TW202102819A - 流量感測器及其修正裝置和修正方法、流量控制裝置、修正裝置用程式 - Google Patents

流量感測器及其修正裝置和修正方法、流量控制裝置、修正裝置用程式 Download PDF

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Abstract

本發明提供流量感測器的修正裝置，相比以往能改善實際的流量感測器的感測器輸出值(x)與流量值(y)之間的直線性的精度並能修正流量特性函數，其具備：靈敏度修正值函數儲存部(22)，儲存靈敏度修正值函數(m(x))，靈敏度修正值函數(m(x))根據從靈敏度係數設定為初始值的初始狀態的流量感測器(CM)輸出的感測器輸出值(x)，將至少一部分的靈敏度修正值(m)設定為不同的值；靈敏度設定部(23)，基於初始值及靈敏度修正值函數(m(x))設定靈敏度係數，並調整流量感測器(CM)的靈敏度；函數計算部(4)，基於根據從通過靈敏度修正值函數(m(x))修正了靈敏度的流量感測器輸出的流量值(y)而決定的函數修正值(n)以及標準流量特性函數(f(x))計算修正後流量特性函數(g(x))。

Description

流量感測器及其修正裝置和修正方法、流量控制裝置、修正裝置用程式
本發明涉及用於對在流量感測器中將感測器輸出值x轉換為流量值y的流量特性函數進行修正的流量感測器的修正裝置等。
例如，熱式流量感測器構成為能夠利用流量與從物體奪取的熱量之間存在規定的關係來測量流量。具體地說，在流道上設置兩個電阻元件作為感測器機構，以將各電阻元件的溫度保持為一定的方式控制電壓，根據此時的各電壓值計算與流量具有規定的關係的感測器輸出值x（參照專利文獻1）。
在此，為了從各感測器輸出值x換算為流量值y，使用將輸入設為感測器輸出值x且將輸出設為流量值y的流量特性函數。該流量特性函數受流量感測器的儀器誤差的影響，每個流量感測器具有固有的流量特性函數。因此，如果例如直接使用將多個流量感測器的感測器特性平均化而得到的標準流量特性函數f(x)，則會導致在計算出的流量值y與實際流動的流量值y之間產生誤差。因此，進行用於使標準流量特性函數f(x)接近實際的流量感測器的實際流量特性函數F(x)的修正。
例如，如圖6的（a）所示，標準流量特性函數f(x)在從零點到量程點之間實質上保持直線性（linearity）。
接著，如圖6的（b）所示，在實際的流量感測器中，將N2 等標準氣體以規定流量值流經的情況下的感測器輸出值x作為試樣值進行測量。對於規定流量值，例如設定前述標準流量特性函數f(x)的量程點處的量程流量值。此外，將前述試樣值輸入前述標準流量特性函數f(x)來對計算流量值進行計算，用函數修正值n乘以前述標準流量特性函數f(x)來計算斜率得到了調整的最終流量特性函數h(x)，前述函數修正值n是規定流量值除以計算流量值的值。
但是，如圖6的（c）所示，在實際的實際流量特性函數F(x)的直線性差的情況下，如果進行上述那樣的修正，則在從零點到量程點之間，變成前述最終流量特性函數h(x)輸出比實際的流量值y小的值的流量值y。即，變成在量程流量值以外產生流量誤差。
另外，當本發明人研究導致實際流量特性函數F(x)的直線性變差的原因時，認為是以下這樣的理由。即，如圖7的（a）所示，熱式流量感測器CM為了使流體流經感測器機構的細管P內，通過分流元件DE，使流體的一部分從旁路流道BL分流。如圖7的（b）所示，該分流元件DE是將形成有多個微小的孔DE1的薄板圓板DE2在軸向上層疊多個而形成的。這樣的微小的孔DE1例如通過刻蝕等加工方法製造，但是其大小難以在所有的孔都一致，無論怎樣都會在加工精度上產生偏差。此外，由於層疊有多個薄板圓板DE2，所以在以很好地消除加工精度的方式選擇了薄板圓板DE2的組合的情況下，流量感測器顯示接近前述標準流量特性函數f(x)的特性。另一方面，如果偶然選擇了加工精度差的多個薄板圓板DE2，則流量感測器CM的特性會產生較大的非直線性。
在這樣變成特性極差的熱式流量感測器的情況下，即使進行上述那樣的以往的用於接近實際流量特性函數F(x)的修正，也無法滿足例如作為熱式流量感測器的精度基準。因此，如果搭載特性差的分流元件DE，則會導致作為質量流量控制器整體的與流量調整有關的成品率變差。
『專利文獻』 《專利文獻1》：日本專利公開公報特開2013-134234號
本發明是鑒於上述的問題而做出的發明，本發明的目的在於提供一種能夠使實際的流量感測器的感測器輸出值x與流量值y之間的直線性的精度更好、且能夠修正流量特性函數的修正裝置。
本發明的修正裝置對流量感測器修正流量特性函數，前述流量感測器具備：感測器機構，輸出與流經流道的流體的流量對應的輸出訊號；感測器輸出計算部，基於前述輸出訊號表示的值以及靈敏度係數，計算感測器輸出值x；函數儲存部，儲存將輸入設為感測器輸出值x、將輸出設為流量值y的流量特性函數；以及流量計算部，基於由前述感測器輸出計算部計算出的感測器輸出值x以及流量特性函數計算流量值y，前述修正裝置的特徵在於具備：靈敏度修正值函數儲存部，儲存靈敏度修正值函數m(x)，前述靈敏度修正值函數m(x)根據從前述靈敏度係數設定為初始值的初始狀態的前述流量感測器輸出的感測器輸出值x，將至少一部分的靈敏度修正值m設定為不同的值；靈敏度設定部，基於初始值以及前述靈敏度修正值函數m(x)設定前述靈敏度係數，並調整前述流量感測器的靈敏度；函數計算部，基於函數修正值n以及標準流量特性函數f(x)計算修正後流量特性函數g(x)，前述函數修正值n根據從通過前述靈敏度修正值函數m(x)修正了靈敏度的前述流量感測器輸出的流量值y而決定；以及函數修正部，將由前述函數計算部計算出的修正後流量特性函數g(x)或者基於前述修正後流量特性函數g(x)的最終流量特性函數h(x)作為流量特性函數儲存於前述函數儲存部。
另外，本發明的修正方法對流量感測器修正流量特性函數，前述流量感測器具備：感測器機構，輸出與流經流道的流體的流量對應的輸出訊號；感測器輸出計算部，基於前述輸出訊號表示的值以及靈敏度係數，計算感測器輸出值x；函數儲存部，儲存將輸入設為感測器輸出值x、將輸出設為流量值y的流量特性函數；以及流量計算部，基於由前述感測器輸出計算部計算出的感測器輸出值x以及流量特性函數計算流量值y，前述修正方法的特徵在於包括：儲存靈敏度修正值函數m(x)，前述靈敏度修正值函數m(x)根據從前述靈敏度係數設定為初始值的初始狀態的前述流量感測器輸出的感測器輸出值x，將至少一部分的靈敏度修正值m設定為不同的值；基於初始值以及前述靈敏度修正值函數m(x)設定前述靈敏度係數，並調整前述流量感測器的靈敏度；基於函數修正值n以及標準流量特性函數f(x)計算修正後流量特性函數g(x)，前述函數修正值n根據從通過前述靈敏度修正值函數m(x)修正了靈敏度的前述流量感測器輸出的流量值y而決定；以及將由前述函數計算部計算出的修正後流量特性函數g(x)或者基於前述修正後流量特性函數g(x)的最終流量特性函數h(x)作為流量特性函數儲存於前述函數儲存部。
如果是這樣的方案，則在前述靈敏度係數設定為初始值的初始狀態的前述流量感測器的實際流量特性函數F(x)的直線性差的情況下，能夠基於根據感測器輸出值x將至少一部分的靈敏度修正值m設定為不同的值的靈敏度修正值函數m(x)，變更為直線性好的新的靈敏度調整後實際流量特性函數G(x)。因此，修正後流量特性函數g(x)能夠在大致整體上與靈敏度調整後實際流量特性函數G(x)一致，能夠橫跨感測器輸出值x的整個區域不發生流量誤差。
此外，通過使用靈敏度修正值函數m(x)，能夠針對每個感測器輸出值x設定不同的靈敏度係數，因此，例如能夠進行在誤差大的地方使靈敏度修正值m較大、在誤差小的地方使靈敏度修正值m較小的細緻的靈敏度修正。因此，即使是具有在不依賴於感測器輸出值x而以一定的比率修正靈敏度係數的情況下不能完全修正的特性的流量感測器，也能夠使其進入精度基準。其結果，能夠對流量特性函數進行修正並實現標準的精度，因此例如能夠提高作為組裝有流量感測器的流量控制裝置整體的與流量特性有關的調整的成品率。
在儲存有最終流量特性函數h(x)的修正後的流量感測器中，為了不發生感測器輸出值x或者流量值y較大地超過規定的量程的輸出，並且使靈敏度調整後實際流量特性函數G(x)的直線性變好而容易使修正後流量特性函數g(x)一致，優選的是，前述靈敏度修正值函數m(x)設定為感測器輸出值x越小、則前述靈敏度修正值m越大。
為了能夠基於實際的測量值設定與每個修正前的流量感測器的特性一致的前述靈敏度修正值函數m(x)，優選的是，前述修正裝置還具備：靈敏度調整用數據儲存部，儲存多組靈敏度調整用數據，前述靈敏度調整用數據由在前述流道中實際流動的靈敏度基準流量值F1、從與前述靈敏度基準流量值F1對應的初始狀態的前述流量感測器輸出的感測器輸出值x，以及從與前述靈敏度基準流量值F1對應的初始狀態的前述流量感測器輸出的流量值y亦即靈敏度調整前流量值S1的組所構成；以及修正函數輸出部，基於多組的靈敏度調整用數據，根據靈敏度基準流量值F1與流量值y之差計算與各感測器輸出值x對應的靈敏度修正值m，根據多組的感測器輸出值x以及靈敏度修正值m計算前述靈敏度修正值函數m(x)並儲存於前述靈敏度修正值函數儲存部。
為了使修正後流量特性函數g(x)在感測器輸出值x的量程整體與靈敏度調整後的實際流量特性函數G(x)一致，優選的是，前述修正裝置還具備量程調整用數據儲存部，前述量程調整用數據儲存部儲存量程調整用數據，前述量程調整用數據由在前述流道中實際流動的量程基準流量值F2以及從通過前述靈敏度修正值函數m(x)修正了靈敏度的前述流量感測器輸出的流量值y的組所構成，前述函數計算部基於前述量程調整用數據，將前述量程基準流量值F2除以前述流量值y而得到的值作為前述函數修正值n並乘以前述標準流量特性函數f(x)，計算修正後流量特性函數g(x)。
對於作為最重要的流量值y的量程流量值，為了從前述流量感測器沒有誤差地進行輸出，並進一步提高可靠性，優選的是，前述量程基準流量值F2是在前述流量感測器中設定的流量值y的量程。
當本發明人進行專心研究時首先發現了，因流經前述流道的流體的種類產生的測量誤差的大小與前述靈敏度修正值m相關。這樣，為了通過靈敏度修正對個別產生的因氣體種類的不同導致的誤差也能夠進行修正，優選的是，前述函數修正部具備：氣體種類修正值計算部，基於流體的導熱率λ以及規定的感測器輸出值x的靈敏度修正值m，計算氣體種類修正係數k；以及最終輸出部，將氣體種類修正係數k乘以前述修正後流量特性函數g(x)來計算前述最終流量特性函數h(x)，並將前述最終流量特性函數h(x)儲存於前述函數儲存部。
作為為了能夠以省略在個別的流量感測器中實際使前述流體流動來得到實際測量值而得到氣體種類修正係數k這樣的作業的方式從已知的值計算根據氣體種類的不同進行修正的具體的實施方式，可以舉出：前述氣體種類修正值計算部計算規定的感測器輸出值x的靈敏度修正值m的函數亦即斜率a(m)，並基於以下公式計算氣體種類修正係數k， k＝a(m)×（1/λ）^（1/2）+b
在此，λ是在前述流道中流動的流體的導熱率，b是規定的截距。
如果是以通過本發明的修正裝置，基於儲存的前述最終流量特性函數h(x)輸出流量值y的方式構成的流量感測器，則能夠在感測器輸出值x的量程整個區域降低流量誤差，並輸出正確的流量值y。其結果，例如能夠提高作為組裝有流量感測器的流量控制裝置整體的與流量特性有關的調整的成品率。
如果是具備本發明的流量感測器的流量控制裝置，則能夠使感測器輸出值x的量程中的流量控制精度非常高。
為了能夠通過更新在已有的修正裝置中使用的程式來享受與本發明的修正裝置相同的效果，只要採用修正裝置用程式即可，前述修正裝置用程式對流量感測器修正流量特性函數，前述流量感測器具備：感測器機構，輸出與流經流道的流體的流量對應的輸出訊號；感測器輸出計算部，基於前述輸出訊號表示的值以及靈敏度係數，計算感測器輸出值x；函數儲存部，儲存將輸入設為感測器輸出值x、將輸出設為流量值y的流量特性函數；以及流量計算部，基於由前述感測器輸出計算部計算出的感測器輸出值x以及流量特性函數計算流量值y，前述修正裝置用程式的特徵在於前述修正裝置用程式使計算機發揮作為靈敏度修正值函數儲存部、靈敏度設定部、函數計算部以及函數修正部的功能，前述靈敏度修正值函數儲存部儲存靈敏度修正值函數m(x)，前述靈敏度修正值函數m(x)根據從前述靈敏度係數設定為初始值的初始狀態的前述流量感測器輸出的感測器輸出值x，將至少一部分的靈敏度修正值m設定為不同的值，前述靈敏度設定部基於初始值以及前述靈敏度修正值函數m(x)設定前述靈敏度係數，並調整前述流量感測器的靈敏度，前述函數計算部基於函數修正值n以及標準流量特性函數f(x)計算修正後流量特性函數g(x)，前述函數修正值n根據從通過前述靈敏度修正值函數m(x)修正了靈敏度的前述流量感測器輸出的流量值y而決定，前述函數修正部將由前述函數計算部計算出的修正後流量特性函數g(x)或者基於前述修正後流量特性函數g(x)的最終流量特性函數h(x)作為流量特性函數儲存於前述函數儲存部。
另外，修正裝置用程式可以是電子發佈的程式，也可以是儲存於CD、DVD、HDD、快閃記憶體等程式儲存媒體的程式。
這樣，按照本發明的流量感測器的修正裝置，例如能夠通過前述靈敏度修正值函數m(x)對初始狀態的直線性差的實際流量特性函數F(x)按每個感測器流量值x細緻地進行靈敏度調整。其結果，能夠成為直線性非常好的靈敏度調整後的實際流量特性函數G(x)，能夠基於標準流量特性函數f(x)以及函數修正值n使修正後流量特性函數g(x)與該函數G(x)一致，因此能夠橫跨感測器輸出值x的量程的大致整個區域降低流量誤差。另外，通過使用前述靈敏度修正值函數m(x)，對於如果是以往則不能修正的流量感測器也能夠進行修正，例如，能夠提高作為組裝有流量感測器的流量控制裝置整體的與流量特性有關的調整的成品率。
參照圖式，對本發明的一個實施方式進行說明。
如圖1所示，本實施方式的流量修正裝置100例如用於針對熱式流量感測器進行在工廠出貨時反映儀器誤差並在感測器輸出值x的量程整體中降低流量誤差的修正。
在此，成為修正對象的熱式流量感測器構成熱式質量流量控制器MFC的一部分。即，質量流量控制器MFC如圖1所示具備：閥V，針對流道CH設置；流量感測器CM，測量流道內的流量；以及閥控制部VC，基於來自流量感測器CM的輸出，控制閥V的開度，這些部分通過一個箱體而整合。
對成為修正對象的流量感測器CM的細節進行說明。
如圖1所示，該流量感測器CM包括：感測器機構M1，根據流經流道CH的流體的流量，輸出輸出訊號；以及計算部CAL，基於來自感測器機構M1的輸出，進行流量的計算。
感測器機構M1包括：U形的細管，設置成從流體流動的流道分流並再次合流；以及一對電阻線Ru、Rd，纏繞在細管上。各電阻線Ru、Rd與恆溫電路（未圖示）連接，以使其溫度成為一定溫度。因為流經細管內的流體，熱量從上游側的電阻線Ru被帶到下游側的電阻線Rd，所以施加給上游側的電阻線Ru的上游側電壓變成比施加給下游側的電阻線Rd的下游側電壓更高的值。上游側電壓和下游側電壓之差因為與流體的流量具有規定的關係，因此基於這些值，在計算部CAL中計算流量。在該實施方式中，感測器機構M1基於上游側電壓以及下游側電壓，輸出表示如下的計算值FI的值的輸出訊號。 FI=(Vu-Vd)/(Vu+Vd)
在此，FI是感測器機構M1的輸出訊號表示的值，Vu是上游側電壓，Vd是下游側電壓。
計算部CAL例如是具備CPU、儲存器、A/D轉換器、D/A轉換器等的計算機，通過執行儲存於儲存器的流量計算用程式，使各設備協作，至少實現作為感測器輸出計算部M2、函數儲存部M3、流量計算部M4的功能。
感測器輸出計算部M2基於從感測器機構M1輸出的輸出訊號表示的值以及設定的靈敏度係數，計算感測器輸出值x。更具體地說，感測器輸出計算部M2構成為將設定的靈敏度係數amp乘以感測器機構M1的輸出訊號表示的值FI。另外，靈敏度係數amp作為初始值設定為（100%）。另外，在此所說的初始值是在通過本實施方式的流量修正裝置100進行流量感測器CM的流量誤差的修正之前的狀態下在流量感測器CM臨時設定的值。
即，感測器輸出計算部M2進行如下計算。 x=FI×amp
在此，x是感測器輸出值，FI是感測器機構M1的輸出訊號表示的值，amp是靈敏度係數。在該實施方式中，amp不是固定值，可以根據amp設定為1的初始狀態的感測器輸出x亦即FI的值，將amp設定為不同的值。
函數儲存部M3儲存將輸入設為感測器輸出值x、將輸出設為流量值y的預定的流量特性函數。另外，在本實施方式中，在函數儲存部M3中將標準流量特性函數f(x)作為默認的流量特性函數儲存。該標準流量特性函數f(x)是在與成為修正對象的熱式流量感測器具有相同構成的多個流量感測器中實際測量感測器輸出值x與流量值y之間的關係並將分別製作的流量特性函數平均化而得到的。即，標準流量特性函數f(x)是將在各熱式流量感測器發生的偶然產生的儀器誤差平均化而得到的。
流量計算部M4構成為根據在感測器輸出計算部M2中計算出的感測器輸出值x與在該時點儲存於函數儲存部M3的流量特性函數，計算流量值y。
接著，對由閥控制部VC進行的質量流量控制器MFC的流量控制進行說明。
閥控制部VC構成為在兩種反饋控制之間進行切換。即，閥控制部VC能夠執行將感測器輸出值x進行反饋的感測器輸出值控制以及將流量值y進行反饋的流量值控制這兩種中的任意一種。感測器輸出值控制是主要為了得到由修正裝置100進行修正所必要的值而使用的模式。在該模式下，以使作為目標值賦予的目標感測器輸出值x與從感測器輸出計算部M2輸出的感測器輸出值x的偏差變小的方式對閥V的開度進行控制。另一方面，流量值控制是主要為了實際的流量控制而使用的模式。在該模式下，以使作為目標值賦予的目標流量值與從流量計算部M4輸出的流量值的偏差變小的方式對閥V的開度進行控制。
另外，當修正裝置100對成為修正對象的熱式流量感測器CM進行修正時，在質量流量控制器MFC的上游側或者下游側設置成為基準的基準流量感測器BM。該基準流量感測器BM是以規定的精度保證其輸出的值的例如壓力式的流量感測器。即，修正裝置100基於從作為修正對象的熱式流量感測器輸出的感測器輸出值x、流量值y以及成為基準的基準流量感測器BM表示的流量值y，修正作為修正對象的熱式流量感測器CM。
接著，對修正裝置100的細節進行說明。以下將在修正對象的流量感測器CM中的函數儲存部M3中作為數學式最初設定的流量特性函數記載為標準流量特性函數f(x)，使其區別於修正對象的流量感測器CM本來具備的實際的流量特性函數亦即靈敏度調整之前的實際流量特性函數F(x)和靈敏度調整之後的實際流量特性函數G(x)。另外，靈敏度調整之前的實際流量特性函數F(x)和靈敏度調整之後的G(x)是未知的函數，反映了每個修正對象的流量感測器CM的儀器誤差。由該修正裝置100進行修正的目的在於使在修正對象的流量感測器CM中設定的標準流量特性函數f(x)接近靈敏度調整後的實際流量特性函數G(x)。本實施方式的該修正首先通過變更在感測器輸出計算部M2中設定的靈敏度係數來改善實際的流量特性函數F(x)的直線性。此後，進行修正，以使標準流量特性函數f(x)與靈敏度調整後的實際流量特性函數G(x)一致。
更具體地說，修正裝置100例如在具備CPU、儲存器、輸入輸出裝置等的計算機中，執行儲存在儲存器中的修正裝置用程式，使各種設備協作，由此實現其功能。
即，修正裝置100至少發揮作為靈敏度調整用數據儲存部1、修正函數輸出部21、靈敏度修正值函數儲存部22、靈敏度設定部23、量程調整用數據儲存部3、函數計算部4，以及函數修正部5的功能。
對於各部的細節，與利用修正裝置100的修正方法一起進行說明。另外，為了修正，在從修正對象的流量感測器CM得到流量值y時在流道中流動的流體例如是氮氣等標準氣體。
另外，作為前提，標準流量特性函數f(x)如圖2的（a）所示是在感測器輸出值x的量程內確保為大致直線性的函數。
對於這樣的標準流量特性函數f(x)，初始狀態的實際流量特性函數F(x)有時存在直線性差、例如與各感測器輸出值x對應的流量值y變大的情況。以下基於初始狀態的實際流量特性函數F(x)是相對於標準流量特性函數f(x)向上側凸出的函數的情況進行說明。
首先，利用感測器輸出值x的反饋控制使質量流量控制器MFC動作，以從初始狀態的修正對象的流量感測器CM輸出目標感測器輸出值x的方式進行流量控制。在此，以作為目標感測器流量值y相對於量程得到x1 、x2 、x3 的多個感測器輸出值x的方式進行流量控制。此時，在流道CH中實際流動的各個流量值由基準流量感測器BM測量，作為靈敏度基準流量值F1（F1（x1 ），F1（x2 ），F1（x3 ））儲存到靈敏度調整用數據儲存部1中。另外，在流道CH中分別以靈敏度基準流量值F1（F1（x1 ），F1（x2 ），F1（x3 ））流動時從作為修正對象的流量感測器CM輸出的流量值y作為靈敏度調整前流量值S1（S1（x1 ），S1（x2 ），S1（x3 ））也儲存到靈敏度調整用數據儲存部1中。具體地說，靈敏度調整用數據儲存部1將從流量感測器CM得到的感測器輸出值x和靈敏度調整前流量值S1與從基準流量感測器BM得到的靈敏度基準流量值F1作為分別以它們為組的多個靈敏度調整用數據而儲存。
換句話說，在靈敏度調整用數據儲存部1中儲存如圖2的（a）所示針對靈敏度調整前的實際流量特性函數F(x)上的多個點，以及標準流量特性函數f(x)上的對應的多個點測量到的值。
靈敏度設定部23將修正對象的流量感測器CM的靈敏度係數設定為在初始值上乘以靈敏度修正值m的狀態，調整流量感測器CM的靈敏度。在該實施方式中，靈敏度設定部23設定為根據感測器輸出值x分別乘以不同的靈敏度修正值m的狀態。
更具體地說，修正函數輸出部21根據靈敏度基準流量值F1與靈敏度調整前流量值S1之差，對各靈敏度調整用數據計算靈敏度修正值m。例如，差越大，計算出越大值的靈敏度修正值m。該差與靈敏度修正值m之間的關係是由例如實驗決定。在該實施方式中，如圖3的圖所示，根據與三個感測器輸出值x對應計算出的三個靈敏度修正值m，通過利用二次函數的線性插值來計算靈敏度修正值函數m(x)。修正函數輸出部21將計算出的靈敏度修正值函數m(x)儲存到靈敏度修正值函數儲存部22中。靈敏度設定部23使用該靈敏度修正函數m(x)，以乘以與各感測器輸出x對應的靈敏度修正值m的方式變更修正對象的流量感測器CM的靈敏度係數。
如圖2的（b）所示，初始狀態的實際流量特性函數F(x)變成在感測器輸出值軸方向上針對每個感測器輸出值x成為m(x)倍的靈敏度調整後狀態的實際流量特性函數G(x)。
在該例子中，直線性差的初始狀態的實際流量特性函數F(x)在感測器輸出值軸方向上擴大，其每單位感測器輸出值x的流量值y的增加量變小。在此，由於分別分開設定與各感測器輸出x對應的靈敏度修正值m，所以靈敏度調整後的實際流量特性函數G(x)與初始狀態的實際流量特性函數F(x)相比較，成為直線性得到了改善的函數。另一方面，對於標準流量特性函數f(x)，即使靈敏度係數變更了，其圖的形狀也不變化而保持最初的狀態。因此，利用靈敏度修正值函數m(x)調整了靈敏度後的實際流量特性函數G(x)的直線性變成與標準流量特性函數f(x)的直線性大致相同。
接著，進一步對靈敏度調整後狀態的修正對象的流量感測器CM的修正步驟進行說明。
如圖4的（a）所示，這次通過靈敏度調整後的質量流量控制器MFC，以使感測器輸出值x成為100%的方式進行流量控制，將此時由基準流量感測器BM測量的流量亦即量程基準流量值F2，以及從靈敏度調整後狀態的修正對象的流量感測器CM輸出的流量值y亦即靈敏度調整後流量值S2儲存到量程調整用數據儲存部3中。使用這兩個流量值，對標準流量特性函數f(x)進行y軸方向上的擴大縮小。換句話說，以使標準流量特性函數f(x)在感測器輸出值x的量程內與靈敏度調整後狀態的實際流量特性函數G(x)大致一致的方式進行量程修正。
更具體地說，函數計算部4計算將函數修正值n乘以標準流量特性函數f(x)得到的修正後流量特性函數g(x)，在此，函數修正值n是量程基準流量值F2除以靈敏度調整後流量值S2得到的值。這樣計算出的修正後流量特性函數g(x)，如圖4的（b）所示，與靈敏度調整後狀態的實際流量特性函數G(x)在0～100%的感測器輸出值x上大致一致。這樣，計算出的修正後流量特性函數g(x)在為了進行修正而使用的氮氣在流道中流動的情況下，在感測器輸出值x的量程整體上能夠降低流量誤差。另外，函數修正值n不限於基於感測器輸出值x為100%時的流量值y計算的值。例如，也可以基於感測器輸出值x為80%等其它值的情況下的流量值y決定。另外，如上前述，對於確定了的靈敏度修正值函數m(x)以及函數修正值n，不僅在計算為了進行修正而實際在流道中流動的氮氣的流量時可以使用，而且在計算其它種類的流體的流量時也可以使用相同的值。
最後，函數修正部5將計算出的修正後流量特性函數g(x)或者基於該修正後流量特性函數g(x)的最終流量特性函數h(x)作為流量特性函數儲存在流量感測器CM的函數儲存部M3中。在本實施方式中，函數修正部5將修正後流量特性函數g(x)作為標準氣體亦即氮氣流動的情況下使用的流量特性函數儲存在函數儲存部M3中。
另一方面，在上述的修正方法中，在與作為標準氣體使用的氮氣不同的氣體流經流道CH的情況下，基於標準氣體計算出的修正後流量特性函數g(x)與靈敏度調整後狀態的實際流量特性函數G(x)不完全一致，發生流量誤差。
於是，函數修正部5將對在設定修正後流量特性函數g(x)情況下產生的因氣體種類導致的流量誤差進行修正的最終流量特性函數h(x)儲存在函數儲存部M3中。
具體地說，函數修正部5具備：氣體種類修正值計算部51，基於流體的導熱率λ，以及規定的感測器輸出值x的靈敏度修正值m，計算氣體種類修正係數k；以及最終輸出部52，將氣體種類修正係數k乘以修正後流量特性函數g(x)計算前述最終流量特性函數h(x)，並將該最終流量特性函數h(x)儲存在函數儲存部M3中。
對於氣體種類修正值進行詳述。流量感測器CM存在各種各樣的儀器誤差，初始狀態的實際流量特性函數F(x)從標準流量函數f(x)很大地偏離，如圖5的（a）的圖所示，作為靈敏度修正值m設定越大的值，因氣體種類造成的流量誤差就越大。換句話說，作為分流元件，加工精度高而靈敏度修正值m小的情況下，即使氣體種類發生變更，也難以發生流量誤差。本發明人經專心研究的結果發現了：如從圖5的（a）判明的，在將氣體種類的導熱率設為λ的情況下，產生的流量誤差與（1/λ）^（1/2）成比例，並且其斜率如圖5的（b）所示與靈敏度修正值m的大小成比例。
氣體種類修正值計算部51是基於這樣的見解而構成的，例如，對於感測器輸出值x為10%時的靈敏度修正值m（10%），基於根據預先從多個流量感測器CM得到的數據製作的斜率a(m)的函數，計算圖5的（a）的圖中的在相對於（1/λ）^（1/2）的量程值處的流量誤差的近似直線的斜率a。此外，氣體種類修正值計算部51使用計算出的斜率a，根據以下公式，計算氣體種類修正係數k。 k＝a(m)×（1/λ）^（1/2）+b
在此，λ是流經前述流道的流體的導熱率，b是規定的截距。在該例子中，b是利用將標準氣體亦即氮氣的導熱率λ代入時變成k＝0的情況而求出的值。通過這樣做，對於計算出的氣體種類修正係數k，無需另外進行實際測量就能夠設定。
按照這樣構成的修正裝置100，通過調整靈敏度係數，能夠使作為將標準流量特性函數f(x)進行擬合的對象的實際流量特性函數F(x)本身變化，在使直線性變好的基礎上，進行量程修正。
在調整該靈敏度係數時，根據感測器輸出值x的值，分別設定不同的靈敏度調整值m，因此即使是具有直線性極差的特性的流量感測器CM，也能夠設定容易將標準流量特性函數f(x)進行擬合的靈敏度調整後的實際流量特性函數G(x)。
因此，能夠比以往改善感測器輸出值x與流量值y之間的直線性的精度，能夠得到在作為感測器輸出值x的標準的量程的0～100%的範圍內與靈敏度調整後的實際流量特性函數G(x)大致一致的修正後流量特性函數g(x)。其結果，例如能夠提高作為組裝有流量感測器CM的質量流量控制器MFC整體的與流量特性有關的調整的成品率。
對於其它實施方式進行說明。
對於函數修正值n，不限於實施方式中表示的確定方式。也可以利用最小二乘法等算法來決定函數修正值n。在該情況下，只要得到至少2組的感測器輸出值x與流量值y的測量數據並進行最優化即可。
對於靈敏度修正值函數m(x)，不限於二次函數，也可以是高次函數。另外，靈敏度修正值函數m(x)也可以定義為階梯函數。
除此以外，對於靈敏度修正值m，不限於乘以初始值，也可以加上。同樣地，對於函數修正值n，也不限於乘以標準流量特性函數f(x)，也可以加上。對於標準流量特性函數f(x)，不限於如實施方式所示試驗性地求出，例如也可以是理論式等。
修正對象的流量感測器不限於實施方式中記載的熱式感測器。也可以利用實施方式的修正裝置以及修正方法對基於其它測量原理的感測器進行修正。
此外，只要不違反本發明的宗旨，也可以進行各種各樣的實施方式的組合、變形。
100:修正裝置 1:靈敏度調整用數據儲存部 21:修正函數輸出部 22:靈敏度修正值函數儲存部 23:靈敏度設定部 3:量程調整用數據儲存部 4:函數計算部 5:函數修正部 51:氣體種類修正值計算部 52:最終輸出部 BM:基準流量感測器 BL:旁路流道 CAL:計算部 CH:流道 CM:流量感測器 DE:分流元件 DE1:微小的孔 DE2:薄板圓板 M1:感測器機構 M2:感測器輸出值計算部 M3:函數儲存部 M4:流量計算部 MFC:質量流量控制器 P:細管 Ru、Rd:電阻線 V:閥 VC:閥控制部
圖1是表示本發明的一個實施方式的修正裝置的示意圖。
圖2是表示同實施方式的靈敏度調整結果的圖。
圖3是表示同實施方式的靈敏度調整工序中的靈敏度修正值函數m(x)的一個例子的圖。
圖4是表示同實施方式的函數修正的結果的圖。
圖5是表示同實施方式的氣體種類、流量誤差以及靈敏度修正值m之間的關係的圖。
圖6是對以往的修正方法進行表示的圖。
圖7是對熱式流量感測器的結構進行表示的示意圖。
100:修正裝置
1:靈敏度調整用數據儲存部
21:修正函數輸出部
22:靈敏度修正值函數儲存部
23:靈敏度設定部
3:量程調整用數據儲存部
4:函數計算部
5:函數修正部
51:氣體種類修正值計算部
52:最終輸出部
BM:基準流量感測器
CAL:計算部
CH:流道
CM:流量感測器
M1:感測器機構
M2:感測器輸出值計算部
M3:函數儲存部
M4:流量計算部
MFC:質量流量控制器
Ru、Rd:電阻線
V:閥
VC:閥控制部

Claims (11)

  1. 一種修正裝置，對流量感測器修正流量特性函數，前述流量感測器具備：感測器機構，輸出與流經流道的流體的流量對應的輸出訊號；感測器輸出計算部，基於前述輸出訊號表示的值以及靈敏度係數，計算感測器輸出值(x)；函數儲存部，儲存將輸入設為前述感測器輸出值(x)、將輸出設為流量值(y)的流量特性函數；以及流量計算部，基於由前述感測器輸出計算部計算出的前述感測器輸出值(x)以及流量特性函數計算前述流量值(y)，前述修正裝置的特徵在於具備：靈敏度修正值函數儲存部，儲存靈敏度修正值函數(m(x))，前述靈敏度修正值函數(m(x))根據從前述靈敏度係數設定為初始值的初始狀態的前述流量感測器輸出的前述感測器輸出值(x)，將至少一部分的靈敏度修正值(m)設定為不同的值；靈敏度設定部，基於前述初始值以及前述靈敏度修正值函數(m(x))設定前述靈敏度係數，並調整前述流量感測器的靈敏度；函數計算部，基於函數修正值(n)以及標準流量特性函數(f(x))計算修正後流量特性函數(g(x))，前述函數修正值(n)根據從通過前述靈敏度修正值函數(m(x))修正了前述靈敏度的前述流量感測器輸出的前述流量值(y)而決定；以及函數修正部，將由前述函數計算部計算出的前述修正後流量特性函數(g(x))或者基於前述修正後流量特性函數(g(x))的最終流量特性函數(h(x))作為前述流量特性函數儲存於前述函數儲存部。
  2. 如請求項1所述之修正裝置，其中前述靈敏度修正值函數(m(x))設定為前述感測器輸出值(x)越小，則前述靈敏度修正值(m)越大。
  3. 如請求項1所述之修正裝置，其中前述修正裝置還具備：靈敏度調整用數據儲存部，儲存多組靈敏度調整用數據，前述靈敏度調整用數據由在前述流道中實際流動的靈敏度基準流量值(F1)、從與前述靈敏度基準流量值(F1)對應的初始狀態的前述流量感測器輸出的前述感測器輸出值(x)，以及從與前述靈敏度基準流量值(F1)對應的初始狀態的前述流量感測器輸出的前述流量值(y)亦即靈敏度調整前流量值(S1)的組所構成；以及修正函數輸出部，基於多組的前述靈敏度調整用數據，根據前述靈敏度基準流量值(F1)與前述流量值(y)之差計算與各前述感測器輸出值(x)對應的前述靈敏度修正值(m)，根據多組的前述感測器輸出值(x)以及前述靈敏度修正值(m)計算前述靈敏度修正值函數(m(x))並儲存於前述靈敏度修正值函數儲存部。
  4. 如請求項1所述之修正裝置，其中前述修正裝置還具備量程調整用數據儲存部，前述量程調整用數據儲存部儲存量程調整用數據，前述量程調整用數據由在前述流道中實際流動的量程基準流量值(F2)以及從通過前述靈敏度修正值函數(m(x))修正了前述靈敏度的前述流量感測器輸出的前述流量值(y)的組所構成，前述函數計算部基於前述量程調整用數據，將前述量程基準流量值(F2)除以前述流量值(y)而得到的值作為前述函數修正值(n)並乘以前述標準流量特性函數(f(x))，計算前述修正後流量特性函數(g(x))。
  5. 如請求項4所述之修正裝置，其中前述量程基準流量值(F2)是在前述流量感測器中設定的前述流量值(y)的量程。
  6. 如請求項1所述之修正裝置，其中前述函數修正部具備：氣體種類修正值計算部，基於前述流體的導熱率λ以及規定的前述感測器輸出值(x)的前述靈敏度修正值(m)，計算氣體種類修正係數(k)；以及最終輸出部，將前述氣體種類修正係數(k)乘以前述修正後流量特性函數(g(x))來計算前述最終流量特性函數(h(x))，並將前述最終流量特性函數(h(x))儲存於前述函數儲存部。
  7. 如請求項6所述之修正裝置，其中前述氣體種類修正值計算部計算規定的前述感測器輸出值(x)的前述靈敏度修正值(m)的函數亦即斜率(a(m))，並基於以下公式計算前述氣體種類修正係數(k)，k＝a(m)×（1/λ）^（1/2）+b在此，k是前述氣體種類修正係數，a(m)斜率，λ是在前述流道中流動的前述流體的前述導熱率，b是規定的截距。
  8. 一種流量感測器，其中通過如請求項1至7中任一項所述之修正裝置，基於儲存的前述最終流量特性函數(h(x))輸出前述流量值(y)。
  9. 一種流量控制裝置，其具備如請求項8所述之流量感測器。
  10. 一種修正裝置用程式，所述修正裝置用程式對流量感測器修正流量特性函數，前述流量感測器具備：感測器機構，輸出與流經流道的流體的流量對應的輸出訊號；感測器輸出計算部，基於前述輸出訊號表示的值以及靈敏度係數，計算感測器輸出值(x)；函數儲存部，儲存將輸入設為前述感測器輸出值(x)、將輸出設為流量值(y)的流量特性函數；以及流量計算部，基於由前述感測器輸出計算部計算出的前述感測器輸出值(x)以及前述流量特性函數計算前述流量值(y)，前述修正裝置用程式的特徵在於前述修正裝置用程式使計算機發揮作為靈敏度修正值函數儲存部、靈敏度設定部、函數計算部以及函數修正部的功能，前述靈敏度修正值函數儲存部儲存靈敏度修正值函數(m(x))，前述靈敏度修正值函數(m(x))根據從前述靈敏度係數設定為初始值的初始狀態的前述流量感測器輸出的前述感測器輸出值(x)，將至少一部分的靈敏度修正值(m)設定為不同的值，前述靈敏度設定部基於前述初始值以及前述靈敏度修正值函數(m(x))設定前述靈敏度係數，並調整前述流量感測器的前述靈敏度，前述函數計算部基於函數修正值(n)以及標準流量特性函數(f(x))計算修正後流量特性函數(g(x))，前述函數修正值(n)根據從通過前述靈敏度修正值函數(m(x))修正了前述靈敏度的前述流量感測器輸出的前述流量值(y)而決定，前述函數修正部將由前述函數計算部計算出的前述修正後流量特性函數(g(x))或者基於前述修正後流量特性函數(g(x))的最終流量特性函數(h(x))作為前述流量特性函數儲存於前述函數儲存部。
  11. 一種修正方法，對流量感測器修正流量特性函數，前述流量感測器具備：感測器機構，輸出與流經流道的流體的流量對應的輸出訊號；感測器輸出計算部，基於前述輸出訊號表示的值以及靈敏度係數，計算感測器輸出值(x)；函數儲存部，儲存將輸入設為前述感測器輸出值(x)、將輸出設為流量值(y)的流量特性函數；以及流量計算部，基於由前述感測器輸出計算部計算出的前述感測器輸出值(x)以及前述流量特性函數計算前述流量值(y)，前述修正方法的特徵在於包括：儲存靈敏度修正值函數(m(x))，前述靈敏度修正值函數(m(x))根據從前述靈敏度係數設定為初始值的初始狀態的前述流量感測器輸出的前述感測器輸出值(x)，將至少一部分的靈敏度修正值(m)設定為不同的值；基於前述初始值以及前述靈敏度修正值函數(m(x))設定前述靈敏度係數，並調整前述流量感測器的前述靈敏度；基於函數修正值(n)以及標準流量特性函數(f(x))計算修正後流量特性函數(g(x))，前述函數修正值(n)根據從通過前述靈敏度修正值函數(m(x))修正了前述靈敏度的前述流量感測器輸出的前述流量值(y)而決定；以及將由前述函數計算部計算出的前述修正後流量特性函數(g(x))或者基於前述修正後流量特性函數(g(x))的最終流量特性函數(h(x))作為前述流量特性函數儲存於前述函數儲存部。
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