WO2019240075A1 - 配管容積の算出方法、及び、流量制御機器又は流量計測機器の校正器 - Google Patents

配管容積の算出方法、及び、流量制御機器又は流量計測機器の校正器 Download PDF

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泰弘 磯部
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株式会社堀場エステック
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    • G01F25/00—Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01F25/10—Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume of flowmeters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F17/00—Methods or apparatus for determining the capacity of containers or cavities, or the volume of solid bodies

Definitions

  • the present invention relates to a calculation method for calculating the volume of piping members connected to a flow control device such as a mass flow controller and a flow measurement device such as a mass flow meter, and a flow control device such as a mass flow controller and a mass flow.
  • the present invention relates to a calibrator for calibrating a flow measuring device such as a meter.
  • This type of calibrator includes what is called a pressure rise rate flow rate calibrator (ROR calibrator).
  • ROR calibrator The actual flow rate obtained by using this ROR calibrator and the set flow rate of the flow rate control device are calibrated. Adjust the flow control device so that the flow rate matches the set flow rate.
  • the ROR calibrator is provided with a thermometer and a pressure gauge in a container with a known volume, and supplies the fluid controlled by the flow control device to a predetermined set flow rate to the container, and the pressure in the container at that time
  • the actual flow rate can be calculated using the rate of increase, the volume of the container, and the temperature of the fluid.
  • the volume of the piping member connecting the container and the flow rate control device in addition to the volume of the container.
  • the size or the like of the piping member varies depending on the installation location of the flow control device, and when it is attempted to adjust the flow control device with high accuracy, it is necessary to obtain the volume of the piping member at the installation location.
  • Patent Document 1 As a method for obtaining the volume of the piping member, there is a method using Boyle-Charles' law, as shown in Patent Document 1. Specifically, by installing a thermometer or pressure gauge on the piping member and storing the gas, and pouring the gas into the container, the fact that the pressure and volume are inversely proportional under constant temperature conditions before and after pouring is utilized. The volume of the piping member is calculated.
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and its main object is to enable easy and accurate adjustment of the flow rate control device.
  • a calculation method includes a first calculation step of guiding a fluid controlled to a predetermined set flow rate by a flow control device to a container via a piping member, and calculating a time change rate of the pressure in the container; The volume of the container through which the fluid is guided, the number of containers through which the fluid is guided, the temperature of the fluid, or the type of the fluid is controlled to the set flow rate by the flow control device, different from the first calculation step.
  • a second calculation step of guiding the fluid to the container through the piping member and calculating a time change rate of the pressure in the container in the time change rate of the pressure calculated in the first calculation step and in the second calculation step
  • a tube volume calculating step of calculating the volume of the piping member based on the calculated time change rate of the pressure in a second calculation step of guiding the fluid to the container through the piping member and calculating a time change rate of the pressure in the container.
  • the fluid flow rate Q Is represented by the following formula (1) using the time change rate dp / dt of the pressure in the container. From this, according to the calibration method according to the present invention described above, any one of the volume of the container, the number of containers, the temperature of the fluid, or the type of the fluid is made different between the first calculation step and the second calculation step. By substituting each calculated rate of change in pressure with time into equation (1), a simultaneous equation with the fluid flow rate Q and the volume X of the piping member as unknowns is obtained.
  • the simultaneous equations can be solved for the volume X of the piping member by substituting the measured values and known values V, T, C comp , and CKFF into the simultaneous equations. It is possible to easily and accurately adjust the flow control device without providing a pressure gauge, a thermometer, or the like on the member.
  • a first container and a second container having different volumes are connected in parallel, and the fluid controlled to the set flow rate by the flow rate control device in the first calculation step.
  • the fluid controlled to the set flow rate by the flow control device is not guided to the first container. The method of leading to a container is mentioned.
  • a first container and a second container are connected in series, and in the first calculation step, the fluid controlled to the set flow rate by the flow rate control device is a second one.
  • the fluid is guided to the first container without being guided to the container, and the fluid controlled to the set flow rate by the flow rate control device in the second calculation step is guided to the first container and the second container.
  • the calculated volume X of the piping member into the above-described equation (1), the actual flow rate Q of the fluid in consideration of the volume X of the piping member can be calculated, and the flow control device can be accurately used. Can be adjusted.
  • the calibrator according to the present invention is connected to a flow rate control device via a piping member, and includes at least two containers to which a fluid controlled to a predetermined set flow rate by the flow rate control device is guided.
  • the volume or number of containers through which the fluid controlled to the set flow rate by the flow rate control device is guided can be changed. If it is such a calibrator, there can exist the same effect as the calibration method mentioned above.
  • the calculation method according to the present invention includes a first calculation step of guiding a fluid whose flow rate is measured by a flow rate measuring device to a container through a piping member, and calculating a time change rate of the pressure in the container, and the fluid is guided.
  • the volume of the container to be measured, the number of containers to which the fluid is guided, the temperature of the fluid, or the type of the fluid is different from the first calculation step, and the fluid whose flow rate is measured by the flow rate measuring device is changed to the piping member.
  • the second calculation step of calculating the time change rate of the pressure in the container, the time change rate of the pressure calculated in the first calculation step, and the pressure calculated in the second calculation step.
  • a tube volume calculating step of calculating a volume of the piping member based on a rate of change with time it is possible to adjust the flow rate measuring device easily and accurately, as in the above-described calibration method of the flow rate control device.
  • the flow rate control device and the flow rate measurement device can be easily and accurately adjusted as compared with the conventional case.
  • the flowchart which shows the calibration method of this embodiment The figure which shows typically the structure of the calibrator in other embodiment.
  • the flowchart which shows the calibration method in other embodiment The flowchart which shows the calibration method in other embodiment.
  • the flowchart which shows the calibration method in other embodiment The flowchart which shows the calibration method in other embodiment.
  • the calibration system 100 of the present embodiment is for calibrating a flow control device MFC such as a mass flow controller, for example, and as shown in FIG. 1, a calibrator 10 connected to the flow control device MFC, A piping member L that connects the MFC and the calibrator 10, a suction pump P such as a vacuum pump connected downstream of the calibrator 10, and an information processing device 20 that exchanges signals with the calibrator 10. ing.
  • a flow control device MFC such as a mass flow controller
  • the piping member L has one end connected to the outlet port A of the flow control device MFC and the other end connected to the introduction port B of the calibrator 10.
  • the piping member L is a concept in which the internal space is formed as a flow path through which fluid flows, and includes not only the piping itself but also a manifold block, a gas panel, or the like in which the internal flow path is formed.
  • a combination of piping, manifold blocks, and gas panels is also the piping member L.
  • the calibrator 10 is referred to as a pressure rise rate flow rate calibrator (ROR calibrator).
  • the calibrator 10 includes at least two containers 11 and 12, and the flow rate control device MFC is provided in these containers 11 and 12.
  • the fluid controlled to a predetermined set flow rate is guided by.
  • the calibrator 10 here includes a first container 11 and a second container 12 having different volumes, and the first container 11 and the second container 12 are connected in parallel.
  • the first container 11 and the second container 12 have known volumes.
  • the first container 11 is provided with a first pressure gauge P1 and a first thermometer T1
  • the second container 12 is provided with a second pressure gauge P2 and a second thermometer T2.
  • the measured values of the first pressure gauge P1, the first thermometer T1, the second pressure gauge P2, and the second thermometer T2 are output to the information processing apparatus 20 described later.
  • the calibrator 10 of the present embodiment is configured to be able to change the volume of the container through which the fluid controlled to a predetermined set flow rate by the flow rate control device MFC is introduced.
  • the fluid is the first fluid. It is configured to be alternatively guided to either the container 11 or the second container 12.
  • the calibrator 10 includes an upstream main pipe Z1 formed with the introduction port B and connected to the piping member L, and a plurality of branch pipes Z2 branched from the upstream main pipe Z1. It has the downstream main pipe Z3 where these several branch pipes Z2 merge.
  • two branch pipes Z2 are provided, a first container 11 is provided in the first branch pipe Z2a, and a second container 12 is provided in the second branch pipe Z2b.
  • the volume from the introduction port B to the connection point C between the first branch pipe Z2a and the first container 11 is known, and the connection point D from the introduction port B to the second branch pipe Z2b and the second container 12 is known.
  • the volume up to is known.
  • On-off valves X1 and 2 are provided upstream and downstream of the first container 11 in the first branch pipe Z2a, and on-off valves X3 and 4 are provided upstream and downstream of the second container 12 in the second branch pipe Z2b. It has been.
  • the on-off valve upstream of the first container 11 is the first on-off valve X1
  • the on-off valve downstream of the first container 11 is the second on-off valve X2
  • the on-off valve upstream of the second container 12 is the first.
  • the third on-off valve X3 and the on-off valve downstream of the second container 12 are referred to as a fourth on-off valve X4.
  • the volume from the first container 11 to the second on-off valve X2 is known
  • the volume from the second container 12 to the fourth on-off valve X4 is known.
  • the information processing apparatus 20 is a general-purpose or dedicated computer including a CPU, a memory, an input / output interface, and the like, and according to a predetermined program stored in a predetermined area of the memory, the CPU and peripheral devices , By receiving signals indicating the measured values of the first pressure gauge P1, the first thermometer T1, the second pressure gauge P2, and the second thermometer T2, and performing various arithmetic processes. It controls each valve.
  • the calibrator 10 is connected to the flow rate control device MFC to be calibrated (S1).
  • the suction pump P is operated with the first on-off valve X1 and the third on-off valve X3 closed and the second on-off valve X2 and the fourth on-off valve X4 opened. Thereby, the 1st container 11 and the 2nd container 12 are evacuated (S2).
  • the second on-off valve X2 and the fourth on-off valve X4 are closed, the first on-off valve X1 is opened, and the fluid controlled to the set flow rate by the flow control device MFC is guided to the first container 11 (S3). Thereby, the pressure in the 1st container 11 rises gradually. At this time, a signal indicating the measured pressure is sequentially output from the first pressure gauge P1 to the information processing apparatus 20, and a signal indicating the measured temperature is sequentially output from the first thermometer T1 to the information processing apparatus 20.
  • the information processing device 20 calculates the time change rate of the pressure in the first container 11, more specifically, the pressure increase rate dp / dt, based on the measured pressure of the first pressure gauge P ⁇ b> 1 (S ⁇ b> 4). .
  • S3 and S4 are the first calculation step in the claims.
  • the measured pressure is acquired and stored at a plurality of timings after the elapse of a predetermined first waiting time from the timing at which the first on-off valve X1 is opened in S3, and an approximate expression of these measured pressures is obtained by, for example, the least square method.
  • the slope of the approximate expression is calculated as the pressure increase rate.
  • the first standby time is a time estimated to be required until the pressure increase rate is stabilized after opening the first on-off valve X1, and can be set as appropriate by the user.
  • the first on-off valve X1 is closed, the third on-off valve X3 is opened, and the fluid controlled to the set flow rate by the flow rate control device MFC is guided to the second container 12 (S5). Thereby, the pressure in the 2nd container 12 rises gradually. At this time, a signal indicating the measured pressure is sequentially output from the second pressure gauge P2 to the information processing apparatus 20, and a signal indicating the measured temperature is sequentially output from the second thermometer T2 to the information processing apparatus 20.
  • the set flow rate of the flow control device MFC in S5 and the set flow rate of the flow control device MFC in S3 described above are the same flow rate.
  • the information processing apparatus 20 calculates the time change rate of the pressure in the second container 12 based on the measurement pressure of the second pressure gauge P2, more specifically, the pressure increase rate dp / dt (S6).
  • S5 and S6 are the second calculation step in the claims.
  • the measured pressures are acquired and stored at a plurality of timings after a predetermined second waiting time has elapsed from the timing at which the third on-off valve is opened in S5, and an approximate expression of these measured pressures is obtained by, for example, the least square method.
  • the slope of the approximate expression is calculated as the rate of pressure increase.
  • the second standby time is a time estimated to be required until the pressure increase rate is stabilized after opening the third on-off valve X3, and may be the same as or different from the first standby time described above. The user may set them appropriately.
  • the information processing apparatus 20 uses the measured temperature output from the first thermometer T1 and the second thermometer T2 in S3 and S5 and the pressure increase rate calculated in S4 and S6 to increase the volume of the piping member L.
  • the flow rate Q [SLM] of the fluid can be expressed by the following equation using a gas state equation or the like.
  • V is the fluid volume [L]
  • dp / dt is the pressure increase rate [Torr / s]
  • T is the fluid temperature [K]
  • C comp is the correction coefficient for the fluid compression coefficient
  • C KFF is the device Is the correction coefficient.
  • V1 be the volume.
  • V2b the volume of the second container 12
  • X the volume of the piping member L.
  • V1 and V2 are known, and X is an unknown number.
  • the flow rate of the fluid in S3 is expressed by the following equation (3) by substituting V1 + X, which is the volume of the space through which the fluid is guided, into V in the above equation (2).
  • C 1 (60/760) ⁇ (273.15 / 273.15 + T 1 )
  • T 1 is the temperature in the first container 11 measured in S3, specifically, measured in S3. The average value of the temperature, the temperature measured at a predetermined timing in S3, and the like.
  • (dp / dt) 1 is the pressure increase rate calculated in S4.
  • the flow rate of the fluid in S5 is expressed by the following equation (4) by substituting V2 + X, which is the volume of the space through which the fluid is guided, into V in the above equation (2).
  • C 2 (60/760) ⁇ (273.15 / 273.15 + T 2 ), and T 2 is the temperature in the first container 11 measured in S5, specifically, measured in S5. The average value of the temperature, the temperature measured at a predetermined timing in S5, and the like.
  • (dp / dt) 2 is the pressure increase rate calculated in S6.
  • the information processing apparatus 20 calculates the actual flow rate Q by substituting the volume X of the piping member L into the formula (2), the formula (3), or the formula (4) (S8: actual flow rate calculation step).
  • the calculated actual flow rate is displayed and output on a display, for example.
  • the actual flow rate Q and the set flow rate of the flow control device MFC are calibrated, and the flow control device MFC is adjusted so that the actual flow rate Q matches the set flow rate (S9).
  • the fluid whose flow rate is controlled by the flow rate control device MFC is guided to the first container 11 and the second container 12 having different volumes, and the fluid is contained in the first container 11 and the second container 12. Since the pressure increase rates are respectively calculated, simultaneous equations (Equations 3 and 4 in the present embodiment) in which the actual flow rate Q of the fluid and the volume X of the piping member L are unknown can be obtained using these pressure increase rates. . Then, by solving this simultaneous equation for the volume X of the piping member L, for example, the volume X of the piping member L can be easily obtained without providing the piping member L with a pressure gauge, a thermometer, or the like. As a result, the actual flow rate of the fluid can be calculated in consideration of the volume of the piping member L, so that the flow rate control device MFC can be adjusted easily and accurately.
  • the present invention is not limited to the above embodiment.
  • the first container 11 and the second container 12 having different volumes are connected in parallel, but the volume of the container may be changeable by, for example, a partition member.
  • the number of containers can be reduced, and the calibrator 10 can be downsized.
  • the approximate expression of the measurement pressure obtained at a plurality of timings is obtained by using, for example, the least square method, and the slope of the approximate expression is calculated as the pressure increase rate.
  • the measurement pressure is acquired at the first timing after the elapse of a predetermined first waiting time from the timing at which the on-off valve X1 is opened, and at the second timing after the first timing, and at the first timing and at the second timing.
  • the pressure increase rate may be calculated by dividing the difference from the measured pressure by the time from the first timing to the second timing. The same applies to S5 of the embodiment.
  • a plurality of containers may be connected in series as shown in FIG.
  • the first pipe Z4, the first container 11, the second pipe Z5, and the second container 12 are connected in series in this order, and the fifth on-off valve X5 is located upstream of the first container 11.
  • a sixth on-off valve X6 is provided between the first container 11 and the second container 12, and a seventh on-off valve X7 is provided downstream of the second container 12.
  • the volume of the 1st piping Z4 and the 2nd piping Z5 is known.
  • the calibrator 10 is connected to the flow rate control device MFC (S11), the fifth on-off valve X5 is closed, and the sixth on-off valve X6 and the seventh The on-off valve X7 is opened, and the first container 11 and the second container 12 are evacuated (S12). Thereafter, the sixth on-off valve X6 and the seventh on-off valve X7 are closed, the fifth on-off valve X5 is opened, and the fluid controlled to the set flow rate by the fluid control device is guided only to the first container 11 (S13), 11 is calculated (S14).
  • the fifth on-off valve X5 is closed again, the sixth on-off valve X6 and the seventh on-off valve X7 are opened, and the first container 11 and the second container 12 are evacuated (S15). Thereafter, the seventh on-off valve X7 is closed, the fifth on-off valve X5 is opened while the sixth on-off valve X6 is open, and the fluid controlled to the set flow rate by the fluid control device is supplied to the first container 11 and the second container 12. Guide (S16), and calculate the rate of pressure increase in the second container 12 (S17). Thereafter, the flow rate control device MFC can be adjusted in the same manner as in the above embodiment (S18-20).
  • the fluid controlled to the set flow rate by the flow rate control device is temperature-controlled to a predetermined first temperature and led to the container, and the pressure increase rate in the container is calculated, Thereafter, the fluid controlled to the set flow rate by the flow rate control device may be temperature-controlled at a second temperature different from the first temperature and guided to the container, and the pressure increase rate in the container may be calculated.
  • the actual flow rate Q obtained by substituting the first temperature and the second temperature into the value of T in the expression (2) of the above embodiment is the same.
  • simultaneous equations in which the actual flow rate Q of the fluid and the volume X of the piping member L are unknown can be obtained.
  • the first fluid having a predetermined compression coefficient is controlled to a set flow rate by a flow control device and guided to the container, and the pressure increase rate in the container is calculated.
  • a second fluid having a compression coefficient different from that of the first fluid may be controlled to the set flow rate by a flow control device and guided to the container, and the pressure increase rate in the container may be calculated.
  • the actual flow rate Q obtained by substituting the correction coefficient for the compression coefficient of each of the first fluid and the second fluid into the value of C comp in the expression (2) of the above embodiment is the same.
  • simultaneous equations with the actual fluid flow rate Q and the volume X of the piping member L as unknowns can be obtained. Note that even with the method shown in FIGS. 5 and 6, the volume of the piping member can be easily obtained, and the necessary container can be made one, so that the calibrator can be downsized.
  • the first calculation step and the second calculation step not only one parameter among the volume of the volume, the number of containers, the temperature of the fluid, or the type of the fluid is changed, but a plurality of these parameters are changed. It may be changed.
  • the flow rate control device is a calibration target.
  • the calibration method and the calibration device according to the present invention may be applied to, for example, calibration of a flow rate measurement device (mass flow meter). In this case, if the measured value measured by the flow rate measuring device and the actual flow rate Q calculated in the same manner as in the above embodiment are calibrated and the flow rate measuring device is adjusted so that the actual flow rate Q and the measured value match. good.

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Abstract

流量制御機器や流量計測機器を従来に比べて簡単に且つ精度良く校正できるようにするべく、流量制御機器により所定の設定流量に制御した流体を配管部材を介して容器に導き、当該容器内の圧力の時間変化率を算出する第１算出ステップと、流体が導かれる容器の容積、流体が導かれる容器の数、流体の温度、又は流体の種類の何れかを前記第１算出ステップとは異ならせて、前記流量制御機器により前記設定流量に制御した流体を配管部材を介して容器に導き、当該容器内の圧力の時間変化率を算出する第２算出ステップと、第１算出ステップにおいて算出された圧力の時間変化率及び第２算出ステップにおいて算出された圧力の時間変化率に基づいて配管部材の容積を算出する管容積算出ステップとを備えるようにした。

Description

配管容積の算出方法、及び、流量制御機器又は流量計測機器の校正器
　本発明は、マスフローコントローラ等の流量制御機器やマスフローメータ等の流量計測機器を校正すべく、これらに接続された配管部材の容積を算出する算出方法、及び、マスフローコントローラ等の流量制御機器やマスフローメータ等の流量計測機器を校正するための校正器に関するものである。
　この種の校正器としては、圧力上昇率流量校正器（ＲＯＲ校正器）と称させるものがあり、このＲＯＲ校正器を用いて得られる実流量と流量制御機器の設定流量とを校正し、実流量と設定流量とが一致するように流量制御機器を調整する。
　具体的にＲＯＲ校正器は、容積が既知の容器に温度計及び圧力計が設けられており、この容器に流量制御機器が所定の設定流量に制御した流体を供給し、その時の容器内の圧力上昇率、容器の容積、及び流体の温度を用いて実流量を算出できるように構成されている。
　ここで、実流量を精度良く算出するためには、容器の容積に加えて、容器と流量制御機器とを接続する配管部材の容積を加味する必要がある。ところが、配管部材のサイズ等は流量制御機器の設置場所等によって区々であり、流量制御機器を精度良く調整しようとした場合、設置場所で配管部材の容積を求める必要があった。
　配管部材の容積を求める方法としては、特許文献１に示すように、ボイル・シャルルの法則を用いた方法がある。具体的には、配管部材に温度計や圧力計を設けてガスを溜め、そのガスを容器に流し込むことで、流し込む前後において温度一定の条件下では圧力と容積とが反比例することを利用して、配管部材の容積を算出している。
　しかしながら、この方法では、配管部材に圧力計や温度計を設ける必要があり、さらには調整精度を向上させるためには圧力計や温度計の校正等が必要となり、簡単に且つ精度良く流量制御機器を調整することはできない。
特開２０１８－４４８８７号公報
　そこで本発明は、上記問題点を解決すべくなされたものであって、簡単に且つ精度良く流量制御機器を調整できるようにすることをその主たる課題とするものである。
　すなわち、本発明に係る算出方法は、流量制御機器により所定の設定流量に制御した流体を配管部材を介して容器に導き、当該容器内の圧力の時間変化率を算出する第１算出ステップと、流体が導かれる容器の容積、流体が導かれる容器の数、流体の温度、又は流体の種類の何れかを前記第１算出ステップとは異ならせて、前記流量制御機器により前記設定流量に制御した流体を配管部材を介して容器に導き、当該容器内の圧力の時間変化率を算出する第２算出ステップと、前記第１算出ステップにおいて算出された圧力の時間変化率及び前記第２算出ステップにおいて算出された圧力の時間変化率に基づいて前記配管部材の容積を算出する管容積算出ステップとを備えることを特徴とする方法である。
　ここで、容器の容積をＶ、配管部材の容積をＸ、流体の温度をＴ、流体の圧縮係数に起因する補正係数をＣｃｏｍｐ、装置起因の補正係数をＣＫＦＦとすると、流体の流量Ｑは、容器内の圧力の時間変化率ｄｐ／ｄｔを用いて下記の式（１）で表される。
　このことから、上述した本発明に係る校正方法によれば、容器の容積、容器の数、流体の温度、又は流体の種類の何れかを第１算出ステップと第２算出ステップとで異ならせて算出した圧力の時間変化率それぞれを式（１）に代入することで、流体の流量Ｑ及び配管部材の容積Ｘを未知数とした連立方程式が得られる。
　そして、管容積算出ステップにおいて、この連立方程式に実測値や既知の値であるＶ、Ｔ、Ｃｃｏｍｐ、ＣＫＦＦを代入することで、連立方程式を配管部材の容積Ｘについて解くことができ、配管部材に圧力計や温度計等を設けることなく、簡単に且つ精度良く流量制御機器を調整することが可能となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　容器の容積を異ならせる具体的な方法としては、容積が互いに異なる第１容器及び第２容器を並列に接続し、前記第１算出ステップにおいて、前記流量制御機器により前記設定流量に制御された流体を、第２容器に導くことなく、第１容器に導き、前記第２算出ステップにおいて、前記流量制御機器により前記設定流量に制御された流体を、前記第１容器に導くことなく、前記第２容器に導く方法が挙げられる。
　容器の数を異ならせる具体的な方法としては、第１容器及び第２容器を直列に接続し、前記第１算出ステップにおいて、前記流量制御機器により前記設定流量に制御された流体を、第２容器に導くことなく、第１容器に導き、前記第２算出ステップにおいて、前記流量制御機器により前記設定流量に制御された流体を、前記第１容器及び前記第２容器に導く方法が挙げられる。
　前記管容積算出ステップにおいて算出された前記配管部材の容積を用いて、前記流量制御機器により制御された流体の実流量を算出する実流量算出ステップをさらに備えることが好ましい。
　これならば、算出した配管部材の容積Ｘを上述した式（１）に代入することで、配管部材の容積Ｘを加味した流体の実流量Ｑを算出することができ、流量制御機器を精度良く調整することができる。
　また、本発明に係る校正器は、流量制御機器が配管部材を介して接続されるものであって、前記流量制御機器により所定の設定流量に制御された流体が導かれる少なくとも２つの容器を備え、前記流量制御機器により前記設定流量に制御された流体が導かれる容器の容積又は数を変更可能に構成されていることを特徴とするものである。
　このような校正器であれば、上述した校正方法と同様の作用効果を奏し得る。
　さらに、本発明に係る算出方法は、流量計測機器により流量計測された流体を配管部材を介して容器に導き、当該容器内の圧力の時間変化率を算出する第１算出ステップと、流体が導かれる容器の容積、流体が導かれる容器の数、流体の温度、又は流体の種類の何れかを前記第１算出ステップとは異ならせて、前記流量計測機器により流量計測された流体を配管部材を介して容器に導き、当該容器内の圧力の時間変化率を算出する第２算出ステップと、前記第１算出ステップにおいて算出された圧力の時間変化率及び前記第２算出ステップにおいて算出された圧力の時間変化率に基づいて前記配管部材の容積を算出する管容積算出ステップとを備えることを特徴とする方法である。
　このような方法であれば、上述した流量制御機器の校正方法と同様に、簡単に且つ精度良く流量計測機器を調整することが可能となる。
　このように構成した本発明によれば、流量制御機器や流量計測機器を従来に比べて簡単に且つ精度良く調整することができる。
本実施形態の校正器の構成を模式的に示す図。 本実施形態の校正方法を示すフローチャート。 その他の実施形態における校正器の構成を模式的に示す図。 その他の実施形態における校正方法を示すフローチャート。 その他の実施形態における校正方法を示すフローチャート。 その他の実施形態における校正方法を示すフローチャート。
　以下に、本発明に係る流量制御機器の校正方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。
　まず、流量制御機器ＭＦＣを校正する校正システム１００の全体構成について説明する。
　本実施形態の校正システム１００は、例えばマスフローコントローラ等の流量制御機器ＭＦＣを校正するためのものであり、図１に示すように、流量制御機器ＭＦＣに接続される校正器１０と、流量制御機器ＭＦＣ及び校正器１０を接続する配管部材Ｌと、校正器１０の下流に接続された真空ポンプ等の吸引ポンプＰと、校正器１０との間で信号を授受する情報処理装置２０とを具備している。
　配管部材Ｌは、一端開口が流量制御機器ＭＦＣの導出ポートＡに接続されるとともに、他端開口が校正器１０の導入ポートＢに接続されたものである。
　なお、ここでいう配管部材Ｌとは、内部空間が流体の流れる流路として形成されたものであり、配管そのもののみならず、内部流路が形成されたマニホールドブロックやガスパネル等も含まれる概念であり、配管やマニホールドブロックやガスパネルを組み合わせたものも配管部材Ｌである。
　校正器１０は、圧力上昇率流量校正器（ＲＯＲ校正器）と称させるものであり、具体的には少なくとも２つの容器１１、１２を備えており、これらの容器１１、１２に流量制御機器ＭＦＣによって所定の設定流量に制御された流体が導かれるように構成されている。
　ここでの校正器１０は、容積が互いに異なる第１容器１１及び第２容器１２を備えており、これらの第１容器１１及び第２容器１２が並列接続されている。第１容器１１及び第２容器１２は、容積が既知のものである。第１容器１１には第１圧力計Ｐ１及び第１温度計Ｔ１が設けられており、第２容器１２には第２圧力計Ｐ２及び第２温度計Ｔ２が設けられている。これらの第１圧力計Ｐ１、第１温度計Ｔ１、第２圧力計Ｐ２、及び第２温度計Ｔ２の測定値は後述する情報処理装置２０に出力される。
　そして、本実施形態の校正器１０は、流量制御機器ＭＦＣにより所定の設定流量に制御された流体が導かれる容器の容積を変更可能に構成されたものであり、具体的には流体が第１容器１１又は第２容器１２の何れか一方に択一的に導かれるように構成されている。
　より具体的に説明すると、校正器１０は、上述した導入ポートＢが形成されて配管部材Ｌに接続された上流側メイン管Ｚ１と、上流側メイン管Ｚ１から分岐した複数の分岐管Ｚ２と、これら複数の分岐管Ｚ２が合流する下流側メイン管Ｚ３とを有している。ここでは２つの分岐管Ｚ２が設けられており、第１分岐管Ｚ２ａには第１容器１１が設けられ、第２分岐管Ｚ２ｂには第２容器１２が設けられている。この構成において、導入ポートＢから第１分岐管Ｚ２ａと第１容器１１との接続箇所Ｃまでの容積は既知であり、導入ポートＢから第２分岐管Ｚ２ｂと第２容器１２との接続箇所Ｄまでの容積は既知である。
　第１分岐管Ｚ２ａにおける第１容器１１の上流及び下流それぞれに開閉弁Ｘ１、２が設けられており、第２分岐管Ｚ２ｂにおける第２容器１２の上流及び下流それぞれに開閉弁Ｘ３、４が設けられている。以下では、説明の便宜上、第１容器１１の上流の開閉弁を第１開閉弁Ｘ１、第１容器１１の下流の開閉弁を第２開閉弁Ｘ２、第２容器１２の上流の開閉弁を第３開閉弁Ｘ３、第２容器１２の下流の開閉弁を第４開閉弁Ｘ４という。この構成において、第１容器１１から第２開閉弁Ｘ２までの容積は既知であり、第２容器１２から第４開閉弁Ｘ４までの容積は既知である。
　情報処理装置２０は、物理的に言えば、ＣＰＵ、メモリ、入出力インターフェース等を備えた汎用乃至専用のコンピュータであり、前記メモリの所定領域に記憶させた所定のプログラムにしたがって、ＣＰＵや周辺機器を協働させることにより、第１圧力計Ｐ１、第１温度計Ｔ１、第２圧力計Ｐ２、及び第２温度計Ｔ２の測定値を示す信号を受け付けて種々の演算処理を行ったり、上述した各バルブの制御を行ったりするものである。
　次に、本実施形態の校正方法について、図２のフローチャートを参照しながら説明する。
　まず、校正対象である流量制御機器ＭＦＣに校正器１０を接続する（Ｓ１）。
　次に、第１開閉弁Ｘ１及び第３開閉弁Ｘ３を閉じ、第２開閉弁Ｘ２及び第４開閉弁Ｘ４を開けた状態で、吸引ポンプＰを稼動させる。これにより、第１容器１１及び第２容器１２を真空引きされる（Ｓ２）。
　その後、第２開閉弁Ｘ２及び第４開閉弁Ｘ４を閉じ、第１開閉弁Ｘ１を開け、流量制御機器ＭＦＣにより設定流量に制御された流体を第１容器１１に導く（Ｓ３）。これにより、第１容器１１内の圧力は徐々に上昇する。このとき、第１圧力計Ｐ１から測定圧力を示す信号が情報処理装置２０に逐次出力されるとともに、第１温度計Ｔ１から測定温度を示す信号が情報処理装置２０に逐次出力される。
　続いて、情報処理装置２０は、第１圧力計Ｐ１の測定圧力に基づいて、第１容器１１内の圧力の時間変化率、より具体的には圧力上昇率ｄｐ／ｄｔを算出する（Ｓ４）。なお、Ｓ３及びＳ４が請求項でいう第１算出ステップである。
　ここでは、Ｓ３において第１開閉弁Ｘ１を開けたタイミングから所定の第１待機時間経過後の複数のタイミングで測定圧力を取得して記憶し、それらの測定圧力の近似式を例えば最小二乗法により求め、その近似式の傾きを圧力上昇率として算出している。なお、第１待機時間は、第１開閉弁Ｘ１を開けてから圧力上昇率が安定するまでに要すると推定される時間であり、ユーザが適宜設定することができる。
　次に、第１開閉弁Ｘ１を閉じ、第３開閉弁Ｘ３を開け、流量制御機器ＭＦＣにより設定流量に制御した流体を第２容器１２に導く（Ｓ５）。これにより、第２容器１２内の圧力は徐々に上昇する。このとき、第２圧力計Ｐ２から測定圧力を示す信号が情報処理装置２０に逐次出力されるとともに、第２温度計Ｔ２から測定温度を示す信号が情報処理装置２０に逐次出力される。
　なお、このＳ５における流量制御機器ＭＦＣの設定流量と、上述したＳ３における流量制御機器ＭＦＣの設定流量とは同一流量である。
　続いて、情報処理装置２０は、第２圧力計Ｐ２の測定圧力に基づいて、第２容器１２内の圧力の時間変化率、より具体的には圧力上昇率ｄｐ／ｄｔを算出する（Ｓ６）。なお、Ｓ５及びＳ６が請求項でいう第２算出ステップである。
　ここでは、Ｓ５において第３開閉弁を開けたタイミングから所定の第２待機時間経過後の複数のタイミングで測定圧力を取得して記憶し、それらの測定圧力の近似式を例えば最小二乗法により求め、その近似式の傾きを圧力上昇率として算出している。なお、第２待機時間は、第３開閉弁Ｘ３を開けてから圧力上昇率が安定するまでに要すると推定される時間であり、上述した第１待機時間と同じであっても良いし、異なっていても良く、ユーザが適宜設定することができる。
　そして、情報処理装置２０は、Ｓ３及びＳ５において第１温度計Ｔ１及び第２温度計Ｔ２から出力された測定温度や、Ｓ４及びＳ６において算出した圧力上昇率を用いて、配管部材Ｌの容積を算出する（Ｓ７：管容積算出ステップ）。
　より具体的に説明すると、流体の流量Ｑ［ＳＬＭ］は、気体の状態方程式等を用いると下記の式で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 　なお、Ｖは流体の体積［Ｌ］、ｄｐ／ｄｔは圧力上昇率［Ｔｏｒｒ／ｓ］、Ｔは流体の温度［Ｋ］、Ｃｃｏｍｐは流体の圧縮係数についての補正係数、ＣＫＦＦは装置起因の補正係数である。以下では、説明の便宜上、Ｃｃｏｍｐ＝１、ＣＫＦＦ＝１とする。
　ここで、導入ポートＢから第１分岐管Ｚ２ａ及び第１容器１１の接続箇所Ｃまでの容積と、第１容器１１の容積と、第１容器１１から第２開閉弁Ｘ２までの容積とを合わせた容積をＶ１とする。また、導入ポートＢから第２分岐管Ｚ２ｂ及び第２容器１２の接続箇所Ｄまでの容積と、第２容器１２の容積と、第２容器１２から第４開閉弁Ｘ４までの容積とを合わせた容積をＶ２とする。さらに、配管部材Ｌの容積をＸとする。なお、Ｖ１及びＶ２は既知であり、Ｘが未知数である。
　Ｓ３における流体の流量は、この流体が導かれる空間の容積であるＶ１＋Ｘを上記の式（２）のＶに代入して、下記の式（３）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 　なお、Ｃ１＝(60/760)×(273.15/273.15+T1)であり、Ｔ１はＳ３において測定された第１容器１１内の温度であって、具体的にはＳ３において測定された温度の平均値や、Ｓ３における所定のタイミングで測定された温度等である。また、（ｄｐ／ｄｔ）１はＳ４において算出された圧力上昇率である。
　一方、Ｓ５における流体の流量は、この流体が導かれる空間の容積であるＶ２＋Ｘを上記の式（２）のＶに代入して、下記の式（４）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 　なお、Ｃ２＝(60/760)×(273.15/273.15+T2)であり、Ｔ２はＳ５において測定された第１容器１１内の温度であって、具体的にはＳ５において測定された温度の平均値や、Ｓ５における所定のタイミングで測定された温度等である。また、（ｄｐ／ｄｔ）２はＳ６において算出された圧力上昇率である。
　ここで、上述したようにＳ５における設定流量とＳ３における設定流量とが同一流量であるので、式（３）の実流量Ｑ＝式（４）の実流量であり、この条件において連立方程式（３）及び（４）を未知数Ｘについて解くと、Ｘは下記の式（５）で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
 　そして、この式（５）において、Ｖ１及びＶ２は既知であり、（ｄｐ／ｄｔ）１、（ｄｐ／ｄｔ）２、Ｃ１、及びＣ２は温度に関する実測値であるから、配管部材Ｌの容積Ｘを算出することができる。
　その後、情報処理装置２０は、配管部材Ｌの容積Ｘを式（２）、式（３）、又は式（４）に代入して実流量Ｑを算出する（Ｓ８：実流量算出ステップ）。なお、算出した実流量は、例えばディスプレイ等に表示出力する。
　これにより、実流量Ｑと流量制御機器ＭＦＣの設定流量とを校正し、実流量Ｑと設定流量とが一致するように流量制御機器ＭＦＣを調整する（Ｓ９）。
　このような校正方法によれば、流量制御機器ＭＦＣにより流量が制御された流体を、容積が互いに異なる第１容器１１及び第２容器１２に導き、第１容器１１内及び第２容器１２内の圧力上昇率をそれぞれ算出するので、これらの圧力上昇率を用いて流体の実流量Ｑ及び配管部材Ｌの容積Ｘを未知数とした連立方程式（本実施形態における式３、４）を得ることができる。そして、この連立方程式を配管部材Ｌの容積Ｘについて解くことで、例えば配管部材Ｌに圧力計や温度計等を設けることなく、簡単に配管部材Ｌの容積Ｘを得ることができる。
　その結果、配管部材Ｌの容積を加味して流体の実流量を算出することができるので、流量制御機器ＭＦＣを簡単に且つ精度良く調整することができる。
　なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
　例えば、前記実施形態では、互いに容積の異なる第１容器１１及び第２容器１２を並列に接続していたが、例えば仕切部材等によって容器の容積を変更可能にしても良い。
　これならば、容器の数を減らすことができ、校正器１０の小型化を図れる。
　また、前記実施形態のＳ３において、複数のタイミングで取得した測定圧力の近似式を例えば最小二乗法を用いて求め、その近似式の傾きを圧力上昇率として算出していたが、Ｓ３において第１開閉弁Ｘ１を開けたタイミングから所定の第１待機時間経過後の第１タイミングと、その第１タイミング以降の第２タイミングとにおいて測定圧力を取得し、第１タイミングにおける測定圧力と第２タイミングにおける測定圧力との差分を、第１タイミングから第２タイミングまでの時間で割ることで、圧力上昇率を算出しても良い。
　なお、前記実施形態のＳ５においても、同様である。
　さらに、校正器１０としては、図３に示すように、複数の容器を直列に接続して良い。
　具体的にこの校正器１０は、第１配管Ｚ４、第１容器１１、第２配管Ｚ５、及び第２容器１２がこの順に直列接続されており、第１容器１１の上流に第５開閉弁Ｘ５、第１容器１１及び第２容器１２の間に第６開閉弁Ｘ６、第２容器１２の下流に第７開閉弁Ｘ７が設けられている。なお、第１配管Ｚ４及び第２配管Ｚ５の容積は既知である。
　この校正器１０を用いた校正方法としては、図４に示すように、流量制御機器ＭＦＣに校正器１０を接続し（Ｓ１１）、第５開閉弁Ｘ５を閉じ、第６開閉弁Ｘ６及び第７開閉弁Ｘ７を開け、第１容器１１及び第２容器１２を真空引きする（Ｓ１２）。
　その後、第６開閉弁Ｘ６及び第７開閉弁Ｘ７を閉じ、第５開閉弁Ｘ５を開け、流体制御機器により設定流量に制御された流体を第１容器１１にのみ導き（Ｓ１３）、第１容器１１内の圧力上昇率を算出する（Ｓ１４）。
　次に、再び第５開閉弁Ｘ５を閉じ、第６開閉弁Ｘ６及び第７開閉弁Ｘ７を開け、第１容器１１及び第２容器１２を真空引きする（Ｓ１５）。
　その後、第７開閉弁Ｘ７を閉じ、第６開閉弁Ｘ６を開けたまま、第５開閉弁Ｘ５を開け、流体制御機器により設定流量に制御された流体を第１容器１１及び第２容器１２に導き（Ｓ１６）、第２容器１２内の圧力上昇率を算出する（Ｓ１７）。以後は、前記実施形態と同様に、流量制御機器ＭＦＣを調整することができる（Ｓ１８～２０）。
　このようは方法であっても、前記実施形態と同様に、流体の実流量Ｑ及び配管部材Ｌの容積Ｘを未知数とした連立方程式を得ることができ、配管部材Ｌの容積Ｘを簡単に求めることができる。
　別の校正方法としては、図５に示すように、流量制御機器により設定流量に制御された流体を所定の第１温度に温調して容器に導き、容器内の圧力上昇率を算出し、その後、流量制御機器により前記設定流量に制御された流体を第１温度とは異なる第２温度に温調して容器に導き、容器内の圧力上昇率を算出しても良い。
　この場合、前記実施形態の式（２）におけるＴの値に第１温度と第２温度とを代入することで、これにより得られる実流量Ｑが同じであるという条件において、前記実施形態と同様に、流体の実流量Ｑ及び配管部材Ｌの容積Ｘを未知数とした連立方程式を得ることができる。
　さらに別の校正方法としては、図６に示すように、所定の圧縮係数を有する第１流体を流量制御機器により設定流量に制御して容器に導き、容器内の圧力上昇率を算出し、その後、第１流体とは異なる圧縮係数を有する第２流体を流量制御機器により前記設定流量に制御して容器に導き、容器内の圧力上昇率を算出しても良い。
　この場合、前記実施形態の式（２）におけるＣｃｏｍｐの値に第１流体及び第２流体それぞれの圧縮係数についての補正係数を代入することで、これにより得られる実流量Ｑが同じであるという条件において、前記実施形態と同様に、流体の実流量Ｑ及び配管部材Ｌの容積Ｘを未知数とした連立方程式を得ることができる。
　なお、図５や図６に示す方法であっても、配管部材の容積を簡単に求めることができ、しかも必要な容器を１つにすることができるので、校正器の小型化を図れる。
　また、第１算出ステップ及び第２算出ステップにおいて、容積の容積、容器の数、流体の温度、又は流体の種類のうち１つのパラメータのみを変更するのではなく、これらのうちの複数のパラメータを変更しても良い。
　さらに、前記実施形態では、流量制御機器を校正対象としていたが、本発明に係る校正方法や校正機器を、例えば、流量計測機器（マスフローメータ）の校正に適用しても良い。
　この場合、流量計測機器により計測された計測値と、前記実施形態と同様に算出した実流量Ｑとを校正して、実流量Ｑと計測値とが一致するように流量計測機器を調整すれば良い。
　その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
１００・・・校正システム
ＭＦＣ・・・流量制御機器
１０　・・・校正器
２０　・・・情報処理装置２０
Ｐ　　・・・吸引ポンプ
Ｌ　　・・・配管部材
１１　・・・第１容器
１２　・・・第２容器
Ｘ１　・・・第１開閉弁
Ｘ２　・・・第２開閉弁
Ｘ３　・・・第３開閉弁
Ｘ４　・・・第４開閉弁
Ｐ１　・・・第１圧力計
Ｔ１　・・・第１温度計
Ｐ２　・・・第２圧力計
Ｔ２　・・・第２温度計
　本発明によれば、流量制御機器や流量計測機器を従来に比べて簡単に且つ精度良く校正することができる。
 

Claims (6)

  1. 　流量制御機器により所定の設定流量に制御した流体を配管部材を介して容器に導き、当該容器内の圧力の時間変化率を算出する第１算出ステップと、
    　流体が導かれる容器の容積、流体が導かれる容器の数、流体の温度、又は流体の種類の何れかを前記第１算出ステップとは異ならせて、前記流量制御機器により前記設定流量に制御した流体を配管部材を介して容器に導き、当該容器内の圧力の時間変化率を算出する第２算出ステップと、
    　前記第１算出ステップにおいて算出された圧力の時間変化率及び前記第２算出ステップにおいて算出された圧力の時間変化率に基づいて前記配管部材の容積を算出する管容積算出ステップとを備える算出方法。
  2. 　容積が互いに異なる第１容器及び第２容器を並列に接続し、
    　前記第１算出ステップにおいて、前記流量制御機器により前記設定流量に制御された流体を、第２容器に導くことなく、第１容器に導き、
    　前記第２算出ステップにおいて、前記流量制御機器により前記設定流量に制御された流体を、前記第１容器に導くことなく、前記第２容器に導く、請求項１記載の算出方法。
  3. 　第１容器及び第２容器を直列に接続し、
    　前記第１算出ステップにおいて、前記流量制御機器により前記設定流量に制御された流体を、第２容器に導くことなく、第１容器に導き、
    　前記第２算出ステップにおいて、前記流量制御機器により前記設定流量に制御された流体を、前記第１容器及び前記第２容器に導く、請求項１記載の算出方法。
  4. 　前記管容積算出ステップにおいて算出された前記配管部材の容積を用いて、前記流量制御機器により制御された流体の実流量を算出する実流量算出ステップをさらに備える、請求項１記載の算出方法。
  5. 　流量制御機器が配管部材を介して接続される校正器であって、
    　前記流量制御機器により所定の設定流量に制御された流体が導かれる少なくとも２つの容器を備え、
    　前記流量制御機器により前記設定流量に制御された流体が導かれる容器の容積又は数を変更可能に構成されている校正器。
  6. 　流量計測機器により流量計測された流体を配管部材を介して容器に導き、当該容器内の圧力の時間変化率を算出する第１算出ステップと、
    　流体が導かれる容器の容積、流体が導かれる容器の数、流体の温度、又は流体の種類の何れかを前記第１算出ステップとは異ならせて、前記流量計測機器により流量計測された流体を配管部材を介して容器に導き、当該容器内の圧力の時間変化率を算出する第２算出ステップと、
    　前記第１算出ステップにおいて算出された圧力の時間変化率及び前記第２算出ステップにおいて算出された圧力の時間変化率に基づいて前記配管部材の容積を算出する管容積算出ステップとを備える算出方法。
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