WO2005003694A1

WO2005003694A1 - 差圧式流量計及び差圧式流量制御装置

Info

Publication number: WO2005003694A1
Application number: PCT/JP2004/008596
Authority: WO
Inventors: Tadahiro Ohmi; Kazuhiko Sugiyama; Tomio Uno; Nobukazu Ikeda; Kouji Nishino; Osamu Nakamura; Ryousuke Dohi; Atsushi Matsumoto
Original assignee: Fujikin Incorporated
Priority date: 2003-07-03
Filing date: 2004-06-18
Publication date: 2005-01-13
Also published as: IL172662A0; US7367241B2; TWI245113B; CN1816733A; KR20060022682A; JP4204400B2; US20060236781A1; EP1643218A1; JP2005024421A; CN100419385C; EP1643218A4; TW200506326A; KR100740914B1

Abstract

　差圧式流量計の構造を簡素化して製造コストの引下げを図ると共に、１００％～１％の広い流量範囲に亘って誤差Ｅが（１％ＳＰ）以下の高精度な流量計測をリアルタイムに且つインライン状態で行えるようにする。　そのため、オリフィスと、オリフィス上流側の圧力Ｐ1の検出器と、オリフィス下流側の流体圧力Ｐ2の検出器と、オリフィス上流側の流体温度Ｔの検出器と、前記各検出器からの検出圧力Ｐ1、Ｐ2及び検出温度Ｔを用いてオリフィスを流通する流体流量Ｑを演算する制御演算回路とからなる差圧式流量計に於いて、前記流体流量ＱをＱ＝Ｃ1・Ｐ1／√Ｔ・（（Ｐ2／Ｐ1）m−（Ｐ2／Ｐ1）n）1/2（但しＣ1は比例定数、ｍ及びｎは定数）により演算する。

Description

明細書

差圧式流量計及び差圧式流量制御装置

技術分野

[0001] 本発明は、半導体製造設備や化学プラント、食品製造プラント等で使用される差圧式流量計及び差圧式流量制御装置 (以下、差圧式流量計等と呼ぶ）の改良に関するものであり、所謂インライン状態で使用することができ、しかも臨界状態や非臨界状態にある流体の流量を、真空下の小流量域であっても高精度でリアルタイムに計測又は制御することが出来るようにした、安価で且つ構造の簡単な差圧式流量計等に関するものである。

背景技術

[0002] 従前から、半導体製造設備や化学プラントでは、プロセスガスや原料ガス等の流量測定又は流量制御にマスフロー型流量計 (熱式質量流量計)等ゃビルドアップ式流量計等、差圧式流量計等が多く使用されて来た。

[0003] しかし、熱式質量流量計等には応答性が低いこと、低流量域での測定精度が低いこと、作動時のトラブルが多いこと、被制御ガスの種類に制約があること及び圧力変動の影響を受け易いこと等の多くの難点がある。

同様に、ビルドアップ式流量計等には、リアルタイムの流量測定又は流量制御が困難なこと、インライン状態で使用できないこと、被制御ガスの圧力に制約があること及び測定用に別ラインを必要とすること等の問題がある。

[0004] これに対して、オリフィスと圧力計を用いる差圧式流量計等は、被制御ガスの種類による制約が殆どないうえ、インライン状態で使用することができ、しかもリアルタイムの流量計測又は流量制御が行えると云う優れた効用を有するものである。

[0005] ところが、この種の差圧式流量計等は、何れも流体が非圧縮性であることを前提とするベルヌーィの定理から導出した流量演算式を基礎として用い、これに各種の補正をカ卩えることにより流体流量を演算するものであるため、流体の圧力変化が大きい場合 (即ち、流体が非圧縮性であると云う近似が崩れた場合）には、流量の測定精度や制御精度の大幅な低下が避けられず、結果として高精度な流量計測又は流量制御が出来ないと云う難点がある。

[0006] また、上記差圧式流量計等の難点を解決するものとして、オリフィスを通過する流体を臨界条件、即ち流体流速が音速領域になるようにオリフィス上流側圧力 Pとオリフ

1 イス下流側圧力 Pを強制的に設定し、この臨界条件下で流体の流量 Qを Q=KPな

2 1 る理論式で演算するようにした圧力式流量計等が開発され、公開されている（特開平 10— 55218号等）。

[0007] しかし、当該圧力流量計等でも、流体が小流量域 (即ち、オリフィス上流側圧力 Pと

1 下流側圧力 Pとが接近した状態）になると非臨界条件が出現することになり、結果と

2

して流量測定値 Q又は流量制御値 Qに大きな誤差が含まれることになる。

[0008] 即ち、従前の差圧式流量計（又は圧力式流量計）等では、ベルヌーィの定理から流体が非圧縮性であると仮定して導出した流量演算式を用い、流体が音速に達する前の非臨界条件下 (非音速領域)では、下流側流量 Qを Qc = SC (P (P -P ) ) ^1/2/T

2 1 2

^1/2により求め、また音速に達した後の臨界条件下 (音速領域)では、 Qc = SCP /T

1

^1/2により演算するようにしている。尚、 τはオリフィス通過時の流体の絶対温度、 sはォリフィス孔断面積、 cは比例係数である。

[0009] また、流体速度が音速に達する臨界条件は、圧力比 P /Pの臨界値 rで与えられ

2 1 c

、この臨界値 rは、ガスの比熱比 nを用いて、 P /P =r = (2/ (n+ 1) ) ^ηΛη— "により c 2 1 c

求められている。

更に、比熱比 nは n=Cp/Cvで与えられ、 Cpは定圧比熱、 Cvは定積比熱である。 2原子分子ガスでは、 n= 7/5 = l . 4であり、 r =0. 53となる。また、非直線型 3原 c

子分子ガスでは、 η=8/6 = 1 · 33であり、 r =0. 54となる。

c

[0010] ところで、先に本願発明者等は、上記従前の差圧式流量計 (又は圧力式流量計）の問題点を改良するため、非臨界条件下で使用する流体を非圧縮性として導出した従前の理論流量式 Qによる演算流量値と実際の流量測定値とを対比し、従前の理論流量式 Qc = SCZT^1/2 (P (P -P ) ) ^1/2から複数のパラメータを有する実験流量式 QC

2 1 2

' = SC/T^1/2- P ^m (P -Ρ

2 1 2 Γ=ΚΡ ^m (P -Ρ ) ^ηを導出し、この実験流量式 Qc'による演

2 1 2

算流量値が実測値と合致するように前記パラメータ m、 nを決定することにより、圧縮性流体によりうまく適合できるようにした実験流量式 Qc'を提案し、特願 2001— 3994 33号としてこれを公開してレ、る。

尚、上記実験流量式 Qc'に於いては、比例定数 Kは SC/T^1/2で与えられ、ガス流の物質条件と絶対温度 Tから計算される。また、 Pはオリフィス上流側圧力、 Pはオリ

1 2 フィス下流側圧力を表し、単位は kPaA (キロパスカル絶対圧）である。更に、計測流量範囲が 10 30sccm (標準状態における ccZmin単位の流量）の領域に於いては、前記ノラメータ m、 n力 ¾n = 0. 47152、 n = 0. 59492のィ直になることを見出している。

[0011] 前記二つのパラメータ m、 nの値は、計測すべき流量範囲、ガス種に依存するものであり、前記した m = 0. 47152及び n = 0. 59492の値 fま、流量力 10 30sccmの領域において成立する値である力 S、流量範囲が 10 lOOsccmや 100— lOOOscc mになると、 mと nの値はこれらの値力ずれてくる。

[0012] 図 14は、上記実験流量式 Qc'を用いた改良型圧力式流量制御装置の構成図であり、本願発明者等が特願 2001-399433号として先に公開しているものである。尚、当該図 14の装置は流量制御装置として構成されている力コントロール弁 21やバルブ駆動部 22、流量比較部 23eを省略すれば、差圧式流量計となることは容易に理解できることである。

[0013] 図 14に於いて、 20はオリフィス、 21はコントローノレ弁、 22はバルブ駆動部、 23は制御回路、 23aは圧力比演算部、 23bは圧力比演算部、 23cは流量演算部、 23dは流量演算部、 23eは流量比較部、 Pはオリフィス上流側流体圧力検出器、 Pはオリフ

1 2 イス下流側流体圧力検出器、 Tは流体温度検出器、 Qsは流量設定値信号、ト Qは流量差信号、 Qc'は流量演算値である。

[0014] 当該装置では、先ず検出した上流側圧力 Pと下流側圧力 Pから圧力比 P /Pを

1 2 2 1 算出し (23a)、流体が臨界条件にあるか非臨界条件にあるかを常時判断し (23b)、臨界条件では流量式 Qc = KPを用い（23c)、また、非臨界条件では実験流量式 Qc

1

' = ΚΡ ^m (p -p ) ⁿを用いて流量演算が行われる。

2 1 2

尚、前述したように、臨界値 rcは（2/ (n+ l) ) ) ^n/(n— "により与えられ (但し、 nはガスの比熱比である）、 2原子分子ガスでは rc = 0. 53、非直線型 3原子分子ガスでは r = 0. 54であり、 r =約 0. 5と表記される。また、流量比較部 23aでは、設定流量 Qsと演算流量 Qcとの流量差ト Qが計算され、流量差ト Qがゼロになるようにバルブ駆動部 22を動作させ、コントロールバルブ 21 を開閉制御するようにしている力流量計として使用する場合には、前述の通り流量比較部 23eやコントロールバルブ 21、バルブ駆動部 22は不要である。

[0015] 図 15の曲線 Aは、前記図 14の改良した圧力式流量計等による流量測定又は流量制御特性を、また、曲線 Bは、従前臨界条件下で Qc = KPを用いる圧力式流量計等

1

による流量測定又は流量制御特性を、夫々示すものである。図 15からも明らかなように、図 14の改良した圧力式流量計等では、臨界条件下では臨界条件の流量式 Qc =KPを用い、また非臨界条件下では非臨界条件の実験流量式 Qc' =KP ^m (P -P

1 2 1 2

) nを用いるから、設定流量に比例した正確な流量 Qが算出でき、流量 Qの設定％に対する直線性が、図 15の曲線 Aに示すように保持されていることになり、流量が少ない領域に於いても、比較的高精度な流量測定や流量制御を行うことが出来る。

[0016] 特許文献 1 :特公昭 59 - 19365号公報

特許文献 2：特公昭 59 - 19366号公報

特許文献 3：特開平 10 - 55218号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0017] 前記図 14に示した改良型圧力式流量計等は、図 15の曲線 Aに示されているよういに最大流量の約 10%位の小流量域までであれば、比較的高精度な流量測定又は流量制御を行うことが出来、優れた実用的効用を奏するものである。

しかし、流量領域が最大流量の約 10%以下の小流量域になると、現実には実用的な流量測定や流量制御精度が得られないと云う問題がある。

[0018] また、当該改良型圧力式流量計等では、オリフィス下流側の圧力 Pが約 200Torr

2

以下の真空になると、基準設定流量に対する測定誤差 Error (%3?又は° ^3)が比較的大きくなり、実用上様々な問題が生じると云う難点がある。

[0019] 本発明は、先に本願発明者等が開発をした改良型圧力式流量計等に於ける上述の如き問題を解決せんとするものであり、最大流量（100%)から最大流量の約 1% 程度の広い流量範囲に亘つて高精度な流量測定又刃流量制御が出来ると共に、ォリフィス下流側の圧力 Pが真空であって且つこれが変動するような場合に於いても、

2

予め実測により求めた誤差データを記憶装置に記憶しておき、この補正データを参照して流量演算値を補正することにより、高精度な流量測定又は流量制御を行うことができ、しかも構造が簡単で安価に製造できるようにした差圧式流量計等を提供するものである。

課題を解決するための手段

[0020] 請求項 1の発明は、オリフィスと、オリフィス上流側の圧力 Pの検出器と、オリフィス

1

下流側の流体圧力 pの検出器と、オリフィス上流側の流体温度 τの検出器と、前記

2

各検出器からの検出圧力 P、 P及び検出温度 Tを用いてオリフィスを流通する流体

1 2

流量 Qを演算する制御演算回路とから成る差圧式流量計に於いて、前記流体流量 Qを Q = C ·Ρ /^Τ· ( (Ρ /P ) ^m- (P /Ρ ) ^η) ^1/2 (但し Cは比例定数、 m及び nは定

1 1 2 1 2 1 1

数）により演算することを発明の基本構成とするものである。

[0021] 請求項 2の発明は、オリフィスと、オリフィス上流側の流体圧力 Pの検出器と、オリフ

1

イス下流側の流体圧力 pの検出器と、オリフィス上流側の流体温度 τの検出器と、前

2

記各検出器からの検出圧力 P、 P及び検出温度 Tを用いて流体流量 Qを演算する

1 2

制御演算回路とから成る差圧式流量計に於いて、前記制御演算回路に、流体流量 Qを Q = C ·Ρ / Τ· ( (P /P ) ^m- (P /Ρ ) ^η) ^1/2 (但し Cは比例定数、 m及び nは定

1 1 2 1 2 1 1

数）により演算する流量演算回路と、予め実測により求めたオリフィス下流側圧力 P

2 の変動と前記流体流量 Qの流量誤差 Errorとの関係を記憶した補正データ記憶回路と、前記演算した流体流量 Qを補正データ記憶回路からの補正用データにより補正する流量補正演算回路とを設け、オリフィス下流側圧力 Pの変動に応じて演算した

2

流体流量 Qを補正し、補正後の流量値 Q'を出力する構成としたことを発明の基本構成とするものである。

[0022] 請求項 3の発明は、請求項 2の発明に於いて、制御演算回路にオリフィス上流側の流体圧力 Pとオリフィス下流側の流体圧力 Pの比を演算する圧力比演算回路と、前

1 2

記演算した圧力比と流体の臨界圧力比とを対比して流体の状態を判別する臨界条件判定回路と、流体が臨界条件下にあるときには流体流量 Qを Q =KP (但し Kは比

1 例定数）により演算する第 2流量演算回路とを設け、流体が臨界条件下にあるときは前記第 2流体演算回路により演算した流体流量 Qを、また流体が非臨界条件下にあるときには流量補正演算回路から補正した流量値 Q'を、夫々出力する構成としたものである。

[0023] 請求項 4の発明は、最大流量の 100 10%までの流量域を測定する差圧式流量計と最大流量の 10% 1%までの流量域を測定する差圧流量計とを組み合せ、測定すべき流体を前記各流量域に応じて切換弁により前記各差圧流量計へ切換え供給することにより、広流量域によって亘つて高精度な流量測定を行うことを発明の基本構成とするものである。

[0024] 請求項 5の発明は、請求項 4の発明に於いて、各差圧式流量計を、オリフィスと、ォリフィス上流側の流体圧力 Pの検出器と、オリフィス下流側の流体圧力 Pの検出器と

1 2

、オリフィス上流側の流体温度 Tの検出器と、前記各検出器からの検出圧力 P、 P及

1 2 び検出温度 Tを用いて流体流量 Qを演算する制御演算回路とから成る差圧式流量計とし、且つ前記流体流量 Qを Q = C ·Ρ /^Τ· ( (Ρ /P ) ^m- (P /Ρ ) ^η) ^1/2 (但し C

1 1 2 1 2 1 1 は比例定数、 m及び nは定数）により演算するようにしたものである。

[0025] 請求項 6の発明は、請求項 4の発明に於いて、各差圧式流量計を、オリフィスと、ォリフィス上流側の流体圧力 Pの検出器と、オリフィス下流側の流体圧力 Pの検出器と

1 2

1 2 び検出温度 Tを用いて流体流量 Qを演算する制御演算回路とから成る差圧式流量計であって、且つ前記制御演算回路に、流体流量 Qを Q = C ·Ρ /^Τ· ( (Ρ /Ρ )

1 1 2 1 m— (Ρ /P )ⁿ) ^1/2 ( LCは比例定数、 m及び nは定数）により演算する流量演算回路

2 1 1

と、予め実測により求めたオリフィス下流側圧力 Pの変動と前記流体流量 Qの流量誤

2

差 Errorとの関係を記憶した補正データ記憶回路と、前記演算した流体流量 Qを補正データ記憶回路からの補正用データにより補正する流量補正演算回路とを設け、オリフィス下流側圧力 Pの変動に応じて演算した流体流量 Qを補正し、補正後の流

2

量値 Q'を出力する構成としたものである。

[0026] 請求項 7の発明は、流体入口 aと流体出口 bと第 1切換弁 10の取付孔 17aと第 2切換弁 11の取付孔 17bとオリフィス上流側の流体圧力検出器 2の取付孔 18aとオリフィス下流側の流体圧力検出器 3の取付孔 18bとオリフィス上流側の流体温度検出器 4 の取付孔を夫々設けたバルブボディ 12と、前記バルブボディ 12の内部に穿設した流体入口 aと第 1切換弁 10の取付孔 17aの底面とオリフィス上流側の流体圧力検出器 2の取付孔 18aと第 2切換弁 1 1の取付孔 17bの底面とを直通する流体通路 16a、 16b、 16eと、第 1切換弁取付孔 17aの底面と第 2切換弁 11の取付孔 17bの底面とを連通する流体通路 16fと、第 2切換弁 11の取付孔 17bの底面とオリフィス下流側の流体圧力検出器 3の取付孔 18bの底面とを連通する流体通路 16cと、オリフィス下流側の流体圧力検出器 3の取付孔 18bの底面と流体出口 bとを連通する流体通路 16dと、前記各取付孔 18a、 18bへ固着したオリフィス上流側の流体圧力検出器 2及びオリフィス下流側の流体圧力検出器 3と、オリフィス上流側の流体温度検出器 4と、前記流体通路 16eと流体通路 16f間を開閉する第 1切換弁 10と、前記流体通路 16bと流体通路 16c間を開閉する第 2切換弁 11と、前記流体通路 16fの途中に介設した小流量用のオリフィス 1 'と、前記流体通路 16a又は流体通路 16bに介設した大流量用のオリフィス 1 "と、前記両圧力検出器 2， 3の検出圧力 P · Ρ及び温度検出器 4の検出

1 2

温度 Τにより小流量用オリフィス 1 '及び大流量用オリフィス 1 "を流通する流体流量 Q を Q = C · Ρ /^Τ· ( (Ρ /Ρ Γ- (Ρ /Ρ ) ^η) ^1/2により演算する制御演算回路とから

1 1 2 1 2 1

構成され、測定すべき流量の大流量域を前記第 1切換弁 10を閉に第 2切換弁 11を開にして、また小流量域を前記第 1切換弁 10を開に第 2切換弁 11を閉にして夫々測定することを発明の基本構成とするものである。

[0027] 請求項 8の発明は、請求項 7の発明に於いて、最大流量の 100— 10%までの流量域を、第 1切換弁 10を閉に第 2切換弁 11を開にして測定し、また最大流量の 10%— 1 %までの流量域を第 1切換弁 10を開に及び第 2切換弁 11を閉にして測定するようにしたものである。

[0028] 請求項 9の発明は、請求項 4又は請求項 7の発明に於いて、第 1切換弁 10と第 2切換弁 11の何れか一方をノーマルクローズ型の弁に、他方をノーマルオープン型の弁にすると共に、両切換弁 10、 11の駆動用シリンダ 10a、 11aへ 1台の制御用電磁弁 Mvから作動用流体を供給する構成としたものである。

[0029] 請求項 10の発明は、請求項 7又は請求項 8の発明に於いて、オリフィス上流側の圧力検出器 2とオリフィス下流側の圧力検出器 3とオリフィス上流側の温度検出器 4とを、両差圧流量計で共用するようにしたものである。

[0030] 請求項 11の発明は、バルブ駆動部を備えたコントロールバルブ部と、その下流側に設けたオリフィスと、オリフィス上流側の圧力 Pの検出器と、オリフィス下流側の流

1

体圧力 pの検出器と、オリフィス上流側の流体温度 τの検出器と、前記各検出器から

2

の検出圧力 P、 P及び検出温度 Tを用いてオリフィスを流通する流体流量 Qを演算

1 2

すると共に、演算流量 Qと設定流量 Qsとの差を演算する流量比較回路を備えた制御演算回路とからなる差圧式流量制御装置に於いて、前記流体流量 Qを Q = C · Ρ /

1 1 Τ· ( (P /P ) ^m-(P /Ρ ) ^η) ^1/2 (但し Cは比例定数、 m及び nは定数）により演算す

2 1 2 1 1

ることを特 ί敷とするものである。

[0031] 請求項 12の発明は、バルブ駆動部を備えたコントロールバルブ部と、その下流側に設けたオリフィスと、オリフィス上流側の流体圧力 Ρの検出器と、オリフィス下流側

1

の流体圧力 ρの検出器と、オリフィス上流側の流体温度 τの検出器と、前記各検出

2

器からの検出圧力 Ρ、 Ρ及び検出温度 Τを用いて流体流量 Qを演算すると共に、演

1 2

算流量 Qと設定流量 Qsとの差を演算する流量比較回路を備えた制御演算回路とから成る差圧式流量制御装置に於いて、前記制御演算回路に、流体流量 Qを Q = C ·

1

P /^Τ· ( (Ρ /Ρ Γ_ (Ρ /Ρ Γ) ^1/2(但し Cは比例定数、 m及び ηは定数）により演

1 2 1 2 1 1

算する流量演算回路と、予め実測により求めたオリフィス下流側圧力 Ρの変動と前記

2

流体流量 Qの流量誤差 Errorとの関係を記憶した補正データ記憶回路と、前記演算した流体流量 Qを補正データ記憶回路からの補正用データにより補正する流量補正演算回路とを設け、オリフィス下流側圧力 Pの変動に応じて演算した流体流量 Qを補

2

正し、補正後の流量値 Q'を前記流量比較回路へ入力して流量差ト S = Q '- Qsを演算する構成としたことを特徴とするものである。

[0032] 請求項 13の発明は、請求項 12の発明に於いて、制御演算回路にオリフィス上流側の流体圧力 Pとオリフィス下流側の流体圧力 Pの比を演算する圧力比演算回路と

1 2

、前記演算した圧力比と流体の臨界圧力比とを対比して流体の状態を判別する臨界条件判定回路と、流体が臨界条件下にあるときには流体流量 Qを Q =KP (但し Kは

1 比例定数）により演算する第 2流量演算回路とを設け、流体が臨界条件下にあるときは前記第 2流体演算回路により演算した流体流量 Qを、また流体が非臨界条件下にあるときには流量補正演算回路から補正した流量値 Q'を、夫々前記流量比較回路へ入力する構成としたものである。

発明の効果

[0033] 本発明では、差圧式流量計等の構造そのものを大幅に簡素化すると共に、実測値に極めて高精度で合致する演算流量値を得ることが出来る新規な実験流量演算式を用いて流量演算を行う構成としているため、安価に製造でき、し力、もインラインの形態で且つ取り付け姿勢に制約を受けることもなく使用でき、そのうえ圧力の変動に対しても制御流量が殆ど影響されることなしに、高精度な流量計測又は流量制御をリアルタイムで行うことが出来る。

[0034] また、本発明に於いては、制御演算回路に圧力変動に対する補正データの記憶回路と、これによる演算流量の補正回路を設けるようにしているため、オリフィス 2次側に圧力変動が生じてもその影響を簡単に補正することが出来、オリフィス 2次側の圧力 Pが真空（50Torr以下の低圧）に近い状態の条件下に於いても、圧力変動に殆ど影響を受けることなしに高精度な流量計測又は流量制御が行える。

[0035] 更に、本発明に於いては、小流量用の差圧式流量計と大流量用の差圧式流量計とを有機的に一体的に組み付けするようにしているため、両差圧流量計を切換作動させることにより、定格流量（100。/o)から定格流量の 1。/₀位の小流量（1%)の広い流量範囲に亘つて、誤差 Errar (%SP)が 1 (%SP)以下の高精度な流量計測を連続的に行うことができる。

[0036] 加えて、本発明に於いては、小流量用の差圧式流量計と大流量用の差圧式流量計の切換作動を一系統の制御用信号 Scでもって自動的に行なうことができ、制御系統の一層の簡素化が可能となる。

[0037] 本発明は上述の通り、簡単な構造の安価な差圧式流量計等であるにも拘わらず、あらゆる種類のガスの流量を、 lOOTorr以下のガス使用条件下であっても広範囲の流量域に亘つて高精度で計測又は流量制御することができると云う優れた実用的効用を有するものである。

図面の簡単な説明

[0038] [図 1]本発明の第 1実施形態に係る差圧式流量計の基本構成図である。 [図 2]図 1の差圧式流量計の誤差特性を示す線図である。

[図 3]オリフィス下流側圧力 Pが真空の場合に於いて、 2次側管路抵抗を変化させた

2

場合の「流量と 2次側圧力と誤差」との関係を示す線図である。

[図 4]図 3のデータを得るために利用した測定回路を示すものである。

[図 5]本発明の第 2実施形態に係る差圧式流量計の基本構成図である。

[図 6]本発明の第 3実施形態に係る差圧式流量計の基本構成図である。

[図 7]本発明の第 4実施形態に係る差圧式流量計全体構成を示す系統図である。

[図 8]本発明の第 4実施形態に係る差圧式流量計の主要部の断面概要図である。

[図 9]ノーマルオープン型とノーマルクローズ型の切換弁を用いた本発明に係る差圧式流量計の切換操作系統の説明図である。

[図 10]本発明に係る差圧式流量制御装置の第 1実施形態の基本構成図である。

[図 11]本発明に係る差圧式流量制御装置の第 2実施形態の基本構成図である。

[図 12]本発明に係る差圧式流量制御装置の第 3実施形態の基本構成図である。

[図 13]本発明に係る差圧式流量制御装置の第 4実施形態の基本構成図である。

[図 14]先に公開をした改良型圧力式流量制御装置の構成図である。

[図 15]先に公開をした改良型圧力式流量制御装置の流量特性を示す線図である。符号の説明

Qは実験流量演算式、 Q'は補正済流量、 Qsは設定流量、 SFは標準流量制御器（圧力式流量制御装置）、 Aは差圧式流量計、 V一 V は 2次側制御弁、 VPは真空

21 23

排気ポンプ、 aはガス入口、 bはガス出口、 1はオリフィス、 1'は小流量用オリフィス、 1 "は大流量用オリフィス、 2はオリフィス上流側の絶対圧式圧力検出器、 3はオリフィス下流側の絶対圧式圧力検出器、 4はオリフィス上流側のガス絶対温度検出器、 5は制御演算回路、 5aは流量演算回路、 5bは補正データ記憶回路、 5cは流量補正演算回路、 5dは圧力比演算回路、 5eは臨界条件判定回路、 5fは臨界条件下の流量を演算する第 2流量演算回路、 5gは設定流量と演算流量の比較回路、 5'は第 1制御演算回路、 5"は第 2制御演算回路、 6は流量出力端子、 7は電源入力端子、 8はガス供給装置、 9はガス使用装置 (チャンバ一）、 10は第 1切換弁、 10a駆動用シリンダ、 11は第 2切換弁、 11a駆動用シリンダ、 12はボディ、 12aはガス入口部材、 12bはガス出口部材、 12cは第 1ボディ部材、 12dは第 2ボディ部材、 13a' 13bはシール、 1 4a' 14bは圧力検出器の取付ボルト、 15a' 15bはダイヤフラム弁機構、 16a— 16fは通路、 17aは第 1切換弁の取付孔、 17bは第 2切換弁の取付孔、 18aはオリフィス上流側圧力検出器の取付孔、 18bはオリフィス下流側圧力検出器の取付孔、 21はコントロールバルブ、 22はバルブ駆動部、 Mvは制御用電磁弁、 Scは制御用信号。発明を実施するための最良の形態

[0040] 以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。

図 1は、本発明に係る差圧式流量計の第 1実施形態の基本構成を示すものであり、当該差圧式流量計はオリフィス 1、オリフィス上流側の絶対圧式圧力検出器 2,オリフイス下流側の絶対圧式圧力検出器 3、オリフィス上流側のガスの絶対温度検出器 4、制御演算回路 5、出力端子 6,入力端子 7、等から構成されている。尚、 8はガス供給装置、 9はガス使用装置（チャンバ一）である。

[0041] 本発明の差圧式流量計に於いては、差圧条件下 (即ち、非臨界条件下）でオリフィス 1を通過するガスの流量 Q力前記制御演算回路 5に於いて、下記の（1)式の実験流量式を用いて演算され、その演算値は出力端子 6より外部へ出力される。 Q = C ·

1

P Ζ ΓΤ· ( (P /P ) ^m- (p /P ) ⁿ) ^1/2 · · (1)

1 2 1 2 1

尚、上記の実験流量式 Qは、従前の連続方程式を基礎とする下記流量演算式（2) をベースにして本願発明者によって新規に提案されたものである。

[0042] [数 1]

κ + 1 1

S · Ρ 1 2 g Ρ 2

Q c =

δ R T κ - Ρ Ρ

[0043] 尚、（2)式に於いて、艟はガス密度、黨はガスの比熱比、 Ρはオリフィス上流側圧力

1

、 Ρはオリフィス下流側圧力、 Τはガス温度、 Rはガス定数、 Sはオリフィス断面積であ

2

り、当該（2)式は公知のものである。

[0044] 本発明に係る前記（1)式に於いて、 Qは標準状態に換算した体積流量（SCCM)、 C はオリフィス 1の断面積 Sを含んだ係数、 Ρはオリフィス上流側の絶対圧力（Pa)、 Ρ はオリフィス下流の絶対圧力（Pa)、 Tはオリフィス上流側のガスの絶対温度（K)である。

また、 m及び nは、（2)式より Nガスの黨 = 1. 40を演算して定められた定数であり、

2

オリフィス径 φが 2. Omm φ、最大流量が 2000sccmの流量計に於いては、前記（1 )式の C = 2680、 m= l . 4286、 n= l . 7143となる。

1

[0045] 尚、当該常数 C、 m及び nが測定可能なガス種に応じて変化することは勿論である

1

力 Nガスに於いては、 m= l . 4286及び n= l . 7143となることが判っている。

2

[0046] 図 2は、図 1の差圧式流量計（100%設定値 2000sccm)の設定流量値（％)と圧力 P、 P (Torr)と誤差 Error (%SP)の関係を示す実測値であり、ガス圧力 P、 Pが 50

1 2 1 2

Torr以下の真空であっても、設定流量が 10 ( Q/。）（最大流量の 10% = 200sccm)位までであれば、流量誤差 Errorは設定流量値 (%)に対して極く小さな値（1 %SP以下）となる。

しかし、設定流量値が 10 (%)以下になると、流量誤差 Errorは一 1 (%SP)以上となり、流量測定値の実用上に問題が生じることになる。

[0047] 図 3は、本発明に係る差圧式流量計のオリフィス 2次側圧力 P (Torr)と設定流量（

2

%)と誤差 Error (%SP)と 2次側配管条件の関係を示す線図であり、 9aは設定流量 (%)が lOOsccmの場合を、 9bは 200sccmの場合、 9cは 400sccmの場合、 9dは 6 OOsccmの場合、 9gは 1200sccmの場合、は 1800sccmの場合、 9kは 2000scc m (100%)の場合を夫々示すものである。尚、使用した差圧式流量計の最大流量（1 00%)は 2000sccmである。

[0048] また、各設定流量値（％)の中で、四角印は図 3の中に示すように差圧式流量計の出口側が配管路（4. 35mm φ · 100mm)のままでバルブ等が介設されていない場合の誤差 Error (%SP)を、菱形印は差圧式流量計の出口側に Cv値が 0. 3の制御弁を介設したときの誤差 Error (%SP)を、三角印は Cv値が 0. 2の制御弁を介設したときの及び丸印は Cv値が 0. 1の制御弁を介設したときの誤差 Error (%SP)を夫々示すものである。

[0049] 即ち、図 3からも明らかなように、使用圧力条件が真空（50TCOT以下）になると、 2次側（オリフィス下流側）の配管条件によって、圧力 Pと流量 Qの関係が大きく変動することになり、結果として誤差 Error (%SP)が変化する。

[0050] そのため、差圧式流量計の調整時に、予め 2次側管路抵抗 (コンダクタンス）を変化させた場合の流量誤差 Error (%SP)を測定しておき（図 3の場合は 4条件 · 11点）、この誤差 Errorを打消すための補正係数を予め求めておく。そして、当該補正係数によって流量演算回路 5に於いて実験流量式（1)により演算した流量値 Qを修正することにより、真空の条件下に於いて差圧式流量計の 2次側圧力 Pが変化した場合

2

においても、より高精度な流量演算を行うことが可能となる。

[0051] 図 4は、図 3の誤差補正係数を得るための測定回路を示すものであり、標準流量制御器 SFとして圧力式流量制御装置を使用すると共に、 2次側配管条件を変えるために制御弁 Vを取付自在に設け、当該標準流量制御器 SFによって lOOsccm— 200

2

Osccmの流量域の間を 200sccmの間隔をもって、供給ガス流量（Nを調整（計 11

2

点）し、その都度差圧式流量計 Aの P、 P、 Q及びその時のオリフィス下流側の圧力

1 2

Pを測定した。

2

[0052] 尚、 2次側管路抵抗は、制御弁 Vが無い場合 (差圧式流量計 Aを直接に真空ボン

2

プへ内径 4· 35mm φの管路（長さ約 100mm)で接続したとき）、制御弁 Vを Cv値

2 が 0· 3のものとしたとき、 Cv値を 0. 2のものとしたとき、 Cv値を 0. 1のものとしたときの 4種のケースにより調整した。

[0053] また、測定流量は、前述の通り lOOsccm— 2000sccmの間で合計 11点を設定した。

更に誤差 Error (%SP)は（SFの流量値一 Aの流量値) / SFの流量値 ' 100%により算出した。

[0054] 尚、圧力式流量制御装置への供給圧力 Pは約 300kPaG、差圧式流量計 Aのオリ

1

フィス 2次側は真空排気ポンプ Vp (3001/min、最高到達圧力 1. 2 · 10— ²Torr)により連続的に真空引きした。

[0055] 例えば、先ず、 2次側配管路から制御弁 Vを取り外して内径 φ =4. 35mm-L= l

2

00mmの直線状のステンレス鋼管のみで 2次側管路を形成し、圧力式流量制御装置 SFにより供給流量を lOOOsccmとしたとき、差圧式流量計 Aの測定値は約 lOOOscc mで誤差 Eは零となり、その時の 2次側圧力 Pは約 18Torrであった。同様に SFからの供給流量を 2000sccmとすると、差圧式流量計 Aの読みは 1920sccm (誤差 Eは一 4%SP)となり、その時の 2次側圧力 Pは約 29Torrとなった。

[0056] 同様にして 2次側管路の条件を変えると、 SFからの供給流量が 2000sccm (100 %)の条件下でも Cv = 0. 3の時には誤差 E=_1 %SP及び P = 34. 5Torrとなり、 C v= 0. 2の日寺には誤差 E=_0. 05%SP及び P =40. 5Torrとなる。また Cv= 0. 1 の時には誤差 E= + 2。/。SP及び P = 59. 5Torrとなった。

[0057] 上記図 3の結果を整理することにより、各設定流量値（％3 ）に対して、下表のようなオリフィス下流側圧力 Pの変動と発生誤差 Error (%SP)との関連を示すテーブルを得ることが出来る。

[0058] [表 1]

[0059] 即ち、約 lOOTorr以下の真空状態下で使用する差圧式流量計に於いて、オリフィス 2次側圧力 Pが何らかの事情で変動した際には、上記表 1の補正データを用いて、差圧式流量計の現実の測定値を修正する。

[0060] 例えば、 2000sccm (100%)で使用中の差圧式流量計力測定値として 2000scc mを表示しており且つその時のオリフィス下流側の圧力 P力 ¾0Torrであれば、測定値（2000sccm)には + 2%の誤差 Error (%SP)を含んでいることになるので、 + 2 %分の修正を施して 2000sccmの測定値を 1960sccmに補正する。

[0061] 図 5は、上記補正手段を採用した本発明の基本構成を示すものであり、第 1実施形態を示す図 1の差圧式流量計の制御演算回路 5に補正データの記憶回路 5bと流量値の補正演算回路 5cとを設けたものである。 [0062] 即ち、前記流量演算回路 5aで流量実験式 Qを用いて演算した流量値 Qに、その時のオリフィス下流側圧力 Pを参照して補正データ記憶回路 5bから圧力 Pに於ける誤

2 2 差 Error (%SP)を引出し、当該誤差 Error (%SP)分を前記流量演算値 Qから除く補正をし、補正演算回路 5cで補正後の直値に近い流量値 Q'を出力端子 6より外部へ出力する。

[0063] 図 6は本発明の第 3実施形態を示すものであり、図 5の差圧式流量計に於いて、臨界条件下にあるときは Q = KPの流量式でもって流量の演算を行い、また非臨界条

1

件下にあるときには、図 5の制御演算回路 5でもって流量演算を行うようにしたものである。

[0064] 即ち、図 6に示すように、第 3実施形態の差圧式流量計に於いては、図 5の制御演算回路 5に、圧力比演算回路 5dと臨界条件判定回路 5eと臨界条件下の流量演算回路 5fとが追加されており、先ず、オリフィス上流側圧力 Pと下流側圧力 Pの比（繃）を

1 2 求め、圧力比繃と臨界圧力比繃 cの大小を比較し、臨界条件下にあるときには Q=K Pにより流量演算を行って演算値を出力する。

1

[0065] また、非臨界条件下にあるときには、流量式 Q = C · Ρ /^Τ· ( (Ρ /Ρ

1 1 2 1 Γ一 (Ρ /

2

Ρ ) ^π) ^1/2により流量を演算し、流量補正演算回路 5cで演算値 Qを補正したあと、出力

1

端子 6より補正後の流量値 Q'を出力するものである。

[0066] 一方、前記第 1乃至第 3実施形態に於いては、実験流量演算式 Qを用いたり、或いは流量演算値 Qの補正 Q'を行っても、流量測定値の誤差 Errorを実用に耐え得る範囲内（例えば 1 (%SP)以下）に抑えることが出来るのは、流量範囲が 100— 10 (%) までであり、流量が 10 (%)以下になると、補正を施しても誤差 Errorを 1 (%SP)以下に保持することが困難である。

[0067] そこで、本願発明の第 4実施形態に於いては、流量範囲の異なる 2組の前記第 1乃至第 3実施形態に係る差圧式流量計を組み合せ、上記 2組の差圧式流量計を切換作動させることにより、全体として流量が 100 (%) 1 (%)の広い流量範囲に亘つて、常に誤差 Errorを 1 (%SP)以下の高精度な流量測定を行える構成としている。

[0068] 図 7は、第 4実施形態に係る差圧式流量計の全体構成図を示すものであり、図 7に於いて 10は第 1切換弁（NC型）、 11は第 2切換弁（NC型）、 aはガス入口側、 bはガス出口側、 1 'は第 1オリフィス（小流量用）、 1 "は第 2オリフィス（大流量側）、 5'は第 1 制御演算回路、 5"は第 2制御演算回路である。

[0069] 即ち、第 1オリフィス 1 '、第 1制御演算回路 5'等によって小流量側の差圧式流量計（例えば 10— lOOsccmの流量範囲）ヽまた第 2オリフィス 1 "及び第 2制御演算回路 5"等によって大流量側の差圧式流量制御装置（例えば 100 lOOOsccmの流量範囲）が夫々構成されており、両差圧式流量制御装置によって流量範囲 1000sccm (l 00%)— 10sccm (l %)の広範囲に亘つて誤差 Errorが 1 (%SP)以下の高精度でもつて流量計測が行える構成となっている。

[0070] 図 8は、本発明の第 4実施形態に係る差圧式流量計の主要部の断面概要図であり、両差圧式流量計を形成する第 1及び第 2制御演算回路 5'、 5"等は省略されている図 8に於いて、 12はボディ、 13a、 13bはシール、 14aはオリフィス上流側絶対式圧力検出器 2の取付用ボルト、 14bはオリフィス下流側絶対式圧力検出器 3の取付用ボルト、 15a、 15bはダイヤフラム弁機構、 10a、 1 la駆動用シリンダである。

[0071] ボディ 12はガス入口部材 12a、ガス出口部材 12b、第 1ボディ部材 12c及び第 2ボディ部材 12dを気密状に組付けすることにより形成されており、ステンレス鋼により製作されている。

[0072] また、ブロック状の第 1ボディ部材 12c及び第 2ボディ部材 12dの上面側には、第 1 切換弁 10及び第 2切換弁 11の取付孔 17a、 17bが、更に、その下面側にはオリフィス上流側圧力検出器 2及びオリフィス下流側圧力検出器 3の取付孔 18a、 18bが夫々穿設されている。

尚、図 8には、図示されていないが、第 1ボディ部材 12cにはオリフィス上流側のガス温度検出器 4の取付孔が形成されてレ、る。

[0073] また、各ボディ部材 12c、 12d等には、流体入口 aと第 1切換弁 10の取付孔 17aの底面とオリフィス上流側圧力検出器 2の取付孔 18aの底面と第 2切換弁 11の取付孔 17bの底面とを夫々連通する流体通路 16a、 16b、 16eと、取付孔 17aと取付孔 17b の各底面間を連通する流体通路 16fと、取付孔 17bの底面と取付孔 18bの底面とを連通する流体通路 16cと取付孔 18bの底面と流体出口 bとを連通する流体通路 16d と力夫々穿設されている。

[0074] 更に、流体通路 16には小流量用のオリフィス 1'が、また流体通路 16a (又は 16b) には、大流量用のオリフィス 1"が夫々介設されており、図 8の実施形態では両ボディ部材 12c、 12dの接合面に各オリフィス 1'、 1"が配置されている。

[0075] 前記各取付孔 17a、 17bの底面に形成された流体通路 16e、 16bに連通する弁座は、第 1切換弁 10及び第 2切換弁 11の弁機構 15a、 15bにより開閉され、各弁座が開閉されることにより、通路 16eと通路 16fとの間及び通路 16cと通路 16bとの間が開閉される。

尚、通路 16cは両取付孔 17b、 18b間を常時連通するようになっている。

[0076] 図 7及び図 8を参照して、先ず測定流量が大流量域の場合には、第 1切換弁 10を閉、第 2切換弁 11を開にし、ガス入口 aから流入したガスを通路 16a、オリフィス 1"、通路 16b、通路 16c、通路 16dを通してガス出口 bより流出させる。そして、第 2制御演算回路 5" (図示省略）により流量演算を行い、必要箇所へ出力する。

[0077] また、測定流量域が減少して定格流量の 10%以下になれば、第 1切換弁 10を開にすると共に第 2切換弁 11を閉にする。これにより、ガスの流れは通路 16a、通路 16 e、小流量用オリフィス 1'、通路 16f、通路 16c、通路 16dを通してガス出口 bより流出する。その間に第 1制御演算回路 5'により流量演算が行われ、必要箇所へ出力されることは大流量域の計測の場合と同じである。

[0078] 尚、ボディ 12の材質、ガス通路内面の処理加工、ダイヤフラム弁機構 15a、 15b、圧力検出 2、 3及び温度検出器等は公知であるため、ここではその説明を省略する。

[0079] また、前記図 7及び図 8の第 4実施形態に於いては、第 1切換弁 10及び第 2切換弁 11を夫々ノーマルクローズ型の弁とし、各切換弁 10、 11の駆動用シリンダ 10a、 11a へ夫々独立した制御用電磁弁を介して作動用流体を供給する構成としているが、第 1切換弁 10と第 2切換弁 11の一方をノーマルクローズ型の弁に、他方をノーマルォープン型の弁として、；L台の制御用電磁弁から作動用流体を両切換弁 ₁₀、 _{1 :L}へ供給するようにしてもよい。

[0080] 即ち、両切換弁 10、 11のー方を^^〇型に、他方を NC型とした場合には、図 9の制御系統図に示すように、 1台の制御用電磁弁 Mvでもって両切換弁 10、 11の切換操作を行うことができ、制御用信号 Scも 1系統にすることができる。

[0081] 図 10は本発明に係る差圧式流量制御装置の第 1実施形態を示すものであり、前記図 1に示した差圧式流量計にコントロールバノレブ 21及びバルブ駆動部 22を設けると共に、制御演算回路 5に流量比較回路 5gを設け、ここで外部から入力した設定流量 Qsと流量演算回路 5aで演算した演算流量 Qとの流量差ト Qを演算して、当該流量差ト Qをバルブ駆動部 22へその制御信号として入力する。これにより、コントロールバルブ 21は前記流量差ト Qが零になる方向に作動され、オリフィス 1を流通するガス流量 Qが設定流量 Qsに制御されることになる。

[0082] 図 11は差圧式流量制御装置の第 2実施形態を示すものであり、前記図 5に示した差圧式流量計にコントロールバルブ 21及びバルブ駆動部 22を設けると共に、制御演算回路 5に流量比較回路 5gを設けたものである。

[0083] 尚、流量比較回路 5gでは、補正演算回路 5cで演算流量 Qに誤差補正をした補正後の流量 Q'を用いて流量差ト Qが演算され、当該流量差ト Qが零となる方向にコントロールバルブ 21が開閉制御される。

[0084] 図 12は差圧式流量制御装置の第 3実施形態を示すものであり、前記図 6に示した差圧式流量計にコントロールバルブ 21及びバルブ駆動部 22を設けると共に、制御演算回路 5から補正データ記憶回路 5b及び補正演算回路 5cを除き、これに代えて流量比較回路 5gを設ける構成としたものである。

[0085] 即ち、ガス流が臨界条件下にある時には、第 2流量演算回路 5fからの演算流量 Q を用いて、また、ガス流が非臨界条件下にある時には、流量演算回路 5aからの演算流量 Qを用いて、夫々流量差ト Qが演算され、当該流量差ト Qを零にする方向にコントロールバルブ 21が開閉制御される。

[0086] 図 13は差圧式流量制御装置の第 4実施形態を示すものであり、前記図 6に示した差圧式流量計にコントロールバルブ 21及びバルブ駆動部 22を設けると共に、制御演算回路 5に流量比較回路 5gを設ける構成としたものである。

[0087] 即ち、ガス流が臨界条件下にある時には、第 2流量演算回路 5fからの演算流量 Q を用いて、また、ガス流が非臨界条件下にある時には、流量演算回路 5aからの演算流量 Qに補正をカ卩えた補正演算回路 5cからの流量 Q'を用いて、夫々流量差ト Qが演算され、当該流量差ト Qを零にする方向にコントロールバルブ 21の開閉制御が行なわれる。

産業上の利用可能性

本発明は、主として半導体製造装置や化学プラント、食品製造プラント等で使用されるものであるが、ガスや液体等の流体を取り扱う分野に於いて、広く利用に供されるものである。

Claims

請求の範囲

[1] オリフィスと、オリフィス上流側の圧力 Pの検出器と、オリフィス下流側の流体圧力 P

1 2 の検出器と、オリフィス上流側の流体温度 Tの検出器と、前記各検出器からの検出圧力 P、 P及び検出温度 Tを用いてオリフィスを流通する流体流量 Qを演算する制御

1 2

演算回路とからなる差圧式流量計に於いて、前記流体流量 Qを Q = C · Ρ

1 1 Ζ Τ · ( (

Ρ /Ρ ) ^m- (P /Ρ ) ^1/2 (但し〇は比例定数、 m及び ηは定数）により演算することを

2 1 2 1 1

特徴とする差圧式流量計。

[2] オリフィスと、オリフィス上流側の流体圧力 Ρの検出器と、オリフィス下流側の流体圧

1

力 Ρの検出器と、オリフィス上流側の流体温度 Τの検出器と、前記各検出器からの検

2

出圧力 Ρ、 Ρ及び検出温度 Τを用いて流体流量 Qを演算する制御演算回路とから成

1 2

る差圧式流量計に於いて、前記制御演算回路に、流体流量 Qを Q = C · Ρ / T - (

1 1

(P /P ) ^m- (P /P ) ^1/2 (但し〇は比例定数、 m及び nは定数）により演算する流量

2 1 2 1 1

演算回路と、予め実測により求めたオリフィス下流側圧力 Pの変動と前記流体流量 Q

2

の流量誤差 Errorとの関係を記憶した補正データ記憶回路と、前記演算した流体流量 Qを補正データ記憶回路からの補正用データにより補正する流量補正演算回路とを設け、オリフィス下流側圧力 Pの変動に応じて演算した流体流量 Qを補正し、補正

2

後の流量値 Q'を出力する構成としたことを特徴とする差圧式流量計。

[3] 制御演算回路にオリフィス上流側の流体圧力 Pとオリフィス下流側の流体圧力 Pの

1 2 比を演算する圧力比演算回路と、前記演算した圧力比と流体の臨界圧力比とを対比して流体の状態を判別する臨界条件判定回路と、流体が臨界条件下にあるときには流体流量 Qを Q =KP (但し Kは比例定数）により演算する第 2流量演算回路とを設

1

け、流体が臨界条件下にあるときは前記第 2流体演算回路により演算した流体流量 Qを、また流体が非臨界条件下にあるときには流量補正演算回路から補正した流量値 Q'を、夫々出力する構成とした請求項 2に記載の差圧式流量計。

[4] 最大流量の 100— 10%までの流量域を測定する差圧式流量計と最大流量の 10 %— 1 %までの流量域を測定する差圧流量計とを組み合せ、測定すべき流体を前記各流量域に応じて切換弁により前記各差圧流量計へ切換え供給することにより、広流量域によって亘つて高精度な流量測定を行うことを特徴とする差圧式流量計。

[5] 各差圧式流量計を、オリフィスと、オリフィス上流側の流体圧力 Pの検出器と、オリフ

1

2

1 2

制御演算回路とから成る差圧式流量計とし、且つ前記流体流量 Qを Q = C · Ρ

1 1 /

Τ· ( (Ρ /P ) ^m-(P /Ρ ) ^η) ^1/2 (但し Cは比例定数、 m及び nは定数）により演算するよ

2 1 2 1 1

うにした請求項 4に記載の差圧式流量計。

[6] 各差圧式流量計を、オリフィスと、オリフィス上流側の流体圧力 Pの検出器と、オリフ

1

イス下流側の流体圧力 Pの検出器と、オリフィス上流側の流体温度 Tの検出器と、前

2

1 2

制御演算回路とから成る差圧式流量計であって、且つ前記制御演算回路に、流体流量 Qを Q = C ·Ρ / Τ· ( (Ρ /Ρ ) ^m- (P /Ρ ) ^η) ^1/2 (但し Cは比例定数、 m及び η

1 1 2 1 2 1 1

は定数）により演算する流量演算回路と、予め実測により求めたオリフィス下流側圧力 Ρの変動と前記流体流量 Qの流量誤差 Errorとの関係を記憶した補正データ記憶

2

回路と、前記演算した流体流量 Qを補正データ記憶回路からの補正用データにより補正する流量補正演算回路とを設け、オリフィス下流側圧力 Pの変動に応じて演算

2

した流体流量 Qを補正し、補正後の流量値 Q'を出力する構成のものとした請求項 4 に記載の差圧式流量計。

[7] 流体入口 aと流体出口 bと第 1切換弁 10の取付孔 17aと第 2切換弁 11の取付孔 17 bとオリフィス上流側の流体圧力検出器 2の取付孔 18aとオリフィス下流側の流体圧力検出器 3の取付孔 18bとオリフィス上流側の流体温度検出器 4の取付孔を夫々設けたバルブボディ 12と、前記バルブボディ 12の内部に穿設した流体入口 aと第 1切換弁 10の取付孔 17aの底面とオリフィス上流側の流体圧力検出器 2の取付孔 18aと第 2切換弁 11の取付孔 17bの底面とを直通する流体通路 16a、 16b、 16eと、第 1切換弁取付孔 17aの底面と第 2切換弁 11の取付孔 17bの底面とを連通する流体通路 16fと、第 2切換弁 11の取付孔 17bの底面とオリフィス下流側の流体圧力検出器 3の取付孔 18bの底面とを連通する流体通路 16cと、オリフィス下流側の流体圧力検出器 3の取付孔 18bの底面と流体出口 bとを連通する流体通路 16dと、前記各取付孔 1 8a、 18bへ固着したオリフィス上流側の流体圧力検出器 2及びオリフィス下流側の流体圧力検出器 3と、オリフィス上流側の流体温度検出器 4と、前記流体通路 16eと流体通路 16f間を開閉する第 1切換弁 10と、前記流体通路 16bと流体通路 16c間を開閉する第 2切換弁 11と、前記流体通路 16fの途中に介設した小流量用のオリフィス 1 'と、前記流体通路 16a又は流体通路 16bに介設した大流量用のオリフィス 1 "と、前記両圧力検出器 2, 3の検出圧力 P · Ρ及び温度検出器 4の検出温度 Tにより小流量

1 2

用オリフィス 1'及び大流量用オリフィス 1"を流通する流体流量 Qを Q = C · Ρ

1 1 /IT-

( (Ρ /Ρ ) ^m- (P /Ρ により演算する制御演算回路とから構成され、測定すべき

2 1 2 1

流量の大流量域を前記第 1切換弁 10を閉に第 2切換弁 11を開にして、また小流量域を前記第 1切換弁 10を開に第 2切換弁 11を閉にして夫々測定することを特徴とする差圧式流量計。

[8] 第 1切換弁 10と第 2切換弁 11の何れか一方をノーマルクローズ型の弁に、他方をノーマルオープン型の弁にすると共に、両切換弁 10、 11の駆動用シリンダ 10a、 11a へ 1台の制御用電磁弁 Mvから作動用流体を供給する構成とした請求項 4又は請求項 7に記載の差圧式流量計。

[9] 最大流量の 100— 10%までの流量域を、第 1切換弁 10を閉に第 2切換弁 11を開にして測定し、また最大流量の 10%— 1%までの流量域を第 1切換弁 10を開に及び第 2切換弁 11を閉にして測定するようにした請求項 7に記載の差圧式流量計。

[10] オリフィス上流側の圧力検出器 2とオリフィス下流側の圧力検出器 3とオリフィス上流側の温度検出器 4とを、両差圧流量計で共用するようにした請求項 7又は請求項 8に記載の差圧式流量計。

[11] バルブ駆動部を備えたコントロールバルブ部と、その下流側に設けたオリフィスと、オリフィス上流側の圧力 Ρの検出器と、オリフィス下流側の流体圧力 Ρの検出器と、

1 2

オリフィス上流側の流体温度 Τの検出器と、前記各検出器からの検出圧力 Ρ、 Ρ及

1 2 び検出温度 Τを用いてオリフィスを流通する流体流量 Qを演算すると共に、演算流量 Qと設定流量 Qsとの差を演算する流量比較回路を備えた制御演算回路とからなる差圧式流量制御装置に於いて、前記流体流量 Qを Q = C · Ρ / ΓΤ· ( (Ρ /P ) ^M- (P

1 1 2 1 2

/Ρ ) ") ^1/2 (但し〇は比例定数、 m及び ηは定数）により演算することを特徴とする差圧

1 1

式流量制御装置。 [12] バルブ駆動部を備えたコントロールバルブ部と、その下流側に設けたオリフィスと、オリフィス上流側の流体圧力 Pの検出器と、オリフィス下流側の流体圧力 Pの検出器

1 2 と、オリフィス上流側の流体温度 Tの検出器と、前記各検出器からの検出圧力 P、 P

1 2 及び検出温度 Tを用いて流体流量 Qを演算すると共に、演算流量 Qと設定流量 Qsとの差を演算する流量比較回路を備えた制御演算回路とから成る差圧式流量制御装置に於いて、前記制御演算回路に、流体流量 Qを Q = C ·Ρ / Τ· ( (Ρ /Ρ ) ^m- (

1 1 2 1

Ρ /Ρ ) ^1/2 (伹し〇は比例定数、 m及び ηは定数）により演算する流量演算回路と、

2 1 1

予め実測により求めたオリフィス下流側圧力 Ρの変動と前記流体流量 Qの流量誤差

2

Errorとの関係を記憶した補正データ記憶回路と、前記演算した流体流量 Qを補正データ記憶回路からの補正用データにより補正する流量補正演算回路とを設け、ォリフィス下流側圧力 Pの変動に応じて演算した流体流量 Qを補正し、補正後の流量

2

値 Q'を前記流量比較回路へ入力して流量差ト S = Q '— Qsを演算する構成としたことを特徴とする差圧式流量制御装置。

[13] 制御演算回路にオリフィス上流側の流体圧力 Pとオリフィス下流側の流体圧力 Pの

1 2 比を演算する圧力比演算回路と、前記演算した圧力比と流体の臨界圧力比とを対比して流体の状態を判別する臨界条件判定回路と、流体が臨界条件下にあるときには流体流量 Qを Q=KP (但し Kは比例定数）により演算する第 2流量演算回路とを設

1

け、流体が臨界条件下にあるときは前記第 2流体演算回路により演算した流体流量 Qを、また流体が非臨界条件下にあるときには流量補正演算回路力補正した流量値 Q'を、夫々前記流量比較回路へ入力する構成とした請求項 2に記載の差圧式流量計。