DE102009051285A1 - Vorrichtung zum Steuern der Konzentration eines Materialgases - Google Patents

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Masakazu Kyoto-shi Minami
Daisuke Kyoto-shi Hayashi
Yuhei Kyoto-shi Sakaguchi
Katsumi Kyoto-shi Nishimura
Masaki Kyoto-shi Inoue
Kotaro Kyoto-shi Takijiri
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Horiba Stec Co Ltd
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Horiba Ltd
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Abstract

Materialgaskonzentrationssteuersystem (100) zum Konstanthalten einer Konzentration eines Materialgases und eines Mischgases selbst dann, wenn der Partialdruck des Materialgases fluktuiert, welches ein gutes Ansprechverhalten aufweist. Das Materialgaskonzentrationssteuersystem (100) wird bei einem Materialverdampfungssystem (1) verwendet mit einem Behälter (13) zum Aufnehmen eines Materials (L), einer Einlassleitung (11) zum Eingeben eines Trägergases zum Verdampfen des im Behälter (14) aufgenommenen Materials und mit einer Auslassleitung (12) zum Ausgeben des Mischgases, welches besteht aus dem Materialgas, welches im Behälter (13) verdampft wurde und dem Trägergas, wobei des Weiteren ein erstes Ventil (23) in der Einlassleitung (11), ein Konzentrationsmessabschnitt (CS) zum Messen der Konzentration des Materialgases im Mischgas und ein Konzentrationssteuerabschnitt (CC) zum Steuern eines Öffnungsgrads des ersten Ventils (23) vorgesehen sind zum Bewirken, dass die gemessene Konzentration des Materialgases, die gemessen wurde vom Konzentrationsmessabschnitt (CS) den Wert einer vorab bestimmten Einstellkonzentration annimmt.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung oder ein System zum Steuern der Konzentration eines Materialgases, welches ein Trägergas in ein festes oder flüssiges Material einbringt, das in einem Behälter aufgenommen ist, und welches eine Konzentration des verdunsteten oder verdampften Materialgases in einem Materialverdunstungs- oder -verdampfungssystem zum Verdunsten oder Verdampfen des Materials steuert. Ein derartiges System kann auch als Materialgaskonzentrationssteuersystem bezeichnet werden.
  • TECHNISCHER HINTERGRUND
  • Ein typisches Materialgaskonzentrationssteuersystem für diese Art von Materialverdampfungssystem ist in den unten angegebenen Patentdokumenten 1 und 2 gezeigt und ist ein Materialgaskonzentrationssteuersystem mit einer Massenflusssteuerung oder Massenstromsteuerung, welche in einer Einlassleitung angeordnet ist, die ein Trägergas einleitet oder einführt, mit einem Konstanttemperaturbad, um einen Behälter, in dem eine Materialflüssigkeit aufgenommen oder enthalten ist, auf einer konstanten Temperatur zu halten, und mit einem Drucksensor, der in einer Ablassleitung oder Auslassleitung angeordnet ist, um ein gemischtes Gas oder Mischgas mit dem Materialgas und dem Trägergas auszugeben, und der den Druck misst, nämlich den Gesamtdruck des gemischten Gases oder Mischgases.
  • Dieses Materialgaskonzentrationssteuersystem verdampft oder verdunstet die Materialflüssigkeit in konstanter Art und Weise bei einem gesättigten Dampfdruck oder Gasdruck, wobei die Temperatur der Materialflüssigkeit konstant gehalten wird, um den Partialdruck des Materialgases bei konstanter Temperatur einzustellen und den Fluss oder Strom des Trägergases zu steuern, um den Gesamtdruck, der vom Drucksensor gemessen wird, bei einer konstanten Temperatur unter Verwendung der Massenflusssteuerung einzustellen. Da die Konzentration der Dampf- oder Gaskomponente ausgedrückt wird durch den Partialdruck der Dampf- oder Gaskomponente dividiert durch den Gesamtdruck des Systems, wird bei dieser Anordnung auch die Konzentration der Dampfkomponente, nämlich die Konzentration des Materialgases, als konstant angenommen, weil der Partialdruck und der Gesamtdruck konstant sind.
  • DOKUMENTE AUS DEM STAND DER TECHNIK
    • Patentdokument 1: Veröffentlichte US-Patentanmeldung Nr. 2007/0254093
    • Patentdokument 2: Offengelegte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2003-257871
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • VON DER ERFINDUNG ZU LÖSENDE AUFGABEN
  • Aufgrund der nachfolgend aufgelisteten Umstände ist es bei der Verwendung des oben beschriebenen Konzentrationssteuersystems oder Konzentrationsregelsystems schwierig, die Konzentration des Materialgases zu einer bestimmten Konzentration hin mit einer höheren Genauigkeit zu steuern und die Konzentration mit einer hohen Geschwindigkeit und einem guten Ansprechverhalten zu steuern.
  • << Einfluss der Temperaturänderung im Behälter auf die Konzentrationssteuerung oder -regelung >>
  • Zunächst wird festgehalten, dass selbst dann, wenn der Behälter durch die Verwendung eines Konstanttemperaturbades auf einer konstanten Temperatur gehalten wird, die Konzentration des Materialgases von der gewünschten Konzentration abweicht, weil sich der gesättigte Dampfdruck oder Gasdruck aufgrund des Abfalls der Temperatur wegen der Verdampfungswärme oder Verdunstungswärme zum Zeitpunkt des Verdampfens oder Verdunstens der Materialflüssigkeit und auch der Druck des Materialgases ändern. Wenn sich die Menge der Materialflüssigkeit ändert, ändern sich auch die Kontaktzeitspanne, während der das Trägergas in Kontakt tritt mit der Materialflüssigkeit, oder ein Zustand des Trägergases, welches in Kontakt tritt mit der Materialflüssigkeit mittels Blasenbildung oder Perlen, so dass das Materialgas nicht in der Lage ist, ein Dampf-Flüssigkeitsgleichgewicht oder Gas-Flüssigkeitsgleichgewicht einzunehmen und den Dampf oder das Gas zu sättigen. Im Ergebnis davon ändert sich der Partialdruck das Materialgases, so dass die Konzentration von der gewünschten Konzentration abweicht. Selbst dann, wenn die Temperatur durch die Verwendung eines Konstanttemperaturbades praktisch konstant gehalten wird, ist es des Weiteren sehr schwierig, den Partialdruck des Materialgases konstant zu halten.
  • Selbst dann, wenn die Materialflüssigkeit bei gesättigtem Dampfdruck oder Gasdruck in konstanter Art und Weise verdampft oder verdunstet wird, ist es, wenn versucht wird, die Konzentration des Materialgases zu ändern, zusätzlich notwendig, den gesättigten Dampfdruck oder Gasdruck durch Ändern der Temperatur im Behälter zu ändern. Da es im Allgemeinen eine längere Zeitspanne benötigt, die Temperatur im Behälter zu ändern, wird das Antwortverhalten des Steuerns oder Regelns der Konzentration des Materialgases schlecht sein.
  • << Einfluss des Erhöhens des Gasvolumens im Behälter auf die Konzentrationssteuerung oder -regelung >>
  • Als Zweites ist festzuhalten, dass, wie das im Zusammenhang mit dem Graphen in 8 dargestellt ist, wenn das Gasvolumen wegen eines Absinkens der Materialflüssigkeit im Behälter anwächst, falls die Einstellkonzentration geändert wird, die Steuerzeit oder Regelzeit (die Einstellzeit), um die gemessene Konzentration auf eine neue Einstellkonzentration einzustellen, lang. Dies ist deshalb so, weil der Fluss oder Strom des Trägergases, der notwendig ist, um die Konzentration des Materialgases auf die gewünschte Konzentration durch Ändern des Gesamtdrucks im Behälter zu bringen, ansteigt. Im Ergebnis davon wird die Gasaustauschzeit oder Gasersetzungszeit zum Austauschen oder Ersetzen des Gases oder Dampfes im Behälter im Hinblick auf die gewünschte Gaskonzentration oder Dampfkonzentration verlängert.
  • Dies bedeutet mit anderen Worten, dass, wenn die Materialflüssigkeit abnimmt, ein System, welches zuvor oder vorher in geeigneter Weise gesteuert wurde oder werden konnte, verändert wird zu einem System, bei welchem eine große Menge an Zeit verschwendet wird. Wenn dann bei einem bestimmten Schritt die neue Einstellkonzentration eingegeben wird, zeigt die Ausgabe der gemessenen Konzentration ein merkliches Überschreiten, und es tritt ein Überschwingen ein. Im Ergebnis davon wird die Einstellzeit verlängert.
  • Zusätzlich wird die Ansprechgeschwindigkeit abgesenkt, weil der Konzentrationsmessabschnitt verschiedenen Änderungen in Bezug auf die Messumgebung unterliegt, dadurch wird die Zeitverschwendung vergrößert. Dies alles liefert einen Beitrag zu dem Problem, dass in diesem Zusammenhang die Einstellzeit verlängert wird.
  • Um diese Probleme zu lösen, kann daran gedacht werden, den Strom oder den Fluss des Trägergases zu steigern, um so die Zeit zum Ersetzen des Dampfes oder Gases zu verkürzen und somit eine Verringerung oder Verkürzung der Einstellzeit zu erreichen. Wenn jedoch der Strom oder Fluss des Trägergases geändert wird, ändert sich auch der Strom oder Fluss des Materialgases oder der Gesamtstrom oder Gesamtfluss. Im Ergebnis davon ist es nicht möglich, den Fluss oder Strom konstant zu halten.
  • << Anstieg der verschwendeten Zeit aufgrund des Anstiegs des Gasvolumens im Behälter >>
  • Als Drittes ist zu bemerken, dass mit einer derartigen Anordnung, wenn nämlich das Gasvolumen aufgrund einer Abnahme der Materialflüssigkeit im Behälter ansteigt, falls die Einstellkonzentration geändert wird, es jeweils eine gewisse Zeit für das gesamte gemischte Gas oder Mischgas im Behälter benötigt, durch ein gemischtes Gas oder Mischgas mit der neu eingestellten Konzentration oder neuen Einstellkonzentration ausgetauscht zu werden. Dies bedeutet nämlich, dass, wenn das Flüssigkeitsmaterial oder Materialflüssigkeit abnimmt, ein Problem im Hinblick auf die Steuerzeit oder Regelzeit zum Erreichen der gewünschten Konzentration besteht, weil diese verlängert wird, wenn die Einstellkonzentration neu geändert wird, weil die Verweilzeit oder Verweildauer des Behälters oder im Behälter groß oder vergrößert sein kann.
  • Um dieses Problem zu lösen, wird herkömmlicherweise ein Flüssigkeitsvolumenmessgerät im Behälter angeordnet, um zu detektieren, wenn die Menge der Materialflüssigkeit geringer wird als eine vorab bestimmte Flüssigkeitsmenge, und um dann den Behälter wieder mit flüssigem Material oder Flüssigkeitsmaterial geeignet zu befüllen. Bei einer derartigen Anordnung kann das Problem, dass die Steuerzeit oder Regelzeit verlängert wird, verhindert werden. Jedoch wird bei einer derartigen Anordnung dadurch ein Problem erzeugt, dass ein Flüssigkeitsvolumenmessgerät im Behälter angebracht werden muss, was auch zu zusätzlichen Kosten führt.
  • Die vorliegende Erfindung wurde geschaffen, um die oben beschriebenen Probleme zu lösen. Es ist eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein hoch oder schnell ansprechendes Materialgaskonzentrationssteuersystem oder -regelsystem zu schaffen, das die Konzentration des Materialgases steuert oder regelt, und zwar ohne den Fluss des Trägergases zu steuern und zu regeln, wobei das System auch in der Lage ist, die Konzentration des Materialgases im gemischten Gas oder Mischgas selbst dann konstant zu halten, wenn die Verdunstungsrate oder Verdampfungsrate des Materials fluktuiert.
  • Es ist zusätzlich eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Materialgaskonzentrationssteuersystem oder -regelsystem zu schaffen, welches die gemessene Konzentration bei einer Einstellkonzentration innerhalb einer kurzen Zeitspanne selbst dann stabilisieren kann, wenn die Einstellkonzentration in dem Fall geändert wird, dass die Materialflüssigkeit im Behälter abnimmt oder die Ansprechgeschwindigkeit des Konzentrationsmessabschnitts gering ist.
  • Des Weiteren besteht eine dritte Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Materialgassteuersystem oder -regelsystem zu schaffen, welches in der Lage ist, das Problem zu verhindern, dass Zeit benötigt wird, um die Einstellkonzentration oder eingestellte Konzentration auf eine neue Einstellkonzentration oder eine neu eingestellte Konzentration zu stabilisieren, und zwar durch Bestimmen, dass die Materialflüssigkeit im Behälter vermindert wurde oder abgesunken ist, und zwar ohne Verwendung eines entsprechenden Detektors, z. B. eines Flüssigkeitsvolumenmessgeräts.
  • MITTEL ZUM LÖSEN DER AUFGABEN
  • Ein Materialgaskonzentrationssteuersystem oder -regelsystem zum Lösen der ersten Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird bei einem Materialverdampfungssystem oder Materialverdunstungssystem verwendet mit einem Behälter zum Aufnehmen eines Materials, einer Einlassleitung zum Einleiten, Einlassen oder Eingeben eines Trägergases in den Behälter zum Verdunsten oder Verdampfen des aufgenommenen Materials und einer Auslassleitung oder Ablassleitung zum Ausgeben des gemischten Gases oder Mischgases, welches aus dem Materialgas, das aus dem verdunsteten oder verdampften Material gebildet wurde, und dem Trägergas besteht, aus dem Behälter. Das System ist gekennzeichnet durch ein erstes Ventil, das in der Auslassleitung oder Ablassleitung angeordnet ist, einem Konzentrationsmessabschnitt, der die Konzentration des Materialgases im gemischten Gas oder Mischgas misst, und einen Konzentrationssteuerabschnitt oder -regelabschnitt, der einen Öffnungsgrad des ersten Ventils steuert oder regelt, um zu bewirken, dass die gemessene Konzentration des Materialgases, die von dem Konzentrationsmessabschnitt gemessen wird oder wurde, den Wert einer vorab bestimmten Einstellkonzentration annimmt, wobei der Konzentrationsmessabschnitt einen Druckmessabschnitt aufweist, der einen Druck im Behälter misst, wobei der Konzentrationssteuerabschnitt oder -regelabschnitt einen Einstell druckeinstellabschnitt aufweist, der den Einstelldruck ändert, so dass eine Abweichung zwischen der gemessenen Konzentration und der Einstellkonzentration reduziert wird. Des Weiteren ist dort ein Steuerabschnitt oder Regelabschnitt für das erste Ventil vorgesehen, welcher einen Öffnungsgrad des ersten Ventils derart steuert oder regelt, dass bewirkt wird, dass ein gemessener Druck, der durch den Druckmessabschnitt gemessen wird oder wurde, den Wert des Einstelldrucks annimmt, und welcher die gemessene Konzentration des gemessenen Materialgases steuert oder regelt, so dass diese den Wert der zuvor oder vorher bestimmten Einstellkonzentration annimmt.
  • Unter einem System kann immer auch eine Vorrichtung verstanden werden. Ferner kann unter einem Abschnitt immer auch eine entsprechende Einheit oder eine entsprechende Einrichtung verstanden werden.
  • Im Zusammenhang mit dieser Beschreibung und der Erfindung umfasst der Begriff des Drucks im Behälter den Druck im Behälter als solchen und den Druck des gemischten Gases oder Mischgases in der Auslassleitung oder Ablassleitung, die in Bezug auf das erste Ventil stromaufwärts oder vorgeschaltet angeordnet ist.
  • Da die Konzentration des Materialgases im gemischten Gas oder Mischgas selbst durch den Konzentrationssteuerabschnitt oder Konzentrationsregelabschnitt gemessen wird und der Öffnungsgrad des ersten Ventils vom Konzentrationssteuerabschnitt oder -regelabschnitt gesteuert oder geregelt wird, um die zuvor oder vorher bestimmte Einstellkonzentration anzunehmen, ist es bei dieser Anordnung möglich, die Konzentration unabhängig von einer Fluktuation konstant zu halten und zwar selbst dann, wenn die Verdunstungsrate oder Verdampfungsrate des Materialgases in dem Fall fluktuiert, dass die Materialflüssigkeit nicht in der Lage ist, ein Dampf-Flüssigkeitsgleichgewicht oder Gas-Flüssigkeitsgleichgewicht im Behälter anzunehmen oder sich der Zustand des Blasenbildens oder des Perlens ändert. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass es möglich ist, die Konzentration des gemischten Gases oder Mischgases konstant zu halten, ohne dass die verdampfte oder verdunstete Menge an Materialflüssigkeit durch Steuern oder Regeln der Temperatur am Behälter konstant gehalten werden muss.
  • Da die Konzentration des Materialgases im gemischten Gas oder Mischgas gesteuert oder geregelt wird durch Steuern oder Regeln des Öffnens oder der Öffnung des ersten Ventils, ist es zusätzlich möglich, die Konzentration des Materialgases mit einem höheren Ansprechverhalten oder schnellerem Ansprechverhalten zu steuern und zu regeln und auch mit einer geringeren zeitlichen Verzögerung, weil es nicht notwendig ist, auf einen Temperaturaustausch oder auf eine Temperaturänderung zu warten, und zwar verglichen mit dem Fall des Steuerns oder Regelns der Menge des Materialgases über das Steuern oder Regeln der Temperatur im Behälter.
  • Da der Konzentrationsmessabschnitt und das erste Ventil in der Auslassleitung oder Ablassleitung an einer Stelle angeordnet sind, die näher an den nachfolgenden Prozessen positioniert ist, tritt darüber hinaus eine Fluktuation in der Konzentration, wenn diese einmal gesteuert oder geregelt ist oder wird, kaum auf. Im Ergebnis davon kann das gemischte Gas oder Mischgas zu den nachfolgenden Prozessen oder Prozessabschnitten zugeführt werden, während die Genauigkeit der benötigten Konzentration des Materialgases aufrechterhalten werden kann.
  • Bei einem Materialgaskonzentrationssteuersystem oder -regelsystem mit einem derartigen Aufbau ist es zusatzlich möglich, die Materialgaskonzentration auf den Wert einer vorab bestimmten Konzentration zu halten, und zwar selbst dann, wenn der Gaszustand oder Dampfzustand des Materials sich ändert, z. B. wegen der Fluktuation des Flusses oder Stroms des Trägergases. Im Ergebnis davon ist es möglich, den Fluss oder Strom des gemischten Gases oder Mischgases in beliebiger Art und Weise einzustellen.
  • Da der Konzentrationsmessabschnitt einen Druckmessabschnitt zum Messen des Drucks im Tank aufweist und da der Konzentrationssteuerabschnitt oder -regelabschnitt den Einstelldruckeinstellabschnitt aufweist, um den zuvor oder vorher bestimmten Einstelldruck zu ändern, um die Abweichung zwischen der gemessenen Konzentration und der Einstellkonzentration zu reduzieren, sowie den Steuerabschnitt oder Regelabschnitt für das erste Ventil, um den Öffnungsgrad des ersten Ventils zu steuern oder zu regeln, um zu bewirken, dass der gemessene Druck, der gemessen wird oder wurde durch den Druckmessabschnitt, den Wert des Einstelldrucks annimmt und die gemessene Konzentration des Materialgases gesteuert oder geregelt wird, so dass diese den Wert der zuvor oder vorher bestimmten Einstellkonzentration annimmt, ist es des Weiteren möglich, den Gesamtdruck des gemischten Gases oder Mischgases zu steuern oder zu regeln, der auf einfache Art und Weise mit einem hohen oder schnellen Ansprechverhalten gesteuert oder geregelt werden kann mittels des ersten Ventils, so dass die Konzentration des Materialgases im gemischten Gas oder Mischgas mit hoher Genauigkeit gesteuert oder geregelt werden kann. Da die Konzentration nicht durch Steuern oder Regeln des Flusses oder Stroms unter Verwendung einer Massen flusseinrichtung gesteuert oder geregelt wird, sondern durch Steuern oder Regeln des Drucks, ist das Ansprechverhalten bei dieser Anordnung gut.
  • Da die Konzentration durch Steuern oder Regeln des ersten Ventils unter Verwendung eines Werts des Drucks gesteuert oder geregelt wird, z. B. des Einstelldrucks und des gemessenen Drucks, kann die Konzentration ohne Herstellen eines speziellen Steuerschaltkreises oder Regelschaltkreises zum Steuern oder Regeln der Konzentration gesteuert oder geregelt werden. Im Ergebnis davon ist es möglich, die Kosten im Hinblick auf die Auslegung oder Entwicklung der Konzentrationssteuerung oder Konzentrationsregelung zu vermindern.
  • Um auch die Steuerung oder Regelung des Flusses des Materialgases oder des gemischten Gases oder Mischgases zu steuern oder zu regeln, welche in der Auslassleitung strömen oder fließen, so dass diese konstant sind in einem statischen Zustand oder konstantem Zustand, wobei die Konzentration des Materialgases im gemischten Gas oder Mischgas konstant ist, weist das Materialgaskonzentrationssteuersystem oder -regelsystem ein zweites Ventil auf, welches in der Einlassleitung angeordnet ist. Ferner ist ein Fluss- oder Strommessabschnitt vorgesehen, welcher einen Fluss oder Strom des Trägergases, welches in der Einlassleitung fließt oder strömt, misst. Darüber hinaus ist ein Fluss- oder Stromsteuer- oder -Regelabschnitt vorgesehen, welcher einen Öffnungsgrad des zweiten Ventils steuert oder regelt, um zu ermöglichen, dass der gemessene Fluss oder Strom des Trägergases den Wert des Einstellflusses oder Einstellstroms des Trägergases annimmt, welcher berechnet wird oder wurde auf der Grundlage des zuvor oder vorher bestimmten Einstellflusses oder Einstellstroms des Materialgases und/oder des gemischten Gases oder Mischgases, welche in der Auslassleitung strömen oder fließen, sowie der Einstellkonzentration, und/oder auf der Grundlage des zuvor oder vorher bestimmten Einstellstroms oder Einstellflusses des Trägergases. Da die Konzentration mittels des Konzentrationssteuerabschnitts oder -regelabschnitts konstant gehalten wird, nimmt bei dieser Anordnung auch der Strom oder Fluss des Materialgases oder des gemischten Gases oder Mischgases einen konstanten Wert an, falls der Fluss oder Strom des Trägergases konstant gehalten wird. Zusätzlich besteht keine Notwendigkeit dafür, eine Rückkopplung der Information in Hinblick auf jedes Gas auf der Seite oder im Bereich der Auslassleitung oder Abgabeleitung an den Fluss- oder Stromsteuerabschnitt oder -regelabschnitt durchzuführen, um das zweite Ventil zu regeln oder zu steuern. Es ist somit möglich, einen Fluss oder Strom des Materialgases oder des gemischten Gases oder Mischgases in stabiler Art und Weise in einem Zustand zuzuführen oder bereitzustellen, bei welchem zumindest die Konzentration auf einen konstanten Wert hin gesteuert oder geregelt wird.
  • Um zu ermöglichen, dass nicht nur die Konzentration des Materialgases im gemischten Gas oder Mischgas auf einen konstanten Wert hin gesteuert wird, sondern dass auch der Massenstrom oder Massenfluss des Materialgases oder der Gesamtfluss oder Gesamtstrom zum Zeitpunkt einer transienten Antwort oder eines transienten Ansprechens konstant sind, weist das Materialgaskonzentrationssteuersystem oder -regelsystem ein zweites Ventil, welches in der Einlassleitung angeordnet ist, einen Fluss- oder Strommessabschnitt, welcher einen Fluss oder Strom des Trägergases, welches in der Einlassleitung strömt, misst, und einen Fluss- oder Stromsteuerabschnitt oder -regelabschnitt auf, welcher einen Fluss oder Strom des Materialgases oder des gemischten Gases oder Mischgases misst, welche in der Auslassleitung oder Ablassleitung strömen, und zwar auf der Grundlage der gemessenen Konzentration des Materialgases und des gemessenen Stroms oder Flusses des Trägergases, und welcher einen Öffnungsgrad des zweiten Ventils steuert oder regelt, um zu bewirken, dass der berechnete Fluss oder Strom einen Wert des zuvor oder vorher bestimmten Einstellflusses oder Einstellstroms annimmt. Bei einer derartigen Anordnung ist es möglich, die Steuerung oder Regelung mit zwei Freiheitsgraden durchzuführen, wobei das zu steuernde oder zu regelnde Objekt unabhängig gesteuert oder geregelt wird, so dass das erste Ventil hauptsächlich zum Steuern oder Regeln der Konzentration und das zweite Ventil hauptsächlich zum Steuern oder Regeln des Massenflusses oder Massestroms des Materialgases oder des Gesamtflusses oder Gesamtstroms verwendet werden.
  • Bei einer konkreten Ausführungsform zum Steuern oder Regeln des Flusses oder Stroms des Trägergases weist der Fluss- oder Stromsteuerabschnitt oder -regelabschnitt einen Einstellabschnitt für den Einstellfluss oder -strom für das Trägergas auf, welcher den zuvor oder vorher bestimmten Einstellfluss oder Einstellstrom des Trägergases ändert, um eine Abweichung zwischen dem berechneten Fluss oder Strom und dem Einstellfluss oder Einstellstrom zu reduzieren. Des Weiteren ist ein Steuerabschnitt oder Regelabschnitt für das zweite Ventil vorgesehen, welcher den Öffnungsgrad des zweiten Ventils steuert oder regelt, um zu bewirken, dass der gemessene Trägergasfluss oder Tragergasstrom, der gemessen wird durch den Fluss- oder Strommessabschnitt, den Wert des Einstellflusses oder Einstellstroms des Trägergases annimmt.
  • Um zu ermöglichen, dass die Konzentration des Materialgases im gemischten Gas oder Mischgas mit hoher Genauigkeit gemessen wird, um die Konzentration in genauer Art und Weise zu steuern oder zu regeln, weist der Konzentrationsmessabschnitt einen Partialdruckmesssensor, der einen Partialdruck des Materialgases misst, und zwar mittels eines nicht-dispersiven Infrarotverfahrens (NDIR: non-dispersive infrared method), sowie einen Konzentrationsberechnungsabschnitt auf, welcher die Konzentration des Materialgases auf der Grundlage des gemessenen Partialdrucks des Materialgases und des gemessenen Drucks berechnet.
  • Ferner kann das Materialgaskonzentrationssteuersystem oder -regelsystem gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden bei einem Materialverdampfungssystem oder Materialverdunstungssystem mit einem Behälter zum Aufnehmen eines Materials, einer Einlassleitung zum Einleiten, Eingeben oder Zuführen eines Trägergases in den Behälter zum Verdunsten oder Verdampfen des aufgenommenen Materials und mit einer Auslassleitung oder Abgabeleitung zum Ausgeben oder Ablassen eines gemischten Gases oder Mischgases, welches aus einem Materialgas, welches gebildet wird vom verdunsteten oder verdampften Material, und dem Trägergas besteht, aus dem Behälter. Das System ist gekennzeichnet durch ein erstes Ventil, welches in der Auslassleitung oder Abgabeleitung angeordnet ist, einen Konzentrationsmessabschnitt zum Messen der Konzentration des Materialgases im gemischten Gas oder Mischgas, einen Druckmessabschnitt zum Messen des Drucks im Behälter, einen Temperaturmessabschnitt zum Messen der Temperatur im Behälter und einen Konzentrationssteuerabschnitt oder -regelabschnitt zum Steuern oder Regeln eines Öffnungsgrads des ersten Ventils, um zu bewirken, dass die gemessene Konzentration des Materialgases, welche gemessen wird vom Konzentrationsmessabschnitt, den Wert einer zuvor oder vorher bestimmten Einstellkonzentration annimmt, wobei der Konzentrationssteuerabschnitt oder -regelabschnitt einen Gesamtdruckberechnungsabschnitt aufweist zum Berechnen des Drucks im Tank, um zu bewirken, dass die Konzentration des Materialgases den Wert der Einstellkonzentration annimmt, und zwar auf der Grundlage einer gemessenen Temperatur, die gemessen wird oder wurde vom Temperaturmessabschnitt. Ferner ist ein Einstelldruckeinstellabschnitt vorgesehen, welcher den Einstelldruck als Druck im Behälter einstellt, welcher berechnet ist oder wurde vom Gesamtdruckberechnungsabschnitt, und zwar während einer vorbestimmten Zeitspanne, nachdem die Einstellkonzentration geändert wurde, während der Einstelldruckeinstellabschnitt den Einstelldruck ändert, um eine Abweichung zwischen der gemessenen Konzentration und der Einstellkonzentration während einer anderen Zeitspanne zu reduzieren. Darüber hinaus ist ein Steuerabschnitt oder Regelabschnitt für das erste Ventil vorgesehen, welcher einen Öffnungsgrad des ersten Ventils steuert oder regelt, um zu ermöglichen, dass ein gemessener Druck, der gemessen wird oder wurde vom Druckmessabschnitt, den Wert des Einstelldrucks annimmt.
  • In diesem Zusammenhang umfasst der Begriff des Drucks im Behälter den Druck im Behälter als solchen und den Druck des gemischten Gases oder Mischgases in der Auslassleitung oder Ablassleitung, welche in Bezug auf das erste Ventil vorgeschaltet oder stromaufwärts angeordnet ist.
  • Da der Gesamtdruckberechnungsabschnitt den Druck im Behälter berechnet, um zu ermöglichen, dass das Materialgas in der Einstellkonzentration vorliegt, und zwar auf der Grundlage der gemessenen Temperatur, die gemessen wird oder wurde vom Temperaturmessabschnitt, und weil der Einstelldruckeinstellabschnitt bewirkt, dass der Druck im Tank den Wert des Einstelldrucks annimmt, der berechnet wird oder wurde durch den Gesamtdruckberechnungsabschnitt, und zwar während einer vorbestimmten Zeitspanne nachdem die Einstellkonzentration geändert wurde, kann bei dieser Anordnung der Öffnungsgrad des ersten Ventils unabhängig von der gemessenen Konzentration, die gemessen wird oder wurde, vom Konzentrationsmessabschnitt, gesteuert oder geregelt werden. Es ist bei dieser Anordnung möglich, ein Überschwingen oder Nachlaufen zu verhindern, welche aus einer instabilen Konzentration resultieren könnten, weil oder wenn das erste Ventil gemäß der Fluktuation der gemessenen Konzentration gesteuert oder geregelt wird und das gesteuerte oder geregelte Ergebnis des ersten Ventils später erscheint als der Gesamtdruck im Behälter. Da der Einstelldruck auf der Grundlage der Temperatur im Behälter eingestellt wird, ist es zusätzlich möglich, den Einstelldruck auf einen Wert einzustellen, der für den Fall nahe am Wert des Drucks liegt, dass die gemessene Konzentration auf der Einstellkonzentration gehalten wird, und um zu bewirken, dass die gemessene Konzentration nach der vorbestimmten Zeitspanne einen Wert in der Nähe der Einstellkonzentration annimmt.
  • Da der Einstelldruckeinstellabschnitt den Einstelldruck derart einstellt, dass eine Abweichung zwischen der gemessenen Konzentration und der Einstellkonzentration während einer anderen Zeitspanne reduziert wird, ist es zusätzlich möglich, eine leichte oder geringe Abweichung zwischen der gemessenen Konzentration und der Einstellkonzentration zu regeln oder zu steuern, welche nach der vorbestimmten Zeitspanne verbleibt, um diese zu korrigieren.
  • Da es möglich ist, ein Überschwingen oder Nachlaufen der gemessenen Konzentration aufgrund einer Verzögerung der Steuerung oder Regelung des Gesamtdrucks im Behälter zu verhindern, wobei diese Effekte auftreten wegen des Niveaus oder Pegels der Materialflüssigkeit, sowie die Konzentration selbst dann zu regeln oder zu steuern, wenn die Abweichung zwischen der gemessenen Konzentration und der Einstellkonzentration gering ist, wird im Ergebnis davon diejenige Zeit, die notwendig ist zum Stabilisieren der gemessenen Konzentration auf einen Wert der Einstellkonzentration, merklich verkürzt.
  • Um diejenige Zeitspanne so weit wie möglich zu reduzieren oder zu verkürzen, die benötigt wird zum Stabilisieren der gemessenen Konzentration durch Steuern oder Regeln der Konzentration mit der Abweichung zwischen der gemessenen Konzentration und der Einstellkonzentration, berechnet nach der vorbestimmten Zeitspanne der Gesamtdruckberechnungsabschnitt einen gesättigten Dampfdruck oder gesättigten Gasdruck das Materialgases auf der Grundlage der gemessenen Temperatur, die gemessen wird oder wurde von dem Temperaturmessabschnitt, und berechnet den Druck im Behälter auf der Grundlage des gesättigten Dampfdrucks oder gesättigten Gasdrucks, um zu bewirken, dass die Konzentration des Materialgases den Wert der Einstellkonzentration annimmt.
  • Ferner wird das Materialgaskonzentrationssteuersystem oder -regelsystem gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet bei einem Materialverdampfungssystem oder Materialverdunstungssystem mit einem Behälter zum Aufnehmen eines Materials, einer Einlassleitung zum Einleiten, Einlassen oder Eingeben eines Trägergases in den Behälter zum Verdampfen oder Verdunsten des aufgenommenen Materials und mit einer Auslassleitung oder Ablassleitung zum Auslassen oder Ablassen eines gemischten Gases oder Mischgases, welches aus einem Materialgas, welches aus dem verdunsteten oder verdampften Material gebildet wird, und dem Trägergas besteht, aus dem Behälter. Das System ist gekennzeichnet durch ein erstes Ventil, welches in der Auslassleitung oder Ablassleitung angeordnet ist, einem Konzentrationsmessabschnitt zum Messen der Konzentration des Materialgases im gemischten Gas oder Mischgas, einen Druckmessabschnitt zum Messen eines Drucks im Behälter, einen Konzentrationssteuerabschnitt oder -regelabschnitt zum Steuern oder Regeln eines Öffnungsgrades des ersten Ventils, um zu bewirken, dass die gemessene Konzentration des Materialgases, welche gemessen wird oder wurde vom Konzentrationsmessabschnitt, den Wert einer zuvor oder vorher bestimmten Einstellkonzentration annimmt, und einen Materialmengenbestimmungsabschnitt zum Bestimmen einer Menge an Material, welches im Behälter aufgenommen oder enthalten ist, wobei der Konzentrationssteuerab schnitt oder -regelabschnitt einen Einstelldruckeinstellabschnitt aufweist zum Ändern des Einstelldrucks, um eine Abweichung zwischen der gemessenen Konzentration und der Einstellkonzentration zu reduzieren, sowie einen Steuerabschnitt oder Regelabschnitt für ein erstes Ventil zum Steuern oder Regeln eines Öffnungsgrads des ersten Ventils, um zu bewirken, dass ein gemessener Druck, der gemessen wird oder wurde vom Druckmessabschnitt, den Wert des Einstelldrucks annimmt. Der Materialmengenbestimmungsabschnitt bestimmt und berechnet eine Menge des im Behälter aufgenommenen oder enthaltenen Materials auf der Grundlage des Einstelldrucks.
  • Bei dieser Anordnung ändert der Einstelldruckeinstellabschnitt den zuvor oder vorher bestimmten Einstelldruck gemäß der gemessenen Konzentration. Der Steuerabschnitt oder Regelabschnitt für das erste Ventil steuert oder regelt das erste Ventil, um zu bewirken, dass der gemessene Druck, der gemessen wird oder wurde vom Druckmessabschnitt, den Wert des Einstelldrucks annimmt. Dann ist es möglich, die Konzentration derart zu steuern oder zu regeln, dass die gemessene Konzentration den Wert der zuvor oder vorher bestimmten Einstellkonzentration annimmt. In dem Fall, bei welchem es sich bei dem Material z. B. um eine Flüssigkeit handelt, ist die Materialflüssigkeit, falls die Kontaktzeit oder Kontaktierungszeit, während der Gasblasen des Trägergases in Kontakt treten mit der Materialflüssigkeit, sich aufgrund eines verringerten Flüssigkeitspegels oder -niveaus verringert, und zwar wegen der Abnahme an Materialflüssigkeit, nicht in der Lage, einen Dampf-Flüssigkeitsgleichgewichtszustand oder einen Gas-Flüssigkeitsgleichgewichtszustand mit dem Trägergas zu erreichen. Der Partialdruck der Materialflüssigkeit fällt ab. In dem Fall des Steuerns oder Regelns der Konzentration des Gases in der oben beschriebenen Art und Weise ändert der Einstelldruckeinstellabschnitt den Einstelldruck auf einen oder zu einem niedrigeren Wert oder niedrigen Wert hin, weil es notwendig ist, den Gesamtdruck zu verringern, um die Konzentration derart zu steuern oder zu regeln, dass diese an den abgefallenen Partialdruck des Materialgases angepasst ist oder wird. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass, da keine Korrelation vorliegt zwischen der Menge an dem im Behälter aufgenommenen Material und dem Einstelldruck, es möglich ist, dass der Materialmengenbestimmungsabschnitt die Menge des Materials, welches im Behälter aufgenommen oder enthalten ist, bestimmt und berechnet, und zwar auf der Grundlage des Einstelldrucks, der geändert ist oder wird mittels des Einstelldruckeinstellabschnitts. In dem Fall, bei welchem das Material ein Festkörper ist, ist es möglich, die Menge an Material zu bestimmen, da in diesem Fall zusätzlich der Wert des Einstelldrucks abgesenkt ist, weil der Oberflächenbereich oder die Oberfläche, wo das Material das Trägergas kontaktiert, aufgrund des Verdampfens oder Verdunstens des Materials verringert ist oder wird. In diesem Zusammenhang wird unter der Bezeichnung Druck im Behälter auch immer der Druck im Behälter als solcher und der Druck des gemischten Gases oder Mischgases in der Auslassleitung oder Ablassleitung mit umfasst, die in Bezug auf das erste Ventil vorgeschaltet oder stromaufwärts angeordnet ist.
  • Wie beschrieben wurde, ist es möglich, dass der Materialmengenbestimmungsabschnitt die Menge des im Behälter aufgenommenen oder enthaltenen Materials bestimmt, und zwar ohne dass ein zusätzlicher Sensor, z. B. ein Flüssigkeitsvolumenmessgerät, im Behälter angebracht wird. Da das Material in geeigneter Art und Weise zugeführt werden kann, z. B. durch Eichen oder Messen der Menge des im Behälter aufgenommenen oder enthaltenen Materials, und zwar ohne zusätzliche Kosten, ist es entsprechend möglich, das Problem, dass Zeit benötigt wird zum Stabilisieren der Konzentration auf den Wert der Einstellkonzentration und zwar aufgrund der Abnahme des Materials, zu verhindern.
  • In dem Fall, bei welchem die Zeit zum Kontaktieren für die Blasen des Trägergases in Bezug auf die Materialflüssigkeit wegen des Abfalls des Flüssigkeitspegels oder -niveaus verkürzt ist, oder in dem Fall, dass sich die Verdunstung oder Verdampfung in der Oberfläche oder im Oberflächenbereich ändert, liegen zusätzlich andere Gründe für ein Abfallen des Partialdrucks des Materialgases vor. Zum Beispiel ändert eine Änderung des gesättigten Dampfdrucks oder Gasdrucks aufgrund einer Temperaturänderung im Behälter leicht die Verdampfung oder Verdunstung für die Materialflüssigkeit, wodurch das Ändern des Einstelldrucks beeinflusst wird. Um zu erreichen, dass die fehlerhaften Fluktuationen aufgrund von Temperaturänderungen im Behälter ausgeglichen oder kompensiert werden, wenn die Menge des im Behälter aufgenommenen Materials, welches verbleibt, bestimmt wird, weist das Materialgaskonzentrationssteuersystem oder -regelsystem des Weiteren einen Temperaturmessabschnitt auf, welcher eine Temperatur im Behälter misst, wobei der Materialmengenbestimmungsabschnitt einen berechneten Druck berechnet, welcher einen Druck wiedergibt oder repräsentiert, welcher vom Druckmessabschnitt in einem Zustand gemessen ist oder wurde, bei welchem die Konzentration auf der Einstellkonzentration gehalten wird, und zwar auf der Grundlage der gemessenen Temperatur, die vom Temperaturmessabschnitt gemessen wird oder wurde, wobei die Menge des im Behälter aufgenommenen Materials bestimmt und berechnet wird auf der Grundlage des Einstelldrucks und des berechneten Drucks.
  • WIRKUNG DER ERFINDUNG
  • Da die Konzentration des Materialgases im gemischten Gas oder Mischgas durch den Konzentrationsmessabschnitt gemessen wird und die gemessene Konzentration durch das erste Ventil derart gesteuert oder geregelt wird, dass diese einen gewünschten Wert annimmt, und zwar selbst dann, wenn die Konzentration des Materialgases im Behälter fluktuiert, ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, die ausgegebene Konzentration unabhängig von der Fluktuation zu steuern oder zu regeln. Im Fall einer Änderung der Konzentration kann ferner die Konzentration mit einem schnellen oder hohen Ansprechverhalten gesteuert oder geregelt werden, weil die Konzentration nicht durch Ändern der Menge des Materialgases mittels einer Temperaturänderung über der Zeit gesteuert oder geregelt wird, sondern durch Verwendung des ersten Ventils.
  • Da das erste Ventil durch den Einstelldruck gesteuert oder geregelt wird, welcher durch den Gesamtdruckberechnungsabschnitt berechnet wird oder wurde auf der Grundlage der Temperatur im Behälter während der vorbestimmten Zeitspanne, nachdem der Einstelldruck geändert wurde, ist es bei dem Materialgaskonzentrationssteuersystem oder -regelsystem gemäß der vorliegenden Erfindung zusätzlich möglich, den Fall zu verhindern, bei welchem eine gewisse Zeitspanne benötigt wird, um die Konzentration auf einem vorbestimmten Wert zu stabilisieren, und zwar wegen der Steuerungsverzögerung oder Regelungsverzögerung aufgrund des Abfalls der Materialflüssigkeit im Behälter und wegen des Überschwingens oder Nacheilens in der Steuerantwort oder Regelantwort, wenn die Einstellkonzentration geändert wird. Im Ergebnis davon kann insgesamt der Prozess verbessert werden.
  • Gemäß dem Materialgaskonzentrationssteuersystem oder -regelsystem gemäß der vorliegenden Erfindung ist es ferner möglich, die Menge des im Behälter aufgenommenen Materials zu bestimmen, ohne dass ein zusätzlicher Sensor, z. B. ein Flüssigkeitsvolumenmessgerät im Behälter eingebracht oder angebracht werden muss. Da das Material in geeigneter Weise auf der Grundlage der bestimmten Menge des Materials zugeführt werden kann, ist es entsprechend möglich, das Problem zu verhindern, dass eine gewisse Zeit benötigt wird, die Konzentration auf den Wert der Einstellkonzentration zu stabilisieren, nur weil ein Abnehmen des Materials vorliegt.
  • KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
  • 1 ist ein schematisches Diagramm zu einem Materialgaskonzentrationssteuersystem oder -regelsystem gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 2 ist ein Funktionsblockdiagramm gemäß der ersten Ausführungsform.
  • 3 ist ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zum Betreiben des Materialgaskonzentrationssystems gemäß der ersten Ausführungsform beschreibt.
  • 4 ist ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zum Steuern oder Regeln eines Trägergasflusses gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
  • 5 ist ein schematisches Diagramm eines Materialgaskonzentrationssteuersystems oder -regelsystems gemäß einer anderen Anordnung der ersten Ausführungsform der Erfindung.
  • 6 ist ein schematisches Diagramm eines Materialgaskonzentrationssteuersystems oder -regelsystems gemäß einer anderen Anordnung der ersten Ausführungsform der Erfindung.
  • 7 ist ein Graph, welcher ein Beispiel eines Ergebnisses des Steuerns oder Regelns einer Konzentration gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.
  • 8 ist ein Graph, welcher ein Ergebnis des Steuerns oder Regelns einer Konzentration zu einem Zeitpunkt des Änderns einer Einstellkonzentration zeigt, und zwar bei einem herkömmlichen Materialgaskonzentrationssteuer- oder -regelsystem.
  • 9 ist ein schematisches Diagramm zu einem Materialgaskonzentrationssteuersystem oder -regelsystem gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 10 ist ein Funktionsblockdiagramm gemäß der dritten Ausführungsform.
  • 11 ist ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zum Betreiben des Materialgaskonzentrationssystems gemäß der dritten Ausführungsform beschreibt.
  • 12 ist cm Flussdiagramm, welches ein Verfahren zum Steuern oder Regeln eines Trägergasflusses gemäß der dritten Ausführungsform zeigt.
  • 13 ist ein schematisches Diagramm eines Materialgaskonzentrationssteuersystems oder -regelsystems gemäß einer anderen Anordnung der dritten Ausführungsform der Erfindung.
  • BESTE FORM ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
  • Ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
  • << Erstes Ausführungsbeispiel >>
  • Ein Materialgaskonzentrationssteuersystem oder -regelsystem 100 gemäß der vorliegenden Erfindung wird z. B. verwendet zum Bereitstellen einer stabilen Isopropylalkoholkonzentration (IPA) in einem trockenen Verarbeitungsbehälter einer Waferreinigungseinheit, wie sie bei einem Halbleiterherstellungsverfahren verwendet wird. Insbesondere wird das System 100 für ein oder mit einem Blasen bildenden System 1 oder Perlsystem 1 (bubbling system) verwendet, welches eine verdampfte oder verdunstete IPA-Materialflüssigkeit L in einen trockenen Verarbeitungsbehälter bereitstellt. Die IPA-Materialflüssigkeit L korrespondiert zu dem in den Ansprüchen beschriebenen Material. Das Blasen bildende System oder Perlsystem 1 korrespondiert mit dem Materialverdampfungssystem oder Materialverdunstungssystem aus den Ansprüchen. Falls das Material ein Festkörper ist, können dieselben erfindungsgemäßen Wirkungen und Effekte erzielt werden. Zusätzlich ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, die Konzentration der verdunsteten IPA-Materialflüssigkeit L zu steuern oder zu regeln. Die Erfindung kann auch verwendet werden zum Steuern oder Regeln der Konzentration z. B. in einem Abscheidungssystem für die chemische Dampfabscheidung (CVD) oder in einem Abscheidungssystem für die metall-organische chemische Dampfabscheidung.
  • Wie im Zusammenhang mit 1 dargestellt ist, weist das Blasen bildende System 1 oder Perlsystem 1 einen Behälter 13 zur Aufnahme der Materialflüssigkeit L, eine Einlassleitung 11 zum Einleiten, Einlassen oder Eingeben eines Trägergases in das flüssige Material L, welches im Behälter 13 aufgenommen ist, auf, um eine Blasenbildung oder ein Perlen zu bewirken. Des Weiteren ist eine Auslassleitung oder Ablassleitung 12 vorgesehen, zum Ausgeben oder Ablassen eines gemischten Gases oder Mischgases, welches aus einem Materialgas besteht, das gebildet wird von der verdampften oder verdunsteten Materialflüssigkeit L, sowie das Trägergas, aus dem Raum N oberhalb der Materialflüssigkeit L, die im Behälter 13 aufgenommen ist. Ein Temperatursensor T ist am Behälter 13 angebracht, um die Temperatur auf der Innenseite des Behälters 13 zu messen.
  • Das Materialgaskonzentrationssteuersystem oder -regelsystem 100 weist eine Massenflusssteuereinrichtung oder Massenstromsteuereinrichtung 3 (eine Flusssteuerung oder Stromsteuerung) auf, die in der Einlassleitung 11 angeordnet ist, um einen Fluss oder Strom des Trägergases zu steuern oder zu regeln. Ferner ist eine Konzentrationssteuerung 2 in der Ausgabeleitung oder Auslassleitung 12 vorgesehen, um eine Konzentration des Materialgases im gemischten Gas oder Mischgas zu steuern oder zu regeln. Die Konzentrationssteuerung 2 steuert bei dieser Ausführungsform die Konzentration des Materialgases durch Steuern oder Regeln des Gesamtdrucks des gemischten Gases oder Mischgases.
  • Zunächst wird unter Bezugnahme auf die 1 und 2 jede einzelne Einheit beschrieben.
  • Die Konzentrationssteuerung 2 weist einen Konzentrationsmessabschnitt CS zum Messen der Konzentration des Materialgases im gemischten Gas oder Mischgas, einen Drucksensor 22, welcher den Druckmessabschnitt bildet zum Messen eines Drucks (Gesamtdruck) des gemischten Gases oder Mischgases, welcher einen Druck im Behälter 13 repräsentiert, und ein erstes Ventil 23 auf zum Steuern des Gesamtdrucks des gemischten Gases oder Mischgases mittels eines Öffnungsgrads des Ventilkörpers (Ventilposition), wobei die diese Komponenten in dieser Reihenfolge entlang des Flusspfads oder Strömungspfads angeordnet sind. Des Weiteren ist ein Konzentrationssteuerungssteuerabschnitt 24 vorgesehen. Um die Konzentration des Materialgases im gemischten Gas oder Mischgas zu steuern oder zu regeln, ist es notwendig, den Drucksensor 22 vorgeschaltet oder stromaufwärts in Bezug auf das erste Ventil 23 anzuordnen. Dies ermöglicht die Detektion von Änderungen der Verdampfungsbedingungen oder Verdunstungsbedingungen der Materialflüssigkeit L durch Messen des Gesamtdrucks im Behälter 13 in genauer Art und Weise und durch Berechnen der Konzentration des Materialgases in dem gemischten Gas oder Mischgas in genauer Art und Weise.
  • Der Konzentrationsmessabschnitt CS weist einen Partialdruckmesssensor 21 zum Messen des Partialdrucks des Materialgases durch ein nicht-dispersives Infrarotverfahren (NDIR: non-dispersive infrared method) und einen Konzentrationsberechnungsabschnitt 241 zum Berechnen der Konzentration des Materialgases im Mischgas auf der Grundlage des Partialdrucks des Materialgases auf, der gemessen wird oder wurde mittels es Partialdruckmesssensors 21, und auf der Grundlage des Gesamtdrucks, welcher einen gemessenen Druck repräsentiert, der gemessen wird oder wurde durch den Drucksensor 22. Die Konzentration des Materialgases im Mischgas oder gemischten Gas wird berechnet durch Dividieren des Partialdrucks mit dem Gesamtdruck, der erhalten wurde aus der Gaszustandsgleichung.
  • Der Konzentrationssteuerungssteuerabschnitt oder -regelabschnitt 24 weist den oben beschriebenen Konzentrationsberechnungsabschnitt 241, einen Konzentrationssteuerabschnitt oder -regelabschnitt CC und einen Materialflüssigkeitsmengenbestimmungsabschnitt 245 auf, um eine Menge der Materialflüssigkeit L im Behälter 13 zu bestimmen. Der Konzentrationssteuerabschnitt oder -regelabschnitt CC steuert oder regelt das erste Ventil 23 derart, dass die gemessene Konzentration, die gemessen wird oder wurde durch den Konzentrationsmessabschnitt CS, den Wert der zuvor oder vorher bestimmten Einstellkonzentration annimmt. Ferner sind ein Steuerabschnitt oder Regelabschnitt 242 für das erste Ventil, ein Einstelldruckeinstellabschnitt 243 zum Einstellen des Einstelldrucks für den Steuerabschnitt oder Regelabschnitt 242 für das erste Ventil und ein Gesamtdruckberechnungsabschnitt 244 zum Berechnen eines temporären Einstelldrucks vorgesehen der für den Steuerabschnitt oder Regelabschnitt 242 für das erste Ventil eingestellt wird oder wurde durch den Einstelldruckeinstellabschnitt 243, und zwar während einer vorbestimmten Zeitspanne, nachdem die Einstellkonzentration geändert wurde.
  • Der Steuerabschnitt oder Regelabschnitt 242 für das erste Ventil steuert oder regelt einen Öffnungsgrad des ersten Ventils 23 derart, dass bewirkt wird, dass der Druck (der Gesamtdruck) der gemessen ist oder wird vom Druckmesssensor 22, einen Wert eines Einstelldrucks annimmt, welcher ein Druck ist, der vom Einstelldruckeinstellabschnitt 243 eingestellt wird oder wurde.
  • Der Einstelldruckeinstellabschnitt 243 stellt den Einstelldruck als einen temporären Einstelldruck ein, welcher demjenigen Druck im Behälter 13 repräsentiert, der mittels des Gesamtdruckberechnungsabschnitts 244, der später beschrieben werden wird, berechnet wurde, und zwar während einer vorbestimmten Zeitspanne, nachdem die Einstellkonzentration geändert wurde. Der Einstelldruckeinstellabschnitt 243 ändert auch den zuvor oder vorher bestimmten Einstelldruck, um eine Abweichung zwischen der gemessenen Konzentration, die gemessen ist oder wird von dem Konzentrationsmessabschnitt CS, und der Einstellkonzentration während einer anderen Zeitspanne zu reduzieren.
  • Dies bedeutet konkreter, dass ein Zustand gehalten wird, um den temporären Einstelldruck, der berechnet wird oder wurde von dem Gesamtdruckberechnungsabschnitt 244 als Einstelldruck einzustellen, und zwar ohne Ändern des Einstelldrucks in Bezug auf den Steuerabschnitt oder Regelabschnitt 242 für das erste Ventil während einer ersten vorbestimmten Zeitspanne, nachdem die Einstellkonzentration geändert wurde, und zwar selbst dann, wenn der Partialdruck des Materialgases, welches zu messen ist, oder der Gesamtdruck des Mischgases fluktuieren. Die vorbestimmte Zeitspanne ist eine Zeit, die benötigt wird, damit die gemessene Konzentration einen vorbestimmten Konzentrationswert annimmt, oder eine Zeitspanne, die benötigt wird zum vollständigen Reduzieren der Abweichung. Diese kann erhalten werden auf einer experimentellen Grundlage. Sie kann auch beliebig voreingestellt werden.
  • Während einer anderen Zeitspanne nach der vorbestimmten Zeitspanne, nämlich während einer gewöhnlichen Betriebszeitspanne, ändert der Einstelldruckeinstellabschnitt 243 den Einstelldruck um die Abweichung zwischen der gemessenen Konzentration und der Einstellkonzentration für den Steuerabschnitt oder Regelabschnitt 242 des ersten Ventils gemäß der Fluktuation des Partialdrucks des gemessenen Materialgases oder des Gesamtdrucks des Mischgases oder gemischten Gases zu reduzieren. Dies bedeutet konkret, dass in dem Fall, dass die gemessene Konzentration einen höheren Wert aufweist als die Einstellkonzentration, die Konzentration abgesenkt werden kann durch Verringern des Gesamtdrucks, weil die Konzentration erhalten wird durch Dividieren des Partialdrucks durch den Gesamtdruck. Dies bedeutet entsprechend, dass in dem Fall, dass die gemessene Konzentration höher ist als die Einstellkonzentration, der Einstelldruckeinstellabschnitt 243 den Einstelldruck ändert, um den Gesamtdruck in Bezug auf den Steuerabschnitt oder Regelabschnitt 242 für das erste Ventil zu steigern. Im Ergebnis bedeutet dies, dass der Steuerabschnitt oder Regelabschnitt 242 für das erste Ventil das erste Ventil 23 steuert, damit dieses einen kleinen Öffnungsgrad annimmt. Falls die gemessene Konzentration niedriger ist als die Einstellkonzentration, wird der umgekehrte Vorgang ausgeführt.
  • Wie oben erwähnt wurde, bedeutet das Ändern des Einstelldrucks zum Reduzieren der Abweichung zwischen der gemessenen Konzentration und der Einstellkonzentration, dass der Einstelldruck so geändert wird, dass er einen höheren Wert an nimmt als in dem Fall, bei welchem die gemessene Konzentration höher ist als die Einstellkonzentration, während der Einstelldruck geändert wird, damit er einen niedrigeren Wert annimmt, als in dem Fall, bei welchem die gemessene Konzentration niedriger ist als die Einstellkonzentration.
  • Der Gesamtdruckberechnungsabschnitt 244 berechnet einen Druck im Behälter, um zu bewirken, dass die Konzentration des Materialgases den Wert der Einstellkonzentration bei einer gemessenen Temperatur annimmt, wie sie vom Temperatursensor T gemessen wird oder wurde. Der Gesamtdruckberechnungsabschnitt 244 stellt auch den Druck als temporären Druck ein. Der berechnete temporäre Einstelldruck wird an den Einstelldruckeinstellabschnitt 243 übertragen. Der temporäre Einstelldruck wird als Einstelldruckeinstellung für den Steuerabschnitt oder Regelabschnitt 242 für das erste Ventil verwendet und zwar mittels des Einstelldruckeinstellabschnitts 243, und zwar zum Beginn oder zu einem Anfahrzeitpunkt oder während einer vorbestimmten Zeitspanne, nachdem die Einstellkonzentration geändert wurde.
  • Die Berechnung des Drucks im Behälter mittels des Gesamtdruckberechnungsabschnitts 244 wird nun konkreter beschrieben. Der Gesamtdruckberechnungsabschnitt 244 berechnet einen gesättigten Dampfdruck gesättigten Gasdruck des Materialgases auf der Grundlage der Temperatur im Behälter 13. Dann berechnet der Gesamtdruckberechnungsabschnitt 244 den Druck, nämlich den Gesamtdruck im Behälter 13, um zu bewirken, dass die Konzentration des Materialgases den Wert der neuen Einstellkonzentration oder der neu eingestellten Konzentration annimmt, und zwar unter der Annahme, dass die Materialflüssigkeit L sich unter Bedingungen des Dampf-Flüssigkeitsgleichgewichts oder Gas-Flüssigkeitsgleichgewichts befindet. Da die Konzentration ausgedrückt wird durch Dividieren des Partialdrucks durch den Gesamtdruck, kann der Druck im Behälter 13 ermittelt werden durch Dividieren des gesättigten Dampfdrucks oder gesättigten Gasdrucks des Materialgases bei der gemessenen Temperatur durch die neu eingestellte Konzentration oder neue Einstellkonzentration.
  • Der Materialflüssigkeitsmengenbestimmungsabschnitt 245 berechnet den gesättigten Dampfdruck oder Gasdruck des Materialgases im Behälter 13 bei der vom Temperatursensor T gemessenen Temperatur und bestimmt die Menge an Materialflüssigkeit L im Behälter 13 durch Vergleichen des gesättigten Dampfdrucks oder Gasdrucks mit dem gemessenen Partialdruck des Materialgases, wie er vom Partialdruckmesssensor 21 gemessen wurde. Dies bedeutet konkreter, dass, falls die Menge der Materialflüssigkeit L vermindert wurde, die Materialflüssigkeit L nicht in der Lage ist, ein Dampf-Flüssigkeitsgleichgewicht oder Gas-Flüssigkeitsgleichgewicht einzunehmen, und zwar wegen einer Verminderung oder Reduktion der Kontaktzeit zwischen den Blasen des Trägergases mit der Material flüssigkeit L. Im Ergebnis davon wird der Partialdruck des Materialgases kleiner als der gesättigte Dampfdruck oder Gasdruck. Wenn z. B. das Verhältnis des Partialdrucks des gemessenen Materialgases zum gesättigten Dampfdruck oder Gasdruck geringer ist als ein vorbestimmter Wert, bestimmt der Materialflüssigkeitsmengenbestimmungsabschnitt 245, dass die aufgenommene Menge an Materialflüssigkeit L geringer ist als eine bestimmte aufgenommene Menge der Materialflüssigkeit L. Falls dann der Materialflüssigkeitsmengenbestimmungsabschnitt 245 bestimmt, dass die gespeicherte Menge an Materialflüssigkeit L unterhalb der bestimmten gespeicherten Menge abfällt, so wird dieser Zustand angezeigt, um zu bewirken, dass Materialflüssigkeit L zugeführt wird.
  • Der Konzentrationssteuerungssteuerabschnitt oder -regelabschnitt 24 verwendet einen Computer und weist einen internen Bus, eine CPU, einen Speicher, einen I/O-Kanal, einen A/D-Wandler und einen D/A-Wandler oder dergleichen auf. Die Funktionen des Steuerabschnitts oder Regelabschnitts 242 für das erste Ventil, des Konzentrationsberechnungsabschnitts 241, des Einstelldruckeinstellabschnitts 243, des Gesamtdruckberechnungsabschnitts 244 und des Materialflüssigkeitsmengenbestimmungsabschnitts 245 können durch den Betrieb der CPU und ihrer peripheren Einrichtung gemäß vorbestimmter Programme, die vorab im Speicher gespeichert wurden, realisiert werden. Ausschließlich der Steuerabschnitt oder Regelabschnitt 242 für das erste Ventil wird von einem Steuerschaltkreis gebildet, z. B. einem unabhängigen Eins-Chip-Mikrocomputer, um den Einstelldruck zu empfangen oder aufzunehmen. Der Druck kann auf einfache Art und Weise gesteuert oder geregelt werden und zwar durch Eingeben des Einstelldrucks mittels des Drucksensors 22 und des ersten Ventils 23 als eine Einheit. Es ist möglich, den Steuerschaltkreis oder Software, die in herkömmlicher Weise entwickelt wurden für die Drucksteuerung oder -regelung, um die Konzentration zu steuern oder zu regeln, können bei dieser Anordnung ein Anwachsen der Auslegungs- oder Entwicklungskosten für den Steuerabschnitt oder Regelabschnitt verhindert werden.
  • Wie oben beschrieben wurde, steuert oder regelt die Konzentrationssteuerung 2 die Konzentration des gemischten Gases oder Mischgases durch sich selbst.
  • Die Massenflusssteuereinrichtung oder Massenstromsteuereinrichtung 3 weist einen thermischen Flussmesser oder Strommesser 31 auf, welcher einen Flussmessabschnitt oder Strommessabschnitt bildet zum Messen eines Volumenflusses oder Volumenstroms des Trägergases, welches in die Einlassleitung 11 hineinströmt oder hineinfließt, sowie ein zweites Ventil 32 zum Anpassen des Flusses oder Stroms des Trägergases mittels einer Anpassung des Öffnungsgrades des Ventilkörpers, wobei jede dieser Einrichtungen in dieser Reihenfolge entlang eines Flusspfades oder Strompfades angeordnet ist. Des Weiteren ist ein Massenfluss steuerabschnitt oder -regelabschnitt 33 vorgesehen. Der Flussmessabschnitt oder Strommessabschnitt kann eine Flussmesseinrichtung oder Strommesseinrichtung auf der Grundlage einer Differenz- oder Differentialdruckmessung aufweisen.
  • Der Massenflusssteuerungssteuerabschnitt 33 weist einen Trägergasflussberechnungsabschnitt 331 auf, welcher den Fluss oder Strom des Trägergases auf der Grundlage eines Signals vom thermischen Flussmesser oder Strommesser 31 berechnet, sowie einen Flusssteuerabschnitt oder -regelabschnitt FC, welcher den Fluss des Materialgases oder des Mischgases, die in der Auslassleitung 12 strömen oder fließen, auf der Grundlage der gemessenen Konzentration des Materialgases und des gemessenen Flusses des Trägergases berechnet und der den Öffnungsgrad des zweiten Ventils 32 so steuert oder regelt, dass der berechnete Fluss den Wert des zuvor oder vorher eingestellten Flusses oder Stroms oder des vorigen Einstellflusses annimmt.
  • Der Flusssteuerabschnitt oder -regelabschnitt FC weist einen Steuerabschnitt oder Regelabschnitt 332 für das zweite Ventil und einen Trägergaseinstellflusseinstellabschnitt 333 auf, welcher den Einstellfluss des Steuerabschnitts oder Regelabschnitts 332 für das zweite Ventil einstellt.
  • Der Steuerabschnitt oder Regelabschnitt 332 für das zweite Ventil steuert oder regelt den Öffnungsgrad des zweiten Ventils 32 derart, dass der gemessene Trägergasfluss den Wert des Trägergaseinstellflusses annimmt, der durch den Trägergaseinstellflusseinstellabschnitt 333 eingestellt wird oder wurde.
  • Der Trägergaseinstellflusseinstellabschnitt 333 ändert den zuvor oder vorher bestimmten Trägergaseinstellfluss, um eine Abweichung zwischen dem berechneten Fluss und dem Einstellfluss zu reduzieren. Das Reduzieren der Abweichen zwischen dem berechneten Fluss und dem Einstellfluss wird nun konkreter erläutert. In dem Fall, dass der berechnete Fluss des Materialgases oder des Mischgases größer ist als der Einstellfluss des Materialgases oder des Mischgases, ändert der Trägergaseinstellflusseinstellabschnitt 333 den Trägergaseinstellfluss für den Steuerabschnitt oder Regelabschnitt 332 für das zweite Ventil derart, dass der Fluss des Trägergases reduziert wird, und zwar unter der Annahme, dass die Konzentration konstant gehalten wird mittels des Konzentrationssteuerabschnitts oder -regelabschnitts CC. In dem Fall, dass der berechnete Fluss geringer ist als der Einstellfluss, wird das umgekehrte Vorgehen durchgeführt. Da die Konzentration ausgedrückt wird durch Dividieren des Partialdrucks durch den Gesamtdruck, ist ein Massefluss des Materialgases dividiert durch den Gesamtmassefluss gleich einer Summe des Masseflusses des Materialgases und des Masseflusses des Trägergases. Falls die Konzentration konstant gehalten wird, kann entsprechend ein Ansteigen oder Abfallen des Masseflusses des Trägergases selbst einen Volu menfluss oder volumetrischen Fluss des Materialgases und den Gesamtfluss steigern oder absenken. In dem Fall, dass der berechnete Fluss geringer ist als der Einstellfluss, wird das umgekehrte Verfahren durchgeführt.
  • Der Trägergasflussberechnungsabschnitt 331 und der Steuerabschnitt oder Regelabschnitt 332 des zweiten Ventils funktionieren mittels eines Steuerschaltkreises BF, welcher eine CPU, einen Speicher, einen I/O-Kanal, einen A/D-Wandler und einen D/A-Wandler oder dergleichen aufweist. Der Steuerschaltkreis BF ist spezialisiert im Hinblick auf das Steuern oder Regeln des Flusses und empfängt ein Signal in Bezug auf einen Flusseinstellwert, welcher einen Wert repräsentiert des Flusses, der zu steuern ist durch die Massenflusssteuerung 3, oder ein Signal von der thermischen Flussmesseinrichtung 31. Der Trägergaseinstellflusseinstellabschnitt 33 funktioniert auf der Grundlage eines Ein-Chip-Mikrocomputers für allgemeine Anwendungen.
  • Wie oben erwähnt wurde, steuert die Massenflusssteuerung 3 ausschließlich den Fluss des Trägergases in der Einlassleitung 11. Daraus resultiert eine Steuerung oder Regelung des Flusses, des Materialgases oder des Mischgases.
  • Nachfolgend wird ein Betrieb des Steuerns oder Regelns der Konzentration des Materialgases im Mischgas oder gemischten Gas und ein Betrieb des Steuerns oder Regelns des Flusses des gemischten Gases oder Mischgases und des Materialgases unter Bezugnahme auf die Flussdiagramme der 3 und 4 erläutert.
  • Zunächst wird ein Betrieb des Steuerns oder Regelns der Konzentration mittels Steuern oder Regeln des Öffnungsgrades des ersten Ventils 23, damit diese die Einstellkonzentration annimmt, unter Bezugnahme auf 3 erläutert.
  • Der Konzentrationsberechnungsabschnitt 241 berechnet die Konzentration des Materialgases in dem gemischten Gas oder Mischgas durch den Ausdruck (1), und zwar unter Verwendung des Partialdrucks des Materialgases, welcher durch den Partialdruckmesssensor 21 gemessen wird oder wurde, und auf der Grundlage des Gesamtdrucks des gemischten Gases oder Mischgases, welcher vom Drucksensor 22 gemessen wird oder wurde. C = Pz/Pt (1)
  • Dabei bezeichnen C die Konzentration, Pz den Partialdruck des Materialgases und Pt den Gesamtdruck des Mischgases oder gemischten Gases.
  • Zu Beginn oder zum Zeitpunkt des Hochfahrens, wenn die Einstellkonzentration zum ersten Mal eingestellt wird oder wenn die Einstellkonzentration geändert wird, berechnet der Gesamtdruckberechnungsabschnitt 244 zunächst den gesättigten Dampfdruck oder Gasdruck des Materialgases auf der Grundlage der vom Temperatursensor T gemessenen Temperatur. In dem Fall, dass der Partialdruck des Materialgases der berechnete gesättigte Dampfdruck oder Gasdruck ist, wird der Druck im Tank 13, nämlich der Gesamtdruck Pts (der temporäre Einstelldruck) des gemischten Gases oder Mischgases mittels des Ausdrucks (1) unter Verwendung der Einstellkonzentration und des berechneten Partialdrucks (Schritt S1) berechnet.
  • Der Einstelldruckeinstellabschnitt 243 stellt den Gesamtdruck Pts (den temporären Einstelldruck) als Einstelldruck mit dem Steuerabschnitt oder Regelabschnitt 242 für das erste Ventil ein und ändert dann den Einstelldruck während einer vorbestimmten Zeitspanne, nachdem die Einstellkonzentration geändert wurde, selbst dann nicht, wenn der Partialdruck des Materialgases fluktuiert (Schritt S2). Der Steuerabschnitt oder Regelabschnitt 242 für das erste Ventil steuert oder regelt den Öffnungsgrad des ersten Ventils 23 mittels des Einstelldrucks Pts während der vorbestimmten Zeitspanne, wobei dabei die Konzentration, gemessen mittels des Konzentrationsmessabschnitts CS, so gesteuert oder geregelt wird, dass sie den Wert der Einstellkonzentration oder einen Wert in der Nähe der Einstellkonzentration annimmt (Schritt S3).
  • Zum Zeitpunkt eines gewöhnlichen Betriebs nach dem Verstreichen einer vorbestimmten Zeitspanne ändert in dem Fall, bei welchem die Konzentration, die vom Konzentrationsmessabschnitt CS gemessen wurde, unterschiedlich ist von der Einstellkonzentration, die mittels des Einstelldruckeinstellabschnitts 243 eingestellt wurde, der Einstelldruckeinstellabschnitt 243 den Einstelldruck Pt0 wie nachfolgend beschrieben wird, und zwar auf der Grundlage des Partialdrucks Pz, welcher mittels des Partialdruckmesssensors 21 gemessen wurde, sowie auf der Grundlage der Einstellkonzentration C0 mittels des Ausdrucks (2) (Schritt S4). Pt0 = Pz/C0 (2)
  • Dabei bezeichnen Pz einen von dem Partialdruckmesssensor 21 kontinuierlich gemessenen Wert und C0 einen bekannten Wert, weil dieser eine Einstellkonzentration bezeichnet.
  • Zu einem Zeitpunkt, bei welchem der Einstelldruck auf den Wert Pt0 geändert wird, steuert oder regelt der Steuerabschnitt oder Regelabschnitt 242 für das erste Ventil den Öffnungsgrad des ersten Ventils 23, so dass die Abweichung zwischen dem Gesamtdruck Pt, der gemessen wird oder wurde vom Drucksensor 22, und dem Einstelldruck Pt0 reduziert wird (Schritt S5).
  • Die zuletzt gemessene Konzentration des Materialgases im gemischten Gas oder Mischgas nimmt den Wert der Einstellkonzentration C0 an, wenn der Partialdruck Pz des Materialgases nicht fluktuiert, während der gemessene Druck Pt dem Einstelldruck Pt0 folgt.
  • In dem Fall, dass der Partialdruck Pz des Materialgases fluktuiert, während der gemessene Druck Pt dem Einstelldruck Pt0 folgt, ändert der Einstelldruckeinstellabschnitt 243 den Einstelldruck Pt0 wiederum gemäß dem Ausdruck (2), damit dieser den Wert der Einstellkonzentration C0 annimmt.
  • Nunmehr wird die Steuerung oder Regelung des Materialgases oder des Gesamtflusses in der Ausgabeleitung oder Auslassleitung 12 unter Bezugnahme auf die 4 beschrieben. Der Fluss des Materialgases wird gesteuert oder geregelt mittels der Masseflusssteuerung 3, und zwar unabhängig von der Steuerung oder Regelung der Konzentration mittels der Konzentrationssteuerung 2.
  • Unter der Annahme, dass der Einstellfluss Qz0 des Materialgases mittels des Trägergaseinstellflusseinstellabschnitts 333 eingestellt wird, wird der Zusammenhang zwischen dem Fluss oder dem Strom und der Konzentration dargestellt mittels des nachfolgenden Ausdrucks (3). C = Pz/Pt = Qz/Qt = Qz/(Qc + Qz) (3)
  • Bei diesem Ausdruck bezeichnen Qz den Materialgasfluss oder -strom, Qt den Gesamtmassefluss oder -strom und Qc den Trägergasfluss oder -strom.
  • Der Trägergaseinstellflusseinstellabschnitt 333 stellt den Trägergaseinstellfluss Qc0 auf der Grundlage des nachfolgend beschriebenen Ausdrucks (4) ein, welcher eine Modifikation darstellt des Ausdrucks (3) (Schritt ST1). Qc0 = Qz0(1 – C)/C (4)
  • Dabei bezeichnen C einen vom Konzentrationsmessabschnitt CS kontinuierlich gemessenen Wert und Qz0 einen bekannten Wert, weil letzterer ein Einstellwert oder ein eingestellter Wert ist.
  • Zu einem Zeitpunkt, bei welchem der Trägergaseinstellfluss oder der eingestellte Trägergasfluss auf den Wert Qc0 geändert wird, steuert oder regelt der Steuerabschnitt oder Regelabschnitt 332 für das zweite Ventil den Öffnungsgrad des zweiten Ventils 32, so dass eine Abweichung zwischen dem Trägergasfluss Qc, der mit tels des Flussmessabschnitts gemessen wird und dem Trägergaseinstellfluss Qc0 zu reduzieren (Schritt ST2).
  • Der schließlich gemessene Fluss oder Strom des Trägergases nimmt den Wert des Trägergaseinstellflusses Qc0 an, falls die Konzentration C nicht fluktuiert, während der gemessene Trägergasfluss Qc dem Trägergaseinstellfluss Qc0 folgt.
  • In dem Fall, dass die Konzentration C fluktuiert, während der gemessene Trägergasfluss Qc dem Trägergaseinstellfluss Qc0 folgt, ändert der Trägergaseinstellflusseinstellabschnitt 333 den Trägergaseinstellfluss Qc0 wiederum gemäß dem Ausdruck (4), so dass der vorbestimmte Materialgasfluss Qz0 angenommen wird.
  • Da die Konzentration gesteuert oder geregelt wird mittels des Gesamtdrucks als Steuervariable oder Regelvariable, welche auf einfache Art und Weise gesteuert oder geregelt werden kann mittels des ersten Ventils 23, ist es gemäß dem Materialgaskonzentrationssteuersystem oder -regelsystem 100 gemäß der vorliegenden Erfindung in der oben erläuterten Art und Weise möglich, die Konzentration des Materialgases mit hoher Genauigkeit und schnellem Ansprechverhalten selbst dann zu steuern oder zu regeln, wenn das Materialgas nicht in der Lage ist, einen Dampf-Flüssigkeitsgleichgewichtszustand oder Gas-Flüssigkeitsgleichgewichtszustand zu erreichen oder die Verdampfungsrate oder Verdunstungsrate des Materialgases fluktuiert.
  • Da die Konzentrationssteuerung 2, welche die Konzentration steuert, in der Auslassleitung oder Ablassleitung 12 angeordnet ist, wird zusätzlich der Abstand zwischen einer Position, bei welcher die Konzentration auf einen festen Wert gesteuert oder geregelt wird, und einer Position, bei welcher das gemischte Gas oder Mischgas an einen stromabwärts gelegenen oder nachgeschalteten Prozess ausgegeben wird, vergleichsweise kurz ausgebildet. Es ist folglich möglich, das gemischte Gas oder Mischgas an einem nachgeschalteten oder stromabwärts gelegenen Prozess nahezu ohne Fluktuation in der Konzentration auszugeben.
  • Es ist des Weiteren möglich, die Konzentration des Materialgases im gemischten Gas oder Mischgas zu steuern oder zu regeln als auch den Fluss des Materialgases oder den Gesamtfluss so zu steuern oder zu regeln, dass diese einen konstanten Wert annehmen und zwar unter Verwendung der Konzentrationssteuerung 2 und der Masseflusssteuerung 3.
  • Es werden nunmehr weitere Ausführungsbeispiele beschrieben.
  • Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wurde die Konzentration des Materialgases im gemischten Gas oder Mischgas gesteuert oder geregelt durch Steuern oder Regeln des ersten Ventils 23 derart, dass der Gesamtdruck des gemischten Gases oder Mischgases den Wert des Einstelldrucks annimmt. Jedoch kann das erste Ventil 23 auch mittels der Konzentration als Steuervariable oder Regelvariable gesteuert oder geregelt werden, die mittels des Konzentrationsmessabschnitts CS gemessen wird oder wurde.
  • Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wurden sowohl die Konzentration des Materialgases als auch der Fluss des Materialgases gesteuert oder geregelt. In dem Fall jedoch, bei welchem nur die Konzentration gesteuert oder geregelt werden soll, reicht die Konzentrationssteuerung 2 alleine aus, ohne dass die Massenflusssteuerung 3 notwendig ist. Dies bedeutet insbesondere, dass das Materialgaskonzentrationssteuersystem oder -regelsystem ein Materialgaskonzentrationssteuersystem oder Regelsystem sein kann, das bei einem Materialverdampfungssystem oder Materialverdunstungssystem verwendet wird, mit einem Behälter zum Aufnehmen eines Materials, einer Einlassleitung zum Eingeben oder Einlassen eines Trägergases zum Verdampfen oder Verdunsten des im Behälter aufgenommenen Materials und mit einer Abgabeleitung oder Auslassleitung zum Ausgeben oder Ablassen eines gemischten Gases oder Mischgases, welches aus einem Materialgas, welches gebildet wird vom verdampften Material oder verdunsteten Material, und dem Trägergas besteht, aus dem Behälter. Gekennzeichnet ist dieses System durch einen Konzentrationsmessabschnitt zum Messen der Konzentration des Materialgases im gemischten Gas oder Mischgas und einen Konzentrationssteuerabschnitt oder -regelabschnitt zum Steuern eines Öffnungszustands des ersten Ventils derart, dass die gemessene Konzentration des Materialgases, die gemessen wird oder wurde durch den Konzentrationsmessabschnitt, den Wert einer vorab bestimmten Einstellkonzentration annimmt.
  • Da die Konzentration des Materialgases im gemischten Gas oder Mischgas selbst durch den Konzentrationsmessabschnitt gemessen wird und der Öffnungsgrad des ersten Ventils gesteuert oder geregelt wird, so dass die Konzentration den Wert der vorbestimmten Einstellkonzentration annimmt, und zwar mittels des Konzentrationssteuerabschnitts, ist es bei einer derartigen Anordnung selbst dann, wenn die erzeugte Menge des Materialgases fluktuiert, möglich, die Konzentration auch in dem Fall konstant zu halten, wenn die Materialflüssigkeit nicht in der Lage ist, beim gesättigten Dampfdruck oder gesättigten Gasdruck im Behälter verdunstet oder verdampft zu werden, oder in dem Fall, dass die Blasenbildung oder das Perlen sich ändern.
  • Der Konzentrationsmessabschnitt CS berechnet die Konzentration unter Verwendung des Partialdrucks und des Gesamtdrucks. Jedoch kann die Konzentration auch direkt gemessen werden. Zusätzlich ist die Ausgestaltung des Partialdruckmesssensors 21 nicht beschränkt auf den Typ auf der Grundlage eines nicht dispersiven Infrarotverfahrens. Vielmehr kann auch ein spektroskopisches Verfahren im Infrarotbereich aufgrund von Fouriertransformation (FTIR) oder ein Verfahren auf der Grundlage von Laserabsorptionsspektroskopie (LAS) verwendet werden.
  • Um den Fluss des Materialgases zu steuern oder zu regeln, kann das zweite Ventil 32 so gesteuert oder geregelt werden, dass die Abweichung zwischen dem Einstellfluss und einem berechneten Fluss des Materialgases reduziert wird, wobei die Berechnung durchgeführt wird auf der Grundlage der gemessenen Konzentration und des gemessenen Trägergasflusses.
  • In dem Fall, bei welchem ausschließlich die Konzentration des Materialgases im gemischten Gas oder Mischgas mit hoher Genauigkeit gesteuert werden soll und bei welchem der Fluss keinen festen Wert annimmt, jedoch stabil ist, kann der Fluss ohne Rückkopplung oder Regelung der gemessenen Konzentration von der Konzentrationssteuerung 2 zur Massenflusssteuerung 3 gesteuert oder geregelt werden, wie dies im Zusammenhang mit 5 dargestellt ist. In diesem Fall kann der Trägergaseinstellfluss berechnet werden auf der Grundlage des Ausdrucks (3) unter Verwendung der Einstellkonzentration und des Einstellflusses. Falls der Trägergaseinstellfluss zuvor oder vorher bestimmt wurde und falls das Trägergas gemäß dem bestimmten Fluss fließt oder strömt, so kann zusätzlich der Fluss des Materialgases oder des gemischten Gases oder Mischgases in einem Maße konstant werden, dass die Konzentration mittels der Konzentrationssteuerung 2 konstant gehalten wird. In dem Fall, bei welchem der Trägergaseinstellfluss zuvor oder vorher bestimmt wurde, kann der Trägergasfluss direkt an den Steuerabschnitt oder Regelabschnitt 332 für das zweite Ventil eingegeben werden und zwar mit einer Anordnung, bei welcher der Trägergaseinstellflusseinstellabschnitt 333 fortgelassen wird.
  • Im Zusammenhang mit der Konzentrationssteuerung 2 kann auch ein Temperatursensor vorgesehen sein, um den Einfluss von Temperaturänderungen auf die Messergebnisse für den Druck oder den Partialdruck zu kompensieren. Bei einer derartigen Anordnung ist es möglich, die Konzentration mit einer hohen Genauigkeit zu steuern oder zu regeln. Zusätzlich kann ein Signal erhalten werden, welches einen verschlechterten Zustand einer Lichtquelle anzeigt, wobei dieses Signal vom Partialdruckmessabschnitt erhalten werden kann. Z. B. der Konzentrationssteuerungssteuerabschnitt eine derartige Anordnung aufweisen, bei welcher eine Lebensdauer der Lichtquelle geeicht oder bewertet wird mittels einer momentanen Änderung des durch die Lichtquelle fließenden Stroms, so dass eine Mitteilung ausgegeben werden kann, die anzeigt, dass die Lichtquelle ausgetauscht werden soll, bevor sich ein kritischer Einfluss auf die Messergebnisse bemerkbar macht. Eine derartige Nachricht kann angezeigt werden.
  • Um ein gemischtes Gas oder Mischgas aus einer Mehrzahl von Komponenten herzustellen, werden, wie das im Zusammensetzung mit 6 dargestellt ist, mehrfache Blasen bildende Systeme oder Perlsysteme 1, von denen jedes eine unterschiedliche Sorte Materialgas erzeugt, parallel zueinander angeordnet, wobei die Ausgabeleitungen oder Ablassleitungen 12 zusammengeführt werden, um eine zusammengeführte Ausgabeleitung oder Ablassleitung 14 zu bilden. Um ein Materialgaskonzentrationssteuersystem oder -regelsystem 100 durch Steuern oder Regeln der Konzentration jedes Materialgases mit hoher Genauigkeit und unter Reduzierung von Kosten beim Vermindern der Anzahl von Konzentrationsmessabschnitten so weit wie möglich zu konfigurieren, kann das Materialgaskonzentrationssteuersystem oder -regelsystem 100 ein erstes Ventil 23, welches in einer Abgabeleitung oder Auslassleitung 12 angeordnet ist, einen Mehrfachkomponentenkonzentrationsmessabschnitt MCS, welcher die Konzentration des Gases mit einer Mehrzahl von Komponenten messen kann und welcher in der zusammengeführten Ablassleitung oder Auslassleitung 14 angeordnet ist, und dem Konzentrationssteuerabschnitt CC aufweisen, welcher den Öffnungsgrad jedes der ersten Ventile 23 steuert oder regelt, um zu bewirken, dass die gemessene Konzentration jedes Materialgases, welches gemessen wird durch die den Mehrkomponentenkonzentrationsmessabschnitt MCS, den Wert einer jeweiligen Einstellkonzentration annimmt, die vorab für jedes Materialgas ermittelt wurde.
  • Es ist mit einer derartigen Anordnung möglich, den Öffnungsgrad des ersten Ventils 23 für jedes Blasen bildende System oder Perlsystem einfach dadurch zu regeln oder zu steuern, dass ein einzelner Mehrkomponentenkonzentrationsmessabschnitt MCS für die zusammengeführte Auslassleitung oder Abgabeleitung 14 vorgesehen wird. Der Konzentrationssteuerabschnitt oder -regelabschnitt CC kann in einem Speicher ein Kommando für den Öffnungsgrad speichern, welches an jedes erste Ventil 23 für jedes gemessene Materialgas auszugeben ist und dadurch jedes erste Ventil 23 steuern oder regeln, um die Abweichung zwischen der gemessenen Konzentration für jedes Materialgas und der vorab bestimmten Einstellkonzentration für jedes Materialgas zu reduzieren.
  • Allgemeiner bedeutet dies, dass ein Materialgaskonzentrationssteuersystem oder -regelsystem zum Steuern oder Regeln der Konzentration eines von einem Material verdampften oder verdunsteten Gases ein Materialgaskonzentrationssteuersystem oder -regelsystem sein kann, welches im Zusammenhang mit einem Materialverdampfungssystem oder Materialverdunstungssystem verwendet wird mit einem Behälter zum Aufnehmen eines Materials, einer Einlassleitung zum Einlassen oder Eingeben eines Trägergases zum Verdampfen oder Verdunsten des im Behälter aufgenommenen Materials und mit einer Abgabeleitung oder Auslassleitung zum Abgeben oder Auslassen eines gemischten Gases oder Mischgases, welches aus einem Materialgas, das gebildet wird vom verdampften Material oder verdunsteten Material, und dem Trägergas besteht, aus dem Behälter, wobei mehrfache Materialverdampfungssysteme parallel zueinander angeordnet sind, wobei jedes eine unterschiedliche Sorte Materialgas erzeugt und wobei eine zusammengeführte Abgabeleitung oder Auslassleitung ausgebildet ist oder wird durch Zusammenführen jeder der Abgabeleitungen oder Auslassleitungen. Dabei weist das Materialgaskonzentrationssteuersystem oder -regelsystem ein erstes Ventil auf, welches in jeder Ausgabeleitung oder Ablassleitung vorgesehen ist, sowie einen Mehrkomponentenkonzentrationsmessabschnitt zum Messen der Konzentration jedes Materialgases in dem gemischten Gas oder Mischgas, welches in der zusammengeführten Ausgabeleitung oder Ablassleitung fließt oder strömt, sowie einen Konzentrationssteuerabschnitt oder -regelabschnitt zum Steuern jedes ersten Ventils, um zu bewirken, dass die gemessene Konzentration jedes Materialgases, welche gemessen wird von dem Mehrkomponentenkonzentrationsmessabschnitt, jeweils den Wert einer für jedes Materialgas zuvor oder vorher bestimmten Einstellkonzentration annimmt.
  • Falls die Konzentration gesteuert oder geregelt wird und die Massenflusssteuerung 3 in jeder Einlassleitung 11 angeordnet ist, ist es des Weiteren möglich, auch den Fluss oder Strom auf einen konstanten Wert hin zu steuern oder zu regeln, weil die Konzentration so gesteuert oder geregelt wird, dass sie einen konstanten Wert annimmt.
  • Bei der oben beschriebenen Ausführungsform weist der Konzentrationsmessabschnitt zusätzlich den Drucksensor auf, welcher den Gesamtdruck des gemischten Gases oder Mischgases misst, sowie den Partialdruckmesssensor auf. Jedoch kann der Konzentrationsmessabschnitt die Konzentration selbst messen, z. B. mittels einer Ultraschallkonzentrationsmesseinrichtung. Des Weiteren kann der Drucksensor geteilt werden zum Messen der Konzentration und zum Steuern oder Regeln des ersten Ventils. Jedoch können der Drucksensor zum Messen der Konzentration und der Drucksensor zum Steuern oder Regeln des ersten Ventils unabhängig voneinander vorgesehen sein. Auch kann der Konzentrationsmessabschnitt so ausgelegt sein, dass er nicht für den Gesamtdruck verwendet wird.
  • Die vorliegende Erfindung kann vielfältig abgewandelt werden, ohne dass der Grundgedanke der Erfindung verlassen wird.
  • << Zweites Ausführungsbeispiel >>
  • Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. Eine Anordnung für das zweite Ausführungsbeispiel ist ähnlich zu der des ersten Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit den
  • 1 und 2. Darüber hinaus ist auch der Betrieb des Steuerns der Konzentration derselbe, wie dies im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform und mit den 3 und 4 beschrieben wurde.
  • Im Zusammenhang mit dem zweiten Ausführungsbeispiel werden nun der Betrieb zum Steuern der Konzentration des Materialgases und dessen Wirkung in einem Zustand, bei welchem die Materialflüssigkeit L vermindert oder reduziert wird, beschrieben. Im Zusammenhang mit dem Zustand, bei welchem die Materialflüssigkeit L vermindert oder reduziert wird, wird ein Beispiel des Ergebnisses in dem Fall, dass die Konzentration des Materialgases gesteuert oder geregelt wird, im Zusammenhang mit 7 beschrieben. Während einer vorbestimmten Zeitspanne, nachdem die Einstellkonzentration geändert wurde, wird der Druck im Behälter, welcher die Einstellkonzentration sein soll, unter gesättigtem Dampfdruck oder Gasdruck des Materialgases, und zwar berechnet auf der Grundlage der Temperatur im Behälter mittels des Gesamtdruckberechnungsabschnitts 244, als Einstelldruck gehalten. Die vorbestimmte Zeitspanne kann z. B. 10 Sekunden betragen. Sie kann auch experimentell bestimmt werden, z. B. gemäß der Kapazität des Behälters. Die Zeitspanne, während der der Einstelldruck gehalten wird, kann festgelegt werden, z. B. unter Zugrundelegen eines Bezugs im Hinblick auf ein Überschwingen der gemessenen Konzentration, welche einige Prozent der Einstellkonzentration betragen kann. Da der Einstelldruck während der vorbestimmten Zeitspanne gehalten wird, wird auch der gemessene Druck auf einen Wert in der Nähe des Einstelldrucks gesteuert oder geregelt.
  • Im Ergebnis davon schwingt im Vergleich zur Einstellkonzentration die gemessene Konzentration nicht stark über den Wert der Einstellkonzentration hinaus. Zusätzlich wird auch die verbleibende Abweichung zwischen der Einstellkonzentration und der gemessenen Konzentration auf einen Wert von Null hin gesteuert oder geregelt, und zwar mittels des Steuerns oder Regelns der Konzentration, wobei das Steuern oder Regeln erfolgen kann durch Ändern des Einstelldrucks unter Verwendung der gemessenen Konzentration, und zwar wiederum nach dem Verstreichen der vorbestimmten Zeitspanne. Aus diesen Ergebnissen kann diejenige Zeitspanne, die benötigt wird zum Stabilisieren der gemessenen Konzentration derart, dass diese im Allgemeinen denselben Wert annimmt wie die Einstellkonzentration, reduziert werden.
  • Da der Druck im Behälter 13 auf der Grundlage der Temperatur im Behälter 13 mittels des Gesamtdruckberechnungsabschnitts 244 berechnet wurde und als Einstelldruck während der vorbestimmten Zeitspanne, nachdem der Einstelldruck mittels des Einstelldruckeinstellabschnitts 243 geändert wurde, gehalten wird und da die Konzentration gesteuert oder geregelt wird durch Ändern des Einstelldrucks auf der Grundlage der gemessenen Konzentration während einer anderen Zeitspanne, ist es, wie oben erwähnt wurde, bei dem Materialgaskonzentrationssteuersystem oder -regelsystem 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform auch möglich, die gemessene Konzentration auf den Wert der Einstellkonzentration in dem Fall hin zu stabilisieren, bei welchem die Einstellkonzentration geändert wird, wenn die Materialflüssigkeit abnimmt oder vermindert wird.
  • Da es möglich ist, das gemischte Gas oder Mischgas der gewünschten Konzentration in einer kurzen Zeitspanne bereitzustellen oder zuzuführen, kann im Ergebnis davon der Durchsatz des Prozesses verbessert werden.
  • Nunmehr wird ein anderes Ausführungsbeispiel erläutert.
  • Bei der oben beschriebenen Ausführungsform berechnet der Gesamtdruckberechnungsabschnitt 244 den Druck im Behälter bei der Einstellkonzentration, und zwar auf der Grundlage des gesättigten Dampfdrucks oder Materialdrucks des Materialgases. Jedoch kann der Gesamtdruckberechnungsabschnitt 244 den Druck auch unter Verwendung eines Wertes berechnen, der dem gesättigten Dampfdruck angenähert ist. Bei dieser Anordnung ist es möglich, einen festen Grad der Erlaubnis oder der Möglichkeit für extreme Änderungen im Dampfzustand oder Gaszustand der Materialflüssigkeit L aufgrund der Änderung des Einstelldrucks zu berücksichtigen. Das Materialgaskonzentrationssteuersystem oder -regelsystem kann ein erstes Ventil in der Auslassleitung oder Abgabeleitung, den Konzentrationsmessabschnitt, welcher die Konzentration des Materialgases im gemischten Gas oder Mischgas misst, den Druckmessabschnitt, der den Druck im Behälter misst, den Temperaturmessabschnitt, der die Temperatur im Behälter misst, und den Konzentrationssteuerabschnitt oder -regelabschnitt aufweisen, welcher die Öffnung des ersten Ventils derart steuert oder regelt, dass die gemessene Konzentration des Materialgases, die gemessen wird oder wurde vom Konzentrationsmessabschnitt, dem Wert der zuvor oder vorher bestimmten Einstellkonzentration annimmt. Ein derartiges System kann dadurch gekennzeichnet sein, dass der Konzentrationssteuerabschnitt oder -regelabschnitt dem Gesamtdruckberechnungsabschnitt zum Berechnen des Drucks im Tank aufweist, um zu bewirken, dass die Konzentration des Materialgases den Wert der Einstellkonzentration annimmt, und zwar auf der Grundlage der gemessenen Temperatur, die gemessen wird oder wurde durch den Temperaturmessabschnitt. Der Konzentrationssteuerabschnitt oder -regelabschnitt kann auch den Steuerabschnitt oder Regelabschnitt für das erste Ventil aufweisen, welcher die Öffnung des ersten Ventils derart steuert, dass die Abweichung zwischen dem Druck im Behälter und dem gemessenen Druck, der gemessen wird vom Druckmessabschnitt während einer vorbestimmten Zeitspanne, nachdem die Einstellkonzentration geändert wurde, reduziert wird, während die Öffnung des ersten Ventils gesteuert oder geregelt wird, so dass die Abweichung zwischen der gemessenen Konzentration, die gemes sen wird oder wurde, durch den Konzentrationsmessabschnitt und der Einstellkonzentration während der anderen Zeitspanne.
  • Bei dieser Anordnung kann der Gesamtdruckberechnungsabschnitt den Druck im Behälter berechnen, um zu bewirken, dass die Konzentration des Materialgases den Wert der Einstellkonzentration annimmt, und zwar auf der Grundlage der Temperatur im Behälter, die während der vorbestimmten Zeitspanne gemessen wird, nachdem die Einstellkonzentration geändert wurde. Der Steuerabschnitt oder Regelabschnitt für das erste Ventil kann die Konzentration derart steuern oder regeln, dass die Abweichung zwischen dem berechneten Druck im Behälter und dem Druck, der gemessen wird oder wurde vom Druckmessabschnitt, reduziert wird mit einem Druckwert, der als Referenzwert aufgefasst werden kann, und zwar während der vorbestimmten Zeitspanne, nachdem die Einstellkonzentration geändert wurde, und zwar unabhängig von der gemessenen Konzentration, die gemessen wird oder wurde durch den Konzentrationsmessabschnitt. im Ergebnis davon ist es in ähnlicher Weise wie bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel möglich, den Öffnungsgrad des Ventils gemäß dem Dampfzustand oder Gaszustand des Materials im Behälter zu steuern oder zu regeln, um die Antwortzeit oder Reaktionszeit zu verkürzen oder ein Überschwingen während der vorbestimmten Zeitspanne, nachdem die Einstellkonzentration geändert wurde, zu vermeiden. Da der Steuerabschnitt oder Regelabschnitt für das erste Ventil die Konzentration wiederum gemäß dem Wert der Konzentration regelt oder steuert, der als Referenz oder Bezug eingestellt wurde, um die Abweichung zwischen der Einstellkonzentration und der gemessenen Konzentration nach der vorbestimmten Zeitspanne zu reduzieren, ist es möglich, die Einstellzeit ohne ein Überschwingen oder Nacheilen zu verkürzen.
  • Im Ergebnis davon ist es möglich, das Problem zu vermeiden, dass ein Überschwingen oder Nacheilen zum Zeitpunkt des Änderns der Einstellkonzentration zu vermeiden oder dass die Einstellzeit sich wegen des Abfallens oder Verminderns der Materialflüssigkeit verlängert.
  • Bei der oben beschriebenen Ausführungsform weist der Konzentrationsmessabschnitt den Drucksensor zum Messen des Gesamtdrucks des gemischten Gases oder Mischgases und den Partialdruckmessabschnitt auf. Jedoch kann der Konzentrationsmessabschnitt die Konzentration auch direkt messen, z. B. unter Verwendung eines Ultraschallkonzentrationssensors. Zusätzlich kann der Drucksensor gemeinsam oder geteilt genutzt werden zum Messen der Konzentration und zum Steuern oder Regeln des ersten Ventils. Jedoch können der Drucksensor zum Messen der Konzentration und der Drucksensor zum Steuern oder Regeln des ersten Ventils unabhängig voneinander vorgesehen sein. Auch muss der Konzentrationsmessabschnitt nicht unbedingt den Gesamtdruck verwenden.
  • Das im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform beschriebene modifizierte Ausführungsbeispiel kann zusätzlich verwendet und mit verschiedenen Modifikationen versehen werden, ohne dass vom Grundgedanken der vorliegenden Erfindung abgewichen wird.
  • << Drittes Ausführungsbeispiel >>
  • Unter Bezugnahme auf die Figuren wird nun eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • Die dritte Ausführungsform ist ein Materialgaskonzentrationssteuersystem oder -regelsystem mit im Allgemeinen demselben Aufbau, wie er im Zusammenhang mit den ersten und zweiten Ausführungsbeispielen beschrieben wurde und unterscheidet sich jedoch im Hinblick auf den Aufbau der Konzentrationssteuerung 2.
  • Zunächst wird das dritte Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die 9 und 10 beschrieben.
  • Wie in 9 dargestellt ist, weist die Konzentrationssteuerung 2 einen Konzentrationsmessabschnitt 21 (CS) zum Messen der Konzentration des Materialgases im gemischten Gas oder Mischgas, einen Drucksensor 22, welcher einen Druckmessabschnitt zum Messen eines Drucks (eines Gesamtdrucks) des gemischten Gases oder Mischgases, welcher den Druck im Behälter 13 repräsentiert, bildet, sowie ein erstes Ventil 23 auf zum Steuern des Gesamtdrucks des gemischten Gases oder Mischgases mittels eines Öffnungsgrads des Ventilkörpers, wobei jede der Komponenten in dieser Reihenfolge von einer stromaufwärts gelegenen oder vorgeschalteten Position aus angeordnet sind. Ferner ist ein Konzentrationssteuerungssteuerabschnitt 24 vorgesehen. Um die Konzentration des Materialgases im gemischten Gas oder Mischgas zu steuern oder zu regeln, ist es notwendig, den Drucksensor 22 in Bezug auf das erste Ventil stromaufwärts gelegen oder vorgeschaltet anzuordnen. Dies ist deshalb so, weil der Gesamtdruck im Behälter 13 und die Konzentration des Materialgases im gemischten Gas oder Mischgas genau gemessen werden, um an eine Änderung des Verdampfungszustands oder Verdunstungszustands der Materialflüssigkeit angepasst zu werden. Wie in den 9 und 10 dargestellt ist, weist der Konzentrationssteuerungssteuerabschnitt oder -regelabschnitt 24 einen Konzentrationssteuerabschnitt CC und einen Materialflüssigkeitsmengenbestimmungsabschnitt 245 zum Bestimmen einer Menge der Materialflüssigkeit L im Behälter 13 auf. Der Konzentrationssteuerabschnitt CC steuert oder regelt das erste Ventil 23 derart, dass die gemessene Konzentration, die gemessen wird oder wurde, mittels des Konzentrationsmessabschnitts 21 (CS), schließlich den Wert der zuvor oder vorher bestimmten Einstellkonzentration an nimmt. Ferner weist der Konzentrationssteuerabschnitt CC den Steuerabschnitt oder Regelabschnitt 242 für das erste Ventil, den Einstelldruckeinstellabschnitt 243 zum Einstellen des Einstelldrucks für den Steuerabschnitt oder Regelabschnitt 242 für das erste Ventil und den Gesamtdruckberechnungsabschnitt 244 zum Berechnen des Einstelldrucks, der für den Steuerabschnitt oder Regelabschnitt 242 für das erste Ventil durch den Einstelldruckeinstellabschnitt 243 während der ersten Zeitspanne, nachdem die Einstellkonzentration geändert wurde, eingestellt wird, auf.
  • Anders als bei den oben beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsbeispielen gibt der Konzentrationsmessabschnitt CS selbst die Konzentration aus und ein Konzentrationsberechnungsabschnitt 241 zum Berechnen der Konzentration des Materialgases im gemischten Gas oder Mischgas aus dem Gesamtdruck und dem Partialdruck ist fortgelassen, wie dies im Zusammenhang mit den 9 und 10 dargestellt ist.
  • Der Gesamtdruckberechnungsabschnitt 244 berechnet den Druck im Behälter derart, dass die Konzentration des Materialgases den Wert der Einstellkonzentration bei der Temperatur annimmt, die vom Temperatursensor T gemessen wird oder wurde, und stellt den berechneten Druck als temporären Einstelldruck ein. Der berechnete Druck im Behälter wird an den Einstelldruckeinstellabschnitt 243 übertragen und als der Einstelldruck für den Steuerabschnitt oder Regelabschnitt 242 für das erste Ventil mittels des Einstelldruckeinstellabschnitts 243 zu einem Zeitpunkt des Beginnens oder Hochfahrens oder während der vorbestimmten Zeitspanne, nachdem die Einstellkonzentration geändert wurde, verwendet.
  • Nunmehr wird konkret ein Verfahren zum Berechnen des Drucks im Behälter durch den Gesamtdruckberechnungsabschnitt 244 erläutert. Der Gesamtdruckberechnungsabschnitt 244 berechnet den gesättigten Dampfdruck oder Gasdruck des Materialgases bei der Temperatur im Behälter 13. Der Gesamtdruckberechnungsabschnitt 244 berechnet den Druck im Behälter, nämlich den Gesamtdruck, um zu bewirken, dass das Materialgas den Wert der neu eingestellten Konzentration oder neuen Einstellkonzentration annimmt, und zwar unter der Annahme, dass die Materialflüssigkeit L beim gesättigten Dampfdruck oder Gasdruck im Behälter 13 verdampft oder verdunstet. Da die Konzentration ausgedrückt wird durch Dividieren des Partialdrucks durch den Gesamtdruck, kann der Druck im Tank erhalten werden durch Dividieren des gesättigten Dampfdrucks oder Gasdrucks des Materialgases bei der gemessenen Temperatur durch die neu eingestellte Konzentration oder neue Einstellkonzentration.
  • Der Materialflüssigkeitsmengenbestimmungsabschnitt 245, welcher mit dem Materialmengenbestimmungsabschnitt in den Ansprüche korrespondiert, berechnet den Druck, welcher den Druck repräsentiert, welcher durch den Druckmessabschnitt zu messen ist, wobei das Materialgas auf der Einstellkonzentration gehalten wird, und zwar auf der Grundlage der gemessenen Temperatur, die gemessen wird oder wurde durch den Temperatursensor T, und bestimmt die gespeicherte Menge an Materialflüssigkeit auf der Grundlage des Einstelldrucks und des berechneten Drucks.
  • Zunächst berechnet der Materialflüssigkeitsmengenbestimmungsabschnitt 245 den gesättigten Dampfdruck oder Gasdruck des Materialgases im Behälter 13 bei der gemessenen Temperatur, die gemessen wird oder wurde vom Temperatursensor T, und berechnet den Druck, welcher denjenigen Druck repräsentiert, der gemessen wird durch den Drucksensor 22, und zwar unter Verwendung des gesättigten Dampfdrucks oder Gasdrucks und der Einstellkonzentration, und zwar in dem Fall, bei welchem sowohl das Materialgas auf der Einstellkonzentration gehalten wird und das Materialgas bei dem gesättigten Dampfdruck oder Gasdruck verdunstet oder verdampft. Dann wird die Menge der Materialflüssigkeit L im Behälter 13 bestimmt durch Vergleichen des Einstelldrucks mit dem berechneten Druck.
  • Dies bedeutet konkreter, dass in dem Fall, bei welchem die Menge der Materialflüssigkeit L vermindert oder reduziert ist, die Materialflüssigkeit L nicht in der Lage ist, ein Dampf-Flüssigkeitsgleichgewicht oder ein Gas-Flüssigkeitsgleichgewicht anzunehmen, und zwar aufgrund der Verminderung der Kontaktzeit zwischen den Blasen des Trägergases und dem Flüssigkeitsmaterial oder flüssigen Material L. Der Partialdruck des Materialgases ist geringer als der gesättigte Dampfdruck oder Gasdruck. Da der Einstelldruckeinstellabschnitt den Einstelldruck derart ändert, um den Gesamtdruck zu reduzieren, um die Konzentration zu halten, wird der Einstelldruck geringer als der berechnete Druck.
  • Entsprechend ermittelt der Materialflüssigkeitsmengenbestimmungsabschnitt 245, dass die aufgenommene oder gespeicherte Menge an Materialflüssigkeit L kleiner ist als eine vorbestimmte Menge in dem Fall, bei welchem der Einstelldruck geringer wird als ein vorbestimmtes Verhältnis zum berechneten Druck. Zum Zeitpunkt, bei welchem der Materialflüssigkeitsmengenbestimmungsabschnitt 245 ermittelt, dass die gespeicherte Menge an Materialflüssigkeit L unterhalb der bestimmten Menge abfällt, wird dieser Zustand angezeigt, um zu bewirken, dass Materialflüssigkeit L zugeführt wird.
  • Nachfolgend wird der Betrieb des Steuerns oder Regelns der Konzentration des Materialgases im gemischten Gas oder Mischgas und ein Betrieb des Steuerns oder Regelns des Flusses oder Stroms des gemischten Gases oder Mischgases und des Materialgases unter Bezugnahme auf die Flussdiagramme der 11 und 12 erläutert.
  • Zunächst wird der Betrieb des Steuerns oder Regelns der Konzentration durch Steuern oder Regeln des Öffnungsgrads des ersten Ventils 23 zum Einstellen der Konzentration unter Bezugnahme auf die 11 erläutert.
  • Zu einem Zeitpunkt des Beginnens oder des Hochfahrens, wenn die Konzentration das erste Mal eingestellt wird, oder zu einem Zeitpunkt, bei welchem die Einstellkonzentration geändert wird, berechnet der Gesamtdruckberechnungsabschnitt 244 zunächst den gesättigten Dampfdruck oder Gasdruck des Materialgases auf der Grundlage der vom Temperatursensor T gemessenen Temperatur. Zu einem Zeitpunkt, wenn der Partialdruck des Materialgases den Wert des gesättigten Dampfdrucks oder Gasdrucks annimmt, berechnet der Gesamtdruckberechnungsabschnitt 244 den Druck im Behälter 13, nämlich den Gesamtdruck Pts (temporärer Einstelldruck) des gemischten Gases oder Mischgases unter Verwendung der Einstellkonzentration und des berechneten Partialdrucks unter Verwendung des Ausdrucks (1) (Schritt S1). Pt = Pz/C (1)
  • Dabei bezeichnen C die Konzentration, Pz den Partialdruck des Materialgases und Pt den Gesamtdruck des gemischten Gases oder Mischgases.
  • Der Einstelldruckeinstellabschnitt 243 stellt den Gesamtdruck Pts (den temporären Einstelldruck) als den Einstelldruck für den Steuerabschnitt oder Regelabschnitt 242 für das erste Ventil ein und ändert den Einstelldruck während einer vorbestimmten Zeitspanne, nachdem die Einstellkonzentration geändert wurde, selbst dann nicht, wenn der Partialdruck des Materialgases fluktuiert (Schritt S2). Der Steuerabschnitt oder Regelabschnitt 242 des ersten Ventils steuert oder regelt den Öffnungsgrad des ersten Ventils 23 mittels des Einstelldrucks Pts während der vorbestimmten Zeitspanne, wodurch sich ein Steuern oder Regeln der Konzentration ergibt, die gemessen wird oder wurde durch den Konzentrationsmessabschnitt 21 (CS), und zwar auf die Einstellkonzentration oder einen Wert in der Nähe der Einstellkonzentration (Schritt S3).
  • Zu einem Zeitpunkt eines gewöhnlichen Betriebs nach dem Verstreichen einer vorbestimmten Zeitspanne von einem Zeitpunkt an, nachdem die Einstellkonzentration geändert wurde, wenn die Konzentration, die gemessen wurde durch den Konzentrationsmessabschnitt, unterschiedlich ist von der Einstellkonzentration, die eingestellt wird oder wurde vom Einstelldruckeinstellabschnitt 243, ändert der Einstelldruckeinstellabschnitt 243 den Einstelldruck Pt0 wie nachfolgend be schrieben wird, und zwar auf der Grundlage der gemessenen Konzentration C, die gemessen wird oder wurde mittels des Konzentrationsmesssensors 21 (CS), der Einstellkonzentration C0 und des gemessenen Drucks Pt, welcher mittels des Drucksensors 22 gemessen wurde, und zwar unter Verwendung des Ausdrucks (5) (Schritt S4). Pt0 = (C/C0)Pt (5)
  • Dabei bezeichnen C und Pt jeweils einen kontinuierlich gemessenen Wert und C0 einen bekannten Wert, weil dies eine Einstellkonzentration ist.
  • Zu dem Zeitpunkt, bei welchem der Einstelldruck auf den Wert Pt0 eingestellt wird, steuert der Steuerabschnitt oder Regelabschnitt 242 für das erste Ventil den Öffnungsgrad des ersten Ventils 23, um die Abweichung zwischen dem Druck Pt (dem Gesamtdruck), der gemessen wird oder wurde mittels des Drucksensors 22, und dem Einstelldruck Pt0 (Schritt S5).
  • Die ganz zuletzt gemessene Konzentration des Materialgases im gemischten Gas oder Mischgas nimmt den Wert der Einstellkonzentration C0 an, falls der Partialdruck Pz nicht fluktuiert, während der gemessene Druck Pt dem Einstelldruck Pt0 folgt.
  • Wenn die gemessene Konzentration C fluktuiert, während der gemessene Druck Pt dem Einstelldruck Pt0 folgt, ändert der Einstelldruckeinstellabschnitt 243 den Einstelldruck (Pt0) erneut gemäß dem Ausdruck (5), um die Einstellkonzentration C0 anzunehmen.
  • Nachfolgend wird nun die Steuerung oder Regelung des Materialgases oder des Gesamtflusses oder Gesamtstroms in der Ausgabeleitung oder Ablassleitung 12 unter Bezugnahme auf die 12 erläutert. Die Massenflusssteuerung steuert in unabhängiger Art und Weise den Fluss und den Strom des Materialgases, und zwar unabhängig vom Modus des Steuerns oder Regelns der Konzentration mittels der Konzentrationssteuerung 2.
  • Unter der Annahme, dass der Einstellfluss Qz0 des Materialgases durch den Trägergaseinstellflusseinstellabschnitt 333 eingestellt wird, wird zunächst ein Zusammenhang erläutert zwischen dem Fluss und der Konzentration auf der Grundlage des nachfolgenden Ausdrucks (3). C = Pz/Pt = Qz/Qt = Qz/(Qc + Qz) (3)
  • Dabei bezeichnen Qz den Materialgasfluss, Qt den Gesamtgasfluss und Qc den Trägergasfluss.
  • Der Trägergaseinstellflusseinstellabschnitt 333 stellt den Trägergaseinstellfluss Qz0 auf der Grundlage des nachfolgenden Ausdrucks (4) ein, welcher eine modifizierte Form des Ausdrucks (3) ist (Schritt ST1). Qc0 = Qz0(1 – C)/C (4)
  • Dabei bezeichnen C einen mittels des Konzentrationsmessabschnitts 21 (CS) kontinuierlich gemessenen Wert und Qz0 einen bekannten Wert, weil es sich dabei um einen Einstellwert handelt.
  • Zu einem Zeitpunkt, bei welchem der Trägergaseinstellfluss auf den Wert Qz0 geändert wird, steuert der Steuerabschnitt oder Regelabschnitt 232 für das zweite Ventil den Öffnungsgrad des zweiten Ventils 32, so dass die Abweichung zwischen dem Trägergasfluss Qc, der gemessen wird mittels des Flussmessabschnitts, und dem Trägergaseinstellfluss Qc0 reduziert oder vermindert wird (Schritt ST2).
  • Der zuletzt gemessene Fluss des Trägergases nimmt den Wert des Trägergaseinstellflusses Qc0 an, falls die Konzentration C nicht fluktuiert, während der gemessene Trägergasfluss Qc dem Trägergaseinstellfluss Qc0 folgt.
  • Falls die Konzentration C fluktuiert, während der gemessene Trägergasfluss Qc dem Trägergaseinstellfluss Qc0 folgt, ändert der Trägergaseinstellflusseinstellabschnitt 333 den Trägergaseinstellfluss Qc0 wiederum gemäß dem Ausdruck (4), so dass dieser den Wert des vorbestimmten Materialgasflusses Qz0 annimmt.
  • Da die Konzentration gesteuert oder geregelt wird unter Verwendung des Gesamtdrucks als Steuervariable oder Regelvariable, welcher auf einfache Art und Weise gesteuert oder geregelt werden kann mittels des ersten Ventils 23, und nicht mittels des Partialdrucks, für den nur ein schlechtes Ansprechverhalten vorliegt oder in Bezug auf die Konzentration, welche den Partialdruck enthält, als Steuervariable oder Regelvariable, ist es, wie oben bereits erwähnt wurde, gemäß dem Materialgaskonzentrationssteuersystem oder -regelsystem 100 möglich, die Konzentration des Materialgases mit hoher Genauigkeit und hohem Ansprechverhalten selbst dann zu steuern oder zu regeln, wenn das Materialgas nicht in der Lage ist, einen Flüssig-Dampfgleichgewichtszustand oder einen Flüssig-Gasgleichgewichtszustand mit dem Trägergas zu erreichen oder die Verdampfungsrate oder Verdunstungsrate des Materialgases fluktuiert.
  • Zu einem Zeitpunkt, bei welchem der Partialdruck des Materialgases im gemischten Gas oder Mischgas aufgrund einer unzureichenden Verdampfungsrate oder Verdunstungsrate des Materialgases wegen des niedrigen Pegels oder Niveaus der Materialflüssigkeit abfällt, arbeitet entsprechend der Einstelldruckeinstellabschnitt derart, dass die Einstellkonzentration durch Absenken des Einstelldrucks gehalten wird.
  • Da das Verhalten des Einstelldruckeinstellabschnitts mittels des Materialflüssigkeitsmengenbestimmungsabschnitts überwacht wird, ist es möglich, die gespeicherte Menge an Materialflüssigkeit L auf der Grundlage des Einstelldrucks zu bestimmen und zu berechnen.
  • Da der Temperatursensor T im Behälter 13 angeordnet ist, um die gespeicherte Menge an Materialgas zu bestimmen und zu berechnen, und zwar durch Separieren und Trennen eines Abfalls des Partialdrucks des Materialgases aufgrund der Temperaturänderung und eines Abfalls des Partialdrucks des Materialgases aufgrund eines Absinkens der Flüssigkeitsmenge, ist es möglich, die gespeicherte Menge an Materialflüssigkeit L mit höherer Genauigkeit zu ermitteln und zu berechnen.
  • Da die gespeicherte Menge an Materialflüssigkeit ermittelt oder geeicht werden kann, ohne das Vorsehen eines Flüssigkeitsmengensensors im Behälter 13, ist es im Ergebnis davon möglich, einen Anstieg in den Kosten zu verhindern. Da die gespeicherte Menge an Materialflüssigkeit L mit hoher Genauigkeit bestimmt und berechnet werden kann, kann darüber hinaus die Materialflüssigkeit L in geeigneter Art und Weise zugeführt werden. Im Ergebnis davon ist es möglich, zu verhindern, dass die Zeit, die benötigt wird zum Stabilisieren der Konzentration auf einen Wert der Einstellkonzentration sich aufgrund eines Abfalls in der Materialflüssigkeit L verlängert.
  • Nachfolgend wird eine andere Ausführungsform erläutert.
  • Bei der oben beschriebenen Ausführungsform werden sowohl die Konzentration des Materialgases als auch der Fluss des Materialgases gesteuert oder geregelt. Jedoch ist in dem Fall, bei welchem ausschließlich die Konzentration zu steuern oder zu regeln ist, die Konzentrationssteuerung 2 ausreichend, ohne dass es einer Massenflusssteuerung 3 bedarf.
  • Der Konzentrationsmessabschnitt CS misst in direkter Art und Weise die Konzentration. Jedoch kann die Konzentration auch unter Verwendung des Partialdrucks oder des Gesamtdrucks berechnet werden. Zusätzlich kann der Konzentrationsmessabschnitt 21 (CS) ein nicht-dispersives Infrarotverfahren (NDIR) aufweisen, ein infrarotspektroskopisches Verfahren auf der Grundlage von Fouriertransformation (FTIR) oder einen Partialdruckmesssensor, z. B. auf der Grundlage eines laserabsorptionsspekroskopischen Verfahrens (LAS). Der Drucksensor kann vorgesehen sein zum Messen des Drucks (des Gesamtdrucks) des gemischten Gases oder Mischgases. Zusätzlich kann der Drucksensor gemeinsam verwendet werden mit dem Druckmessabschnitt, um den Druck im Behälter in der in den Ansprüchen beschriebenen Art und Weise unabhängig zu messen. Bei einer derartigen Anordnung kann der Materialflüssigkeitsmengenbestimmungsabschnitt die Menge des Materials ermitteln durch Vergleichen des Partialdrucks des Materialgases und des gesättigten Dampfdrucks oder Gasdrucks im Behälter, der bei einer gemessenen Temperatur berechnet wird oder wurde. Dies bedeutet insbesondere, dass, falls der gemessene Partialdruck im Vergleich zum gesättigten Dampfdruck oder Gasdruck niedrig ist, das bedeuten kann, dass die Verdampfungsrate oder Verdunstungsrate niedrig ist. Infolge kann dies bedeuten, dass die Menge an Materialflüssigkeit gering ist.
  • Während die Temperatur des Behälters auf einem konstanten Wert gehalten wird, z. B. mittels eines Konstanttemperaturbades, um nämlich ausreichende Maßnahmen zu ergreifen, dass sich die Temperatur nicht ändert, hält der Materialflüssigkeitsbestimmungsabschnitt zusätzlich den gesättigten Dampfdruck oder Gasdruck bei der konstanten Temperatur aufrecht. Dann kann die Materialflüssigkeitsmenge durch Vergleichen des gesättigten Dampfdrucks oder Gasdrucks mit dem gemessenen Partialdruck ermittelt werden.
  • Wenn ausschließlich die Konzentration des Materialgases im gemischten Gas oder Mischgas in genauer Art und Weise gesteuert oder geregelt wird und der Fluss des gemischten Gases oder Mischgases nicht notwendigerweise auf einen bestimmten festen Wert gehalten werden muss, damit das gemischte Gas oder Mischgas in stabiler Art und Weise fließt oder strömt, kann der Fluss oder Strom gesteuert oder geregelt werden ohne eine Rückkopplung der gemessenen Konzentration von der Konzentrationssteuerung 2 zur Massenflusssteuerung 3, wie dies in 13 dargestellt ist. In diesem Fall kann der Trägergaseinstellfluss berechnet werden mittels des Ausdrucks (3) unter Verwendung der Einstellkonzentration und des Einstellflusses. Falls die Konzentration des Materialgases durch die Konzentrationssteuerung selbst dann konstant gehalten wird, wenn der Fluss des Trägergases zuvor oder vorher bestimmt wurde und das Trägergas in dem bestimmten Fluss fließt oder strömt, nehmen zusätzlich der Fluss des Materialgases und der Fluss des gemischten Gases oder Mischgases konstante Werte an. Es kann ein Temperatursensor in der Konzentrationssteuerung 2 vorgesehen sein, um Änderungen im Messergebnis für den Druck oder für den Partialdruck aufgrund einer Temperaturänderung auszugleichen oder zu kompensieren. Bei einer derartigen Anordnung ist es möglich, die Konzentration mit einer höheren Genauigkeit zu steuern oder zu regeln. Zusätzlich kann ein Signal vom Konzentrationsmessabschnitt erhalten werden, welches einen verschlechterten Zustand der Lichtquelle anzeigt. Zum Beispiel kann der Konzentrationssteuerungssteuerabschnitt eine derartige Anordnung aufweisen, dass eine Lebensdauer der Lichtquelle bestimmt oder geeicht wird mittels einer momentanen Änderung des Stroms, der durch die Lichtquelle fließt, so dass eine Nachricht angezeigt werden kann, um zu bewirken, dass die Lichtquelle ausgetauscht wird, bevor sie einen kritischen Einfluss auf die Messergebnisse hat.
  • Bei der oben beschriebenen Ausführungsform empfing der Materialflüssigkeitsmengenbestimmungsabschnitt 245 das Signal des Temperatursensors T. Jedoch muss der Temperatursensor T nicht vorgesehen sein, z. B. in dem Fall, wenn ein Konstarittemperaturbad vorgesehen ist, um eine Temperaturänderung im Behälter 13 zu reduzieren oder die Temperaturänderung als solche so gering ist, dass sie vernachlässigt werden kann. In dem Fall, dass der Temperatursensor nicht vorgesehen ist, wird ein Standardeinstelldruck vorab experimentell ermittelt oder berechnet, um den Referenzdruck oder Bezugsdruck bei der Einstellkonzentration in dem Zustand zu erhalten, bei welchem Materialflüssigkeit in ausreichender Menge gespeichert ist. Die gespeicherte Menge an Materialflüssigkeit kann ermittelt und berechnet werden aus dem Umstand, wie stark der Druck vom Referenzdruck oder Bezugsdruck abfällt. Mit einer derartigen Anordnung ist es möglich, die Materialflüssigkeitsmenge nur mittels eines internen Sensors zu bestimmen, der verwendet wird zum Steuern, ohne die Verwendung eines Außensensors. Dadurch ergeben sich Kosteneinsparungen.
  • Bei der oben beschriebenen Ausführungsform ist das Material flüssig oder eine Flüssigkeit. Jedoch kann eine Menge an festem Stoff, die im Behälter aufgenommen und gespeichert ist, ermittelt werden mittels des Materialmengenbestimmungsabschnitts, ohne Verwendung eines Außensensors.
  • Bei der oben beschriebenen Ausführungsform steuert der Steuerabschnitt oder Regelabschnitt des ersten Ventils den Öffnungsgrad des ersten Ventils mittels des Einstelldrucks und des gemessenen Drucks. Jedoch kann der Öffnungsgrad auch direkt gesteuert oder geregelt werden mittels der Abweichung zwischen der Einstellkonzentration und der gemessenen Konzentration.
  • Das Materialgaskonzentrationssteuersystem oder -regelsystem kann bei einem Materialverdampfungssystem oder Materialverdunstungssystem verwendet werden mit einem Behälter zum Aufnehmen eines Materials, einer Einlassleitung zum Einlassen oder Eingeben eines Trägergases zum Verdampfen oder Verdunsten des im Behälter aufgenommenen Materials und mit einer Auslassleitung oder Ablassleitung zum Ausgeben oder Ablassen eines gemischten Gases oder Mischgases, welches besteht aus einem Materialgas, das gebildet wird von dem verdampften Material oder verdunsteten Material, und dem Trägergas, aus dem Behälter. Das System kann gekennzeichnet sein durch ein erstes Ventil, welches in der Ausgabeleitung oder Ablassleitung angeordnet ist, einem Konzentrationsmessabschnitt zum. Messen der Konzentration des Materialgases im gemischten Gas oder Mischgas, einen Druckmessabschnitt zum Messen des Drucks im Behälter, einen Konzentrationssteuerabschnitt zum Steuern eines Öffnungsgrads des ersten Ventils, um zu bewirken, dass die gemessene Konzentration des Materialgases, die gemessen wird durch den Konzentrationsmessabschnitt, einen Wert einer zuvor oder vorher bestimmten Einstellkonzentration annimmt, und einen Materialmengenbestimmungsabschnitt zum Bestimmen der Menge des im Behälter aufgenommenen Materials, wobei der Konzentrationsmessabschnitt einen Steuerabschnitt oder Regelabschnitt für das erste Ventil aufweist zum Steuern des ersten Ventils derart, dass eine Abweichung zwischen der gemessenen Konzentration und der Einstellkonzentration reduziert wird, und wobei der Materialmengenbestimmungsabschnitt die Menge des Materials auf der Grundlage des gemessenen Drucks bestimmt und berechnet.
  • Da der Gesamtdruck aufgrund der Abnahme der Menge des Materials in einem Zustand, bei welchem die Konzentration konstant gehalten wird, absinkt oder abfällt, kann der Materialmengenbestimmungsabschnitt die Menge des im Behälter gespeicherten Materials durch Detektieren des Absinkens oder Abfalls des Gesamtdrucks mittels des gemessenen Drucks ermitteln. Entsprechend ist es möglich, die Menge des im Behälter gespeicherten oder aufgenommenen Materials zu bestimmen und anzuzeigen, dass Material zuzuführen ist.
  • Ferner misst der Konzentrationsmessabschnitt den Gesamtdruck des gemischten Gases oder Mischgases selbst, nämlich wie ein Ultraschallkonzentrationsmessgerät, und kann des Weiteren einen Partialdruckmesssensor aufweisen, um den Partialdruck des Materialgases zu messen. Mit einer derartigen Anordnung kann der Materialmengenbestimmungsabschnitt die Menge des im Behälter aufgenommenen und gespeicherten Materials ermitteln durch Berechnen des Gesamtdrucks des gemischten Gases oder Mischgases aus der gemessenen Konzentration und des gemessenen Partialdrucks, nämlich ohne einen Messvorgang in Bezug auf den Gesamtdruck des gemischten Gases oder Mischgases durchzuführen. Des Weiteren ist es möglich, falls ein Temperaturmessabschnitt Messen der Temperatur im Behälter vorgesehen ist, die Menge des Materials zu ermitteln durch Korrigieren eines Einflusses aufgrund des Abfalls der verdampften Menge oder verdunsteten Menge wegen des Temperaturabfalls oder aufgrund eines Einflusses aufgrund des Abfalls der verdampften Menge oder verdunsteten Menge wegen der Verringerung der Materialmenge.
  • Zusätzlich können verschiedene Abwandlungen ausgeführt werden, ohne die Kerngedanken der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
    • 100
    Materialgaskonzentrationssteuersystem oder -regelsystem
    1
    Materialverdampfungssystem, Materialverdunstungssystem
    11
    Einlassleitung
    12
    Auslassleitung, Ausgabeleitung
    13
    Behälter
    14
    zusammengeführte Ausgabeleitung/Ablassleitung
    CS
    Konzentrationsmessabschnitt
    MCS
    Mehrkomponentenkonzentrationsmessabschnitt
    21
    Partialdruckmesssensor
    22
    Druckmesssensor
    23
    erstes Ventil
    CC
    Konzentrationssteuer- oder -regelabschnitt
    242
    Steuer- oder Regelabschnitt für das erste Ventil
    243
    Einstelldruckeinstellabschnitt
    FS
    Fluss- oder Strommessabschnitt
    FC
    Flusssteuer- oder -regelabschnitt
    32
    zweites Ventil
    332
    Steuer- oder Regelabschnitt für das zweite Ventil
    333
    Einstellabschnitt für den Einstellfluss oder Einstellstrom des Trägergases
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - JP 2003-257871 [0003]

Claims (9)

  1. Vorrichtung (100) zum Steuern der Konzentration eines Materialgases, welche verwendet wird bei einem Materialverdampfungssystem (1) mit einem Behälter (13) zum Aufnehmen eines Materials, mit einer Einlassleitung (11) zum Einleiten eines Trägergases in den Behälter (13) zum Verdampfen des aufgenommenen Materials und mit einer Auslassleitung (12) zum Ausleiten eines Mischgases, welches aus einem Materialgas, das gebildet wird vom verdampften Material, und dem Trägergas besteht, aus dem Behälter (13), gekennzeichnet durch ein erstes Ventil (23), welches in der Auslassleitung (12) angeordnet ist, eine Konzentrationsmesseinheit (CS) zum Messen der Konzentration des Materialgases im Mischgas und eine Konzentrationssteuereinheit (CC) zum Steuern eines Öffnungsgrades ersten Ventils (23) zum Bewirken, dass die durch die Konzentrationsmesseinheit (CS) gemessene Konzentration des Materialgases den Wert einer vorher bestimmten Einstellkonzentration annimmt, wobei die Konzentrationsmesseinheit (CS) eine Druckmesseinheit (22) aufweist zum Messen eines Drucks im Behälter (13) und wobei die Konzentrationssteuereinheit (CC) aufweist: eine Einstelldruckeinstelleinheit (243) zum Ändern des Einstelldrucks, um eine Abweichung zwischen der gemessenen Konzentration und der Einstellkonzentration zu reduzieren, und eine Steuereinheit (242) für das erste Ventil (23) zum Steuern eines Öffnungsgrads des ersten Ventils (23) zum Bewirken, dass ein von der Druckmesseinheit (22) gemessener Druck den Wert des Einstelldrucks annimmt, und zum Steuern der gemessenen Konzentration des gemessenen Materialgases, so dass diese den Wert der vorher bestimmten Einstellkonzentration annimmt.
  2. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, welche des Weiteren aufweist: ein zweites Ventil (32), welches in der Einlassleitung (11) angeordnet ist, eine Flussmesseinheit (FS) zum Messen eines Flusses des Trägergases, welches in der Einlassleitung (11) strömt, und eine Flusssteuereinheit (FC) zum Steuern eines Öffnungsgrades des zweiten Ventils (32) zum Bewirken, dass der gemessene Fluss des Trägergases den Wert des Trägergaseinstellflusses, der berechnet wird auf der Grundlage eines vorher bestimmten Einstellflusses des Materialgases oder des Mischgases, welches in der Auslassleitung (12) strömt, und der Einstellkonzentration oder den Wert des vorher bestimmten Trägergaseinstellflusses annimmt.
  3. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, welches des Weiteren aufweist: ein zweites Ventil (32), welches in der Einlassleitung (11) angeordnet ist, eine Flussmesseinheit (FS) zum Messen eines Flusses des Trägergases, welches in der Einlassleitung (11) strömt, und eine Flusssteuereinheit (FC) zum Berechnen des Flusses des Materialgases oder des Mischgases, welches in der Auslassleitung (12) strömt, auf der Grundlage der gemessenen Konzentration des Materialgases und des gemessenen Flusses des Trägergases und zum Steuern eines Öffnungsgrades des zweiten Ventils (32) zum Bewirken, dass der berechnete Fluss den Wert des vorher bestimmten Einstellflusses annimmt.
  4. Vorrichtung (100) nach Anspruch 3, wobei die Flusssteuereinheit (FC) aufweist: eine Trägergaseinstellflusseinstelleinheit (333) zum Ändern des vorher bestimmten Trägergaseinstellflusses derart, dass eine Abweichung zwischen dem berechneten Fluss und dem Einstellfluss reduziert wird, und eine Steuereinheit (332) für das zweite Ventil (32) zum Steuern eines Öffnungsgrades des zweiten Ventils (32) zum Bewirken, dass der durch die Flussmesseinheit (FS) gemessene Trägergasfluss den Wert des Trägergaseinstellflusses annimmt.
  5. Vorrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Konzentrationsmesseinheit (CS) einen Partialdruckmesssensor (21) zum Messen eines Partialdrucks des Materialgases mittels eines nichtdispersiven Infrarotverfahrens sowie eine Konzentrationsberechnungseinheit aufweist zum Berechnen der Konzentration des Materialgases auf der Grundlage des gemessenen Partialdrucks des Materialgases und des gemessenen Drucks.
  6. Vorrichtung (100), welche verwendet wird bei einem Materialverdampfungssystem (1) mit einem Behälter (13) zum Aufnehmen eines Materials, mit einer Einlassleitung (11) zum Einleiten eines Trägergases in den Behälter (13) zum Verdampfen des aufgenommenen Materials und mit einer Auslassleitung (12) zum Ausleiten eines Mischgases, welches aus einem Materialgas, das gebildet wird vom verdampften Material, und dem Trägergas besteht, aus dem Behälter (13), gekennzeichnet durch ein erstes Ventil (23), welches in der Auslassleitung (11) angeordnet ist, eine Konzentrationsmesseinheit (CS), welche eine Druckmesseinheit (22) zum Messen des Drucks im Behälter (13) aufweist und welche die Konzentration des Materialgases im Mischgas misst, eine Temperaturmesseinheit (T) zum Messen der Temperatur im Behälter (13) und eine Konzentrationssteuereinheit (CC) zum Steuern eines Öffnungsgrades ersten Ventils (23) zum Bewirken, dass die durch die Konzentrationsmesseinheit (CS) gemessene Konzentration des Materialgases den Wert einer vorher bestimmten Einstellkonzentration annimmt, wobei die Konzentrationssteuereinheit (CC) aufweist: eine Gesamtdruckberechnungseinheit zum Berechnen des Drucks im Behälter (13) zum Bewirken, dass das Materialgas die Einstellkonzentration annimmt auf der Grundlage einer von der Temperaturmesseinheit (T) gemessenen Temperatur, eine Einstelldruckeinstelleinheit (243) zum Einstellen des Einstelldrucks als den Druck im Behälter (13), der berechnet wurde mittels der Gesamtdruckberechnungseinheit, und zwar während einer vorbestimmten Zeitspanne, nachdem die Einstellkonzentration geändert wurde, während die Einstelldruckeinstelleinheit (243) den Einstelldruck ändert, um eine Abweichung zwischen der gemessenen Konzentration und der Einstellkonzentration zu reduzieren, und zwar während einer anderen Zeitspanne, und eine Steuereinheit (242) für das erste Ventil (23) zum Steuern eines Öffnungsgrads des ersten Ventils (23) zum Bewirken, dass ein von der Druckmesseinheit (22) gemessener Druck den Wert des Einstelldrucks annimmt.
  7. Vorrichtung (100) nach Anspruch 6, wobei der Gesamtdruckberechnungsabschnitt dazu ausgebildet ist, einen gesättigten Dampfdruck des Materialgases auf der Grundlage der vom Temperaturmessabschnitt (T) gemessenen Temperatur und den Druck im Behälter (13) auf der Grundlage des gesättigten Dampfdrucks zu berechnen, um zu bewirken, dass das Materialgas die Einstellkonzentration annimmt.
  8. Vorrichtung (100), welches verwendet wird bei einem Materialverdampfungssystem (1) mit einem Behälter (13) zum Aufnehmen eines Materials, mit einer Einlassleitung (11) zum Einleiten eines Trägergases in den Behälter (13) zum Verdampfen des aufgenommenen Materials und mit einer Auslassleitung (12) zum Ausleiten eines Mischgases, welches aus einem Materialgas, das gebildet wird vom verdampften Material, und dem Trägergas besteht, aus dem Behälter (13), gekennzeichnet durch ein erstes Ventil (23), welches in der Auslassleitung (12) angeordnet ist, eine Konzentrationsmesseinheit (CS) zum Messen der Konzentration des Materialgases im Mischgas, eine Druckmesseinheit (22) zum Messen eines Drucks im Behälter (13), eine Konzentrationssteuereinheit (CC) zum Steuern eines Öffnungsgrades ersten Ventils (23) zum Bewirken, dass die durch die Konzentrationsmesseinheit (CS) gemessene Konzentration des Materialgases den Wert einer vorher bestimmten Einstellkonzentration annimmt, und eine Materialmengenbestimmungseinheit zum Bestimmen einer Menge des im Behälter (13) aufgenommenen Materials, wobei die Konzentrationssteuereinheit (CC) aufweist: eine Einstelldruckeinstelleinheit (243) zum Ändern des Einstelldrucks, so dass eine Abweichung zwischen der gemessenen Konzentration und der Einstellkonzentration reduziert wird, und eine Steuereinheit (242) für das erste Ventil (23) zum Steuern eines Öffnungsgrads des ersten Ventils (23) zum Bewirken, dass ein von der Druckmesseinheit (22) gemessener Druck den Wert des Einstelldrucks annimmt, und wobei die Materialmengenbestimmungseinheit eine Menge des im Behälter (13) aufgenommenen Materials auf der Grundlage des Einstelldrucks bestimmt und berechnet.
  9. Vorrichtung (100) nach Anspruch 8, welche des Weiteren eine Temperaturmesseinheit (T) zum Messen einer Temperatur im Behälter (13) aufweist, wobei die Materialmengenbestimmungseinheit dazu ausgebildet ist, einen berechneten Druck zu berechnen, welcher einen Druck wiedergibt, der durch die Druckmesseinheit (22) in einem Zustand zu messen ist, bei welchem die Konzentration auf der Einstellkonzentration gehalten wird, und zwar auf der Grundlage der vom Temperaturmessabschnitt (T) gemessenen Temperatur, und dazu, die Menge des im Behälter (13) aufgenommenen Materials zu bestimmen und zu berechnen, und zwar auf der Grundlage des Einstelldrucks und des berechneten Drucks.
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