(57)【要約】  記録手段により流量制御弁が開いて流量の制御が開始されたとき又は流量制御弁が閉じて流量の制御が停止されたときから測定流量が安定するまでの期間における差圧発生手段の下流側における流体の圧力の値を記録し、診断手段により記録手段が記録した下流側における流体の圧力の値に基づいて取得される管理値を、流量計に異常が発生していないときの管理値と対比し、両者の差の絶対値が閾値を超えたときに前記流量計に異常が発生したと診断する。流量計の上流側に隣接して機械式調圧弁をさらに配置することが好ましい。これにより、専ら診断を実施するための時間を設けることなく差圧式の流量計の異常の発生を簡便に診断することができる質量流量制御装置及び差圧式流量計の診断方法を提供することができる。
2017057129.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の流路に介装された差圧発生手段の上流側における前記流体の圧力である第１圧力の値及び前記差圧発生手段の下流側における前記流体の圧力である第２圧力の値に基づいて前記流体の流量を測定するように構成された流量計と、
前記流体の流量を制御するように構成された流量制御弁と、
前記流量計によって測定された前記流体の流量である測定流量が前記流体の流量の目標値である設定流量と一致するように前記流量制御弁に制御信号を出力するように構成された制御手段と、
を有する質量流量制御装置であって、
前記流量制御弁が閉じた状態から開いた状態に変化して流量の制御が開始されたときから前記測定流量が安定するまでの期間における前記第２圧力の値である開弁時圧力値及び前記流量制御弁が開いた状態から閉じた状態に変化して流量の制御が停止されたときから前記測定流量がゼロになるまでの期間における前記第２圧力の値である閉弁時圧力値の両方又はいずれか一方を記録するように構成された記録手段と、
前記開弁時圧力値及び前記閉弁時圧力値の両方又はいずれか一方に基づいて取得される管理値である測定管理値と前記流量計に異常が発生していないときの前記管理値である初期管理値との差の絶対値が所定の閾値を超える場合に前記流量計に異常が発生したと診断するように構成された診断手段と、
をさらに有することを特徴とする質量流量制御装置。
【請求項２】
前記管理値は、前記開弁時圧力値を時間について微分した値の絶対値の最大値及び前記閉弁時圧力値を時間について微分した値の絶対値の最大値の両方又はいずれか一方である、請求項１に記載の質量流量制御装置。
【請求項３】
前記管理値は、前記流量制御弁による流量の制御が開始されたときから前記開弁時圧力値を時間について微分した値の絶対値が最大となるまでの時間及び前記流量制御弁による流量の制御が停止されたときから前記閉弁時圧力値を時間について微分した値の絶対値が最大となるまでの時間の両方又はいずれか一方である、請求項１に記載の質量流量制御装置。
【請求項４】
前記管理値は、前記開弁時圧力値を時間について微分した値の絶対値が最大となったときから当該絶対値がゼロとなるまでの時間及び前記閉弁時圧力値を時間について微分した値の絶対値が最大となったときから当該絶対値がゼロとなるまでの時間の両方又はいずれか一方である、請求項１に記載の質量流量制御装置。
【請求項５】
前記管理値は、前記開弁時圧力値を時間について微分した値の半値幅及び前記閉弁時圧力値を時間について微分した値の半値幅の両方又はいずれか一方である、請求項１に記載の質量流量制御装置。
【請求項６】
前記流量計は、前記第１圧力の値を測定する圧力センサである第１センサ及び前記第２圧力の値を測定する圧力センサである第２センサを有する、請求項１から請求項５までのいずれかに記載の質量流量制御装置。
【請求項７】
前記流量計は、前記第１圧力の値を測定する圧力センサである第１センサ及び前記第２圧力の値を測定する圧力センサである第２センサのいずれか一方と、前記第１圧力の値と前記第２圧力の値との差を測定する差圧センサである第３センサと、を有する、請求項１から請求項５までのいずれかに記載の質量流量制御装置。
【請求項８】
前記流量計の上流側に隣接して配置される機械式調圧弁をさらに有する、請求項１から請求項７までのいずれかに記載の質量流量制御装置。
【請求項９】
前記流量制御弁は前記流量計の下流側に配置される、請求項１から請求項８までのいずれかに記載の質量流量制御装置。
【請求項１０】
前記診断手段は、前記流量計に異常が発生したと診断したときに異常信号を出力するように構成された、請求項１から請求項９までのいずれかに記載の質量流量制御装置。
【請求項１１】
流体の流路に介装された差圧発生手段の上流側における前記流体の圧力である第１圧力の値及び前記差圧発生手段の下流側における前記流体の圧力である第２圧力の値に基づいて前記流体の流量を測定するように構成された流量計と、
前記流体の流量を制御するように構成された流量制御弁と、
前記流量計によって測定された前記流体の流量である測定流量が前記流体の流量の目標値である設定流量と一致するように前記流量制御弁に制御信号を出力するように構成された制御手段と、
を有する質量流量制御装置において、前記流量計に異常が発生したか否かを判定する、差圧式流量計の診断方法であって、
前記質量流量制御装置は、
前記第２圧力の値を記録するように構成された記録手段と、
前記記録手段によって記録された前記第２圧力の値に基づいて前記流量計に異常が発生したと診断するように構成された診断手段と、
をさらに有し、
前記流量制御弁が閉じた状態から開いた状態に変化して流量の制御が開始されたときから前記測定流量が安定するまでの期間における前記第２圧力の値である開弁時圧力値及び前記流量制御弁が開いた状態から閉じた状態に変化して流量の制御が停止されたときから前記測定流量がゼロになるまでの期間における前記第２圧力の値である閉弁時圧力値の両方又はいずれか一方を前記記録手段が記録すること、
前記開弁時圧力値及び前記閉弁時圧力値の両方又はいずれか一方に基づく管理値である測定管理値と前記流量計に異常が発生していないときの前記管理値である初期管理値との差の絶対値が所定の閾値を超える場合に前記流量計に異常が発生したと前記診断手段が診断すること、
を含む、差圧式流量計の診断方法。
【請求項１２】
前記管理値は、前記開弁時圧力値を時間について微分した値の絶対値の最大値及び前記閉弁時圧力値を時間について微分した値の絶対値の最大値の両方又はいずれか一方である、請求項１１に記載の差圧式流量計の診断方法。
【請求項１３】
前記管理値は、前記流量制御弁による流量の制御が開始されたときから前記開弁時圧力値を時間について微分した値の絶対値が最大となるまでの時間及び前記流量制御弁による流量の制御が停止されたときから前記閉弁時圧力値を時間について微分した値の絶対値が最大となるまでの時間の両方又はいずれか一方である、請求項１１に記載の差圧式流量計の診断方法。
【請求項１４】
前記管理値は、前記開弁時圧力値を時間について微分した値の絶対値が最大となったときから当該絶対値がゼロとなるまでの時間及び前記閉弁時圧力値を時間について微分した値の絶対値が最大となったときから当該絶対値がゼロとなるまでの時間の両方又はいずれか一方である、請求項１１に記載の差圧式流量計の診断方法。
【請求項１５】
前記管理値は、前記開弁時圧力値を時間について微分した値の半値幅及び前記閉弁時圧力値を時間について微分した値の半値幅の両方又はいずれか一方である、請求項１に記載の差圧式流量計の診断方法。
【請求項１６】
前記流量計は、前記第１圧力の値を測定する圧力センサである第１センサ及び前記第２圧力の値を測定する圧力センサである第２センサを有する、請求項１１から請求項１５までのいずれかに記載の差圧式流量計の診断方法。
【請求項１７】
前記流量計は、前記第１圧力の値を測定する圧力センサである第１センサ及び前記第２圧力の値を測定する圧力センサである第２センサのいずれか一方と、前記第１圧力の値と前記第２圧力の値との差を測定する差圧センサである第３センサと、を有する、請求項１１から請求項１５までのいずれかに記載の差圧式流量計の診断方法。
【請求項１８】
前記質量流量制御装置は、前記流量計の上流側に隣接して配置される機械式調圧弁をさらに有する、請求項１１から請求項１７までのいずれかに記載の差圧式流量計の診断方法。
【請求項１９】
前記流量制御弁は前記流量計の下流側に配置される、請求項１１から請求項１８までのいずれかに記載の差圧式流量計の診断方法。
【請求項２０】
前記流量計に異常が発生したと診断したときに前記診断手段が異常信号を出力することをさらに含む、請求項１１から請求項１９までのいずれかに記載の差圧式流量計の診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、質量流量制御装置に関する発明であり、流体の圧力又は差圧の測定値に基づいて流体の質量流量を制御する質量流量制御装置に関する。更に、この発明は、差圧式流量計における異常の発生を診断する方法に関する発明であり、質量流量制御装置を構成する差圧式流量計の診断方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
質量流量制御装置（マスフローコントローラ）は、流体の流量を測定する流量計、流体の流量を制御する流量制御弁、これらを制御する制御回路及びその他の部品によって構成された制御機器である。質量流量制御装置は、例えば、半導体の製造プロセスにおいてチャンバー内に供給されるガスの質量流量を制御することなどを目的として、広く使用されている。【０００３】
質量流量制御装置に用いられる流量計にはさまざまな形式のものがある。半導体の製造プロセスにおいてガスの質量流量を制御することを目的として使用される質量流量制御装置においては、熱式流量計又は圧力式流量計が主に用いられている。これらのうち、圧力式流量計としては、例えば、オリフィス又は流路絞りノズルなどと呼ばれる部材を流れるガスの流速が音速であるときにガスの流量が上流側におけるガスの圧力のみに依存する性質を利用するもの（以下「オリフィス式流量計」という。）及び差圧発生手段の上流側におけるガスの圧力の値と下流側におけるガスの圧力の値との差に基づいて流量を測定するもの（以下「差圧式流量計」という。）などを挙げることができる。【０００４】
オリフィス式流量計においては、ガスが狭い流路を通過する。この狭い流路に異物が付着するなどして当該流路の断面積が変化した場合、流量計が正しい流量を測定することができなくなる。差圧式流量計においても、差圧発生手段に異物が付着するなどして流体への抵抗が変化した場合、同様の不具合が発生する。そこで、圧力式流量計を用いた質量流量制御装置において、このような異常が発生しているかどうかを診断する方法が提案されている。【０００５】
例えば、特許文献１には、オリフィス式流量計を用いた質量流量制御装置において、オリフィスの上流側に設けられたコントロール弁を閉じたときの上流側におけるガスの圧力減衰データを、同一条件下でオリフィスに目詰まりがないときに測定された基準圧力減衰データと対比することにより、オリフィスの目詰まりを検出する方法の発明が開示されている。【０００６】
また、例えば、特許文献２には、オリフィス式流量計を用いた質量流量制御装置において、流路絞りノズルの上流側に設けられた流量調整弁を瞬間的に閉じたときの上流側のガス圧力値の時間依存変化を、質量流量制御装置の組み立て時に測定された基準値と比較することにより、流路絞りノズルの診断を行うノズル診断機構の発明が開示されている。【０００７】
さらにまた、例えば、特許文献３には、差圧式流量計を用いた質量流量制御装置において、差圧発生手段の上流側に設けられたバルブを閉じたときの上流側における流体の圧力の値又は下流側における流体の圧力の値が第１圧力から第２圧力になるまでの期間における当該圧力の時間積分値を、予め定められた規定値と比較することにより、差圧発生手段の目詰まりを高精度に診断する診断機構の発明が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−１３７５２８号公報
【特許文献２】特開２０００−２１４９１６号公報
【特許文献３】特開２００４−１５７７１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記特許文献１乃至３に開示された発明を実施すれば、圧力式流量計のオリフィス及び差圧発生手段などに目詰まりが発生した状態を検出することができる。したがって、そのような異常に起因する圧力式流量計の測定値の誤差の発生及び供給されるガスの流量の異常を未然に防止する効果を有する点において、これらの発明は質量流量の信頼性の向上に寄与するものである。【００１０】
また、これらの発明は、いずれも圧力センサが測定する圧力の値を利用するので、これらの発明の実施により圧力センサの故障及び誤動作などの異常も同時に検出することができる可能性を有している。【００１１】
しかしながら、これらの発明の実施に際しては、質量流量制御装置の本来の目的であるガスの流量制御動作を行う時間に加えて、この時間とは別に、もっぱら異常の発生の診断を行うためだけの時間を設ける必要がある。この時間に流れたガスは、流量が制御されていないので、例えば、半導体の製造プロセスにおいてチャンバー内に供給されるガスとして利用することはできず、無駄に廃棄しなければならない。【００１２】
また、差圧式流量計の差圧発生手段におけるガスの流路の断面積はオリフィス式流量計のオリフィスにおけるガスの流路の断面積に比べて大きいので、差圧発生手段に目詰まりが発生する確率はあまり高くない。したがって、差圧式流量計を用いた質量流量制御装置においては、差圧発生手段の目詰まりを高精度に診断することよりも、圧力センサによって測定される圧力の値が正しいかどうか（即ち、圧力センサ及び／又は差圧発生手段の異常が発生しているかどうか）を常時診断又は監視することの方が、質量流量制御装置の信頼性を高める上で有効であると考えられる。しかし、差圧式流量計の異常の発生を簡便に診断する方法は知られていない。【００１３】
本発明は、従来の圧力式流量計を用いた質量流量制御装置が有する上記諸課題に鑑みてなされたものであり、異常の発生の診断を実施するためだけの時間を設けることを要さず、差圧式流量計における異常の発生を簡便に診断することができる質量流量制御装置の提供を目的としている。更に、本発明は、異常の発生の診断を実施するためだけの時間を設けることを要さず、差圧式流量計における異常の発生を簡便に診断することができる、質量流量制御装置を構成する差圧式流量計の診断方法の提供をも目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る質量流量制御装置は、
流体の流路に介装された差圧発生手段の上流側における流体の圧力である第１圧力の値及び差圧発生手段の下流側における流体の圧力である第２圧力の値に基づいて流体の流量を測定するように構成された流量計と、流体の流量を制御するように構成された流量制御弁と、流量計によって測定された流体の流量である測定流量が流体の流量の目標値である設定流量と一致するように流量制御弁に制御信号を出力するように構成された制御手段と、を有する質量流量制御装置であって、流量制御弁が閉じた状態から開いた状態に変化して流量の制御が開始されたときから測定流量が安定するまでの期間における第２圧力の値である開弁時圧力値及び流量制御弁が開いた状態から閉じた状態に変化して流量の制御が停止されたときから測定流量がゼロになるまでの期間における第２圧力の値である閉弁時圧力値の両方又はいずれか一方を記録するように構成された記録手段と、開弁時圧力値及び閉弁時圧力値の両方又はいずれか一方に基づいて取得される管理値である測定管理値と流量計に異常が発生していないときの当該管理値である初期管理値との差の絶対値が所定の閾値を超える場合に流量計に異常が発生したと診断するように構成された診断手段と、をさらに有することを特徴とする質量流量制御装置である。また、本発明に係る差圧式流量計の診断方法は、上記のようにして質量流量制御装置を構成する差圧式流量計における異常の発生を診断する方法である。【００１５】
上記構成において、流量計に異常が発生したかどうかを診断する動作は、流量の制御を開始するために流量制御弁を開いたとき及び流量の制御を停止するために流量制御弁を閉じたときの両方又はいずれか一方において実行される。したがって、従来技術のように、流量の制御のための時間とは別に診断のための時間を設ける必要はなく、診断を実施するためにガスを無駄に廃棄することもない。【００１６】
また、差圧式流量計において流量制御弁の開閉動作を行ってから差圧発生手段を通過するガスの流量が安定するまでの期間は、オリフィス式流量計においてオリフィス又は流路絞りノズルなどをガスが通過するときの圧力の減衰に要する期間に比べて短いので、診断の実行を短時間で完了することができる。したがって、本発明に係る質量流量制御装置は、特許文献３において開示された従来技術のように差圧発生手段の目詰まりを高精度に診断するのにはあまり適さない反面、差圧式流量計における異常の発生を簡便に診断するには好適である。【００１７】
本発明の好ましい実施の形態に係る質量流量制御装置は、流量計の上流側に隣接して配置される機械式調圧弁をさらに有する。この構成において、機械式調圧弁の作用により、流量計の上流側における流体の圧力の値が一定の値に保たれる。このため、下流側における流体の圧力（第２圧力）の値は上流側における流体の圧力（第１圧力）の値の変動の影響を受けず、下流側における流体の圧力の値に基づいて取得される管理値に基づく異常の発生の診断を高精度に行うことができるので、好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る質量流量制御装置及び本発明に係る差圧式流量計の診断方法によれば、流量の制御のための時間とは別に診断のための時間を設ける必要はないので、ガスを無駄に廃棄せず有効に利用することができる。また、圧力センサ及び／又は差圧発生手段の異常を原因とする流量計の異常の発生を迅速かつ簡便に診断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る質量流量制御装置の構成例を示す模式図である。
【図２】本発明に係る質量流量制御装置の上流側における流体の圧力（第１圧力）の値（Ｐ１）及び下流側における流体の圧力（第２圧力）の値（Ｐ２）の時間変化の例を示すグラフである。
【図３】本発明に係る質量流量制御装置の下流側における流体の圧力（第２圧力）の値（Ｐ２）を時間について微分した値の時間変化の例を示すグラフである。
【図４】本発明の好ましい実施の形態に係る質量流量制御装置の構成例を示す模式図である。
【図５】本発明に係る差圧式流量計の診断方法における診断アルゴリズムの例を示すフローチャートである。
【図６】本発明の好ましい実施の形態に係る差圧式流量計の診断方法における診断アルゴリズムの例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明を実施するための形態を、図を用いて詳細に説明する。なお、ここで説明する実施の形態は本発明の実施の形態を例示するものにすぎず、本発明の実施の形態はここに例示する形態に限られない。
【００２１】
図１は、本発明に係る質量流量制御装置の構成例を示す模式図である。本発明に係る質量流量制御装置１は、流体の流路２ｄに介装された差圧発生手段２ｃの上流側における流体の圧力である第１圧力の値（Ｐ１）と差圧発生手段の下流側における流体の圧力である第２圧力の値（Ｐ２）とに基づいて流体の流量を測定するように構成された流量計２と、流体の流量を制御するように構成された流量制御弁３と、流量計によって測定された流体の流量である測定流量が流体の流量の目標値である設定流量と一致するように流量制御弁３に制御信号４ａを出力するように構成された制御手段４とを有する。なお、図１は各構成要素間の論理的な関係を示すものであり、質量流量制御装置１の構成部品の実装状態を示すものではない。
【００２２】
流量計２は、差圧発生手段２ｃの上流側における流体の圧力である第１圧力の値（Ｐ１）と差圧発生手段２ｃの下流側における流体の圧力である第２圧力の値（Ｐ２）との差を検知する手段を有する。圧力の差を検知する具体的な手段としては、例えば、差圧発生手段２ｃの上流側及び下流側にそれぞれ別個の圧力センサ２ａ及び２ｂを設けて、それらの指示値の差を検知する手段を構成することができる。あるいは、差圧発生手段２ｃの上流側と連通する導管及び下流側と連通する導管を１個の差圧センサに接続し、当該差圧センサが示す差圧を検知することができる。
【００２３】
本発明において、「上流側における流体の圧力」又は「下流側における流体の圧力」とは、特に断らない限りそれぞれ「差圧発生手段の上流側における流体の圧力（第１圧力）」又は「差圧発生手段の下流側における流体の圧力（第２圧力）」を意味するものとする。ここで、「上流側」又は「下流側」とは、質量流量制御装置１の中で流体が流れる方向を基準として定められる。例えば、図１において、流体は、質量流量制御装置１の中を左側から右側に向かって流れるので、差圧発生手段２ｃの左側が上流側、差圧発生手段２ｃの右側が下流側に相当する。
【００２４】
「差圧発生手段の上流側における流体の圧力」又は「差圧発生手段の下流側における流体の圧力」は、必ずしも差圧発生手段に隣接する部位における圧力に限定されるものではなく、質量流量制御装置１又はその周辺において差圧発生手段に隣接する部位とは異なる部位であって、差圧発生手段に隣接する部位における圧力と同等の圧力を示す部位における圧力であってもよい。
【００２５】
差圧発生手段２ｃは、流動する流体に対する抵抗を有し、その上流側における流体の圧力と下流側における流体の圧力との間に圧力損失を生じさせるものであればどのような構造のものであってもよい。差圧発生手段としては、例えば、長さが同一のパイプを多数束ねた構造を有するもの及びハニカム構造を有するものなど、公知の構造を有するものを使用することができる。
【００２６】
流量計２は、差圧発生手段の上流側における流体の圧力である第１圧力の値（Ｐ１）と差圧発生手段の下流側における流体の圧力である第２圧力の値（Ｐ２）とに基づいて流体の流量を測定するものであり、上述した差圧式流量計に分類されるものである。具体的には、流量計２は、第１圧力の値（Ｐ１）と第２圧力の値（Ｐ２）との違いに基づいて流体の流量を測定する。例えば、流量計２は、第１圧力の値（Ｐ１）と第２圧力の値（Ｐ２）との差（Ｐ１−Ｐ２）に基づいて流体の流量を測定する。具体的には、流体の流量は、一定の条件下において、差圧発生手段２ｃの上流側における流体の圧力の値（Ｐ１）と下流側における流体の圧力の値（Ｐ２）との差（Ｐ１−Ｐ２）に対する相関を示す。より具体的には、流体の流量は、一定の条件下において、差圧発生手段２ｃの上流側における流体の圧力の値（Ｐ１）と下流側における流体の圧力の値（Ｐ２）との差（Ｐ１−Ｐ２）に比例する。この性質を利用して、流量計２は、流体の流量を測定することができる。流量計２は、流体の流量の測定に際して、上流側における流体の圧力の値（Ｐ１）と下流側における流体の圧力の値（Ｐ２）との差（Ｐ１−Ｐ２）以外の物理量、例えば流体の温度及び圧力など、に基づいて流量の補正を行ってもよい。
【００２７】
流量制御弁３は、後述する制御手段４から出力される制御信号４ａに基づいて流体の流量を制御するように構成されている。流量制御弁３は、弁を開閉するアクチュエータ３ａ及び弁３ｂを備えることができる。アクチュエータ３ａとしては、例えば、電圧信号により制御される圧電素子及び電流信号により制御されるソレノイドなどを用いることができる。弁３ｂとしては、例えば、ダイアフラムと弁座とによって構成されたダイアフラム弁などを用いることができる。流量制御弁３は、図１に例示されるように流量計２の下流側に設けてもよく、あるいは、流量計２の上流側に設けてもよい。
【００２８】
制御手段４は、流量計２によって測定された流体の流量である測定流量が設定流量と一致するように流量制御弁３に制御信号４ａを出力するように構成されている。このため、制御手段４は、流量計２によって測定された測定流量を入力する手段を有している。設定流量とは、質量流量制御装置１において予め設定される流体の流量の目標値である。制御手段４は、流量計２によって測定された測定流量が設定流量と一致するように制御された制御信号４ａを発生し、これを流量制御弁３に対して出力する。制御手段４によって出力される制御信号４ａの値は、例えば、測定流量に基づくフィードバック制御などの公知の制御方法によって決定される。
【００２９】
本発明に係る質量流量制御装置１は、記録手段５と診断手段６とをさらに有することを特徴とする。記録手段５は、開弁時圧力値及び閉弁時圧力値の両方またはいずれか一方を記録するように構成されている。ここで、開弁時圧力値とは、流量制御弁３が閉じた状態から開いた状態に変化して流量の制御が開始されたときから測定流量が安定するまでの期間における下流側における流体の圧力（第２圧力）の値（Ｐ２）である。一方、閉弁時圧力値とは、流量制御弁３が開いた状態から閉じた状態に変化して流量の制御が停止されたときから測定流量がゼロになるまでの期間における下流側における流体の圧力（第２圧力）の値（Ｐ２）である。
【００３０】
記録手段５は、下流側における流体の圧力（第２圧力）の値（Ｐ２）を記録する。下流側における流体の圧力の値（Ｐ２）は、図１に例示されているように下流側の圧力センサ（第２センサ）２ｂの出力を直接入力して記録してもよいし、あるいは、制御手段４によって処理がなされた下流側における流体の圧力の値（Ｐ２）を間接的に入力して記録してもよい。下流側における流体の圧力の値（Ｐ２）は、例えばアナログ／デジタルコンバーターによって変換されたデータであってもよい。記録手段５は、例えば、下流側における流体の圧力の値（Ｐ２）を示すデータを時系列的に記録するメモリなどによって構成することができる。下流側における流体の圧力の値（Ｐ２）を記録する時間間隔は、例えば、制御手段４を構成する中央演算素子（ＣＰＵ）のクロックの周期と同じ時間とすることができる。この時間は、例えば１０ｍｓ（ミリ秒）である。
【００３１】
上述したように、記録手段５が下流側における流体の圧力の値（Ｐ２）を記録する期間は、流量制御弁３が閉じた状態から開いた状態に変化して流量の制御が開始されたときから測定流量が安定するまでの期間及び流量制御弁３が開いた状態から閉じた状態に変化して流量の制御が停止されたときから測定流量がゼロになるまでの期間の両方又はいずれか一方である。質量流量制御装置の通常の動作条件において、これらの期間はいずれも０．５ｓ（秒）を大きく超えることはない。記録手段５が記録を開始したり記録を停止したりするタイミングは、例えば、制御手段４から記録手段５に対して出力される信号によって決定することができる。
【００３２】
図２は、本発明に係る質量流量制御装置１の上流側における流体の圧力（第１圧力）の値（Ｐ１）及び下流側における流体の圧力（第２圧力）の値（Ｐ２）の時間変化（時間的推移）の例を示すグラフである。上流側における流体の圧力の値（Ｐ１）の時間変化は実線により、下流側における流体の圧力の値（Ｐ２）の時間変化は破線により、それぞれ示されている。横軸において、記号Ｏは、流量制御弁３が閉じた状態から開いた状態（Ｏｐｅｎ）に変化して流量の制御が開始されたときを示す。また、記号Ｃは、流量制御弁３が開いた状態から閉じた状態（Ｃｌｏｓｅ）に変化して流量の制御が停止されたときを示す。この例において、記号Ｏによって示された時刻までは流量制御弁３が閉じており、質量流量制御装置１の上流側における流体の圧力の値（Ｐ１）及び下流側における流体の圧力の値（Ｐ２）は共に等しい値において一定である。このときの上流側における流体の圧力の値（Ｐ１）及び下流側における流体の圧力の値（Ｐ２）の値は、例えば、１００ｋＰａ以上、３００ｋＰａ以下の値である。
【００３３】
記号Ｏによって示された時刻に到達すると、流量制御弁３が開いて流量の制御が開始される。質量流量制御装置１の上流側における流体の圧力（第１圧力）の値（Ｐ１）は変わらないが、下流側における流体の圧力（第２圧力）の値（Ｐ２）は差圧発生手段２ｃの作用により上流側における流体の圧力の値（Ｐ１）から低下を開始する。その後、下流側における流体の圧力の値（Ｐ２）は制御手段４の作用により上流側における流体の圧力の値（Ｐ１）よりも低い値において安定し、測定流量が安定する。このときの下流側における流体の圧力の値（Ｐ２）は、例えば、３０ｋＰａ以上、１００ｋＰａ以下の値である。記録手段５は、このように流量制御弁３が閉じた状態から開いた状態に変化して流量の制御が開始されたときから測定流量が安定するまでの期間における第２圧力の値を開弁時圧力値として記録する。
【００３４】
次に、記号Ｃによって示された時刻に到達すると、流量制御弁３が閉じて流量の制御が停止される。質量流量制御装置１の下流側における流体の圧力の値（Ｐ２）は増加を開始する。その後、下流側における流体の圧力の値（Ｐ２）は上流側における流体の圧力の値（Ｐ１）と一致するまで増加して安定し、測定流量がゼロになる。記録手段５は、このように流量制御弁３が開いた状態から閉じた状態に変化して流量の制御が停止されたときから測定流量がゼロになるまでの期間における第２圧力の値を閉弁時圧力値として記録する。
【００３５】
診断手段６は、記録手段５によって記録された下流側における流体の圧力（第２圧力）の値（Ｐ２）に基づいて管理値を取得する。管理値の取得においては、上記特定の期間においてサンプリングされ記録手段５によって記録された下流側における流体の圧力の値（Ｐ２）が使用される。即ち、管理値は、記録手段５によって記録された開弁時圧力値及び閉弁時圧力値の両方又はいずれか一方に基づいて取得される。これらの期間において、下流側における流体の圧力の値（Ｐ２）は短時間のうちに減少又は増加する。このとき、下流側における流体の圧力の値（Ｐ２）は、質量流量制御装置１に特有の時間変化を示す。したがって、質量流量制御装置１の状態に変化がない限り、同一の種類の流体の流量を同一の温度、圧力及び設定流量の条件において制御する場合、下流側における流体の圧力の値（Ｐ２）は同一の時間変化を示す。
【００３６】
管理値は、記録手段５によって記録された下流側における流体の圧力（第２圧力）の値（Ｐ２）の時間変化を反映する代表値である。管理値は、下流側における流体の圧力の値（Ｐ２）の時間変化に基づいて一意的に定まる（取得される）代表値であれば、どのような代表値を選択してもよい。管理値としては、１種類の代表値を選択することができるし、或いは、２種類以上の複数の代表値を選択することもできる。
【００３７】
診断手段６は、測定管理値と初期管理値との差の絶対値が所定の閾値を超える（所定の閾値より大きい）場合に、流量計２に異常が発生したと診断するように構成されている。ここで、測定管理値とは、質量流量制御装置１の運転時に開弁時圧力値及び閉弁時圧力値の両方またはいずれか一方に基づいて取得される管理値である。一方、初期管理値とは、流量計２に異常が発生していないときに開弁時圧力値及び閉弁時圧力値の両方またはいずれか一方に基づいて取得される管理値である。なお、「流量計２に異常が発生していないとき」とは、例えば、流量計２が製造後に質量流量制御装置１に組み込まれて初めて使用されるとき及び流量計２の較正（キャリブレーション）が行われた後に初めて使用されるときなどを指す。したがって、診断手段６は、初期管理値を記憶する手段を有する。質量流量制御装置１の使用を開始してから時間が経過しても、質量流量制御装置１の状態に変化がない限り、下流側における流体の圧力の値（Ｐ２）の時間変化には再現性があり、管理値は変化しない（即ち、測定管理値は初期管理値から乖離しない）。
【００３８】
一方、質量流量制御装置１の状態が変化したときは、下流側における流体の圧力（第２圧力）の値（Ｐ２）の時間変化にも変化が生じるので、測定管理値が初期管理値から乖離する。質量流量制御装置１の状態の変化の具体例としては、例えば、圧力センサ２ａ及び２ｂが示す圧力の値の経時変化及び差圧発生手段２ｃに異物が付着することによる圧力損失の変化など、流量計２における異常の発生を挙げることができる。したがって、質量流量制御装置１の運転時に記録手段５によって記録された下流側における流体の圧力の値（Ｐ２）に基づいて取得される管理値（測定管理値）と、流量計２に異常が発生していないときの下流側における流体の圧力の値（Ｐ２）に基づいて取得される管理値（初期管理値）との間に所定の閾値を超える（閾値よりも大きい）差が生じた場合、流量計２に何らかの異常が発生したと考えられる。
【００３９】
なお、上記「所定の閾値」は、現在の管理値（測定管理値）と流量計２に異常が発生していないときの管理値（初期管理値）との差の絶対値として許容される最大値である。診断手段６は、これらの管理値の差の絶対値が閾値を超えたときに流量計２に異常が発生したと診断する。したがって、閾値を過度に小さな値に設定すると、管理値のわずかな変化でも異常とみなされるので、誤った診断をするおそれがある。一方、閾値を過度に大きな値に設定すると、異常が発生しているにもかかわらず異常の発生を検知することができないおそれがある。したがって、閾値は、適切な範囲に設定する必要がある。閾値は、管理値ごとに設定することができる。複数の種類の管理値を同時に使用するときは、それぞれの管理値に対して個別の閾値を設定することができる。
【００４０】
以上説明したように、本発明に係る質量流量制御装置１は、質量流量制御装置１の運転時における流量制御弁３を開閉するタイミングを利用して流量計２の異常の有無を常時診断することができる。したがって、流量の制御のための時間とは別に診断のための時間を設ける必要はなく、流体を無駄に廃棄することなく有効に利用することができる。また、圧力センサ２ａ及び２ｂの異常並びに差圧発生手段２ｃの異常などを原因とする流量計２の異常の発生を迅速かつ簡便に診断することができる。
【００４１】
図３は、本発明に係る質量流量制御装置の下流側における流体の圧力（第２圧力）の値（Ｐ２）を時間について微分した値の時間変化の例を示すグラフである。下流側における流体の圧力の値（Ｐ２）を時間について微分した値（ｄＰ２／ｄｔ）が破線によって示されている。ｄＰ２／ｄｔの値は、例えば、一定の時間間隔にて記録手段５に記録された下流側における流体の圧力の値（Ｐ２）のうち隣り合う２つの値の差をそれらの時間間隔によって割ることによって求めることができる。
【００４２】
横軸に記号Ｏによって示された時刻において、流量制御弁３が閉じた状態から開いた状態に変化して流量の制御が開始されると、下流側における流体の圧力の値（Ｐ２）は急減に減少し、ｄＰ２／ｄｔの値はマイナスの方向にピークを持つ波形を示す。横軸に記号Ｃによって示された時刻において、流量制御弁３が開いた状態から閉じた状態に変化して流量の制御が停止されると、下流側における流体の圧力の値（Ｐ２）は急減に増加し、ｄＰ２／ｄｔの値はプラスの方向にピークを持つ波形を示す。
【００４３】
本発明の好ましい実施の形態において、管理値は、流量制御弁３が閉じた状態から開いた状態に変化して流量の制御が開始されたときから測定流量が安定するまでの期間において記録手段５が記録した下流側における流体の圧力（第２圧力）の値（Ｐ２）を時間について微分した値（ｄＰ２／ｄｔ）の絶対値の最大値及び流量制御弁３が開いた状態から閉じた状態に変化して流量の制御が停止されたときから測定流量がゼロになるまでの期間において記録手段５が記録した下流側における流体の圧力（第２圧力）の値（Ｐ２）を時間について微分した値（ｄＰ２／ｄｔ）の絶対値の最大値の両方又はいずれか一方である。即ち、この場合、管理値は、前述した開弁時圧力値を時間について微分した値の絶対値の最大値及び前述した閉弁時圧力値を時間について微分した値の絶対値の最大値の両方又はいずれか一方である。これらの管理値は、図３に例示されたｄＰ２／ｄｔの値のピークの高さの絶対値Ｈ１及びＨ２にそれぞれ相当し、流量制御弁３が開いたとき及び閉じたときの流量の時間変化の大きさを示す指標となる。流量計２に異常があり流体の正しい流量を示さない場合は、これらの管理値に変化が生じる。したがって、これらの管理値（測定管理値）の両方又はいずれか一方を流量計２に異常が発生していないとき（例えば、流量計２が製造後に質量流量制御装置１に組み込まれて初めて使用されるとき及び流量計２の較正（キャリブレーション）が行われた後に初めて使用されるときなど）の対応する管理値（初期管理値）と対比することにより、流量計２における異常の有無を診断することができる。
【００４４】
本発明の好ましい実施の形態において、管理値は、流量制御弁３による流量の制御が開始されたときから記録手段５が記録した下流側における流体の圧力（第２圧力）の値（Ｐ２）（即ち、開弁時圧力値）を時間について微分した値（ｄＰ２／ｄｔ）の絶対値が最大となるまでの時間及び流量制御弁３による流量の制御が停止されたときから記録手段５が記録した下流側における流体の圧力（第２圧力）の値（Ｐ２）（即ち、閉弁時圧力値）を時間について微分した値の絶対値が最大となるまでの時間の両方又はいずれか一方である。これらの管理値は、図３に記号Ｏ及びＣによって示された各時刻からｄＰ２／ｄｔの値がピークを示す時刻までの時間Ｔａ１及びＴａ２にそれぞれ相当し、流量制御弁３が開いたとき及び閉じたときの流量の時間変化の速さを示す指標となる。流量計２に異常があり流体の正しい流量を示さない場合は、これらの管理値に変化が生じる。したがって、これらの管理値（測定管理値）の両方又はいずれか一方を流量計２に異常が発生していないときの対応する管理値（初期管理値）と対比することにより、流量計２における異常の有無を診断することができる。
【００４５】
本発明の好ましい実施の形態において、管理値は、記録手段５が記録した下流側における流体の圧力（第２圧力）の値（Ｐ２）を時間について微分した値（ｄＰ２／ｄｔ）の絶対値が最大となったときからその絶対値がゼロとなるまでの時間である。換言すれは、この場合、管理値は、前述した開弁時圧力値を時間について微分した値の絶対値が最大となったときから当該絶対値がゼロとなるまでの時間及び前述した閉弁時圧力値を時間について微分した値の絶対値が最大となったときから当該絶対値がゼロとなるまでの時間の両方又はいずれか一方である。これらの管理値は、図３に示されたｄＰ２／ｄｔがピークを示す時刻からｄＰ２／ｄｔの値がゼロとなる時刻までの時間Ｔｂ１及びＴｂ２にそれぞれ相当し、流量制御弁３が開いたとき又は閉じたときの流量の時間変化の速さを示す指標となる。流量計２に異常があり流体の正しい流量を示さない場合は、これらの管理値に変化が生じる。したがって、これらの管理値（測定管理値）の両方又はいずれか一方を流量計２に異常が発生していないときの対応する管理値（初期管理値）と対比することにより、流量計２における異常の有無を診断することができる。
【００４６】
本発明の好ましい実施の形態において、管理値は、記録手段５が記録した下流側における流体の圧力（第２圧力）の値（Ｐ２）を時間について微分した値（ｄＰ２／ｄｔ）の半値幅である。換言すれは、この場合、管理値は、前述した開弁時圧力値を時間について微分した値の半値幅及び前述した閉弁時圧力値を時間について微分した値の半値幅の両方又はいずれか一方である。これらの管理値は、図３に示されたｄＰ２／ｄｔのピークの波形において、ｄＰ２／ｄｔの値が最大値の半分の値を示す２点間の時間Ｗ１及びＷ２にそれぞれ相当し、流量制御弁３が開いたとき又は閉じたときの流量の時間変化の速さを示す指標となる。流量計２に異常があり流体の正しい流量を示さない場合は、これらの管理値に変化が生じる。したがって、これらの管理値（測定管理値）の両方又はいずれか一方を流量計２に異常が発生していないときの対応する管理値（初期管理値）と対比することにより、流量計２における異常の有無を診断することができる。
【００４７】
本発明の好ましい実施の形態において、流量計２は、上流側における流体の圧力（第１圧力）の値（Ｐ１）を測定する圧力センサ（第１センサ）２ａ及び下流側における流体の圧力（第２圧力）の値（Ｐ２）を測定する圧力センサ（第２センサ）２ｂを有する。この構成において、流量計２は、差圧発生手段２ｃの上流側における流体の圧力の値（Ｐ１）及び下流側における流体の圧力の値（Ｐ２）をそれぞれ個別の圧力センサ２ａ及び２ｂによって測定し、これらの値（例えば、これらの値の差（Ｐ１−Ｐ２）など）に基づいて流体の流量を測定する。２個の圧力センサ２ａ及び２ｂとして、同じ構成を有する圧力センサを用いることができる。
【００４８】
本発明の好ましい実施の形態において、流量計２は、上流側における流体の圧力の値（第１圧力）の値（Ｐ１）を測定する圧力センサ（第１センサ）２ａ及び下流側における流体の圧力（第２圧力）の値（Ｐ２）を測定する圧力センサ（第２センサ）２ｂのいずれか一方と、上流側における流体の圧力の値（Ｐ１）と下流側における流体の圧力の値（Ｐ２）との差を測定する差圧センサ（第３センサ）と、を有する。この構成において、流量計２は、差圧発生手段２ｃの上流側における流体の圧力の値（Ｐ１）及び下流側における流体の圧力の値（Ｐ２）の差（Ｐ１−Ｐ２）を１台の差圧センサ（第３センサ）によって測定し、その値に基づいて流体の流量を測定する。本発明の実施に必要な下流側における流体の圧力の値（Ｐ２）は、下流側における流体の圧力の値を測定する圧力センサ（第２センサ）２ｂによって直接測定するか、又は上流側における流体の圧力の値を測定する圧力センサ（第１センサ）２ａによって測定された上流側における流体の圧力（Ｐ２）と差圧センサ（第３センサ）によって測定された圧力の差（Ｐ１−Ｐ２）とに基づいて計算により求めることができる。
【００４９】
図４は、本発明の好ましい実施の形態に係る質量流量制御装置の構成例を示す模式図である。本発明の好ましい実施の形態に係る質量流量制御装置１は、流路２ｄにおいて流量計２の上流側に隣接して配置される機械式調圧弁７をさらに有する。機械式調圧弁７は、機械的な機構によって流体の圧力を一定の値に保持する機能を有する。この圧力の制御は、制御手段４によって実行される流量の制御とは独立して実行され、流量の制御からの干渉を受けない。したがって、この実施の形態においては差圧発生手段２ｃの上流側における流体の圧力（第１圧力）の値（Ｐ１）は常に一定の値に保持されるので、質量流量制御装置１による流量の制御が安定する。また、診断手段６による流量計２の診断の精度を高めることができる。
【００５０】
本発明の好ましい実施の形態において、流量制御弁３は、流量計２の下流側に配置される。流量制御弁３を流量計２の下流側に配置することにより、流量制御弁３を閉じたときの流体の流れを瞬時に遮断することができ、流体を無駄に廃棄する必要がないので好ましい。この実施の形態において、質量流量制御装置１は、流量計２の上流側に隣接して配置される機械式調圧弁７を有することが、流量の制御の安定性を確保する観点から、より好ましい。
【００５１】
本発明の好ましい実施の形態において、診断手段６は、流量計２に異常が発生したと診断したときに異常信号６ａを出力するように構成されている。異常信号６ａは、例えば、図１及び図４に例示されるように、質量流量制御装置１の外部に出力される電気信号とすることができる。異常信号６ａが出力されたとき、質量流量制御装置１又はその外部に設置された他の機器によって、流量計２に異常が発生したことをオペレータに認識させることができる表示又は音声による警告を発生させることができる。これにより、オペレータは、警告がなされた質量流量制御装置１の使用を停止したり、検査又は交換のために取り外したりすることができる。
【００５２】
異常信号６ａは、また、質量流量制御装置１の下流側に設置された半導体製造装置に出力され、半導体製造装置に異常の発生を警告し、運転を一時的に中止するためのトリガーとして使用することができる。この構成によれば、流量計２の異常の発生に起因して設定流量とは異なる流量の流体が半導体製造装置に供給されることを未然に防止することができる。
【００５３】
本明細書の冒頭において述べたように、本発明は、質量流量制御装置のみならず、質量流量制御装置を構成する差圧式流量計の診断方法にも関する。本発明に係る差圧式流量計の診断方法は、本発明の上述した実施の形態を始めとする種々の実施の形態に係る質量流量制御装置に適用され、当該質量流量制御装置によって実行される。
【００５４】
即ち、本発明に係る差圧式流量計の診断方法は、流体の流路に介装された差圧発生手段の上流側における流体の圧力である第１圧力の値及び差圧発生手段の下流側における流体の圧力である第２圧力の値に基づいて流体の流量を測定するように構成された流量計と、流体の流量を制御するように構成された流量制御弁と、流量計によって測定された流体の流量である測定流量が流体の流量の目標値である設定流量と一致するように流量制御弁に制御信号を出力するように構成された制御手段と、を有する質量流量制御装置に適用される。
【００５５】
上記質量流量制御装置は、第２圧力の値を記録するように構成された記録手段と、記録手段によって記録された第２圧力の値に基づいて流量計に異常が発生したと診断するように構成された診断手段と、をさらに有する。
【００５６】
上記のような質量流量制御装置の構成については、本発明に係る質量流量制御装置１について上述した説明において既に詳細に述べたので、ここでは説明を繰り返さない。しかしながら、本発明に係る差圧式流量計の診断方法は、例えば、図１及び図４を参照しながら説明した本発明の実施の形態に係る質量流量制御装置を始めとする、本発明の種々の実施の形態に係る質量流量制御装置に適用され得る。
【００５７】
即ち、本発明の好ましい実施の形態に係る差圧式流量計の診断方法が適用される質量流量制御装置において、流量計は、第１圧力の値を測定する圧力センサである第１センサ及び第２圧力の値を測定する圧力センサである第２センサを有するように構成され得る。或いは、流量計は、第１圧力の値を測定する圧力センサである第１センサ及び第２圧力の値を測定する圧力センサである第２センサのいずれか一方と、第１圧力の値と第２圧力の値との差を測定する差圧センサである第３センサと、を有するようにも構成され得る。
【００５８】
また、本発明に係る差圧式流量計の診断方法が適用される質量流量制御装置は、流量計の上流側に隣接して配置される機械式調圧弁をさらに有するように構成され得る。更に、本発明に係る差圧式流量計の診断方法が適用される質量流量制御装置において、流量制御弁は流量計の下流側に配置され得る。
【００５９】
本発明に係る差圧式流量計の診断方法は、上記のような構成を有する質量流量制御装置において、前記流量計に異常が発生したか否かを判定する、差圧式流量計の診断方法であって、
前記流量制御弁が閉じた状態から開いた状態に変化して流量の制御が開始されたときから前記測定流量が安定するまでの期間における前記第２圧力の値である開弁時圧力値及び前記流量制御弁が開いた状態から閉じた状態に変化して流量の制御が停止されたときから前記測定流量がゼロになるまでの期間における前記第２圧力の値である閉弁時圧力値の両方又はいずれか一方を前記記録手段が記録すること、
前記開弁時圧力値及び前記閉弁時圧力値の両方又はいずれか一方に基づく管理値である測定管理値と前記流量計に異常が発生していないときの前記管理値である初期管理値との差の絶対値が所定の閾値を超える場合に前記流量計に異常が発生したと前記診断手段が診断すること、
を含む、差圧式流量計の診断方法である。
【００６０】
上記のように、本発明に係る差圧式流量計の診断方法によれば、質量流量制御装置１の運転時における流量制御弁３を開閉するタイミングを利用して流量計２の異常の有無を常時診断することができる。したがって、流量の制御のための時間とは別に診断のための時間を設ける必要はなく、流体を無駄に廃棄することなく有効に利用することができる。また、圧力センサ２ａ及び２ｂの異常並びに差圧発生手段２ｃの異常などを原因とする流量計２の異常の発生を迅速かつ簡便に診断することができる。
【００６１】
尚、本発明に係る質量流量制御装置１について上述した説明において述べたように、管理値は、記録手段５によって記録された下流側における流体の圧力（第２圧力）の値（Ｐ２）の時間変化を反映する代表値である。管理値は、下流側における流体の圧力の値（Ｐ２）の時間変化に基づいて一意的に定まる（取得される）代表値であれば、どのような代表値を選択してもよい。管理値としては、１種類の代表値を選択することができるし、或いは、２種類以上の複数の代表値を選択することもできる。
【００６２】
即ち、本発明の好ましい実施の形態に係る差圧式流量計の診断方法において、管理値は、開弁時圧力値を時間について微分した値の絶対値の最大値及び閉弁時圧力値を時間について微分した値の絶対値の最大値の両方又はいずれか一方であり得る。
【００６３】
或いは、管理値は、流量制御弁による流量の制御が開始されたときから開弁時圧力値を時間について微分した値の絶対値が最大となるまでの時間及び流量制御弁による流量の制御が停止されたときから閉弁時圧力値を時間について微分した値の絶対値が最大となるまでの時間の両方又はいずれか一方であり得る。
【００６４】
或いは、管理値は、開弁時圧力値を時間について微分した値の絶対値が最大となったときから当該絶対値がゼロとなるまでの時間及び閉弁時圧力値を時間について微分した値の絶対値が最大となったときから当該絶対値がゼロとなるまでの時間の両方又はいずれか一方であり得る。
【００６５】
或いは、管理値は、開弁時圧力値を時間について微分した値の半値幅及び閉弁時圧力値を時間について微分した値の半値幅の両方又はいずれか一方であり得る。
【００６６】
これらの好ましい実施の形態における種々の管理値についての詳細及びそれらの管理値によって達成される効果については、本発明に係る質量流量制御装置１について上述した説明において既に詳細に述べたので、ここでは説明を繰り返さない。
【００６７】
図５は、本発明に係る質量流量制御装置１において実行される差圧式流量計の診断方法における診断アルゴリズムの例を示すフローチャートである。この例において、診断アルゴリズムは、例えば、質量流量制御装置１の起動または流量制御弁３への制御信号４ａの出力をトリガーとして開始するように構成されている。診断アルゴリズムは、まず、流量制御弁３が閉じた状態から開いた状態に変化したか否かを判断する（ステップＳ１１）。上記状態変化が認められたときは、診断アルゴリズムは下流側における流体の圧力（第２圧力）の値（Ｐ２）（即ち、開弁時圧力値）の記録を開始する（ステップＳ１２）。次に、診断アルゴリズムは、測定流量が安定したか否かを判断する（ステップＳ１３）。測定流量が安定したとき、診断アルゴリズムは下流側における流体の圧力の値（Ｐ２）の記録を停止し（ステップＳ１４）、ステップＳ１２において記録された下流側における流体の圧力の値（Ｐ２）から管理値（即ち、測定管理値）を取得する（ステップＳ３１）。
【００６８】
一方、上記ステップＳ１１において流量制御弁３が閉じた状態から開いた状態に変化していないと判断した場合（ステップＳ１１：Ｎｏ）、診断アルゴリズムは、流量制御弁３が開いた状態から閉じた状態に変化したかを判断する（ステップＳ２１）。上記状態変化が認められたときは、診断アルゴリズムは下流側における流体の圧力（第２圧力）の値（Ｐ２）（即ち、閉弁時圧力値）の記録を開始する（ステップＳ２２）。次に、診断アルゴリズムは、測定流量がゼロになったか否かを判断する（ステップＳ２３）。測定流量がゼロになったとき、診断アルゴリズムは下流側における流体の圧力の値（Ｐ２）の記録を停止し（ステップＳ２４）、上述したように、ステップＳ２２において記録された下流側における流体の圧力の値（Ｐ２）から管理値（即ち、測定管理値）を取得する（ステップＳ３１）。
【００６９】
そして、ステップＳ３１において取得された測定管理値と、流量計に異常が発生していないときに開弁時圧力値に基づいて予め取得され記録されていた管理値である初期管理値との差の絶対値が所定の閾値を超えているか否かを判断する（ステップＳ３２）。上記絶対値が閾値を超えていたときは、診断アルゴリズムは流量計２に異常が発生したと診断する（ステップＳ３３）。上記絶対値が閾値を超えていなかったときは、診断アルゴリズムはステップＳ１１に戻る。
【００７０】
上記診断アルゴリズムの例からも明らかなように、本発明に係る質量流量制御装置及び本発明に係る差圧式流量計の診断方法によれば、流量計２の異常の発生の有無を診断するに際して特別なプロセスを要することなく、通常の運転における流量制御弁３の開閉動作のタイミングを利用して診断を実行することができる。したがって、従来の質量流量制御装置に比べて動作が単純であり、流量制御弁３の故障の機会を減らすことができる。また、診断のためのみに使用した流体を本来の目的に利用することなく無駄に廃棄するおそれがない。
【００７１】
更に、本発明の好ましい実施の形態に係る差圧式流量計の診断方法は、流量計に異常が発生したと診断したときに診断手段が異常信号を出力することをさらに含み得る。この場合、診断アルゴリズムは、例えば、図６のフローチャートに示すように、ステップＳ３３において流量計２に異常が発生したと診断した後、異常信号６ａを出力する（ステップＳ３４）。この好ましい実施の形態における異常信号の出力によって達成される効果については、本発明に係る質量流量制御装置１について上述した説明において既に詳細に述べたので、ここでは説明を繰り返さない。
【実施例】
【００７２】
本発明に係る質量流量制御装置を１台準備した。この質量流量制御装置１の定格流量は、窒素ガスにおいて３００ｓｃｃｍ（ｓｔａｎｄａｒｄ  ｃｕｂｉｃ  ｃｅｎｔｉｍｅｔｅｒ）であり、流量計２は正しい流量を示すように予め較正されていた。周囲温度を２４℃に保持した環境において、質量流量制御装置１の入口側に窒素ガスを供給し、出口側の圧力は真空とした。そして、設定流量を定格流量の１００％に設定し、流量制御弁３が閉じた状態から開いた状態に変化して流量の制御が開始されたときから測定流量が安定するまでの期間における下流側における流体の圧力（第２圧力）の値（Ｐ２）を１０ｍｓの間隔にて測定し、開弁時圧力値として記録手段５に記録した。【００７３】
次に、上記条件のまま窒素ガスを２０秒間流した後、設定流量を０％に変更し、流量制御弁３が開いた状態から閉じた状態に変化して流量の制御が停止されたときから測定流量がゼロになるまでの期間における下流側における流体の圧力（第２圧力）の値（Ｐ２）を１０ｍｓの間隔にて測定し、閉弁時圧力値として記録手段５に記録した。記録手段５に記録された開弁時圧力値及び閉弁時圧力値のそれぞれにつき、時間について微分した値（ｄＰ２／ｄｔ）を計算し、ｄＰ２／ｄｔの絶対値の最大値を管理値としてそれぞれ求めた。このようにして取得された開弁時及び閉弁時における管理値は上述した初期管理値に相当する。求められた初期管理値を表１に示す。【００７４】
次に、流量計２のスパンを変更し、流量計２によって測定される窒素ガスの流量に−５．０％の誤差が生じるように調整を行うことにより、流量計２に異常が発生した状態を人為的に作り出した。この状態において、上記と同様の手順に従って質量流量制御装置１に窒素ガスを流したり停止したりしたとき（即ち、開弁時及び閉弁時）の下流側における流体の圧力の値（Ｐ２）を１０ｍｓの間隔にて測定し、開弁時圧力値及び閉弁時圧力値として記録手段５にそれぞれ記録した。制御手段４は、流量計２の測定流量に基づいて窒素ガスをより多く流そうとしたので、測定流量が安定したときの下流側における流体の圧力（第２圧力）の値（Ｐ２）は流量計２のスパンを変更する前よりも低くなった。さらに、流量計２によって測定される窒素ガスの流量に−１０．０％の誤差が生じるように調整を行って同様の測定を行った。それぞれの測定において記録された下流側における流体の圧力の値（Ｐ２）（即ち、開弁時圧力値及び閉弁時圧力値）に基づいて取得された管理値（測定管理値）を表１に示す。【００７５】
【表１】
2017057129.tif 000003
【００７６】
表１に示した実施例から、本発明に係る質量流量制御装置１及び本発明に係る差圧式流量計の判定方法によれば、流量計２に異常が発生すると、流量制御弁３を開いたとき（開弁時）又は閉じたとき（閉弁時）における下流側における流体の圧力（第２圧力）の値（Ｐ２）の時間変化に基づいて取得された管理値（測定管理値）が流量計２に異常が発生していないときの管理値（初期管理値）とは異なる値を示すことが判った。したがって、開弁時及び閉弁時の両方又はいずれか一方における測定管理値を常時監視して初期管理値と比較することにより、質量流量制御装置１の流量計２に異常が発生したかどうかを迅速かつ簡便に診断することができる。
【符号の説明】
【００７７】
１  質量流量制御装置
２  差圧式流量計
２ａ  上流側の圧力センサ（第１センサ）
２ｂ  下流側の圧力センサ（第２センサ）
２ｃ  差圧発生手段
２ｄ  流路
３  流量制御弁
３ａ  アクチュエータ
３ｂ  弁
４  制御手段
４ａ  制御信号
５  記録手段
６  診断手段
６ａ  異常信号
７  機械式調圧弁
【図１】
2017057129.tif 000004
【図２】
2017057129.tif 000005
【図３】
2017057129.tif 000006
【図４】
2017057129.tif 000007
【図５】
2017057129.tif 000008
【図６】
2017057129.tif 000009
【国際調査報告】
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