[发明专利]流量范围可变型流量控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造设备或化学工业设备、药品工业设备、食品工业设备等的流体供给系统的流量控制装置，特别涉及在压力式流量控制装置或热式质量流量控制装置中能够容易地实现流量控制范围的扩大和高控制精度的维持的流量范围可变型流量控制装置。

背景技术

对于在半导体制造装置等中使用的流量控制装置，不仅要求高流量控制精度，而且对于其流量控制范围，也要求相当大的控制范围。

另一方面，若流量控制范围变大，则必然地低流量区域的控制精度降低，存在仅利用流量控制装置中所设的测定值的修正功能无法补偿并消除低流量区域中的控制精度的降低的问题。

因此，一般而言，与所要求的流量控制范围对应而将流量控制区域分割为多个区域，例如大流量区域、中流量区域、以及小流量区域，并且并列地设置分别进行各流量区域的流量控制的三组流量控制装置，由此在较广的流量控制范围中维持较高的流量控制精度。

但是，在并列地设置多组流量控制范围不同的装置的系统中，设备费的升高无法避免，存在不仅设备费无法降低且流量控制装置的切换操作麻烦的问题。

此外，在半导体制造设备等中，多代替以往的热式质量流量控制装置而使用压力式流量控制装置。

压力式流量控制装置不仅结构简单，而且在响应性及控制精度、控制稳定性、制造成本、维护性等方面也具有优异特性，进而，还能够简单地与热式质量流量控制装置相更换。

图7(a)以及图7(b)表示上述以往的压力式流量控制装置FCS的基本结构的一例，压力式流量控制装置FCS的主要部分由控制阀2、压力检测器6、27、节流孔8、流量运算电路13、31、流量设定电路14、运算控制电路16、流量输出电路12等形成。

另外，图7(a)以及图7(b)中，3是节流孔上游侧配管，4是阀驱动部、5是节流孔下游侧配管、9是阀、15是流量转换电路、10、11、22、28是放大器、7是温度检测器、17、28、29是A/D转换器、19是温度修正电路、20、30是运算电路、21是比较电路、Qc是运算流量信号、Qf是切换运算流量信号、Qe是流量设定信号、Qo是流量输出信号、Qy是流量控制信号，P₁是节流孔上游侧气体压力、P₂是节流孔下游侧气体压力、k是流量转换率。

上述图7(a)的压力式流量控制装置FCS，主要在节流孔上游侧气体压力P₁与节流孔下游侧气体压力P₂的比P₂/P₁与流体的临界值相等或者比该临界值低的情况下(即气体的流动总在临界状态下时)使用，通过节流孔8的气体流量Qc由Qc＝KP₁(其中，K是比例常数)给出。

此外，上述图7(b)的压力式流量控制装置FCS，主要用于临界状态与非临界状态这两个流量状态下的气体的流量控制，在节流孔8中流动的气体的流量由Qc＝KP₂^m(P₁-P₂)ⁿ(K是比例常数，m与n是常数)给出。

上述图7(a)以及图7(b)的压力式流量控制装置中，流量的设定值作为流量设定信号Qe而由电压值给出。例如，若用电压范围0～5V表示上游侧压力P₁的压力控制范围0～3(kgf/cm²abs)，则Qe＝5V(满刻度值)与3(kgf/cm²abs)的压力P₁的流量Qc＝KP₁相当。

例如，在将当下流量转换电路15的转换率k设定为1时，若输入流量设定信号Qe＝5V，则切换运算流量信号Qf(Qf＝kQc)为5V，在上游侧压力P₁变为3(kgf/cm²abs)之前，控制阀2被开闭操作，与P₁＝3(kgf/cm²abs)对应的流量Qc＝KP₁的气体通过节流孔8。

此外，在将要控制的压力范围切换为0～2(kgf/cm²abs)而用0～5(V)的流量设定信号Qe表示该压力范围时(即，满刻度值5V给出2(kgf/cm²abs)时)上述流量转换率k设定为2/3。