(57)【要約】【課題】流体抵抗の種類や形状だけでなく、その取り付け状態等の影響も反映した流量特性関数を設定でき、より高い精度での流量算出を可能とする流量特性関数同定方法、流量センサ、及び、流量特性関数同定用プログラムを提供する。【解決手段】第１基準流量特性関数と第２基準流量特性関数とを含む複数の流量特性関数と、所定の重み付けとに基づいて流路に実流体抵抗が設けられている場合の流量特性関数である実流量特性関数を同定した。【選択図】図1
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路を流れる流体の流量に応じた出力信号を出力する出力機構と、前記流路に実際に設けられている実流体抵抗と、前記出力信号の示す出力値及び前記実流体抵抗の特性により定まる実流量特性関数に基づいて流量を算出する流量算出部と、を備えた流量センサにおいて用いられる前記実流量特性関数を同定するための方法であって、
第１基準流体抵抗の特性により定まる第１基準流量特性関数と、第２基準流体抵抗の特性により定まる第２基準流量特性関数と、を取得する工程と、
前記第１基準流量特性関数と、前記第２基準流量特性関数と、所定の重み付けと、に基づいて前記実流量特性関数を同定する工程と、を備えたことを特徴とする流量特性関数同定方法。
【請求項２】
流路を流れる流体の流量に応じた出力信号を出力する出力機構と、前記流路に実際に設けられている実流体抵抗と、前記出力信号の示す出力値及び前記実流体抵抗の特性により定まる実流量特性関数に基づいて流量を算出する流量算出部と、を備えた流量センサにおいて用いられる前記実流量特性関数を同定する流量特性関数同定装置であって、
第１基準流体抵抗の特性により定まる第１基準流量特性関数と、第２基準流体抵抗の特性により定まる第２基準流量特性関数と、を取得する基準流量特性関数取得部と、
前記第１基準流量特性関数と、前記第２基準流量特性関数と、所定の重み付けと、に基づいて前記実流量特性関数を同定する実流量特性関数同定部と、を備えたことを特徴とする流量特性関数同定装置。
【請求項３】
前記実流量特性関数が、前記出力値を入力変数とする関数であり、
前記実流量特性関数同定部が、
前記流路に前記実流体抵抗が設けられている場合の前記出力信号の出力値と、前記出力値に対応する前記実流量特性関数の出力変数の実測値と、が対になった１又は複数のサンプルデータを記憶するサンプルデータ記憶部と、
前記サンプルデータに基づいて、前記第１基準流量特性関数と前記第２基準流量特性関数との各出力値での重み付けを決定する混合比決定部と、
前記第１基準流量特性関数、前記第２基準流量特性関数、及び、前記混合比決定部で決定された重み付けに基づいて加重平均により前記実流量特性関数を算出する関数算出部と、を具備する請求項２記載の流量特性関数同定装置。
【請求項４】
前記実流量特性関数が、前記出力信号の示す出力値を入力変数とし、流体の種類による流量補正係数であるコンバージョンファクタを出力変数とする関数である請求項２又は３記載の流量特性関数同定装置。
【請求項５】
請求項２乃至４いずれかに記載された前記流量特性関数同定装置により同定された前記実流量特性関数を前記流量算出部が用いている流量センサ。
【請求項６】
請求項５に記載の流量センサと、
前記流路に設けられたバルブと、
前記流量センサから出力される流体の流量である測定流量値と、設定される設定流量値との偏差が小さくなるように前記バルブの開度を制御する流量制御部と、を備えた流量制御装置。
【請求項７】
流路を流れる流体の流量に応じた出力信号を出力する出力機構と、前記流路に実際に設けられている実流体抵抗と、前記出力信号の示す出力値及び前記実流体抵抗の特性により定まる実流量特性関数に基づいて流量を算出する流量算出部と、を備えた流量センサに用いられる前記実流量特性関数を同定する流量特性関数同定プログラムであって、
第１基準流体抵抗の特性により定まる第１基準流量特性関数と、第２基準流体抵抗の特性により定まる第２基準流量特性関数と、を取得する基準流量特性関数取得部と、
前記第１基準流量特性関数と、前記第２基準流量特性関数、所定の重み付けと、に基づいて前記実流量特性関数を同定する実流量特性関数同定部と、としての機能をコンピュータに発揮させることを特徴とする流量特性関数同定プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、出力機構から出力される出力信号の示す出力値から、流量値を算出するための流量特性関数を同定する方法、及び、この同定方法を用いた装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
流量センサは、例えば流路を流れる流体の流量に応じた電圧等の出力信号を出力する出力機構と、前記出力信号の示す出力値と、前記出力値を入力変数とする流量特性関数とに基づいて流量を算出する流量算出部と、で構成されている。
【０００３】
この流量特性関数は、流路中に設けられた層流素子等の流体抵抗の種類や形状によって定まるそれぞれ固有の関数特性を有しており、例えば直線状の抵抗流路を有する流体抵抗と、曲線状の抵抗流路を有する流体抵抗とでは流量特性関数の次数やグラフ形状の傾向等も大きく異なったものとなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１２６８０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このため、流路に設けられた流体抵抗の種類や形状に応じた流量特性関数を前記流量算出部に設定すれば、正確な流量を算出することができると考えることもできる。
【０００６】
しかしながら、流体抵抗の種類や形状に応じた流量特性関数を使用しても実際に流路を流れている流量を正確に算出できていない場合がある。この問題について本願発明者らが鋭意検討を行った結果、流体抵抗が流路に対して必ずしも設計通りには設けられていないこと等に起因して、流量特性関数に機差が生じており、従来のような流体抵抗の種類や形状ごとに一般化された流量特性関数の設定方法ではより高い精度での流量算出が難しいことを見出した。
【０００７】
本発明は、上述したような問題を鑑みてなされたものであり、流体抵抗の種類や形状だけでなく、その取り付け状態等の影響も反映した流量特性関数を設定でき、より高い精度での流量算出を可能とする流量特性関数同定方法、流量特性関数同定装置、及び、流量特性関数同定プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち、本発明の流量特性関数同定方法は、流路を流れる流体の流量に応じた出力信号を出力する出力機構と、前記流路に実際に設けられている実流体抵抗と、前記出力信号の示す出力値及び前記実流体抵抗の特性により定まる実流量特性関数に基づいて流量を算出する流量算出部と、を備えた流量センサにおいて用いられる前記実流量特性関数を同定するための方法であって、第１基準流体抵抗の特性により定まる第１基準流量特性関数と、第２基準流体抵抗の特性により定まる第２基準流量特性関数と、を取得する工程と、前記第１基準流量特性関数と、前記第２基準流量特性関数とを含む複数の前記流量特性関数と、所定の重み付けと、に基づいて実流量特性関数を同定する工程と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の流量特性関数同定装置は、流路を流れる流体の流量に応じた出力信号を出力する出力機構と、前記流路に実際に設けられている流体抵抗である実流体抵抗と、前記出力信号の示す出力値及び前記実流体抵抗の特性により定まる実流量特性関数に基づいて流量を算出する流量算出部と、を備えた流量センサにおいて用いられる前記実流量特性関数を同定する流量特性関数同定装置であって、第１基準流体抵抗の特性により定まる第１基準流量特性関数と、第２基準流体抵抗の特性により定まる第２基準流量特性関数と、を取得する基準流量特性関数取得部と、前記第１基準流量特性関数と、前記第２基準流量特性関数と、所定の重み付けと、に基づいて実流量特性関数を同定する実流量特性関数同定部と、を備えたことを特徴とする流量特性関数同定装置。
【００１０】
ここで、「流体抵抗の特性により定まる」とは抵抗流路の形状等の影響が流量特性関数に表れることを言う。また、前記第１基準流量特性関数及び前記第２基準流量特性関数については、前記流路とは別の流路に前記第１基準流体抵抗又は前記第２基準流体抵抗を設けて各特性関数を同定したものであってもよいし、前記流路に前記実流体抵抗の代わりに前記第１基準流体抵抗又は前記第２基準流体抵抗を設けて各特性関数を同定したものであってもよい。
【００１１】
このようなものであれば、それぞれ特性の異なる前記第１基準流量特性関数と前記第２基準流量特性関数と、所定の重み付けとに基づいて実流量特性関数が同定されているので、前記流路に設けられている実流体抵抗の種類や形状だけでなく、その設け方等の機差が反映された独自の実流量特性関数を同定することができる。
【００１２】
したがって、流量算出のために使用される実流量特性関数を例えば流量センサごとに固有、かつ、正確なものにでき、算出される流量と実際の流量との誤差を非常に小さくして流量を精度よく出力できるようになる。
【００１３】
より具体的には、流路に対する前記実流体抵抗の設け方によって例えば直線状の抵抗流路を有する流体抵抗において部分的に曲線状の抵抗流路を有する流体抵抗の特性が表れている場合でも、それぞれの特性が加味された実流量特性関数が同定されるので、より正確な前記流量特性関数が算出されると考えられる。
【００１４】
前記第１基準流量特性関数と、前記第２基準流量特性関数との重み付けを簡単な方法で決定でき、実流量特性関数を精度よく同定できるようにするには、前記実流量特性関数が、前記出力値を入力変数とする関数であり、前記実流量特性関数同定部が、前記流路に前記実流体抵抗が設けられている場合の前記出力信号の出力値と、前記出力値に対応する前記流量特性関数の出力変数の実測値と、が対になった１又は複数のサンプルデータを記憶するサンプルデータ記憶部と、前記サンプルデータに基づいて、前記第１基準流量特性関数と前記第２基準流量特性関数との各出力値での重み付けを決定する混合比決定部と、前記第１基準流量特性関数、前記第２基準流量特性関数、及び、前記混合比決定部で決定された重み付けに基づいて加重平均により前記実流量特性関数を算出する関数算出部と、を具備するものであればよい。
【００１５】
本発明の同定方法によって精度よく同定され得る実流量特性関数の具体例としては、前記実流量特性関数が、前記出力信号の示す出力値を入力変数とし、流体の種類による流量補正係数であるコンバージョンファクタを出力変数とする関数であるものが挙げられる。
【００１６】
従来よりも流量を正確に測定できるようにするには、前記流量特性関数同定装置により同定された前記実流量特性関数を前記流量算出部が用いているように流量センサを構成すればよい。
【００１７】
前記流量特性関数同定装置により同定された前記実流量特性関数を用いることにより正確に測定された流量に基づき、所望の流量で精度よく流量制御できるようにするには、流量センサと、前記流路に設けられたバルブと、前記流量センサから出力される流体の流量である測定流量値と、設定される設定流量値との偏差が小さくなるように前記バルブの開度を制御する流量制御部と、を備えた流量制御装置であればよい。
【００１８】
既存の流量センサや流量制御装置において、流体抵抗の設置状態等を含めた正確な流量特性関数を同定できるようにし、より高い精度での流量測定や流量制御を可能とするには、流路を流れる流体の流量に応じた出力信号を出力する出力機構と、前記流路に実際に設けられている実流体抵抗と、前記出力信号の示す出力値及び前記実流体抵抗の特性により定まる実流量特性関数に基づいて流量を算出する流量算出部と、を備えた流量センサに用いられる前記実流量特性関数を同定するためのプログラムであって、第１基準流体抵抗の特性により定まる第１基準流量特性関数と、第２基準流体抵抗の特性により定まる第２基準流量特性関数と、を取得する基準流量特性関数取得部と、前記第１基準流量特性関数と、前記第２基準流量特性関数と、所定の重み付けと、に基づいて前記実流量特性関数を同定する実流量特性関数同定部と、としての機能をコンピュータに発揮させることを特徴とする流量特性関数同定プログラムを既存の装置にインストールすればよい。
【発明の効果】
【００１９】
このように本発明の流量特性関数同定方法等によれば、前記第１基準流量特性関数と、前記第２基準流量特性関数と、所定の重み付けと、に基づいて実流量特性関数を同定するので、流路に設けられている実流体抵抗の種類や形状だけでなく、設置状態等についても反映されたものにでき、より現実に近い形の実流量特性関数を得ることができる。したがって、流量センサごとに表れていた機差の影響を略無くし、流量を高精度で算出する事が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る流量センサ及び流量制御装置を示す模式図。
【図２】同実施形態における流量特性関数同定装置、流量センサ、及び、流量制御装置を示す模式的機能ブロック図。
【図３】同実施形態における基準流体抵抗の一例。
【図４】同実施形態における基準流量特性の一例。
【図５】同実施形態における混合比決定部の重み付けの決定方法を示す模式的グラフ。
【図６】従来技術と本実施形態の流量センサの流量測定誤差を示す模式的グラフ。
【図７】本発明の別の実施形態に係る流量制御装置における混合比決定部の重み付けの決定方法を示す模式的グラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の一実施形態に係る流量センサ１０、流量制御装置１００、及び、流量特性関数同定装置６について図面を参照しながら説明する。
【００２２】
図１及び図２に示すように本実施形態の流量制御装置１００は、内部流路１ａが形成されたボディ１と、前記ボディ１の上面である部品取付面１ｃに対して取り付けられたバルブ４及び出力機構１１と、前記出力機構１１からの出力信号の示す値に基づいて内部流路１ａを流れる流体の流量を算出し、その算出された値に基づいて前記バルブ４の開度を制御する機能を少なくとも有する制御機構５と、から構成してある。後述するように本実施形態の流量制御装置１００は、流体の圧力に基づいて流量を算出し、流量制御を行うよう圧力式のマスフローコントローラとして構成してある。
【００２３】
前記バルブ４は例えばソレノイドバルブやピエゾバルブであって、前記出力機構１１の出力に基づいて算出される測定流量値とユーザにより設定される設定流量値との偏差に基づいて前記制御機構５によりその開度が制御されるものである。
【００２４】
前記出力機構１１は、前記内部流路１ａを流れる流体の流量に応じた出力信号を出力するものである。そして、ハードウェア部分である前記出力機構１１と、前記制御機構５に構成されたソフトウェア部分である流量算出部５２とが協業することにより流量センサ１０としての機能を発揮するように構成してある。
【００２５】
より具体的には前記出力機構１１は、前記ボディ１の内部流路１ａを分断するように設けられ外表面に開口するように設けられた凹部１ｈ内に設けられた実流体抵抗たる層流素子３と、前記層流素子３の上流側と下流側にそれぞれ設けられた流体の流量に応じて変化する圧力値を出力信号として出力する上流側圧力センサ２１及び下流側圧力センサ２２と、を備えたものである。後述するようにこの上流側圧力センサ２１又は下流側圧力センサ２２から出力される圧力値と、当該圧力値を入力変数とする流量特性関数と、に基づいて前記制御機構５は内部流路１ａを流れる流体の流量を算出するように構成してある。
【００２６】
次に実流体抵抗である前記層流素子３について詳述する。前記層流素子３は、内部流路１ａを途中で分断するように設けられた凹部１ｈに収容された状態で前記上流側圧力センサ２１を前記部品取付面１ｃに取り付けることで当該上流側圧力センサ２１の底面と前記凹部１ｈの底面との間で押圧挟持されるようにしてある。この層流素子３は例えば前記内部流路１ａの流路方向と略平行に直線状の抵抗流路が形成してある。そして、この層流素子３は、前記出力機構１１の出力信号の出力値と、流量との間の関係を規定する実流量特性関数を特徴づけるものである。より具体的には、前記実流量特性関数は、基本的には前記内部流路１ａに設けられた実流体抵抗である前記層流素子３における抵抗流路の長さＬ又は抵抗流路の横断面の形状に依存する代表寸法Ｄにより定まる値であるが、さらにその他の特性の影響を受けるものである。本実施形態では代表寸法Ｄとして水力直径を用いている。ここで水力直径は抵抗流路の横断面積と、濡れ辺長の関数である。すなわち、水力直径Ｄは以下の式で表すことができる。Ｄ＝４Ａ／Ｐ、ここでＡは横断面積、Ｐは濡れ辺長さである。また、水力直径Ｄは、近似的には抵抗流路の横断面において最も小さい寸法の２倍の値となる。したがって、水力直径の代わりに抵抗流路の断面における厚み寸法の２倍を代表寸法Ｄの近似値として用いることもできる。例えば層流素子３の押圧挟持の状態や層流素子３自体の製造誤差、凹部１ｈに対する層流素子３の取り付け状態等により機体ごとに固有の実流量特性関数が表れることになる。
【００２７】
次に前記制御機構５について説明する。
【００２８】
前記制御機構５は、ＣＰＵ、メモリ、Ａ／Ｄ・Ｄ／Ａコンバータ、入出力手段等を備えたいわゆるコンピュータであって、前記メモリに格納されている流量制御用プログラムを実行することによって、少なくとも実流量特性関数記憶部５１、前記流量算出部５２、バルブ制御部５３、としての機能を発揮するように構成してある。
【００２９】
前記実流量特性関数記憶部５１は、後述する流量特性関数同定装置６により同定された実流量特性関数を記憶するものである。この実流量特性関数は、前記流路１ａ内に設けられた実流体抵抗である層流素子３の特性により定まるものであり、前記流量算出部５２における流量算出に用いられるものである。
【００３０】
前記流量算出部５２は、前記上流側圧力センサ２１及び下流側圧力センサ２２から出力される各圧力値と、前記実流量特性関数記憶部５１に記憶されている前記上流側圧力センサ２１から出力される圧力値Ｐ１を入力変数とする実流量特性関数と、に少なくとも基づいて流量を算出するものである。より具体的には、前記流量算出部５２は前記出力機構１１からの出力値である各圧力値と流量との関係を規定する流量算出基礎式（基準流体で流量センサを校正して得られる関数）に基づいて基礎流量を算出する。この流量算出基礎式は例えばＮ２等の基準流体が流れている場合には、各圧力と流量との関係が正確に反映されているものである。そして、Ｎ２等の基準流体以外の流体が流れている場合には、コンバージョンファクタと呼ばれる流体の種類による流量補正係数を基礎流量に乗じて実際の流量として出力するように前記流量算出部５２は構成してある。
【００３１】
ここで、コンバージョンファクタは流体種だけでなく、流体の圧力等にも影響を受けるものであり、各圧力値においてコンバージョンファクタの値は異なっている。そこで、本実施形態では入力変数を前記出力機構１１の出力値である上流側の圧力値Ｐ１、出力変数をコンバージョンファクタとする前記実流量特性関数を用いることで、流体種に関わらず正確な流量を算出できるように構成してある。このコンバージョンファクタ、すなわち、実流量特性関数は前記層流素子３の種類や形状ごとに理論式や実験式を定めることができるが、実際には前記層流素子３の取り受け状態の違い等によりこの理論式や実験式から乖離し固有のものになる。そこで、本実施形態では後述する実流量特性関数同定部６Ａにより、前記流量センサ１０又は前記流量制御装置１００ごとに固有の流量特性関数を同定して使用できるようにしてある。
【００３２】
前記バルブ制御部５３は、前記流量算出部５２で算出される流量値と、予め設定されている設定流量値との偏差が小さくなるように前記バルブ４の開度をフィードバック制御するものである。
【００３３】
次に流量特性関数同定装置６について説明する。前記流量特性関数同定装置６は、ＣＰＵ、メモリ、Ａ／Ｄ・Ｄ／Ａコンバータ、入出力手段等を備えたいわゆるコンピュータであって、前記メモリに格納されている流量特性関数同定プログラムを実行することによって、少なくとも基準流量特性関数記憶部６１、基準流量特性関数取得部６２、実流量特性関数同定部６Ａとしての機能を発揮するものである。
【００３４】
前記基準流量特性関数記憶部６１は、第１基準流体抵抗３１の特性により定まる第１基準流量特性関数ｆ（Ｐ１）と、第２基準流体抵抗３２の特性により定まる第２基準流量特性関数ｇ（Ｐ１）と、を少なくとも記憶するものである。この基準流量特性関数記憶部６１は、上記以外の基準流量特性関数をさらに複数記憶するものであってもよい。ここで、第１基準流量特性関数、第２基準流量特性関数は、それぞれ第１基準流体抵抗３１又は第２基準流体抵抗３２を層流素子３の代わりに実際に流路１ａに設けて、その時の圧力値と流量等を実測して求めたものであってもよいし、理論式等から求めたものであってもよい。また、第１基準流量特性関数及び第２基準流量特性関数は、流路１ａとは別の流路に第１基準流体抵抗３１又は第２基準流体抵抗３２を設けて実測により定義されたものであってもよい。本実施形態では、第１基準流量特性関数、第２基準流量特性関数はそれぞれ入力変数を各基準流体抵抗３１、３２の上流側の圧力、コンバージョンファクタを出力変数とする関数である。
【００３５】
前記基準流量特性関数取得部６２は、前記実流量特性関数同定部６Ａにおいて用いられる第１基準流量特性関数ｆ（Ｐ１）と、第２基準流量特性関数ｇ（Ｐ１）とを前記基準流量特性関数記憶部６１から読み出して取得するものである。
【００３６】
前記実流量特性関数同定部６Ａは、前記層流素子３の取り付け状態等が反映され前記流量算出部５２で用いるべき実流量特性関数を同定するものである。すなわち、この実流量特性関数同定部６Ａは、前記基準流量特性関数記憶部６１に記憶されている前記第１基準流量特性関数と、前記第２基準流量特性関数と、を少なくとも含む複数の流量特性関数について所定の重み付けで加重平均することにより実流量特性関数を同定するように構成してある。
【００３７】
ここで、各基準流体抵抗及び各基準流量特性関数について説明する。第１基準流体抵抗３１は例えば図３（ａ）に示すような直線状の抵抗流路が放射状に形成された層流素子である。一方、第２基準流体抵抗３２は例えば図３（ｂ）に示すような抵抗流路が曲線状に形成された層流素子である。前記第１基準流体抵抗３１と前記第２基準流体抵抗３２とを比較した場合、代表寸法である水力直径Ｄはほぼ同一に形成してあるが、抵抗流路の長さＬに違いがある。すなわち、前記第２基準流体抵抗３２は曲線として形成されている分だけ抵抗流路の長さＬが前記第１基準流体抵抗３２よりも長く形成してある。したがって、抵抗流路の長さＬと水力直径Ｄの比であるＬ／Ｄは前記第１基準流体抵抗３１よりも前記第２基準流体抵抗３２のほうが大きく設定してある。第１基準流体抵抗３１又は第２基準流体抵抗３２のいずれかが流路１ａに設けられた場合、その圧力値とコンバージョンファクタとの関係を示す流量特性関数は、その特性が大きく異なっている。より具体的には、図４に示すように第１基準流体抵抗３１の特性により定められる第１基準流量特性関数ｆ（Ｐ１）と、第２基準流体抵抗３２の特性により定められる第２基準流量特性関数ｇ（Ｐ１）とは、上流側の圧力値Ｐ１が大きい場合ほどその変化特性が異なっている。これらの基準流量特性関数は、各基準流体抵抗の上流側における圧力値Ｐ１の対数を変数とするべき関数として表現することもできる。なお、図４においてｆ（Ｐ１）、ｇ（Ｐ１）をそれぞれ複数の曲線として記載しているのは、それぞれ流体抵抗の下流側における圧力値Ｐ２が異なる場合を示している。すなわち、下流側の圧力Ｐ２が真空圧に近づき低下するほど、各曲線ｆ（P１）、g（P２）は下方へと移動する傾向がある。
【００３８】
本実施形態では、実流体抵抗である層流素子３は直線状の抵抗流路を有するものなので、理想的には実流量特性関数は、前記第１基準流量特性関数ｆ（Ｐ１）に近い挙動を示すはずである。しかしながら、層流素子３の取り付け状態等により曲線状の抵抗流路を有する第２基準流体抵抗３２のような特性を有する部分が存在するため、実際には実流量特性関数は第１基準流量特性関数ｆ（Ｐ１）と第２基準流量特性関数ｇ（Ｐ１）の間の特性を有している可能性が高い。そこで、本実施形態では、前記実流量特性関数同定部６Ａは、実流体抵抗である層流素子３を設けた場合の圧力値とコンバージョンファクタとの関係を示すサンプルデータに基づき、各基準流量特性関数の重み付けを決定し、加重平均により実流量特性関数を同定するようにしてある。
【００３９】
より具体的には、前記実流量特性関数同定部６Ａは、前記流路１ａに前記実流体抵抗である層流素子３が設けられており、当該流路１ａに所定の流量が流れている場合に前記出力機構１１から出力される前記出力信号の出力値と、前記出力値に対応する流量特性関数の出力変数の実測値と、が対になった１又は複数のサンプルデータを記憶するサンプルデータ記憶部６３と、前記サンプルデータに基づいて、前記第１基準流量特性関数ｆ（Ｐ１）と前記第２基準流量特性関数ｇ（Ｐ１）との各出力値での重み付けを決定する重み付け決定部としての混合比決定部６４と、前記第１基準流量特性関数ｆ（Ｐ１）、前記第２基準流量特性関数ｇ（Ｐ１）、及び、前記混合比決定部６４で決定された重み付けに基づいて加重平均により前記実流量特性関数Ｆ（Ｐ１）を算出する関数算出部６５と、から構成してある。
【００４０】
本実施形態では前記サンプルデータ記憶部６３には、実流体抵抗である前記層流素子３が流路１ａに設けられた状態にするとともに、前記上流側圧力センサ２１において所定の圧力値が測定される場合のＮ２とＳＦ６との間のコンバージョンファクタの値が対となったサンプルデータが１組記憶してある。例えば、校正の基準となる流量センサや圧力制御装置を用いて、Ｎ２とＳＦ６をある圧力で流した場合のそれぞれ出力機構１１から出力される出力値の比を求めてコンバージョンファクタを実測すればよい。
【００４１】
前記混合比決定部６４は、前記第１基準流量特性関数ｆ（Ｐ１）と前記第２基準流量特性関数ｇ（Ｐ１）の重み付け、すなわち、それぞれを混合する割合を決定するものである。本実施形態では図５に示すように実流量特性関数Ｆ（Ｐ１）は各基準流量特性関数を所定の比率で内分する関数であるとしてその内分比をサンプルデータに基づいて算出し、前記重み付けとしている。例えば、図５に示すようにサンプルデータの示す上流側の圧力値Ｐ１が１０００torrの場合、この圧力値での各コンバージョンファクタの値から内分比（１−Ｘ）：Ｘを求め、全ての圧力値の帯域において同様の内分比が成り立っていると仮定して適応している。なお、図５においては、分かりやすさのためにある特定の下流側圧力Ｐ２の場合を代表させて記載している。すなわち、上流側の圧力値Ｐ１が１０００torr、かつ、ある特定の固定された下流側の圧力Ｐ２における流量を実測し、その時のコンバージョンファクタの値から内分比を算出している。
【００４２】
前記関数算出部６５は、第１基準流量特性関数ｆ（Ｐ１）にＸを乗じたものと、第２基準流量特性関数ｇ（Ｐ１）に（１−Ｘ）を乗じたものを加算することで実流量特性関数を算出する。すなわち、実流量特性関数をＦ（Ｐ１）、第１基準流量特性関数をｆ（Ｐ１）、第２基準流量特性関数をｇ（Ｐ１）とした場合、Ｆ（Ｐ１）＝Ｘｆ（Ｐ１）＋（１−Ｘ）ｇ（Ｐ１）と表すことができる。この関数算出部６５による実流量特性関数Ｆ（Ｐ１）は例えば前記流量センサ１０及び前記流量制御装置１００の工場出荷前の調整時に行われ、算出された実流量特性関数Ｆ（Ｐ１）は前記制御機構５の前記実流量特性関数記憶部５１に記憶される。工場出荷時以降は、この記憶された実流量特性関数Ｆ（Ｐ１）に基づき、前記流量算出部５２で各上流側圧力Ｐ１におけるコンバージョンファクタが算出され、例えばこのコンバージョンファクタと基礎流量を乗算することで流量算出が行われることになる。
【００４３】
次にこのように各基準流量特性関数を所定の重み付けで加重平均して同定された実流量特性関数Ｆ（Ｐ１）を用いて流量を算出するようにした場合に流量測定精度が向上する点について実測データに基づき説明する。
【００４４】
図６（ａ）には従来と同様に単一の流量特性関数として第１基準流量特性関数を用いて流量測定を行った場合の測定誤差をグラフで示し、図６（ｂ）には本実施形態の流量センサ１０を用いて流量測定を行った場合の測定誤差をグラフで示している。
【００４５】
図６（ａ）から分かるように従来のものでは大流量域になるほど測定誤差が大きくなる傾向があるが、図６（ｂ）から分かるように本実施形態であれば略全ての流量域において同程度の測定誤差しか発生していない。また、この傾向は流体種に依存していないことも分かる。
【００４６】
このように本実施形態の流量センサ１０及び流量制御装置１００であれば、流路１ａに設けられている実流体抵抗３の種類や形状だけでなくその取り付け状態等も加味したそれぞれの機体ごとに固有の実流量特性関数Ｆ（Ｐ１）を簡単な方法で精度よく同定することができる。
【００４７】
さらに、流量センサ１０及び流量制御装置１００ごとに応じた実流量特性関数Ｆ（Ｐ１）を用いて精度よく流量を算出し、正確な流量に基づいた流量制御が可能である。
【００４８】
加えて、実流量特性関数Ｆ（Ｐ１）を同定する際にはサンプルデータを多数点において取得する必要はなく、少なくとも１点あれば第１基準流量特性関数ｆ（Ｐ１）及び第２基準流量特性関数ｇ（Ｐ１）から実流量特性関数を同定する事が可能であり、同定のための実験回数も必要最小限にすることができる。
【００４９】
したがって、例えば流量センサ１０ごと、又は、流量制御装置１００ごとに異なる実流量特性関数Ｆ（Ｐ１）を設定し、カスタマイズするのもそれほど手間がかからず、現実的なコストで実現する事が可能である。
【００５０】
その他の実施形態について説明する。
【００５１】
前記実施形態では、流量特性関数は入力変数が圧力値、出力変数がコンバージョンファクタであったが流量特性関数はこのようなものに限られない。例えば、入力変数が出力機構から出力される電圧値や電流値で、出力変数が流量値そのものであっても構わない。また、圧力式の流量センサに限られるものではなく、熱式の流量センサで用いられる流量特性関数を同定しても構わない。この場合は、流量特性関数の入力変数は、温度又は電圧、電流であり、出力変数はコンバージョンファクタや流量値そのもの等様々なものが挙げられる。要するに流量特性関数は流量を算出するのに用いられる関数であればよい。
【００５２】
また、流量特性関数は上流側の圧力Ｐ１だけでなく、下流側の圧力Ｐ２も含む多変数関数として定義しても構わない。このような多変数関数であっても前記実施形態と同様に実流量特性関数を少なくとも２つの基準流量特性関数に基づいて同定することができる。より具体的には図７に示すように第１基準流量特性関数ｆ（Ｐ１、Ｐ２）と第２基準流量特性関数ｇ（Ｐ１、Ｐ２）はある曲面を表していることになる。実流量特性関数Ｆ（Ｐ１、Ｐ２）は、これらの曲面の間に存在すると考えられる。したがって、少なくとも１点のサンプルデータにより、各基準流量特性関数の曲面間の内分比を算出し、その内分比に基づいて実流量特性関数Ｆ（Ｐ１、Ｐ２）を算出するように前記実流量特性関数同定部を構成すればよい。
【００５３】
前記実施形態では重み付けが入力変数の全領域で同じ値を使用していたが、入力変数ごとに重み付けを変化させてもよい。この場合は、重み付けを変化させたい領域ごとにサンプルデータを取得し、それぞれのサンプルデータに基づいて重み付けを算出しておけばよい。
【００５４】
また、実流量特性関数は第１基準流量特性関数と第２基準流量特性関数を必ずしも内分するものではなく外分するようなものであっても構わない。例えばある領域では各基準流量特性関数を内分しており、別の領域では外分するものであっても構わない。
【００５５】
また、前記実施形態では２つの基準流量特性関数を混合して実流量特性関数を同定していたが、さらに３つ以上の流量特性関数を所定の重み付けで加重平均して実流量特性関数を同定しても構わない。
【００５６】
前記実流量特性関数同定部は、加重平均により実流量特性関数を同定するものだけでなく、少なくとも前記第１基準流量特性関数と前記第２基準流量特性関数とを含む複数の前記流量特性関数と、所定の重み付けと、に基づいて前記流路に前記実流体抵抗が設けられている場合の前記流量特性関数である実流量特性関数を同定するように構成してもよい。
【００５７】
例えば、各基準流量特性関数について所定の重み付けがなされた相乗平均により実流量特性関数を同定するように前記実流量特性関数同定部を構成してもよい。
【００５８】
さらに、基準流体抵抗の種類や形状は図３に示したものに限られず、様々なものに基づいた基準流量特性関数から実流量特性関数を同定しても構わない。
【００５９】
前記実施形態に記載した流量特性関数同定用プログラム又はこのプログラムを記憶したプログラム記憶媒体を用いて既存の装置においても実流量特性関数を同定する機能を付加してもよい。プログラム記憶媒体としてはＣＤ、ＤＶＤ、ＨＤＤ、フラッシュメモリ等様々なものを利用しても構わない。
【００６０】
また、圧力センサについては実施形態で示したように感圧面がボディの取付面に対して垂直になるように取り付けるものだけでなく、感圧面がボディの取付面に対して平行となるように設けてもよい。
【００６１】
その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて様々な実施形態の変形や組み合わせを行っても構わない。
【符号の説明】
【００６２】
１００・・・流量制御装置
１０  ・・・流量センサ
１１  ・・・出力機構
２１  ・・・上流側圧力センサ
２２  ・・・下流側圧力センサ
３    ・・・層流素子（実流体抵抗）
４    ・・・バルブ
５    ・・・制御機構
５１  ・・・実流量特性関数記憶部
５２  ・・・流量算出部
５３  ・・・バルブ制御部
６    ・・・流量特性関数同定装置
６Ａ  ・・・実流量特性関数同定部
６１  ・・・基準流量特性関数記憶部
６２  ・・・基準流量特性関数取得部
６３  ・・・サンプルデータ記憶部
６４  ・・・混合比決定部
６５  ・・・関数算出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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