)는 알람을 호스트 제어기(미도시)로 전달하여 비교정(out of calibration) 상태에 대해서 경고한다. 대안적으로는, MFC(100)는 흐름 계산 방정식(수학식 2) 내의 C' 및/또는 A와 같은 계수를 Q v 의 증명된 값에 기초하여 수학적으로 조절 또는 업데이트함으로써, Q p 및 Q v 사이의 흐름 오차가 선결정된 정확도 공차 한계에서 또는 그 아래에서 최소화되도록 할 수 있다. 그러므로, MFC(100)는 흐름 증명 기간 도중에 공차 한계 내에서 재교정된다. 따라서, 조절된 이후에 비-제로 상태가 후속하여 명령되면, MFC(100)는 흐름률의 증명된 값을 사용하여 유체가 시스템에서 빠져나가는 타겟 흐름률을 획득한다.
도 2 는 비-막힘 흐름 상태에 대하여 MFC를 작동시키기 위한 일 실시예를 도시한다. 특히, MFC(200)는 도 1 의 실시예와 동일한 또는 유사한 컴포넌트를 포함하지만 유량 제한기(138)로부터 하류인 기체의 압력을 감지하도록 구성되는 추가적 압력 센서(제 2 압력 트랜스듀서(180)로서 도시됨)를 가진다. 제 2 압력 트랜스듀서(180)는 블록에 탑재되거나 블록과 별개로 탑재될 수 있다.
도 2 의 실시예가 막힌 흐름 상태 및 비-막힌 흐름 상태 모두에 대해서 사용될 수 있다는 것이 인정되어야 한다. 따라서 도 2 의 실시예의 동작의 모드는 MFC(200)가 막힌 흐름 상태 또는 비-막힌 흐름 상태 중 어느 것에 대해서 작동될지에 대하여 결정된다.
비-막힌 상태에 대해서, 측정된 흐름률은 다음과 같이 수학식 4 에 의하여 계산되는데
Figure 112015037632270-pct00004
여기에서 f는 업스트림 압력 P u , 다운스트림 압력 P d , 기체 온도 T, 기체 분자량 m, 기체 비열비(specific heat ratio) γ 및 유효 오리피스 면적 A의 수학적 함수이다.
비-막힌 흐름 상태 하에서의 흐름 도중에, 증명을 위하여 업스트림 밸브는 다시 닫히고, 이제 기체는 저장소(150)로부터 흐르고 MFC(200)의 인출 포트(미도시)(다운스트림 제어 밸브(135)로부터 하류임) 밖으로 흐를 것이다. 증명된 흐름률 Qv 는 여전히 위의 수학식 3 에 의하여 결정된다.
Qp 및 Qv 의 값들과 관련된 데이터는 제어기(140) 내에 축적될 수 있고 이제 Qp 및 Qv 에 관련된 데이터는 비교되어 MFC가 특정 교정 공차를 벗어나는지 여부를 결정할 수 있다. 더 나아가, 수학식 4 의 계수는 업데이트되어 Qv 및 Qp 사이의 흐름 오차를 최소화할 수 있다. 그러므로, MFC(200)는 흐름 증명 기간 동안에 재교정된다.
따라서, 전술된 내용은 프로세스가 실행되고 있는 동안에 실시간으로 MFC의 교정 셋팅을 연속적으로 테스트하고 증명하기 위한 시스템 및 방법이다. 하나의 추가적 구현형태에서, 시스템은 또한, 제어기(140)의 메모리 내에 저장되는 현재의 계수들 및 시스템에 의하여 이루어진 측정으로부터 결정된 계수들 사이에 차이가 존재한다면, 증명 결과에 기초하여 흐름 계산 계수를 조절함으로써 자기 증명을 역시 수행할 수 있다. 이러한 배치구성물에서, 흐름 증명 기간 동안에 시스템을 허용 한계 내에서 재교정하기 위하여, Qp 및 Qv 사이의 흐름 오차가 선결정된 정확도 공차 한계에서 또는 그 아래로 최소화되도록 측정된 흐름률 Qp 에 대한 흐름 계산 방정식의 계수들이 증명 결과에 기초하여 재계산될 수 있다.
본 명세서에 수반되는 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않으면서 위에서 설명된 장치 및 프로세스에 다른 변경 및 수정들이 이루어질 수 있기 때문에, 위의 상세한 설명에 포함되는 모든 내용들이 한정하는 의미가 아니라 예시적인 의미로 해석될 것이라는 것이 의도된다.

Claims (28)

  1. 공정으로의 유체 흐름을 제어할 때 그 정확도가 실시간으로 자체 증명될 수 있는 질량 유량 제어 시스템으로서,
    유체를 압력 하에 받아들이는 유입구;
    상기 유체를 압력 하에 전달하는 배출구;
    상기 유체가 압력 하에 통과하여 유동하는 도관;
    상기 유입구에서 상기 배출구까지 상기 도관 내의 유체 흐름을 제어하는 제어 밸브;
    상기 도관에 연결되고, 공지된 부피의 유체를 저장하는 저장소;
    상기 저장소와 상기 배출구 사이의 유체 흐름을 제어가능하게 제한하는 상기 저장소와 상기 배출구 사이의 유량 제한기;
    상기 도관 내의 유체의 압력을 감지하는 압력 센서; 및
    제어기를 포함하고,
    상기 제어기는, 상기 도관을 통과하는 유체 흐름이 흐름 세트 포인트와 동일하게 되도록 상기 압력 센서로부터의 신호에 기초하여 상기 제어 밸브를 제어하고, 또한 동일한 상기 압력 센서로부터의 신호에 기초하여 상기 저장소 내의 압력 감쇠율을 결정함으로써 유체 흐름 제어의 정확도를 증명하는, 질량 유량 제어 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유량 제한기는 상기 도관을 통과하는 유체 흐름에 대한 막힌 흐름 상태(choked flow conditions)를 생성하도록 제어되는, 질량 유량 제어 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 유량 제한기는 그 단면적이 조절가능한 오리피스(orifice)를 가지는, 질량 유량 제어 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 유량 제한기를 규정(define)하는 조절가능한 개구를 제공하기 위한 제 2 제어 밸브를 더 포함하는, 질량 유량 제어 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 도관 내의 유체의 측정된 온도를 나타내는 온도 측정 신호를 제공하도록 구성되는 온도 센서를 더 포함하는, 질량 유량 제어 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 도관을 통과하는 상기 유체의 측정된 흐름 Qp 를 상기 시스템 내의 유체의 측정된 압력 및 온도에 따라 다음과 같이 결정하도록 구성되고,
    Figure 112016072974448-pct00005

    여기에서 C'은 상기 유량 제한기의 오리피스 방출 계수이고, A는 상기 유량 제한기의 유효 오리피스 면적이며, m은 유체의 분자량이고, γ는 상기 유체의 비열용량비율(specific heat capacity ratio)이며, T는 유체 온도이고, Pu 는 압력이며, 그리고 f(m, γ, T)는 상기 유체 분자량, 유체의 비열용량, 및 유체 온도에 관련되는 수학적 함수인, 질량 유량 제어 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 저장소는 상기 제어 밸브로부터 하류에 포지셔닝됨으로써 제로 흐름 세트 포인트가 명령되는 경우 상기 제어 밸브는 닫히게 되고,
    유체는 막힌 흐름 상태 Qp 에 기초하여 여전히 상기 저장소로부터 흐르고 상기 질량 유량 제어 시스템에 의하여 측정되도록 허용되며,
    다른 흐름 측정 Qv 가 상기 저장소로부터의 유체의 감쇠율에 의하여 다음과 같이 이루어질 수 있고,
    Figure 112016072974448-pct00006

    여기에서 t는 시간을 나타내고, k는 변환 상수를 나타내며, V, Pu , 및 T는 각각 상기 저장소의 부피, 상기 저장소 내의 유체의 압력 및 온도를 나타내는, 질량 유량 제어 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 시스템은 자신의 흐름 정확도를 상기 저장소 Q v 로부터의 유체의 감쇠율에 의하여 이루어지는 흐름 측정, 및 막힌 흐름 상태 Q p 에 기초하여 상기 시스템에 의하여 측정되는 흐름률 사이의 임의의 차분의 함수로서 자체 증명할 수 있는, 질량 유량 제어 시스템.
  9. 제 7 항에 있어서,
    제 2 제어 밸브를 더 포함하고,
    상기 제 2 제어 밸브는 흐름 증명이 완료된 이후에 닫혀서 제로 흐름 세트 포인트 커맨드를 이행하는, 질량 유량 제어 시스템.
  10. 제 7 항에 있어서,
    증명은 증명 기간 도중에 상기 흐름 제어 프로세스의 단계들 사이에서 언제든지 발생하고, 상기 증명 기간은 100 및 300 밀리초 사이인, 질량 유량 제어 시스템.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 저장소는 상기 제어 밸브 및 상기 유량 제한기 사이에 포지셔닝되는, 질량 유량 제어 시스템.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 시스템은, Q v 로부터의 Q p 의 편차가 선결정된 정확도 공차 한계(accuracy tolerance limit)보다 높다면, 알람을 호스트 제어기로 제공하여 비교정 상태(out of calibration condition)에 대해 경고하는, 질량 유량 제어 시스템.
  13. 제 7 항에 있어서,
    상기 시스템은, Q p 및 Q v 사이의 흐름 오차가 선결정된 정확도 공차 한계에서 또는 그 아래로 최소화되도록 상기 측정된 흐름률 Q p 에 대한 흐름 계산 방정식의 계수를 증명 결과에 기초하여 조절함으로써, 상기 시스템이 흐름 증명 기간 동안에 상기 공차 한계 내에서 재교정되게 할 수 있는, 질량 유량 제어 시스템.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 압력 센서는 상기 유량 제한기로부터 상류에 있는 유체의 압력에 따라 신호를 생성하기 위한 제 1 압력 센서이고,
    상기 시스템은 비-막힘 흐름 상태 동안의 유체의 흐름의 측정을 위하여 상기 유량 제한기로부터 하류에 있는 유체의 압력에 따라 신호를 생성하기 위한 제 2 압력 센서를 더 포함하고, 상기 측정된 흐름률 Qp 는 다음 수학식:
    Figure 112016072974448-pct00007

    에 기초하며,
    f는 업스트림 압력 Pu , 다운스트림 압력 Pd , 유체 온도 T, 유체 분자량 m, 유체 비열비(specific heat ratio) γ 및 유효 오리피스 면적 A의 수학적 함수인, 질량 유량 제어 시스템.
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