專利名稱：差壓式流量計(jì)及差壓式流量控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在半導(dǎo)體制造設(shè)備或化學(xué)設(shè)備、食品制造設(shè)備等中使用的差壓式流量計(jì)及差壓式流量控制裝置(以下，稱為差壓式流量計(jì)等)的改進(jìn)，涉及下述差壓式流量計(jì)等，其可以在所謂在線(in line)狀態(tài)下使用，而且即使是真空下的小流量區(qū)域也可以高精度地實(shí)時(shí)計(jì)測(cè)或控制處于鄰界狀態(tài)或非鄰界狀態(tài)的流體的流量，價(jià)格便宜且構(gòu)造簡(jiǎn)單。
背景技術(shù)：
一直以來，在半導(dǎo)體制造設(shè)備或化學(xué)設(shè)備中，對(duì)過程氣體和原料氣體等的流量測(cè)定或流量控制大多使用質(zhì)量流型流量計(jì)(熱式質(zhì)量流量計(jì))等和組合(build up)式流量計(jì)等、差壓式流量計(jì)等。
但是，熱式質(zhì)量流量計(jì)存在以下很多缺點(diǎn)響應(yīng)性低；在低流量區(qū)域內(nèi)的測(cè)定精度低；工作時(shí)的故障多；對(duì)被控制氣體的種類有限制及容易受壓力變動(dòng)的影響等。
同樣，組合式流量計(jì)等存在的問題是難以進(jìn)行實(shí)時(shí)的流量測(cè)定或流量控制；不能在在線狀態(tài)下使用；對(duì)被控制氣體的壓力有限制及用于測(cè)定時(shí)需要另外的線路等。
而與此相對(duì)，利用孔口測(cè)流計(jì)和壓力計(jì)的差壓式流量計(jì)等具有以下優(yōu)良的功用對(duì)被控制氣體的種類幾乎沒有限制，可以在在線狀態(tài)下使用，而且可以進(jìn)行實(shí)時(shí)的流量計(jì)測(cè)或流量控制。
但是，這種差壓式流量計(jì)等都是將從伯努利定理導(dǎo)出的流量運(yùn)算式作為基礎(chǔ)，通過對(duì)其加以各種修正來運(yùn)算流體流量的，而其中所述伯努利定理是以流體為非壓縮性流體作為前提的，因此，存在的缺點(diǎn)是，在流體的壓力變化大的情況下(即，流體是非壓縮性流體這一近似不再成立的情況下)，不能避免流量的測(cè)定精度和控制精度的大幅度降低，結(jié)果，不能進(jìn)行高精度的流量計(jì)測(cè)或流量控制。
作為解決上述差壓式流量計(jì)等的缺點(diǎn)的方案，開發(fā)并公開了下述壓力式流量計(jì)等，其強(qiáng)制性地設(shè)定孔口測(cè)流計(jì)上游側(cè)壓力P1和孔口測(cè)流計(jì)下游側(cè)壓力P2，使得通過孔口測(cè)流計(jì)的流體達(dá)到鄰界條件，即流體流速達(dá)到音速區(qū)域，用Q＝KP1的理論式運(yùn)算在該鄰界條件下流體的流量Q(特開平10-55218號(hào)等)。
但是，即使是該壓力流量計(jì)等，在流體處于小流量區(qū)域(即，孔口測(cè)流計(jì)上游側(cè)壓力P1和下游側(cè)壓力P2接近的狀態(tài))時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)非鄰界條件，結(jié)果，流量測(cè)定值Q或流量控制值Q中含有很大的誤差。
即，以往的差壓式流量計(jì)(或壓力式流量計(jì))等，用根據(jù)伯努利定理、假設(shè)流體是非壓縮性流體而導(dǎo)出的流量運(yùn)算式，在流體達(dá)到音速前的非鄰界條件下(非音速區(qū)域)，用Qc＝SC[P2(P1-P2)]1/2/T1/2求出下游側(cè)流量Q，另外在達(dá)到音速后的鄰界條件下(音速區(qū)域)，用Qc＝SCP1/T1/2運(yùn)算下游側(cè)流量Q。其中T為流體通過孔口測(cè)流計(jì)時(shí)的絕對(duì)溫度，S為孔口測(cè)流計(jì)截面積，C為比例系數(shù)。
另外，用壓力比P2/P1的鄰界值rc定義流體速度達(dá)到音速的鄰界條件，用氣體的比熱容比n，根據(jù)P2/P1＝rc＝[2/(n+1)]n/(n-1)求出該鄰界值rc。
又，用n＝Cp/Cv定義比熱容比，Cp為定壓比熱容，Cv為定容比熱容。在2原子分子氣體的情況下，n＝7/5＝1.4，rc＝0.53。另外，在非直線型3原子分子氣體的情況下，n＝8/6＝1.33，rc＝0.54。
但是，以前本申請(qǐng)的發(fā)明人等為了改進(jìn)上述以往的差壓式流量計(jì)(或壓力式流量計(jì))存在的問題，對(duì)根據(jù)將在非鄰界條件下使用的流體視為非壓縮性流體而導(dǎo)出的以往的理論流量式Q得到的運(yùn)算流量值、與實(shí)際的流量測(cè)定值進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)以前的理論流量式Qc＝SC/T1/2[P2(P1-P2)]1/2，導(dǎo)出具有多個(gè)參數(shù)的實(shí)驗(yàn)流量式Qc’＝SC/T1/2·P2m(P1-P2)n＝KP2m(P1-P2)n，確定上述參數(shù)m、n，使得根據(jù)該實(shí)驗(yàn)流量Qc’得到的運(yùn)算流量值與實(shí)測(cè)值一致，由此提出了可更好地適合于壓縮性流體的實(shí)驗(yàn)流量式Qc’，特愿2001-399433號(hào)公開了該方案。
另外，在上述實(shí)驗(yàn)流量式Qc’中，用SC/T1/2定義比例常數(shù)K，根據(jù)氣流的物質(zhì)條件和絕對(duì)溫度T進(jìn)行計(jì)算。P1表示孔口測(cè)流計(jì)上游側(cè)壓力，P2表示孔口測(cè)流計(jì)下游側(cè)壓力，單位為KPaA(千帕斯卡絕對(duì)壓力)。在計(jì)測(cè)流量范圍為10～30sccm(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下cc/min單位的流量)的區(qū)域中，得到了上述參數(shù)m、n的值為m＝0.47152，n＝0.59492。
上述兩個(gè)參數(shù)m、n的值取決于要計(jì)測(cè)的流量范圍、氣體種類，上述的m＝0.47152和n＝0.59492的值是流量在10～30sccm的區(qū)域中成立的值，但若流量范圍為10～100sccm或100～1000sccm，則m和n的值偏離這些值。
圖14是利用了上述實(shí)驗(yàn)流量式Qc’的改進(jìn)型壓力式流量控制裝置的構(gòu)成圖，是本申請(qǐng)的發(fā)明人等先前作為特愿2001-399433號(hào)公開了的裝置。另外，該圖14的裝置是作為流量控制裝置構(gòu)成的，但如果省略控制閥21和閥驅(qū)動(dòng)部22、流量比較部23e，則成為差壓式流量計(jì)，這可容易理解。
在圖14中，附圖標(biāo)記20為孔口測(cè)流計(jì)，附圖標(biāo)記21為控制閥，附圖標(biāo)記22為閥驅(qū)動(dòng)部，附圖標(biāo)記23為控制電路，附圖標(biāo)記23a為壓力比運(yùn)算部，附圖標(biāo)記23b為壓力比運(yùn)算部，附圖標(biāo)記23c為流量運(yùn)算部，附圖標(biāo)記23d為流量運(yùn)算部，附圖標(biāo)記23e為流量比較部，附圖標(biāo)記P1為孔口測(cè)流計(jì)上游側(cè)流體壓力檢測(cè)器，附圖標(biāo)記P2為孔口測(cè)流計(jì)下游側(cè)流體壓力檢測(cè)器，附圖標(biāo)記T為流體溫度檢測(cè)器，附圖標(biāo)記Qs為流量設(shè)定值信號(hào)，附圖標(biāo)記ΔQ為流量差信號(hào)，Qc’為流量運(yùn)算值。
在該裝置中，首先根據(jù)檢測(cè)出的上游側(cè)壓力P1和下游側(cè)壓力P2計(jì)算出壓力比P2/P1(23a)，不斷判斷流體處于鄰界條件還是處于非鄰界條件(23b)，在鄰界條件下利用流量式Qc＝KP1(23c)、在非鄰界條件下利用實(shí)驗(yàn)流量式Qc’＝KP2m(P1-P2)n進(jìn)行流量運(yùn)算。
如上所述，用[2/(n+1)]n/(n-1)定義鄰界值rc(其中，n為氣體的比熱容比)，若是2原子分子氣體，則rc＝0.53，若是非直線型3原子分子氣體，則rc＝0.54，表示為rc＝約0.5。
另外，在流量比較部23a中計(jì)算設(shè)定流量Qs與運(yùn)算流量Qc的流量差ΔQ，使閥驅(qū)動(dòng)部22動(dòng)作，對(duì)控制閥21進(jìn)行開閉控制，以使流量差ΔQ達(dá)到零，但在作為流量計(jì)使用的情況下，如上所述，不需要流量比較部23e和控制閥21、閥驅(qū)動(dòng)部22。
圖15的曲線A是表示用上述圖14的改進(jìn)后的壓力式流量計(jì)等得到的流量測(cè)定或流量控制特性，另外，曲線B是表示以往用在鄰界條件下利用Qc＝KP1的壓力式流量計(jì)等得到的流量測(cè)定或流量控制特性。由圖15可知，若用圖14的改進(jìn)后的壓力式流量計(jì)等，由于在鄰界條件下用鄰界條件的流量式Qc＝KP1，而在非鄰界條件下用非鄰界條件的實(shí)驗(yàn)流量式Qc’＝KP2m(P1-P2)n，故而可以計(jì)算出與設(shè)定流量成比例的準(zhǔn)確的流量Q，如圖15的曲線A所示那樣可保持流量Q相對(duì)于設(shè)定％的直線性，即使在流量少的區(qū)域，也可進(jìn)行精度比較高的流量測(cè)定和流量控制。
特公昭59-19365號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)2]特公昭59-19366號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)3]特開平10-55218號(hào)公報(bào)發(fā)明內(nèi)容上述圖14所示的改進(jìn)型壓力式流量計(jì)等，如果是如圖15的曲線A所示那樣到最大流量的約10％左右的小流量區(qū)域，可以進(jìn)行比較高精度的流量測(cè)定或流量控制，具有優(yōu)良的實(shí)用用途。
但是，存在的問題是，若流量區(qū)域?yàn)樽畲罅髁康募s10％以下的小流量區(qū)域，則在現(xiàn)實(shí)中不能得到實(shí)用的流量測(cè)定和流量控制精度。
另外，該改進(jìn)型壓力式流量計(jì)等還有這樣的缺點(diǎn)，即，孔口測(cè)流計(jì)下游側(cè)的壓力P2為約200 Torr以下的真空時(shí)，則相對(duì)于基準(zhǔn)設(shè)定流量的測(cè)定誤差Error(％SP或％FS)比較大，在實(shí)用上產(chǎn)生各種問題。
本發(fā)明正是要解決以前本申請(qǐng)發(fā)明人等開發(fā)的改進(jìn)型壓力式流量計(jì)等的上述問題，提供下述的差壓式流量計(jì)等，其可以在從最大流量(100％)到最大流量的約1％左右的廣的流量范圍內(nèi)進(jìn)行高精度的流量測(cè)定或流量控制，并且，即使在孔口測(cè)流計(jì)下游側(cè)的壓力P2為真空且其產(chǎn)生變動(dòng)的情況下，也可以通過將預(yù)先根據(jù)實(shí)測(cè)求出的誤差數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置內(nèi)，參照該修正數(shù)據(jù)對(duì)流量運(yùn)算值進(jìn)行修正，從而進(jìn)行高精度的流量測(cè)定或流量控制，而且構(gòu)造簡(jiǎn)單，可以廉價(jià)地制造。
技術(shù)方案1的發(fā)明以下述差壓式流量計(jì)為發(fā)明的基本構(gòu)成，其包括孔口測(cè)流計(jì)、孔口測(cè)流計(jì)上游側(cè)的壓力P1的檢測(cè)器、孔口測(cè)流計(jì)下游側(cè)的流體壓力P2的檢測(cè)器、孔口測(cè)流計(jì)上游側(cè)的流體溫度T的檢測(cè)器、及利用來自上述各檢測(cè)器的檢測(cè)壓力P1、P2和檢測(cè)溫度T來運(yùn)算流過孔口測(cè)流計(jì)的流體流量Q的控制運(yùn)算電路，其中，根據(jù)Q＝C1·P1/T·[(P2/P1)m-(P2/P1)n]1/2(其中，C1為比例常數(shù)，m和n為常數(shù))來運(yùn)算上述流體流量Q。
技術(shù)方案2的發(fā)明以下述差壓式流量計(jì)為發(fā)明的基本構(gòu)成，其包括孔口測(cè)流計(jì)、孔口測(cè)流計(jì)上游側(cè)的流體壓力P1的檢測(cè)器、孔口測(cè)流計(jì)下游側(cè)的流體壓力P2的檢測(cè)器、孔口測(cè)流計(jì)上游側(cè)的流體溫度T的檢測(cè)器、及利用來自上述各檢測(cè)器的檢測(cè)壓力P1、P2和檢測(cè)溫度T來運(yùn)算流體流量Q的控制運(yùn)算電路，其中，在上述控制運(yùn)算電路中設(shè)有流量運(yùn)算電路、修正數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路及流量修正運(yùn)算電路，與孔口測(cè)流計(jì)下游側(cè)壓力P2的變動(dòng)相應(yīng)地對(duì)運(yùn)算出來的流體流量Q進(jìn)行修正，并將修正后的流量值Q’輸出，其中，所述流量運(yùn)算電路根據(jù)Q＝C1·P1/T·[(P2/P1)m-(P2/P1)n]1/2(其中，C1為比例常數(shù)，m和n為常數(shù))來運(yùn)算流體流量Q，所述修正數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路存儲(chǔ)預(yù)先根據(jù)實(shí)測(cè)求出的孔口測(cè)流計(jì)下游側(cè)壓力P2的變動(dòng)與上述流體流量Q的流量誤差Error的關(guān)系，所述流量修正運(yùn)算電路利用來自修正數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路的修正用數(shù)據(jù)來修正上述運(yùn)算出來的流體流量Q。
技術(shù)方案3的發(fā)明，在技術(shù)方案2的發(fā)明中，在控制運(yùn)算電路中設(shè)有壓力比運(yùn)算電路、鄰界條件判定電路及第2流量運(yùn)算電路，流體處于鄰界條件下時(shí)，將通過上述第2流體運(yùn)算電路運(yùn)算出來的流體流量Q輸出，另外，流體處于非鄰界條件下時(shí)，從流量修正運(yùn)算電路輸出修正后的流量值Q’，其中，所述壓力比運(yùn)算電路運(yùn)算孔口測(cè)流計(jì)上游側(cè)的流體壓力P1與孔口測(cè)流計(jì)下游側(cè)的流體壓力P2之比，所述鄰界條件判定電路對(duì)上述運(yùn)算出來的壓力比和流體的鄰界壓力比進(jìn)行對(duì)比而判別流體的狀態(tài)，所述第2流量運(yùn)算電路在流體處于鄰界條件下時(shí)根據(jù)Q＝KP1(其中，K為比例常數(shù))來運(yùn)算流體流量Q。
技術(shù)方案4的發(fā)明以下述差壓式流量計(jì)為發(fā)明的基本構(gòu)成，其將測(cè)定最大流量的100～10％的流量區(qū)域的差壓式流量計(jì)、和測(cè)定最大流量的10％～1％的流量區(qū)域的差壓式流量計(jì)組合，與上述各流量區(qū)域相應(yīng)地，通過切換閥將應(yīng)測(cè)定的流體向上述各差壓流量計(jì)切換供給，由此，在較廣的流量區(qū)域內(nèi)進(jìn)行高精度的流量測(cè)定。
技術(shù)方案5的發(fā)明，在技術(shù)方案4所述的發(fā)明中，各差壓式流量計(jì)為下述差壓式流量計(jì)，其包括孔口測(cè)流計(jì)、孔口測(cè)流計(jì)上游側(cè)的流體壓力P1的檢測(cè)器、孔口測(cè)流計(jì)下游側(cè)的流體壓力P2的檢測(cè)器、孔口測(cè)流計(jì)上游側(cè)的流體溫度T的檢測(cè)器、用來自上述各檢測(cè)器的檢測(cè)壓力P1、P2和檢測(cè)溫度T運(yùn)算流體流量Q的控制運(yùn)算電路，并且根據(jù)Q＝C1·P1/T·[(P2/P1)m-(P2/P1)n]1/2(其中，C1為比例常數(shù)，m和n為常數(shù))運(yùn)算上述流體流量Q。
技術(shù)方案6的發(fā)明，在技術(shù)方案4的發(fā)明中，各差壓式流量計(jì)為下述差壓式流量計(jì)，其包括孔口測(cè)流計(jì)、孔口測(cè)流計(jì)上游側(cè)的流體壓力P1的檢測(cè)器、孔口測(cè)流計(jì)下游側(cè)的流體壓力P2的檢測(cè)器、孔口測(cè)流計(jì)上游側(cè)的流體溫度T的檢測(cè)器、用來自上述各檢測(cè)器的檢測(cè)壓力P1、P2和檢測(cè)溫度T運(yùn)算流體流量Q的控制運(yùn)算電路，并且，在上述控制運(yùn)算電路中設(shè)有根據(jù)Q＝C1·P1/T·[(P2/P1)m-(P2/P1)n]1/2(其中，C1為比例常數(shù)，m和n為常數(shù))運(yùn)算流體流量Q的流量運(yùn)算電路、存儲(chǔ)預(yù)先根據(jù)實(shí)測(cè)求出的孔口測(cè)流計(jì)下游側(cè)壓力P2的變動(dòng)與上述流體流量Q的流量誤差Error的關(guān)系的修正數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路、以及利用來自修正數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路的修正用數(shù)據(jù)對(duì)上述運(yùn)算出來的流體流量Q進(jìn)行修正的流量修正運(yùn)算電路，與孔口測(cè)流計(jì)下游側(cè)壓力P2的變動(dòng)相應(yīng)地對(duì)運(yùn)算出來的流體流量Q進(jìn)行修正，將修正后的流量值Q’輸出。
技術(shù)方案7的發(fā)明以下述差壓式流量計(jì)為基本構(gòu)成，其包括閥主體12，分別設(shè)有流體入口a、流體出口b、第1切換閥10的安裝孔17a、第2切換閥11的安裝孔17b、孔口測(cè)流計(jì)上游側(cè)的流體壓力檢測(cè)器2的安裝孔18a、孔口測(cè)流計(jì)下游側(cè)的流體壓力檢測(cè)器3的安裝孔18b、及孔口測(cè)流計(jì)上游側(cè)的流體溫度檢測(cè)器4的安裝孔；流體通路16a、16b、16e，穿設(shè)在上述閥主體12內(nèi)部，將流體入口a、第1切換閥10的安裝孔17a的底面、孔口測(cè)流計(jì)上游側(cè)的流體壓力檢測(cè)器2的安裝孔18a、和第2切換閥11的安裝孔17b的底面直接連通；流體通路16f，將第1切換閥安裝孔17a的底面和第2切換閥11的安裝孔17b的底面連通；流體通路16c，將第2切換閥11的安裝孔17b的底面和孔口測(cè)流計(jì)下游側(cè)的流體壓力檢測(cè)器3的安裝孔18b的底面連通；流體通路16d，將孔口測(cè)流計(jì)下游側(cè)的流體壓力檢測(cè)器3的安裝孔18b的底面和流體出口b連通；孔口測(cè)流計(jì)上游側(cè)的流體壓力檢測(cè)器2和孔口測(cè)流計(jì)下游側(cè)的流體壓力檢測(cè)器3，固定在上述各安裝孔18a、18b上；孔口測(cè)流計(jì)上游側(cè)的流體溫度檢測(cè)器4；第1切換閥10，開閉上述流體通路16e和流體通路16f之間；第2切換閥11，開閉上述流體通路16b和流體通路16c之間；小流量用的孔口測(cè)流計(jì)1’，加設(shè)在上述流體通路16f的中途；大流量用的孔口測(cè)流計(jì)1”，加設(shè)在上述流體通路16a或流體通路16b上；控制運(yùn)算電路，根據(jù)上述兩壓力檢測(cè)器2、3的檢測(cè)壓力P1·P2及溫度檢測(cè)器4的檢測(cè)溫度T而用Q＝C1·P1/T·[(P2/P1)m-(P2/P1)n]1/2運(yùn)算流過小流量用孔口測(cè)流計(jì)1’和大流量用孔口測(cè)流計(jì)1”的流體流量Q；通過將上述第1切換閥10關(guān)閉且將第2切換閥11打開而對(duì)應(yīng)測(cè)定流量的大流量區(qū)域進(jìn)行測(cè)定，另外，通過將上述第1切換閥10打開且將第2切換閥11關(guān)閉而對(duì)小流量區(qū)域進(jìn)行測(cè)定。
技術(shù)方案8的發(fā)明，在技術(shù)方案7的發(fā)明中，通過將第1切換閥10關(guān)閉且將第2切換閥打開而對(duì)最大流量的100～10％的流量區(qū)域進(jìn)行測(cè)定，另外，通過將第1切換閥10打開且將第2切換閥11關(guān)閉而對(duì)最大流量的10％～1％的流量區(qū)域進(jìn)行測(cè)定。
技術(shù)方案9的發(fā)明，在技術(shù)方案4或技術(shù)方案7的發(fā)明中，第1切換閥10和第2切換閥11中的某一個(gè)為常閉型的閥，另一個(gè)為常開型的閥，并且，從一臺(tái)控制用電磁閥Mv向兩個(gè)切換閥10、11的驅(qū)動(dòng)用壓力缸10a、11a供給工作用流體。
技術(shù)方案10的發(fā)明，在技術(shù)方案7或技術(shù)方案8的發(fā)明中，兩個(gè)差壓式流量計(jì)共用孔口測(cè)流計(jì)上游側(cè)的壓力檢測(cè)器2、孔口測(cè)流計(jì)下游側(cè)的壓力檢測(cè)器3及孔口測(cè)流計(jì)上游側(cè)的溫度檢測(cè)器4。
技術(shù)方案11的發(fā)明為一種差壓式流量控制裝置，包括具有閥驅(qū)動(dòng)部的控制閥部、設(shè)在其下游側(cè)的孔口測(cè)流計(jì)、孔口測(cè)流計(jì)上游側(cè)的壓力P1的檢測(cè)器、孔口測(cè)流計(jì)下游側(cè)的流體壓力P2的檢測(cè)器、孔口測(cè)流計(jì)上游側(cè)的流體溫度T的檢測(cè)器、和控制運(yùn)算電路，所述控制運(yùn)算電路利用來自前述各檢測(cè)器的檢測(cè)壓力P1、P2及檢測(cè)溫度T來運(yùn)算流過孔口測(cè)流計(jì)的流體流量Q，并且備有運(yùn)算運(yùn)算流量Q與設(shè)定流量Qs的差的流量比較電路，其特征在于，根據(jù)Q＝C1·P1/T·[(P2/P1)m-(P2/P1)n]1/2(其中，C1為比例常數(shù)，m和n為常數(shù))運(yùn)算上述流體流量Q。
技術(shù)方案12的發(fā)明為一種差壓式流量控制裝置，包括具有閥驅(qū)動(dòng)部的控制閥部、設(shè)在其下游側(cè)的孔口測(cè)流計(jì)、孔口測(cè)流計(jì)上游側(cè)的流體壓力P1的檢測(cè)器、孔口測(cè)流計(jì)下游側(cè)的流體壓力P2的檢測(cè)器、孔口測(cè)流計(jì)上游側(cè)的流體溫度T的檢測(cè)器、和控制運(yùn)算電路，所述控制運(yùn)算電路利用來自前述各檢測(cè)器的檢測(cè)壓力P1、P2及檢測(cè)溫度T來運(yùn)算流體流量Q，并且備有運(yùn)算運(yùn)算流量Q與設(shè)定流量Qs的差的流量比較電路，其特征在于，在上述控制運(yùn)算電路中設(shè)有根據(jù)Q＝C1·P1/T·[(P2/P1)m-(P2/P1)n]1/2(其中，C1為比例常數(shù)，m和n為常數(shù))運(yùn)算流體流量Q的流量運(yùn)算電路、存儲(chǔ)預(yù)先根據(jù)實(shí)測(cè)求出的孔口測(cè)流計(jì)下游側(cè)壓力P2的變動(dòng)與上述流體流量Q的流量誤差Error的關(guān)系的修正數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路、以及根據(jù)來自修正數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路的修正用數(shù)據(jù)而對(duì)上述運(yùn)算出來的流體流量Q進(jìn)行修正的流量修正運(yùn)算電路，與孔口測(cè)流計(jì)下游側(cè)壓力P2的變動(dòng)相應(yīng)地對(duì)運(yùn)算出來的流體流量Q進(jìn)行修正，將修正后的流量值Q’輸入上述流量比較電路，運(yùn)算流量差ΔS＝Q’-Qs。
技術(shù)方案13的發(fā)明，在技術(shù)方案12的發(fā)明中，在控制運(yùn)算電路中設(shè)有運(yùn)算孔口測(cè)流計(jì)上游側(cè)的流體壓力P1與孔口測(cè)流計(jì)下游側(cè)的流體壓力P2之比的壓力比運(yùn)算電路、對(duì)上述運(yùn)算出來的壓力比與流體的鄰界壓力比進(jìn)行對(duì)比而判別流體的狀態(tài)的鄰界條件判定電路、以及在流體處于鄰界條件下時(shí)根據(jù)Q＝KP1(其中，K為比例常數(shù))運(yùn)算流體流量Q的第2流量運(yùn)算電路，在流體處于鄰界條件下時(shí)，將利用上述第2流量運(yùn)算電路運(yùn)算出來的流體流量Q輸入上述流量比較電路，另外，在流體處于非鄰界條件下時(shí)，從流量修正運(yùn)算電路將修正后的流量值Q’輸入上述流量比較電路。
發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，大幅度地簡(jiǎn)化了差壓式流量計(jì)等的構(gòu)造本身，并且利用新的實(shí)驗(yàn)流量運(yùn)算式進(jìn)行流量運(yùn)算，所述新的實(shí)驗(yàn)流量運(yùn)算式能夠得到以極高精度與實(shí)測(cè)值一致的運(yùn)算流量值，因此，可以廉價(jià)地制造，并且能夠以在線的形態(tài)，在安裝姿勢(shì)不受限制的情況下使用，而且相對(duì)于壓力的變動(dòng)，控制流量也幾乎不受影響，可以實(shí)時(shí)地進(jìn)行高精度的流量計(jì)測(cè)或流量控制。
另外，在本發(fā)明中，在控制運(yùn)算電路中設(shè)有相對(duì)于壓力變動(dòng)的修正數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)電路、和利用該電路的運(yùn)算流量的修正電路，因此，即使在孔口測(cè)流計(jì)二次側(cè)產(chǎn)生壓力變動(dòng)，也可簡(jiǎn)單地對(duì)其影響進(jìn)行修正，即使在孔口測(cè)流計(jì)二次側(cè)的壓力P2接近真空(50Torr以下的低壓)的狀態(tài)的條件下，也可在幾乎不受壓力變動(dòng)影響的情況下進(jìn)行高精度的流量計(jì)測(cè)或流量控制。
又，在本發(fā)明中，將小流量用的差壓式流量計(jì)和大流量用的差壓式流量計(jì)有機(jī)地一體組裝起來，因此，通過使兩個(gè)差壓流量計(jì)切換工作，可以在從額定流量(100％)到額定流量的1％左右的小流量(1％)的較廣流量范圍內(nèi)，連續(xù)地進(jìn)行誤差Error(％SP)為1(％SP)以下的高精度的流量計(jì)測(cè)。
而且，在本發(fā)明中，可以用一個(gè)系統(tǒng)的控制用信號(hào)Sc自動(dòng)地進(jìn)行小流量用的差壓式流量計(jì)和大流量用的差壓式流量計(jì)的切換動(dòng)作，可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)。
本發(fā)明如上所述，盡管是簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的廉價(jià)的差壓式流量計(jì)等，但具有下述優(yōu)良的使用功用，即、即使在100Torr以下的氣體使用條件下，也可以在較廣范圍的流量區(qū)域內(nèi)高精度地計(jì)測(cè)所有種類的氣體的流量或進(jìn)行流量控制。


圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式1的差壓式流量計(jì)的基本構(gòu)成圖。
圖2是表示圖1的差壓式流量計(jì)的誤差特性的圖表。
圖3是表示孔口測(cè)流計(jì)下游側(cè)壓力P2為真空的情況下，使二次側(cè)管路阻力變化時(shí)其與“流量和二次側(cè)壓力的誤差”的關(guān)系的圖表。
圖4是表示為得到圖3的數(shù)據(jù)而利用的測(cè)定電路的圖。
圖5是本發(fā)明的實(shí)施方式2的差壓式流量計(jì)的基本構(gòu)成圖。
圖6是本發(fā)明的實(shí)施方式3的差壓式流量計(jì)的基本構(gòu)成圖。
圖7是表示本發(fā)明的實(shí)施方式4的差壓式流量計(jì)整體構(gòu)成的系統(tǒng)圖。
圖8是本發(fā)明實(shí)施方式4的差壓式流量計(jì)的主要部分的剖面概要圖。
圖9是使用常開型和常閉型的切換閥的本發(fā)明差壓式流量計(jì)的切換操作系統(tǒng)的說明圖。
圖10是本發(fā)明差壓式流量控制裝置的實(shí)施方式1的基本構(gòu)成圖。
圖11是本發(fā)明差壓式流量控制裝置的實(shí)施方式2的基本構(gòu)成圖。
圖12是本發(fā)有差壓式流量控制裝置的實(shí)施方式3的基本構(gòu)成圖。
圖13是本發(fā)明差壓式流量控制裝置的實(shí)施方式4的基本構(gòu)成圖。
圖14是以前公開的改進(jìn)型壓力式流量控制裝置的構(gòu)成圖。
圖15是表示以前公開的改進(jìn)型壓力式流量控制裝置的流量特性的圖表。
附圖標(biāo)記說明Q實(shí)驗(yàn)流量運(yùn)算式；Q’修正后流量；Qs設(shè)定流量；SF標(biāo)準(zhǔn)流量控制器(壓力式流量控制裝置)；A差壓式流量計(jì)；V21～V23二次側(cè)控制閥；VP真空排氣泵；a氣體入口；b氣體出口；1孔口測(cè)流計(jì)(orifice)；1’小流量用孔口測(cè)流計(jì)；1”大流量用孔口測(cè)流計(jì)；2孔口測(cè)流計(jì)上游側(cè)的絕對(duì)壓力式壓力檢測(cè)器；3孔口測(cè)流計(jì)下游側(cè)的絕對(duì)壓力式壓力檢測(cè)器；4孔口測(cè)流計(jì)上游側(cè)的氣體絕對(duì)溫度檢測(cè)器；5控制運(yùn)算電路；5a流量運(yùn)算電路；5b修正數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路；5c流量修正運(yùn)算電路；5d壓力比運(yùn)算電路；5e鄰界條件判定電路；5f運(yùn)算鄰界條件下的流量的第2流量運(yùn)算電路；5g設(shè)定流量與運(yùn)算流量的比較電路；5’第1控制運(yùn)算電路；5”第2控制運(yùn)算電路；6流量輸出端子；7電源輸入端子；8氣體供給裝置；9氣體使用裝置(腔)；10第1切換閥；10a驅(qū)動(dòng)用壓力缸；11第2切換閥；11a驅(qū)動(dòng)用壓力缸；12主體；12a氣體入口部件；12b氣體出口部件；12c第1主體部件；12d第2主體部件；13a·13b密封件；14a·14b壓力檢測(cè)器的安裝螺栓；15a·15b隔膜閥機(jī)構(gòu)；16a～16f通路；17a第1切換閥的安裝孔；17b第2切換閥的安裝孔；18a孔口測(cè)流計(jì)上游側(cè)壓力檢測(cè)器的安裝孔；18b孔口測(cè)流計(jì)下游側(cè)壓力檢測(cè)器的安裝孔；21控制閥，22閥驅(qū)動(dòng)部；Mv控制用電磁閥；Sc控制用信號(hào)。
具體實(shí)施例方式
下面，根據(jù)附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。
圖1所示為本發(fā)明的差壓式流量計(jì)的實(shí)施方式1的基本構(gòu)成，該差壓式流量計(jì)包括孔口測(cè)流計(jì)1、孔口測(cè)流計(jì)上游側(cè)的絕對(duì)壓力式壓力檢測(cè)器2、孔口測(cè)流計(jì)下游側(cè)的絕對(duì)壓力式壓力檢測(cè)器3、孔口測(cè)流計(jì)上游側(cè)的氣體的絕對(duì)溫度檢測(cè)器4、控制運(yùn)算電路5、輸出端子6、輸入端子7等。另外，附圖標(biāo)記8為氣體供給裝置，附圖標(biāo)記9為氣體使用裝置(腔)。
在本發(fā)明的差壓式流量計(jì)中，對(duì)于在差壓條件下(即，非鄰界條件下)通過孔口測(cè)流計(jì)1的氣體的流量Q，在上述控制運(yùn)算電路5中用下述(1)式的實(shí)驗(yàn)流量式進(jìn)行運(yùn)算，其運(yùn)算值從輸出端子6向外部輸出。
Q＝C1·P1/T·[(P2/P1)m-(P2/P1)n]1/2......(1)另外，上述的實(shí)驗(yàn)流量式Q是由本申請(qǐng)發(fā)明人將下述流量運(yùn)算式(2)作為基礎(chǔ)而新提出的，該下述流量運(yùn)算式(2)是將以前的連續(xù)方程式作為基礎(chǔ)的。
Qc=S·P1δ·(2gRT·κκ-1((P2P1)2κ-(P2P1)κ+1κ))12---(2)]]>又，在(2)式中，δ為氣體密度，κ為氣體的比熱容比，P1為孔口測(cè)流計(jì)上游側(cè)壓力，P2為孔口測(cè)流計(jì)下游側(cè)壓力，T為氣體溫度，R為氣體常數(shù)，S為孔口測(cè)流計(jì)截面積，該(2)式是公知的。
在本發(fā)明的上述(1)式中，Q為換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的體積流量(SCCM)，C1為包括孔口測(cè)流計(jì)1的截面積S的系數(shù)，P1為孔口測(cè)流計(jì)上游側(cè)的絕對(duì)壓力(Pa)，P2為孔口測(cè)流計(jì)下游的絕對(duì)壓力(Pa)，T為孔口測(cè)流計(jì)上游側(cè)的氣體的絕對(duì)溫度(K)。
另外，m和n是根據(jù)(2)式運(yùn)算N2氣的κ＝1.40而確定的常數(shù)，在孔口測(cè)流計(jì)直徑φ為2.0mmφ、最大流量為2000sccm的流量計(jì)中，上述(1)式的C1＝2680，m＝1.4286，n＝1.7143。
當(dāng)然，該常數(shù)C1、m及n根據(jù)可測(cè)定的氣體種類而變化，但至于N2氣，判定m＝1.4286和n＝1.7143。
圖2是表示圖1的差壓式流量計(jì)(100％設(shè)定值2000sccm)的設(shè)定流量值(％)與壓力P1、P2(Torr)及誤差Error(％SP)的關(guān)系的實(shí)測(cè)值，即使是氣體壓力P1、P2為50Torr以下的真空，如果設(shè)定流量到10(％)(最大流量的10％＝200sccm)左右，則流量誤差Error相對(duì)于設(shè)定流量值(％)來說也為極小的值(1％ SP以下)。
但是，設(shè)定流量值為10(％)以下時(shí)，流量誤差Error達(dá)到-1(％SP)以上，流量測(cè)定值在實(shí)用上產(chǎn)生問題。
圖3是表示本發(fā)明的差壓式流量計(jì)的孔口測(cè)流計(jì)二次側(cè)壓力P2(Torr)與設(shè)定流量(％)、誤差Error(％SP)及二次側(cè)配管條件的關(guān)系的圖表，9a是表示設(shè)定流量(％)為100sccm的情況，9b是表示設(shè)定流量(％)為200sccm的情況，9c是表示設(shè)定流量(％)為400sccm的情況，9d是表示設(shè)定流量(％)為600sccm的情況，9g是表示設(shè)定流量(％)為1200sccm的情況，9j是表示設(shè)定流量(％)為1800sccm的情況，9k是表示設(shè)定流量(％)為2000sccm(100％)的情況。另外，所使用的差壓式流量計(jì)的最大流量(100％)為2000sccm。
另外，在各設(shè)定流量值(％)之中，四方形標(biāo)記表示，如圖3中所示那樣差壓式流量計(jì)的出口側(cè)為配管管路(4.35mmmφ·100mm)而未加設(shè)有閥等的情況下的誤差Error(％SP)；菱形標(biāo)記表示，在差壓式流量計(jì)的出口側(cè)加設(shè)有Cv值為0.3的控制閥時(shí)的誤差Error(％SP)；三角形標(biāo)記表示加設(shè)有Cv值為0.2的控制閥時(shí)的誤差Error(％SP)；圓形標(biāo)記表示加設(shè)有Cv值為0.1的控制閥時(shí)的誤差Error(％SP)。
即，由圖3清楚地示出的那樣，使用壓力條件為真空(50Torr以下)時(shí)，根據(jù)二次側(cè)(孔口測(cè)流計(jì)下游側(cè))的配管條件的不同，壓力P2與流量Q的關(guān)系變動(dòng)很大，結(jié)果，誤差Error(％SP)變化。
因此，調(diào)整差壓式流量計(jì)時(shí)，預(yù)先測(cè)定使二次側(cè)管路阻力(流導(dǎo))變化時(shí)的流量誤差Error(％SP)(圖3的情況為4個(gè)條件×11點(diǎn))，預(yù)先求出用于消除該誤差Error的修正系數(shù)。利用該修正系數(shù)對(duì)在流量運(yùn)算電路5中用實(shí)驗(yàn)流量式(1)運(yùn)算出的流量值Q進(jìn)行修正，這樣，在真空條件下，即使差壓式流量計(jì)的二次側(cè)壓力P2發(fā)生變化時(shí)，也可進(jìn)行更高精度的流量運(yùn)算。
圖4表示用于得到圖3的誤差修正系數(shù)的測(cè)定電路，使用壓力式流量控制裝置作為標(biāo)準(zhǔn)流量控制器SF，并且，為改變二次側(cè)配管條件而安裝自如地設(shè)有控制閥V2，利用該標(biāo)準(zhǔn)流量控制器SF，在100sccm～2000sccm流量區(qū)域間以200sccm的間隔調(diào)整供給氣流量(N2)(合計(jì)11個(gè)點(diǎn))，每次都對(duì)差壓式流量計(jì)A的P1、P2、Q及這時(shí)的孔口測(cè)流計(jì)下游側(cè)的壓力P2進(jìn)行了測(cè)定。
另外，根據(jù)以下四種情況調(diào)整了二次側(cè)管路阻力，即，沒有控制閥V2的情況(用內(nèi)徑4.35mmφ的管路(長(zhǎng)度約100mm)將差壓式流量計(jì)A直接連接到真空泵上時(shí))；將控制閥V2設(shè)為Cv值為0.3的控制閥時(shí)；將控制閥V2設(shè)為Cv值為0.2的控制閥時(shí)；將控制閥V2設(shè)為Cv值為0.1的控制閥時(shí)。
測(cè)定流量如上所述，在100sccm～2000sccm之間設(shè)定了總計(jì)11個(gè)點(diǎn)。
并且，誤差Error(％SP)是根據(jù)(SF的流量值-A的流量值)/SF的流量值×100％計(jì)算出的。
另外，向壓力式流量控制裝置供給的供給壓力P1為約300KpaG，差壓式流量計(jì)A的孔口測(cè)流計(jì)二次側(cè)借助真空排氣泵Vp(3001/min，最高到達(dá)壓力為1.2×10-2Torr)而連續(xù)地抽真空。
例如，首先，從二次側(cè)配管管路將控制閥V2卸下來，只用內(nèi)徑φ＝4.35mm·L＝100mm的直線狀不銹鋼管形成二次側(cè)管路、通過壓力式流量控制裝置SF將供給流量設(shè)為1000sccm時(shí)，差壓式流量計(jì)A的測(cè)定值為約1000sccm，誤差E為零，這時(shí)的二次側(cè)壓力P2為約18Torr。同樣，將從SF供給的供給流量設(shè)為2000sccm時(shí)，差壓式流量計(jì)A的讀數(shù)為1920sccm(誤差E為-4％SP)，這時(shí)的二次側(cè)壓力P2為約29Torr。
同樣地改變二次側(cè)管路的條件時(shí)，即使在從SF供給的供給流量為2000sccm(100％)的條件下，在Cv＝0.3時(shí)，誤差E＝-1％SP及P2＝34.5Torr，在Cv＝0.2時(shí)，誤差E＝-0.05％SP及P2＝40.5Torr。另外，在Cv＝0.1時(shí)，誤差E＝+2％SP及P2＝59.5Torr。
通過對(duì)上述圖3的結(jié)果進(jìn)行整理，相對(duì)于各設(shè)定流量值(％SP)，可以得到如下表那樣的表示孔口測(cè)流計(jì)下游側(cè)壓力P2的變動(dòng)與產(chǎn)生誤差Error(％SP)的關(guān)系的表。


即，在約100Torr以下的真空狀態(tài)下使用的差壓式流量計(jì)中，在孔口測(cè)流計(jì)二次側(cè)壓力P2因某種原因而發(fā)生變動(dòng)時(shí)，用上述表1的修正數(shù)據(jù)來修正差壓式流量計(jì)的實(shí)際測(cè)定值。
例如，如果在2000sccm(100％)的條件下使用中的差壓式流量計(jì)顯示2000sccm作為測(cè)定值，并且這時(shí)的孔口測(cè)流計(jì)下游側(cè)的壓力P2為60Torr，則在測(cè)定值(2000sccm)中含有+2％的誤差Error(％SP)，因此，進(jìn)行+2％的修正，將2000sccm的測(cè)定值修正為1960sccm。
圖5是表示采用上述修正方法的本發(fā)明的基本構(gòu)成的圖，在表示實(shí)施方式1的圖1的差壓式流量計(jì)的控制運(yùn)算電路5中設(shè)有修正數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)電路5b和流量值的修正運(yùn)算電路5c。
即，對(duì)上述流量運(yùn)算電路5a中用流量實(shí)驗(yàn)式Q運(yùn)算出的流量值Q，參照這時(shí)的孔口測(cè)流計(jì)下游側(cè)壓力P2，從修正數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路5b提取壓力P2下的誤差Error(％SP)，從上述流量運(yùn)算值Q中扣除該誤差Error(％SP)部分而進(jìn)行修正，用修正運(yùn)算電路5c將修正后的接近于真值的流量值Q’從輸出端子6向外部輸出。
圖6是表示本發(fā)明實(shí)施方式3的圖，設(shè)成這樣的方式，即、在圖5的差壓式流量計(jì)中，處于鄰界條件下時(shí)用Q＝KP1的流量式進(jìn)行流量的運(yùn)算，另外，處于非鄰界條件下時(shí)，用圖5的控制運(yùn)算電路5進(jìn)行流量運(yùn)算。
即，如圖6所示，在實(shí)施方式3的差壓式流量計(jì)中，在圖5的控制運(yùn)算電路5中增加了壓力比運(yùn)算電路5d、鄰界條件判定電路5e及鄰界條件下的流量運(yùn)算電路5f，首先，求出孔口測(cè)流計(jì)上游側(cè)壓力P1和下游側(cè)壓力P2之比(γ)，對(duì)壓力比γ和鄰界壓力比γc的大小進(jìn)行比較，處于鄰界條件下時(shí)用Q＝KP1進(jìn)行流量運(yùn)算，并輸出運(yùn)算值。
另外，處于非鄰界條件下時(shí)，用流量式Q＝C1·P1/T·[(P2/P1)m-(P2/P1)n]1/2運(yùn)算流量，并用流量修正運(yùn)算電路5c對(duì)運(yùn)算值Q進(jìn)行修正后，從輸出端子6輸出修正后的流量值Q’。
另一方面，在上述實(shí)施方式1至實(shí)施方式3中，即使利用實(shí)驗(yàn)流量運(yùn)算式Q、或進(jìn)行流量運(yùn)算值Q的修正Q’，能將流量測(cè)定值的誤差Error控制在可實(shí)用的范圍內(nèi)[例如1(％SP)以下]的范圍也只是到流量范圍100～10(％)，流量為10(％)以下時(shí)，即使進(jìn)行修正，也難以將誤差Error保持在1(％SP)以下。
于是，在本申請(qǐng)發(fā)明的實(shí)施方式4中，設(shè)成下述構(gòu)成，即、將上述實(shí)施方式1至實(shí)施方式3的流量范圍不同的兩組差壓式流量計(jì)組合起來，并使上述二組差壓式流量計(jì)進(jìn)行切換動(dòng)作，這樣，作為整體來說，在流量為100(％)～1(％)的大的流量范圍內(nèi)可始終進(jìn)行誤差Error為1(％SP)以下的高精度的流量測(cè)定。
圖7所示為實(shí)施方式4的差壓式流量計(jì)的整體構(gòu)成圖，在圖7中，附圖標(biāo)記10為第1切換閥(NC型)，附圖標(biāo)記11為第2切換閥(NC型)，附圖標(biāo)記a為氣體入口側(cè)，附圖標(biāo)記b為氣體出口側(cè)，附圖標(biāo)記1’為第1孔口測(cè)流計(jì)(小流量用)，附圖標(biāo)記1”為第2孔口測(cè)流計(jì)(大流量側(cè))，附圖標(biāo)記5’為第1控制運(yùn)算電路，附圖標(biāo)記5”為第2控制運(yùn)算電路。
即，由第1孔口測(cè)流計(jì)1’、第1控制運(yùn)算電路5’等構(gòu)成小流量側(cè)的差壓式流量計(jì)(例如10～100sccm流量范圍)，另外，由第2孔口測(cè)流計(jì)1”及第2控制運(yùn)算電路5”等構(gòu)成大流量側(cè)的差壓式流量控制裝置(例如100～1000sccm流量范圍)，利用兩個(gè)差壓式流量控制裝置，在流量范圍為1000sccm(100％)～10sccm(1％)的較廣范圍內(nèi)，以誤差Error為1(％SP)以下的高精度進(jìn)行流量計(jì)測(cè)。
圖8為本發(fā)明實(shí)施方式4的差壓式測(cè)量計(jì)的主要部分的截面概要圖，省略了形成兩個(gè)差壓式流量計(jì)的第1和第2控制運(yùn)算電路5’、5”等。
在圖8中，附圖標(biāo)記12為主體，附圖標(biāo)記13a、13b為密封件，附圖標(biāo)記14a為孔口測(cè)流計(jì)上游側(cè)絕對(duì)壓式力檢測(cè)器2的安裝用螺栓，附圖標(biāo)記14b為孔口測(cè)流計(jì)下游側(cè)絕對(duì)式壓力檢測(cè)器3的安裝用螺栓，附圖標(biāo)記15a、15b為隔膜閥機(jī)構(gòu)，附圖標(biāo)記10a、11a為驅(qū)動(dòng)用壓力缸。
主體12是通過將氣體入口部件12a、氣體出口部件12b、第1主體部件12c及第2主體部件12d氣密狀地組裝起來而形成的，用不銹鋼制造。
另外，在塊狀的第1主體部件12c和第2主體部件12d的上表面?zhèn)却┰O(shè)有第1切換閥10和第2切換閥11的安裝孔17a、17b，并且在其下表面?zhèn)却┰O(shè)有孔口測(cè)流計(jì)上游側(cè)壓力檢測(cè)器2和孔口測(cè)流計(jì)下游側(cè)壓力檢測(cè)器3的安裝孔18a、18b。
在圖8中，雖沒有圖示，但在第1主體部件12c上形成有孔口測(cè)流計(jì)上游側(cè)的氣體溫度檢測(cè)器4的安裝孔。
在各主體部件12c、12d等上分別穿設(shè)有將流體入口a、第1切換閥10的安裝孔17a的底面、孔口測(cè)流計(jì)上游側(cè)壓力檢測(cè)器2的安裝孔18a的底面、和第2切換閥11的安裝孔17b的底面分別連通的流體通路16a、16b、16e；將安裝孔17a和安裝孔17b的各底面間連通的流體通路16f；將安裝孔17b的底面和安裝孔18b的底面連通的流體通路16c；將安裝孔18b的底面和流體出口b連通的流體通路16d。
在流體通路16上設(shè)有小流量用的孔口測(cè)流計(jì)1’，另外，在流體通路16a(或16b)上設(shè)有大流量用的孔口測(cè)流計(jì)1”，在圖8的實(shí)施方式中，各孔口測(cè)流計(jì)1’、1”配置在兩個(gè)主體部件12c、12d的接合面上。
與形成于上述各安裝孔17a、17b的底面上的流體通路16e、16b連通的閥座，通過第1切換閥10和第2切換閥11的閥機(jī)構(gòu)15a、15b開閉，通過開閉各閥座，通路16e與通路16f之間及通路16c與通路16b之間被開閉。
通路16c始終連通兩安裝孔17b、18b之間。
參照?qǐng)D7和圖8，首先，在測(cè)定測(cè)量為大流量區(qū)域的情況下，將第1切換閥10關(guān)閉、且將第2切換閥11打開，使從氣體入口a流入的氣體通過通路16a、孔口測(cè)流計(jì)1”、通路16b、通路16c、通路16d從氣體出口b流出。并且，由第2控制運(yùn)算電路5”(省略圖示)進(jìn)行流量運(yùn)算，向必要處輸出。
另外，如果測(cè)定流量區(qū)域減少而成為額定流量的10％以下，則將第1切換閥10打開，并且將第2切換閥11關(guān)閉。由此，氣流通過通路16a、通路16e、小流量用孔口測(cè)流計(jì)1’、通路16f、通路16c、通路16d而從氣體出口b流出。在這期間，由第1控制運(yùn)算電路5’進(jìn)行流量運(yùn)算，向需要處輸出，這與計(jì)測(cè)大流量區(qū)域的計(jì)測(cè)的情況相同。
又，主體12的材質(zhì)、氣體通路內(nèi)表面的處理加工，隔膜閥機(jī)構(gòu)15a、15b，壓力檢測(cè)器2、3，以及溫度檢測(cè)器等是公知的，因此，在這里省略其說明。
在上述圖7和圖8的實(shí)施方式4中設(shè)成下述的構(gòu)成，即、將第1切換閥10和第2切換閥11分別設(shè)成常閉型的閥，經(jīng)由分別獨(dú)立的控制用電磁閥將工作用流體向各切換閥10、11的驅(qū)動(dòng)用壓力缸10a、11a供給，但也可以將第1切換閥10和第2切換閥11中的一個(gè)設(shè)成常閉型的閥，將另一個(gè)設(shè)成常開型的閥，從1臺(tái)控制用電磁閥將工作用流體向兩個(gè)切換閥10、11供給。
即，在將兩切換閥10、11中的一個(gè)設(shè)成NO型，將另一個(gè)設(shè)成NC型的情況下，如圖9的控制系統(tǒng)圖所示，利用1臺(tái)控制用電磁閥Mv，可進(jìn)行兩個(gè)切換閥10、11的切換操作，控制用信號(hào)Sc也可以設(shè)在1個(gè)系統(tǒng)中。
圖10所示為本發(fā)明差壓式流量控制裝置的實(shí)施方式1，在上述圖1所示的差壓式流量計(jì)中設(shè)有控制閥21和閥驅(qū)動(dòng)部22，并且在控制運(yùn)算電路5中設(shè)有流量比較電路5g，在此，運(yùn)算從外部輸入的設(shè)定流量Qs與用流量運(yùn)算電路5a運(yùn)算的運(yùn)算流量Q的流量差ΔQ，將該流量差ΔQ作為其控制信號(hào)輸入閥驅(qū)動(dòng)部22。由此，控制閥21便向使得上述流量差ΔQ變?yōu)榱愕姆较騽?dòng)作，在孔口測(cè)流計(jì)1中流通的氣流量Q被控制到設(shè)定流量Qs。
圖11所示為差壓式流量控制裝置的實(shí)施方式2，在上述圖5所示的差壓式流量計(jì)中設(shè)有控制閥21和閥驅(qū)動(dòng)部22，并且在控制運(yùn)算電路5中設(shè)有流量比較電路5g。
另外，在流量比較電路5g中，利用在修正運(yùn)算電路5c中對(duì)運(yùn)算流量Q進(jìn)行誤差修正后得到的修正后的流量Q’來運(yùn)算流量差ΔQ，向使得該流量差ΔQ成為零的方向?qū)刂崎y21進(jìn)行開閉控制。
圖12所示為差壓式流量控制裝置的實(shí)施方式3，其設(shè)成這樣的構(gòu)成，即、在上述圖6所示的差壓式流量計(jì)中設(shè)有控制閥21和閥驅(qū)動(dòng)部22，并且從控制運(yùn)算電路5中去除了修正數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路5b和修正運(yùn)算電路5c，取而代之設(shè)有流量比較電路5g。
即，氣流處于鄰界條件下時(shí)，用從第2流量運(yùn)算電路5f運(yùn)算出的運(yùn)算流量Q，而氣流處于非鄰界條件下時(shí)，用從流量運(yùn)算電路5a運(yùn)算出的運(yùn)算流量Q，分別運(yùn)算流量差ΔQ，控制閥21被向使得該流量差ΔQ成為零的方向進(jìn)行開閉控制。
圖13所示為差壓式流量控制裝置的實(shí)施方式4，其設(shè)成這樣的構(gòu)成，即、在上述圖6所示的差壓式流量計(jì)中設(shè)有控制閥21和閥驅(qū)動(dòng)部22，并且在控制運(yùn)算電路5中設(shè)有流量比較電路5g。
即，氣流處于鄰界條件下時(shí)，用從第2流量運(yùn)算電路5f運(yùn)算出的運(yùn)算流量Q，氣流處于非鄰界條件下時(shí)，用從修正運(yùn)算電路5c運(yùn)算出的流量Q’，分別運(yùn)算流量差ΔQ，控制閥21被向使得該流量差ΔQ成為零的方向進(jìn)行開閉控制，其中所述修正運(yùn)算電路5c對(duì)從修正運(yùn)算電路5a運(yùn)算出的流量Q加以修正。
工業(yè)上的可利用性本發(fā)明主要是在半導(dǎo)體制造裝置和化學(xué)設(shè)備、食品制造設(shè)備等中使用，可供對(duì)氣體和液體等流體進(jìn)行處理的領(lǐng)域中廣泛利用。
權(quán)利要求
1.一種差壓式流量計(jì)，包括孔口測(cè)流計(jì)、孔口測(cè)流計(jì)上游側(cè)的壓力(P1)的檢測(cè)器、孔口測(cè)流計(jì)下游側(cè)的流體壓力(P2)的檢測(cè)器、孔口測(cè)流計(jì)上游側(cè)的流體溫度(T)的檢測(cè)器、及利用來自上述各檢測(cè)器的檢測(cè)壓力(P1、P2)和檢測(cè)溫度(T)來運(yùn)算流過孔口測(cè)流計(jì)的流體流量(Q)的控制運(yùn)算電路，其特征在于，根據(jù)Q＝C1·P1/T·[(P2/P1)m-(P2/P1)n]1/2(其中，C1為比例常數(shù)，m及n為常數(shù))來運(yùn)算上述流體流量(Q)。
2.一種差壓式流量計(jì)，包括孔口測(cè)流計(jì)、孔口測(cè)流計(jì)上游側(cè)的流體壓力(P1)的檢測(cè)器、孔口測(cè)流計(jì)下游側(cè)的流體壓力(P2)的檢測(cè)器、孔口測(cè)流計(jì)上游側(cè)的流體溫度(T)的檢測(cè)器、及利用來自上述各檢測(cè)器的檢測(cè)壓力(P1、P2)和檢測(cè)溫度(T)來運(yùn)算流體流量(Q)的控制運(yùn)算電路，其特征在于，在上述控制運(yùn)算電路中設(shè)有流量運(yùn)算電路、修正數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路及流量修正運(yùn)算電路，與孔口測(cè)流計(jì)下游側(cè)壓力(P2)的變動(dòng)相應(yīng)地對(duì)運(yùn)算出來的流體流量(Q)進(jìn)行修正，并將修正后的流量值(Q’)輸出，其中，所述流量運(yùn)算電路根據(jù)Q＝C1·P1/T·[(P2/P1)m-(P2/P1)n]1/2(其中，C1為比例常數(shù)，m和n為常數(shù))來運(yùn)算流體流量(Q)，所述修正數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路存儲(chǔ)預(yù)先根據(jù)實(shí)測(cè)求出的孔口測(cè)流計(jì)下游側(cè)壓力(P2)的變動(dòng)與上述流體流量(Q)的流量誤差(Error)的關(guān)系，所述流量修正運(yùn)算電路利用來自修正數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路的修正用數(shù)據(jù)來修正上述運(yùn)算出來的流體流量(Q)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的差壓式流量計(jì)，在控制運(yùn)算電路中設(shè)有壓力比運(yùn)算電路、鄰界條件判定電路及第2流量運(yùn)算電路，流體處于鄰界條件下時(shí)，將通過上述第2流體運(yùn)算電路運(yùn)算出來的流體流量(Q)輸出，另外，流體處于非鄰界條件下時(shí)，從流量修正運(yùn)算電路輸出修正后的流量值(Q’)，其中，所述壓力比運(yùn)算電路運(yùn)算孔口測(cè)流計(jì)上游側(cè)的流體壓力(P1)與孔口測(cè)流計(jì)下游側(cè)的流體壓力(P2)之比，所述鄰界條件判定電路對(duì)上述運(yùn)算出來的壓力比和流體的鄰界壓力比進(jìn)行對(duì)比而判別流體的狀態(tài)，所述第2流量運(yùn)算電路在流體處于鄰界條件下時(shí)根據(jù)Q＝KP1(其中，K為比例常數(shù))來運(yùn)算流體流量(Q)。
4.一種差壓式流量計(jì)，其特征在于，將測(cè)定最大流量的100～10％的流量區(qū)域的差壓式流量計(jì)、和測(cè)定最大流量的10％～1％的流量區(qū)域的差壓式流量計(jì)組合，與上述各流量區(qū)域相應(yīng)地，通過切換閥將應(yīng)測(cè)定的流體向上述各差壓流量計(jì)切換供給，由此，在較廣的流量區(qū)域內(nèi)進(jìn)行高精度的流量測(cè)定。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的差壓式流量計(jì)，各差壓式流量計(jì)為下述差壓式流量計(jì)，其包括孔口測(cè)流計(jì)、孔口測(cè)流計(jì)上游側(cè)的流體壓力(P1)的檢測(cè)器、孔口測(cè)流計(jì)下游側(cè)的流體壓力(P2)的檢測(cè)器、孔口測(cè)流計(jì)上游側(cè)的流體溫度(T)的檢測(cè)器、用來自上述各檢測(cè)器的檢測(cè)壓力(P1、P2)和檢測(cè)溫度(T)運(yùn)算流體流量(Q)的控制運(yùn)算電路，并且根據(jù)Q＝C1·P1/T·[(P2/P1)m-(P2/P1)n]1/2(其中，C1為比例常數(shù)，m及n為常數(shù))運(yùn)算上述流體流量(Q)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的差壓式流量計(jì)，各差壓式流量計(jì)為下述差壓式流量計(jì)，其包括孔口測(cè)流計(jì)、孔口測(cè)流計(jì)上游側(cè)的流體壓力(P1)的檢測(cè)器、孔口測(cè)流計(jì)下游側(cè)的流體壓力(P2)的檢測(cè)器、孔口測(cè)流計(jì)上游側(cè)的流體溫度(T)的檢測(cè)器、用來自上述各檢測(cè)器的檢測(cè)壓力(P1、P2)和檢測(cè)溫度(T)運(yùn)算流體流量(Q)的控制運(yùn)算電路，并且，在上述控制運(yùn)算電路中設(shè)有根據(jù)Q＝C1·P1/T·[(P2/P1)m-(P2/P1)n]1/2(其中，C1為比例常數(shù)，m和n為常數(shù))運(yùn)算流體流量(Q)的流量運(yùn)算電路、存儲(chǔ)預(yù)先根據(jù)實(shí)測(cè)求出的孔口測(cè)流計(jì)下游側(cè)壓力(P2)的變動(dòng)與上述流體流量(Q)的流量誤差(Error)的關(guān)系的修正數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路、以及利用來自修正數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路的修正用數(shù)據(jù)對(duì)上述運(yùn)算出來的流體流量(Q)進(jìn)行修正的流量修正運(yùn)算電路，與孔口測(cè)流計(jì)下游側(cè)壓力(P2)的變動(dòng)相應(yīng)地對(duì)運(yùn)算出來的流體流量(Q)進(jìn)行修正，將修正后的流量值(Q’)輸出。
7.一種差壓式流量計(jì)，其特征在于，包括閥主體(12)，分別設(shè)有流體入口(a)、流體出口(b)、第1切換閥(10)的安裝孔(17a)、第2切換閥(11)的安裝孔(17b)、孔口測(cè)流計(jì)上游側(cè)的流體壓力檢測(cè)器(2)的安裝孔(18a)、孔口測(cè)流計(jì)下游側(cè)的流體壓力檢測(cè)器(3)的安裝孔(18b)、及孔口測(cè)流計(jì)上游側(cè)的流體溫度檢測(cè)器(4)的安裝孔；流體通路(16a、16b、16e)，穿設(shè)在上述閥主體(12)內(nèi)部，將流體入口(a)、第1切換閥(10)的安裝孔(17a)的底面、孔口測(cè)流計(jì)上游側(cè)的流體壓力檢測(cè)器(2)的安裝孔(18a)、和第2切換閥(11)的安裝孔(17b)的底面直接連通；流體通路(16f)，將第1切換閥安裝孔(17a)的底面和第2切換閥(11)的安裝孔(17b)的底面連通；流體通路(16c)，將第2切換閥(11)的安裝孔(17b)的底面和孔口測(cè)流計(jì)下游側(cè)的流體壓力檢測(cè)器(3)的安裝孔(18b)的底面連通；流體通路(16d)，將孔口測(cè)流計(jì)下游側(cè)的流體壓力檢測(cè)器(3)的安裝孔(18b)的底面和流體出口(b)連通；孔口測(cè)流計(jì)上游側(cè)的流體壓力檢測(cè)器(2)和孔口測(cè)流計(jì)下游側(cè)的流體壓力檢測(cè)器(3)，固定在上述各安裝孔(18a、18b)上；孔口測(cè)流計(jì)上游側(cè)的流體溫度檢測(cè)器(4)；第1切換閥(10)，開閉上述流體通路(16e)和流體通路(16f)之間；第2切換閥(11)，開閉上述流體通路(16b)和流體通路(16c)之間；小流量用的孔口測(cè)流計(jì)(1’)，加設(shè)在上述流體通路(16f)的中途；大流量用的孔口測(cè)流計(jì)(1”)，加設(shè)在上述流體通路(16a)或流體通路(16b)上；控制運(yùn)算電路，根據(jù)上述兩壓力檢測(cè)器(2、3)的檢測(cè)壓力(P1·P2)及溫度檢測(cè)器(4)的檢測(cè)溫度(T)而用Q＝C1·P1/T·[(P2/P1)m-(P2/P1)n]1/2運(yùn)算流過小流量用孔口測(cè)流計(jì)(1’)和大流量用孔口測(cè)流計(jì)(1”)的流體流量(Q)；通過將上述第1切換閥(10)關(guān)閉且將第2切換閥(11)打開而對(duì)應(yīng)測(cè)定流量的大流量區(qū)域進(jìn)行測(cè)定，另外，通過將上述第1切換閥(10)打開且將第2切換閥(11)關(guān)閉而對(duì)小流量區(qū)域進(jìn)行測(cè)定。
8.根據(jù)權(quán)利要求4或權(quán)利要求7所述的差壓式流量計(jì)，第1切換閥(10)和第2切換閥(11)中的某一個(gè)為常閉型的閥，另一個(gè)為常開型的閥，并且，從一臺(tái)控制用電磁閥(Mv)向兩個(gè)切換閥(10、11)的驅(qū)動(dòng)用壓力缸(10a、11a)供給工作用流體。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的差壓式流量計(jì)，通過將第1切換閥(10)關(guān)閉且將第2切換閥打開而對(duì)最大流量的100～10％的流量區(qū)域進(jìn)行測(cè)定，另外，通過將第1切換閥(10)打開且將第2切換閥(11)關(guān)閉而對(duì)最大流量的10％～1％的流量區(qū)域進(jìn)行測(cè)定。
10.根據(jù)權(quán)利要求7或權(quán)利要求8所述的差壓式流量計(jì)，兩個(gè)差壓式流量計(jì)共用孔口測(cè)流計(jì)上游側(cè)的壓力檢測(cè)器(2)、孔口測(cè)流計(jì)下游側(cè)的壓力檢測(cè)器(3)及孔口測(cè)流計(jì)上游側(cè)的溫度檢測(cè)器(4)。
11.一種差壓式流量控制裝置，包括具有閥驅(qū)動(dòng)部的控制閥部、設(shè)在其下游側(cè)的孔口測(cè)流計(jì)、孔口測(cè)流計(jì)上游側(cè)的壓力(P1)的檢測(cè)器、孔口測(cè)流計(jì)下游側(cè)的流體壓力(P2)的檢測(cè)器、孔口測(cè)流計(jì)上游側(cè)的流體溫度(T)的檢測(cè)器、和控制運(yùn)算電路，所述控制運(yùn)算電路利用來自前述各檢測(cè)器的檢測(cè)壓力(P1、P2)及檢測(cè)溫度(T)來運(yùn)算流過孔口測(cè)流計(jì)的流體流量(Q)，并且備有運(yùn)算運(yùn)算流量(Q)與設(shè)定流量(Qs)的差的流量比較電路，其特征在于，根據(jù)Q＝C1·P1/T·[(P2/P1)m-(P2/P1)n]1/2(其中，C1為比例常數(shù)，m和n為常數(shù))運(yùn)算上述流體流量(Q)。
12.一種差壓式流量控制裝置，包括具有閥驅(qū)動(dòng)部的控制閥部、設(shè)在其下游側(cè)的孔口測(cè)流計(jì)、孔口測(cè)流計(jì)上游側(cè)的流體壓力(P1)的檢測(cè)器、孔口測(cè)流計(jì)下游側(cè)的流體壓力(P2)的檢測(cè)器、孔口測(cè)流計(jì)上游側(cè)的流體溫度(T)的檢測(cè)器、和控制運(yùn)算電路，所述控制運(yùn)算電路利用來自前述各檢測(cè)器的檢測(cè)壓力(P1、P2)及檢測(cè)溫度(T)來運(yùn)算流體流量(Q)，并且備有運(yùn)算運(yùn)算流量(Q)與設(shè)定流量(Qs)的差的流量比較電路，其特征在于，在上述控制運(yùn)算電路中設(shè)有根據(jù)Q＝C1·P1/T·[(P2/P1)m-(P2/P1)n]1/2(其中，C1為比例常數(shù)，m和n為常數(shù))運(yùn)算流體流量(Q)的流量運(yùn)算電路、存儲(chǔ)預(yù)先根據(jù)實(shí)測(cè)求出的孔口測(cè)流計(jì)下游側(cè)壓力(P2)的變動(dòng)與上述流體流量(Q)的流量誤差(Error)的關(guān)系的修正數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路、以及根據(jù)來自修正數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路的修正用數(shù)據(jù)而對(duì)上述運(yùn)算出來的流體流量(Q)進(jìn)行修正的流量修正運(yùn)算電路，與孔口測(cè)流計(jì)下游側(cè)壓力(P2)的變動(dòng)相應(yīng)地對(duì)運(yùn)算出來的流體流量(Q)進(jìn)行修正，將修正后的流量值(Q’)輸入上述流量比較電路，運(yùn)算流量差ΔS＝Q’-Qs。
13.根據(jù)權(quán)利要求2所述的差壓式流量計(jì)，在控制運(yùn)算電路中設(shè)有運(yùn)算孔口測(cè)流計(jì)上游側(cè)的流體壓力(P1)與孔口測(cè)流計(jì)下游側(cè)的流體壓力(P2)之比的壓力比運(yùn)算電路、對(duì)上述運(yùn)算出來的壓力比與流體的鄰界壓力比進(jìn)行對(duì)比而判別流體的狀態(tài)的鄰界條件判定電路、以及在流體處于鄰界條件下時(shí)根據(jù)Q＝KP1(其中，K為比例常數(shù))運(yùn)算流體流量(Q)的第2流量運(yùn)算電路，在流體處于鄰界條件下時(shí)，將利用上述第2流量運(yùn)算電路運(yùn)算出來的流體流量(Q)輸入上述流量比較電路，另外，在流體處于非鄰界條件下時(shí)，從流量修正運(yùn)算電路將修正后的流量值(Q’)輸入上述流量比較電路。
全文摘要
本發(fā)明的課題在于使差壓式流量計(jì)的構(gòu)造簡(jiǎn)化而實(shí)現(xiàn)制造成本的降低，并且能夠在100％～1％的較廣的流量范圍內(nèi)實(shí)時(shí)地且以在線狀態(tài)進(jìn)行誤差(E)為(1％SP)以下的高精度的流量計(jì)測(cè)。為此，在包括孔口測(cè)流計(jì)、孔口測(cè)流計(jì)上游側(cè)的壓力(P
文檔編號(hào)G01F7/00GK1816733SQ20048001899
公開日2006年8月9日 申請(qǐng)日期2004年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月3日
發(fā)明者大見忠弘, 杉山一彥, 宇野富雄, 池田信一, 西野功二, 中村修, 土肥亮介, 松本篤諮 申請(qǐng)人:株式會(huì)社富士金, 大見忠弘