(57)【要約】  この発明の一実施例は、一次流量測定システムと、当該一次流量測定システムと流体連通している二次流量測定システムと、一次流量測定システムおよび二次流量測定システムに結合されたコントローラとを含み得る。当該コントローラは、プロセッサと、当該プロセッサがアクセス可能なメモリとを含み得る。当該プロセッサは、第１の動作モードでは、一次流量測定システムを用いて流量を算出し、第２の動作モードでは、二次流量測定システムを用いて流量を算出するよう、当該メモリに記憶されたコンピュータ命令を実行し得る。当該コンピュータ命令はさらに、予め規定されたパラメータに基づいて第１の動作モードと第２の動作モードとを切替えるよう実行可能であり得る。
2008524585.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の流量を決定するためのシステムであって、
一次流量測定システムと、
前記一次流量測定システムと流体連通している二次流量測定システムと、
前記一次流量測定システムおよび前記二次流量測定システムに結合されたコントローラとを含み、前記コントローラは、
プロセッサと、
前記プロセッサがアクセス可能なメモリとを含み、前記メモリは、
第１の動作モードにおいて、前記一次流量測定システムを用いて流量を算出し、
第２の動作モードにおいて、前記二次流量測定システムを用いて前記流量を算出し、
予め規定されたパラメータに基づいて前記第１の動作モードと前記第２の動作モードとを切替えるよう前記プロセッサが実行可能な命令を含むコンピュータ命令の組を記憶する、システム。
【請求項２】
前記一次流量測定システムは、定容積システム、定圧システムまたは重量測定システムのうちの１つである、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記二次流量測定システムは、音速ノズルシステム、層流流量計、差圧流量計として用いられる可変導通率計、超音波流量計、コリオリ流量計、または熱式質量流量計のうちの１つである、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
流体の流量を決定するシステムであって、
定容積チャンバと、
前記定容積チャンバと流体連通している音速ノズルと、
流体の流れを前記定容積チャンバおよび前記音速ノズルに向けるよう構成された１つ以上のバルブと、
前記流体の１つのパラメータを読出すよう構成されたセンサと、
前記センサに結合され、前記センサから測定値を受信するよう構成されたコントローラとを含み、前記コントローラは、
プロセッサと、
前記プロセッサがアクセス可能なメモリとを含み、前記メモリは、
第１の動作モードにおいて、流体が前記定容積チャンバに蓄積すると前記流量を算出し、
第２の動作モードにおいて、前記流体が前記音速ノズルを通って流れると前記流量を算出し、
前記第１の動作モードと前記第２の動作モードとを切替えるよう前記プロセッサが実行可能な命令を含むコンピュータ命令の組を記憶する、システム。
【請求項５】
前記第１の動作モードにおいて、前記流量が、経時的な前記流体の圧力の変化に基づいて算出される、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記流量は、
【数１】
2008524585.tif 000010
に従ってほぼ算出される、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記第２の動作モードにおいて、前記流量が流体圧力に基づいて算出される、請求項４
に記載のシステム。
【請求項８】
前記第２の動作モードにおいて、前記流量は、
【数２】
2008524585.tif 000011
に従ってほぼ算出される、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記第２の動作モードにおいて、前記流量が流体密度に基づいて算出される、請求項４に記載のシステム。
【請求項１０】
前記第２の動作モードにおいて、前記流量は、
【数３】
2008524585.tif 000012
に従ってほぼ算出される、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記コンピュータ命令はさらに、前記定容積チャンバが平衡状態になることを可能にするよう前記第２の動作モードに従った前記流量の算出を遅らせる命令を含む、請求項４に記載のシステム。
【請求項１２】
前記コンピュータ命令はさらに、
流量の重複範囲において前記第１の動作モードに従って前記流量を算出し、
前記第１の動作モードに従って算出された前記流量に基づいて前記音速ノズルの断面積を算出するよう実行可能な命令を含む、請求項４に記載のシステム。
【請求項１３】
前記音速ノズルの断面積は、
【数４】
2008524585.tif 000013
に従ってほぼ算出される、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記音速ノズルの断面積は、
【数５】
2008524585.tif 000014
に従ってほぼ算出される、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１５】
前記コンピュータ命令はさらに、
重複範囲において前記第１の動作モードに従って前記流量を算出し、
前記第１の動作モードに従って算出された前記流量に基づいて前記流体の熱容量比を算出するよう実行可能な命令を含む、請求項４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記熱容量比は、
【数６】
2008524585.tif 000015
に従ってほぼ算出される、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記熱容量比は、
【数７】
2008524585.tif 000016
に従ってほぼ算出される、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１８】
前記システムを通る流れを調節する１つ以上のバルブをさらに含み、
前記コンピュータ命令は、前記流れを調節するよう前記１つ以上のバルブを制御するよう実行可能な命令をさらに含む、請求項４に記載のシステム。
【請求項１９】
前記１つ以上のバルブは、
前記定容積チャンバの下流における第１のバルブと、
前記音速ノズルの下流における第２のバルブとを含む、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記流量は質量流量を含む、請求項４に記載のシステム。
【請求項２１】
前記流量は体積流量を含む、請求項４に記載のシステム。
【請求項２２】
前記コンピュータ命令は、予め規定されたパラメータに基づいて前記第１の動作モードと前記第２の動作モードとを切替えるよう実行可能である、請求項４に記載のシステム。
【請求項２３】
前記音速ノズルは可変オリフィスの音速ノズルである、請求項４に記載のシステム。
【請求項２４】
流体の流量を決定する方法であって、
第１の動作モードの場合、流体が流量の第１の範囲にわたって定積チャンバに蓄積すると前記流量を算出するステップと、
第２の動作モードの場合、前記流体が前記音速ノズルを通って流れると前記流量を算出するステップと、
前記第１の動作モードと前記第２の動作モードとを切替えるステップとを含む、方法。
【請求項２５】
前記第１の動作モードにおいて、前記流量は、経時的な前記流体の圧力の変化に基づいて算出される、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記第１の動作モードにおいて、前記流量は、
【数８】
2008524585.tif 000017
に従ってほぼ算出される、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記第２の動作モードにおいて、前記流量は流体圧力に基づいて算出される、請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
前記第２の動作モードにおいて、前記流量は、
【数９】
2008524585.tif 000018
に従ってほぼ算出される、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記第２の動作モードにおいて、前記流量は流体密度に基づいて算出される、請求項２４に記載の方法。
【請求項３０】
前記第２の動作モードにおいて、前記流量は、
【数１０】
2008524585.tif 000019
に従ってほぼ算出される、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記定容積チャンバが平衡状態になることを可能にするよう、前記第２の動作モードに従った前記流量の算出を遅らせるステップをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項３２】
流量の重複範囲において前記第１の動作モードに従って前記流量を算出するステップと、
前記第１の動作モードに従って算出された前記流量に基づいて前記音速ノズルの断面積を算出するステップとをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項３３】
前記音速ノズルは可変オリフィスの音速ノズルである、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記音速ノズルの断面積は、
【数１１】
2008524585.tif 000020
に従ってほぼ算出される、請求項３２に記載の方法。
【請求項３５】
前記音速ノズルの断面積は、
【数１２】
2008524585.tif 000021
に従ってほぼ算出される、請求項３２に記載の方法。
【請求項３６】
重複範囲において前記第１の動作モードに従って前記流量を算出するステップと、
前記第１の動作モードに従って算出された前記流量に基づいて前記流体の熱容量比を算
出するステップとをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項３７】
前記熱容量比は、
【数１３】
2008524585.tif 000022
に従ってほぼ算出される、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記熱容量比は、
【数１４】
2008524585.tif 000023
に従ってほぼ算出される、請求項３６に記載の方法。
【請求項３９】
前記定容積チャンバおよび音速ノズルへの流れを調節するよう１つ以上のバルブを制御するステップをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項４０】
前記流量は質量流量を含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項４１】
前記流量は体積流量を含む、請求項２４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の技術分野
この発明の実施例は概して流量測定システムに関し、より特定的には、一次流量測定技術および二次流量測定技術を用いて流量を測定するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
背景
現在、質量流量コントローラを基準化するためにいくつかの流量測定技術が用いられている。一次流量測定技術は、自然定数から、または、質量および時間などの他の一次測定値から精度を得るものであるが、重量測定技術、定圧技術および定積技術を含む。第１の一次技術、すなわち重量測定は、ある時間間隔にわたって得られるかまたは失われる質量の測定を必要とする。重量測定技術は、一般に、質量損失が著しい場合により高い定格流量を測定するのに十分であるが、より低い定格流量を測定する場合には欠点がある。というのも、これらは、典型的には、毎分マイクロモルのオーダで質量流量を測定するには分解能が不十分であるからである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
次の一次技術、すなわち定圧技術は、可変容積のチャンバを用いて気体圧力を一定に保つ。質量流量は、経時的な容積の変化に応じて、質量流量を含めた気体の状態方程式に基づいて測定される。この技術は質量流量の範囲にわたって十分に機能し得るが、圧力チャンバの容積を制御するための精巧なシステムを必要とするかもしれない。このように、定圧技術では質量流量コントローラを基準化するには限界がある。というのも、定圧チャンバ（すなわち、可変容積チャンバ）を構築するにはかなりの数の可動部が必要になる可能性があり、これにより機械的に複雑になる恐れがあるからである。定圧チャンバが構成される質量流量の範囲が広がると、定圧システムがさらに複雑になり、そのコストも増大することとなる。
【０００４】
第３の一次流量測定技術、すなわち定積技術は、定圧技術と同様の状態方程式に依拠しているが、質量流量は、容積ではなく圧力の経時的な変化に依存している。質量流量コントローラを基準化するためにこの技術が普及してきたのは、そのシステムが単純である（すなわち、可動部がほとんどない）からである。しかしながら、定積技術でも、質量流量コントローラの基準化を行なうには欠点がある。というのも、定積技術は、典型的には、狭い範囲の質量流量にしか用いることができないからである。このような制限が存在するのは、所与のチャンバ容積に対して流量が高すぎる場合、高い質量流量に関連付けられる圧力変化が急激すぎて正確に測定されず、チャンバの安全制限を簡単に超えてしまう可能性があるからである。より大きな定容積チャンバを構築することもできるが、安全性、空間およびコストを実質的に考慮すると、この流量測定技術の能力には上限が設けられる。
【０００５】
一般に、一次流量測定技術の不利点は、技術が、その各々の不確実性および設計上の制限が最も適している特定の流量範囲に限定されることである。このために、ユーザは、典型的には、いくつかの異なる主要な技術を用いて工業計測用の流量の範囲をカバーする複数の独立した流量基準化システムを用いる必要がある。代替的には、ユーザは、独立した第２の技術、たとえば、音速ノズル（臨界流量ベンチュリまたは臨界フローノズルとしても公知である）、層流流量計、超音波流量計、コリオリ流量計、熱式質量流量計などを用いてもよい。これらは、流量の範囲にわたって用いることができるが、絶え間なく基準化されなければならない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明の概要
この発明の実施例は、これまでに開発された流量測定方法およびシステムに関連付けられる不利点を実質的に減らすかまたはなくす、流量を測定するためのシステムおよび方法を提供する。より特定的には、この発明の実施例は、より広範囲の力学的な流量をカバーするために一次流量測定技術の特徴を二次流量測定技術の特徴と組合せることによって、流量の範囲にわたって流体の流量を測定するためのシステムおよび方法を提供する。
【０００７】
この発明の一実施例は、一次流量測定システムと、当該一次流量測定システムと流体連通している二次流量測定システムと、当該一次流量測定システムおよび二次流量測定システムに結合されるコントローラとを含み得る。当該コントローラは、プロセッサと、当該プロセッサがアクセス可能なメモリとを含み得る。当該プロセッサは、第１の動作モードで一次流量測定システムを用いて流量を算出し、第２の動作モードで二次流量測定システムを用いて流量を算出するよう、メモリに記憶されたコンピュータ命令を実行し得る。コンピュータ命令はさらに、予め規定されたパラメータに基づいて第１の動作モードと第２の動作モードとを切替えるよう実行可能であり得る。
【０００８】
この発明の別の実施例は、定容積チャンバと、当該定容積チャンバと流体連通している音速ノズルと、流体の流れを定容積チャンバおよび音速ノズルに向けるよう構成された１つ以上のバルブと、当該システムにおいて流体の１つのパラメータを読出すよう構成されたセンサと、当該センサに結合され当該センサから測定値を受信するよう構成されたコントローラとを含み得る。当該コントローラは、プロセッサと、当該プロセッサがアクセス可能なメモリとを含み得る。当該プロセッサは、第１の動作モードでは、流体が定容積チャンバに蓄積されると流量を算出し、第２の動作モードでは、流体が音速ノズルを通って流れると流量を算出し、第１の動作モードと第２の動作モードとを切替えるよう、メモリに記憶されたコンピュータ命令を実行し得る。
【０００９】
この発明のさらに別の実施例は、流量を測定するための方法を含み得る。当該方法は、第１の動作モードの場合、流体が流量の第１の範囲にわたって定容積チャンバに蓄積されると流量を算出するステップと、第２の動作モードの場合、流体が音速ノズルを通って流れると流量を算出するステップと、第１の動作モードと第２の動作モードとを切替えるステップとを含み得る。
【００１０】
こうして、この発明の実施例は、一次測定技術を用いて正確な測定能力を獲得し、二次技術を用いて一次技術の流量測定範囲を広げることができる。この発明の実施例が複数の流量測定技術を用いるので、この発明は、自己基準化するものであり広範囲の流量を計測可能である流量測定システムを提供し得る。
【００１１】
この発明は、一次流量測定技術と二次流量測定技術とを組合せることによって、これまでに開発された質量流量測定技術に勝る利点を提供する。これにより、個別の一次技術および二次技術を必要とすることなく、流量の範囲にわたって質量流量コントローラを基準化することが可能となる。
【００１２】
この発明の実施例は、一次流量測定システムからの測定値に基づいて二次流量測定システムを基準化するためのシステムを提供することによって別の利点を提供する。二次流量測定システム（たとえば、音速ノズルシステム）は、一次技術（たとえば、定容積システム）からの流量測定値に基づいて実時間で再基準化することができるので、再基準化すべき流量測定システムから二次流量測定システムを取外す必要はない。
【００１３】
この発明の実施例は、これまでに開発された流量測定技術に勝るさらに別の利点を提供する。というのも、二次流量測定技術を用いて得られた測定値が、一次流量測定技術を用いて得られた測定値と比較され得るからである。誤差が検出された場合、これは、二次流量測定技術を再基準化しなければならないことを意味し得る。こうして、この発明の実施例は、二次流量測定技術の再基準化がいつ必要になるかを検出することができる。
【００１４】
この発明の実施例は、二次流量測定技術を用いて一次流量測定技術の範囲を広げることにより、これまでに開発された流量測定システムおよび方法に勝るさらに別の利点を提供する。
【００１５】
この発明の実施例およびその利点のより完全な理解のために、添付の図面に関連して以下に説明がなされる。添付の図面においては、同様の参照番号は同様の特徴を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
発明の詳細な説明
この発明の好ましい実施例を図に示しているが、添付の図面の同様の部分および対応する部分を参照するのに同様の番号を用いる。
【００１７】
この発明の実施例は、一次流量測定技術の特徴を二次流量測定技術の特徴とを組合せることによって、流体（たとえば、液体、気体、気体と蒸気との混合物または他の流体）の流量を流量の範囲にわたって測定するためのシステムおよび方法を提供する。この発明の一実施例においては、一次流量測定システム（たとえば、定圧システム、定容積システム、重量測定システムまたは当該技術において公知の他の一次流量測定システム）は、二次流量測定システム（たとえば、音速ノズルシステム、層流流量計、超音波流量計、コリオリ流量計、熱式質量流量計または当該技術において公知の他の二次流量測定システム）と流体連通し得る。コントローラは、一次流量測定システムおよび二次流量測定システムに関連付けられるセンサから流体パラメータ（たとえば、温度、圧力または当該技術において公知の他の流体パラメータ）の測定値を受信し得る。当該コントローラは、第１の動作モードでは、一次流量測定システムを用いて流体の流量を算出し、第２の動作モードでは、二次流量測定システムを用いて流体の流量を算出し得る。当該コントローラは、１つ以上の予め規定されたパラメータに基づいて動作モードを自動的に切替えることができる。当該コントローラによって算出された流量を用いて、質量流量コントローラ、質量流量計および他の計器を基準化することができる。
【００１８】
図１は、一次流量測定システムおよび二次流量測定システムを用いる流量測定システム１０の一実施例を示す概略図である。流量測定システム１０は、定容積システム２０に気体流を供給するための気体源１５と、気体ライン１７のシステムを介する音速ノズルシステム３０とを含み得る。定容積システム２０は、定容積チャンバ２５と、システム１０における気体の圧力（たとえば圧力センサ２６）、温度（たとえば温度センサ２８）および／または他のパラメータを読出すためのセンサとを含み得る。同様に、音速ノズルシステム３０は音速ノズル３５および計器（たとえば、圧力センサ３１および温度センサ３２）を含み得るが、これは、定容積システム２０によって用いられるのと同じであってもよく、または異なっていてもよい。音速ノズル３５は、調整不可能な断面積または調整可能な断面積を有し得る。バルブ（たとえば、バルブ４０およびバルブ４２）のシステムは、流量測定システム１０を通る気体流量を調節することができる。
【００１９】
コントローラ６０は、センサから温度、圧力および／または他の測定値を受信し、システム１０を通る気体の流量を算出し得る。コントローラ６０は、気体の状態と、定容積システムまたは音速ノズルシステムの構成とに基づいて、システム１０を通る気体の質量または体積流量を決定し得る。この分析は、コンピュータ読取り可能メモリ６７（たとえば
、ＲＡＭ、ＲＯＭ、磁気記憶装置または当該技術において公知の他のコンピュータ読取り可能メモリ）に記憶されたソフトウェア命令６６に基づいてマイクロプロセッサ６２によって実行され得る。加えて、コントローラ６０は、気体流を音速ノズル３５および／または定容積チャンバ２５に向けるようバルブの設定を構成するための制御信号をバルブ４０およびバルブ４２に送信し得る。なお、コントローラ６０は単一のコントローラとして示されているが、コントローラ６０の機能は、定容積システム２０および／または音速ノズルシステム３０の一部であり得る複数のコントローラの間で分配され得ることに留意されたい。さらに、マイクロプロセッサ６２からの入力信号および出力信号は、デジタル−アナログ変換などの付加的な中間ロジックおよび／または条件付け（簡潔にするために図示せず）を被り得る。
【００２０】
気体源１５は、点９０における圧力が点９２または９４におけるよりも高いために、気体ライン１７を通じて気体の流れを供給することができる。当業者に理解され得るように、システム１０にわたってこの圧力差をもたらすためのさまざまな方法が存在する。バルブ４０およびバルブ４２が開いている場合、気体は点９２および９４に向かって流れ、最終的にシステム１０から出て行くこととなる。バルブ４２だけが閉じられている場合、気体は点９２に向かって流れ、システム１０から出て行くこととなる。バルブ４０だけが閉じられている場合、気体は点９４に向かって（すなわち、音速ノズルシステム３０を通って）流れることとなる。バルブ４０およびバルブ４２がともに閉じられている場合、気体は定容積チャンバ２５に蓄積することとなる。このように、どのバルブを開くかまたは閉じるかを変えることによって、コントローラ６０は、定容積システム２０または音速ノズルシステム３０への気体の流量を調節することができる。
【００２１】
バルブ４０およびバルブ４２がともに閉じられている場合、図１の実施例においては、気体は定容積チャンバ２５に蓄積し、このため、定容積チャンバ２５における圧力が高まることとなる。この場合、コントローラ６０は、気体が定容積チャンバ２５に蓄積して流量を算出すると、経時的な圧力の変化（ｄＰ／ｄｔ）を用いることができる。容積が一定である気体の質量が、容積の大きさ、気体の圧力および気体の温度に依存しており、かつ、容積および温度が大きくずれることがないので、コントローラ６０は、以下のとおり、定容積システム２０を用いて質量流量をおおよそ算出することができる。
【００２２】
【数１】
2008524585.tif 000003
【００２３】
Ｐ＝圧力
Ｔ＝温度
Ｒ＝気体定数
ｔ＝時間
Ｖ＝容積
当業者に理解され得るように、式１は、混合気体および気体と蒸気の混合物に容易に適用可能である。加えて、気体の圧縮率（係数）は、当該技術において理解されるとおりに使用可能である。さらに、コントローラ６０は、当該技術において公知のいずれの方式に従っても、ｄＰ／ｄｔに基づいて質量流量を算出することができる。加えて、コントローラ６０はさらに、発生し得る気体温度のいかなる変化をも、周知の熱力学方程式を用いて明らかにするよう構成され得る。体積流量は、質量流量と同様の態様で算出され得るか、または、システム１０における気体の質量流量および密度に基づいて算出され得る。
【００２４】
この発明の実施例に従うと、一次流量測定技術は、ＩＳＯ  ５７２５−１において記載
されるとおり実行され得るか、または、２００４年８月７日に出願され「質量流量コントローラの流量測定および検証のための方法およびシステム（″Method and System for Flow Measurement and Validation of a Mass Flow Controller″）」と題され、引用によりこの明細書中に十分に援用されているチゾン（Tison）他による米国特許出願第１０／８８７，５９１号に記載されるような昇圧速度技術を含み得る。
【００２５】
バルブ４２が開かれている（図１の例においてはバルブ４０が閉じられたままである）場合、気体は音速ノズル３５を通って流れ得る。この場合、コントローラ６０は、音速ノズルシステム３０を用いて流量を算出し得る。音速ノズル３５を介する質量流量は、気体の温度（Ｔ）、気体熱容量比（γ）、気体定数（Ｒ）、（既知であるか、または、気体定数、上流の圧力および温度に基づいて算出可能である）気体密度（ρ）、ならびに音速ノズル３５の断面積（Ａ）によって、
【００２６】
【数２】
2008524585.tif 000004
【００２７】
または、
【００２８】
【数３】
2008524585.tif 000005
【００２９】
となるように調節され得る。
Ａ＝音速ノズルの断面積
Ｒ＝気体定数
Ｔ＝温度
Ｐ＝音速ノズルの上流における圧力
ρ＝（既知であるかまたはＰ／（ＲＴ）に等しい）気体密度
γ＝熱容量比
式３に示されるとおり、システム１０における質量流量は、音速ノズル３５の上流における圧力に正比例している。したがって、コントローラ６０は、音速ノズル３５の上流における圧力または気体の密度に基づいて流量を算出し得る。式２および式３にほぼ準拠しているこの音速ノズルについては、上流の圧力（Ｐ）は下流の圧力（たとえば、点９２における圧力）の少なくとも２倍でなければならないが、ただし、この発明は、展開時に圧力差がより小さくなることを必要とする新しい音速ノズルを組込むことができる。なお、音速ノズルの断面積は調節可能であり得ることに留意されたい。
【００３０】
こうして、この発明の一実施例に従うと、コントローラ６０は、第１の動作モードにおいては、流体が定容積チャンバに蓄積すると、経時的な圧力の変化に基づいて流量を算出し、第２の動作モードにおいては、流体が音速ノズルを通って流れると、当該音速ノズルの上流における流体の密度または流体の圧力に基づいて流量を算出し得る。
【００３１】
図１に示される実施例においては、音速ノズル３５および定容積チャンバ２５はともに、第１のバルブ４０の上流にある。したがって、バルブ４０が閉じられ、バルブ４２が開かれて気体流が音速ノズルシステム３０に向けられると、定容積チャンバ２５が平衡に達するまで、最初に圧力が定容積チャンバ２５内で上昇し得る。これが起こると、安定した
圧力（Ｐ）が音速ノズル３５の前方（すなわち、その上流）においてもたらされるだろう。コントローラ６０は、定容積チャンバ２５が平衡に達するまでの時間を得るまで第２の動作モードに従って流量の算出を遅らせるよう構成されてもよい。
【００３２】
この定容積システムは、毎分０．０１標準立方センチメートル（０．０１ｓｃｃｍ）から毎分５標準リットル（５ｓｌｐｍ）までの範囲の流量を（たとえば、１％以内で）正確に測定し得るが、この音速ノズルシステムは、３ｓｌｐｍ〜３０ｓｌｐｍの範囲の流量を正確に測定し得る。
【００３３】
したがって、この発明の実施例は、動作性の重複している範囲を有する定容積システム２０および音速ノズルシステム３０を用いることができる。システム１０における流量が定容積システム２０の動作性の範囲の上限（または、典型的には重複範囲における他の任意の限度）に近づくと、コントローラ６０はバルブ４２を開き、これにより、気体が音速ノズル３５を通って流れることを可能にし得る。気体流量を決定するための定容積システム２０および音速ノズルシステム３０を用いた切替えの一例として、定容積システム２０が１０リットルの定容積チャンバ２５を用いるものとする。（たとえば、システム１０における圧力の変化率からの）流量が４．５ｓｌｐｍ（すなわち、毎分７ｐｓｉを上回る圧力の変化率）を上回ったことをコントローラ６０が検出した場合、コントローラ６０はバルブ４２を開き、これにより、気体流を音速ノズル３５に向けることができる。同様に、検出された流量が予め設定された値、すなわち４ｓｌｍｐ、を下回っている場合、コントローラ６０はバルブ４２を閉じ、これにより、気体流を定容積システム２０に向けることができる。こうして、この発明の実施例は、定容積を用いる低い流量測定から音速ノズルを用いる高い流量測定へ透過的に切替える（すなわち、第１の動作モードと第２の動作モードとを切替える）ことのできる高性能システムを用い得る。上述の予め設定されたしきい値は単に一例として与えられたものであり、予め規定されたいかなるパラメータおよびしきい値が用いられてもよい。さらに、この発明の実施例は、展開時により広い範囲の動作性を有する定容積システムおよび音速ノズルシステムを組込むことができ、上述の範囲はこの発明の範囲を限定するものではない。
【００３４】
この発明の一実施例に従うと、コントローラ６０は、音速ノズルの断面積の変化などのシステム１０の変化を明らかにするために、動作性の重複範囲を用いて自己基準化し得る。音速ノズルの断面積は典型的には安定したままであるが、タングステン、ヘキサフローライド（hexafloride）およびボロントリクローライドの気体（boron trichloride gases）ならびに半導体製造に関連付けられる他の有毒ガスが音速ノズル３５に堆積物を残し、これにより、音速ノズル３５ののど状部分の面積を変化させてしまう可能性がある。これは、明らかにされていなければ、音速ノズルシステム３０上で用いられる質量流量の算出を不正確にしてしまうおそれがある。この発明の実施例では、音速ノズル３５の取外しおよび交換を必要とすることなく、このような変化を補償するよう再基準化を行なうことができる。
【００３５】
定容積システムおよび音速ノズルシステムが３ｓｌｍｐ〜５ｓｌｍｐの重複範囲を有している先の実施例を用いて、気体流がシステム１０に投入され、コントローラ６０が、上述の式１を用いて定容積システム２０からの質量流量を算出し得る。流量が重複範囲（たとえば、体積流量に換算して３〜５ｓｌｍｐ）内であれば、コントローラ６０はバルブ４２を開かせ、これにより気体流を音速ノズル７０に向けることができる。定容積チャンバ２５が平衡状態になり、安定した圧力が音速ノズル３５の上流にもたらされると、コントローラ６０が音速ノズルシステム３０を用いて流量を算出し得る。音速ノズルシステム３０を用いて算出された流量が、定容積システム２０を用いて算出された流量に対し許容可能な程度の誤差の範囲内で一致しない場合、これは、音速ノズル３５の断面積が変化したことを示し得る。コントローラ６０は、以下のとおり、音速ノズル３５についての新しい
断面積（Ａ）を算出し得る。
【００３６】
【数４】
2008524585.tif 000006
【００３７】
または、
【００３８】
【数５】
2008524585.tif 000007
【００３９】
Ａ＝音速ノズルの断面積
ρ＝（既知であるかまたはＰ／（ＲＴ）に等しい）気体密度
Ｒ＝気体定数
Ｔ＝温度
Ｐ＝音速ノズルの上流における圧力
γ＝熱容量比
massflowrate＝定容積システムから算出された流量
コントローラ６０は、音速ノズル３５を介する流量の算出時に、音速ノズル３５の断面積についての新しい値を用い得る。この態様では、この発明の実施例は、重複範囲（たとえば、３ｓｌｐｍ〜５ｓｌｐｍ）を用いて実時間ベースで音速ノズルを基準化し得る。音速ノズルの動作特性により、一点基準化や、より高い流量への拡張が可能となる。音速ノズル３５の再基準化は、所定のスケジュールに従って、または場当たり的に行なわれてもよい。なお、音速ノズル３５が調整可能であれば、同じ方法を用いて、さまざまな大きさの開口部に対し音速ノズル３５の断面積を決定できることにも留意されたい。
【００４０】
この発明の実施例はまた、定容積システム２０を用いて気体についてのγ（ガンマ）を算出するために、重複範囲を用いることもできる。γを算出するために、気体流が定容積システム２０に向けられ、気体についての流量が上述のとおり決定され得る。流量が重複範囲（たとえば、３〜５ｓｌｐｍ）内であれば、コントローラ６０は気体流を音速ノズルシステム３０に向け得る。安定した圧力が音速ノズル３５の上流にもたらされると、コントローラ６０は以下のとおりガンマを算出し得る。
【００４１】
【数６】
2008524585.tif 000008
【００４２】
または、
【００４３】
【数７】
2008524585.tif 000009
【００４４】
γ＝熱容量比
Ａ＝音速ノズルの断面積
ρ＝（既知であるかまたはＰ／（ＲＴ）に等しい）気体密度
Ｒ＝気体定数
Ｔ＝温度
Ｐ＝音速ノズルの上流における圧力
massflowrate＝定容積システムから算出された流量
未知のガンマを算出することに加えて、この発明の実施例は、コントローラの再基準化が必要であるかどうかを判断するために、既知のガンマで気体についてのガンマを算出し得る。コントローラ６０は、式７または式８を用いて、ガンマが既に分かっている窒素などの気体についてのガンマを算出し得る。算出されたガンマが既知のガンマに対応しない場合、これは、コントローラ６０が用いている「Ａ」についての値が間違っており、再基準化されなければならないことを示し得る。加えて、気体についてのガンマを算出する能力により、さまざまな温度に対して気体についての音速を決定することが可能となる。というのも、気体についての音速はγＲＴの平方根に等しいからである。
【００４５】
こうして、コントローラ６０は、流量の範囲にわたって定容積システムおよび音速ノズルシステムを用いてシステム１０を通る流量を算出することができる。当業者に理解され得るように、コントローラ６０によって算出された流量を用いて、質量流量コントローラを基準化することができる。定容積システムおよび音速ノズルシステムが動作性の重複した範囲を有している場合、コントローラ６０は、定容積システムを用いて算出された流量を用いて、音速ノズルの断面積、特定の気体についてのガンマ、気体についての音速および他のパラメータを算出し得る。
【００４６】
この発明の一実施例に従うと、システム１０は、特定の気体を用いて基準化可能であり、この情報が他の気体にも適用され得る。たとえば、窒素気体を用いるシステム１０のために、音速ノズルの断面積を決定することができる。この値は、システム１０における他の気体のテスト時に用いられてもよい。
【００４７】
こうして、この発明の実施例は、一次流体流量測定システム（たとえば、定容積システム）、二次流体流量測定システム（たとえば、音速ノズルシステム）およびコントローラを含み得る。当該コントローラは、第１の動作モードでは、一次流体流量測定システムを用いて流量を算出するよう構成され得、第２の動作モードでは、二次流量測定システムを用いて流量を算出するよう構成され得る。コントローラは、第１の動作モードと第２の動作モードとを自動的に切替え得る。これらの動作モードが動作性の重複範囲を有している場合、当該コントローラは、一次流量測定システムから算出された流量を用いて二次流量測定システムを基準化し得る。次いで、１つの気体について決定された基準化データが他の気体に用いられてもよい。
【００４８】
図２は、この発明のさまざまな実施例において用いることのできる音速ノズル３５の一例の破断図を示す。音速ノズル３５は、入口１０２および出口１０４、ならびに、制限された断面積またはのど状部分１０６を有し得る。典型的には、式２および式３に準拠している音速ノズル３５については、上流の圧力（たとえば、入口側の圧力）は、下流の圧力（たとえば、出口側の圧力）の少なくとも２〜３倍でなければならない。多くの応用例については、音速ノズルを選択する際の主なパラメータは、断面積またはのど状部分の直径であり、これは、一般に、所望の流量範囲に基づいて選択される。図３は、音速ノズルの具体的な実施例についての基準化を表わすチャートである。軸１１０は、音速ノズルが動作する所望の流量範囲を表わし、軸１１２は、音速ノズル３５の上流における圧力を表わし、線１１４は、さまざまなのど状部分の直径を有する音速ノズルを表わす。図３におい
ては、この発明の実施例が（区域１１６によっておおよそ表わされている）１０〜１００Ｔｏｒｒの圧力範囲で動作するよう設計されていた場合、一例として、０．２ｃｍ〜１ｃｍの直径を有する音速ノズルが選択され得る。この発明の他の実施例に従うと、可変オリフィスの音速ノズルが用いられてもよい。オハイオ州（Ohio）クリーブランド（Cleveland）にあるスウェージロック社（Swagelok Company）は、可変オリフィスの音速ノズルとして機能し得るニードルバルブを製造している。
【００４９】
図４は、この発明の実施例に従った流量測定の一方法を示すフローチャートである。図４の方法は、この発明の一実施例においては、コンピュータプロセッサによって実行可能でありかつコントローラのコンピュータメモリに記憶されるコンピュータ命令の組として、実現可能である。この発明の一実施例に従うと、コントローラは、ステップ２０２において、気体が定容積チャンバに蓄積することを可能にするようバルブの組を構成し得る。気体が定容積チャンバに蓄積すると、コントローラは、１つ以上のセンサから気体パラメータ（たとえば、温度、圧力および／または当該技術において公知の他の気体パラメータ）の測定値を受信し（ステップ２０４）、経時的な気体圧力の変化に基づいて気体の流量を算出し得る（ステップ２０６）。これは、たとえば式１に従ってなされてもよい。
【００５０】
ステップ２０８において、コントローラは、算出された流量をしきい値流量２１０と比較し得る。この算出された流量がしきい値流量２１０を上回っていなければ、制御がステップ２０４に戻り得る。一方で、算出された流量がしきい値流量２１０を上回っていれば、コントローラは、ステップ２１２において、気体が音速ノズルを通過することを可能にするよう当該バルブの組を構成し得る。気体が音速ノズルを通過することを可能にするよう当該バルブが構成されると、依然として、気体は短い間だけ定容積チャンバに蓄積し得る。このことを明らかにするために、または、気体がほぼ安定した状態に到達することを可能にするために、コントローラは、ステップ２１４において、予め規定された遅延期間にわたって流量の算出を遅らせることができる。
【００５１】
当該コントローラは、さまざまな気体パラメータ（たとえば、温度、圧力および／または当該技術において公知の他の気体パラメータ）の測定値を受信し（ステップ２１６）、遅延期間が経過すると、たとえば式２または式３に従って、音速ノズルの上流における圧力または音速ノズルの上流における気体の密度に基づいて気体の流量を算出し得る（ステップ２１８）。図４のプロセスは任意に繰返されてもよい（ステップ２２０）。
【００５２】
図４の実施例においては、コントローラは、算出された流量がしきい値流量を上回っているかどうかに基づいて、第１の動作モード（たとえば、経時的な圧力の変化に基づいた流量の算出）と、第２の動作モード（たとえば、音速ノズルの上流における圧力または気体の密度に基づいた流量の算出）とを切替える。しかしながら、当該コントローラが、予め規定されたいかなるパラメータに基づいても動作モードを切替え得ることに留意されたい。たとえば、動作モードの切替えは、経時的な圧力の変化（ｄＰ／ｄｔ）の大きさ、または、任意に規定された他のパラメータに基づいて行なわれてもよい。加えて、第１のモードから第２のモードに切替えるかどうかを決定するのに用いられるパラメータは、第２のモードから第１のモードに切替えるかどうかを決定するのに用いられるパラメータとは異なり得る。たとえば、コントローラは、（ｄＰ／ｄｔ）が特定の値を上回っているかどうかに基づいて第１の動作モードから第２の動作モードに切替えることができ、算出された流量が予め規定された値を下回っていれば第２の動作モードから第１の動作モードに切替えることができる。
【００５３】
この発明を、具体的な実施例に関連してこの明細書中に詳細に説明してきたが、この説明が単に例示的なものであり、限定の意味で解釈されるべきでないことが理解されるべきである。したがって、この発明の実施例の詳細における多数の変更およびこの発明の付加
的な実施例がこの説明に関連する技術分野の当業者に明らかとなり、かつこの当業者によってなされ得ることがさらに理解されるべきである。このようなすべての変更および付加的な実施例が、添付の特許請求の範囲に記載されるとおりこの発明の精神および真の範囲内にあることが企図される。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】流量測定システムの一実施例を示す概略図である。
【図２】音速ノズルの一実施例を示す概略図である。
【図３】音速ノズルのさまざまな実施例についての性能特性の例を示すグラフである。
【図４】この発明の実施例に従った流量測定の一方法を示すフローチャートである。
【図１】
2008524585.tif 000024
【図２】
2008524585.tif 000025
【図３】
2008524585.tif 000026
【図４】
2008524585.tif 000027
【手続補正書】
【提出日】平成19年6月19日(2007.6.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の流量を決定するためのシステムであって、
一次流量測定システムと、
前記一次流量測定システムと流体連通している二次流量測定システムと、
前記一次流量測定システムおよび前記二次流量測定システムに結合されたコントローラとを含み、前記コントローラは、
プロセッサと、
前記プロセッサがアクセス可能なメモリとを含み、前記メモリは、
第１の動作モードにおいて、前記一次流量測定システムを用いて流量を算出し、
第２の動作モードにおいて、前記二次流量測定システムを用いて前記流量を算出し、
予め規定されたパラメータに基づいて前記第１の動作モードと前記第２の動作モードとを切替えるよう前記プロセッサが実行可能な命令を含むコンピュータ命令の組を記憶する、システム。
【請求項２】
前記一次流量測定システムは、定容積システム、定圧システムまたは重量測定システムのうちの１つである、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記二次流量測定システムは、音速ノズルシステム、層流流量計、差圧流量計として用いられる可変導通率計、超音波流量計、コリオリ流量計、または熱式質量流量計のうちの１つである、請求項１または２に記載のシステム。
【請求項４】
前記一次流量測定システムが定容積チャンバを含む定容積システムであり、前記二次測定システムが前記定積チャンバと流体連通している音速ノズルを含む音速ノズルシステムであって、前記システムはさらに、
流体の流れを前記定容積チャンバおよび前記音速ノズルに向けるよう構成された１つ以上のバルブと、
前記流体の１つ以上のパラメータを読出すよう構成されたセンサとを含み、
前記第１の動作モードにおいて、前記プロセッサは、前記流体が前記定積チャンバに蓄積すると前記流量を算出し、
前記第２の動作モードにおいて、前記プロセッサは、前記流体が前記音速ノズルを通って流れると前記流量を算出し、
前記プロセッサは、前記流体の前記１つ以上のパラメータのうちの予め規定されたパラメータに基づいて前記第１の動作モードと前記第２の動作モードとを切替える、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記第１の動作モードにおいて、前記流量が、経時的な前記流体の圧力の変化に基づいて算出される、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記第１の動作モードにおいて、前記流量は、
【数１】
2008524585.tif 000028
に従ってほぼ算出される、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記第２の動作モードにおいて、前記流量が流体圧力に基づいて算出される、請求項４に記載のシステム。
【請求項８】
前記第２の動作モードにおいて、前記流量は、
【数２】
2008524585.tif 000029
に従ってほぼ算出される、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記第２の動作モードにおいて、前記流量が流体密度に基づいて算出される、請求項４に記載のシステム。
【請求項１０】
前記第２の動作モードにおいて、前記流量は、
【数３】
2008524585.tif 000030
に従ってほぼ算出される、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記コンピュータ命令はさらに、前記定容積チャンバの圧力が平衡状態になることを可能にするよう前記第２の動作モードに従った前記流量の算出を遅らせる命令を含む、請求項４に記載のシステム。
【請求項１２】
前記コンピュータ命令はさらに、
流量の重複範囲において前記第１の動作モードに従って前記流量を算出し、
前記第１の動作モードに従って算出された前記流量に基づいて前記音速ノズルの断面積を算出するよう実行可能な命令を含む、請求項４に記載のシステム。
【請求項１３】
前記音速ノズルの断面積は、
【数４】
2008524585.tif 000031
に従ってほぼ算出される、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記音速ノズルの断面積は、
【数５】
2008524585.tif 000032
に従ってほぼ算出される、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１５】
前記コンピュータ命令はさらに、
重複範囲において前記第１の動作モードに従って前記流量を算出し、
前記第１の動作モードに従って算出された前記流量に基づいて前記流体の熱容量比を算出するよう実行可能な命令を含む、請求項４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記熱容量比は、
【数６】
2008524585.tif 000033
に従ってほぼ算出される、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記熱容量比は、
【数７】
2008524585.tif 000034
に従ってほぼ算出される、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１８】
前記コンピュータ命令は、前記流れを方向付けるよう前記１つ以上のバルブを制御するよう実行可能な命令をさらに含む、請求項４に記載のシステム。
【請求項１９】
前記１つ以上のバルブは、
前記定容積チャンバの下流における第１のバルブと、
前記音速ノズルの下流における第２のバルブとを含む、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記流量は質量流量および体積流量のうちの１つを含む、請求項４に記載のシステム。
【請求項２１】
前記音速ノズルは可変オリフィスの音速ノズルである、請求項４に記載のシステム。
【請求項２２】
流体の流量を決定する方法であって、
第１の動作モードの場合、流体が流量の第１の範囲にわたって定積チャンバに蓄積すると前記流量を算出するステップと、
第２の動作モードの場合、前記流体が流量の第２の範囲にわたって音速ノズルを通って流れると前記流量を算出するステップと、
前記第１の動作モードと前記第２の動作モードとを切替えるステップとを含む、方法。
【請求項２３】
前記第１の動作モードにおいて、前記流量は、経時的な前記流体の圧力の変化に基づいて算出される、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記第１の動作モードにおいて、前記流量は、前記流体が前記定積チャンバに蓄積すると、経時的な前記流体の圧力の変化に基づき、
【数８】
2008524585.tif 000035
にほぼ従って算出される、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記第２の動作モードにおいて、前記流量は流体圧力に基づいて算出される、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記第２の動作モードにおいて、前記流量は、
【数９】
2008524585.tif 000036
に従ってほぼ算出される、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記第２の動作モードにおいて、前記流量は流体密度に基づいて算出される、請求項２２に記載の方法。
【請求項２８】
前記第２の動作モードにおいて、前記流量は、
【数１０】
2008524585.tif 000037
に従ってほぼ算出される、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記定容積チャンバの圧力が平衡状態になることを可能にするよう、前記第２の動作モードに従った前記流量の算出を遅らせるステップをさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項３０】
流量の重複範囲において前記第１の動作モードに従って前記流量を算出するステップと、
前記第１の動作モードに従って算出された前記流量に基づいて前記音速ノズルの断面積を算出するステップとをさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項３１】
前記音速ノズルの断面積は、
【数１１】
2008524585.tif 000038
に従ってほぼ算出される、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記音速ノズルの断面積は、
【数１２】
2008524585.tif 000039
に従ってほぼ算出される、請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
重複範囲において前記第１の動作モードに従って前記流量を算出するステップと、
前記第１の動作モードに従って算出された前記流量に基づいて前記流体の熱容量比を算出するステップとをさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項３４】
前記熱容量比は、
【数１３】
2008524585.tif 000040
に従ってほぼ算出される、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記熱容量比は、
【数１４】
2008524585.tif 000041
に従ってほぼ算出される、請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
前記定容積チャンバおよび音速ノズルへの流れを調節するよう１つ以上のバルブを制御するステップをさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
この発明の別の実施例は、定容積チャンバと、当該定容積チャンバと流体連通している音速ノズルと、流体の流れを定容積チャンバおよび音速ノズルに向けるよう構成された１つ以上のバルブと、当該システムにおいて流体の１つ以上のパラメータを読出すよう構成されたセンサと、当該センサに結合され当該センサから測定値を受信するよう構成されたコントローラとを含み得る。当該コントローラは、プロセッサと、当該プロセッサがアクセス可能なメモリとを含み得る。当該プロセッサは、第１の動作モードでは、流体が定容積チャンバに蓄積されると流量を算出し、第２の動作モードでは、流体が音速ノズルを通って流れると流量を算出し、第１の動作モードと第２の動作モードとを切替えるよう、メモリに記憶されたコンピュータ命令を実行し得る。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
したがって、この発明の実施例は、動作性の重複している範囲を有する定容積システム２０および音速ノズルシステム３０を用いることができる。システム１０における流量が定容積システム２０の動作性の範囲の上限（または、典型的には重複範囲における他の任意の限度）に近づくと、コントローラ６０はバルブ４２を開き、これにより、気体が音速ノズル３５を通って流れることを可能にし得る。気体流量を決定するための定容積システム２０および音速ノズルシステム３０を用いた切替えの一例として、定容積システム２０が１０リットルの定容積チャンバ２５を用いるものとする。（たとえば、システム１０に
おける圧力の変化率からの）流量が４．５ｓｌｐｍ（すなわち、毎分７ｐｓｉを上回る圧力の変化率）を上回ったことをコントローラ６０が検出した場合、コントローラ６０はバルブ４２を開き、これにより、気体流を音速ノズル３５に向けることができる。同様に、検出された流量が予め設定された値、すなわち４ｓｌｐｍ、を下回っている場合、コントローラ６０はバルブ４２を閉じ、これにより、気体流を定容積システム２０に向けることができる。こうして、この発明の実施例は、定積を用いる低い流量測定から音速ノズルを用いる高い流量測定へ透過的に切替える（すなわち、第１の動作モードと第２の動作モードとを切替える）ことのできる高性能システムを用い得る。上述の予め設定されたしきい値は単に一例として与えられたものであり、予め規定されたいかなるパラメータおよびしきい値が用いられてもよい。さらに、この発明の実施例は、展開時により広い範囲の動作性を有する定容積システムおよび音速ノズルシステムを組込むことができ、上述の範囲はこの発明の範囲を限定するものではない。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
定容積システムおよび音速ノズルシステムが３ｓｌｐｍ〜５ｓｌｐｍの重複範囲を有している先の実施例を用いて、気体流がシステム１０に投入され、コントローラ６０が、上述の式１を用いて定容積システム２０からの質量流量を算出し得る。流量が重複範囲（たとえば、体積流量に換算して３〜５ｓｌｐｍ）内であれば、コントローラ６０はバルブ４２を開かせ、これにより気体流を音速ノズル７０に向けることができる。定容積チャンバ２５が平衡状態になり、安定した圧力が音速ノズル３５の上流にもたらされると、コントローラ６０が音速ノズルシステム３０を用いて流量を算出し得る。音速ノズルシステム３０を用いて算出された流量が、定容積システム２０を用いて算出された流量に対し許容可能な程度の誤差の範囲内で一致しない場合、これは、音速ノズル３５の断面積が変化したことを示し得る。コントローラ６０は、以下のとおり、音速ノズル３５についての新しい断面積（Ａ）を算出し得る。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
γ＝熱容量比
Ａ＝音速ノズルの断面積
ρ＝（既知であるかまたはＰ／（ＲＴ）に等しい）気体密度
Ｒ＝気体定数
Ｔ＝温度
Ｐ＝音速ノズルの上流における圧力
massflowrate＝定容積システムから算出された流量
未知のガンマを算出することに加えて、この発明の実施例は、コントローラの再基準化が必要であるかどうかを判断するために、既知のガンマで気体についてのガンマを算出し得る。コントローラ６０は、式６または式７を用いて、ガンマが既に分かっている窒素などの気体についてのガンマを算出し得る。算出されたガンマが既知のガンマに対応しない場合、これは、コントローラ６０が用いている「Ａ」についての値が間違っており、再基準化されなければならないことを示し得る。加えて、気体についてのガンマを算出する能力により、さまざまな温度に対して気体についての音速を決定することが可能となる。というのも、気体についての音速はγＲＴの平方根に等しいからである。
【国際調査報告】
2008524585.tif 000042