JP2009087126A - Mass flow control device and real gas mass flow control method - Google Patents

Mass flow control device and real gas mass flow control method Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a mass flow control device and a real gas mass flow control method for controlling the flow of gas with high accuracy irrespective of the kind and properties of gas to be controlled. <P>SOLUTION: The mass flow control device 1 has an inflow pipe part 2 into which real gas flows: a temperature sensor 7 detecting the temperature of real gas; a pressure sensor 8 detecting the pressure of the real gas; a flow sensor 5 detecting the mass flow of the real gas; a flow control valve 6 controlling the flow rate of the real gas; and a control circuit 9 regulating the opening of the flow control valve 6 based on the output of each sensor. The control circuit 9 has a digital arithmetic circuit 10 comparing a flow signal from the flow sensor 5 with a flow set value corrected with an environmental correction factor which is a ratio of real gas flow to the flow of calibration gas depending on pressure and temperature. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体製造装置で使用されるプロセスガスなどの質量流量を一定の範囲に制御する質量流量制御装置及び実ガスの質量流量制御方法に関する。   The present invention relates to a mass flow controller for controlling a mass flow rate of a process gas or the like used in a semiconductor manufacturing apparatus within a certain range, and a mass flow control method for an actual gas.

半導体製造装置では、シリコン基板の表面への成膜や基板内部のエッチング又はクリーニングを行うために、種々のプロセスガス、例えばＮ２ガスやＨｅガスなどの不活性ガスや、Ｈ２ガスなどの還元性ガス、フッ化水素ガス（以下、ＨＦガスという）などの腐食性ガスが使用されている。集積回路の小型化及び高集積化を実現するために、質量流量制御装置により、流量センサで実ガスの流量を検出し、その流量信号に基づいてガス流路を開閉する流量制御弁の開度を調整する。この質量流量制御装置では、センサ感度は校正ガス（例えばＮ２ガス）に対応して定められているので、流入ガス（実ガス）の流量を測定し、この測定値に質量流量換算係数（コンバージョンファクタ）を乗じて実ガスに対応した流量に制御することが行われている。しかるに、各種プロセスガスのうち、例えばＨＦガスは、温度や圧力が変動すると２個以上の同一分子が共有結合以外の分子間相互作用によって結合し、１個の分子のように行動する性質をもつので、２分子会合体（Ｈ２Ｆ２）や６分子会合体（Ｈ６Ｆ６）などの多分子会合体を生成し易くなる。多分子会合体が生成されると、ガスの物性が変化するので、質量流量（以下単に流量という）を高精度で制御することができないという不具合が発生する。 In a semiconductor manufacturing apparatus, in order to perform film formation on the surface of a silicon substrate, etching or cleaning inside the substrate, various process gases, for example, inert gases such as N 2 gas and He gas, and reduction of H 2 gas, etc. Corrosive gas such as toxic gas and hydrogen fluoride gas (hereinafter referred to as HF gas) is used. In order to realize miniaturization and high integration of integrated circuits, the mass flow controller detects the actual gas flow rate with a flow sensor, and the opening of the flow control valve that opens and closes the gas flow path based on the flow signal Adjust. In this mass flow control device, the sensor sensitivity is determined corresponding to the calibration gas (for example, N 2 gas). Therefore, the flow rate of the inflow gas (actual gas) is measured, and the mass flow conversion factor (conversion) is converted to this measured value. Factor) to control the flow rate corresponding to the actual gas. However, among various process gases, for example, HF gas has a property that two or more identical molecules are bonded by an intermolecular interaction other than a covalent bond when the temperature or pressure fluctuates and behaves like a single molecule. Therefore, it becomes easy to generate multimolecular aggregates such as bimolecular aggregates (H 2 F 2 ) and hexamolecular aggregates (H 6 F 6 ). When the polymolecular aggregate is generated, the physical properties of the gas change, so that the mass flow rate (hereinafter simply referred to as the flow rate) cannot be controlled with high accuracy.

そこで、従来は、高精度の流量検出を行うために、ＨＦガスの物性が温度や圧力に依存することを考慮して、ＨＦガスの温度又は圧力を調整することが行われている。例えば流量制御装置を加熱して、ＨＦ分子の会合を解離させ、一分子状態にしたＨＦガスを流量制御装置により流量制御することが提案されている（特許文献１参照）。   Therefore, conventionally, in order to detect the flow rate with high accuracy, the temperature or pressure of the HF gas is adjusted in consideration of the fact that the physical properties of the HF gas depend on the temperature and pressure. For example, it has been proposed to heat a flow rate control device to dissociate association of HF molecules and to control the flow rate of HF gas in a single molecule state using the flow rate control device (see Patent Document 1).

また、クラスター化した（会合体が形成された）ＨＦガスを会合が起こりうる圧力よりも低い分圧以下に希釈してＨＦガスの分子の会合を解離させ、単分子状態にして流量制御装置により流量制御することが提案されている（特許文献２参照）。   In addition, the clustered (aggregate-formed) HF gas is diluted below a partial pressure lower than the pressure at which the association can occur to dissociate the HF gas molecules to form a single molecule state by a flow control device. It has been proposed to control the flow rate (see Patent Document 2).

特開２００４−２６４８８１号公報（第５頁、図１）JP 2004-264881 A (5th page, FIG. 1) 特開２００６−３１４９８号公報（第２１−２２頁、図５）JP 2006-31498 A (pages 21-22, FIG. 5)

しかしながら特許文献１及び２に記載されているように流量制御装置に加熱手段や希釈ガス供給手段を付設した場合は、半導体製造装置の設備費が増大するという問題がある。また加熱装置を設けてＨＦガスを単分子状態とするためには、流量制御装置を約８５℃程度まで加熱することが必要となるが、流量制御装置に組み込まれている制御用電子部品が高温に曝されないようにするために、加熱装置が設置されている配管系から離間して設置する必要があり、複雑な設備になるといった問題も発生する。   However, when the heating means and the dilution gas supply means are added to the flow rate control device as described in Patent Documents 1 and 2, there is a problem that the equipment cost of the semiconductor manufacturing apparatus increases. Also, in order to provide a heating device to bring the HF gas into a monomolecular state, it is necessary to heat the flow rate control device to about 85 ° C., but the control electronic component incorporated in the flow rate control device has a high temperature. In order not to be exposed to water, it is necessary to install the heating device apart from the piping system in which the heating device is installed, resulting in a problem that the equipment becomes complicated.

したがって本発明の目的は、制御の対象となるガスの種類や性状によらず、ガス流量を高精度にかつ低コストで制御できる流量制御装置、および実ガスの質量流量制御方法を提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a flow rate control device and a real gas mass flow rate control method capable of controlling the gas flow rate with high accuracy and at low cost regardless of the type and properties of the gas to be controlled. is there.

上記目的を達成するために、本発明の質量流量制御装置は、実ガスが流入する流入管部と、前記実ガスの温度を検出する温度センサと、前記実ガスの圧力を検出する圧力センサと、前記実ガスの質量流量を検出する流量センサと、前記実ガスの流出量を制御する流量制御弁と、前記各センサの出力に基づいて前記流量制御弁の開度を調整する制御回路と、を有する質量流量制御装置であって、
前記制御回路は、圧力と温度に依存し、校正ガスの流量に対する実ガスの流量の比率である環境補正係数により流量設定信号（流量制御の目標値）を補正し、補正された流量設定信号と流量センサからの流量信号を比較するディジタル演算回路を有することを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, a mass flow controller of the present invention includes an inflow pipe portion into which actual gas flows, a temperature sensor that detects the temperature of the actual gas, and a pressure sensor that detects the pressure of the actual gas. A flow rate sensor for detecting the mass flow rate of the actual gas, a flow rate control valve for controlling the outflow amount of the actual gas, and a control circuit for adjusting the opening of the flow rate control valve based on the output of each sensor; A mass flow control device comprising:
The control circuit corrects the flow rate setting signal (target value of the flow rate control) with an environmental correction coefficient that is a ratio of the flow rate of the actual gas to the flow rate of the calibration gas, depending on the pressure and temperature, It has a digital arithmetic circuit for comparing flow rate signals from the flow rate sensor.

また、本発明の質量流量制御装置は、実ガスが流入する流入管部と、前記実ガスの温度を検出する温度センサと、前記実ガスの圧力を検出する圧力センサと、前記実ガスの質量流量を検出する流量センサと、前記実ガスの流出量を制御する流量制御弁と、前記各センサの出力に基づいて前記流量制御弁の開度を調整する制御回路と、を有する質量流量制御装置であって、
前記制御回路は、圧力と温度に依存し、校正ガスの流量に対する実ガスの流量の比率である環境補正係数により前記流量センサからの流量信号を補正し、流量設定信号（流量制御の目標値）と環境補正係数により補正された流量センサからの流量信号とを比較するディジタル演算回路を有することを特徴とするものである。 Further, the mass flow control device of the present invention includes an inflow pipe portion into which actual gas flows, a temperature sensor that detects a temperature of the actual gas, a pressure sensor that detects a pressure of the actual gas, and a mass of the actual gas. A mass flow control device having a flow rate sensor for detecting a flow rate, a flow rate control valve for controlling the flow rate of the actual gas, and a control circuit for adjusting the opening of the flow rate control valve based on the output of each sensor. Because
The control circuit, which depends on pressure and temperature, corrects the flow signal from the flow sensor with an environmental correction coefficient which is the ratio of the flow rate of the actual gas to the flow rate of the calibration gas, and sets the flow rate setting signal (target value for flow rate control). And a digital arithmetic circuit for comparing the flow rate signal from the flow rate sensor corrected by the environmental correction coefficient.

また、本発明の質量流量制御装置は、実ガスが流入する流入管部と、前記実ガスの温度を検出する温度センサと、前記実ガスの圧力を検出する圧力センサと、前記実ガスの質量流量を検出する流量センサと、前記実ガスの流量を制御する流量制御弁と、前記各センサの出力に基づいて前記流量制御弁の開度を調整する制御回路と、を有する質量流量制御装置であって、
前記制御回路は、圧力と温度に依存し、校正ガスの流量に対する実ガスの流量の比率である環境補正係数により流量設定信号（流量制御の目標値）を補正するディジタル演算回路と、前記流量センサからの流量信号と前記ディジタル演算回路で補正された流量設定信号を比較する比較部と、を有する構成とすることもできる。 Further, the mass flow control device of the present invention includes an inflow pipe portion into which actual gas flows, a temperature sensor that detects a temperature of the actual gas, a pressure sensor that detects a pressure of the actual gas, and a mass of the actual gas. A mass flow control device comprising: a flow rate sensor for detecting a flow rate; a flow rate control valve for controlling the flow rate of the actual gas; and a control circuit for adjusting an opening of the flow rate control valve based on an output of each sensor. There,
The control circuit depends on pressure and temperature, a digital arithmetic circuit that corrects a flow rate setting signal (target value of flow rate control) with an environmental correction coefficient that is a ratio of a flow rate of actual gas to a flow rate of calibration gas, and the flow rate sensor And a comparator for comparing the flow rate signal from the flow rate setting signal corrected by the digital arithmetic circuit.

本発明において、前記制御回路はＰＩＤ制御を行う制御部を有するとともに、前記流量センサと前記比較部との間に、制御定数抵抗切換部を接続することができる。   In the present invention, the control circuit includes a control unit that performs PID control, and a control constant resistance switching unit can be connected between the flow rate sensor and the comparison unit.

本発明において、前記温度センサ及び前記圧力センサを、前記流入管部に設置することができる。   In the present invention, the temperature sensor and the pressure sensor can be installed in the inflow pipe section.

また、上記目的を達成するために、本発明の実ガスの質量流量制御方法は、実ガスの質量流量を所望の設定値に制御する実ガスの質量流量制御方法であって、
所望の実ガスの質量流量に対応する流量設定信号および流量センサからの流量信号を読み込むステップと、
実ガスの圧力に対応する圧力信号および温度に対応する温度信号を読み込むステップと、
圧力と温度に依存し、校正ガスの流量に対する実ガスの流量の比率である複数の環境補正係数が格納された記憶部から、前記圧力信号および前記温度信号に基づいてそれに対応する環境補正係数を算出するステップと、
前記環境補正係数に基づいて前記流量設定信号を補正し補正設定値を演算するステップと、
前記補正設定値を前記流量センサに実ガスを流した場合の出力特性に基づいて補正し最終補正設定値を演算するステップと、
前記最終補正設定値と流量センサから出力される流量信号とを比較してその差を駆動信号として駆動回路に出力するステップと、
前記駆動信号に基づいてバルブ駆動電圧が出力され流量制御弁を駆動するステップと、
を有することを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, the actual gas mass flow rate control method of the present invention is a real gas mass flow rate control method for controlling the actual gas mass flow rate to a desired set value,
Reading a flow rate setting signal corresponding to the mass flow rate of the desired actual gas and a flow rate signal from the flow sensor;
Reading a pressure signal corresponding to the pressure of the actual gas and a temperature signal corresponding to the temperature;
Based on the pressure signal and the temperature signal, an environmental correction coefficient corresponding to the environmental correction coefficient is obtained from a storage unit that stores a plurality of environmental correction coefficients that depend on pressure and temperature and is a ratio of the actual gas flow rate to the calibration gas flow rate. A calculating step;
Correcting the flow rate setting signal based on the environmental correction coefficient and calculating a correction setting value;
Correcting the correction set value based on output characteristics when actual gas flows through the flow sensor and calculating a final correction set value;
Comparing the final correction set value and the flow signal output from the flow sensor and outputting the difference to the drive circuit as a drive signal;
A valve driving voltage is output based on the driving signal to drive the flow control valve;
It is characterized by having.

また、本発明の実ガスの質量流量制御方法は、環境補正係数に基づいて補正される値を流量センサからの流量信号に対応する流量値とし、前記流量信号を前記流量センサに実ガスを流した場合の出力特性に基づいて補正し補正流量信号を演算するステップと、前記環境補正係数に基づいて前記補正流量信号を補正し最終補正流量信号を演算するステップと、前記最終補正流量信号と前記流量設定信号とを比較してその差を駆動信号として出力するステップと、前記駆動信号に基づいてバルブ駆動電圧が出力されバルブを駆動するステップと、を有することもできる。   In the actual gas mass flow rate control method of the present invention, the value corrected based on the environmental correction coefficient is set to a flow rate value corresponding to the flow rate signal from the flow rate sensor, and the flow rate signal is supplied to the flow rate sensor. Correcting the corrected flow signal based on the output characteristics and calculating the corrected flow signal, correcting the corrected flow signal based on the environmental correction coefficient, calculating the final corrected flow signal, the final corrected flow signal and the A step of comparing the flow rate setting signal and outputting the difference as a drive signal, and a step of driving the valve by outputting a valve drive voltage based on the drive signal may be included.

また、本発明の実ガスの質量流量制御方法は、実ガスの質量流量を所望の設定値に制御する実ガスの質量流量制御方法であって、
所望の実ガスの質量流量に対応する流量設定信号および流量センサからの流量信号を読み込むステップと、
実ガスの圧力に対応する圧力信号および温度に対応する温度信号を読み込むステップと、
圧力と温度に依存し、校正ガスの流量に対する実ガスの流量の比率である複数の環境補正係数が格納された記憶部から、前記圧力信号および前記温度信号に基づいてそれに対応する環境補正係数を算出するステップと、
前記環境補正係数に基づいて前記流量設定信号を補正し補正設定値を演算するステップと、
前記補正設定値を前記流量センサに実ガスを流した場合の出力特性に基づいて補正し最終補正設定値を演算するステップと、
前記最終補正設定値はアナログ値に変換され比較部において流量センサから出力された流量信号と比較され、その差を駆動信号として出力するステップと、
前記駆動信号に基づいてバルブ駆動電圧が出力されバルブを駆動するステップと、
を有するものである。
さらに、前記最終補正設定値に基づいて制御定数抵抗切り替え信号が出力され制御定数抵抗を切換えるステップを有することが望ましい。 Further, the actual gas mass flow rate control method of the present invention is an actual gas mass flow rate control method for controlling the actual gas mass flow rate to a desired set value,
Reading a flow rate setting signal corresponding to a desired mass flow rate of the actual gas and a flow rate signal from the flow sensor;
Reading a pressure signal corresponding to the pressure of the actual gas and a temperature signal corresponding to the temperature;
Based on the pressure signal and the temperature signal, an environmental correction coefficient corresponding to the environmental correction coefficient is obtained from a storage unit that stores a plurality of environmental correction coefficients that depend on pressure and temperature and is a ratio of the actual gas flow rate to the calibration gas flow rate. A calculating step;
Correcting the flow rate setting signal based on the environmental correction coefficient and calculating a correction setting value;
Correcting the correction set value based on output characteristics when actual gas flows through the flow sensor and calculating a final correction set value;
The final correction set value is converted to an analog value and compared with a flow signal output from a flow sensor in a comparison unit, and the difference is output as a drive signal;
A valve driving voltage is output based on the driving signal to drive the valve;
It is what has.
Furthermore, it is preferable that a control constant resistance switching signal is output based on the final correction set value to switch the control constant resistance.

本発明の質量流量制御装置および実ガスの質量流量制御方法によれば、実ガスの温度及び圧力に依存し、校正ガスの流量に対する実ガスの流量の比率である環境補正係数により前記流量センサからの流量信号又は流量設定信号（流量制御の目標値）を補正し、補正された設定信号と流量センサからの流量信号を比較するか、あるいは流量設定信号（流量制御の目標値）と補正された流量センサからの流量信号とを比較して流量制御弁の駆動を制御するので、制御の対象となるガスの種類や性状によらずガス流量を高精度で制御することができる。特にＨＦガスのような温度・圧力条件によって性状が大きく変化するガスであっても特別な設備を付設しなくても実ガスの温度及び圧力に対応した正確な流量を算出し制御することができ、もって、設備の低コスト化を実現することができる。   According to the mass flow control device and the actual gas mass flow control method of the present invention, the flow rate sensor is controlled by the environmental correction coefficient, which is the ratio of the actual gas flow rate to the calibration gas flow rate, depending on the actual gas temperature and pressure. The flow rate signal or flow rate setting signal (target value for flow rate control) is corrected, and the corrected setting signal is compared with the flow rate signal from the flow rate sensor, or corrected with the flow rate setting signal (target value for flow rate control). Compared with the flow rate signal from the flow rate sensor, the drive of the flow rate control valve is controlled, so that the gas flow rate can be controlled with high accuracy regardless of the type and properties of the gas to be controlled. In particular, even in the case of gas such as HF gas whose properties vary greatly depending on temperature and pressure conditions, it is possible to calculate and control an accurate flow rate corresponding to the temperature and pressure of the actual gas without special equipment. Therefore, cost reduction of equipment can be realized.

以下本発明の実施の形態を添付図面により説明する。
図１は、本発明の実施の形態1に係わる質量流量制御装置の概略図、図２はデータテーブルの内容を示す図、図３は実施の形態１における制御フローの一例を示すフローチャート、図４は校正ガスにおける流量設定信号とガス流量の関係を示す図、図５は実ガスにおける流量設定信号とガス流量の関係を示す図、図６は実施の形態１における制御フローの他の例を示すフローチャート、図７は実ガスにおける流量センサからの流量信号とガス流量の関係を示す図、図８は本発明の実施の形態２に係わる質量流量制御装置の概略図、図９は実施の形態２における制御フローを示すフローチャート、図１０は本発明の実施の形態３に係わる質量流量制御装置の概略図、図１１は実施の形態３における制御フローを示すフローチャートである。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
1 is a schematic diagram of a mass flow rate control apparatus according to Embodiment 1 of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing the contents of a data table, FIG. 3 is a flowchart showing an example of a control flow in Embodiment 1, and FIG. Is a diagram showing the relationship between the flow rate setting signal and the gas flow rate in the calibration gas, FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the flow rate setting signal and the gas flow rate in the actual gas, and FIG. 6 shows another example of the control flow in the first embodiment. FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the flow rate signal from the flow sensor in the actual gas and the gas flow rate, FIG. 8 is a schematic diagram of the mass flow control device according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 9 is the second embodiment. FIG. 10 is a schematic diagram of a mass flow rate control apparatus according to the third embodiment of the present invention, and FIG. 11 is a flowchart showing the control flow in the third embodiment.

［実施の形態１］
図１に示す質量流量制御装置１は、実ガス（例えばＨＦガス）が流入する流入管部２と、流入した実ガスの流路を分岐させるバイパス部３１と実ガスの質量流量を検出する流量センサ５を有するセンサ管３２及び流量制御弁６を含む流量制御部３と、流量が所定値になるように調整された実ガスが流出する流出管部４と、流量制御弁６の駆動を制御する制御回路９とを備えている。また流入管部２には、流入した実ガスの温度を検出する温度センサ７及び実ガスの圧力を検出する圧力センサ８が設けられている。流量制御弁６は、スペーサ６２を介して流出管部４へのガス流出量を制御する金属ダイアフラム６３を駆動するアクチュエータ６１を有する。 [Embodiment 1]
The mass flow controller 1 shown in FIG. 1 includes an inflow pipe section 2 into which real gas (for example, HF gas) flows, a bypass section 31 that branches the flow path of the actual gas that flows in, and a flow volume that detects the mass flow rate of the actual gas. The flow rate control unit 3 including the sensor pipe 32 having the sensor 5 and the flow rate control valve 6, the outflow pipe portion 4 through which the actual gas adjusted so that the flow rate becomes a predetermined value, and the drive of the flow rate control valve 6 are controlled. And a control circuit 9 for performing the above operation. The inflow pipe section 2 is provided with a temperature sensor 7 for detecting the temperature of the actual gas that has flowed in and a pressure sensor 8 for detecting the pressure of the actual gas. The flow control valve 6 includes an actuator 61 that drives a metal diaphragm 63 that controls the amount of gas flowing out to the outflow pipe portion 4 via the spacer 62.

制御回路９は、流量制御弁６の駆動回路１８に供給する指令電圧（駆動信号）を算出するプログラムを含む複数のプログラムを実行するディジタル演算回路１０と、流量設定信号（例えば０〜５Ｖの範囲の直流電圧）を所定ビットのディジタル量に変換してディジタル演算回路１０に入力するＡ／Ｄコンバータ回路１１と、ディジタル演算回路１０で算出された流量値をアナログ信号（例えば０〜５Ｖの範囲の直流電圧）に変換するＤ／Ａコンバータ回路１２と、ディジタル演算回路１０から出力された駆動信号をアナログ信号（例えば０〜５Ｖの範囲の直流電圧）に変換するＤ／Ａコンバータ回路１７と、温度センサ７で検出された温度信号をディジタル量に変換してディジタル演算回路１０に入力するＡ／Ｄコンバータ回路１３と、圧力センサ８で検出された圧力信号をディジタル量に変換してディジタル演算回路１０に入力するＡ／Ｄコンバータ回路１４とを有する。   The control circuit 9 includes a digital arithmetic circuit 10 that executes a plurality of programs including a program that calculates a command voltage (drive signal) to be supplied to the drive circuit 18 of the flow control valve 6, and a flow rate setting signal (for example, a range of 0 to 5 V). A / D converter circuit 11 that converts a predetermined voltage into a digital amount and inputs it to the digital arithmetic circuit 10, and the flow rate value calculated by the digital arithmetic circuit 10 is an analog signal (for example, in the range of 0 to 5V). A D / A converter circuit 12 for converting to a DC voltage), a D / A converter circuit 17 for converting a drive signal output from the digital arithmetic circuit 10 into an analog signal (for example, a DC voltage in the range of 0 to 5 V), and a temperature An A / D converter circuit 13 that converts a temperature signal detected by the sensor 7 into a digital quantity and inputs the digital quantity, and a pressure And an A / D converter circuit 14 to be input to the digital arithmetic circuit 10 the detected pressure signal capacitors 8 is converted into a digital amount.

制御回路９においては、流量センサ５の流量信号は、増幅回路１５で増幅された後、Ａ／Ｄコンバータ回路１６でディジタル信号に変換されてディジタル演算回路１０に供給される。ディジタル演算回路１０では、上記流量信号に基づいて駆動信号が算出され、その駆動信号はＤ／Ａコンバータ回路１７でアナログ信号（例えば０〜５Ｖの直流電圧）に変換された後、駆動回路１８に出力される。駆動回路１８は、入力された駆動信号に基づいて流量制御弁６にバルブ駆動電圧を出力し、アクチュエータ６１を駆動して金属ダイアフラム６３の開度が調節される。このようにして流量制御弁６の開度がフィードバック制御により調整されて流量（流出管部４へのガス流出量）を流量設定信号（流量制御の目標値）に一致させることができる。   In the control circuit 9, the flow rate signal of the flow rate sensor 5 is amplified by the amplifier circuit 15, converted into a digital signal by the A / D converter circuit 16, and supplied to the digital arithmetic circuit 10. In the digital arithmetic circuit 10, a drive signal is calculated based on the flow rate signal. The drive signal is converted into an analog signal (for example, a DC voltage of 0 to 5 V) by the D / A converter circuit 17, and then the drive circuit 18 Is output. The drive circuit 18 outputs a valve drive voltage to the flow control valve 6 based on the input drive signal, and drives the actuator 61 to adjust the opening degree of the metal diaphragm 63. In this way, the opening degree of the flow rate control valve 6 is adjusted by feedback control, and the flow rate (gas outflow amount to the outflow pipe portion 4) can be matched with the flow rate setting signal (target value for flow rate control).

（制御フロー１）
上記の流量制御装置１は、実ガスの使用条件（温度、圧力）に対応した環境補正係数を導出し、制御回路で、この環境補正係数により流量設定信号又は流量センサからの流量信号を補正してから流量制御弁の駆動回路に駆動信号を出力する点に特徴があるので、その詳細を図２〜６により説明する。 (Control flow 1)
The flow control device 1 derives an environmental correction coefficient corresponding to the actual gas use conditions (temperature, pressure), and the control circuit corrects the flow rate setting signal or the flow signal from the flow sensor by the environmental correction coefficient. Since the driving signal is output to the driving circuit of the flow control valve after that, the details will be described with reference to FIGS.

まずディジタル演算回路１０は、異なる温度及び圧力ごとに複数の環境補正係数ＣＦが保存されたデータテーブル（図２参照）及び複数の演算処理プログラム（不図示）が格納されたＲＯＭ１１０と、このデータテーブルから環境補正係数ＣＦを読み出して流量設定信号ＳＰ（流量制御の目標値）を補正するプログラムを実行するＣＰＵ１２０がバス１４０に接続されている。またバス１４０には演算処理で得られるデータ（後述の補正設定値や最終補正設定値など）を一時的に記憶するＲＡＭ１３０も接続されている。なお、バス１４０には、上述したＡ／Ｄコンバータ回路やＤ／Ａコンバータ回路が接続されてアナログ信号／ディジタル信号の入出力を行うことができる。   First, the digital arithmetic circuit 10 includes a data table (see FIG. 2) in which a plurality of environmental correction coefficients CF are stored for different temperatures and pressures, a ROM 110 in which a plurality of arithmetic processing programs (not shown) are stored, and this data table. The CPU 120 is connected to the bus 140 for executing a program for reading the environmental correction coefficient CF from the program and correcting the flow rate setting signal SP (target value for flow rate control). The bus 140 is also connected to a RAM 130 for temporarily storing data (correction setting values and final correction setting values described later) obtained by arithmetic processing. Note that the A / D converter circuit and the D / A converter circuit described above are connected to the bus 140 so that analog signals / digital signals can be input / output.

図２に示すデータテーブルは、異なる温度Ｔm（mは１以上の整数で、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３‥と右列になるほど温度が高くなる）ごとに、複数の圧力Ｐｎ（ｎは１以上の整数で、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３‥と下行になるほど圧力が高くなる）に対応して、校正ガス（例えばＮ２ガス）の流量に対する実ガスの流量の比率である、複数の環境補正係数ＣＦm,n（ＣＦ1,1、、ＣＦ1,2、ＣＦ1,3‥）がテーブル化されたものである。例えばＨＦガスの場合、これらの環境補正係数は、理論的には１以下の値であり、圧力が低い（例えば２０ｋＰａ以下）場合は、略１．０となり、それより高圧力側では、１．０未満となり、また高温になるほど、同じ圧力であっても環境補正係数の数値は大きくなる。図２においてテーブル化された各環境補正係数ＣＦの値は、質量流量制御装置で設定可能な最大流量（１００％の流量）が出力されるように実ガスを流したときに、測定された実測値から算出された値である。 The data table shown in FIG. 2 shows a plurality of pressures Pn (n is 1) for each different temperature Tm (m is an integer of 1 or more, and the temperature increases in the right column as T 1 , T 2 , T 3 ...). Corresponding to P 1 , P 2 , P 3, and the like, the pressure increases as it goes down), and is a ratio of the flow rate of the actual gas to the flow rate of the calibration gas (for example, N 2 gas). The environmental correction coefficient CF m, n (CF 1,1,, CF 1,2 , CF 1,3 ...) Is tabulated. For example, in the case of HF gas, these environmental correction factors are theoretically values of 1 or less, approximately 1.0 when the pressure is low (for example, 20 kPa or less), and 1. The numerical value of the environmental correction coefficient increases as the temperature becomes lower than 0 and the temperature increases. The values of the environmental correction factors CF tabulated in FIG. 2 are actually measured when the actual gas is supplied so that the maximum flow rate (100% flow rate) that can be set by the mass flow control device is output. It is a value calculated from the value.

また図２に記載された温度の中間の温度Ｔｘ（ＴｍとＴｍ+1の間の温度）、および図２に記載された圧力の中間の圧力Ｐｙ（ＰｎとＰｎ+1の間の圧力）のときの環境補正係数ＣＦx、yを算出する場合は、式（１）に示すように直線補間によって環境補正係数を算出することができる。式（１）において、ＣＦx,nは、温度Ｔｘ（Ｔｍ＜ＴＸ＜Ｔｍ＋１）、圧力Ｐｎにおける環境補正係数を示し、式（２）から求められる。また、ＣＦx,n+1は温度Ｔｘ（Ｔｍ＜ＴＸ＜Ｔｍ＋１）、圧力Ｐｎ＋1における環境補正係数を示し、式（３）から求められる。ここで、式（２）および式（３）のＣＦm+1,n、ＣＦm,n 、ＣＦm+1,n+1、ＣＦm,n+1は、それぞれ温度温度Ｔm+1、圧力Ｐｎにおける環境補正係数、温度温度Ｔm、圧力Ｐｎにおける環境補正係数、温度温度Ｔm+1、圧力Ｐｎ＋1における環境補正係数、温度温度Ｔm、圧力Ｐｎ＋1における環境補正係数を示す。 Also, a temperature T x (temperature between T m and T m + 1 ) intermediate between the temperatures described in FIG. 2 and a pressure P y (P n and P n + 1 ) intermediate between the pressures described in FIG. In the case of calculating the environmental correction coefficient CFx , y at the time of the pressure between (2), the environmental correction coefficient can be calculated by linear interpolation as shown in the equation (1). In the equation (1), CF x, n represents an environmental correction coefficient at the temperature T x (T m <T X <T m + 1 ) and the pressure P n and is obtained from the equation (2). CF x, n + 1 represents an environmental correction coefficient at a temperature T x (T m <T X <T m + 1 ) and a pressure P n + 1, and is obtained from Equation (3). Here, CF m + 1, n , CF m, n , CF m + 1, n + 1 , and CF m, n + 1 in the formula (2) and the formula (3) are respectively the temperature temperature T m + 1 , indicating environmental correction coefficient in the pressure P n, the temperature temperature T m, the environment correction coefficient at the pressure P n, the temperature temperature T m + 1, the environment correction coefficient at the pressure P n + 1, the temperature temperature T m, the environmental correction factor at the pressure P n + 1 .

Figure 2009087126
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次に、図１に示す質量流量制御装置１において、制御可能な最大流量（以下、フルスケール流量という）を１００ｓｃｃｍとし、流出管部４に流出させる実ガスの目標流量を８０ｓｃｃｍに設定した場合の制御手順を図３と図４、５により説明する。   Next, in the mass flow control device 1 shown in FIG. 1, the maximum controllable flow rate (hereinafter referred to as full scale flow rate) is set to 100 sccm, and the target flow rate of the actual gas flowing out to the outflow pipe section 4 is set to 80 sccm. The control procedure will be described with reference to FIGS.

図３に示す制御フローにおいて、ＳＴＥＰ１では、目標流量（８０ｓｃｃｍ）に対応する流量設定信号ＳＰをＲＡＭ１３０に読み込む。例えばフルスケールの流量範囲に相当する電圧が０〜５Ｖの範囲にある場合には、流量設定信号ＳＰとして４Ｖ｛＝５Ｖ×（８０／１００）｝の値を読み込む。また、流量センサ５からの流量信号ＦＯをＲＡＭ１３０に読み込む。   In the control flow shown in FIG. 3, in STEP 1, the flow rate setting signal SP corresponding to the target flow rate (80 sccm) is read into the RAM 130. For example, when the voltage corresponding to the full-scale flow rate range is in the range of 0 to 5 V, a value of 4 V {= 5 V × (80/100)} is read as the flow rate setting signal SP. Further, the flow rate signal FO from the flow rate sensor 5 is read into the RAM 130.

ＳＴＥＰ２では、温度センサ７で検出された実ガスの温度（例えばＴ２）に対応する温度信号と圧力センサ８で検出された実ガスの圧力（例えばＰ３）に対応する圧力信号をＲＡＭ１３０に読み込む。 In STEP 2, a temperature signal corresponding to the actual gas temperature (for example, T 2 ) detected by the temperature sensor 7 and a pressure signal corresponding to the actual gas pressure (for example, P 3 ) detected by the pressure sensor 8 are read into the RAM 130. .

ＳＴＥＰ３では、ＣＰＵ１２０が図２に示すデータテーブルから上記の温度信号及び圧力信号に対応する環境補正係数ＣＦを読み出しその値をＲＡＭ１３０に読み込む。あるいは上記温度信号及び圧力信号に対応する環境補正係数ＣＦがデータテーブルにない場合には、前述した通りの直線補間による演算処理を行って環境補正係数ＣＦ（例えば０．９）を算出して求め、その値をＲＡＭ１３０に読み込む。   In STEP 3, the CPU 120 reads the environmental correction coefficient CF corresponding to the temperature signal and pressure signal from the data table shown in FIG. 2 and reads the values into the RAM 130. Alternatively, when the environmental correction coefficient CF corresponding to the temperature signal and the pressure signal is not in the data table, the environmental correction coefficient CF (for example, 0.9) is calculated by performing the arithmetic processing by linear interpolation as described above. The value is read into the RAM 130.

ＳＴＥＰ４では、ＣＰＵ１２０が、ＲＡＭ１３０から読み出した流量設定信号ＳＰ（＝４Ｖ）に同じくＲＡＭ１３０から読み出した環境補正係数ＣＦ（＝０．９０）を除する（環境補正係数ＣＦで補正する）ことにより、補正設定値ＳＰ１（＝４．４Ｖ）を算出する。この補正により、流量設定信号ＳＰは実ガスを流した場合のフルスケール流量に対する目標流量（８０ｓｃｃｍ）の割合に対応する値である補正設定値ＳＰ１に変更される。補正設定値ＳＰ１は、実ガスの温度および圧力により定まる環境補正係数ＣＦを使って補正されるので、従来の、実ガスごとに環境条件によらず固定された質量流量換算係数（コンバージョンファクタ）による補正に比べて環境条件による誤差因子が取り除かれ高精度で変更される。   In STEP4, the CPU 120 corrects the flow rate setting signal SP (= 4V) read from the RAM 130 by dividing the environmental correction coefficient CF (= 0.90) read from the RAM 130 (corrected by the environment correction coefficient CF). A set value SP1 (= 4.4V) is calculated. By this correction, the flow rate setting signal SP is changed to a correction setting value SP1, which is a value corresponding to the ratio of the target flow rate (80 sccm) to the full scale flow rate when the actual gas is flowed. The correction set value SP1 is corrected by using the environmental correction coefficient CF determined by the temperature and pressure of the actual gas, and thus is based on a conventional mass flow rate conversion coefficient (conversion factor) that is fixed for each actual gas regardless of the environmental conditions. Compared with the correction, the error factor due to the environmental condition is removed and the correction is made with high accuracy.

ＳＴＥＰ５では補正設定値ＳＰ１（図４を参照）をさらに補正して最終補正設定値ＳＰ２（図５を参照）を算出する。両図において、横軸は流量設定信号、縦軸はガス流量を示し、直線Ｘ（一点鎖線）は校正ガスにより直線化された流量センサに校正ガスを流した場合の特性を示し、曲線Ｙ（太い実線）は制御対象となる実ガスを流した場合の特性を示し、これらの特性は各圧力、温度条件ごとにＲＯＭ１１０に記憶されている。図４に示すとおり、校正ガスで流量センサからの流量信号と流量の関係が線形（一次曲線）になるように直線化された流量センサに実ガスを流したとき、実ガスが一次曲線的な流量特性を有する場合には、補正設定値ＳＰ１は実際の流量ＱＡに対応した値となる。しかるに、図５に示すように実ガスは二次曲線的な特性（曲線Ｙ）を有するので、補正設定値ＳＰ１に対応する流量はＱＡ’となり（Ｓ１から下ろした直線と曲線Ｙとの交点Ｓ２における流量）、実際の流量ＱＡと一致しない。そこで、交点Ｓ１から延長した直線と曲線Ｙとの交点Ｓ３における最終補正設定値ＳＰ２を算出して、これをＲＡＭ１３０に読み込む。 In STEP5, the correction set value SP1 (see FIG. 4) is further corrected to calculate the final correction set value SP2 (see FIG. 5). In both figures, the horizontal axis represents the flow rate setting signal, the vertical axis represents the gas flow rate, the straight line X (dashed line) represents the characteristics when the calibration gas is flowed through the flow sensor linearized with the calibration gas, and the curve Y ( A thick solid line) indicates characteristics when an actual gas to be controlled is flowed, and these characteristics are stored in the ROM 110 for each pressure and temperature condition. As shown in FIG. 4, when the actual gas is flowed through the flow sensor linearized so that the relationship between the flow rate signal from the flow sensor and the flow rate becomes linear (primary curve) with the calibration gas, when having flow characteristics, the correction set point SP1 is the value corresponding to the actual flow rate Q a. However, since the actual gas has a quadratic characteristic (curve Y) as shown in FIG. 5, the flow rate corresponding to the correction set value SP1 is Q A ′ (the straight line drawn from S 1 and the curve Y at the intersection point S 2 flow rate), it does not match the actual flow rate Q a. Therefore, to calculate the final correction setpoint SP2 at the intersection S 3 between the straight line and the curve Y that extends from the intersection S 1, it reads it to RAM 130.

ＳＴＥＰ６で、最終補正設定値ＳＰ２と流量信号ＦＯ（流量センサの出力）に基づいて流量制御弁の駆動電圧が算出される。すなわちＣＰＵ１２０において、ＲＡＭ１３０から読み出した最終補正設定値ＳＰ２と流量信号ＦＯとが比較され、これらの電圧の差（駆動信号）が出力される。   In STEP 6, the drive voltage of the flow control valve is calculated based on the final correction set value SP2 and the flow signal FO (flow sensor output). That is, the CPU 120 compares the final correction set value SP2 read from the RAM 130 with the flow rate signal FO, and outputs a difference between these voltages (drive signal).

次いでＳＴＥＰ７で、Ｄ／Ａコンバータ回路１７により駆動信号が直流電圧に変換され、駆動回路１８に出力される。駆動回路１８は、入力された駆動信号に基づいて流量制御弁６にバルブ駆動電圧を出力して、アクチュエータ６１を駆動し金属ダイアフラム６３の位置が調節され流量制御弁６の開度が制御される。   Next, in STEP 7, the drive signal is converted into a DC voltage by the D / A converter circuit 17 and output to the drive circuit 18. The drive circuit 18 outputs a valve drive voltage to the flow control valve 6 based on the input drive signal, drives the actuator 61, adjusts the position of the metal diaphragm 63, and controls the opening degree of the flow control valve 6. .

この制御回路においては、流量設定信号ＳＰが環境補正係数ＣＦに基づいて実際の使用状態に対応するように実際の温度および圧力に依存して補正されるので、質量流量制御装置が組み込まれる設備の変更を伴わずに実際の使用条件に応じた高精度の流量制御を行うことができる。   In this control circuit, the flow rate setting signal SP is corrected depending on the actual temperature and pressure so as to correspond to the actual use state based on the environmental correction coefficient CF. High-accuracy flow rate control according to actual use conditions can be performed without any change.

なお、図１の質量流量制御装置においては、流量センサ５からの流量信号はディジタル演算回路１０により上記のＳＴＥＰ４、ＳＴＥＰ５と逆の演算が行なわれて流量値が算出され、流量値はＤ／Ａコンバータ回路１２によりアナログ信号に変換され、表示装置などの外部機器（不図示）に出力することができる。   In the mass flow control device of FIG. 1, the flow rate signal from the flow rate sensor 5 is calculated by the digital arithmetic circuit 10 in reverse to the above STEP 4 and STEP 5, and the flow rate value is calculated as D / A. It is converted into an analog signal by the converter circuit 12 and can be output to an external device (not shown) such as a display device.

（制御フロー２）
図１の制御装置によれば、制御回路９（ＲＯＭ１１０）に別のプログラムを内蔵することにより、図６に示す制御フローを実行することができる。この制御フローでは、ＳＴＥＰ１１〜１３及び１７は各々、図３に示すＳＴＥＰ１〜３及び７と同じなので、図３と異なるＳＴＥＰについてのみ説明する。 (Control flow 2)
According to the control device of FIG. 1, the control flow shown in FIG. 6 can be executed by incorporating another program in the control circuit 9 (ROM 110). In this control flow, STEPs 11 to 13 and 17 are the same as STEPs 1 to 3 and 7 shown in FIG. 3, respectively, so only STEPs different from FIG. 3 will be described.

ＳＴＥＰ１４では、流量センサ５からの流量信号ＦＯを補正して補正流量信号ＦＯ１を算出する。図７において、横軸は流量センサからの流量信号、縦軸はガス流量を示し、直線Ｘ（一点鎖線）は校正ガスにより直線化された流量センサに校正ガスを流した場合の特性を示し、曲線Ｙ（太い実線）は制御対象となる実ガスを流した場合の特性を示し、これらの特性は各圧力、温度条件ごとにＲＯＭ１１０に記憶されている。上述の制御フロー１で説明したとおり、実ガスは二次曲線的な特性（曲線Ｙ）を有するので、流量センサからの流量信号ＦＯは流量ＱＡ”（交点S４における流量）と一致し、実際の流量ＱＡと一致しない。そこで、流量センサからの流量信号ＦＯは実際の流量ＱＡに対応する補正流量信号ＦＯ１（流量ＱＡと直線Ｘとの交点Ｓ５におけるセンサからの流量信号）に補正される。 In STEP14, the flow rate signal FO from the flow rate sensor 5 is corrected to calculate a corrected flow rate signal FO1. In FIG. 7, the horizontal axis indicates the flow rate signal from the flow sensor, the vertical axis indicates the gas flow rate, and the straight line X (dashed line) indicates the characteristics when the calibration gas is caused to flow through the flow rate sensor linearized with the calibration gas. A curve Y (thick solid line) indicates characteristics when an actual gas to be controlled is flowed, and these characteristics are stored in the ROM 110 for each pressure and temperature condition. As described in the control flow 1 above, since the actual gas has a quadratic characteristic (curve Y), the flow signal FO from the flow sensor coincides with the flow Q A ″ (flow at the intersection S 4 ), does not match the actual flow rate Q a. Accordingly, the flow rate signal FO is (flow signal from the sensor at the intersections S 5 between the flow rate Q a and the line X) corrected flow rate signal FO1 corresponding to the actual flow rate Q a from the flow sensor It is corrected to.

ＳＴＥＰ１５では、補正流量信号ＦＯ１にＣＦ（＝０．９）を乗じて最終補正流量信号ＦＯ２を算出する。このようにＳＴＥＰ１４およびＳＴＥＰ１５の補正により、流量センサに実ガスを流したときに出力される流量センサからの流量信号ＦＯは、流量設定信号ＳＰに対応する値に変更される。   In STEP 15, the final corrected flow signal FO2 is calculated by multiplying the corrected flow signal FO1 by CF (= 0.9). As described above, the correction of STEP 14 and STEP 15 changes the flow rate signal FO from the flow rate sensor that is output when the actual gas flows through the flow rate sensor to a value corresponding to the flow rate setting signal SP.

ＳＴＥＰ１６では、ＣＰＵ１２０により、流量設定信号ＳＰと最終補正流量信号ＦＯ２とが比較され、２つの出力電圧の差が出力され、次いでＳＴＥＰ１７で、その差電圧がアナログ値に変換された後、駆動信号として駆動回路１８に出力されて、駆動回路１８からバルブ駆動電圧が出力されて流量制御弁６の開度が制御される。   In STEP16, the CPU 120 compares the flow rate setting signal SP with the final corrected flow rate signal FO2, and outputs the difference between the two output voltages. Next, in STEP17, the difference voltage is converted into an analog value, and then as a drive signal. It is output to the drive circuit 18 and a valve drive voltage is output from the drive circuit 18 to control the opening degree of the flow control valve 6.

［実施の形態２］
本発明の質量流量制御装置は、図１に示す構成に限定されず、例えば図８に示す構成とすることができる。同図において、図１と同一部分は同一の参照符号で示す。図８の質量流量制御装置１は、制御回路９に、ディジタル演算回路１０とは別に比較部２０を設け、そこで流量センサ５からの流量信号ＦＯと、ディジタル演算回路１０で算出された最終補正設定値ＳＰ２を比較する以外は図１と同様の構成であり、重複する部分の説明を省略する。 [Embodiment 2]
The mass flow control device of the present invention is not limited to the configuration shown in FIG. 1, and may be configured as shown in FIG. 8, for example. In the figure, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. In the mass flow control device 1 of FIG. 8, the control circuit 9 is provided with a comparison unit 20 separately from the digital arithmetic circuit 10, where the flow rate signal FO from the flow sensor 5 and the final correction setting calculated by the digital arithmetic circuit 10. The configuration is the same as that of FIG. 1 except that the value SP2 is compared, and the description of the overlapping parts is omitted.

（処理手順３）
この質量流量制御装置１の制御フローを図９により説明する。同図おいては、ＳＴＥＰ２１〜２５は各々、図３に示すＳＴＥＰ１〜５と同じなので、図３と異なるＳＴＥＰについてのみ説明する。 (Processing procedure 3)
The control flow of the mass flow controller 1 will be described with reference to FIG. In this figure, STEPs 21 to 25 are the same as STEPs 1 to 5 shown in FIG. 3, respectively, so only STEPs different from FIG. 3 will be described.

ＳＴＥＰ２６では、ＲＡＭ１３０から読み出した最終補正設定値ＳＰ２をＤ／Ａコンバータ回路１９でアナログ値に変換する。   In STEP 26, the final correction setting value SP2 read from the RAM 130 is converted into an analog value by the D / A converter circuit 19.

ＳＴＥＰ２７では、比較回路２０で、アナログ値に変換された最終補正設定値ＳＰ２と流量センサ５からの流量信号ＦＯとが比較され、その差電圧（駆動信号）が出力される。この駆動信号は駆動回路１８に出力されて、流量制御弁６の開度が制御される。   In STEP 27, the comparison circuit 20 compares the final correction set value SP2 converted into an analog value with the flow rate signal FO from the flow rate sensor 5, and outputs the difference voltage (drive signal). This drive signal is output to the drive circuit 18, and the opening degree of the flow control valve 6 is controlled.

この制御回路においても、流量設定信号ＳＰが環境補正係数に基づいて実ガスに対応するように補正されているので、高精度の流量制御を行うことができる。また、この制御回路によれば、流量センサからの流量信号ＦＯをディジタル変換することなく、アナログ信号で最終補正設定値ＳＰ２と連続して比較し駆動回路に駆動信号を出力するので、図１に示すようにディジタル演算回路により駆動信号の演算を行い出力する場合に生じる制御周期遅れが発生せず、Ｄ／Ａコンバータの分解能によらず連続した制御を行なうことができる。   Also in this control circuit, the flow rate setting signal SP is corrected so as to correspond to the actual gas based on the environmental correction coefficient, so that highly accurate flow rate control can be performed. Further, according to this control circuit, the flow rate signal FO from the flow rate sensor is continuously converted to the final correction set value SP2 with an analog signal without digital conversion, and the drive signal is output to the drive circuit. As shown in the figure, there is no control cycle delay that occurs when the drive signal is calculated and output by the digital operation circuit, and continuous control can be performed regardless of the resolution of the D / A converter.

［実施の形態３］
また、本発明は、上記の実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば図１０に示すように、温度センサ７と圧力センサ８は、質量流量制御装置１と別体で設けてもよい。この場合、温度センサ７と圧力センサ８は、流入管部２の上流側に設けられた例えば流路ブロック２２などの流路構成部材に設置することができる。また、流出管部４の下流側に設けることもできる。このような構成によれば、環境補正係数を使用して流量設定信号を補正し流量センサ５からの流量信号と比較して駆動信号を出力する処理を、例えばパーソナルコンピュータなどの外部機器で負担することによって、従来の質量流量制御装置をそのまま適用して、実ガスの環境条件（温度、圧力）によらず高精度の流量制御を行なうことができる。なお、図１０において、図１と同一部分は同一の参照符号で示し、その説明を省略する。 [Embodiment 3]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made. For example, as shown in FIG. 10, the temperature sensor 7 and the pressure sensor 8 may be provided separately from the mass flow controller 1. In this case, the temperature sensor 7 and the pressure sensor 8 can be installed in a flow path component such as the flow path block 22 provided on the upstream side of the inflow pipe portion 2. It can also be provided downstream of the outflow pipe section 4. According to such a configuration, an external device such as a personal computer bears the process of correcting the flow rate setting signal using the environmental correction coefficient and outputting the drive signal compared with the flow rate signal from the flow rate sensor 5. Thus, the conventional mass flow control device can be applied as it is, and highly accurate flow control can be performed regardless of the environmental conditions (temperature, pressure) of the actual gas. 10, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

また、図１０の質量流量制御装置１のディジタル演算回路１０においては、フィードバック制御（例えばＰＩＤ制御）が行われるが、適切な制御定数抵抗（比例ゲイン、積分ゲイン及び微分ゲイン）を設定するために、比較部２０と増幅回路１５との間に制御定数抵抗切換部２１が接続されている。制御定数抵抗切換部２１は、比較回路２０と増幅回路１５との間に並列に接続された複数（例えば１０個）の抵抗Ｒ１、Ｒ２、…Ｒ１０と、各抵抗に直列に接続された切換スイッチＳＷ１、ＳＷ２、…ＳＷ１０とを有する。これらの抵抗Ｒ１、Ｒ２、…Ｒ１０は、流量のフルスケールを複数の領域に等分に分割し、各領域に応じて最適な応答性が得られる抵抗値をもつように設定されている。抵抗の選択は、ディジタル演算回路１０から出力され、各流量領域に対応する制御信号により所望の切換スイッチを作動させることにより行われる。このように流量に応じて比較回路２０に入力される流量センサの時定数を変化させるので、フィードバック制御の応答性を高めることができる。   Further, in the digital arithmetic circuit 10 of the mass flow control device 1 of FIG. 10, feedback control (for example, PID control) is performed, but in order to set appropriate control constant resistances (proportional gain, integral gain, and differential gain). The control constant resistance switching unit 21 is connected between the comparison unit 20 and the amplifier circuit 15. The control constant resistance switching unit 21 includes a plurality of (for example, ten) resistors R1, R2,... R10 connected in parallel between the comparison circuit 20 and the amplifier circuit 15, and a changeover switch connected in series to each resistor. SW1, SW2,... SW10. These resistors R1, R2,... R10 are set to have resistance values that divide the full scale of the flow rate equally into a plurality of regions and obtain an optimum response in each region. The resistance is selected by operating a desired changeover switch according to a control signal output from the digital arithmetic circuit 10 and corresponding to each flow rate region. Thus, since the time constant of the flow rate sensor input to the comparison circuit 20 is changed according to the flow rate, the responsiveness of the feedback control can be improved.

（処理手順４）
この流量制御装置１の制御フローを図１１により説明する。同図においては、ＳＴＥＰ３１〜３５、３７〜３９は各々、図９に示すＳＴＥＰ２１〜２５、２６〜２８と同じなので、図３と異なるＳＴＥＰ３６についてのみ説明する。 (Processing procedure 4)
A control flow of the flow control device 1 will be described with reference to FIG. In this figure, STEPs 31 to 35 and 37 to 39 are the same as STEPs 21 to 25 and 26 to 28 shown in FIG. 9, respectively, so only STEP 36 different from FIG. 3 will be described.

ＳＴＥＰ３６では、ディジタル演算回路１０において最終補正設定値ＳＰ２に基づく制御定数抵抗の切換信号Ｓｃを求め、その信号を切換スイッチに供給する動作が行われる。   In STEP 36, the digital operation circuit 10 obtains a control constant resistance switching signal Sc based on the final correction set value SP2 and supplies the signal to the changeover switch.

図１、図８及び図１０に示す流量制御装置において、主要部は次の構造とすることができる。流量センサとしては、熱式流量計又は差圧式流量計を使用できる。例えば熱式流量計の場合は、センサ管３２の上流側及び下流側に巻回した２つの検出用抵抗線５１、５２と２つの基準用抵抗線でブリッジ回路５３を構成し、このブリッジ回路５３から出力電圧（抵抗変化）を取り出すように構成される。したがって、ガス流量がゼロのときはセンサ管の中間点を基準として対称な温度分布曲線となり、ガスが流動すると上流側の抵抗線の温度が下流側の抵抗線の温度よりも低下して、非対称な温度分布曲線となるので、この温度変化を検出することにより、ガス流量を検出することができる。差圧式流量計では、ガスをオリフィスに導入し、かつ上流側の圧力が下流側の圧力の２倍以上になるようにすることにより、オリフィスを通過するガスの流速は音速になるので、流量は上流側の圧力で定まることを利用する。   In the flow control device shown in FIGS. 1, 8, and 10, the main part can have the following structure. As the flow sensor, a thermal flow meter or a differential pressure flow meter can be used. For example, in the case of a thermal flow meter, a bridge circuit 53 is constituted by two detection resistance wires 51 and 52 and two reference resistance wires wound on the upstream side and the downstream side of the sensor tube 32, and the bridge circuit 53. The output voltage (resistance change) is extracted from the output. Therefore, when the gas flow rate is zero, the temperature distribution curve is symmetric with respect to the middle point of the sensor tube, and when the gas flows, the temperature of the upstream resistance line is lower than the temperature of the downstream resistance line, and is asymmetric. Therefore, the gas flow rate can be detected by detecting this temperature change. In the differential pressure type flow meter, by introducing the gas into the orifice and making the pressure on the upstream side more than twice the pressure on the downstream side, the flow velocity of the gas passing through the orifice becomes the sonic velocity. Use the fact that it is determined by the upstream pressure.

熱式流量計を使用する場合、センサ部に流れるガス流量が大きくなると、熱交換ができないので、温度差が得られない（流量を測定できない）という不具合を防止するために、センサ管３２と並列にバイパス管３１を設けることにより、センサ管３２に流れるガスの流量が調整される。バイパス管は、キャピラリー管、エッチング加工されたステンレス鋼板の積層体、リストリクターなどで形成することができる。   When a thermal flow meter is used, heat exchange cannot be performed when the gas flow rate flowing through the sensor portion increases, so that a temperature difference cannot be obtained (the flow rate cannot be measured) in parallel with the sensor tube 32. By providing the bypass pipe 31, the flow rate of the gas flowing through the sensor pipe 32 is adjusted. The bypass tube can be formed of a capillary tube, a laminated body of etched stainless steel plates, a restrictor, or the like.

流量制御弁としては、駆動源として圧電体を積層した圧電アクチュエータを備えたもの、ヒーターによる熱膨張を利用するサーマル式のもの、あるいは電磁弁など種々の形式のものを使用できる。これらのうちでは、図１に示すように、微小な変位を精度よく制御することが可能でかつ大きな加重を発生することが可能であるので、圧電アクチュエータ６１でスペーサ６２を介して金属ダイアフラム６３を変位させる（図示しない弁座に当接又はそれから離間させる）形式のものが好適であり、流量制御装置の小型化を図ることができる。   As the flow control valve, there can be used various types such as a valve provided with a piezoelectric actuator in which a piezoelectric body is laminated as a driving source, a thermal type using thermal expansion by a heater, or an electromagnetic valve. Among these, as shown in FIG. 1, a minute displacement can be accurately controlled and a large load can be generated. Therefore, the metal diaphragm 63 is moved by the piezoelectric actuator 61 via the spacer 62. A type of displacement (abuts on or away from a valve seat not shown) is preferable, and the flow control device can be downsized.

本発明の実施の形態1に係わる質量流量制御装置の機器構成を示す図である。1 is a diagram showing a device configuration of a mass flow controller according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. データテーブルの内容を示す図である。It is a figure which shows the content of the data table. 実施の形態１における制御フローの一例を示すフローチャートである。3 is a flowchart illustrating an example of a control flow in the first embodiment. 校正ガスを流した場合の流量設定信号とガス流量の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the flow volume setting signal at the time of flowing calibration gas, and a gas flow rate. 実ガスを流した場合の流量設定信号とガス流量の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the flow volume setting signal at the time of flowing real gas, and gas flow volume. 実施の形態１における制御フローの他の例を示すフローチャートである。6 is a flowchart showing another example of the control flow in the first embodiment. 実ガスを流した場合の流量センサからの流量信号とガス流量の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the flow signal from the flow sensor at the time of flowing real gas, and a gas flow rate. 本発明の実施の形態２に係る質量流量制御装置の機器構成を示す図である。It is a figure which shows the apparatus structure of the mass flow control apparatus which concerns on Embodiment 2 of this invention. 実施の形態２における制御フローを示すフローチャートである。10 is a flowchart showing a control flow in the second embodiment. 本発明の実施の形態３に係る質量流量制御装置の機器構成を示す図である。It is a figure which shows the apparatus structure of the mass flow control apparatus which concerns on Embodiment 3 of this invention. 実施の形態３における制御フローを示すフローチャートである。10 is a flowchart showing a control flow in the third embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

１：質量流量制御装置、２：流入管部、３：流量制御部、３１：バイパス部、３２：センサ管、４：流出管部、５：流量センサ、５１：検出用抵抗体、５２：検出用抵抗体、５３：ブリッジ回路、６：流量制御弁、６１：アクチュエータ、６２：スペーサ、６３：金属ダイアフラム、７：温度センサ、８：圧力センサ、９：制御回路、１０：ディジタル演算回路、１１、１３、１４、１６：Ａ／Ｄコンバータ回路、１２、１７、１９：Ｄ／Ａコンバータ回路、１５：増幅回路、１８：駆動回路、２０：比較部、２１：制御定数抵抗切換部、２２：流路ブロック、１１０：ＲＯＭ、１２０：ＣＰＵ、１３０：ＲＡＭ、１４０：バス 1: Mass flow control device, 2: Inflow pipe section, 3: Flow control section, 31: Bypass section, 32: Sensor pipe, 4: Outflow pipe section, 5: Flow sensor, 51: Detection resistor, 52: Detection Resistor, 53: bridge circuit, 6: flow control valve, 61: actuator, 62: spacer, 63: metal diaphragm, 7: temperature sensor, 8: pressure sensor, 9: control circuit, 10: digital arithmetic circuit, 11 13, 14, 16: A / D converter circuit, 12, 17, 19: D / A converter circuit, 15: amplifier circuit, 18: drive circuit, 20: comparison unit, 21: control constant resistance switching unit, 22: Flow path block, 110: ROM, 120: CPU, 130: RAM, 140: bus

Claims (9)

実ガスが流入する流入管部と、前記実ガスの温度を検出する温度センサと、前記実ガスの圧力を検出する圧力センサと、前記実ガスの質量流量を検出する流量センサと、前記実ガスの流出量を制御する流量制御弁と、前記各センサの出力に基づいて前記流量制御弁の開度を調整する制御回路と、を有する質量流量制御装置であって、
前記制御回路は、圧力と温度に依存し、校正ガスの流量に対する実ガスの流量の比率である環境補正係数により流量設定信号（流量制御の目標値）を補正し
、補正された流量設定信号と流量センサからの流量信号を比較するディジタル演算回路を有することを特徴とする質量流量制御装置。 An actual pipe into which the actual gas flows, a temperature sensor that detects the temperature of the actual gas, a pressure sensor that detects the pressure of the actual gas, a flow rate sensor that detects a mass flow rate of the actual gas, and the actual gas A mass flow control device having a flow control valve for controlling the flow rate of the flow rate, and a control circuit for adjusting the opening of the flow control valve based on the output of each sensor,
The control circuit corrects the flow rate setting signal (target value of the flow rate control) with an environmental correction coefficient that is a ratio of the flow rate of the actual gas to the flow rate of the calibration gas, depending on the pressure and temperature, A mass flow controller having a digital arithmetic circuit for comparing flow signals from a flow sensor. 実ガスが流入する流入管部と、前記実ガスの温度を検出する温度センサと、前記実ガスの圧力を検出する圧力センサと、前記実ガスの質量流量を検出する流量センサと、前記実ガスの流出量を制御する流量制御弁と、前記各センサの出力に基づいて前記流量制御弁の開度を調整する制御回路と、を有する質量流量制御装置であって、
前記制御回路は、圧力と温度に依存し、校正ガスの流量に対する実ガスの流量の比率である環境補正係数により前記流量センサからの流量信号を補正し、流量設定信号（流量制御の目標値）と環境補正係数により補正された流量センサからの流量信号とを比較するディジタル演算回路を有することを特徴とする質量流量制御装置。 An actual pipe into which the actual gas flows, a temperature sensor that detects the temperature of the actual gas, a pressure sensor that detects the pressure of the actual gas, a flow rate sensor that detects a mass flow rate of the actual gas, and the actual gas A mass flow control device having a flow control valve for controlling the flow rate of the flow rate, and a control circuit for adjusting the opening of the flow control valve based on the output of each sensor,
The control circuit, which depends on pressure and temperature, corrects the flow signal from the flow sensor with an environmental correction coefficient which is the ratio of the flow rate of the actual gas to the flow rate of the calibration gas, and sets the flow rate setting signal (target value for flow rate control). And a digital arithmetic circuit for comparing the flow rate signal from the flow rate sensor corrected by the environmental correction coefficient. 実ガスが流入する流入管部と、前記実ガスの温度を検出する温度センサと、前記実ガスの圧力を検出する圧力センサと、前記実ガスの質量流量を検出する流量センサと、前記実ガスの流量を制御する流量制御弁と、前記各センサの出力に基づいて前記流量制御弁の開度を調整する制御回路と、を有する質量流量制御装置であって、
前記制御回路は、圧力と温度に依存し、校正ガスの流量に対する実ガスの流量の比率である環境補正係数により流量設定信号（流量制御の目標値）を補正するディジタル演算回路と、前記流量センサからの流量信号と前記ディジタル演算回路で補正された流量設定信号を比較する比較部と、を有することを特徴とする質量流量制御装置。 An actual pipe into which the actual gas flows, a temperature sensor that detects the temperature of the actual gas, a pressure sensor that detects the pressure of the actual gas, a flow rate sensor that detects a mass flow rate of the actual gas, and the actual gas A mass flow control device having a flow control valve for controlling the flow rate of the flow rate and a control circuit for adjusting the opening of the flow rate control valve based on the output of each sensor,
The control circuit depends on pressure and temperature, a digital arithmetic circuit that corrects a flow rate setting signal (target value of flow rate control) with an environmental correction coefficient that is a ratio of a flow rate of actual gas to a flow rate of calibration gas, and the flow rate sensor And a comparison unit that compares the flow rate signal from the flow rate setting signal corrected by the digital arithmetic circuit. 前記制御回路はＰＩＤ制御を行う制御部を有するとともに、前記流量センサと前記比較部との間に、制御定数抵抗切換部が接続されていることを特徴とする請求項３に記載の質量流量制御装置。   4. The mass flow control according to claim 3, wherein the control circuit includes a control unit that performs PID control, and a control constant resistance switching unit is connected between the flow sensor and the comparison unit. apparatus. 前記温度センサ及び前記圧力センサは、前記流入管部に設置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の質量流量制御装置。   The mass flow controller according to claim 1, wherein the temperature sensor and the pressure sensor are installed in the inflow pipe portion. 実ガスの質量流量を所望の設定値に制御する実ガスの質量流量制御方法であって、
所望の実ガスの質量流量に対応する流量設定信号および流量センサからの流量信号を読み込むステップと、
実ガスの圧力に対応する圧力信号および温度に対応する温度信号を読み込むステップと、
圧力と温度に依存し、校正ガスの流量に対する実ガスの流量の比率である複数の環境補正係数が格納された記憶部から、前記圧力信号および前記温度信号に基づいてそれに対応する環境補正係数を算出するステップと、
前記環境補正係数に基づいて前記流量設定信号を補正し補正設定値を演算するステップと、
前記補正設定値を前記流量センサに実ガスを流した場合の出力特性に基づいて補正し最終補正設定値を演算するステップと、
前記最終補正設定値と流量センサから出力される流量信号とを比較してその差を駆動信号として駆動回路に出力するステップと、
前記駆動信号に基づいてバルブ駆動電圧が出力され流量制御弁を駆動するステップと、
を有することを特徴とする実ガスの質量流量制御方法。 An actual gas mass flow rate control method for controlling an actual gas mass flow rate to a desired set value,
Reading a flow rate setting signal corresponding to the mass flow rate of the desired actual gas and a flow rate signal from the flow sensor;
Reading a pressure signal corresponding to the pressure of the actual gas and a temperature signal corresponding to the temperature;
Based on the pressure signal and the temperature signal, an environmental correction coefficient corresponding to the environmental correction coefficient is obtained from a storage unit that stores a plurality of environmental correction coefficients that depend on pressure and temperature and is a ratio of the actual gas flow rate to the calibration gas flow rate. A calculating step;
Correcting the flow rate setting signal based on the environmental correction coefficient and calculating a correction setting value;
Correcting the correction set value based on output characteristics when actual gas flows through the flow sensor and calculating a final correction set value;
Comparing the final correction set value and the flow signal output from the flow sensor and outputting the difference to the drive circuit as a drive signal;
A valve driving voltage is output based on the driving signal to drive the flow control valve;
An actual gas mass flow rate control method comprising: 実ガスの質量流量を所望の設定値に制御する実ガスの質量流量制御方法であって、
所望の実ガスの質量流量に対応する流量設定信号および流量センサからの流量信号を読み込むステップと、
実ガスの圧力に対応する圧力信号および温度に対応する温度信号を読み込むステップと、
圧力と温度に依存し、校正ガスの流量に対する実ガスの流量の比率である複数の環境補正係数が格納された記憶部から、前記圧力信号および前記温度信号に基づいてそれに対応する環境補正係数を算出するステップと、
前記流量信号を前記流量センサに実ガスを流した場合の出力特性に基づいて補正し補正流量信号を演算するステップと、
前記環境補正係数に基づいて前記補正流量信号を補正し最終補正流量信号を演算するステップと、
前記最終補正流量信号と前記流量設定信号とを比較してその差を駆動信号として出力するステップと、
前記駆動信号に基づいてバルブ駆動電圧が出力され流量制御弁を駆動するステップと、
を有することを特徴とする実ガスの質量流量制御方法。 An actual gas mass flow rate control method for controlling an actual gas mass flow rate to a desired set value,
Reading a flow rate setting signal corresponding to the mass flow rate of the desired actual gas and a flow rate signal from the flow sensor;
Reading a pressure signal corresponding to the pressure of the actual gas and a temperature signal corresponding to the temperature;
Based on the pressure signal and the temperature signal, an environmental correction coefficient corresponding to the environmental correction coefficient is obtained from a storage unit that stores a plurality of environmental correction coefficients that depend on pressure and temperature and is a ratio of the actual gas flow rate to the calibration gas flow rate. A calculating step;
Correcting the flow signal based on output characteristics when actual gas flows through the flow sensor and calculating a corrected flow signal;
Correcting the corrected flow signal based on the environmental correction factor to calculate a final corrected flow signal;
Comparing the final corrected flow rate signal and the flow rate setting signal and outputting the difference as a drive signal;
A valve driving voltage is output based on the driving signal to drive the flow control valve;
An actual gas mass flow rate control method comprising: 実ガスの質量流量を所望の設定値に制御する実ガスの質量流量制御方法であって、
所望の実ガスの質量流量に対応する流量設定信号および流量センサからの流量信号を読み込むステップと、
実ガスの圧力に対応する圧力信号および温度に対応する温度信号を読み込むステップと、
圧力と温度に依存し、校正ガスの流量に対する実ガスの流量の比率である複数の環境補正係数が格納された記憶部から、前記圧力信号および前記温度信号に基づいてそれに対応する環境補正係数を算出するステップと、
前記環境補正係数に基づいて前記流量設定信号を補正し補正設定値を演算するステップと、
前記補正設定値を前記流量センサに実ガスを流した場合の出力特性に基づいて補正し最終補正設定値を演算するステップと、
前記最終補正設定値はアナログ値に変換され比較部において流量センサから出力された流量信号と比較され、その差を駆動信号として出力するステップと、
前記駆動信号に基づいてバルブ駆動電圧が出力され流量制御弁を駆動するステップと、
を有することを特徴とする実ガスの質量流量制御方法。 An actual gas mass flow rate control method for controlling an actual gas mass flow rate to a desired set value,
Reading a flow rate setting signal corresponding to the mass flow rate of the desired actual gas and a flow rate signal from the flow sensor;
Reading a pressure signal corresponding to the pressure of the actual gas and a temperature signal corresponding to the temperature;
Based on the pressure signal and the temperature signal, an environmental correction coefficient corresponding to the environmental correction coefficient is obtained from a storage unit that stores a plurality of environmental correction coefficients that depend on pressure and temperature and is a ratio of the actual gas flow rate to the calibration gas flow rate. A calculating step;
Correcting the flow rate setting signal based on the environmental correction coefficient and calculating a correction setting value;
Correcting the correction set value based on output characteristics when actual gas flows through the flow sensor and calculating a final correction set value;
The final correction set value is converted to an analog value and compared with a flow signal output from a flow sensor in a comparison unit, and the difference is output as a drive signal;
A valve driving voltage is output based on the driving signal to drive the flow control valve;
An actual gas mass flow rate control method comprising: 実ガスの質量流量を所望の設定値に制御する実ガスの質量流量制御方法であって、
所望の実ガスの質量流量に対応する流量設定信号および流量センサからの流量信号を読み込むステップと、
実ガスの圧力に対応する圧力信号および温度に対応する温度信号を読み込むステップと、
圧力と温度に依存し、校正ガスの流量に対する実ガスの流量の比率である複数の環境補正係数が格納された記憶部から、前記圧力信号および前記温度信号に基づいてそれに対応する環境補正係数を算出するステップと、
前記環境補正係数に基づいて前記設定信号を補正し補正設定値を演算するステップと、
前記補正設定値を前記流量センサに実ガスを流した場合の出力特性に基づいて補正し最終補正設定値を演算するステップと、
前記補正設定値に基づいて制御定数抵抗切り替え信号が出力され制御定数抵抗を切換えるステップと、
前記補正設定値がアナログ値に変換され比較部において流量センサから出力された流量信号と比較され、その差を駆動信号として出力するステップと、
前記駆動信号に基づいてバルブ駆動電圧が出力され流量制御弁を駆動するステップと、
を有することを特徴とする実ガスの質量流量制御方法。 An actual gas mass flow rate control method for controlling an actual gas mass flow rate to a desired set value,
Reading a flow rate setting signal corresponding to the mass flow rate of the desired actual gas and a flow rate signal from the flow sensor;
Reading a pressure signal corresponding to the pressure of the actual gas and a temperature signal corresponding to the temperature;
Based on the pressure signal and the temperature signal, an environmental correction coefficient corresponding to the environmental correction coefficient is obtained from a storage unit that stores a plurality of environmental correction coefficients that depend on pressure and temperature and is a ratio of the actual gas flow rate to the calibration gas flow rate. A calculating step;
Correcting the setting signal based on the environmental correction coefficient and calculating a correction setting value;
Correcting the correction set value based on output characteristics when actual gas flows through the flow sensor and calculating a final correction set value;
A step of outputting a control constant resistance switching signal based on the correction setting value to switch the control constant resistance;
The correction set value is converted into an analog value and compared with a flow signal output from the flow sensor in the comparison unit, and the difference is output as a drive signal;
A valve driving voltage is output based on the driving signal to drive the flow control valve;
An actual gas mass flow rate control method comprising:
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