(57)【要約】【課題】信頼性の高い自己診断機能を有する質量流量計を提供する。【解決手段】同一仕様の２つの流量センサユニットを備える質量流量計において、質量流量の実測時と同じ変動要因を有する環境下で、これら２つの流量センサユニットの流量偏差を種々の質量流量にて予め測定する。次いで、これらの流量偏差に基づいて、これら２つの流量センサユニットによる質量流量の測定値を一致させるための補正値を算出し、データ記憶装置に格納しておく。その後、質量流量の測定を行う際に、当該補正値に基づいて測定値を補正することにより、これら２つの流量センサユニットの変動要因に対する応答の個体差による影響が除去された流量偏差を算出する。この流量偏差が所定の閾値ｔを超えるか否かに基づいて異常の発生の有無を判定する。【選択図】図１
2015194421.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が流れる流路と、
前記流路に流れる前記流体の質量流量に対応する出力信号である第１信号を出力する第１流量センサユニットと、
前記流路に流れる前記流体の質量流量に対応する出力信号である第２信号を出力する第２流量センサユニットと、
前記第１信号の強度と前記第２信号の強度との偏差の大きさに基づいて前記第１流量センサユニット又は前記第２流量センサユニットにおける異常の有無を判定する第１制御ユニットと、
を備え、
前記第１流量センサユニットと、前記第２流量センサユニットとは、同一の仕様を有している、
質量流量計であって、
前記第１制御ユニットは、
所定の範囲に含まれる複数の異なる質量流量にて、所定の温度及び圧力において、前記流体を前記流路に流し、
前記複数の異なる質量流量のそれぞれにおいて、
前記第１信号の強度と、前記第２信号の強度と、を測定し、
前記第１信号の強度と前記第２信号の強度との偏差である流量偏差と、前記第１信号及び前記第２信号のうちの一方の信号である信号Ｓの強度を補正して前記流量偏差の絶対値を所定の閾値ｄ未満とするための補正値と、を算出し、
前記第１信号の強度及び前記第２信号の強度を測定した時点における質量流量と関連付けて、前記流量偏差と、前記補正値と、をデータ記憶装置に格納する、
学習機能を実行し、
前記学習機能の実行後、前記所定の温度及び圧力における前記流体の質量流量を測定するときに、前記第１制御ユニットは、
前記第１信号の強度と、前記第２信号の強度と、を測定し、
前記データ記憶装置に格納された前記補正値に基づいて前記信号Ｓの強度を補正し、
前記補正された前記信号Ｓの強度と前記第１信号及び前記第２信号のうちの前記信号Ｓではない他方の信号である信号Ｍの強度との偏差である補正流量偏差を算出し、
前記補正流量偏差が所定の閾値ｔよりも大きい場合は、前記第１流量センサユニット及び前記第２流量センサユニットの少なくとも何れか一方において異常が有ると判定する、
自己診断機能を実行する、
質量流量計。
【請求項２】
請求項１に記載の質量流量計であって、
前記第１制御ユニットは、前記自己診断機能の実行において、
前記信号Ｍから求められる前記流体の質量流量に対応する補正値の値を、前記データ記憶装置に格納された前記質量流量と前記補正値との関係に基づいて特定し、
前記特定された補正値の値に基づいて前記信号Ｓの強度を補正する、
質量流量計。
【請求項３】
請求項１に記載の質量流量計であって、
前記第１制御ユニットは、前記自己診断機能の実行において、
前記データ記憶装置に格納された全ての前記補正値の代表値に基づいて前記信号Ｓの強度を補正する、
質量流量計。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１項に記載の質量流量計であって、
前記第１制御ユニットは、
前記学習機能の実行において、前記信号Ｍの強度から前記信号Ｓの強度を減じた値を前記補正値として算出し、
前記自己診断機能の実行において、前記信号Ｓの強度に前記補正値を加算することにより前記信号Ｓの強度を補正する、
質量流量計。
【請求項５】
請求項１乃至３の何れか１項に記載の質量流量計であって、
前記第１制御ユニットは、
前記学習機能の実行において、前記信号Ｍの強度を前記信号Ｓの強度で割った値を前記補正値として算出し、
前記自己診断機能の実行において、前記信号Ｓの強度に当該補正値を乗算することにより前記信号Ｓの強度を補正する、
質量流量計。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１項に記載の質量流量計であって、
前記第１流量センサユニット及び前記第２流量センサユニットが、
前記流路の途中に設けられたバイパスと、
前記バイパスの上流側において前記流路から分岐して前記バイパスの下流側において前記流路に再び合流するセンサチューブと、
前記センサチューブに流れる流体に対して熱伝導可能に配設された一対のセンサワイヤと、
前記センサワイヤから発熱させるための入力信号を前記センサワイヤに供給する電源と、
前記センサワイヤを含むブリッジ回路を備えるセンサ回路と、
を含む熱式流量センサユニットである、
質量流量計。
【請求項７】
請求項６に記載の質量流量計であって、
前記第１流量センサユニット及び前記第２流量センサユニットのそれぞれが個別のバイパスを備える、
質量流量計。
【請求項８】
請求項６に記載の質量流量計であって、
前記第１流量センサユニット及び前記第２流量センサユニットが共通のバイパスを備える、
質量流量計。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の質量流量計と、
前記流路に流れる流体の流量を制御する流量調節ユニットと、
前記流量調節手段を制御する第２制御ユニットと、
を備える質量流量制御装置であって、
前記第２制御ユニットが、前記第１信号及び前記第２信号のうちの一方の信号である信号Ｃの強度に基づいて前記流量調節ユニットを制御して、前記流体の流量を目標値に近付ける、
質量流量制御装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の質量流量制御装置であって、
前記第１制御ユニットは、
前記学習機能の実行において、
前記第１信号の強度及び前記第２信号の強度を測定した時点における質量流量と関連付けて、前記流量偏差及び前記補正値に加えて、前記信号Ｃの強度に基づいて前記流量調節ユニットを制御したときの制御量をもデータ記憶装置に格納し、
前記自己診断機能の実行において、
前記信号Ｍから求められる前記流体の質量流量に対応する前記流量調節ユニットの制御量の値を、前記データ記憶装置に格納された前記質量流量と前記制御量との関係に基づいて特定し、
前記特定された制御量の値と、前記自己診断機能の実行における前記信号Ｃの強度に基づいて前記流量調節ユニットを制御したときの制御量の値との偏差である制御量偏差を算出し、
前記制御量偏差が所定の閾値ｃよりも大きい場合は、前記第１流量センサユニット、前記第２流量センサユニット、前記流量調節ユニット、及び前記第２制御ユニットの少なくとも何れか１つにおいて異常が有ると判定する、
質量流量制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、質量流量計、及び当該質量流量計を使用する質量流量制御装置に関する。より詳細には、本発明は、自己診断機能を有する質量流量計、及び当該質量流量計を使用する質量流量制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
質量流量計（マスフローメータ）は、例えば半導体の製造プロセスにおいてチャンバ内に供給されるプロセスガスの質量流量を測定することを目的として広く使用されている。加えて、質量流量計は、上記のように単独で使用されるのみならず、流量制御弁及び制御回路等の他の部材と共に質量流量制御装置（マスフローコントローラ）を構成する部品としても使用される。当該技術分野には、例えば熱式質量流量計、差圧式質量流量計、熱線式質量流量計、及びコリオリ式質量流量計等、様々な形式の質量流量計がある。中でも、熱式質量流量計は、比較的単純な構成によって流体（例えば、気体及び液体）の質量流量を正確に測定することができるため、広く使用されている。
【０００３】
一般的には、熱式質量流量計は、流体が流れる流路と、流路の途中に設けられたバイパスと、バイパスの上流側において流路から分岐してバイパスの下流側において流路に再び合流するセンサチューブと、センサチューブに巻き付けられた一対のセンサワイヤと、センサワイヤ及び他の抵抗素子を含むブリッジ回路を備えるセンサ回路と、によって構成される（例えば、特許文献１を参照）。バイパスは流体に対して流体抵抗を有し、流路に流れる流体のうち一定の割合の流体がセンサチューブに分岐するように構成される。
【０００４】
上記構成において、所定の電圧を印加する（又は所定の電流を流す）ことにより一対のセンサワイヤを発熱させると、センサワイヤから発生した熱がセンサチューブを流れる流体によって奪われる。その結果、センサチューブを流れる流体が加熱される。この際、上流側のセンサワイヤは未だ加熱されていない流体によって熱を奪われる。一方、下流側のセンサワイヤは上流側のセンサワイヤによって既に加熱された流体によって熱を奪われる。このため、上流側のセンサワイヤから奪われる熱は、下流側のセンサワイヤから奪われる熱よりも大きい。その結果、上流側のセンサワイヤの温度が、下流側のセンサワイヤの温度よりも低くなる。このため、上流側のセンサワイヤの電気抵抗値が、下流側のセンサワイヤの電気抵抗値よりも低くなる。このようにして生ずる上流側のセンサワイヤと下流側のセンサワイヤとの温度差に起因する電気抵抗値の差は、センサチューブを流れる流体の質量流量が大きいほど大きくなる。
【０００５】
上記のような上流側のセンサワイヤ及び下流側のセンサワイヤの電気抵抗値の差の流体の質量流量に応じた変化は、例えばブリッジ回路等を使用して検出することができる。更に、このようにして検出されたセンサワイヤの電気抵抗値の変化の差に基づいて、センサチューブに流れる流体の質量流量を求めることができ、センサチューブに流れる流体の質量流量に基づいて、流路に流れる流体の質量流量を求めることができる（詳しくは後述する）。
【０００６】
尚、本明細書において、流路に流れる流体の質量流量を計測する機能を有する部分は「流量センサユニット」と呼称される。例えば、熱式質量流量計における「流量センサユニット」は、センサチューブとセンサワイヤとセンサワイヤに発熱させるための入力信号を供給するための電源とが含まれる部分に該当する。
【０００７】
一般に、上記のような熱式質量流量計を始めとする質量流量計は、例えば、その製造直後に、他の校正済み質量流量計を基準として、基準流体（例えば、窒素ガス（Ｎ２）等の基準ガス）の流量を測定することによって校正される。しかしながら、質量流量計の使用中に、例えばセンサチューブの内壁に異物が付着する等の不測の異常事態の発生により質量流量の測定値が異常値を示す等、質量流量を正確に測定することが困難な状況が生ずる場合がある。ところが、このような異常事態が発生していることを、質量流量計の使用中に検知することは困難である。
【０００８】
そこで、当該技術分野においては、例えば、全く同一の仕様を有する２つの流量センサユニットが直列に配設された質量流量計が知られている。このような質量流量計においては、それぞれの流量センサユニットを、他の校正済み質量流量計を基準として、基準流体の流量を測定することによって校正しておく。その後、当該質量流量計の使用中に、これら２つの流量センサユニットから出力される流体の質量流量に対応する信号の強度のズレ（以降、「流量偏差」と呼称される場合がある）の絶対値が所定の閾値ｔを超えた場合は、これら２つの流量センサユニットの何れかに異常事態が発生していると判定される。
【０００９】
例えば、校正時に使用された流体の種類、温度、及び圧力と同じ種類、温度、及び圧力の流体の質量流量を測定する際の測定誤差が１．０％以内である場合、上記所定の閾値ｔを１．０％よりも僅かに大きい値に設定する。これにより、異常事態の発生の有無を高い感度にて検知することができる。従って、上記２つの流量センサユニットの何れかから出力される流体の質量流量に対応する信号の強度が異常値を示した際に、当該異常を直ちに検知することができる。本明細書において、このように質量流量計における異常事態の発生の有無を検知する機能は「自己診断機能」と呼称される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００９−１９２２２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述したように、当該技術分野においては、全く同一の仕様を有する２つの流量センサユニットを直列に配設し、これら２つの流量センサユニットの流量偏差の絶対値に基づいて、これら２つの流量センサユニットの何れかにおける異常事態の発生を直ちに検知する質量流量計が知られている。上記２つの流量センサユニットは、上述したように、他の校正済み質量流量計を基準として、基準流体（例えば、窒素ガス（Ｎ２）等の基準ガス）の流量を測定することによって校正される。
【００１２】
しかしながら、現実には、質量流量計は、種々の温度及び圧力における種々の流体の質量流量の測定に使用される。質量流量を測定しようとする流体の種類、温度、及び圧力が変化すると、質量流量が一定であっても、流量センサユニットから出力される流体の質量流量に対応する信号の強度が変動する。本明細書において、このように流量センサユニットから出力される流体の質量流量に対応する信号の強度を変動させる要因（例えば、流体の種類、温度、及び圧力等）は「変動要因」と呼称される。更に、このような変動要因の変化に起因する流量センサユニットから出力される流体の質量流量に対応する信号の強度の変動の仕方は「変動要因に対する応答」と呼称される。
【００１３】
２つの流量センサユニットの上記「変動要因に対する応答」が全く同一であれば、上述したような異常事態が発生していない限り、通常の測定誤差を超える流量偏差は、これら２つの流量センサユニットの間に生じない筈である。
【００１４】
しかしながら、現実には、流量センサユニットの流量特性には必ず個体差があり、全く同一の仕様を有する流量センサユニットであっても、例えば流体の種類、温度、及び圧力等の変動要因の変化に起因する質量流量の測定値の変動の仕方は必ずしも同じではない。即ち、全く同一の仕様を有する流量センサユニットであっても「変動要因に対する応答」に個体差が存在する。
【００１５】
更に、これらの変動要因は、流量偏差に対して、それぞれ独立に作用する。仮に、個々の変動要因による流量偏差への影響の大きさが１．０％であると仮定すると、複数の変動要因による流量偏差への影響が重畳され、流量偏差が最大で数％（例えば、２〜３％程度）増大する虞がある。従って、校正時に使用された流体の種類、温度、及び圧力と同じ種類、温度、及び圧力の流体の質量流量を測定する際の（通常の）測定誤差が前述したように１．０％以内である場合、複数の変動要因による流量偏差への影響が重畳されると、流量偏差は４％程度まで増大する可能性がある。このため、上述した閾値ｔを４％以下に設定した場合、上述したような不測の異常事態（例えばセンサチューブの内壁への異物の付着等）が現実には発生していなくても、これら２つの流量センサユニットの何れかに異常事態が発生しているという誤判定が下される虞がある。
【００１６】
一方、４％を超える値（例えば、５％）に閾値ｔを設定すれば、上記のような誤判定を回避することができる。しかしながら、このように大きい値に閾値ｔを設定すると、上記のような異常事態を検知する機会が減少し、自己診断機能の信頼性が低下する。その結果、質量流量を正確に測定することが困難となり、質量流量の測定精度の低下により、当該質量流量計を使用する用途（例えば、半導体製造プロセス等）において、例えば品質不良の発生頻度の増大等の問題を招く虞がある。
【００１７】
そこで、上記２つの流量センサユニットの両方について、全ての変動要因に対する応答を予め測定しておき、このように予め測定された応答を質量流量の測定時に参照することにより、変動要因に起因する測定誤差を低減することが可能である。しかしながら、このように全ての変動要因に対する応答を予め測定しておくことは膨大な作業を必要とし、個々の質量流量制御装置の製造コストの大幅な増大に繋がる。
【００１８】
加えて、上記のように全ての変動要因に対する応答を予め測定しておいたとしても、例えば、使用に伴う経時変化が上記２つの流量センサユニットの間で異なる場合等においては、変動要因に対する応答もまた上記２つの流量センサユニットの間で異なることが予想される。このような場合は、上記のように全ての変動要因に対する応答を予め測定しておいても、実際の質量流量の測定には役に立たない。
【００１９】
以上のように、当該技術分野においては、信頼性の高い自己診断機能を有する質量流量計に対する継続的な要求が存在する。従って、本発明は、信頼性の高い自己診断機能を有する質量流量計を提供することを１つの目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明者は、鋭意研究の結果、全く同一の仕様を有する２つの流量センサユニットを備える質量流量計において、実際に質量流量の測定を行う状況と同じ変動要因を有する環境下で、これら２つの流量センサユニットの流量偏差を予め測定することにより、変動要因に対する応答の個体差による影響を排除し、信頼性の高い自己診断を行うことができることを見出した（後に詳細に説明する）。
【００２１】
即ち、本発明に係る質量流量計は、
流体が流れる流路と、
前記流路に流れる前記流体の質量流量に対応する出力信号である第１信号を出力する第１流量センサユニットと、
前記流路に流れる前記流体の質量流量に対応する出力信号である第２信号を出力する第２流量センサユニットと、
前記第１信号の強度と前記第２信号の強度との偏差の大きさに基づいて前記第１流量センサユニット又は前記第２流量センサユニットにおける異常の有無を判定する第１制御ユニットと、
を備え、
前記第１流量センサユニットと、前記第２流量センサユニットとは、同一の仕様を有している、
質量流量計であって、
前記第１制御ユニットは、
所定の範囲に含まれる複数の異なる質量流量にて、所定の温度及び圧力において、前記流体を前記流路に流し、
前記複数の異なる質量流量のそれぞれにおいて、
前記第１信号の強度と、前記第２信号の強度と、を測定し、
前記第１信号の強度と前記第２信号の強度との偏差である流量偏差と、前記第１信号及び前記第２信号のうちの一方の信号である信号Ｓの強度を補正して前記流量偏差の絶対値を所定の閾値ｄ未満とするための補正値と、を算出し、
前記第１信号の強度及び前記第２信号の強度を測定した時点における質量流量と関連付けて、前記流量偏差と、前記補正値と、をデータ記憶装置に格納する、
学習機能を実行し、
前記学習機能の実行後、前記所定の温度及び圧力における前記流体の質量流量を測定するときに、前記第１制御ユニットは、
前記第１信号の強度と、前記第２信号の強度と、を測定し、
前記データ記憶装置に格納された前記補正値に基づいて前記信号Ｓの強度を補正し、
前記補正された前記信号Ｓの強度と前記第１信号及び前記第２信号のうちの前記信号Ｓではない他方の信号である信号Ｍの強度との偏差である補正流量偏差を算出し、
前記補正流量偏差が所定の閾値ｔよりも大きい場合は、前記第１流量センサユニット及び前記第２流量センサユニットの少なくとも何れか一方において異常が有ると判定する、
自己診断機能を実行する、
質量流量計である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、信頼性の高い自己診断機能を有する質量流量計を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の１つの実施態様に係る質量流量計を含む質量流量制御装置の構成の一例を示す模式図である。
【図２】本発明の１つの実施態様に係る質量流量計が備えるセンサ回路の構成の一例を示す模式図である。
【図３】実施例に係る質量流量計における学習機能の実行手順を示すフローチャートである。
【図４】学習機能の実行において、種々の設定流量（ＳＰ）における未補正の流量偏差（ΔＦ）を各種ガスについて測定した結果を示すグラフである。
【図５】学習機能の実行によって得られた補正値を用いて第１流量センサユニット（ＭＳＵ１）からの出力信号の強度を補正することにより変動要因に対する応答の個体差による影響が排除された第１流量センサユニット（ＭＳＵ１）と第２流量センサユニット（ＭＳＵ２）との間での補正流量偏差（ΔＦｃ）を種々の設定流量（ＳＰ）において各種ガスについて算出した結果を示すグラフである。
【図６】本発明のもう１つの実施態様に係る質量流量計を含む質量流量制御装置の構成の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
前述したように、当該技術分野においては、信頼性の高い自己診断機能を有する質量流量計に対する継続的な要求が存在する。そこで、本発明者は、前述したように、鋭意研究の結果、全く同一の仕様を有する２つの流量センサユニットを備える質量流量計において、実際に質量流量の測定を行う状況と同じ変動要因を有する環境下で、これら２つの流量センサユニットの流量偏差を予め測定することにより、変動要因に対する応答の個体差による影響を排除し、信頼性の高い自己診断を行うことができることを見出し、本発明を想到するに至ったのである。
【００２５】
具体的には、全く同一の仕様を有する２つの流量センサユニットを備える質量流量計において、実際に質量流量の測定を行う状況と同じ変動要因を有する環境下で、これら２つの流量センサユニットの流量偏差を種々の質量流量にて予め測定する。次いで、これらの流量偏差に基づいて、これら２つの流量センサユニットによる質量流量の測定結果を一致させるための補正値を算出し、データ記憶装置に格納しておく。このように２つの流量センサユニットの流量偏差を種々の質量流量にて予め測定し、これらの流量偏差に基づいて、これら２つの流量センサユニットによる質量流量の測定結果を一致させるための補正値を算出する機能は、本明細書において「学習機能」と呼称される。その後、質量流量の測定を行う際に、当該補正値に基づいて測定結果を補正することにより、これら２つの流量センサユニットの変動要因に対する応答の個体差による影響が排除された流量偏差を算出する。
【００２６】
上記のようにして求められる流量偏差は、変動要因に対する応答の個体差の影響を受けていない。即ち、前述したような異常事態が発生していない限り、当該流量偏差は通常の測定誤差を超えない筈である。従って、上述した所定の閾値ｔを通常の測定誤差（例えば、１．０％）よりも僅かに大きい値に設定し、上記のようにして求められる流量偏差が当該閾値ｔを超えるか否かを判定することにより、異常事態の発生の有無を高い感度にて検知することができ、信頼性の高い自己診断機能を発揮することができる。
【００２７】
即ち、本発明の第１の実施態様は、
流体が流れる流路と、
前記流路に流れる前記流体の質量流量に対応する出力信号である第１信号を出力する第１流量センサユニットと、
前記流路に流れる前記流体の質量流量に対応する出力信号である第２信号を出力する第２流量センサユニットと、
前記第１信号の強度と前記第２信号の強度との偏差の大きさに基づいて前記第１流量センサユニット又は前記第２流量センサユニットにおける異常の有無を判定する第１制御ユニットと、
を備え、
前記第１流量センサユニットと、前記第２流量センサユニットとは、同一の仕様を有している、
質量流量計であって、
前記第１制御ユニットは、
所定の範囲に含まれる複数の異なる質量流量にて、所定の温度及び圧力において、前記流体を前記流路に流し、
前記複数の異なる質量流量のそれぞれにおいて、
前記第１信号の強度と、前記第２信号の強度と、を測定し、
前記第１信号の強度と前記第２信号の強度との偏差である流量偏差と、前記第１信号及び前記第２信号のうちの一方の信号である信号Ｓの強度を補正して前記流量偏差の絶対値を所定の閾値ｄ未満とするための補正値と、を算出し、
前記第１信号の強度及び前記第２信号の強度を測定した時点における質量流量と関連付けて、前記流量偏差と、前記補正値と、をデータ記憶装置に格納する、
学習機能を実行し、
前記学習機能の実行後、前記所定の温度及び圧力における前記流体の質量流量を測定するときに、前記第１制御ユニットは、
前記第１信号の強度と、前記第２信号の強度と、を測定し、
前記データ記憶装置に格納された前記補正値に基づいて前記信号Ｓの強度を補正し、
前記補正された前記信号Ｓの強度と前記第１信号及び前記第２信号のうちの前記信号Ｓではない他方の信号である信号Ｍの強度との偏差である補正流量偏差を算出し、
前記補正流量偏差が所定の閾値ｔよりも大きい場合は、前記第１流量センサユニット及び前記第２流量センサユニットの少なくとも何れか一方において異常が有ると判定する、
自己診断機能を実行する、
質量流量計である。
【００２８】
上記のように、本実施態様に係る質量流量計は、
流体が流れる流路と、
前記流路に流れる前記流体の質量流量に対応する出力信号である第１信号を出力する第１流量センサユニットと、
前記流路に流れる前記流体の質量流量に対応する出力信号である第２信号を出力する第２流量センサユニットと、
を備える。
【００２９】
更に、本実施態様に係る質量流量計において、前記第１流量センサユニットと、前記第２流量センサユニットとは、同一の仕様を有している。具体的には、第１流量センサユニットと第２流量センサユニットとは、流体の質量流量を計測する機構、当該機構の設計仕様、当該機構を構成する構成部材の寸法及び材質等が実質的に同一である。即ち、第１流量センサユニットと第２流量センサユニットとの間に前述したような「変動要因に対する応答における個体差」が存在しなければ、上述したような異常事態が発生していない限り、これら２つの流量センサユニットの間には、通常の測定誤差を超える流量偏差は生じない筈である。
【００３０】
更に、本実施態様に係る質量流量計は、前記第１信号の強度と前記第２信号の強度との偏差の大きさに基づいて前記第１流量センサユニット又は前記第２流量センサユニットにおける異常の有無を判定する第１制御ユニットを備える。この第１制御ユニットは、上記のような第１流量センサユニット及び第２流量センサユニットからの出力信号（即ち、第１信号及び第２信号）の検出、これらの信号の強度の偏差の算出、異常の有無の判定等の種々の演算処理を行う。このような機能を有する第１制御ユニットは、例えば、質量流量計に組み込まれたマイクロコンピュータ等の電子制御装置として実装することができる。尚、図１においては、第１制御ユニットは制御手段１３０として実装されている。
【００３１】
上記のように、本実施態様に係る質量流量計は、冒頭で述べたような「自己診断機能」を有する質量流量計である。従って、本実施態様に係る質量流量計においても、前述したように、第１流量センサユニット及び第２流量センサユニットのそれぞれを、他の校正済み質量流量計を基準として、基準流体（例えば、窒素ガス（Ｎ２）等）の流量を測定することによって校正しておけば、その後の当該質量流量計の使用中に、これら２つの流量センサユニットから出力される流体の質量流量に対応する信号の強度のズレ（流量偏差）の絶対値が所定の閾値ｔを超えるか否かに基づいて、これら２つの流量センサユニットの何れかに異常が発生したか否かを判定することができる。
【００３２】
しかしながら、第１流量センサユニット及び第２流量センサユニットのように全く同一の仕様を有する２つの流量センサユニットにおいても、前述したように、流体の種類、温度、及び圧力等の変動要因に対する応答には個体差がある。その結果、例えばセンサチューブの内壁に異物が付着する等の不測の異常事態が発生していなくても、第１流量センサユニットと第２流量センサユニットとの間での変動要因に対する応答における個体差に起因して流量偏差が増大し、これら２つの流量センサユニットの何れかに異常が発生しているという誤判定が下される虞がある。
【００３３】
そこで、本実施態様に係る質量流量計においては、上述したように、全く同一の仕様を有する２つの流量センサユニットを備える質量流量計において、実際に質量流量の測定を行う状況と同じ変動要因を有する環境下で、これら２つの流量センサユニットの流量偏差を種々の質量流量にて予め測定する。次いで、これらの流量偏差に基づいて、これら２つの流量センサユニットによる質量流量の測定結果を一致させるための補正値を算出し、データ記憶装置に格納しておく。即ち、前述した「学習機能」を実行する。
【００３４】
その後、質量流量の測定を行う際に、当該補正値に基づいて測定結果を補正することにより、これら２つの流量センサユニットの変動要因に対する応答の個体差による影響が排除された流量偏差を算出する。このようにして求められる流量偏差は、変動要因に対する応答の個体差の影響を受けていない。即ち、２つの流量センサユニットの何れかにおいて前述したような異常事態が発生していない限り、当該流量偏差は通常の測定誤差を超えない筈である。従って、上述した所定の閾値ｔを通常の測定誤差（例えば、１．０％）よりも僅かに大きい値に設定することにより、異常事態の発生の有無を高い感度にて判定する。即ち、前述した「自己診断機能」を実行する。
【００３５】
具体的には、本実施態様に係る質量流量計において、
前記第１制御ユニットは、
所定の範囲に含まれる複数の異なる質量流量にて、所定の温度及び圧力において、前記流体を前記流路に流し、
前記複数の異なる質量流量のそれぞれにおいて、
前記第１信号の強度と、前記第２信号の強度と、を測定し、
前記第１信号の強度と前記第２信号の強度との偏差である流量偏差と、前記第１信号及び前記第２信号のうちの一方の信号である信号Ｓの強度を補正して前記流量偏差の絶対値を所定の閾値ｄ未満とするための補正値と、を算出し、
前記第１信号の強度及び前記第２信号の強度を測定した時点における質量流量と関連付けて、前記流量偏差と、前記補正値と、をデータ記憶装置に格納する、
学習機能を実行する。
【００３６】
上記において、質量流量の所定の範囲とは、本実施態様に係る質量流量計が適用される用途において使用される流体について想定される質量流量の範囲とすることができる。典型的には、質量流量の所定の範囲は、本実施態様に係る質量流量計のフルスケール（計測可能な最大流量）の０％から１００％の範囲とすることができる。このように設定される所定の範囲に含まれる複数の異なる質量流量もまた、所定の範囲内において適宜設定することができる。典型的には、このような複数の異なる質量流量は、所定の範囲内において一定の間隔を空けて設定することができる。例えば、複数の異なる質量流量は、本実施態様に係る質量流量計のフルスケールの０％、１０％、２０％、…９０％、及び１００％に設定することができる。更に、所定の温度及び圧力は、本実施態様に係る質量流量計が適用される用途において使用される流体について想定される温度及び圧力に設定される。
【００３７】
上記のように定められる複数の異なる質量流量のそれぞれにおいて、第１制御ユニットは、第１流量センサユニットから出力される流体の質量流量に対応する出力信号である第１信号の強度と、第２流量センサユニットから出力される流体の質量流量に対応する出力信号である第２信号の強度と、を測定する。
【００３８】
次に、第１制御ユニットは、上記のようにして得られた第１信号の強度と第２信号の強度との偏差である流量偏差を算出する。更に、第１制御ユニットは、第１信号及び第２信号のうちの一方の信号である信号Ｓの強度を補正して第１信号及び第２信号のうちの信号Ｓではない他方の信号である信号Ｍの強度に略一致させるために必要とされる補正値を算出する。具体的には、第１制御ユニットは、信号Ｓの強度を補正して流量偏差の絶対値を所定の閾値ｄ未満とするための補正値を算出する。この閾値ｄは、例えば、当該質量流量計において変動要因に対する応答の個体差及び例えばセンサチューブの内壁に異物が付着する等の不測の異常事態の発生による影響が無い正常な状態における測定誤差、ノイズ、並びに第１流量センサユニット及び第２流量センサユニットによる検出精度等を考慮して適宜設定することができる。このように、閾値ｄは、学習機能の実行においてのみ使用される閾値であり、閾値ｄの値が小さければ小さいほど、補正された信号Ｓの強度と信号Ｍの強度との偏差（流量偏差）の絶対値は０（ゼロ）に近付く。
【００３９】
また、上記補正値は、例えば、信号Ｍの強度から信号Ｓの強度を減じた値とすることができる。この場合は、信号Ｓの強度に当該補正値を加算することにより流量偏差を０（ゼロ）に近付けることができる。或いは、この補正値は、例えば、信号Ｍの強度を信号Ｓの強度で割った値とすることができる。この場合は、信号Ｓの強度に当該補正値を乗算することにより流量偏差を０（ゼロ）に近付けることができる。
【００４０】
次に、第１制御ユニットは、上記のようにして得られた流量偏差及び補正値を、第１信号の強度及び第２信号の強度を測定した時点における質量流量と関連付けて、データ記憶装置に格納する。このデータ記憶装置としては、例えば、第１制御ユニットを構成するマイクロコンピュータ等の電子制御装置が備えるＲＯＭ（例えば、ＥＥＰＲＯＭ）、ＲＡＭ等のデータ記憶装置を使用することができる。このようにして複数の異なる質量流量の全てにおいて、質量流量と関連付けられた流量偏差及び補正値をデータ記憶装置に格納すると、第１制御ユニットは学習機能の実行を完了する。
【００４１】
尚、上記学習機能は、例えば、本実施態様に係る質量流量計を製造後に初めて使用する際に自動的に実行されるように、第１制御ユニットを構成するマイクロコンピュータ等の電子制御装置が備えるＲＯＭ（例えば、ＥＥＰＲＯＭ）、ＲＡＭ等のデータ記憶装置に格納されたプログラム、又は当該質量流量計と連携して使用されるコンピュータにインストールされたアプリケーションソフトウェアとして実装されていてもよい。或いは、上記学習機能は、例えば、本実施態様に係る質量流量計が備えるボタン等の操作部又は当該質量流量計と連携して使用されるコンピュータにインストールされたアプリケーションソフトウェアが提供するユーザインターフェースに対するユーザによる操作によって開始されるように構成されていてもよい。
【００４２】
上記学習機能の実行後、上記所定の温度及び圧力における上記流体の質量流量を測定するときに、第１制御ユニットは、
前記第１信号の強度と、前記第２信号の強度と、を測定し、
前記データ記憶装置に格納された前記補正値に基づいて前記信号Ｓの強度を補正し、
前記補正された前記信号Ｓの強度と前記第１信号及び前記第２信号のうちの前記信号Ｓではない他方の信号である信号Ｍの強度との偏差である補正流量偏差を算出し、
前記補正流量偏差が所定の閾値ｔよりも大きい場合は、前記第１流量センサユニット及び前記第２流量センサユニットの少なくとも何れか一方において異常が有ると判定する、
自己診断機能を実行する。
【００４３】
「上記学習機能の実行後、上記所定の温度及び圧力における上記流体の質量流量を測定するとき」とは、例えば、当該質量流量計を使用する用途（例えば、半導体製造プロセス等）において使用される流体（例えば、半導体製造プロセスにおいて使用されるプロセスガス等）の質量流量を測定するときを指す。或いは、「上記所定の温度及び圧力における上記流体の質量流量を測定するとき」は、例えば、上述したようにユーザによる操作によって上記学習機能が実行されるときであってもよい。
【００４４】
上記のように、学習機能の実行後、上記所定の温度及び圧力における上記流体の質量流量を測定するときに、第１制御ユニットは、先ず、第１流量センサユニットから出力される流体の質量流量に対応する出力信号である第１信号の強度と、第２流量センサユニットから出力される流体の質量流量に対応する出力信号である第２信号の強度とを測定する。
【００４５】
次に、第１制御ユニットは、学習機能の実行によりデータ記憶装置に格納された補正値に基づいて上記信号Ｓの強度を補正する。この際、第１制御ユニットは、上記信号Ｍから求められる流体の質量流量に対応する補正値の値を、上記学習機能の実行によりデータ記憶装置に格納された質量流量と補正値との関係に基づいて特定し、このようにして特定された補正値の値に基づいて上記信号Ｓの強度を補正することができる。この場合、質量流量を測定しようとする流体の質量流量に応じた補正値によって信号Ｓの強度が補正されるので、変動要因に対する応答の個体差の影響をより厳密に排除することができる。その結果、第１流量センサユニット又は第２流量センサユニットにおける異常の発生を高い感度にて検知することができる。
【００４６】
或いは、場合によっては、第１制御ユニットは、上記学習機能の実行によりデータ記憶装置に格納された全ての補正値の代表値に基づいて上記信号Ｓの強度を補正することもできる。このような手法が望まれる場合の例としては、例えば、補正値の学習を行った質量流量の範囲において補正値の大きさの変動が小さい場合、第１流量センサユニット又は第２流量センサユニットにおける異常発生の検知において高い感度が求められない場合、及び第１制御ユニットにおける（ＣＰＵの）演算負荷を軽くする必要がある場合等を挙げることができる。
【００４７】
次に、第１制御ユニットは、上記のようにして補正された信号Ｓの強度と上記信号Ｍの強度との偏差である補正流量偏差を算出し、算出された補正流量偏差が所定の閾値ｔよりも大きい場合は、第１流量センサユニット及び第２流量センサユニットの少なくとも何れか一方において異常が有ると判定する。この際、上記のように信号Ｓの強度が補正値によって補正されている。従って、補正流量偏差においては、第１流量センサユニットと第２流量センサユニットとの間での変動要因に対する応答の個体差による影響が排除されている。
【００４８】
即ち、第１流量センサユニット及び第２流量センサユニットの何れかにおいて前述したような異常事態が発生していない限り、当該補正流量偏差は通常の測定誤差を超えない筈である。従って、本実施態様に係る質量流量計によれば、上記所定の閾値ｔを通常の測定誤差（例えば、１．０％）よりも僅かに大きい値に設定することにより、異常事態の発生の有無を高い感度にて判定することができる。このように、閾値ｔは、自己診断機能の実行においてのみ使用される閾値である。
【００４９】
尚、上記自己診断機能もまた、例えば、上述した学習機能の実行後、所定の期間が経過した際に、或いは所定回数（毎回でもよい）の質量流量測定を実行した際に、自動的に実行されるように、第１制御ユニットを構成するマイクロコンピュータ等の電子制御装置が備えるＲＯＭ（例えば、ＥＥＰＲＯＭ）、ＲＡＭ等のデータ記憶装置に格納されたプログラム、又は当該質量流量計と連携して使用されるコンピュータにインストールされたアプリケーションソフトウェアとして実装されていてもよい。或いは、上記自己診断機能は、例えば、本実施態様に係る質量流量計が備えるボタン等の操作部又は当該質量流量計と連携して使用されるコンピュータにインストールされたアプリケーションソフトウェアが提供するユーザインターフェースに対するユーザによる操作によって開始されるように構成されていてもよい。
【００５０】
ところで、上述したように、第１制御ユニットは、学習機能の実行によりデータ記憶装置に格納された補正値に基づいて上記信号Ｓの強度を補正する際、上記信号Ｍから求められる流体の質量流量に対応する補正値の値を、上記学習機能の実行によりデータ記憶装置に格納された質量流量と補正値との関係に基づいて特定し、このようにして特定された補正値の値に基づいて上記信号Ｓの強度を補正することができる。
【００５１】
従って、本発明の第２の実施態様は、
本発明の前記第１の実施態様に係る質量流量計であって、
前記第１制御ユニットは、前記自己診断機能の実行において、
前記信号Ｍから求められる前記流体の質量流量に対応する補正値の値を、前記データ記憶装置に格納された前記質量流量と前記補正値との関係に基づいて特定し、
前記特定された補正値の値に基づいて前記信号Ｓの強度を補正する、
質量流量計である。
【００５２】
上記において、前記質量流量と前記補正値との関係は、例えば、前記学習機能を実行した複数の異なる質量流量と当該複数の異なる質量流量のそれぞれに対応する前記補正値とを含むデータテーブルとして前記データ記憶装置に格納されていてもよい。この場合、当該データテーブルには、信号Ｍから求められる流体の質量流量そのものに対応する補正値が必ずしも存在しない。しかしながら、このような補正値が存在しない場合は、例えば、外挿又は内挿（例えば、線形補間等）により、信号Ｍから求められる流体の質量流量に近い質量流量に対応する補正値から、目的とする補正値を特定することができる。
【００５３】
或いは、前記質量流量と前記補正値との関係は、例えば、前記学習機能を実行した複数の異なる質量流量と当該複数の異なる質量流量のそれぞれに対応する前記補正値とから導かれる近似式として前記データ記憶装置に格納されていてもよい。この場合、当該近似式は、質量流量を引数とし且つ補正値を戻り値とする関数として定義することができる。従って、この場合は、信号Ｍから求められる流体の質量流量を引数として当該関数に渡すことにより、対応する補正値の値を特定することができる。
【００５４】
本実施態様に係る質量流量計によれば、上述したように、質量流量を測定しようとする流体の質量流量に応じた補正値を例えば上記のように特定し、特定された補正値によって信号Ｓの強度が補正されるので、変動要因に対する応答の個体差の影響をより厳密に排除することができる。その結果、第１流量センサユニット又は第２流量センサユニットにおける異常の発生を高い感度にて検知することができる。
【００５５】
或いは、上述したように、第１制御ユニットは、上記学習機能の実行によりデータ記憶装置に格納された全ての補正値の代表値に基づいて上記信号Ｓの強度を補正することもできる。
【００５６】
従って、本発明の第３の実施態様は、
本発明の前記第１の実施態様に係る質量流量計であって、
前記第１制御ユニットは、前記自己診断機能の実行において、
前記データ記憶装置に格納された全ての前記補正値の代表値に基づいて前記信号Ｓの強度を補正する、
質量流量計である。
【００５７】
上記において、データ記憶装置に格納された全ての補正値の代表値としては、例えば、前記学習機能を実行した複数の異なる質量流量と当該複数の異なる質量流量のそれぞれに対応する複数の前記補正値の平均値を採用することができる。本実施態様に係る質量流量計においては、このように特定される代表値を用いて、上記信号Ｓの強度を補正することにより、変動要因に対する応答の個体差の影響をより簡便に排除することができる。
【００５８】
上述したように、このような実施態様が望まれる場合の例としては、例えば、補正値の学習を行った質量流量の範囲において補正値の大きさの変動が小さい場合、第１流量センサユニット又は第２流量センサユニットにおける異常発生の検知において高い感度が求められない場合等を挙げることができる。また、本実施態様に係る質量流量計によれば、第１制御ユニットにおける（ＣＰＵの）演算負荷を軽くすることができるので、第１制御ユニットにおける（ＣＰＵの）演算処理能力が低い場合等において、このような実施態様が好適に採用される。
【００５９】
ところで、上記補正値は、前述したように、例えば、信号Ｍの強度から信号Ｓの強度を減じた値とすることができる。この場合は、信号Ｓの強度に当該補正値を加算することにより流量偏差を０（ゼロ）に近付けることができる。
【００６０】
従って、本発明の第４の実施態様は、
本発明の前記第１乃至前記第３の実施態様の何れか１つに係る質量流量計であって、
前記第１制御ユニットは、
前記学習機能の実行において、前記信号Ｍの強度から前記信号Ｓの強度を減じた値を前記補正値として算出し、
前記自己診断機能の実行において、前記信号Ｓの強度に前記補正値を加算することにより前記信号Ｓの強度を補正する、
質量流量計である。
【００６１】
或いは、上記補正値は、前述したように、例えば、信号Ｍの強度を信号Ｓの強度で割った値とすることができる。この場合は、信号Ｓの強度に当該補正値を乗算することにより流量偏差を０（ゼロ）に近付けることができる。
【００６２】
従って、本発明の第５の実施態様は、
本発明の前記第１乃至前記第３の実施態様の何れか１つに係る質量流量計であって、
前記第１制御ユニットは、
前記学習機能の実行において、前記信号Ｍの強度を前記信号Ｓの強度で割った値を前記補正値として算出し、
前記自己診断機能の実行において、前記信号Ｓの強度に当該補正値を乗算することにより前記信号Ｓの強度を補正する、
質量流量計である。
【００６３】
尚、信号Ｍの強度から信号Ｓの強度を減じた値及び信号Ｍの強度を信号Ｓの強度で割った値の何れを補正値として採用するかは、例えば、それぞれの値を補正値として採用した場合におけるそれぞれの流量偏差の値の何れが小さいかによって、適宜選択することができる。
【００６４】
ところで、冒頭で述べたように、当該技術分野においては、例えば熱式質量流量計、差圧式質量流量計、熱線式質量流量計、及びコリオリ式質量流量計等、様々な形式の質量流量計が知られている。これらの中でも、熱式質量流量計は、前述したような比較的単純な構成によって流体（例えば、気体及び液体）の質量流量を正確に測定することができるため、広く使用されている。当然のことながら、本発明に係る質量流量計は、これらの多種多様な方式を採用する質量流量計の何れであってもよい。例えば、本発明に係る質量流量計が備える流量センサユニットは、熱式質量流量計に含まれるタイプの流量センサユニット（熱式流量センサユニット）であってもよい。
【００６５】
従って、本発明の第６の実施態様は、
本発明の前記第１乃至前記第５の実施態様の何れか１つに係る質量流量計であって、
前記第１流量センサユニット及び前記第２流量センサユニットが、
前記流路の途中に設けられたバイパスと、
前記バイパスの上流側において前記流路から分岐して前記バイパスの下流側において前記流路に再び合流するセンサチューブと、
前記センサチューブに流れる流体に対して熱伝導可能に配設された一対のセンサワイヤと、
前記センサワイヤから発熱させるための入力信号を前記センサワイヤに供給する電源と、
前記センサワイヤを含むブリッジ回路を備えるセンサ回路と、
を含む熱式流量センサユニットである、
質量流量計である。
【００６６】
上記構成において、バイパスは流体に対して流体抵抗を有し、流路に流れる流体のうち一定の割合の流体がセンサチューブに分岐する。所定の入力信号を供給することによって一対のセンサワイヤを発熱させると、センサワイヤから発生した熱がセンサチューブを流れる流体によって奪われる。この際、センサチューブを流れる流体の流量が大きいほど上流側のセンサワイヤの温度が、下流側のセンサワイヤの温度よりも低くなる。結果として生ずる上流側のセンサワイヤと下流側のセンサワイヤとの電気抵抗値の差異に対応する出力信号はセンサ回路によって検出可能となる。このようにして検出される出力信号に基づいて、センサチューブに流れる流体の質量流量を求めることができ、センサチューブに流れる流体の質量流量に基づいて、流路に流れる流体の質量流量を求めることができる。
【００６７】
上記構成を有する質量流量計においても、上述した学習機能及び自己診断機能を第１制御ユニットが実行することにより、第１流量センサユニット及び第２流量センサユニットの何れかにおいて前述したような異常事態が発生していない限り、補正流量偏差は通常の測定誤差を超えない筈である。従って、本実施態様に係る質量流量計によっても、所定の閾値ｔを通常の測定誤差よりも僅かに大きい値に設定することにより、流量センサユニットにおける異常事態の発生の有無を高い感度にて判定することができる。
【００６８】
ところで、上記構成において、第１流量センサユニットと第２流量センサユニットとは、流体が流れる流路において直列に配置されてもよい。この場合、第１流量センサユニットと第２流量センサユニットとは、それぞれ個別のバイパスを備える。更に、個々のバイパスについて、センサチューブと、一対のセンサワイヤと、電源と、センサ回路と、が配設される。
【００６９】
即ち、本発明の第７の実施態様は、
本発明の前記第６の実施態様に係る質量流量計であって、
前記第１流量センサユニット及び前記第２流量センサユニットのそれぞれが個別のバイパスを備える、
質量流量計である。
【００７０】
上述したように、本実施態様に係る質量流量計においては、第１流量センサユニットと第２流量センサユニットとは、流体が流れる流路において直列に配置され、それぞれのセンサユニットとは、それぞれ個別のバイパスを備える。更に、個々のバイパスについて、センサチューブと、一対のセンサワイヤと、電源と、センサ回路と、が配設される。ここで、流体の流路において、第１流量センサユニットが上流側、第２流量センサユニットが下流側に配設されている場合について、以下に詳しく説明する。但し、当然のことながら、第１流量センサユニットが下流側、第２流量センサユニットが上流側に配設されてもよい。更に、以下の説明においては、第１流量センサユニットを構成するバイパスは「第１バイパス」と呼称され、第２流量センサユニットを構成するバイパスは「第２バイパス」と呼称される。
【００７１】
前記第１流量センサユニットは、
前記流路の途中に直列に設けられた上流側のバイパスである第１バイパスと、
前記第１バイパスの上流側において前記流路から分岐して前記第１バイパスの下流側において前記流路に再び合流する第１センサチューブと、
前記第１センサチューブに流れる流体に対して熱伝導可能に配設された一対の第１センサワイヤと、
前記第１センサワイヤから発熱させるための入力信号を前記第１センサワイヤに供給する第１電源と、
前記第１センサワイヤを含むブリッジ回路を備える第１センサ回路と、
を含む。
【００７２】
前記第２流量センサユニットは、
前記流路の途中に直列に設けられた下流側のバイパスである第２バイパスと、
前記第２バイパスの上流側において前記流路から分岐して前記第２バイパスの下流側において前記流路に再び合流する第２センサチューブと、
前記第２センサチューブに流れる流体に対して熱伝導可能に配設された一対の第２センサワイヤと、
前記第２センサワイヤから発熱させるための入力信号を前記第２センサワイヤに供給する第２電源と、
前記第２センサワイヤを含むブリッジ回路を備える第２センサ回路と、
を含む。
【００７３】
加えて、上述したように、第１流量センサユニットと第２流量センサユニットとは同一の仕様を有する。従って、前記第１バイパスと前記第２バイパス、前記第１センサチューブと前記第２センサチューブ、前記第１センサワイヤと前記第２センサワイヤ、及び前記第１センサ回路と前記第２センサ回路とは、それぞれ同一の仕様を有している。具体的には、例えば、前記第１バイパスと前記第２バイパスとは流体に対して同一の流体抵抗を有し、前記第１センサチューブと前記第２センサチューブとは、同一の材質で形成され、同一の内径及び経路長を有する。更に、前記第１センサワイヤと前記第２センサワイヤとは、同一の材質で形成され、同一の電気抵抗値及び発熱量を有し、前記第１センサ回路と前記第２センサ回路とは、同一の回路素子によって形成される同一の回路構成を有する。
【００７４】
ここで、本実施態様に係る質量流量計の構成の一例につき、添付図面を参照しながら、以下に詳しく説明する。図１は、前述したように、本発明の１つの実施態様に係る質量流量計を含む質量流量制御装置の構成の一例を示す模式図である。更に、図２は、前述したように、本発明の１つの実施態様に係る質量流量計が備える流量センサユニットに含まれるセンサ回路の構成の一例を示す模式図である。図１に示されているように、質量流量制御装置１００は、第１流量センサユニット１１０と、第２流量センサユニット２１０と、流量調節手段１２０と、制御手段１３０（後述する「第１制御ユニット」及び「第２制御ユニット」に相当する）と、を含む。
【００７５】
第１流量センサユニット１１０は、流体が流れる流路１１４と、流路１１４の途中に設けられたバイパス１１５と、バイパス１１５の上流側において流路１１４から分岐してバイパス１１５の下流側において流路１１４に再び合流するセンサチューブ１１６と、センサチューブ１１６に巻き付けられた一対のセンサワイヤ１１７及び１１８と、センサワイヤ１１７及び１１８に所定の入力信号を供給して発熱させるための電源１１３と、図２に示されているようにセンサワイヤ１１７及び１１８並びに他の抵抗素子１１７′及び１１８′を含むブリッジ回路を備えるセンサ回路１１１と、によって構成される。
【００７６】
バイパス１１５は流体に対して流体抵抗を有し、流路１１４を流れる流体のうち一定の割合の流体がセンサチューブ１１６に分岐するように構成される。尚、図１に示されている構成においては、一対のセンサワイヤ１１７及び１１８がセンサチューブ１１６に巻き付けられている。しかしながら、センサワイヤから発生した熱がセンサチューブに流れる流体に伝導することが可能である限り、センサワイヤの具体的な配置は特に限定されない。
【００７７】
上記構成において、電源１１３からセンサワイヤ１１７及び１１８に所定の入力信号（電気信号）を供給（入力）するとジュール熱が発生し、この熱はセンサチューブ１１６を流れる流体によって奪われる。この際、上流側のセンサワイヤ１１７は未だ加熱されていない流体によって熱を奪われ、下流側のセンサワイヤ１１８は上流側のセンサワイヤ１１７によって既に加熱された流体によって熱を奪われる。このため、上流側のセンサワイヤ１１７の温度よりも下流側のセンサワイヤ１１８の温度の方が高くなる。その結果、上流側のセンサワイヤ１１７の電気抵抗よりも下流側のセンサワイヤ１１８の電気抵抗の方が高くなる。尚、発熱を目的としてセンサワイヤに供給（入力）される入力信号（電気信号）は、電圧及び電流の何れに基づいて制御されてもよい。
【００７８】
このようにして生ずる上流側のセンサワイヤ１１７と下流側のセンサワイヤ１１８との温度差に起因する電気抵抗値の差（比）は、センサチューブ１１６を流れる流体の質量流量に応じて変化する。その結果、センサ回路１１１の点Ｓと点Ｃとの間の電位差もまたセンサチューブ１１６を流れる流体の質量流量に応じて変化する。このような電位差の変化を、例えばオペアンプ１１９を介して検出することにより、センサチューブ１１６に流れる流体の質量流量を測定することができる。更に、このようにして測定されるセンサチューブ１１６に流れる流体の質量流量に基づいて、流路１１４に流れる流体の質量流量を求めることができる。
【００７９】
図２に示されているセンサ回路においては、それぞれ３００Ωの抵抗値を有するセンサワイヤ１１７及び１１８が点Ｓにおいて直列に接続され、それぞれ２０ｋΩの抵抗値を有する他の抵抗素子１１７′及び１１８′が点Ｃにおいて直列に接続されている。更に、上記のようにそれぞれ直列に接続されたセンサワイヤ１１７及び１１８の両端と他の抵抗素子１１７′及び１１８′の両端とが、それぞれ点Ｐ及び点Ｎにおいて接続されている。即ち、センサワイヤ１１７及び１１８と抵抗素子１１７′及び１１８′とは所謂「ホイートストンブリッジ」を構成している。
【００８０】
質量流量の測定時には、電源１１３から上記点Ｐと点Ｎとの間に所定の入力信号（電気信号）が供給（入力）され、センサワイヤ１１７及び１１８からジュール熱が発生する。更に、点Ｓ及び点Ｃはそれぞれオペアンプ１１９の非反転入力（＋）及び反転入力（−）に接続され、点Ｓと点Ｃとの間の電位差に応じた信号がオペアンプ１１９の出力として得られる。このようにして得られるオペアンプ１１９からの出力信号に基づいて、センサチューブ１１６に流れる流体の質量流量を測定することができる。但し、他の抵抗素子１１７′及び１１８′の電気抵抗がセンサワイヤ１１７及び１１８からの発熱の影響を受けると、センサチューブ１１６に流れる流体の質量流量を正確に測定することができない。従って、他の抵抗素子１１７′及び１１８′は、センサワイヤ１１７及び１１８からの発熱の影響を実質的に受けない位置及び／又は状態に配置される。
【００８１】
第２流量センサユニット２１０は、流路１１４の第１流量センサユニット１１０より下流側に配設されており、第１流量センサユニット１１０と全く同一の構成を有する。具体的には、上述したように、第１バイパス１１５と第２バイパス２１５、第１センサチューブ１１６と第２センサチューブ２１６、第１センサワイヤ１１７及び１１８と第２センサワイヤ２１７及び２１８、並びに第１センサ回路１１１と第２センサ回路２１１とは、それぞれ同一の仕様を有している、
【００８２】
上記のように、図１において、第２流量センサユニット２１０の各構成要素を示す符号は、第１流量センサユニット１１０の対応する各構成要素を示す符号の下二桁と同じ番号が付されている。従って、第２流量センサユニット２１０の各構成要素についての説明は第２流量センサユニット２１０の各構成要素についての説明と同様であるので割愛する。また、第２流量センサユニット２１０を構成するセンサ回路２１１の構成は、図２を参照しながら説明したセンサ回路１１１の構成と全く同一であるので、センサ回路２１１についての説明もまた割愛する。
【００８３】
尚、上述したように、図１は、本発明の１つの実施態様に係る質量流量計における流量の測定方法が適用される質量流量計を含む質量流量制御装置の構成の一例を示す模式図である。従って、図１には、上述したように、第１流量センサユニット１１０及び第２流量センサユニット１１０の他に、流量調節手段１２０及び制御手段１３０等も描かれているが、これらについては、質量流量制御装置としての本発明の実施態様についての説明において詳しく説明するので、ここでは説明しない。
【００８４】
第１流量センサユニット１１０及び第２流量センサユニット２１０の何れにおいても、センサチューブの材料としては優れた耐食性及び機械的強度を有する材料が望ましく、一般的にはＳＵＳ等の金属（即ち、導体）が使用される。一方、センサワイヤの材料としては当然のことながら導体が使用される。具体的には、センサチューブの材料としては、例えばＳＵＳ３１６を始めとするステンレス鋼材等、優れた耐食性及び機械的強度を有する材料が使用される。一方、センサワイヤの材料としては、例えばエナメル線等、所望の電気抵抗値を有する導体（例えば、銅等の金属）が使用される。即ち、一般的には、センサチューブ及びセンサワイヤの材料は何れも導体である。
【００８５】
従って、流量センサにおいては、センサチューブとセンサワイヤとの導通及びセンサワイヤ同士の導通の防止、並びにセンサチューブへのセンサワイヤの固定等を目的として、センサチューブのセンサワイヤが巻き付けられた部分及びセンサワイヤの周囲に例えば樹脂等の絶縁材料によって形成される被覆層が配設されるのが一般的である。加えて、流量センサによる質量流量測定のためには、上述したように、通電によってセンサワイヤから発生する熱がセンサチューブ及びセンサチューブに流れる流体によって奪われる必要がある。従って、少なくともセンサワイヤとセンサチューブとの間に介在する被覆層は、良好な熱伝導性を備えることが望ましい。
【００８６】
図１及び図２に示されている構成を有する質量流量計においても、上述した学習機能及び自己診断機能を第１制御ユニットが実行することにより、第１流量センサユニット及び第２流量センサユニットの何れかにおいて前述したような異常事態が発生していない限り、補正流量偏差は通常の測定誤差を超えない筈である。従って、本実施態様に係る質量流量計によっても、所定の閾値ｔを通常の測定誤差よりも僅かに大きい値に設定することにより、流量センサユニットにおける異常事態の発生の有無を高い感度にて判定することができる。
【００８７】
ところで、本発明の前記第６の実施態様に係る質量流量計において、第１流量センサユニットと第２流量センサユニットとは、流体が流れる流路において並列に配置されてもよい。この場合、第１流量センサユニットと第２流量センサユニットとは共通のバイパスを備える。換言すれば、第１流量センサユニットと第２流量センサユニットとは１つのバイパスを共有する。但し、センサチューブと、一対のセンサワイヤと、電源と、センサ回路とは、それぞれのセンサユニット毎に個別に配設される。
【００８８】
即ち、本発明の第８の実施態様は、
本発明の前記第６の実施態様に係る質量流量計であって、
前記第１流量センサユニット及び前記第２流量センサユニットが共通のバイパスを備える、
質量流量計である。
【００８９】
ここで、本実施態様に係る質量流量計の構成の一例につき、添付図面を参照しながら、以下に説明する。図６は、前述したように、本発明のもう１つの実施態様に係る質量流量計を含む質量流量制御装置の構成の一例を示す模式図である。図６に示されている実施態様に係る質量流量制御装置は、流路１１４にバイパス１１５が１つだけしか配設されていない点、及びこのバイパス１１５を第１流量センサユニット１１０と第２流量センサユニット２１０とが共有している点、の２点を除き、図１に示されている実施態様に係る質量流量制御装置と同様の構成を有する。センサ回路１１１及び２１１もまた、例えば、図２に示されている構成を有するものを使用することができる。
【００９０】
従って、図６に示されている実施態様に係る質量流量制御装置の構成の詳細については説明しないが、上記構成を有する質量流量計においても、上述した学習機能及び自己診断機能を第１制御ユニットが実行することにより、第１流量センサユニット及び第２流量センサユニットの何れかにおいて前述したような異常事態が発生していない限り、補正流量偏差は通常の測定誤差を超えない筈である。従って、本実施態様に係る質量流量計によっても、所定の閾値ｔを通常の測定誤差よりも僅かに大きい値に設定することにより、流量センサユニットにおける異常事態の発生の有無を高い感度にて判定することができる。
【００９１】
ところで、冒頭で述べたように、本発明は、自己診断機能を有する質量流量計のみならず、当該質量流量計を使用する質量流量制御装置にも関する。当該質量流量制御装置は、本発明に係る質量流量計によって算出される流体の流量に基づいて流量調節ユニットを制御して、流体の流量を目標値に近付ける。
【００９２】
即ち、本発明の第９の実施態様は、
本発明の前記第１乃至前記第８の実施態様の何れか１つに係る質量流量計と、
前記流路に流れる流体の流量を制御する流量調節ユニットと、
前記流量調節手段を制御する第２制御ユニットと、
を備える質量流量制御装置であって、
前記第２制御ユニットが、前記第１信号及び前記第２信号のうちの一方の信号であるＣ信号の強度に基づいて前記流量調節ユニットを制御して、前記流体の流量を目標値に近付ける、
質量流量制御装置である。
【００９３】
上記のように、本実施態様に係る質量流量制御装置は、本発明の前記第１乃至前記第８の実施態様の何れか１つに係る質量流量計を備える質量流量制御装置である。従って、質量流量計の基本的な構成については、例えば、図１及び２を参照しながら、本発明の前記第１乃至前記第８の実施態様に係る質量流量計の説明において既に述べたので、ここでは繰り返して説明しない。
【００９４】
本実施態様に係る質量流量制御装置は、上記のように、質量流量計の他に、前記流路に流れる流体の流量を制御する流量調節ユニットと、前記流量調節ユニットを制御する第２制御ユニットと、を備える。流量調節ユニットは、流路に流れる流体の流量を制御することが可能である限り、特に限定されない。流量調節ユニットの具体例としては、例えば、アクチュエータによって開度を変更することができる流量制御弁を挙げることができる。第２制御ユニットもまた、流量調節ユニットを制御して、流路に流れる流体の流量を増減することが可能である限り、特に限定されない。図１に示されている例においては、質量流量制御装置１００は、第１流量センサユニット１１０及び第２流量センサユニット２１０の他に、流路１１４に流れる流体の流量を制御する流量調節ユニット１２０及び流量調節ユニット１２０を制御する第２制御ユニット（図１においては、制御手段１３０に含まれる）を備える。
【００９５】
流量調節ユニット１２０は、図１に示されているように、流量制御弁１２１、弁口１２２、ダイアフラム１２３、アクチュエータ１２４、弁駆動回路１２５、及び図示しない電源等を含む。制御手段１３０に含まれる第２制御ユニットは、第１流量センサユニット１１０から出力される第１信号及び第２流量センサユニット２１０から出力される第２信号のうちの一方の信号である信号Ｃに基づいて流量調節ユニット１２０を制御して、流体の流量を目標値に近付ける。より具体的には、制御手段１３０に含まれる第２制御ユニットは、第１流量センサユニット１１０及び第２流量センサユニット２１０の何れか一方によって計測される流体の流量を目標値と比較し、その結果に応じた制御信号を弁駆動回路１２５に送信する。即ち、本実施態様に係る質量流量制御装置は、第１流量センサユニット１１０及び第２流量センサユニット２１０の何れに基づいて流路１１４に流れる流体の流量を制御してもよい。
【００９６】
例えば、流体の流量が目標値よりも少ない場合は、第２制御ユニットはアクチュエータ１２４によって流量制御弁１２１の開度を増やして流体の流量を増やすように弁駆動回路１２５に制御信号を送る。逆に、流体の流量が目標値よりも多い場合は、第２制御ユニットはアクチュエータ１２４によって流量制御弁１２１の開度を減らして流体の流量を減らすように弁駆動回路１２５に制御信号を送る。尚、上記説明においてはフィードバック方式による流体の流量制御について説明したが、本実施態様に係る質量流量制御装置による流体の流量制御は、フィードバック方式に限定されず、例えばフィードフォワード方式等の他の制御方式によって実行してもよい。
【００９７】
加えて、図１に示されている実施態様に係る質量流量制御装置１００においては、第１制御ユニット及び第２制御ユニットが何れも制御手段１３０に含まれていた。しかしながら、これらの制御ユニット及び／又は他の制御ユニットは、それらの全てがこのように１つの制御手段として実装されていてもよく、それぞれ個別の制御手段（制御ユニット）として実装されていてもよい。或いは、これらの制御ユニット及び／又は他の制御ユニットのうち何れかは１つの制御手段として実装されており、残りの制御ユニットは別の制御手段として纏めて、又は残りの制御ユニットはそれぞれ個別の制御手段（制御ユニット）として実装されていてもよい。
【００９８】
本実施態様に係る質量流量制御装置が備える質量流量計においては、上述したように、全く同一の仕様を有する２つの流量センサユニットを備え、質量流量の実測時と同じ変動要因を有する環境下で、これら２つの流量センサユニットの流量偏差を種々の質量流量にて予め測定する。次いで、これらの流量偏差に基づいて、これら２つの流量センサユニットによる質量流量の測定値を一致させる（具体的には、これらの質量流量の偏差を所定の閾値ｄ未満とする）ための補正値を算出し、データ記憶装置に格納しておく。その後、質量流量の測定を行う際に、当該補正値に基づいて測定値を補正することにより、これら２つの流量センサユニットの変動要因に対する応答の個体差による影響が除去された流量偏差である補正流量偏差を算出する。この補正流量偏差が所定の閾値ｔを超えるか否かに基づいて異常の発生の有無を判定することにより、信頼性の高い自己診断機能を発揮することができる。
【００９９】
ところで、本実施態様に係る質量流量制御装置において、第１流量センサユニット及び第２流量センサユニットの何れにも異常が発生していなくとも、流量調節ユニット及び第２制御ユニットの何れかに異常が発生していると、流体の質量流量を目標値に近付けることが困難となる。従って、本実施態様に係る質量流量制御装置は、流量調節ユニット及び第２制御ユニットの何れかにおける異常の発生を判定する自己診断機能を備えることが望ましい。
【０１００】
流量調節ユニット及び第２制御ユニットの何れかにおいて異常が発生していると、例えば、第２制御ユニットが第２信号の強度に基づいて流量調節ユニットを制御したときの制御量（例えば、第２制御ユニットが流量調節ユニットに対して発する制御信号の強度等）が正常時とは異なることが想定される。本実施態様に係る質量流量制御装置においては、上記学習機能の実行時に、その時点における質量流量と関連付けて当該制御量をデータ記憶装置に格納しておき、当該制御量と自己診断機能の実行時における制御量との偏差を求めることにより、その偏差の大きさに基づいて、流量調節ユニット及び第２制御ユニットの何れかにおいて異常が発生しているか否かを判定することができる。
【０１０１】
従って、本発明の第１０の実施態様は、
本発明の前記第９の実施態様に係る質量流量制御装置であって、
前記第１制御ユニットは、
前記学習機能の実行において、
前記第１信号の強度及び前記第２信号の強度を測定した時点における質量流量と関連付けて、前記流量偏差及び前記補正値に加えて、前記信号Ｃの強度に基づいて前記流量調節ユニットを制御したときの制御量をもデータ記憶装置に格納し、
前記自己診断機能の実行において、
前記信号Ｍから求められる前記流体の質量流量に対応する前記流量調節ユニットの制御量の値を、前記データ記憶装置に格納された前記質量流量と前記制御量との関係に基づいて特定し、
前記特定された制御量の値と、前記自己診断機能の実行における前記信号Ｃの強度に基づいて前記流量調節ユニットを制御したときの制御量の値との偏差である制御量偏差を算出し、
前記制御量偏差が所定の閾値ｃよりも大きい場合は、前記第１流量センサユニット、前記第２流量センサユニット、前記流量調節ユニット、及び前記第２制御ユニットの少なくとも何れか１つにおいて異常が有ると判定する、
質量流量制御装置である。
【０１０２】
上記において、「制御量」としては、例えば、図１において、流路１１４に流れる流体の流量の調整を目的として流量調節ユニット１２０の作動を制御するために第２制御ユニット（制御手段１３０）から弁駆動回路１２５に対して送信される制御信号の強度、及び流量制御弁１２１の開度の調整を目的として弁駆動回路１２５からアクチュエータ１１４に印加される駆動電圧の大きさ等を、採用することができる。
【０１０３】
また、上記「所定の閾値ｃ」は、例えば、事前実験等により、本実施態様に係る質量流量制御装置の正常時における上記制御信号の強度及び駆動電圧の大きさの変動の大きさを求めておき、この変動の大きさに基づいて（例えば、この変動よりも僅かに大きい値に）設定することができる。このように設定される閾値ｃよりも上記自己診断機能の実行において算出される制御量偏差が大きい場合は、第１流量センサユニット、第２流量センサユニット、流量調節ユニット、及び第２制御ユニットの少なくとも何れか１つにおいて異常が有ると判定される。このように、閾値ｃは、質量流量制御装置による自己診断機能の実行においてのみ使用される閾値である。
【０１０４】
上記において、上記自己診断機能の実行において算出される補正流量偏差が所定の閾値ｔ以下である場合は、前述したように、第１流量センサユニット及び第２流量センサユニットには異常は無いと判定される。従って、この場合は、流量調節ユニット及び第２制御ユニットの何れかにおいて異常が有ると判定することができる。
【０１０５】
以上のように、本実施態様に係る質量流量制御装置によれば、第２制御ユニットが信号Ｃの強度に基づいて流量調節ユニットを制御したときの制御量の値と、正常時において学習された対応する制御量の値との偏差に基づいて、第１流量センサユニット、第２流量センサユニット、流量調節ユニット、及び第２制御ユニットの何れか１つにおける異常の有無を判定することができる。
【０１０６】
以下、本発明の幾つかの実施態様に係る質量流量計の構成等につき、時に添付図面を参照しながら、更に詳しく説明する。但し、以下に述べる説明はあくまでも例示を目的とするものであり、本発明の範囲が以下の説明に限定されるものと解釈されるべきではない。
【実施例】
【０１０７】
本実施例においては、本発明の１つの実施態様に係る質量流量計が実行する学習機能及び自己診断機能につき、添付図面を参照しながら、以下に詳細に説明する。但し、以下に説明する質量流量計の構成は１つの例示に過ぎない。前述したように、本発明の概念は、例えば熱式質量流量計、差圧式質量流量計、熱線式質量流量計、及びコリオリ式質量流量計等、様々な形式の質量流量計に適用することができる。
【０１０８】
（１）質量流量計の構成
本実施例に係る質量流量計は、図１に示されている構成を有する熱式質量流量制御装置が備える熱式質量流量計として作成した。この熱式質量流量制御装置の構成については既に説明済みであるので、ここでは説明を繰り返さない。尚、センサワイヤの材料としてはニッケルと鉄との合金を使用し、センサチューブの材料としてはＳＵＳ３１６を使用し、被覆層の材料としてはポリイミドを使用した。センサ回路の構成は、第１流量センサユニット及び第２流量センサユニットの何れにおいても、図２に示されているセンサ回路と同一の構成とした。
【０１０９】
（２）実験条件
上記のような構成を有する本実施例に係る熱式質量流量計において、５種類のガス（窒素ガス（Ｎ２）、六フッ化硫黄（ＳＦ６）、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、及びパーフルオロシクロブタン（Ｃ４Ｆ８））を流体として使用して、学習機能及び自己診断機能を実行した。流路における流体の圧力は、パーフルオロシクロブタン（Ｃ４Ｆ８）のみ０．０５ＭＰａに調節し、その他のガスは何れも０．２ＭＰａに調節した。また、温度は、それぞれのガスについて、１０℃、２５℃、及び５５℃の３つの温度において実験を行い、いずれのガスについても最大流量（フルスケール）は５ｓｌｍとし、流量調節ユニット（流量制御弁）を制御して最大流量の１００％から１０％までの範囲で１０％刻みの設定流量において流体を流し、学習機能を実行した。学習機能の具体的な実行手順については、図３のフローチャートを参照しながら以下に詳しく説明する。
【０１１０】
（３）学習機能の実行手順
前述したように、学習機能は、例えば、本実施例に係る熱式質量流量計を製造後に初めて使用する際に自動的に実行されるように、第１制御ユニットを構成するマイクロコンピュータ等の電子制御装置が備えるデータ記憶装置に格納されたプログラム、又は当該熱式質量流量計と連携して使用されるコンピュータにインストールされたアプリケーションソフトウェアとして実装されていてもよい。或いは、学習機能は、例えば、本実施例に係る熱式質量流量計が備えるボタン等の操作部又は当該熱式質量流量計と連携して使用されるコンピュータにインストールされたアプリケーションソフトウェアが提供するユーザインターフェースに対するユーザによる操作によって開始されるように構成されていてもよい。
【０１１１】
本実施例に係る熱式質量流量計においては、当該熱式質量流量計と連携して使用されるホストコンピュータにインストールされたアプリケーションソフトウェアから当該熱式質量流量計に対してシリアル通信（ＲＳ４８５）経由で送出される命令（コマンド）により学習機能の実行が開始され、当該熱式質量流量計が備える第１制御ユニットを構成するマイクロコンピュータが備えるデータ記憶装置に格納されたプログラムに従って学習機能が実行されるように構成した。
【０１１２】
図３は、前述したように、実施例に係る熱式質量流量計における学習機能の実行手順を示すフローチャートである。図３に示されているように、先ずステップＳ３０１において、ホストコンピュータからの学習機能の実行開始コマンドを受信する。これにより、本実施例に係る熱式質量流量計が備える第１制御ユニットは、マイクロコンピュータが備えるデータ記憶装置に格納されたプログラムに従って学習機能の実行を開始する。
【０１１３】
次に、ステップＳ３０２において、第２制御ユニットが流量調節ユニットを制御して、設定流量（ＳＰ）を１００％（即ち、最大流量（フルスケール）である５ｓｌｍ）に設定する。次に、ステップＳ３０３において所定の時間（本実施例においては１０秒間）待機し、流体の流量が安定するのを待つ。次に、ステップＳ３０４において、第１流量センサユニット（ＭＳＵ１）及び第２流量センサユニット（ＭＳＵ２）からの出力信号に対応する質量流量が妥当な範囲（例えば、最大流量（フルスケール）の１００％±１０％）に入るか否かを判定する。
【０１１４】
上記ステップＳ３０４においてＭＳＵ１及びＭＳＵ２からの出力信号に対応する質量流量が妥当な範囲に入っていると判定された場合（ステップＳ３０４：Ｙｅｓ）、次のステップＳ３０５において所定の時間（本実施例においては２０秒間）待機し、流体の流量が安定するのを待つ。次に、ステップＳ３０６においてＭＳＵ１及びＭＳＵ２からの出力信号の変動量を算出する。次に、ステップＳ３０７において、ＭＳＵ１及びＭＳＵ２からの出力信号が安定しているか否かを判定する。本実施例においては、ＭＳＵ１及びＭＳＵ２からの出力信号の３秒間における最大変動幅が０．２％以内であれば安定していると判定した。
【０１１５】
上記ステップＳ３０７においてＭＳＵ１及びＭＳＵ２からの出力信号が安定していると判定された場合（ステップＳ３０７：Ｙｅｓ）、次のステップＳ３０８においてＭＳＵ１及びＭＳＵ２からの出力信号の強度の差分（前述した流量偏差に相当）ΔＦを算出する。具体的には、ＭＳＵ１からの出力信号の強度からＭＳＵ２からの出力信号の強度を減算することによりΔＦを算出した。次に、ステップＳ３０９において、上記ΔＦの絶対値（｜ΔＦ｜）が予め定められた閾値ｅ未満であるか否かを判定する。この閾値ｅは、学習機能のための閾値ｄ並びに自己診断のための閾値ｔ及び閾値ｃとは異なり、ＭＳＵ１及びＭＳＵ２等の明らかな異常により｜ΔＦ｜が著しく大きくなる事態が発生しているか否かを判定するための閾値である。
【０１１６】
上記ステップＳ３０９において｜ΔＦ｜が閾値ｅ未満であると判定された場合（ステップＳ３０９：Ｙｅｓ）は、ＭＳＵ１及びＭＳＵ２等の明らかな異常は発生していないと判断されるので、次のステップＳ３０８において、ＭＳＵ１からの出力信号の強度をＭＳＵ２からの出力信号の強度に略一致させるための補正値を算出し、算出された補正値を使用してＭＳＵ１からの出力信号の強度を補正する。具体的には、ＭＳＵ１からの出力信号の強度を補正してＭＳＵ２からの出力信号の強度との差分ΔＦの絶対値（｜ΔＦ｜）を予め定められた閾値ｄ未満とすることができる補正値を算出する。
【０１１７】
上記補正値は、前述したように、ＭＳＵ２からの出力信号の強度からＭＳＵ１からの出力信号の強度を減じた値としてもよく、或いはＭＳＵ２からの出力信号の強度をＭＳＵ１からの出力信号の強度で割った値としてもよい。前者の場合は、ＭＳＵ１からの出力信号の強度に当該補正値を加算することによりΔＦを０（ゼロ）に近付けることができる。後者の場合は、ＭＳＵ１からの出力信号の強度に当該補正値を乗算することによりΔＦを０（ゼロ）に近付けることができる。尚、本実施例においては、後者のタイプの補正値を採用し、詳しくは後述するように、データ記憶装置に格納された全ての補正値の平均値である代表値によってＭＳＵ１からの出力信号の強度を補正した。
【０１１８】
次に、ステップＳ３１１において、この時点における設定流量（ＳＰ）と関連づけて、補正前の流量偏差（ΔＦ）、補正値、及び第２制御ユニットからの指令により流量調節ユニットが備える弁駆動回路からアクチュエータに印加される弁駆動電圧を第１制御ユニットが備えるデータ記憶装置に格納する。
【０１１９】
以上のようにして、ある特定のＳＰにおける学習が完了する。そこで、次のステップＳ３１２において、ＳＰを変更して次の学習に備える。本実施例においては、ＳＰを１０％ずつ減少させてゆく。次のステップＳ３１３においては、その時点におけるＳＰが０％であるか否かが判定される。
【０１２０】
上記ステップＳ３１３において、その時点におけるＳＰが０％であると判定された場合（ステップＳ３１３：Ｙｅｓ）は、予定された全てのＳＰにおける学習が完了していると判断されるので、次のステップＳ３１５において、学習機能の実行が完了したことを示す信号をホストコンピュータに対して送信し、次のステップＳ３１５において当該ルーチンを終了する。一方、上記ステップＳ３１３において、その時点におけるＳＰが０％ではないと判定された場合（ステップＳ３１３：Ｎｏ）は、予定された全てのＳＰにおける学習が未だ完了していないと判断されるので、上述したステップＳ３０５に戻り、ステップＳ３０５からステップＳ３１３までの各ステップを繰り返し実行する。これにより、予定された全てのＳＰにおける学習を完了させることができる。
【０１２１】
尚、上述したステップＳ３０４においてＭＳＵ１及びＭＳＵ２からの出力信号に対応する質量流量が妥当な範囲に入っていないと判定された場合（ステップＳ３０４：Ｎｏ）、上記ステップＳ３０７においてＭＳＵ１及びＭＳＵ２からの出力信号が安定していないと判定された場合（ステップＳ３０７：Ｎｏ）、及び上記ステップＳ３０９において｜ΔＦ｜が閾値ｅ以上であると判定された場合（ステップＳ３０９：Ｎｏ）は、当該熱式質量流量計において何らかの異常（エラー）が発生していると判断されるので、ステップＳ３１５に進み当該ルーチンを一旦終了させる。この際、当該熱式質量流量計における何らかの異常（エラー）により当該ルーチンが異常終了したことを示す信号をホストコンピュータに送信するステップを設けてもよい。
【０１２２】
以上のように、本実施例に係る熱式質量流量計においては、学習機能の実行により、第１流量センサユニット（ＭＳＵ１）及び第２流量センサユニット（ＭＳＵ２）からの出力信号の強度における変動要因に対する応答の個体差の影響を排除するための補正値を取得することができる。これにより、後に自己診断機能を実行する際に、ＭＳＵ１からの出力信号の強度を上記補正値によって補正することにより、ＭＳＵ１とＭＳＵ２との間での流量偏差（ΔＦ）から変動要因に対する応答の個体差による影響を排除することができる。その結果、ΔＦに基づいてＭＳＵ１及びＭＳＵ２における異常の発生を判定するための閾値ｔを小さい値に設定することができるので、ＭＳＵ１及びＭＳＵ２における異常の発生の有無を高い感度にて判定することができる。
【０１２３】
（３）学習機能の実行結果
上記学習機能の実行によって取得された、５種類のガス（窒素ガス（Ｎ２）、六フッ化硫黄（ＳＦ６）、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、及びパーフルオロシクロブタン（Ｃ４Ｆ８））の種々の設定流量（ＳＰ）における流量偏差（ΔＦ）が図４に示されている。図４は、前述したように、学習機能の実行において、種々の設定流量（ＳＰ）における未補正の流量偏差（ΔＦ）を各種ガスについて測定した結果を示すグラフである。尚、図４において、（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）は、それぞれ１０℃、２５℃、及び５５℃における測定結果を示す。また、各グラフの縦軸は、流量偏差ΔＦのフルスケールに対する百分率（％ＦＳ）として表記されている。
【０１２４】
図４に示されているように、第１流量センサユニット（ＭＳＵ１）及び第２流量センサユニット（ＭＳＵ２）からの出力信号の強度の偏差（流量偏差ΔＦに相当）は、使用したガスの種類及び温度によって、通常の測定誤差（本実施例においては１．０％）を超える大きい値を示している。このことは、変動要因（例えば、流体の種類、温度、及び圧力等）に対する応答が、ＭＳＵ１とＭＳＵ２との間で異なること（個体差が有ること）を表している。従って、ＭＳＵ１又はＭＳＵ２における異常の発生を高い感度にて検出するためには、このような変動要因に対する応答の個体差の影響を排除することが望ましい。
【０１２５】
そこで、本実施例に係る熱式質量流量計においては、上述したように、学習機能の実行によって、ＭＳＵ１及びＭＳＵ２からの出力信号の強度における変動要因に対する応答の個体差の影響を排除するための補正値を取得する。更に、後に自己診断機能を実行する際に、ＭＳＵ１からの出力信号の強度を上記補正値によって補正することにより、変動要因に対する応答の個体差による影響をＭＳＵ１とＭＳＵ２との間での流量偏差（ΔＦ）から排除する。
【０１２６】
（４）学習された補正値による補正の効果
ここで、上記のようにＭＳＵ１からの出力信号の強度を上記補正値によって補正することにより、変動要因に対する応答の個体差による影響をＭＳＵ１とＭＳＵ２との間での流量偏差（ΔＦ）から排除した結果につき、図５に示されているグラフを参照しながら説明する。図５は、前述したように、学習機能の実行によって得られた補正値を用いてＭＳＵ１からの出力信号の強度を補正することにより変動要因に対する応答の個体差による影響が排除されたＭＳＵ１とＭＳＵ２との間での補正流量偏差（ΔＦｃ）を種々の設定流量（ＳＰ）において各種ガスについて算出した結果を示すグラフである。尚、図５において、（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）は、それぞれ１０℃、２５℃、及び５５℃における算出結果を示す。
【０１２７】
上述したように、本実施例においては、ＭＳＵ２からの出力信号の強度をＭＳＵ１からの出力信号の強度で割った値を補正値として採用し、データ記憶装置に格納された全ての補正値の平均値である代表値によってＭＳＵ１からの出力信号の強度を補正した。具体的には、個々の設定流量（ＳＰ）におけるＭＳＵ１からの出力信号の強度に上記代表値を比例係数として乗算することによりＭＳＵ１からの出力信号の強度を補正し、このように補正されたＭＳＵ１からの出力信号の強度とＭＳＵ２からの出力信号の強度との偏差を補正流量偏差として算出した。
【０１２８】
上記の結果、図５に示されているように、何れのガス種及び温度においても、全ての設定流量（ＳＰ）にわたって、補正流量偏差（ΔＦｃ）が流量偏差（ΔＦ）よりも小さくなった。これは、学習機能の実行によって得られた補正値を用いてＭＳＵ１からの出力信号の強度を補正することにより変動要因に対する応答の個体差による影響が排除されたことを表している。これにより、本実施例に係る熱式質量流量計によれば、補正流量偏差（ΔＦｃ）に基づいてＭＳＵ１及びＭＳＵ２における異常の発生を判定するための閾値ｔをより小さい値に設定することができるので、ＭＳＵ１及びＭＳＵ２における異常の発生の有無を高い感度にて判定することができる。
【０１２９】
尚、本実施例においては、上記のようにデータ記憶装置に格納された全ての補正値の平均値である代表値によってＭＳＵ１からの出力信号の強度を補正した。しかしながら、このような代表値ではなく、個々の設定流量（ＳＰ）において求められた補正値を用いてＭＳＵ１からの出力信号の強度を補正すれば、変動要因に対する応答の個体差による影響をより厳密に排除することができる。この場合、補正流量偏差（ΔＦｃ）が更に０（ゼロ）に近付くので、補正流量偏差（ΔＦｃ）に基づいてＭＳＵ１及びＭＳＵ２における異常の発生を判定するための閾値ｔを更により小さい値に設定することができる。その結果、ＭＳＵ１及びＭＳＵ２における異常の発生の有無を更に高い感度にて判定することができる。
【０１３０】
以上、本発明を説明することを目的として、特定の構成を有する幾つかの実施態様及び実施例について説明してきたが、本発明の範囲は、これらの例示的な実施態様及び実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲及び明細書に記載された事項の範囲内で、適宜修正を加えることができることは言うまでも無い。
【符号の説明】
【０１３１】
１００…質量流量制御装置、１１０…第１流量センサユニット、１１１…第１センサ回路、１１３…第１電源、１１４…流路、１１５…第１バイパス、１１６…第１センサチューブ、１１７及び１１８…第１センサワイヤ、１１７′及び１１８′…抵抗素子、１１９…オペアンプ、１２０…流量調節ユニット、１２１…流量制御弁、１２２…弁口、１２３…ダイアフラム、１２４…アクチュエータ、１２５…弁駆動回路、１３０…制御手段、２１０…第２流量センサユニット、２１１…第２センサ回路、２１３…第２電源、２１５…第２バイパス、２１６…第２センサチューブ、並びに２１７及び２１８…第２センサワイヤ。
【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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