流量控制裝置和流量控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于例如半導(dǎo)體制造裝置等的流量控制裝置和流量控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 像專利文獻(xiàn)1記載的那樣，流量控制裝置包括：閥，設(shè)置在流道內(nèi)；流量傳感器，設(shè) 置在所述閥的上游；以及閥控制部，控制所述閥的開度，以使由所述流量傳感器測(cè)量出的測(cè) 量流量值隨動(dòng)于設(shè)定流量值，所述流量控制裝置用于使該流量控制裝置下游的流量持續(xù)穩(wěn) 定為設(shè)定流量值。
[0003] 并且，由于如果在比所述閥靠向上游的流道內(nèi)產(chǎn)生壓力變化，則控制上產(chǎn)生干擾， 所以通過(guò)所述閥控制部的控制而使所述閥的開度變化，其結(jié)果，所述閥下游的流量有時(shí)偏 離設(shè)定流量值。
[0004] 即，在作為實(shí)際上想要使流量穩(wěn)定的對(duì)象的所述閥下游的流量好不容易穩(wěn)定的情 況下，因?yàn)樵诩词拱l(fā)生流量紊亂也沒(méi)有關(guān)系的所述閥上游產(chǎn)生壓力變化，而影響已穩(wěn)定的 流量控制狀態(tài)。
[0005] 為了解決上述問(wèn)題，在專利文獻(xiàn)1中，在比所述閥和所述流量傳感器靠向上游的 位置上預(yù)先設(shè)置用于檢測(cè)壓力變化的壓力傳感器，根據(jù)由上述壓力傳感器檢測(cè)出的壓力， 適當(dāng)改變PID系統(tǒng)系數(shù)等控制系數(shù)，從而將所述閥下游的流量始終保持為設(shè)定流量值。
[0006] 然而，有時(shí)要求省略了所述壓力傳感器的廉價(jià)版的流量控制裝置，根據(jù)用途，流量 控制裝置中并不是必須具有所述壓力傳感器，并且要求即使不具備所述壓力傳感器，也能 夠?qū)＠墨I(xiàn)1記載的流量控制裝置以大體相當(dāng)?shù)木仁顾鲩y下游的流量穩(wěn)定。
[0007] 專利文獻(xiàn)1 :日本專利公開公報(bào)特開2011-204265號(hào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 鑒于上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供流量控制裝置和流量控制方法，不設(shè)置用 于檢測(cè)壓力變化的附加傳感器，即使在閥的上游產(chǎn)生壓力變化，也能夠使其影響不表現(xiàn)在 所述閥的下游，從而使流量持續(xù)穩(wěn)定為設(shè)定流量值。
[0009] 即，作為本發(fā)明的發(fā)明者們認(rèn)真研究的結(jié)果，初次發(fā)現(xiàn)，在閥的上游產(chǎn)生的壓力變 化對(duì)所述閥下游的流量的影響存在兩種不同的機(jī)理，因不同的機(jī)理產(chǎn)生的流量變化的方向 性彼此相反。
[0010] 更具體地說(shuō)，本發(fā)明提供一種流量控制裝置，其特征在于，包括：閥，設(shè)置在流體流 動(dòng)的流道內(nèi)；流量傳感器，在所述流道內(nèi)設(shè)置在比所述閥靠向上游；以及閥控制部，根據(jù)設(shè) 定流量值與由所述流量傳感器測(cè)量出的測(cè)量流量值之間的偏差和設(shè)定的控制系數(shù)，以使所 述偏差變小的方式控制所述閥，所述控制系數(shù)是以如下方式設(shè)定的值，在所述閥的上游產(chǎn) 生擾動(dòng)壓力上升時(shí)，使作為與所述閥的開度的減少量對(duì)應(yīng)的流量減少量的擾動(dòng)流量減少量 和作為與所述閥前后的壓差的增加量對(duì)應(yīng)的流量增加量的擾動(dòng)流量增加量實(shí)質(zhì)上均衡。 [0011] 在此，擾動(dòng)壓力上升、測(cè)量流量值的增加量、開度的減少量、擾動(dòng)流量減少量和擾 動(dòng)流量增加量不僅可以是正值，也可以是負(fù)值。例如擾動(dòng)壓力上升為正時(shí)，其他量可以全部 表示為正，擾動(dòng)壓力上升為負(fù)時(shí)，其他量可以全部表示為負(fù)。
[0012] 此外，實(shí)質(zhì)上均衡不僅是指所述擾動(dòng)流量增加量和所述擾動(dòng)流量減少量嚴(yán)格相等 的情況，還指例如所述閥下游的流量相對(duì)于設(shè)定流量值僅在規(guī)定的容許差的范圍內(nèi)變化的 程度下，所述擾動(dòng)流量增加量和所述擾動(dòng)流量減少量的絕對(duì)值為近似的值。
[0013] 按照這種結(jié)構(gòu)，即使在所述閥的上游產(chǎn)生擾動(dòng)壓力上升，所述控制系數(shù)設(shè)定部設(shè) 定所述控制系數(shù)，使因所述閥控制部使所述閥的開度減少而產(chǎn)生的擾動(dòng)流量減少量和與所 述閥的開度無(wú)關(guān)而因所述擾動(dòng)壓力上升引起的所述閥前后的壓差的增加量使流體容易通 過(guò)所述閥而產(chǎn)生的所述擾動(dòng)流量增加量均衡，由此所述擾動(dòng)壓力上升的影響未表現(xiàn)在所述 閥的下游，因此可以將實(shí)際想要控制的對(duì)象的所述閥下游的流量保持為設(shè)定流量值。
[0014] 換句話說(shuō)，在通過(guò)控制模塊圖考慮時(shí)，本發(fā)明是以設(shè)定流量值為輸入、以所述流量 傳感器的測(cè)量流量值為輸出的反饋控制系統(tǒng)，作為中間輸出存在所述閥下游的流量，但是 通過(guò)設(shè)定所述控制系數(shù)，可以將在上述反饋控制系統(tǒng)的中間輸入的壓力擾動(dòng)上升到所述閥 下游的流量的傳遞函數(shù)作為零，使擾動(dòng)的影響不表現(xiàn)在下游的流量中。
[0015] 然而，由于通過(guò)設(shè)定所述控制系數(shù)，作為控制系統(tǒng)的特性，使所述擾動(dòng)壓力上升的 影響未傳遞到所述閥下游的流量，所以不需要像現(xiàn)有技術(shù)那樣能夠檢測(cè)所述擾動(dòng)壓力上升 來(lái)進(jìn)行控制上的對(duì)應(yīng)。因此，不需要設(shè)置用于檢測(cè)所述擾動(dòng)壓力上升而未直接用于流量控 制的附加的傳感器，從而使流量控制裝置成為簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，而且可以抑制制造成本且實(shí)現(xiàn) 高性能的流量控制。
[0016] 例如在所述閥的上游的基準(zhǔn)壓力大幅度變化時(shí)，以及在作為設(shè)定流量值并不限于 始終設(shè)定相同的值的流量控制用途中，為了使所述擾動(dòng)流量減少量和所述擾動(dòng)流量增加量 均衡，從而使所述閥下游的壓力穩(wěn)定地保持為與設(shè)定流量值大體相同的值，所述流量控制 裝置還可以包括控制系數(shù)設(shè)定部，所述控制系數(shù)設(shè)定部根據(jù)所述閥上游的壓力或所述設(shè)定 流量值，設(shè)定所述閥控制部的所述控制系數(shù)。
[0017] 本發(fā)明的發(fā)明者發(fā)現(xiàn)，因所述擾動(dòng)壓力上升引起的所述閥前后的壓差變化而產(chǎn)生 的擾動(dòng)流量增加量使在流道內(nèi)流動(dòng)的流量的大小也受到影響。考慮因這種流量自身大小產(chǎn) 生的影響，為了使所述擾動(dòng)流量減少量和所述擾動(dòng)流量增加量均衡且相互抵消，所述閥控 制部利用PID控制來(lái)控制所述閥的開度，所述控制系數(shù)設(shè)定部將比例增益設(shè)定為所述控制 系數(shù)，并且設(shè)定流量值越大，則將比例增益設(shè)定得越大，以使所述擾動(dòng)流量減少量和所述擾 動(dòng)流量增加量實(shí)質(zhì)上均衡。
[0018] 為了利用所述控制系數(shù)準(zhǔn)確地調(diào)整所述擾動(dòng)流量減少量，從而使其與所述擾動(dòng)流 量增加量準(zhǔn)確地均衡，并且為了始終將所述閥的下游的流量穩(wěn)定地保持為設(shè)定流量值，所 述流量控制裝置還可以包括：流入流量特性存儲(chǔ)部，存儲(chǔ)流入流量特性數(shù)據(jù)，所述流入流量 特性數(shù)據(jù)表示所述閥上游的壓力和流入內(nèi)部容積的流入流量的關(guān)系，所述內(nèi)部容積至少包 含所述流量傳感器和所述閥之間的流道；以及閥流量特性存儲(chǔ)部，存儲(chǔ)閥流量特性數(shù)據(jù)，所 述閥流量特性數(shù)據(jù)表示設(shè)定流量值和所述閥上游的壓力的每單位壓力上升量的所述擾動(dòng) 流量增加量的關(guān)系，所述控制系數(shù)設(shè)定部以如下方式設(shè)定所述控制系數(shù)，使根據(jù)所述流入 流量特性數(shù)據(jù)和所述控制系數(shù)計(jì)算出的所述擾動(dòng)流量減少量和根據(jù)所述閥流量特性數(shù)據(jù) 和設(shè)定流量值計(jì)算出的擾動(dòng)流量增加量均衡。
[0019] 作為本發(fā)明的具體的實(shí)施方式可以例舉的是，所述流量傳感器是熱式流量傳感 器。
[0020] 此外，作為本發(fā)明的另一種【具體實(shí)施方式】可以例舉的是，所述流量傳感器是壓力 式流量傳感器。
[0021] 為了不使用用于檢測(cè)例如擾動(dòng)的附加的傳感器而將閥下游的流量穩(wěn)定地保持為 設(shè)定流量值，本發(fā)明還提供一種流量控制方法，所述流量控制方法使用流量控制裝置，所述 流量控制裝置包括：閥，設(shè)置在流體流動(dòng)的流道內(nèi)；流量傳感器，在所述流道內(nèi)設(shè)置在比所 述閥靠向上游；以及閥控制部，根據(jù)設(shè)定流量值與由所述流量傳感器測(cè)量出的測(cè)量流量值 之間的偏差和設(shè)定的控制系數(shù)，以使所述偏差變小的方式控制所述閥，所述流量控制方法 的特征在于，以如下方式設(shè)定所述控制系數(shù)，在所述閥的上游產(chǎn)生擾動(dòng)壓力上升時(shí)，使作為 與所述閥的開度的減少量對(duì)應(yīng)的流量減少量的擾動(dòng)流量減少量和作為與所述閥前后的壓 差的增加量對(duì)應(yīng)的流量增加量的擾動(dòng)流量增加量實(shí)質(zhì)上均衡。
[0022] 按照這種本發(fā)明的流量控制裝置和流量控制方法，由于以使因所述閥的上游產(chǎn)