TWI715535B - 流量控制裝置、存儲流量控制裝置用程式的程式存儲介質和流量控制方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種流量控制裝置、存儲流量控制裝置用程式的程式存儲介質和流量控制方法，流量控制裝置不設置用於檢測壓力變化的附加感測器，即使在閥的上游產生壓力變化，也能夠使其影響不表現在閥的下游，從而使流量持續穩定為設定流量值，流量控制裝置包括：閥(3)；流量感測器(2)；閥控制部(41)，根據設定流量值與由流量感測器(2)測量出的測量流量值之間的偏差和設定的控制係數，以使偏差變小的方式控制閥；以及控制係數設定部(44)，設定閥控制部的控制係數，在閥(3)的上游產生擾動壓力上升時，使與閥的開度的減少量相當的擾動流量減少量和與閥前後的壓差的增加量相當的擾動流量增加量平衡。

Description

流量控制裝置、存儲流量控制裝置用程式的程式存儲介質和流量控制方法

本發明關於一種用於例如半導體製造裝置等的流量控制裝置、存儲流量控制裝置用程式的程式存儲介質和流量控制方法。

像專利文獻1記載的那樣，流量控制裝置包括：閥，設置在流道內；流量感測器，設置在該閥的上游；以及閥控制部，控制該閥的開度，以使由該流量感測器測量出的測量流量值隨設定流量值變動，該流量控制裝置用於使該流量控制裝置下游的流量持續穩定為設定流量值。

並且，由於如果在比該閥靠向上游的流道內產生壓力變化，則控制上產生干擾，所以通過該閥控制部的控制而使該閥的開度變化，其結果，該閥的下游的流量有時偏離設定流量值。

即，在作為實際上想要使流量穩定的對象的該閥的下游的流量好不容易穩定的情況下，因為在即使發生流量紊亂也沒有關係的該閥的上游產生壓力變化，而影響已穩定 的流量控制狀態。

為了解決上述問題，在專利文獻1中，在比該閥和該流量感測器靠向上游的位置上預先設置用於檢測壓力變化的壓力感測器，根據由上述壓力感測器檢測出的壓力，適當改變PID系統係數等控制係數，從而將該閥的下游的流量始終保持為設定流量值。

然而，有時要求省略了該壓力感測器的廉價版的流量控制裝置，根據用途，流量控制裝置中並不是必須具有該壓力感測器，並且要求即使不具備該壓力感測器，也能夠對專利文獻1記載的流量控制裝置以大致相當的精度使該閥的下游的流量穩定。

專利文獻1：日本專利公開公報特開2011-204265號

鑒於上述問題，本發明的目的在於提供一種流量控制裝置、一種存儲流量控制裝置用程式的程式存儲介質和一種流量控制方法，不設置用於檢測壓力變化的附加感測器，即使在閥的上游產生壓力變化，也能夠使其影響不表現在該閥的下游，從而使流量持續穩定為設定流量值。

即，作為本發明的發明者們認真研究的結果，初次發現，在閥的上游產生的壓力變化對該閥的下游的流量的影響存在兩種不同的機理，因不同的機理產生的流量變化的方向性彼此相反。

更具體地說，本發明提供一種流量控制裝置，其特徵在於，包括：閥，設置在流體流動的流道內；流量感測器， 在該流道內設置在比該閥靠向上游；以及閥控制部，根據設定流量值與由該流量感測器測量出的測量流量值之間的偏差和設定的控制係數，以使該偏差變小的方式控制該閥，該控制係數是以如下方式設定的值，在該閥的上游產生擾動壓力上升時，使作為與該閥的開度的減少量對應的流量減少量的擾動流量減少量和作為與該閥前後的壓差的增加量對應的流量增加量的擾動流量增加量實質上平衡。

在此，擾動壓力上升、測量流量值的增加量、開度的減少量、擾動流量減少量和擾動流量增加量不僅可以是正值，也可以是負值。例如擾動壓力上升為正時，其他量可以全部表示為正，擾動壓力上升為負時，其他量可以全部表示為負。

此外，實質上平衡不僅是指該擾動流量增加量和該擾動流量減少量嚴格相等的情況，還指例如該閥的下游的流量相對於設定流量值僅在規定的容許差的範圍內變化的程度下，該擾動流量增加量和該擾動流量減少量的絕對值為近似的值。

按照這種結構，即使在該閥的上游產生擾動壓力上升，該控制係數設定部設定該控制係數，使因該閥控制部使該閥的開度減少而產生的擾動流量減少量和與該閥的開度無關而因該擾動壓力上升引起的該閥前後的壓差的增加量使流體容易通過該閥而產生的該擾動流量增加量平衡，由此該擾動壓力上升的影響未表現在該閥的下游， 因此可以將實際想要控制的物件的該閥的下游的流量保持為設定流量值。

換句話說，在通過控制模組圖考慮時，本發明是以設定流量值為輸入、以該流量感測器的測量流量值為輸出的回饋控制系統，作為中間輸出存在該閥的下游的流量，但是通過設定該控制係數，可以將在上述回饋控制系統的中間輸入的壓力擾動上升到該閥的下游的流量的傳遞函數作為零，使擾動的影響不表現在下游的流量中。

然而，由於通過設定該控制係數，作為控制系統的特性，使該擾動壓力上升的影響未傳遞到該閥的下游的流量，所以不需要像現有技術那樣能夠檢測該擾動壓力上升來進行控制上的對應。因此，不需要設置用於檢測該擾動壓力上升而未直接用於流量控制的附加的感測器，從而使流量控制裝置成為簡單的結構，而且可以抑制製造成本且實現高性能的流量控制。

例如在該閥的上游的基準壓力大幅度變化時，以及在作為設定流量值並不限於始終設定相同的值的流量控制用途中，為了使該擾動流量減少量和該擾動流量增加量平衡，從而使該閥的下游的壓力穩定地保持為與設定流量值大致相同的值，該流量控制裝置還可以包括控制係數設定部，該控制係數設定部根據該閥的上游的壓力或該設定流量值，設定該閥控制部的該控制係數。

本發明的發明者發現，因該擾動壓力上升引起的該閥前後的壓差變化而產生的擾動流量增加量使在流道內流 動的流量的大小也受到影響。考慮因這種流量自身大小產生的影響，為了使該擾動流量減少量和該擾動流量增加量平衡且相互抵消，該閥控制部利用PID控制來控制該閥的開度，該控制係數設定部將比例增益設定為該控制係數，並且設定流量值越大，則將比例增益設定得越大，以使該擾動流量減少量和該擾動流量增加量實質上平衡。

為了利用該控制係數準確地調整該擾動流量減少量，從而使其與該擾動流量增加量準確地平衡，並且為了始終將該閥的下游的流量穩定地保持為設定流量值，該流量控制裝置還可以包括：流入流量特性存儲部，存儲流入流量特性資料，該流入流量特性資料表示該閥的上游的壓力和流入內部容積的流入流量的關係，該內部容積至少包含該流量感測器和該閥之間的流道；以及閥流量特性存儲部，存儲閥流量特性資料，該閥流量特性資料表示設定流量值和該閥的上游的壓力的每單位壓力上升量的該擾動流量增加量的關係，該控制係數設定部以如下方式設定該控制係數，使根據該流入流量特性資料和該控制係數計算出的該擾動流量減少量和根據該閥流量特性資料和設定流量值計算出的擾動流量增加量平衡。

作為本發明的具體的實施方式可以例舉的是，該流量感測器是熱式流量感測器。

此外，作為本發明的另一種具體實施方式可以例舉的是，該流量感測器是壓力式流量感測器。

為了使現有的流量控制裝置也能夠得到與本發明同 樣的效果，本發明還提供一種存儲流量控制裝置用程式的程式存儲介質，可以在流量控制裝置中應用該存儲流量控制裝置用程式的程式存儲介質，該流量控制裝置包括：閥，設置在流體流動的流道內；以及流量感測器，在該流道內設置在比該閥靠向上游，該存儲流量控制裝置用程式的程式存儲介質的特徵在於，該流量控制裝置用程式使電腦發揮閥控制部的功能，該閥控制部根據設定流量值與由該流量感測器測量出的測量流量值之間的偏差和設定的控制係數，以使該偏差變小的方式控制該閥，該控制係數是以如下方式設定的值，在該閥的上游產生擾動壓力上升時，使作為與該閥的開度的減少量對應的流量減少量的擾動流量減少量和作為與該閥前後的壓差的增加量對應的流量增加量的擾動流量增加量實質上平衡。

為了不使用用於檢測例如擾動的附加的感測器而將閥的下游的流量穩定地保持為設定流量值，本發明還提供一種流量控制方法，該流量控制方法使用流量控制裝置，該流量控制裝置包括：閥，設置在流體流動的流道內；流量感測器，在該流道內設置在比該閥靠向上游；以及閥控制部，根據設定流量值與由該流量感測器測量出的測量流量值之間的偏差和設定的控制係數，以使該偏差變小的方式控制該閥，該流量控制方法的特徵在於，以如下方式設定該控制係數，在該閥的上游產生擾動壓力上升時，使作為與該閥的開度的減少量對應的流量減少量的擾動流量減少量和作為與該閥前後的壓差的增加量對應的流量增 加量的擾動流量增加量實質上平衡。

按照這種本發明的流量控制裝置、存儲流量控制裝置用程式的程式存儲介質和流量控制方法，由於以使因該閥的上游產生的擾動壓力上升而產生的擾動流量增加量和擾動流量減少量相互抵消的方式，設定該控制係數，所以即使產生擾動壓力上升，也能夠將該閥的下游的流量始終穩定地保持為設定流量值。

1‧‧‧主體

2‧‧‧流量感測器

3‧‧‧閥

4‧‧‧控制機構

5‧‧‧壓力感測器

11‧‧‧流道

12‧‧‧導入口

13‧‧‧匯出口

21‧‧‧分流元件

22‧‧‧細管

23‧‧‧檢測機構

24‧‧‧流量計算部

41‧‧‧閥控制部

42‧‧‧PID控制部

43‧‧‧QV特性調整部

44‧‧‧控制係數設定部

45‧‧‧流入流量特性存儲部

46‧‧‧閥流量特性存儲部

100‧‧‧流量控制裝置

VL‧‧‧內部容積

圖1是表示本發明一種實施方式的流量控制裝置結構的示意性斷面圖。

圖2是表示同一實施方式的流量控制裝置的程式部分構成的示意圖。

圖3是表示同一實施方式的流量控制裝置的控制結構的示意性框圖。

圖4是表示同一實施方式的流量控制裝置對擾動壓力的控制概念的示意圖。

圖5是表示擾動壓力對同一實施方式的流量控制裝置的影響的示意性框圖。

圖6是表示同一實施方式的閥的壓差流量特性的特徵的示意性曲線圖。

圖7是表示同一實施方式的參數和控制係數的傾向的示意性曲線圖。

圖8是表示本發明另一種實施方式的流量控制裝置結構的示意性斷面圖。

參照各圖式，對本發明的一種實施方式進行說明。

本實施方式的流量控制裝置100是熱式質量流量控制器，例如用於以規定的一定流量向半導體製造裝置的真空室內部持續供給成分氣體等。

更具體地說，如圖1和圖2所示，該流量控制裝置100包括：大致長方體形狀的主體1，在內部形成有流道11；熱式流量感測器2和閥3，安裝在該主體1上；以及控制機構4，根據該流量感測器2的輸出來控制該閥3。

該主體1在其底面上分別設置有用於導入或匯出流體的導入口12和匯出口13，並且以連接該導入口12和該匯出口13之間的方式形成有該流道11。相對於上述流道11在最下游設置有該閥3，在該閥3的上游設置有該流量感測器2。在此，雖然利用該流量控制裝置100想要控制的流量是從該匯出口13匯出後的流體的流量，但是在本實施方式中，並不是測量想要控制的流量本身，而是根據在比該閥3靠向上游的其他位置測量的流量，控制該閥3的開度。即，不是直接觀測想要控制的物件的流量，而是從其他位置間接測量。

該流量感測器2包括：作為流體阻力的分流元件21，設置在該流道11內；細管22，設置成從該流道11分路，在該分流元件21的前後迂回；檢測機構23，由設置在該細管22上的兩個線圈構成，檢測與流量相關的值；以及流量計算部24，利用該控制機構4的計算功能構成，並 根據該檢測機構23的輸出來計算流量。各線圈是電熱線，各線圈上分別連接有將溫度保持為某一規定溫度的溫度控制電路(未圖示)。向各線圈施加的電壓值從該檢測機構23向該流量計算部24輸出，該流量計算部24根據各電壓值來計算流量。

在本實施方式中，如果在至少包含從該流量感測器2到該閥3的流道11的內部容積VL中有流量變化，則即使在比該閥3靠向下游沒有流量變化，該流量感測器2也輸出為有流量變化。即，作為該閥3下游的流量的閥後實際流量Q_out與作為由該流量感測器2測量的流量的測量流量值y有可能不一致。

該閥3例如是電磁閥或壓電閥，根據由該流量感測器2測量出的測量流量值y控制該閥3的開度。該閥3具有如下閥流量特性：假設上述閥3前後的壓差一定時，該閥3的開度和通過的流量大致一對一對應，因此開度越大，則通過閥3的流量也就越大。

另一方面，還具有如下閥流量特性：假設上述閥3的開度一定時，該閥3前後的壓差即閥3的上游(一次側)的壓力越大，則通過閥3的流量也就越大。此外，此時的閥流量特性顯示如下特性：開度越大、通過的流量越大，則上游的壓力變大時增加的流量也變大。

該控制機構4是所謂的包括CPU、記憶體、A/D和D/A轉換器、輸入輸出裝置等的電腦，執行存儲在該記憶體內的流量控制裝置用程式，通過各種設備協作，至少發 揮作為流量計算部24、閥控制部41、控制係數設定部44、流入流量特性存儲部45和閥流量特性存儲部46的功能。

對各部分進行說明。

該流量計算部24根據該檢測機構23的輸出，計算形成在該主體1內部的流道11的流量，並且作為測量流量值y向該閥控制部41輸出。

如圖2所示，該閥控制部41根據設定流量值_r和由該流量感測器2測量的測量流量值y之間的偏差、以及設定的控制係數，以使該偏差變小的方式控制該閥3的開度。 更具體地說，在圖3的控制框圖所示的將輸入作為設定流量值r、將輸出作為由該流量感測器2測量出的測量流量值y的回饋系統中，該閥控制部41起到用於控制由閥3和流量感測器2構成的控制物件的控制器的作用。如上所述，在本實施方式的流量控制裝置100中，作為回饋系統的輸出的測量流量值y和作為實際上想要保持為設定流量值r的流量的閥後實際流量Q_out不一致，該閥3的下游的流量在圖3的控制框圖中表示為在該閥3的模組後輸出的值。

本實施方式的該閥控制部41包括：PID控制部42，如圖2的示意圖和圖3的控制框圖所示進行用於流量控制的PID計算；以及QV特性調整部43，用於使該閥3的控制上的特性與流動的流量和壓力無關，而使控制特性大致一定。

該PID控制部42針對輸入的設定流量值r和測量流 量值y的偏差進行PID計算，輸出需要向該閥3施加的電壓。在本實施方式中，利用該控制係數設定部44設定作為在該PID控制部42中使用的控制係數的比例增益。 另外，在用於說明本實施方式而使用的各圖中，表示了為了使說明簡單而使微分項的微分係數為零的情況。當然，在微分係數為零以外時，本發明也能夠得到同樣的效果。

如圖3的(a)所示，該QV特性調整部43與該閥3的傳遞函數為反函數的關係。即，在以控制模組考慮時，如圖3的(b)所示，在控制循環中只剩下該PID控制部42和表示該流量感測器2的特性的一次延遲要素。更具體地說，作為該閥3的流量控制上的特性的流量和施加電壓(開度)的關係的QV特性，受流體的流量、壓力的影響而變化。在本實施方式中，以規定的設定流量值r和壓力時的該閥3的QV特性為基準，為了使在其他條件下成為同樣的QV特性，該QV特性調整部43相對於該閥3的QV特性構成相反特性圖。

該控制係數設定部44設定該閥控制部41中使用的控制係數，即使在該閥3的上游產生壓力變化，作為該閥3下游的流量的閥後實際流量Q_out也不會偏離設定流量值r。即，該控制係數設定部44設定該閥控制部41的控制係數，使在該閥3的上游產生擾動壓力上升△P_in時的擾動流量減少量△Q_cl和擾動流量增加量△Q_valve平衡。

下面，詳細說明在閥後實際流量Q_out穩定為設定流量值r的情況下，在該閥3的上游產生壓力變化時對流量控 制的影響，以及該控制係數設定部44設定什麼樣的控制係數。另外，在本實施方式中為了便於理解，定義了擾動壓力上升△P_in、擾動流量減少量△Q_cl、擾動流量增加量△Q_valve的用語，但上述各量可以是正值或負值。但是，表示各量的正負的符號始終相同。此外，在本實施方式中，該閥3上游的壓力通常大致固定保持為基準壓力P_base，當因某種擾動而使擾動壓力上升時，變為P_base+△P_in。

圖4的(a)不僅表示本實施方式的流量控制裝置100，而且表示該閥3上游有壓力變化等擾動時的模型化的控制框圖。如圖4的(a)所示，該閥3上游的壓力變化給上述回饋控制系統至少帶來兩種擾動影響。

如圖4的(b)所示，一種擾動影響是因為擾動壓力上升△P_in，所以向至少包含從該流量感測器2到該閥3的流道11的內部容積VL(死區容積)流入的流量增加，因此由該流量感測器2測量的測量流量值y與閥後實際流量Q_out不一致。在這種情況下，該閥控制部41根據測量流量值y的增加量△Q_{in_vol}進行控制，使該閥3的開度變小，所以如果沒有其他影響，則與該閥3開度的減少量相當的擾動流量減少量△Q_cl表現在閥後實際流量Q_out中。

另一種擾動影響是因為擾動壓力上升△P_in而使該閥3前後的壓差變大，因此該閥3的流量特性自身向流體容易通過該閥3的傾向變化。在這種情況下，即使具有相同的開度，但因為流量特性的變化，通過該閥3的流量增 加，所以如果沒有其他影響，則與壓差的增加量相當的擾動流量增加量△Q_valve表現在閥後實際流量Q_out中。

在本實施方式中，通過使因擾動壓力上升△P_in產生的擾動流量減少量△Q_cl和擾動流量增加量△Q_valve定量化，並且如圖4的(c)所示以使其分別大致相等的方式設定控制係數，其結果，閥後實際流量Q_out不受擾動壓力上升△P_in的影響而保持為設定流量值r。以下對各量進行定量性說明。

因壓力擾動上升使流入內部容積VL的流量的增加量Qi_{n_vol}與擾動壓力上升△P_in的時間微分成正比，所以傳遞函數可以表現為式1。

[式1]Q _{in vol} =α．s．△P _in ．．．(1)

在此，α是不隨設定流量值r變化的常數，表示該閥3上游的壓力和流入內部容積VL的流入流量的關係的流入流量特性資料，該內部容積VL至少包含該流量感測器2和該閥3之間的流道11。上述流入流量特性資料可以預先存儲在該流入流量特性資料存儲部45內，可以由該控制係數設定部44參照。

此外，在圖4的(a)的框圖中把擾動視為輸入、把閥後實際流量Q_out視為輸出時，僅關注內部容積VL的影響的框圖如圖5的(a)所示，因此擾動流量減少量△Q_cl的傳遞函數如式2所示。

在此，a1和e1設定為相同的值。

另一方面，如圖6的(a)所示，作為流量-開度(施加電壓)之間關係的閥流量特性，如果壓力變化，即使是相同的開度，壓力越高則流量越多。如圖6的(b)所示，擾動流量增加量△Q_valve相當於在開度相同的情況下因擾動壓力上升△P_in增加的流量。根據上述圖6的(b)，如果針對擾動壓力上升一個氣壓時的擾動流量增加量△Q_valve即每上升單位壓力的擾動流量增加量β和相當於開度的設定流量值r之間的關係，描繪曲線圖，得到如圖6的(c)所示的大致線性關係，可以模型化為圖4的(a)所示的控制模組。在此，圖6的(c)所示的β相對於設定流量值r的斜率以從基準壓力P_base的變化為基準製作。在未產生擾動的通常狀態下，當該閥3的上游保持比基準壓力P_base高的壓力時，β相對於r的斜率變小，當該閥3的上游保持比基準壓力P_base低的壓力時，β相對於r的斜率變大。在本實施方式中，由於該閥3的壓力以基準壓力P_base為基準而變化，所以僅確定圖6的(c)的一個曲線圖，用於控制係數的設定。

上述圖6的(c)所示的設定流量值r和該閥3上游壓力 的每單位壓力上升量的該擾動流量增加量β的關係，作為閥流量特性資料預先存儲在該閥流量特性存儲部46內，該控制係數設定部44可以對其進行參照。

並且，由於通過使由每個設定流量值r確定的β與擾動壓力上升△P_in相乘，可以得出此時的擾動流量增加量△Q_valve，所以擾動流量增加量△Q_valve可以如式3所示。

[式3]△Q _valve =β△P_in．．．(3)

並且，在圖4的(a)的框圖中把擾動視為輸入、把閥後實際流量Q_out視為輸出時，僅關注因擾動壓力上升△P_in產生的閥流量特性的變化的影響的框圖如圖5的(b)所示，因此擾動流量增加量△Q_valve如式4所示。

根據上述公式，該控制係數設定部44設定控制係數，使式4的擾動流量增加量△Q_valve和式2的擾動流量減少量△Q_cl平衡。具體地說，如式5所示。

如果對上述方程式進行求解，則如式6所示，可以確定閥3上游的壓力變化完全未表示在閥後實際流量Q_out中的控制係數b₁。

[式6]

這種該控制係數設定部44使用α、β來設定作為該閥控制部41的控制係數的一個的b₁。如圖7的(a)所示，由於α相對於設定流量值r取一定值，β伴隨設定流量值r變大而變大，所以如圖7的(b)所示，控制係數b₁相對於設定流量值r設定為大致成反比。

此外，由於控制係數b₁等於PID控制中的比例增益Kp的倒數與常數相乘，所以比例增益Kp如圖7的(c)所示只要設定成相對於設定流量值r成比例變大即可。

由此，在本實施方式的流量控制裝置100中，該控制係數設定部44以因該閥3上游的壓力上升產生的擾動流量增加量△Q_valve和擾動流量減少量△Q_cl平衡而相互抵消的方式，設定b₁和比例增益Kp，所以能夠使壓力變化的影響不表現在閥後實際流量Q_out中。

即，如上所述，通過設定控制係數，在回饋控制系統中，使該閥3上游的壓力變化相對於該閥3下游的流量的傳遞函數大致為零，因此可以不受壓力擾動的影響，從而可以使該閥3下游的流量大致始終穩定為設定流量值r。

此外，由於利用回饋控制系統自身的特性而未表現出壓力擾動的影響，所以在本實施方式的流量控制裝置100中，不需要檢測壓力擾動。因此，在無擾動的狀態下，該閥3上游的壓力大致保持為基準壓力P_base時，即使不像以往那樣設置用於檢測擾動的附加的感測器，也可以相對於擾動實現穩定的流量控制。

對其他實施方式進行說明。

為了在流道內流動的流體的種類改變時，也能夠以充分發揮所述實施方式的流量控制能力的方式來設定控制係數，該控制係數設定部可以根據流體種類的莫耳比熱，對該控制係數進行修正。更具體地說，例如知道對氮氣或氦氣等惰性氣體確定的控制係數b₁，並使其他種類的流體流動時，通過使各流體種類的莫耳比熱的比與b₁相乘，修正成符合上述流體種類的b₁。另外，莫耳比熱越高的流體，越具有難以受到該閥的壓力變化的影響的傾向。

在所述實施方式中，作為控制係數，設定增益b₁和用於PID控制的比例增益Kp，使擾動流量減少量和擾動流量增加量相互抵消，但也可以適當地設定其他控制係數來使其相互抵消。

可以使用所述的α和β，適當地計算需要設定的控制係數，也可以將使擾動流量減少量和擾動流量增加量相互抵消的增益與設定流量值的關係預先製作成表等，並且以通過參照上述表來設定該閥控制部的控制係數的方式構成該控制係數設定部。

在所述實施方式中，流量感測器是熱式流量感測器，但是也可以是利用其他測量原理的流量感測器。具體地說，可以使用壓力式流量感測器。

在所述實施方式中，利用該控制係數設定部針對每個設定流量值適當設定該閥控制部中使用的控制係數，在例如僅以預先確定的一定的設定流量值進行流量控制的使 用用途中，可以省略該控制係數設定部，並固定控制係數。此外，該控制係數設定部不僅可以基於設定流量值、還可以基於在流道內流動的流體的壓力來設定控制係數，以使擾動流量增加量和擾動流量減少量實質上平衡。 更具體地說，為了在閥3的上游的壓力即使在無擾動的狀態下也能夠從基準壓力P_base改變為其他壓力並保持、在β相對於設定流量值r的斜率變化的情況下，使擾動流量增加量和擾動流量減少量平衡，如圖8所示，可以在該閥3的上游預先設置壓力感測器5，該控制係數設定部44根據測量的壓力和設定流量值改變β，並設定比例增益Kp等控制係數。此外，由於β是根據氣體種類而變化的值，所以該控制係數設定部可以接受氣體種類，設定與氣體種類對應的控制係數。通過這種方式，可以進一步實現抗壓力擾動強的流量控制。

在所述實施方式中，以該閥的上游的壓力上升為基準，定義了該控制係數、該擾動流量增加量和該擾動流量減少量，當然也能夠以擾動壓力下降為基準來進行定義。 在這種情況下，可以說明該控制係數是以如下方式設定的值，在該閥的上游產生擾動壓力下降時，使擾動流量增加部分和擾動流量減少部分實質上平衡，該擾動流量增加部分是與該閥控制部根據該擾動壓力下降產生的測量流量值的減少量使該閥的開度增加的增加量對應的流量增加量，該擾動流量減少部分是與該擾動壓力下降產生的該閥前後的壓差的下降量對應的流量減少量。

在所述實施方式中，該閥控制部利用PID控制來控制流量，但是例如也可以利用I-PD控制等其他控制演算法來控制流量。此外，在該實施方式中，根據該閥的QV特性進行流量控制，但是例如也可以基於流量和該閥的開度自身之間的關係、或流量和閥的閥體的位置關係來控制閥。更具體地說，可以使該閥具有位移感測器，該位移感測器能夠測量該閥的開度或該閥體的位置，對上述位移感測器的輸出進行回饋並進行閥的控制。在這種情況下，可以進一步提高閥的回應性，並且可以實現高速的控制。

在現有的流量控制裝置中，為了能夠以後續追加的方式實現本發明這樣的流量控制，只要使用例如存儲有該流量控制裝置用程式的程式存儲介質，在現有的流量控制裝置中安裝程式，發揮作為本發明的閥控制部和控制係數確定部的功能即可。另外，作為程式存儲介質可以使用CD、DVD、HDD、快閃記憶體器等各種記憶體。

另外，只要不違反本發明的宗旨，可以進行各種實施方式的組合和變形。

1‧‧‧主體

2‧‧‧流量感測器

3‧‧‧閥

11‧‧‧流道

12‧‧‧導入口

13‧‧‧匯出口

21‧‧‧分流元件

22‧‧‧細管

100‧‧‧流量控制裝置

VL‧‧‧內部容積

Claims (7)

1. 一種流量控制裝置，包括：閥，設置在流體流動的流道內；流量感測器，在該流道內設置在比該閥靠向上游；閥控制部，根據設定流量值與由該流量感測器測量出的測量流量值之間的偏差和設定的控制係數，以使該偏差變小的方式控制該閥；控制係數設定部，根據該閥的上游的壓力或該設定流量值，設定該閥控制部的該控制係數；流入流量特性存儲部，存儲流入流量特性資料，該流入流量特性資料表示該閥的上游的壓力和流入內部容積的流入流量的關係，該內部容積至少包含該流量感測器和該閥之間的流道；以及閥流量特性存儲部，存儲閥流量特性資料，該閥流量特性資料表示設定流量值和該閥的上游的壓力的每單位壓力上升量的擾動流量增加量的關係；在該閥的上游產生擾動壓力上升時，且於將與該閥的開度的減少量對應的流量減少量定義為擾動流量減少量和將與該閥前後的壓差的增加量對應的流量增加量定義為擾動流量增加量的狀況下，該控制係數設定部以如下方式設定該控制係數：使根據該流入流量特性資料和該控制係數計算出的該擾動流量減少量和根據該閥流量特性資料和設定流量值計算出的擾動流量增加量平衡。
2. 如請求項1所記載的流量控制裝置，其中該閥控制部利用PID控制來控制該閥的開度；該控制係數設定部將比例增益設定為該控 制係數，並且設定流量值越大，則將比例增益設定得越大，以使該擾動流量增加量和該擾動流量減少量實質上平衡。
3. 如請求項1所記載的流量控制裝置，其中該流量感測器是熱式流量感測器。
4. 如請求項1所記載的流量控制裝置，其中該流量感測器是壓力式流量感測器。
5. 如請求項1所記載的流量控制裝置，其中該控制係數設定部根據流體種類的莫耳比熱對該控制係數進行修正。
6. 一種存儲流量控制裝置用程式的程式存儲介質，其係在流量控制裝置中應用該存儲流量控制裝置用程式，該流量控制裝置包括：閥，設置在流體流動的流道內；以及流量感測器，在該流道內設置在比該閥靠向上游；該存儲流量控制裝置用程式的程式存儲介質的特徵包括：該流量控制裝置用程式使電腦發揮閥控制部、控制係數設定部、流入流量特性存儲部以及閥流量特性存儲部的功能，該閥控制部根據設定流量值與由該流量感測器測量出的測量流量值之間的偏差和設定的控制係數以使該偏差變小的方式控制該閥，該控制係數設定部根據該閥的上游的壓力或該設定流量值設定該閥控制部的該控制係數，該流入流量特性存儲部存儲流入流量特性資料，該流入流量特性資料表示該閥的上游的壓力和流入內部容積的流入流量的關係，該內部容積至少包含該流量感測器和該閥之間的流道，該閥流量特性存儲部存儲閥流量特性資料，該閥流量特性資料表示設定流量值和該閥的上游的壓力的每單位壓力上升量的擾動流量增加量的關係；在該閥的上游產生擾動壓力上升時，且於將與該閥的開度的 減少量對應的流量減少量定義為擾動流量減少量和將與該閥前後的壓差的增加量對應的流量增加量定義為擾動流量增加量的狀況下，該控制係數設定部以如下方式設定該控制係數：使根據該流入流量特性資料和該控制係數計算出的該擾動流量減少量和根據該閥流量特性資料和設定流量值計算出的擾動流量增加量平衡。
7. 一種流量控制方法，該流量控制方法使用流量控制裝置，該流量控制裝置包括：閥，設置在流體流動的流道內；流量感測器，在該流道內設置在比該閥靠向上游；以及閥控制部，根據設定流量值與由該流量感測器測量出的測量流量值之間的偏差和設定的控制係數，以使該偏差變小的方式控制該閥；該流量控制方法包括以下步驟：控制係數設定步驟，根據該閥的上游的壓力或該設定流量值，設定該閥控制部的該控制係數；流入流量特性存儲步驟，存儲流入流量特性資料，該流入流量特性資料表示該閥的上游的壓力和流入內部容積的流入流量的關係，該內部容積至少包含該流量感測器和該閥之間的流道；以及閥流量特性存儲步驟，存儲閥流量特性資料，該閥流量特性資料表示設定流量值和該閥的上游的壓力的每單位壓力上升量的擾動流量增加量的關係；在該閥的上游產生擾動壓力上升時，且於將與該閥的開度的減少量對應的流量減少量定義為擾動流量減少量和將與該閥前後的壓差的增加量對應的流量增加量定義為擾動流量增加量的狀況下，該控制係數設定步驟中以如下方式設定該控制係數：使 根據該流入流量特性資料和該控制係數計算出的該擾動流量減少量和根據該閥流量特性資料和設定流量值計算出的擾動流量增加量平衡。

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