KR20130040741A - 유량 제어 장치, 유량 제어 장치에 이용되는 진단 장치, 및 진단용 프로그램이 기록된 기록 매체 - Google Patents

유량 제어 장치, 유량 제어 장치에 이용되는 진단 장치, 및 진단용 프로그램이 기록된 기록 매체 Download PDF

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다다히로 야스다
시게유키 하야시
아키토 다카하시
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가부시키가이샤 호리바 에스텍
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Abstract

유량 제어 밸브에 생겨 있는 이상을 높은 신뢰성과 함께 진단할 수 있고, 예를 들면, 유량 제어 밸브에 이상이 생겼을 경우에는 빠르게 적절한 메인터넌스 등을 행할 수 있도록 하기 위해서, 제2 측정 유량치 또는 측정 압력치에 기초하여 제1 측정 유량치의 이상을 진단하는 제1 측정 유량 진단부(5)와, 상기 제1 측정 유량 진단부(5)가 상기 제1 측정 유량치에 이상이 없다고 진단하고 있는 경우에, 유량 제어 밸브(2)의 이상을 진단하는 밸브 진단부(6)를 구비하였다.

Description

유량 제어 장치, 유량 제어 장치에 이용되는 진단 장치, 및 진단용 프로그램이 기록된 기록 매체{FLOW RATE CONTROL DEVICE, AND DIAGNOSTIC DEVICE AND RECORDING MEDIUM RECORDED WITH DIAGNOSTIC PROGRAM USED FOR FLOW RATE CONTROL DEVICE}
본 발명은 막힘 등에 의해 생기는 이상을 진단하는 구성을 가진 유량(流量) 제어 장치, 유량 제어 장치에 이용되는 진단 장치 및 진단용 프로그램에 관한 것이다.
예를 들면, 반도체 제품의 제조 등에 있어서는, CVD 장치 등의 챔버 내에 웨이퍼를 재치(載置)해 두고, 성막에 필요한 원료를 포함하는 프로세스 가스를 목표 유량으로 정밀도 좋게 공급할 필요가 있다.
이와 같은 프로세스 가스의 유량 제어에는, 상기 챔버에 접속된 유로상에 마련되는 매스 플로우 컨트롤러가 이용된다. 이 매스 플로우 컨트롤러는, 유로가 내부에 형성되어 있고, 각 주유량 제어 기기가 장착되는 블록체와, 유로를 흐르는 유체의 유량을 측정하는 열식 유량 센서 등의 유량 측정 기구와, 유량 제어 밸브와, 상기 유량 측정 기구로 측정되는 측정 유량치와 목표 유량치의 편차가 작아지도록 상기 유량 제어 밸브의 개도(開度)를 제어하는 밸브 제어부가 1개의 패키지로 이루어진 것이다.
그런데, 이와 같은 매스 플로우 컨트롤러를 사용하고 있으면, 프로세스 가스로부터 생성되는 생성물에 의해, 유량 측정 센서나 밸브 등에 막힘이 생겨서 정확한 유량 제어를 행할 수 없게 될 가능성이 있다. 이에, 막힘 등에 의해 허용할 수 없는 유량 제어 오차가 발생하기 전에 이상을 검출할 수 있어 적당 메인터넌스 등을 행할 수 있도록 하기 위해서, 상기 매스 플로우 컨트롤러로 유량 제어되고 있는 유량의 값이 올바른지 여부를 자기 진단하기 위한 진단부를 구비한 매스 플로우 컨트롤러가 있다.
예를 들면, 특허 문헌 1에 제시된 매스 플로우 컨트롤러는 유량 제어 밸브의 상류측의 압력을 측정하는 압력 센서를 추가로 구비한 것으로, 상기 매스 플로우 컨트롤러의 유량 제어가 맞게 행해지고 있는 상태에 있어서 상기 유량 측정 기구에 현재 측정되고 있는 측정 유량치와, 상기 압력 센서로 측정되고 있는 공급 압력치와 동등의 조건에서 상기 유량 제어 밸브에 인가되고 있던 기준 전압치를 메모리로부터 참조해, 이 기준 전압치와 현재 유량 제어 밸브에 인가되고 있는 인가 전압치를 비교하고, 이들의 값이 달라져 있던 경우에 매스 플로우 컨트롤러에 의한 유량 제어가 정상적으로 행해지지 않는다고 자기 진단하는 진단부를 구비한 것이다.
그렇지만, 이와 같은 진단부에서는, 매스 플로우 컨트롤러의 어디에서 어떠한 이상이 생겨 유량 제어가 맞게 행해지고 있지 않은지는 진단할 수 있을 가능성은 있지만, 매스 플로우 컨트롤러를 구성하는 유량 측정 기구, 유량 제어 밸브 등 중 어느 구성 부품에 있어서 막힘 등의 이상이 발생해 있는지에 대해서는 상세하게 진단하는 것은 어렵다.
보다 구체적으로는, 상기 기준 전압치와 상기 인가 전압치가 달라져 있다고해도, 상기 유량 측정 기구에 막힘이 생기고 있기 때문에 측정 유량치에 오차가 생겨, 메모리로부터 본래 참조해야 할 기준 전압치와는 다른 값을 참조하고 있기 때문에 이상이 생겨 있는 경우와, 유량 제어 밸브에 막힘이 생겨 있기 때문에 유량 제어 밸브에 현재 인가되고 있는 인가 전압치가 기준 전압치와 다른 값이 되어 있는 경우인 적어도 2 종류가 생각될 수 있기 때문에 어느 쪽에 원인이 있는지 까지는 모른다.
바꾸어 말하면, 특허 문헌 1에 제시된 진단부를 응용하여 유량 제어 밸브의 막힘 등의 이상을 진단하려고 해도, 판단 기준이 되는 기준 전압치를 참조하기 위한 기초가 되는 측정 유량치가 올바른지 여부가 보장되지 않기 때문에, 만일 유량 제어 밸브의 진단 결과가 나왔다 하더라도, 그 진단 결과가 정말로 올바른지 여부를 신뢰할 수 없다.
[특허 문헌 1] 일본국 특개 2009－157578호 공보
본 발명은 상술한 것과 같은 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 유량 제어 밸브에 생겨 있는 이상을 높은 신뢰성과 함께 진단할 수 있고, 예를 들면, 유량 제어 밸브에 이상이 생겼을 경우에는 빠르게 적절한 메인터넌스 등을 행할 수 있는 유량 제어 장치 및 거기에 이용되는 진단 장치 또는 진단용 프로그램을 제공하는 것을 목적으로 한다.
즉, 본 발명의 유량 제어 장치는 유로를 흐르는 유체의 유량을 측정하는 제1 유량 측정 기구와, 상기 유로상에 마련된 유량 제어 밸브와, 상기 제1 유량 측정 기구로 측정되는 제1 측정 유량치와 목표 유량치의 편차가 작아지도록, 상기 유량 제어 밸브에 개도 제어 파라미터를 입력하여 상기 유량 제어 밸브의 개도를 제어하는 밸브 제어부와, 상기 유로를 흐르는 유체의 유량 또는 압력을 측정하는 유체 측정 기구와, 상기 유체 측정 기구로 측정되는 제2 측정 유량치 또는 측정 압력치에 기초하여 상기 제1 측정 유량치의 이상을 진단하는 제1 측정 유량 진단부와, 상기 제1 측정 유량 진단부가 상기 제1 측정 유량치에 이상이 없다고 진단하고 있는 경우에, 상기 제1 측정 유량치, 상기 제2 측정 유량치, 상기 측정 압력치 중 적어도 하나와, 상기 밸브 제어부가 상기 유량 제어 밸브에 입력하고 있는 개도 제어 파라미터와, 상기 유량 제어 밸브보다도 상류측에서 측정되는 압력인 공급 압력치에 기초하여, 상기 유량 제어 밸브의 이상을 진단하는 밸브 진단부를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 진단 장치는 유로를 흐르는 유체의 유량을 측정하는 제1 유량 측정 기구와, 상기 유로상에 마련된 유량 제어 밸브와, 상기 제1 유량 측정 기구로 측정되는 제1 측정 유량치와 목표 유량치의 편차가 작아지도록, 상기 유량 제어 밸브에 개도 제어 파라미터를 입력하여 상기 유량 제어 밸브의 개도를 제어하는 밸브 제어부를 구비한 유량 제어 장치에 이용되는 진단 장치로서, 상기 유로를 흐르는 유체의 유량 또는 압력을 측정하는 유체 측정 기구와, 상기 유체 측정 기구로 측정되는 제2 측정 유량치 또는 측정 압력치에 기초하여 상기 제1 측정 유량치의 이상을 진단하는 제1 측정 유량 진단부와, 상기 제1 측정 유량 진단부가 상기 제1 측정 유량치에 이상이 없다고 진단하고 있는 경우에, 상기 제1 측정 유량치, 상기 제2 측정 유량치, 상기 측정 압력치 중 적어도 하나와, 상기 밸브 제어부가 상기 유량 제어 밸브에 입력하고 있는 개도 제어 파라미터와, 상기 유량 제어 밸브보다도 상류측에서 측정되는 압력인 공급 압력치에 기초하여, 상기 유량 제어 밸브의 이상을 진단하는 밸브 진단부를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
여기서, 「개도 제어 파라미터」란 상기 밸브 제어부로부터 상기 유량 제어 밸브에 대해서 입력되는 인가 전압치, 인가 전류치, PWM 신호의 펄스폭 등을 포함하는 제어용의 입력 파라미터이다. 그리고 상기 유량 제어 밸브는 개도 제어 파라미터의 각 값에 따른 개도로 변경된다.
이와 같은 것이면, 우선, 상기 제1 측정 유량 진단부가 상기 제2 측정 유량치 또는 상기 측정 압력치에 기초하여 상기 유량 제어 밸브의 개도를 제어하기 위해서 이용되는 제1 측정 유량치에 이상이 생겨 있지 않은지 여부를 판정하여, 그 결과, 제1 측정 유량치에 이상이 생기지 않은 것이 보장되고 나서, 상기 밸브 진단부가 제1 측정 유량치와, 공급 압력치와, 인가 전압치에 기초하여 상기 유량 제어 밸브의 이상을 진단하도록 구성되어 있으므로, 상기 유량 제어 밸브에 이상이 생겨 있는지 여부만을 확실히 판정할 수 있다. 바꾸어 말하면, 제1 유량 측정 기구와 유량 제어 밸브 중 어느 것에 막힘 등의 이상이 발생해 있는지를 구별하여 진단하는 것이 가능해진다.
또, 제1 측정 유량치에 이상이 없는 것이 보장되고 있으므로, 상기 밸브 진단부에 의한 상기 유량 제어 밸브의 진단 결과에 대해서도 신뢰할 수 있는 결과로 할 수 있다.
상기 제1 측정 유량 진단부에 의한 제1 측정 유량치의 진단 중에 있어서, 외란(外亂)이나 돌발적인 변동이 생기는 것을 방지하여, 제1 측정 유량치의 진단 결과의 신뢰성을 보다 향상시키려면, 상기 제1 측정 유량치 또는 상기 유체 측정 기구로 측정되는 제2 측정 유량치 또는 측정 압력치에 기초하여, 상기 유로를 흐르는 유체의 상태가 안정 상태인지 여부를 판정하는 안정 상태 판정부를 추가로 구비하고, 제1 측정 유량 진단부가, 상기 안정 상태 판정부가 유체의 상태가 안정 상태라고 판정하고 있는 경우에 상기 제1 측정 유량치의 이상을 진단하도록 구성된 것이면 좋다.
상기 제1 유량 측정 기구와 상기 유체 측정 기구의 유량 측정 원리를 다르게 함으로써, 동시에 이상이 발생하여 이상의 판정이 행해지지 않게 되는 것을 방지하기 쉽게 하려면, 상기 제1 유량 측정 기구가 열식 유량 센서이고, 상기 제2 유량 측정 기구가 압력식 유량 센서이면 좋다.
상기 유량 제어 밸브의 이상을 간단하게 진단하기 위한 구체적인 구성으로서는, 상기 밸브 진단부가 상기 유량 제어 밸브가 정상인 경우에 있어서, 현재 측정되고 있는 상기 제1 측정 유량치 및 상기 공급 압력치와 동등의 조건에서 상기 밸브 제어가 상기 유량 제어 밸브에 입력하고 있던 개도 제어 파라미터인 기준 개도 제어 파라미터와, 상기 밸브 제어부가 상기 유량 제어 밸브에 현재 입력하고 있는 개도 제어 파라미터를 비교하여 상기 유량 제어 밸브의 이상을 진단하도록 구성된 것을 들 수 있다.
상기 제1 측정 유량 기구로 측정되는 제1 측정 유량치에 이상이 없는지를 진단할 때의 전제(前提)인 제2 측정 유량치의 올바름도 보장할 수 있고, 또한 상기 밸브 진단부에 의한 유량 제어 밸브의 진단 결과의 신뢰성을 보다 높이려면, 상기 유체 측정 기구로 측정되는 제2 측정 유량치의 이상을 진단하는 제2 측정 유량 진단부를 추가로 구비한 것이면 좋다.
유량 제어 장치 단체(單體)로 취득되는 정보만으로, 상기 유량 제어 밸브의 이상에 관한 진단을 행하도록 하려면, 상기 유량 제어 밸브의 상류에 마련되어 상기 공급 압력치를 출력하는 공급 압력 측정 센서를 추가로 구비한 것이면 좋다.
상술한 유량 제어 밸브의 진단 기능을 기존의 유량 제어 장치에 기록 매체로부터 프로그램을 인스톨함으로써 추후 장착할 수 있도록 하기 위해서 바람직한 것으로 해서는, 유로를 흐르는 유체의 유량을 측정하는 제1 유량 측정 기구와, 상기 유로상에 마련된 유량 제어 밸브와, 상기 제1 유량 측정 기구로 측정되는 제1 측정 유량치와 목표 유량치의 편차가 작아지도록, 상기 유량 제어 밸브에 개도 제어 파라미터를 입력하여 상기 유량 제어 밸브의 개도를 제어하는 밸브 제어부와, 상기 유로를 흐르는 유체의 유량 또는 압력을 측정하는 유체 측정 기구를 구비한 유량 제어 장치에 이용되는 진단용 프로그램으로서, 상기 유체 측정 기구로 측정되는 제2 측정 유량치 또는 측정 압력치에 기초하여 상기 제1 측정 유량치의 이상을 진단하는 제1 측정 유량 진단부와 상기 제1 측정 유량 진단부가, 상기 제1 측정 유량치에 이상이 없다고 진단하고 있는 경우에, 상기 제1 측정 유량치, 상기 제2 측정 유량치, 측정 압력치 중 적어도 하나와, 상기 밸브 제어부가 상기 유량 제어 밸브에 인가하고 있는 인가 전압치와, 상기 유량 제어 밸브보다도 상류측에서 측정되는 압력인 공급 압력치에 기초하여, 상기 유량 제어 밸브의 이상을 진단하는 밸브 진단부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 진단용 프로그램을 들 수 있다.
이와 같이 본 발명의 유량 제어 장치, 유량 제어 장치에 이용되는 진단 장치 및 진단 프로그램이 기록된 기록 매체에 의하면, 우선, 유량 제어 밸브의 개도 제어를 위해서 이용되고 있는 제1 측정 유량치에 이상이 발생하고 있지 않은지 여부를 제2 측정 유량치 또는 측정 압력치에 기초하여 판정하고, 이상이 발생하고 있지 않은 것을 보장한 다음, 상기 유량 제어 밸브의 이상 진단을 행하도록 구성되어 있으므로, 상기 유량 제어 밸브의 이상을 높은 신뢰성의 바탕으로 진단할 수 있다.
도 1은 제1 실시 형태에 있어서의 매스 플로우 컨트롤러 및 진단 장치의 상세를 나타내는 모식도.
도 2는 제1 실시 형태의 안정 상태 판정부의 동작을 설명하기 위한 모식적 그래프.
도 3은 제1 실시 형태의 밸브 인가 전압 기억부가 기억하고 있는 데이터 구조의 일례를 나타내는 모식도.
도 4는 제1 실시 형태에 있어서의 진단시의 동작을 나타내는 순서도.
도 5는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 매스 플로우 컨트롤러 및 진단 장치를 나타내는 상세한 모식도.
도 6은 제2 실시 형태에 있어서의 압력식 유량 진단부의 진단 방법을 나타내는 모식적 그래프.
본 발명의 제1 실시 형태에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.
제1 실시 형태의 유량 제어 장치는 반도체 제조 등에 있어서 CVD 장치 등의 챔버 내에 성막(成膜)에 필요한 원료를 포함하는 프로세스 가스를 소정의 공급 유량으로 공급하기 위해서 이용되는 매스 플로우 컨트롤러(100)이다. 이 매스 플로우 컨트롤러(100)는 도 1의 모식도에 도시된 바와 같이, 개략 직방체(直方體) 형상을 한 블록체(B)의 내부에 관통로를 형성함으로써 유로(ML)를 형성하고 있는 것으로, 상기 블록체(B)의 상면에 유체 제어를 위한 기기 및 상기 진단 장치(200)를 구성하기 위한 각종 기기를 장착함으로써, 패키지화되어 있다.
보다 구체적으로는, 상기 매스 플로우 컨트롤러(100)는 상기 블록체(B)의 내부에 형성된 유로(ML)에, 상류로부터 차례로 열식 유량 센서(1), 유량 제어 밸브(2), 압력식 유량 센서(3)를 마련하고 있는 것으로, 추가로 각 기기의 제어나 진단을 위한 각종 연산을 행하는 연산부(C)를 구비한 것이다. 그리고 이 매스 플로우 컨트롤러(100)는 상기 열식 유량 센서(1)로 측정되는 제1 측정 유량치 QT와 목표 유량치 Qr의 편차가 작아지도록 상기 유량 제어 밸브(2)의 개도를 제어함으로써, 소망하는 유량을 챔버 내에 공급한다.
각 부에 대해서 도 1을 참조하면서 설명한다. 우선, 주로 하드웨어의 구성에 대해서 설명한다.
상기 블록체(B)는 도 1에 도시된 바와 같이 하면(下面)으로 개구(開口)하여, 유체를 내부의 유로(ML)에 도입하기 위한 유체 도입구와 유량 제어된 유체를 도출하기 위한 유체 도출구를 구비한 것으로, 상면에는 상기 열식 유량 센서(1), 상기 유량 제어 밸브(2), 상기 압력식 유량 센서(3)를 장착함과 아울러, 상기 유로(ML)와 연통(連通)시키기 위한 장착 구멍이 형성되어 있다.
상기 열식 유량 센서(1)는 청구항에서의 제1 유량 측정 기구에 상당하는 것으로, 상기 블록체(B)의 내부의 유로(ML)를 흐르는 유체의 유량을 측정하는 것이다. 이 열식 유량 센서(1)는 상기 유로(ML)에 마련되어 있는 층류(層流) 소자(13)와, 상기 층류 소자(13)의 상류에서 상기 유로(ML)로부터 분기하여 당해 층류 소자(13)의 하류에서 상기 유로(ML)에 합류하는 개략 역(逆)U자 모양으로 형성된 금속 세관인 센서 유로(SL)와, 상기 센서 유로(SL)를 형성하는 금속 세관의 외측에 있어서 상류측과 하류측에 각각 마련된 제1 온도 센서(11), 제2 온도 센서(12)와, 상기 제1 온도 센서(11), 상기 제2 온도 센서(12)로 측정되는 온도차에 기초하여 상기 유로(ML)에 흐르는 유량으로 변환하는 열식 유량 산출부(14)를 구비한 것이다. 또한, 상기 열식 유량 산출부(14)는 후술하는 연산부(C)의 연산 기능을 이용하여 구성하고 있고, 제1 측정 유량치 QT를 이하의 식 1에 기초하여 산출하는 것이다.
QT=kT(T1－T2) … 식 1
여기서, QT：제1 측정 유량치 QT, kT：온도차로부터 유량으로의 변환 계수, T1：제1 온도 센서(11)로 측정되는 상류측 온도, T2：제2 온도 센서(12)로 측정되는 하류측 온도이다.
상기 층류 소자(13)는 상기 유로(ML)로부터 상기 센서 유로(SL)에 소정의 비율로 유체가 분류되도록 하기 위한 것으로, 예를 들면, 미소(微小)한 관통홈이 형성된 박막(薄膜)을 적층하여 형성되어 있다. 즉, 이 층류 소자(13)를 유체가 통과할 때에 층류 상태가 되도록 상기 관통홈의 길이나 깊이 등이 설정되어 있다. 이와 같이 층류 소자(13)는 미소 구조를 가지는 것이기 때문에, 통과하는 프로세스 가스로부터의 생성물이 상기 관통홈 등의 미소 구조에 부착되어 막힘이 생기는 경우가 있다. 또, 상기 센서 유로(SL)도 금속 세관에 의해 구성되어 있기 때문에, 막힘이 생기는 경우가 있다. 그리고 상기 층류 소자(13) 또는 상기 센서 유로(SL) 중 어느 하나에 막힘이 생기면 분류비가 변화하기 때문에, 상기 제1 온도 센서(11), 상기 제2 온도 센서(12)에 의해 측정되는 온도차가 실제 유량을 반영하지 않은 것이 되어, 상기 열식 유량 센서(1)로 측정되는 제1 측정 유량치 QT에 이상이 생기게 된다.
상기 유량 제어 밸브(2)는, 예를 들면 피에조밸브로서 후술하는 밸브 제어부(21)에 의해 인가되는 인가 전류치에 따른 개도로 변경되는 것이다. 이 유량 제어 밸브(2)도, 프로세스 가스에 포함되는 성분의 생성물이 부착됨으로써, 막힘이 발생할 가능성이 있다. 만일 유량 제어 밸브(2)에 막힘이 생기면, 상기 밸브 제어로부터의 인가 전압이 동일하다 하더라도, 상정되어 있는 것보다도 작은 개도로 되어, 실제로 유로에 흐르는 유량보다는 정상시에 비해 작은 값이 된다. 따라서 열식 유량 센서(1)로 측정되는 제1 측정 유량치 QT와 목표 유량치 Qr의 편차가 작아지지 않기 때문에, 추가로 유량 제어 밸브(2)의 개도가 커지도록 인가되는 인가 전압치 V가 변화하게 된다.
상기 압력식 유량 센서(3)는 청구항에서의 유체 측정 기구에 상당하는 것으로, 상기 제1 유량 측정 기구에 대해서 제2 유량 측정 기구로도 파악할 수 있는 것이다. 그리고 당해 압력식 유량 센서(3)는 상기 블록체(B)의 내부의 유로(ML)를 흐르는 상기 유량 제어 밸브(2)의 하류측의 유량을 측정하는 것이다. 이 압력식 유량 센서(3)는 상기 유로(ML)에 마련된 오리피스 등의 유체 저항(33)과, 상기 유체 저항(33)의 상류측에 마련된 제1 압력 센서(31)와, 상기 유체 저항(33)의 하류측에 마련된 제2 압력 센서(32)와, 상기 제1 압력 센서(31), 상기 제2 압력 센서(32)로 각각 측정되는 압력에 기초하여 상기 유로(ML)에 흐르는 유체의 유량을 제2 측정 유량치 QP로서 산출하는 압력식 유량 산출부(34)로 구성되어 있다. 또한, 상기 압력식 유량 산출부(34)는 후술하는 연산부(C)의 연산 기능을 이용하여 구성하고 있으며, 제2 측정 유량치 QP를 이하의 식 2에 기초하여 산출하는 것이다.
QP=kP(P1 2－P2 2) … 식 2
여기서, QP：제2 측정 유량치 QP, kP：상기 유체 저항(33)에 의해 정해지는 압력으로부터 유량으로의 변환 계수, P1：상기 제1 압력 센서(31)로 측정되는 상기 유체 저항(33)의 상류측의 측정 압력치, P2：상기 제2 압력 센서(32)로 측정되는 상기 유체 저항(33)의 하류측의 측정 압력치이다.
다음으로 주로 소프트웨어의 구성에 대해서 설명한다.
상기 연산부(C)는 CPU, 메모리, 입출력 인터페이스, A／D, D／A 컨버터 등을 구비한 이른바 컴퓨터나 마이크로컴퓨터 등에 의해 그 기능이 실현되는 것으로서, 상기 메모리에 격납되어 있는 프로그램을 실행함으로써, 적어도 밸브 제어부(21), 안정 상태 판정부(4), 열식 유량 진단부(5), 밸브 인가 전압 기억부(6), 밸브 진단부(7)로서의 기능을 발휘하도록 구성되어 있다. 또한, 제1 실시 형태에 있어서의 진단 장치(200)는 상기 압력식 유량 센서(3), 상기 안정 상태 판정부(4), 상기 열식 유량 진단부(5), 상기 밸브 인가 전압 기억부(6), 상기 밸브 진단부(7)에 의해 구성되는 것이다.
각 부에 대해서 설명한다.
상기 밸브 제어부(21)는 상기 열식 유량 센서(1)로 측정되는 제1 측정 유량치 QT와 목표 유량치 Qr의 편차가 작아지도록 상기 유량 제어 밸브에 개도 제어 파라미터를 입력해 상기 유량 제어 밸브(2)의 개도를 제어하는 것이다. 본 실시 형태에서는, 상기 개도 제어 파라미터로서 인가 전압치가 선택되어 있다. 보다 구체적으로는, 상기 제1 측정 유량치 QT가 피드백되면, 상기 목표 유량치 Qr와의 편차가 산출되고, 그 편차에 따라서 상기 유량 제어 밸브(2)에 인가하는 전압을 변화시키는 것이다. 또한, 목표 유량치 Qr는 미리 지령치를 프로그램으로서 입력하는 것이어도 좋고, 외부 입력에 의해 축차(逐次) 입력되도록 하여도 상관없다. 제1 실시 형태에서는, 목표 유량치 Qr로서는 소정 시간 어느 일정한 값을 계속 유지하는 것을 목적으로 하여 스텝 입력 모양의 값이 상기 밸브 제어부(21)에 입력된다. 예를 들면, 프로세스 상태가 전환할 때마다 스텝 입력의 크기가 변경된다.
상기 안정 상태 판정부(4)는 상기 제1 측정 유량치 QT에 기초하여, 상기 유로(ML)를 흐르는 유체의 상태가 안정 상태인지 여부를 판정할지 여부를 판정하는 것이다. 보다 구체적으로는, 상기 안정 상태 판정부(4)는 도 2의 그래프에 도시된 바와 같이 제1 측정 유량치 QT와 상기 목표 유량치 Qr의 편차의 절대치가 소정치 이하인 상태가 소정 시간 이상 계속된 경우에 상기 유체의 상태가 안정 상태라고 판정하도록 구성되어 있다. 여기서, 유체의 상태가 안정 상태라고 하는 문언(文言)에 대해서 바꾸어 말해 두면, 상기 유로(ML)를 흐르는 유체의 유량, 압력 등과 같은 유량에 관련하는 파라미터가 시간 경과에 대해서 크게 변동하지 않고, 실질적으로 일정하게 되어 있는 상태라고도 바꾸어 말할 수 있다. 또 바꾸어 말하면, 유체가 안정되어 있다는 것은 상기 측정 유량치 QT, 측정되는 압력치의 양쪽 모두 또는 적어도 한쪽이 소정치의 범위 내에서, 소정 시간 계속해서 유지되고 있는 상태라고도 말할 수 있다. 또한, 상술한 소정치나, 소정 시간은 공장 출하시 등에 미리 정해 있어도 좋고, 유저가 적당히 설정하는 값이어도 좋다.
상기 열식 유량 진단부(5)는 청구항에 있어서의 제1 측정 유량 진단부에 상당하는 것으로, 상기 안정 상태 판정부(4)가 유체의 상태가 안정 상태라고 판정하고 있는 경우에, 상기 제2 측정 유량치 QP에 기초하여 상기 제1 측정 유량치 QT의 이상을 진단하는 것이다. 보다 구체적으로는, 상기 제1 측정 유량치 QT와 상기 제2 측정 유량치 QP의 차분의 절대치가 소정치 이상이 되어 있는 경우에는, 상기 제1 측정 유량치 QT에 이상이 발생해 있다고 진단하고, 소정치 이내이면 정상이라고 진단하는 것이다. 즉, 상기 제1 측정 유량치 QT와 상기 제2 측정 유량치 QP의 차분이 소정량 이상인 경우에는, 상기 열식 유량 센서(1)의 어디엔가 막힘이 생겨서 상기 제1 측정 유량치 QT가 올바른 값을 나타내지 않는다고, 상기 열식 유량 진단부(5)는 진단하도록 구성되어 있다.
상기 밸브 인가 전압 기억부(6)는 도 3에 나타내는 바와 같이 매스 플로우 컨트롤러(100)가 정상적으로 동작하고 있을 때에 있어서, 상기 유량 제어 밸브(2)에 인가되고 있던 전압을 기준 전압치 V0(청구항에서의 기준 개도 제어 파라미터에 상당)로서 기억하는 것이다. 보다 구체적으로는, 상기 밸브 인가 전압 기억부(6)는 유량 제어 밸브(2)보다도 상류측에 있어서의 유체의 공급 압력치 P0와, 상기 열식 유량 센서(1)에 있어서 측정되고 있던 제1 측정 유량치 QT의 조합(組合)마다, 기준 전압치 V0를 기억하고 있다.
상기 밸브 진단부(7)는 상기 열식 유량 진단부(5)에 있어서 상기 제1 측정 유량치 QT에 이상이 없다고 진단하고 있는 경우에, 상기 제1 측정 유량치 QT와, 상기 밸브 제어부(21)가 상기 유량 제어 밸브(2)에 현시점에 인가되고 있는 인가 전압치 V와, 상기 유량 제어 밸브(2)보다도 상류측에서 측정되는 압력인 공급 압력치 P0에 기초하여 상기 유량 제어 밸브(2)의 이상을 진단하도록 구성되어 있다. 또한, 제1 실시 형태에서는, 상기 공급 압력치 P0는 이 매스 플로우 컨트롤러(100)의 상류에 있어서 유체 공급구와 가스 패널 G를 통하여 접속되어 있는 배관상에 별도 마련된 공급 압력 측정 센서(PS)에 의해 측정되는 압력을 공급 압력치 P0로서 취득하도록 구성되어 있다. 보다 구체적으로는, 상기 밸브 진단부(7)는 현재 측정되고 있는 제1 측정 유량치 QT와 현재 측정되고 있는 공급 압력치 P0에 대응해, 매스 플로우 컨트롤러(100)에 이상이 생겨 있지 않은 경우에는 상기 유량 제어 밸브(2)에 인가될 것인 기준 전압치 V0를 상기 밸브 인가 전압 기억부(6)로부터 취득한다. 이때, 기억되어 있지 않은 기준 전압치 V0에 관해서는, 보간 연산 등에 의해 산출되는 값을 기준 전압치 V0로 한다. 상기 밸브 진단부(7)는 상기 기준 전압치 V0와 현재 유량 제어 밸브(2)에 인가되고 있는 인가 전압치 V의 차분을 취함으로써 비교하여, 이들의 차분의 절대치가 소정치 이상인 경우에는, 상기 유량 제어 밸브(2)에 막힘이 발생해, 이상이 발생해 있다고 진단하도록 구성되어 있다. 또한, 여기서 설명하고 있는 소정치에 관해서도, 허용할 수 있는 오차나 사용 상태 등에 따라서 유저가 적당히 설정하는 값이어도 상관없다.
이와 같이 구성된 매스 플로우 컨트롤러(100)에 있어서의, 유량 제어 밸브(2)의 진단시의 동작에 대해서 도 4의 순서도를 참조하면서 설명한다.
매스 플로우 컨트롤러(100)에 의해 제1 측정 유량치 QT와 일정한 유량을 나타내는 목표 유량치 Qr의 편차가 작아지도록 유량 제어가 개시되면(스텝 S1), 상기 안정 상태 판정부(4)는 상기 유로를 흐르는 유체의 상태가 안정 상태인지 여부의 판정을 개시한다(스텝 S2). 상기 안정 상태 판정부(4)는 상기 열식 유량 센서(1)로부터 출력되는 상기 제1 측정 유량치 QT와 목표 유량치 Qr의 편차가 소정치 이내인 상태가 소정 시간 이상 계속되고 있는 경우에(스텝 S3), 유체가 안정되어 있다고 판정한다(스텝 S4).
상기 안정 상태 판정부(4)에 있어서, 유체가 안정되어 있다고 판정되면, 상기 열식 유량 진단부(5)는 상기 제1 측정 유량치 QT와 상기 제2 측정 유량치 QP의 차분의 절대치가 소정치 이내인지 여부의 비교를 행하고(스텝 S5), 그 차분이 소정치보다도 큰 경우에는 열식 유량 센서(1)로부터 출력되는 제1 측정 유량치 QT에 이상이 있다고 진단한다(스텝 S6). 이 경우, 상기 밸브 진단부(7)는 유량 제어 밸브(2)의 진단을 행하지 않는다. 또, 상기 열식 유량 진단부(5)는 차분이 소정치보다도 작은 경우에는, 상기 제1 측정 유량치 QT에는 이상이 없다고 진단한다(스텝 S7).
상기 밸브 진단부(7)는 상기 제1 측정 유량치 QT에 이상이 없다고 진단되면, 현재 측정되고 있는 상기 제1 측정 유량치 QT와 상기 공급 압력 측정 센서(PS)에 의해 측정되는 공급 압력치 P0에 기초하여, 상기 밸브 인가 전압 기억부(6)로부터 정상시에 있어서 상기 유량 제어 밸브(2)에 인가될 것인 기준 전압치 V0를 취득한다(스텝 S8). 그리고 상기 밸브 진단부(7)는 취득된 기준 전압치 V0와, 현재 상기 유량 제어 밸브(2)에 인가되고 있는 인가 전압치 V를 비교하여(스텝 S9), 각 전압치의 차분의 절대치가 소정치 이내이면 상기 유량 제어 밸브(2)에 막힘은 존재하지 않는다고 진단한다(스텝 S10). 반대로, 각 전압치의 차분의 절대치가 소정치보다도 큰 경우에는, 상기 밸브 진단부(7)는 상기 유량 제어 밸브(2)에 막힘 등의 이상이 허용할 수 있는 것 이상으로 발생해 있다고 진단한다(스텝 S11).
이와 같이 구성된 매스 플로우 컨트롤러(100) 및 진단 장치(200)에 의하면, 우선, 상기 열식 유량 센서(1)로 측정되는 제1 측정 유량치 QT가 올바른지 여부를, 상기 압력식 유량 센서(3)로 측정되는 제2 측정 유량치 QP와 비교하여 진단하고, 제1 측정 유량치 QT가 올바른 경우에만 상기 유량 제어 밸브(2)의 진단을 상기 밸브 진단부(7)가 행하도록 구성되어 있으므로, 상기 유량 제어 밸브(2)의 진단 결과에 대해서 높은 신뢰성을 갖게 할 수 있다. 바꾸어 말하면, 상기 제1 측정 유량치 QT가 올바른 값이 아님에도 불구하고, 상기 유량 제어 밸브(2)의 진단을 행하는 일이 없어져, 확실하게 상기 유량 제어 밸브(2)에 막힘 등이 생겨 있는 것과, 상기 열식 유량 센서(1)에 막힘 등이 생겨 있는 것을 분리하여 진단할 수 있게 된다.
제1 실시 형태의 매스 플로우 컨트롤러(100)의 변형 실시 형태에 대해서 설명하면, 상기 안정 상태 판정부(4)에 이용되는 측정 유량치는 제1 측정 유량치 QT가 아니고, 제2 측정 유량치 QP여도 상관없다. 또, 상기 밸브 인가 전압 기억부(6)에 미리 정상시에 있어서 유량 제어 밸브(2)에 인가되고 있던 인가 전압을 기억시켜 두고, 상기 밸브 진단부(7)가 진단시에 그러한 값을 참조하도록 구성하는 것이 아니라, 예를 들면, 상기 밸브 진단부(7)가 제1 측정 유량치 QT와 공급 압력치 P0로부터 정상시에 인가해야 할 인가 전압을 소정의 관계식에 기초하여 기준 전압치 V0로서 산출하여, 현재 인가되고 있는 인가 전압과 비교함으로써 진단을 행하도록 구성해도 상관없다. 또한, 밸브 진단부(7)는 상기 유량 제어 밸브(2)에 현재 인가되고 있는 전압치와, 공급 압력치 및 제1 측정 유량치라고 하는 조건이 동일한 경우의 정상시에 인가되고 있던 기준 전압치를 비교함으로써 유량 제어 밸브(2)의 진단을 행하고 있었지만, 예를 들면, 현재 측정되고 있는 제1 측정 유량치와, 공급 압력치 및 인가 전압치라고 하는 조건이 동일하게 정상시에 측정되고 있던 제1 측정 유량치를 비교함으로써 진단을 행하도록 구성해도 상관없다. 또, 현재의 공급 압력치와, 인가 전압치 및 제1 측정 유량치라고 한 조건이 동일하게 정상시에 있어서 측정되고 있던 공급 압력치를 비교함으로써 유량 제어 밸브의 진단을 행해도 상관없다. 즉, 2개의 파라미터마다 테이블로서 기억해 두는 것은, 인가 전압치, 제1 측정 유량치, 공급 압력치 중 어느 것이어도 상관하지 않고, 비교를 행하는 것 이외의 2개의 파라미터는 조건을 모으기 위한 검색에 이용하도록 하면 좋다.
다음으로 본 발명의 제2 실시 형태에 대해서 설명한다. 또한, 제1 실시 형태와 공통되는 부재에는 동일한 부호를 부여하는 것으로 한다.
제2 실시 형태의 매스 플로우 컨트롤러(100)는 도 5에 도시된 바와 같이 제1 실시 형태의 매스 플로우 컨트롤러(100)에 상기 유량 제어 밸브(2)의 상류측의 압력인 유체의 공급 압력치 P0를 측정하기 위한 공급 압력 측정 센서(PS)와, 상기 압력식 유량 센서(3)로 측정되는 제2 측정 유량치 QP의 이상을 진단하는 압력식 유량 진단부(8)를 추가로 구비한 것이다. 또, 상기 열식 유량 진단부(5)는 상기 압력식 유량 진단부(8)에 있어서 제2 측정 유량치 QP에 이상이 없다고 진단된 경우에만, 제1 측정 유량치 QT와 제2 측정 유량치 QP를 비교하여 진단을 개시하도록 구성되어 있다. 또한, 열식 유량 진단부(5)에 있어서, 제1 측정 유량치 QT에 이상이 없다고 진단된 경우에, 상기 밸브 진단부(7)는 상기 유량 제어 밸브(2)의 진단을 행하도록 하고 있다.
각 부에 대해서 설명한다.
상기 공급 압력 측정 센서(PS)는 상기 밸브 진단부(7)에 있어서 밸브의 진단을 행할 때에 사용되는 공급 압력치 P0를 외부로부터 취득하는 일 없이, 매스 플로우 컨트롤러(100) 내에서 측정하는 것을 가능하게 하기 위해서 마련해 있다.
상기 압력식 유량 진단부(8)는 청구항에서의 제2 측정 유량 진단부에 상당하는 것으로, 압력식 유량 센서(3)의 상류측을 완전하게 폐지(閉止)하고, 새로운 유체의 유입을 없게 한 상태에서 소정 시간 내에 상기 압력식 유량 센서(3)를 통과하는 유체의 유량에 기초하여 제2 측정 유량치 QP에 이상이 없는지 진단하는 것이다. 이 압력식 유량 진단부(8)는 상기 열식 유량 진단부(5)와는 달리, 다른 센서나 측정 기구로 측정되는 측정치를 필요로 하지 않고, 자신을 구성하는 상기 압력식 유량 센서(3)로부터 출력되는 측정치만으로 자기 진단할 수 있도록 구성되어 있다. 보다 구체적으로는, 상기 압력식 유량 진단부(8)는 도 6에 도시된 바와 같이 제1 압력 센서(31)로 측정되는 압력이 제1 소정 압력으로 되고 나서, 제1 소정 압력보다도 낮은 압력인 제2 소정 압력으로 될 때까지의 소정 시간 중에 유로(ML)의 유량 제어 밸브(2)로부터 유체 저항(33)까지의 기준 체적을 진단 파라미터로서 이상을 진단하는 것이다. 상기 압력식 유량 진단부(8)는 예를 들면, 정상시에 있어서 측정된 진단 파라미터를 기준 파라미터로 하여, 새로 진단을 행했을 때의 진단 파라미터와 기준 파라미터가 다른 경우에 이상이 있다고 진단하도록 구성되어 있다. 또, 상기 진단 파라미터와 기준 파라미터의 차가 소정치 이내이면 이상은 없다고 진단하도록 구성되어 있다.
또한, 상술한 기준 체적은 이하와 같이 하여 산출할 수 있다.
즉, 제1 압력 센서(31)로 측정되는 압력이 제1 소정 압력 P11로 된 시각 t1 및, 제2 소정 압력 P12로 된 시각 t2에 있어서, 상기 기준 체적 V에 대해서 기체의 상태 방정식을 세우면 이하와 같이 된다.
P11V=n1RT … 식 3
P12V=n2RT … 식 4
여기서, n1：시각 t1에 있어서 기준 체적 V 내에 있던 유체의 mol수(數), n2：시각 t2에 있어서 기준 체적 V 내에 있던 유체의 mol수, R：기체 정수, T：유체의 온도이다.
식 3, 식 4를 각변 끼리 뺄셈하면,
(P11－P12)V=(n1－n2)RT … 식 5
가 된다.
여기서, n1－n2는 유출한 유량분(流量分)의 mol수이기 때문에, 압력식 유량 센서로 측정되고 있는 제2 측정 유량치 QP를 사용하여 이하와 같이 나타낼 수 있다.
(n1－n2)=(∫Qpdt)／M(t1로부터 t2까지 적분) … 식 6
여기서, M：유체의 분자량이다.
따라서 기준 체적 V는 압력식 유량 센서로 측정되는 제2 측정 유량치 QP로 나타낼 수 있으며, 정상시에 산출된 기준 체적 V0와, 진단을 행했을 때의 제2 측정 유량치 QP에 의해 산출된 기준 체적 V를 비교하여, 이들의 값이 달라져 있으면 제2 측정 유량치 QP에 이상이 있는 것을 진단할 수 있다.
또한, 제2 유량 측정 기구의 자기 진단 방법으로서는, 상술한 방법으로 한정되는 것이 아니고, 압력 센서로 측정되는 압력치가 어느 압력으로부터 다른 압력이 될 때까지의 시간을 진단 파라미터로서 진단하는 방법이나, 매스 플로우 컨트롤러(100)의 하류측은 폐지하고, 유입해 오는 유체에 기초하여 진단하는 방법 등 다양한 방법을 이용해도 상관없다.
이와 같이 제2 실시 형태의 매스 플로우 컨트롤러(100)에 의하면, 우선, 상기 압력식 유량 진단부(8)가 압력식 유량 센서(3)로 측정되고 있는 제2 측정 유량치 QP에 이상이 생겨 있지 않은지 여부를 진단하고 나서, 제1 측정 유량치 QT의 진단을 행하도록 하고 있으므로, 상기 제1 측정 유량치 QT의 진단 기준으로서의 제2 측정 유량치 QP의 신뢰성을 높일 수 있고, 나아가서는 제1 측정 유량치 QT의 신뢰성을 보다 높일 수 있다. 따라서 상기 밸브 진단부(7)에 있어서 제1 측정 유량치 QT를 이용해 진단된 유량 제어 밸브(2)의 진단 결과에 대해서도 보다 정확도가 높은 것으로 할 수 있다.
제2 실시 형태의 변형 실시 형태에 대해서 설명한다. 예를 들면, 상기 압력식 유량 진단부(8)의 진단시에 있어서, 상기 압력식 유량 센서(3)의 상류에 있는 임의의 밸브를 폐지함으로써, 진단을 행하도록 하여도 상관없다. 또, 압력식 유량 센서(3)의 하류측에 있는 임의의 밸브 등을 폐지함으로써 생기는 압력 변화를 트리거(trigger)로 하여, 진단을 행하도록 하여도 상관없다. 보다 구체적으로는, 상기 압력식 유량 진단부(8)는 제1 압력으로 되고 나서, 제1 압력보다도 높은 압력인 제2 압력으로 될 때까지의 시간에, 압력식 유량 센서(3)를 통과하는 유량의 적분치에 기초하여 진단을 행하도록 하여도 상관없다.
그 외의 실시 형태에 대해서 설명한다.
본 발명을 적용한 유량 제어 장치는 매스 플로우 컨트롤러 등의 패키지화된 것뿐만이 아니고, 각 유체 제어 기기를 따로 따로 장착하는 것에 의해 구성한 것이어도 상관없다. 또, 기존의 매스 플로우 컨트롤러에 진단 기능을 부가할 수 있도록, 안정 상태 판정부, 제1 측정 유량 진단부, 밸브 진단부, 밸브 인가 전압 기억부, 제2 측정 유량 진단부 등으로 이루어진 프로그램을 기록 매체 등으로부터 연산부 등에 인스톨해도 상관없다. 상기 매스 플로우 컨트롤러에 마련되는 열식 유량 센서, 유량 제어 밸브, 압력식 유량 센서가 상류로부터 늘어서 있는 순서는 어떠한 차례여도 상관없다. 예를 들면, 열식 유량 센서, 압력식 유량 센서, 유량 제어 밸브의 차례로 나란히 있는 경우에는, 상기 밸브 진단부에 있어서 진단을 행할 때에 이용하는 공급 압력치를 제2 압력 센서로 측정한 값을 이용할 수 있다. 또한, 밸브 진단부가 유량 제어 밸브의 진단을 위해서 이용하는 개도 제어 파라미터는, 상기 실시 형태에서 제시한 인가 전압치에 한정되는 것이 아니고, 인가 전류치, PWM 신호의 펄스폭 등 상기 유량 제어 밸브의 개도를 변경하기 위해서, 목표 유량치와 측정 유량치의 편차에 따라 정해져 입력되는 파라미터이면 어느 것이라도 좋다. 더하여, 상기 안정 상태 판정부를 생략하고, 상기 압력 산출부가 상기 유체의 상태에 관련되지 않고, 산출 압력치를 산출함과 아울러, 상기 이상 진단부가 이상 진단을 행하도록 유량 제어 장치 및 진단 장치를 구성해도 좋다. 또한, 밸브 진단부는 유량 제어 밸브의 하류측의 압력인 밸브 하류 압력치를 추가로 이용하여 진단을 행하는 것이어도 좋다. 보다 구체적으로는, 상기 밸브 진단부가 상기 유량 제어 밸브의 상류측의 압력인 공급 압력치와 상기 밸브 하류 압력치의 차분(差分), 즉, 유량 제어 밸브의 전후에 있어서의 차압(差壓)과, 상기 개도 제어 파라미터와, 상기 측정 유량치 등에 기초하여 진단을 행하도록 하면, 유량 제어 밸브의 전후에 있어서의 유체의 흐르기 쉬움의 상태를 보다 정확하게 가미(加味)하여 진단을 행할 수 있으므로, 밸브 진단도 정밀도 좋게 행할 수 있게 된다. 또한, 상기 밸브 하류측 압력치는 매스 플로우 컨트롤러 내에 마련된 압력 센서로 측정해도 좋고, 매스 플로우 컨트롤러의 하류에서 접속된 배관상에 마련되어 있는 압력 센서로 측정되는 값을 이용해도 좋다.
제1 유량 측정 기구, 유체 측정 기구(제2 유량 측정 기구)로서는, 실시 형태에 있어서 예시한 열식 유량 센서, 압력식 유량 센서에 한정할 수 있는 것이 아니고, 예를 들면, 제1 유량 측정 기구가 압력식 유량 센서이고, 유체 측정 기구가 열식 유량 센서여도 괜찮다. 또, 제1 유량 측정 기구 및 제2 유량 측정 기구가 동일한 측정 원리로 측정하는 것이어도 상관없다.
또, 상기 각 실시 형태에서는, 유체 측정 기구는 유량을 측정하는 것이었지만, 압력을 측정하는 것이어도 상관하지 않고, 상기 제1 측정 유량 진단부는 상기 유체 측정 기구로 측정되는 측정 압력치에 기초하여 상기 제1 측정 유량치의 이상을 진단하도록 구성하고 있어도 상관없다.
보다 구체적으로는, 상기 유체 측정 기구가 압력식 유량 센서를 구성하는 유체 저항의 하류측에 마련되는 제2 압력 센서를 생략한 형태의 것이어도 좋다. 바꾸어 말하면, 상기 유체 측정 기구가 유로에 마련된 유체 저항과, 상기 유체 저항의 상류측 또는 하류측 중 어느 한쪽에 마련된 압력 센서로 이루어진 것이어도 좋다.
이하에서는, 상기 유체 측정 기구가 유체 저항의 상류측 또는 하류측 중 어느 한쪽에만 압력 센서가 마련되어 있는 경우에 있어서의, 상기 제1 측정 유량 진단부가 유체 측정 기구로 측정되는 측정 압력치에 기초하여 제1 측정 유량치의 이상을 진단하기 위한 구성에 대해서 상술한다.
우선, 상기 유체 측정 기구로 측정되는 측정 압력치에 기초하여, 제1 측정 유량치와는 별도로 유체의 유량을 산출하고, 산출된 산출 유량치와 제1 측정 유량치를 비교함으로써, 제1 측정 유량치의 이상 진단을 행하도록 구성된 제1 측정 유량 진단부에 대해서 설명한다.
상기 제1 측정 유량 진단부는, 예를 들면 제1 측정 유량치가 정상적인 동안에 있어서, 상기 압력 센서가 마련되어 있지 않은 측(타방측)의 압력치를 산출해 두고, 상기 압력 센서로 측정되는 측정 압력치와, 산출된 산출 압력치에 기초하여, 압력에 기초한 산출 유량치를 산출하도록 구성되어 있다.
보다 구체적으로는, 제1 측정 유량치가 정상적이면, 상술한 식 1에 기초하여 제1 유량 측정 기구로 측정되는 제1 측정 유량치와, 상술한 압력에 기초하여 식 2로 산출되는 유량은 동일해지므로, 상류측의 압력치 P1 또는 하류측의 압력치 P2 중 미지의 것을 산출할 수 있다. 이하에서는 압력치 P1가 측정되고 있는 값이며, 압력치 P2가 측정되고 있지 않은 값이라고 하여 설명을 진행한다.
상기 제1 측정 유량 진단부는 하류측의 압력치 P2가 산출 압력치로서 산출된 후는 이 값을 계속 유지시켜 두고, 압력 센서로 측정되는 측정 압력치 P1와 산출 압력치 P2를 상술한 식 2에 대입하면, 압력에 기초한 유량치인 산출 유량치를 축차 산출할 수 있다. 따라서 이 실시 형태에서는, 제1 측정 유량 진단부는 제1 측정 유량치와 제2 측정 유량치를 비교하는 대신에, 제1 측정 유량치와 산출 유량치를 비교하여, 이들의 차분의 절대치가 소정치 이상이 되었을 경우에 제1 측정 유량치에 이상이 생겨 있다고 진단할 수 있다.
다음으로, 제1 측정 유량 진단부가 압력 센서로 측정되는 측정 압력치 그 자체를 이용하여 제1 측정 압력치의 이상을 진단하도록 구성되어 있는 경우에 대해서 설명한다.
상기 제1 측정 유량 진단부는, 예를 들면, 상기 밸브 제어부 및 유량 제어 밸브에 의해 유량이 일정하게 되도록 제어되고 있고, 유체가 안정 상태로 된 시점에서의 상기 유체 측정 기구를 구성하는 압력 센서로 측정되는 압력치를 기준 압력치로서 기억해 둠과 아울러, 축차 측정되는 측정 압력치와 상기 기준 압력치의 차분이 소정치 이상으로 되었을 경우에 제1 측정 유량치에 이상이 생겼다고 진단하도록 구성되어 있다.
이상에서 제시된 것 같은 유체 측정 기구, 및 제1 측정 유량 진단부라도 유량을 직접 측정하는 일 없이, 측정 압력치만으로 제1 측정 유량치의 이상을 진단할 수 있다. 그리고 그 올바름을 보장할 수 있는 제1 측정 유량치에 기초하여, 유량 제어 밸브의 진단을 정밀도 좋게 행할 수 있다.
또, 상기 밸브 진단부의 진단으로는 제1 측정 유량치에 기초하여 유량 제어 밸브의 이상을 진단하고 있었지만, 상기 제1 측정 유량치와 거의 동일한 값을 나타내는 것이면, 어떠한 것을 이용해도 상관없다. 보다 구체적으로는, 제1 측정 유량치가 정상이라고 진단되고 있는 경우, 상기 유체 측정 기구인 압력식 유량 센서 등으로 측정되는 제2 측정 유량치도 거의 동일한 값을 나타내므로, 이 제2 측정 유량치를 대신 이용해도 좋다. 또한, 상술한 것과 같은 유체 측정 기구에 있어서 압력을 측정하는 구성의 경우에서도, 측정 압력치로부터 산출되는 산출 유량치도 제1 측정 유량치와 거의 동일한 값을 나타내므로, 이 산출 유량치를 이용해 유량 제어 밸브의 진단을 행해도 좋다. 바꾸어 말하면, 산출 유량치의 바탕이 되는 상기 유체 측정 기구로 측정되는 측정 압력치와, 개도 제어 파라미터와, 공급 압력치에 기초하여 상기 밸브 진단부가 유량 제어 밸브의 진단을 행하는 것이어도 좋다.
그 외, 본 발명의 취지에 반하지 않는 한에 있어서 다양한 실시 형태의 조합이나 변형을 행해도 상관없다.
본 발명의 유량 제어 장치, 유량 제어 장치에 이용되는 진단 장치 및 진단 프로그램이 기록된 기록 매체에 의하면, 우선, 유량 제어 밸브의 개도 제어를 위해서 이용되고 있는 제1 측정 유량치에 이상이 발생하고 있지 않은지 여부를 제2 측정 유량치 또는 측정 압력치에 기초하여 판정하고, 이상이 발생하고 있지 않은 것을 보장한 다음, 상기 유량 제어 밸브의 이상 진단을 행하도록 구성되어 있으므로, 상기 유량 제어 밸브의 이상을 높은 신뢰성의 바탕으로 진단할 수 있다.
100: 매스 플로우 컨트롤러(유량 제어 장치)
200: 진단 장치
1: 열식 유량 센서(제1 유량 측정 기구)
2: 유량 제어 밸브
21: 밸브 제어부
3: 압력식 유량 센서(유체 측정 기구)
4: 안정 상태 판정부
5: 열식 유량 진단부(제1 측정 유량 진단부)
7: 밸브 진단부
8: 압력식 유량 진단부(제2 측정 유량 진단부)

Claims (8)

  1. 유로(流路)를 흐르는 유체(流體)의 유량(流量)을 측정하는 제1 유량 측정 기구와,
    상기 유로상에 마련된 유량 제어 밸브와,
    상기 제1 유량 측정 기구로 측정되는 제1 측정 유량치와 목표 유량치의 편차(偏差)가 작아지도록, 상기 유량 제어 밸브에 개도 제어 파라미터를 입력하여 상기 유량 제어 밸브의 개도(開度)를 제어하는 밸브 제어부와,
    상기 유로를 흐르는 유체의 유량 또는 압력을 측정하는 유체 측정 기구와,
    상기 유체 측정 기구로 측정되는 제2 측정 유량치 또는 측정 압력치에 기초하여 상기 제1 측정 유량치의 이상을 진단하는 제1 측정 유량 진단부와,
    상기 제1 측정 유량 진단부가 상기 제1 측정 유량치에 이상이 없다고 진단하고 있는 경우에, 상기 제1 측정 유량치, 상기 제2 측정 유량치, 상기 측정 압력치 중 적어도 하나와, 상기 밸브 제어부가 상기 유량 제어 밸브에 입력하고 있는 개도 제어 파라미터와, 상기 유량 제어 밸브보다도 상류측에서 측정되는 압력인 공급 압력치에 기초하여, 상기 유량 제어 밸브의 이상(異常)을 진단하는 밸브 진단부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 유량 제어 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 측정 유량치 또는 상기 유체 측정 기구로 측정되는 제2 측정 유량치 또는 측정 압력치에 기초하여, 상기 유로를 흐르는 유체의 상태가 안정 상태인지 여부를 판정하는 안정 상태 판정부를 추가로 구비하고,
    제1 측정 유량 진단부가, 상기 안정 상태 판정부가 유체의 상태가 안정 상태라고 판정하고 있는 경우에 상기 제1 측정 유량치의 이상을 진단하도록 구성된 유량 제어 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 유량 측정 기구가 열식(熱式)유량 센서이고,
    상기 유체 측정 기구가 압력식 유량 센서인 유량 제어 장치.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 밸브 진단부가
    상기 유량 제어 밸브가 정상인 경우에 현재 측정되고 있는 상기 제1 측정 유량치 및 상기 공급 압력치와 동등의 조건에서 상기 밸브 제어부가 상기 유량 제어 밸브에 입력하고 있던 개도 제어 파라미터인 기준 개도 제어 파라미터와, 상기 밸브 제어부가 상기 유량 제어 밸브에 현재 입력하고 있는 개도 제어 파라미터를 비교하여 상기 유량 제어 밸브의 이상을 진단하도록 구성된 유량 제어 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 유체 측정 기구로 측정되는 제2 측정 유량치의 이상을 진단하는 제2 측정 유량 진단부를 추가로 구비한 유량 제어 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 유량 제어 밸브의 상류에 마련되어 상기 공급 압력치를 출력하는 공급 압력 측정 센서를 추가로 구비한 유량 제어 장치.
  7. 유로를 흐르는 유체의 유량을 측정하는 제1 유량 측정 기구와, 상기 유로상에 마련된 유량 제어 밸브와, 상기 제1 유량 측정 기구로 측정되는 제1 측정 유량치와 목표 유량치의 편차가 작아지도록, 상기 유량 제어 밸브에 개도 제어 파라미터를 입력하여 상기 유량 제어 밸브의 개도를 제어하는 밸브 제어부를 구비한 유량 제어 장치에 이용되는 진단 장치로서,
    상기 유로를 흐르는 유체의 유량 또는 압력을 측정하는 유체 측정 기구와,
    상기 유체 측정 기구로 측정되는 제2 측정 유량치 또는 측정 압력치에 기초하여 상기 제1 측정 유량치의 이상을 진단하는 제1 측정 유량 진단부와,
    상기 제1 측정 유량 진단부가 상기 제1 측정 유량치에 이상이 없다고 진단하고 있는 경우에, 상기 제1 측정 유량치, 상기 제2 측정 유량치, 상기 측정 압력치 중 적어도 하나와, 상기 밸브 제어부가 상기 유량 제어 밸브에 입력하고 있는 개도 제어 파라미터와, 상기 유량 제어 밸브보다도 상류측에서 측정되는 압력인 공급 압력치에 기초하여, 상기 유량 제어 밸브의 이상을 진단하는 밸브 진단부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 진단 장치.
  8. 유로를 흐르는 유체의 유량을 측정하는 제1 유량 측정 기구와, 상기 유로상에 마련된 유량 제어 밸브와, 상기 제1 유량 측정 기구로 측정되는 제1 측정 유량치와 목표 유량치의 편차가 작아지도록 상기 유량 제어 밸브에 개도 제어 파라미터를 입력하여 상기 유량 제어 밸브의 개도를 제어하는 밸브 제어부와, 상기 유로를 흐르는 유체의 유량 또는 압력을 측정하는 유체 측정 기구를 구비한 유량 제어 장치에 이용되는 진단용 프로그램이 기록된 기록 매체로서,
    상기 유체 측정 기구로 측정되는 제2 측정 유량치 또는 측정 압력치에 기초하여 상기 제1 측정 유량치의 이상을 진단하는 제1 측정 유량 진단부와,
    상기 제1 측정 유량 진단부가 상기 제1 측정 유량치에 이상이 없다고 진단하고 있는 경우에, 상기 제1 측정 유량치, 상기 제2 측정 유량치, 상기 측정 압력치 중 적어도 하나와, 상기 밸브 제어부가 상기 유량 제어 밸브에 입력하고 있는 개도 제어 파라미터와, 상기 유량 제어 밸브보다도 상류측에서 측정되는 압력인 공급 압력치에 기초하여, 상기 유량 제어 밸브의 이상을 진단하는 밸브 진단부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 진단용 프로그램이 기록된 기록 매체.
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