JP3546153B2

JP3546153B2 - Orifice clogging detection method and detection apparatus for pressure type flow control device

Info

Publication number: JP3546153B2
Application number: JP21363399A
Authority: JP
Inventors: 忠弘大見; 精一飯田; 哲加賀爪; 潤廣瀬; 富雄宇野; 功二西野; 信一池田; 道雄山路; 亮介土肥; 英二出田; 隆廣瀬; 和博吉川; 睦典小艾
Original assignee: Tokyo Electron Ltd; Fujikin Inc
Current assignee: Tokyo Electron Ltd; Fujikin Inc
Priority date: 1998-08-24
Filing date: 1999-07-28
Publication date: 2004-07-21
Anticipated expiration: 2019-07-28
Also published as: JP2000137528A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体や化学品、薬品、精密機械部品等の製造に用いるガス等の各種流体の圧力式流量制御装置に関し、更に詳細には、オリフィス孔が目詰まりを生起した際にその目詰まりを検出する方法およびその検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体製造施設や化学薬品製造施設の流体供給装置であって高精度な流量制御を必要とするものは、その殆んどがマスフローコントローラを用いてきた。
【０００３】
しかし、マスフローコントローラには、▲１▼熱式流量センサの場合応答速度が比較的遅いこと、▲２▼低流量域における制御精度が悪いうえ製品毎に精度のバラツキがあること、▲３▼作動上トラブルが多くて安定性に欠けること、▲４▼製品価格が高い上、交換用部品も高価であってランニングコストが高くつくこと、等の様々な不都合が存在した。
【０００４】
そこで、本発明者等はこれらの欠点を改善すべく鋭意研究した結果、特開平８−３３８５４６号公報に示すオリフィスを用いた圧力式流量制御装置を開発するに到った。
【０００５】
この圧力式流量制御装置の特徴は次の点にある。
オリフィス前後の気体の圧力比Ｐ_２／Ｐ_１（Ｐ_１：上流側圧力、Ｐ_２：下流側圧力）が気体の臨界圧力比（空気や窒素等の場合は約０．５）以下になると、オリフィスを通る気体の流速が音速となって、オリフィス下流側の圧力変動が上流側に伝達しなくなり、オリフィス上流側の状態に相応した安定な質量流量を得ることができる。
【０００６】
即ち、オリフィス径が一定の場合、上流側圧力Ｐ_１を下流側圧力Ｐ_２の約２倍以上に設定すると、オリフィスを流通する下流側流量Ｑ_Ｃは上流側圧力Ｐ_１にのみ依存し、Ｑ_Ｃ＝ＫＰ_１（Ｋ：定数）という直線関係が高精度に成立している。即ち、オリフィス径が同一なら、この定数Ｋも一定となる。
【０００７】
図１２を用いてこの圧力式流量制御装置の構成を説明する。
オリフィス２の上流側流路４は駆動部８により開閉されるコントロール弁ＣＶに連結され、下流側流路６はガス取出用継手１２を介して流体反応装置（図示せず）に接続されている。
【０００８】
オリフィス上流側圧力Ｐ_１は圧力検出器１４により検出され、増幅回路１６を介して圧力表示器２２に表示される。また、その出力はＡ／Ｄ変換器１８を通してデジタル化され、演算回路２０によりオリフィスの下流側流量ＱがＱ＝ＫＰ_１（Ｋ：定数）により算出される。
【０００９】
一方、温度検出器２４により検出された上流側温度Ｔ_１は増幅回路２６、Ａ／Ｄ変換器２８を介して温度補正回路３０に出力され、前記流量Ｑが温度補正されて、演算流量Ｑ_Ｃが比較回路３６に出力される。ここでは、演算回路２０と温度補正回路３０と比較回路３６をまとめて演算制御回路３８と呼ぶ。
【００１０】
流量設定回路３２からはＡ／Ｄ変換器３４を介して設定流量Ｑ_Ｓが出力され、比較回路３６に送信される。比較回路３６では演算流量Ｑ_Ｃと設定流量Ｑ_Ｓの差信号Ｑ_ＹがＱ_Ｙ＝Ｑ_Ｃ−Ｑ_Ｓによって算出され、増幅回路４０を介して駆動部８に出力される。この駆動部８は差信号Ｑ_Ｙが零になる方向にコントロール弁ＣＶを開閉制御して、下流側流量が設定流量に等しくなるように制御するものである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
この圧力式流量制御装置は上流側圧力Ｐ_１を検出するだけで下流側流量を高精度に制御できる点で優れているが、オリフィスを使用するためにその微細孔が目詰りするという弱点を有している。オリフィスはミクロンオーダーのオリフィス孔であり、このオリフィス孔がゴミ等で目詰りし、流量制御が不可能になることがある。
【００１２】
流量制御される配管の内部は高度に清浄化されていなければならないが、配管時のキリコ、ゴミ等が残留する可能性がある。オリフィスが目詰まりを生起した場合には、流量制御ができないためにプラント全体が不安定になり、大量の不良品を発生することになる。またガス流体の種類によっては化学反応が暴走して爆発事故が起こる危険性もあった。これを防止するために、配管内にガスケットフィルタを内蔵することも検討されたが、配管のコンダクタンスに影響を与える欠点を有する。
【００１３】
図１３にはオリフィスに目詰まりが発生した場合の流量特性が示されている。パージ後流量特性とは目詰まりがない場合の特性であり、例えば、図１３に於いて設定値を１００％と指示した場合には、目詰まりがなければＮ_２ガスは５６３．１ＳＣＣＭ（Ｏ印）流れるはずである。後続の反応系は全て期待通りの流量で設計されている。ところが目詰まりがあると、この場合には４８５ＳＣＣＭ（口印）しか流れず、設計通りの反応が期待できなくなる。但し、ＳＣＣＭは標準状態の下に於ける１分間当りのガスの流量（ｃｃ）を表わすものである。
【００１４】
このように、オリフィスに目詰まりが生じると、流量が設定値よりも低下する現象が出現する。半導体や化学プラントでは、原料ガスに過不足が生じた場合には爆発が発生したり、製品に大量の損害が生じ、オリフィスの目詰まりをどのように検出するかが大きな課題とされていた。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記欠点を改善するためになされたものであり、請求項１に記載の圧力式流量制御装置におけるオリフィス目詰検出方法は、コントロール弁とオリフィスとこれらの間の上流側圧力を検出する圧力検出器と流量設定回路からなり、上流側圧力Ｐ₁を下流側圧力Ｐ₂の約２倍以上に保持して下流側の流量ＱｃをＱｃ＝ＫＰ₁（Ｋ：定数）で演算し、この演算流量Ｑｃと設定流量Ｑｓとの差信号Ｑｙによりコントロール弁を開閉制御する流量制御装置において、設定流量Ｑｓを１００％流量（フルスケール流量）の高設定流量Ｑ_SHに保持する第１工程と、この前記高設定流量Ｑ_SHを０％流量（コントロール弁を完全閉鎖）の低設定流量Ｑ_SLに切換えて保持し上流側圧力Ｐ₁を測定して圧力減衰データＰ（ｔ）を得る第２工程と、同条件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Ｙ（ｔ）と前記圧力減衰データＰ（ｔ）とを対比する第３工程と、前記低設定流量に切換えてから所定時間後の圧力減衰データＰ（ｔ）が基準圧力減衰データＹ（ｔ）より所定度以上開離したときに目詰まりを報知する第４工程とから構成されている。
【００１６】
請求項３に記載の圧力式流量制御装置における目詰検出方法は、コントロール弁ＣＶとオリフィス２とこれらの間の上流側圧力Ｐ₁を検出する圧力検出器１４と流量設定回路３２からなり、上流側圧力Ｐ₁を下流側圧力Ｐ₂の約２倍以上に保持して下流側の流量ＱｃをＱｃ＝ＫＰ₁（Ｋ：定数）で演算し、この演算流量Ｑｃと設定流量Ｑｓとの差信号Ｑｙによりコントロール弁ＣＶを開閉制御する流量制御装置において、設定流量Ｑｓを高設定流量Ｑ_SHに保持する第１工程と、この高設定流量Ｑ_SHを低設定流量Ｑ_SLに切換えて保持し、上流側圧力Ｐ₁及び上流側温度Ｔ_tを測定すると共にこの測定値を用いて圧力減衰データＰ（ｔ）を演算する第２工程と、同条件で、オリフィスに目詰まりがないときに測定した上流側圧力Ｐ_t及び上流側温度Ｔ_tを用いて演算した基準圧力減衰データＹ（ｔ）と、前記圧力衰データＰ（ｔ）とを対比する第３工程と、圧力減衰データＰ（ｔ）が基準圧力減衰データＹ（ｔ）より所定度以上開離したときに目詰まりを報知する第４工程とから構成されている。
【００１７】
また、請求項６に記載の圧力式流量制御装置におけるオリフィス目詰検出装置は、コントロール弁とオリフィスとこれらの間の上流側圧力を検出する圧力検出器と流量設定回路からなり、上流側圧力Ｐ₁を下流側圧力Ｐ₂の約２倍以上に保持して下流側の流量ＱｃをＱｃ＝ＫＰ₁（Ｋ：定数）で演算し、この演算流量Ｑｃと設定流量Ｑｓとの差信号Ｑｙによりコントロール弁を開閉制御する流量制御装置において、オリフィスに目詰まりがない条件下で１００％流量（フルスケール流量）の高設定流量Ｑ_SHから０％流量（コントロール弁を完全閉鎖）の低設定流量Ｑ_SLに切換えて測定された上流側圧力Ｐ₁の基準圧力減衰データＹ（ｔ）を記憶したメモリ装置と、オリフィスの実際条件下で前記高設定流量Ｑ_SHから前記低設定流量Ｑ_SLに切換えて、上流側圧力Ｐ₁の圧力減衰データＰ（ｔ）を測定する前記圧力検出器と、圧力減衰データＰ（ｔ）と基準圧力減衰データＹ（ｔ）とを対比演算する中央演算処理装置と、前記低設定流量に切換えてから所定時間後の圧力減衰データＰ（ｔ）が基準圧力減衰データＹ（ｔ）より所定度以上開離すると目詰まりを報知するアラーム回路から構成されている。
【００１８】
請求項８に記載の圧力式流量制御装置に於けるオリフィス目詰検出装置は、コントロール弁ＣＶとオリフィス２とこれらの間の上流側圧力Ｐ₁を検出する圧力検出器１４と流量設定回路３２からなり、上流側圧力Ｐ₁を下流側圧力Ｐ₂の約２倍以上に保持して下流側の流量ＱｃをＱｃ＝ＫＰ₁（Ｋ：定数）で演算し、この演算流量Ｑｃと設定流量Ｑｓとの差信号Ｑｙによりコントロール弁を開閉制御する流量制御装置において、オリフィス上流側圧力Ｐを測定する圧力検出器１４と、オリフィス上流側温度Ｔを検出する温度検出器２４と、オリフィス２に目詰まりがない条件下で高設定流量Ｑ_SHから低設定流量Ｑ_SLに切換えて測定した上流側圧力Ｐ_t及び上流側温度Ｔ_tを用いて演算した上流側圧力Ｐ₁の基準圧力減衰データＹ（ｔ）を記憶したメモリ装置Ｍと、前記基準圧力減衰データＹ（ｔ）を演算すると共に、オリフィス２の実際条件下で高設定流量Ｑ_SHから低設定流量Ｑ_SLに切換えて測定した上流側圧力Ｐ_t及び上流側温度Ｔ_t用いて上流側圧力Ｐ₁の圧力減衰データＰ（ｔ）を演算し、更に当該圧力減衰データＰ（ｔ）と前記基準圧力減衰データＹ（ｔ）とを対比演算する中央演算処理装置ＣＰＵと、圧力減衰データＰ（ｔ）が基準圧力減衰データＹ（ｔ）より所定度以上開離すると目詰まりを報知するアラーム回路４６から構成されている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明は、図１２と同様の圧力式流量制御装置に用いるオリフィス目詰検出方法と目詰検出装置に関するものであり、圧力式流量制御装置が動作する前提条件は同一である。即ち、上流側圧力Ｐ_１を下流側圧力Ｐ_２の約２倍以上に設定した場合には、オリフィスの下流側流量Ｑ_Ｃは上流側圧力Ｐ_１にのみ依存し、Ｑ_Ｃ＝ＫＰ_１という線形条件が高精度に成立している。オリフィスが同一の場合には比例定数Ｋは一定となり、オリフィス孔の異なるオリフィスに変換する場合にのみ定数Ｋを変更すればよい。
【００２０】
従って、特定の流体を一定の流量Ｑ_Ｓに制御するには、上流側圧力Ｐ_１をＰ_１＝Ｑ_Ｓ／Ｋの値になるようにコントロール弁ＣＶを開閉制御すればよいことになる。即ち、上流側圧力Ｐ_１を常時測定しながら、それに一対一の対応の関係でコントロール弁ＣＶを開閉すればよいのである。
【００２１】
【実施例】
図１は本発明に係る流量制御装置における目詰検出装置の一例を示している。本装置は図１２の装置と機能的に同等であるが、マイクロコンピュータ制御である点で異なる。従って、図１２と同一部分には同一番号を符してその説明を省略し、異なる符号および詳細点を以下に説明する。
【００２２】
ＣＰＵは中央演算処理装置で、図１２の演算制御回路３８に相当し、Ｍはデータ記憶用のメモリ装置、４２は外部との通信ポートＰＴ、４４はトリガー回路等の外部回路、４６は目詰まり時のアラーム回路、４８は電源回路ＳＣ、５０は±１５Ｖの外部電源である。ＡＭＰは増幅回路、Ａ／ＤはＡ／Ｄ変換器を表わしている。
【００２３】
コントロール弁ＣＶとしては、所謂ダイレクトタッチ型のメタルダイヤフラム弁が使用されており、またその駆動部８には、圧電素子型駆動装置が使用されている。尚、コントロール弁ＣＶの駆動部８にはこの他に、磁歪素子型駆動装置やソレノイド型駆動装置、モータ型駆動装置、空気圧型駆動装置、熱膨張型駆動装置が用いられる。
【００２４】
圧力検出器１４には半導体歪型圧力センサが使用されているが、この他に、金属箔歪型圧力センサや静電容量型圧力センサ、磁気抵抗型圧力センサ等の使用も可能である。
【００２５】
温度検出器２４には熱電対型温度センサが使用されているが、測温抵抗型温度センサー等の公知の各種温度センサが使用できる。
【００２６】
また、オリフィス２には、板状の金属薄板製ガスケットに切削加工によって孔部を設けたオリフィスが使用されているが、この他に極細パイプやエッチング及び放電加工により金属膜に孔を形成したオリフィス等、公知のオリフィスを使用することもできる。
【００２７】
オリフィスを用いた流量制御装置をＦＣＳと略称するが、図１に示した流量制御装置ＦＣＳは、本発明に係るオリフィス目詰検出装置を組込んだものである。次に、図１に示す流量制御装置ＦＣＳの通常の流量制御モードを図２のフローチャートにより説明する。
【００２８】
図２はプラント運転時における流量制御のフローチャートであり、メモリ装置Ｍに記憶されたプログラムに従って中央演算処理装置ＣＰＵにより実行される。ステップｎ１で流量制御モードであることが確認（Ｙ）されると、流量設定回路３２から流量設定信号（設定流量）Ｑ_Ｓが入力される（ｎ２）。圧力検出器１４により上流側圧力Ｐ_１が測定され（ｎ３）、増幅回路１６およびＡ／Ｄ変換器１８を介して中央演算処理装置ＣＰＵにより下流側流量ＱがＱ＝ＫＰ_１（Ｋ：定数）を通して演算される（ｎ４）。
【００２９】
同時に、上流側温度Ｔ_１が温度検出器２４により検出され（ｎ５）、増幅回路２６およびＡ／Ｄ変換器２８を介して前記装置ＣＰＵに入力され、このデータに基づいて流量の温度補正が行なわれ、流量Ｑが演算流量Ｑ_Ｃへと変換される（ｎ６）。装置ＣＰＵの中では、演算流量Ｑ_Ｃと設定流量Ｑ_Ｓの差Ｑ_ＹがＱ_Ｙ＝Ｑ_Ｃ−Ｑ_Ｓにより算出される（ｎ７）。
【００３０】
この流量差信号Ｑ_Ｙが零になるように、コントロール弁ＣＶを以下のステップで制御する。まずＱ_Ｙ＜０の場合（ｎ８）にはコントロール弁ＣＶを開方向に駆動部８により制御し（ｎ９）、またＱ_Ｙ＞０の場合（ｎ１０）コントロール弁ＣＶを閉方向に駆動（ｎ１１）して、ステップｎ３に戻る。Ｑ_Ｙ＝０の場合には、流量制御が完成したものとしてコントロール弁ＣＶを現在の開度で固定する（ｎ１２）。流量差Ｑ_Ｙを完全に零にすることは難かしいから、ステップｎ８およびｎ１０には多少の余裕度を設定することもできる。
【００３１】
流量設定回路３２の設定流量Ｑ_Ｓについて説明しておく。この設定流量（流量設定信号）Ｑ_Ｓは通常電圧値で与えられ、しかも上流側圧力の設定値Ｐ_１とＰ_１＝Ｑ_Ｓ／Ｋの関係が成立している。例えば流量を０〜５（Ｖ）で表示すると、圧力範囲０〜３（ｋｇｆ／ｃｍ^２ａｂｓ）に対応しているという訳である。この範囲をパーセント表示して０〜１００（％）で表わすと、フルスケール１００（％）は流量Ｑ_Ｓでは５（Ｖ）、上流側圧力Ｐ_１では３（ｋｇｆ／ｃｍ^２ａｂｓ）に対応している。
例えば、設定値が５０（％）なら流量Ｑ_Ｓは２．５（Ｖ）、圧力Ｐ_１は１．５（ｋｇｆ／ｃｍ^２ａｂｓ）に相当している。以下の説明では上記を前提とする。
【００３２】
次に、オリフィスの目詰まりを検出するために、基礎データとなる基準圧力減衰データＹ（ｔ）を測定する基準減衰モードを説明する。この基準減衰モードは、オリフィスの目詰まりが全く無い状態のとき、コントロール弁を大きく開放（全開状態）した状態から閉鎖（全閉状態）したときに上流側圧力Ｐ_１がどのように減衰するかを調べるもので、目詰まりがある場合と対比するための基準データとなるものである。
【００３３】
図３は基準減衰モードの第１実施例を示すフローチャートであり、外部回路４４からの信号によりメモリ装置Ｍに記憶されたプログラムが始動実行される。
【００３４】
基準減衰モードであることが確認されると（ｎ２０）、設定流量Ｑ_Ｓとして高設定流量Ｑ_ＳＨがＣＰＵにセットされる（ｎ２１）。この高設定流量Ｑ_ＳＨとしてはフルスケールの１００％が一般的である。この状態で上流側圧力Ｐ_１が測定され、このレンジでの最大値として最大圧力Ｐ_ｍで表わす（ｎ２２）。次に外部回路４４からのトリガー信号により、設定流量Ｑ_Ｓとして低設定流量Ｑ_ＳＬがセットされ、この時点を時刻ｔ＝０（ｓ）とする（ｎ２３）。低設定流量Ｑ_ＳＬとしては０％が一般的である。即ち、上流側圧力Ｐ_１を最大値から零（コントロール弁を全閉）にしてから上流側圧力Ｐ_１の減衰を計測するのである。
【００３５】
ｔ＝０から上流側圧力Ｐ_１を測定し（ｎ２４）、時刻と圧力データ（ｔ、Ｐ_１／Ｐ_ｍ）をメモリ装置Ｍに記憶させる（ｎ２５）。Ｐ_１／Ｐ_ｍにしたのは圧力を規格化しただけであって、全く規格化しなくてもよいし、他の方法をとってもよい。時刻を微小時間Δｔだけ進ませ（ｎ２６）、測定時間ｔ_ｍになるまで（２７）、データ（ｔ、Ｐ_１／Ｐ_ｍ）を測定しながらメモリ装置Ｍに蓄えるのである。ここで測定時間ｔ_ｍはデータを蓄積できる時間であればよく、例えば５（ｓ）、２０（ｓ）等である。次に得られた多数のデータ（ｔ、Ｐ_１／Ｐ_ｍ）に、Ｙ（ｔ）＝ｅｘｐ（−ｋｔ）を最小二乗法によりフイッティングし（ｎ２８）、減衰パラメータｋを算出する（ｎ２９）。
尚、現実の具体的な測定に於いては、前記測定時間ｔｍを１ｓ〜１０ｓに亘って８段階に切換え設定できるようにしており、また、内径が１５０μｍのオリフィスの場合には、この間に５０点の上流側圧力Ｐ_１を測定している。
【００３６】
このようにして、基準圧力減衰データＹ（ｔ）が理論式Ｙ（ｔ）＝ｅｘｐ（−ｋｔ）として与えられる。目詰まりのない同一のオリフィス孔に対しては、減衰パラメータｋは一定値となる。この基準圧力減衰データＹ（ｔ）がメモリ装置Ｍに記憶される。
【００３７】
基準圧力減衰データＹ（ｔ）は図４に細実線で示され、最大値は１に規格化されている。もちろん規格化せずに圧力Ｐ_１の値を減衰データとしてもよい。上記の方法では、Ｑ_ＳＨ→Ｑ_ＳＬの変化を１００％→０％、即ちコントロール弁ＣＶでは全開→全閉としたが、これに限られるものではない。例えばＱ_ＳＨ＝５０％とすることもでき、またＱ_ＳＬ＝２０％とすることも可能である。その中でも減衰曲線が最も顕著なカーブを示すものとして１００％→０％が選択されたに過ぎないものである。
【００３８】
基準圧力減衰データＹ（ｔ）は、オリフィスに目詰まりがない最良条件下で測定されたものであり、一般的な意味で目詰りがない状態はこの最良条件を意味するものではない。例えば、小量の目詰まりがあっても目詰まりなしと判定する場合もあり、本実施例ではフルスケール値で±０．２％、従って規格化が１の場合には±０．００２を目詰まりなしの誤差範囲とする。この誤差範囲は状況に応じて種々変更することができる。
【００３９】
次に、フローファクタＦＦについて説明しておく。
本発明に係る流量制御装置は、同一のオリフィスで複数のガス種を制御できる利点を有する。前述したように、同一のオリフィス径のオリフィスでは、下流側流量Ｑ_ＣはＱ_Ｃ＝ＫＰ_１（Ｋ：定数）で与えられることが分っている。この場合、定数Ｋはガス種が変わると変化することが知られている。
【００４０】
例えば、Ｎ_２ガス、Ａｒガス、Ｏ_２ガスに対応して、定数ＫをＫ_Ｎ、Ｋ_Ａ、Ｋ_Ｏと表わそう。通常、Ｎ_２ガスを基準にしたフローファクタＦＦで表わすことが行なわれている。従って、Ｎ_２ガス、Ａｒガス、Ｏ_２ガスのフローファクタＦＦをＦＦ_Ｎ、ＦＦ_Ａ、ＦＦ_Ｏで表わすと、ＦＦ_Ｎ＝Ｋ_Ｎ／Ｋ_Ｎ＝１、ＦＦ_Ａ＝Ｋ_Ａ／Ｋ_Ｎ、ＦＦ_Ｏ＝Ｋ_Ｏ／Ｋ_Ｎで与えられる。つまり、フローファクタＦＦとは実際のガスの流量とＮ_２換算流量との比率であり、ＦＦ＝実ガス流量／Ｎ_２換算流量で定義されるファクタである。表１にガス種毎のフローファクタの値が掲載されている。
【００４１】
【表１】

【００４２】
発明者等は、基準圧力減衰データＹ（ｔ）＝ｅｘｐ（−ｋｔ）の減衰パラメータｋがフローファクタＦＦと密接な関係を有していることを究明するに到った。その関係式は流量と同様に、実ガス減衰パラメータ＝ＦＦ×Ｎ_２ガス減衰パラメータである。従って、Ｎ_２ガスの減衰パラメータｋ_Ｎさえ測定しておけば、任意ガスの減衰パラメータｋはｋ＝ＦＦ×ｋ_Ｎによって決めることができる。
【００４３】
図５は、実際に使用しているオリフィスに対する目詰検出モードのフローチャートである。目詰検出は実際のプラント運転時は困難であるから、プロセス終了後、設定流量が規定値（即ち、設定流量値が１Ｖを越える任意の値・しきい値）になると、その減少方向をトリガ信号として目詰検出モードに入る。
【００４４】
本実施例では設定流量値が１Ｖになれば、トリガー信号Ｔｒ_１が中央演算処理装置ＣＰＵに入力される。この信号により目詰検出モードであることを確認し（ｎ３０）、メモリ装置Ｍから基準圧力減衰データＹ（ｔ）をＣＰＵに送信する（ｎ３１）。このデータとしては実際に測定対象としている実ガスに対するＹ（ｔ）でもよいし、Ｎ_２に対する減衰パラメータｋとフローファクタＦＦでもよい。後者の場合にはＹ（ｔ）＝ｅｘｐ（−ｋｔ×ＦＦ）によって実ガスに対する基準圧力減衰データＹ（ｔ）を算出することができる。
本実施例では、初期設定時に前記Ｙ（ｆ）として、メモリ装置Ｍに下表のようなテーブルをメモリしておき、当該テーブルとの比較により目詰まり検出を行なうようにしている。
【表２】

【００４５】
次に、高設定流量Ｑ_ＳＨを入力し、この時点をｔ＝０（ｓ）として時間計測を行ない（ｎ３２）、上流側圧力Ｐ_１を測定し、その値を最大圧力Ｐ_ｍとする（ｎ３３）。微小時間Δｔを多数回繰返しながら（ｎ３４）、高設定時間ｔ_Ｏになると（ｎ３５）、低設定流量Ｑ_ＳＬに切換え、この時点を再びｔ＝０（ｓ）とする（ｎ３６）。本実施例では、前述した通り高設定流量Ｑ_ＳＨ＝１００％、低設定流量Ｑ_ＳＬ＝０％とし、高設定時間ｔ_Ｏ＝１（ｓ）とする。この高設定時間ｔ_Ｏは上流側圧力Ｐ_１が安定する時間であれば任意に採ることができる。
【００４６】
更に、微小時間Δｔを多数回繰返しながら（ｎ３７）、時間が低設定時間ｔ_１になると（ｎ３８）、上流側圧力Ｐ_１（ｔ_１）を検出する（ｎ３９）。最大圧力Ｐ_ｍで規格化した圧力減衰データＰ（ｔ_１）＝Ｐ_１（ｔ_１）／Ｐ_ｍが、基準圧力減衰データＹ（ｔ_１）から誤差ｍの範囲内に存在すれば（ｎ４０）、目詰なしを表示し、アラーム信号ＡＬをオフにする（ｎ４２）。もし誤差範囲外であれば（ｎ４０）、目詰を表示し、アラーム信号ＡＬをオンにする（ｎ４１）。
【００４７】
前記の低設定時間ｔ_１は対比時間であり、０．６（ｓ）でも１．６（ｓ）でもよく、対比が容易な時間を選定すればよい。また、圧力減衰データＰ（ｔ）は上流側圧力Ｐ_１（ｔ）を最大圧力Ｐ_ｍにより規格化したものを用いたが、別段規格化しなくてもよい。規格化しない場合には、基準圧力減衰データＹ（ｔ）も規格化しないで用いた方がよい。この場合、ステップｎ４０は｜Ｐ_１（ｔ_１）−Ｙ（ｔ_１）｜／Ｐ_ｍ＜ｎの計算式になる。即ち、規格化した場合はＰ（ｔ）＝Ｐ_１（ｔ）／Ｐ_ｍとなるが、規格化しない場合はＰ（ｔ）＝Ｐ_１（ｔ）とすればよいのである。この他にも圧力減衰データＰ（ｔ）の定数があり、重要なことはＰ（ｔ）とＹ（ｔ）の定数をオリフィスの目詰まり以外は同一条件に設定しておくことである。
【００４８】
本実施例では、誤差ｍは０．２％Ｆ．Ｓ．、即ちｍ＝０．００２を設定している。しかし、この誤差範囲は仮に目詰まりがないとする範囲を与えるにすぎないから、０．５％Ｆ．Ｓ．、即ちｍ＝０．００５と設定してもよく、精度に応じた任意性を有している。
【００４９】
また、図５の本実施例ではｔ＝ｔ_１の１点のデータで目詰判断をしたが、複数時点の判断でもよく、更に多数の点を利用し、圧力減衰曲線全体での対比判断を行ってもよい。
尚、現実の実施に於いては、ｔ＝ｔ_１〜ｔ＝ｔｎの４〜５点について連続的に上述の如き目詰判断をし、各点に於ける初期基準値と測定値の差データの積算平均でもって最終的な目詰判断を行っている。
【００５０】
圧力減衰曲線を示す図４から判るように、目詰まりがない場合の細実線に対して±０．２％Ｆ．Ｓ．の誤差範囲を点線により与えている。この点線範囲内に含まれた場合には、目詰まりなしである。太実線は規格化された圧力減衰データであり、約１．６秒後の実測値が点線範囲外にあるため、目詰表示がなされ、アラームが報知される。
【００５１】
図６は、図５の実施例に於ける信号のタイムチャートである。トリガ信号Ｔ_ｒｉの立上りにより高設定流量Ｑ_ＳＨが入力され、ｔ_Ｏ秒後に低設定流量Ｑ_ＳＬに設定された後、ｔ_１秒後の圧力減衰データＰ（ｔ）を実測する。誤差範囲外であればアラーム信号ＡＬがオンになる。
【００５２】
本発明においては、基準圧力減衰データＹ（ｔ）と圧力減衰データＰ（ｔ）は規格化されていてもいなくてもどちらでもよい。
また、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲における種々の変形例、設計変更等をその技術的範囲内に包含するものである。
【００５３】
図７は、オリフィスの目詰まりを検出するために、基礎データとなる基準圧力減衰データＹ（ｔ）を得るための基準減衰モードの第２実施例のフローチャートを示すものであり、前記第１実施例の図３に相当するものである。
【００５４】
前記図３の第１実施例に於いては、基準圧力減衰データＹ（ｔ）を得る際に、オリフィス上流側の流体の温度Ｔが、圧力減衰に及ぼす影響を全く考慮に入れていない。また、このことは、前記図５に示した目詰検出モードに於ける圧力減衰データＰ（ｔ）を測定する際にも同じである。
【００５５】
一方、現実の目詰まり検出に於いては、基準圧力減衰データＹ（ｔ）を得たときの流体の温度Ｔと、目詰まり検出を行なう際の流体の温度Ｔとが、等しいと云うことはほとんどなく、両者の間に温度差のあるのが通常である。
【００５６】
ところで、前記第１実施例に示した方法により目詰まりを検出した場合に、基準圧力減衰データＹ（ｔ）を測定したときのオリフィス上流側の流体温度と、圧力減衰データＰ（ｔ）を測定したときのオリフィス上流側の流体温度に差があると、目詰まり検出の精度が悪くなる。具体的には、温度差が約１０℃程度になると、目詰まり面積の検出値に約３％の誤差を生ずることが、実験により確認されている。
【００５７】
前記図７及び後述する図８に示す第２実施例は、オリフィス上流側の温度が異なることによる目詰まり検出の精度の低下を防止するために開発されたものであり、基準圧力減衰データＹ（ｔ）と圧力減衰データＰ（ｔ）の検出時にオリフィス上流側の流体温度に差があっても、目詰まり検出精度が低下しないようにするため、前記基準圧力減衰データＹ（ｔ）及び圧力減衰データＰ（ｔ）を、検出した流体の温度及び圧力の値を用いて、流体の流れの理論式から演算により求めるようにしたものである。
【００５８】
先ず、基準圧力減衰データＹ（ｔ）を得る方法について説明する。尚、この基準圧力減衰データＹ（ｔ）は図１のオリフィス２に全く目詰まりがない場合のオリフィス上流側の圧力減衰状態を示すものである。
図１及び図７を参照して、外部回路４４からのトリガー信号により、メモリ装置Ｍに記憶されたプログラムが始動実行される。
基準減衰モードであることが確認されると（ｎ２０ａ）、設定流量Ｑ_Ｓとして高設定流量Ｑ_ＳＨがＣＰＵにセットされる（ｎ２１ａ）。この高設定流量Ｑ_ＳＨとしてはフルスケールの１００％が一般的である。この状態で上流側圧力Ｐ_１が測定され、このレンジでの最大値として最大圧力Ｐ_ｍ＝Ｐ_Ｏで表わす（ｎ２２ａ）。前記外部回路４４からのトリガー信号により、設定流量Ｑ_Ｓとして高設定流量Ｑ_ＳＨがセットされると、（ｎ２１ａ）、この状態が２秒間保持され、２秒後には設定流量Ｑ_Ｓとして低設定流量Ｑ_ＳＬがセットされる。この時点を時刻ｔ＝０（ｓ）とする（ｎ２３ａ）。低設定流量Ｑ_ＳＬとしては０％が一般的である。即ち、上流側圧力Ｐ_１を最大値から零（コントロール弁を全閉）にしてから上流側圧力Ｐ_１の減衰を計測するのである。
【００５９】
ｔ＝０から上流側圧力Ｐ_１＝Ｐ_ｔ及び上流側温度Ｔ_１＝Ｔ_ｔを測定し（ｎ４３ａ）、時刻と圧力データと温度データ（ｔ、Ｐ_ｔ、Ｔ_ｔ）をメモリ装置Ｍに記憶させる（ｎ４４ａ）。このデータの測定は、時刻を微小時間Δｔだけ進ませ（ｎ２６ａ）、測定時間ｔｍになるまで（ｎ２７ａ）まで測定をし乍ら、メモリ装置Ｍに蓄えるのである。ここで、測定時間ｔｍはデータを蓄積できる時間であればよく、例えば５（ｓ）、２０（ｓ）等である。
尚、現実の具体的な測定に於いては、前記測定時間ｔｍを１_Ｓ〜１０_Ｓに亘って８段階に切換え設定できるようにしており、また、内径が１５０μｍのオリフィスの場合には、この間に５０点の上流側圧力Ｐ_１、上流側温度Ｔ_１を測定している。
【００６０】
また、前記上流側圧力Ｐ_１、上流側温度Ｔ_１の測定と並行して、これらの読み取りデータを用いて、ＣＰＵに於いて基準圧力減衰データＹ（ｔ）＝Ｚ_Ｓ（ｔ）の演算が行なわれる（ｎ４５ａ）。そして、演算された基準圧力減衰データＹ（ｔ）＝Ｚ_Ｓ（ｔ）はメモリ装置Ｍに蓄えられる。
【００６１】
本第２実施例に於いては、前記基準圧力減衰データＹ（ｔ）＝Ｚ_Ｓ（ｔ）は、上流側圧力Ｐ_１の降下が、所謂「流体の理論式」に基づいて演算され、「上流側圧力Ｐ_１の降下の度合を対数で表示した値Ｚ_Ｓ（ｔ）」がＣＰＵに於いて演算される。
【００６２】
また、本実施例では、前記「流体の理論式」として下記の▲１▼式を用いている。
【数３】

但し、ここで、Ｐ_Ｏ＝Ｐ_ｍは初期時（標準時）の上流側圧力、Ｐ_ｔは時間ｔ経過後の上流側圧力、Ｓはオリフィス２の断面積、Ｃ_ｔは時間ｔに於けるガス比熱比の定数、Ｒ_ｔは時間ｔに於けるガス定数、Ｔ_ｔは時間ｔに於ける上流側温度、ＶはＦＣＳ装置の内容積、ｔ_ｎは測定開始からの経過時間（単位時間×ｎ番目）である。
また、上記ガス比熱比の定数Ｃは、次の▲２▼式で与えられるものである。
【数４】

但し、ｋはガスの比熱比である。
【００６３】
また、上流側圧力Ｐ_Ｏの圧力降下した度合を対数で表現した値Ｚ_Ｓ（ｔ）は、次の▲３▼式で与えられるものである。
【数５】

但し、Ｃ_Ｏ・Ｒ_Ｏ・Ｔ_Ｏは初期時（基準時）に於けるガス比熱比の定数、ガス定数、上流側温度であり、また、Ｃ_ｔ、Ｒ_ｔ、Ｔ_ｔは測定開始から時間ｔの時点（ｎ番目）に於けるガス比熱比の定数、ガス定数、上流側温度である。
【００６４】
測定開始時ｔ＝０から各時間ｔ_１、ｔ_２…ｔ_ｎ毎に前記▲３▼式を用いて基準圧力減衰データＹ（ｔ）＝Ｚ_Ｓ（ｔ）がＣＰＵで演算され、その結果がメモリ装置Ｍに順次蓄えられて行く。
【００６５】
次に、実際に使用をしているオリフィスに対する目詰まりの検出について説明する。
図８は、第２実施例に於けるオリフィス検出モードのフローチャートを示すものである。目詰検出は実際のプラント運転時は困難であるから、プロセス終了後、設定流量が規定値（即ち、設定流量値が１Ｖを越える任意の値・しきい値）になると、その減少方向をトリガ信号として目詰検出モードに入る。
【００６６】
本実施例では設定流量値が１Ｖになれば、トリガ信号が中央演算処理装置ＣＰＵに入力される。この信号により目詰検出モードであることを確認し、（ｎ３０ａ）、メモリ装置Ｍから基準圧力減衰データＹ（ｔ）をＣＰＵに送信する（ｎ３１ａ）。このデータとしては、実際に測定対象としている実ガスに対するＹ（ｔ）＝Ｚ_Ｓ（ｔ）でもよいし、Ｎ_２に対する基準圧力減衰データＺ_Ｓ（ｔ）に、ガス種に応じて予かじめ定めたフローファクタＦＦに対する定数Ａを乗じたものでもよい。
【００６７】
次に、高設定流量Ｑ_ＳＨを入力し、この時点をｔ＝０（ｓ）として時間計測を行ない（ｎ３２ａ）、上流側圧力Ｐ_１を測定し、その値を最大圧力Ｐ_ｍとする（ｎ３３ａ）。微小時間Δｔを多数回繰返しながら（ｎ３４ａ）、高設定時間ｔ_Ｏになると（ｎ３５ａ）、低設定流量Ｑ_ＳＬに切換え、この時点を再びｔ＝０（ｓ）とする（ｎ３６ａ）。本実施例では、前述した通り高設定流量Ｑ_ＳＨ＝１００％、低設定流量Ｑ_ＳＬ＝０％とし、高設定時間ｔ_Ｏ＝２（ｓ）とする。この高設定時間ｔ_Ｏは上流側圧力Ｐ_１が安定する時間であれば任意に採ることができる。
【００６８】
更に、微小時間Δｔを多数回繰返しながら（ｎ３７ａ）、時間が低設定時間ｔ_１になると（ｎ３８ａ）、上流側圧力Ｐｔ_１及び上流側温度Ｔｔ_１を検出する（ｎ３９ａ）。検出された上流側圧力Ｐｔ_１、上流側温度Ｔｔ_１は必要に応じてメモリ装置Ｍに蓄えられ（ｎ４７）、次に、中央演算装置ＣＰＵに於いて、一次側圧力Ｐｔ_１の圧力降下度合を対数で表示した値（即ち、圧力減衰データＰ（ｔ_１）＝Ｚ（ｔ_１））が演算される（ｎ４８）。
【００６９】
演算された圧力減衰データＰ（ｔ_１）＝Ｚ（ｔ_１）は、先にメモリ装置Ｍへ入力されている基準圧力減衰データＹ（ｔ_１）と比較され（ｎ４９）、｜Ｙ（ｔ_１）−Ｐ（ｔ_１）｜が許容される誤差の範囲ｍ外にあれば、目詰まりを表示し、アラームＡＬをｏｎにする。（ｎ４１ａ）。
また、｜Ｙ（ｔ_１）−Ｐ（ｔ_１）｜が許容される誤差範囲内にあれば、時間の加算が行なわれ（ｎ＝５０）、第２単位時間ｔ＝ｔ_２に於ける測定、演算及び対比が繰り返され、ｔ＝ｔ_ｎに至れば（ｎ＝５１）、最終的に目詰まりなしの表示及びアラームＡＬのオフが行なわれる（ｎ４２ａ）。
【００７０】
尚、図８の第２実施例の目詰検出モードに於いては、ステップｎ４８で圧力減衰データＰ（ｔ_１）＝Ｚ（ｔ_１）を演算し、この演算値に基づいてステップｎ４９で目詰まりの判定を行なったあと、目詰まりがなければ、ステップ５１で時間の加算をして、次の上流側圧力Ｐ_ｔ及び温度Ｔ_ｔの検出を行なうようにしている。
しかし、このような方式に代えて、ステップｎ３９ａに於いて上流側圧力Ｐ_ｔ及び温度Ｔ_ｔの検出を単位時間毎に連続的に行なうと共にこれと並行して、ステップｎ４８に於いて、各単位時間毎の圧力減衰データＰ（ｔ_１）を演算し、当該演算値を用いて各単位時間毎に目詰まりの判定を行なうようにしてもよい。
【００７１】
図９、図１０及び図１１は、本発明の第２実施例によりオリフィスの目詰検出を行なった場合の試験結果を示すものであり、オリフィス内径１６０μｍ、単位時間ｔ（０．０１２ｓｅｃ）、基準温度２５℃、温度変動＋１０°及び−１０°、とした場合の、圧力降下特性（図９）、Ｚ（ｔ）の計算結果（図１０）及び基準時の演算値（２５℃）Ｚ_Ｓ（ｔ）と目詰まり検査時の演算値Ｚ（ｔ）との差（図１１）を示すものである。
【００７２】
第２実施例の場合には、図９及び図１０からも明らかなように、目詰まりの検査時の上流側ガス温度Ｔ（ｔ）が基準時の温度（２５℃）より±１０℃異なったとしても、圧力降下特性（図８）及びＺ（ｔ）の計算値は、基準値温度（２５℃）の場合と殆んど同一となり、上流側ガス温度の変化による誤差がほぼ完全に補正されることになる。
その結果、上流側ガス温度が基準減衰データを得た時のガス温度よりも相当に変化している場合であっても、高精度な安定した目詰まり検出を行なうことができる。
【００７３】
【発明の効果】
本発明は以上詳述したように、オリフィスに目詰まりがない場合の基準圧力減衰データＹ（ｔ）と実際運転時の圧力減衰データＰ（ｔ）を比較し、Ｐ（ｔ）がＹ（ｔ）より所定度以上開離したかどうかで目詰まりの当否を判断するものである。従って配管を分解することなく、極めて簡単な操作で目詰まりを判断でき、その結果爆発等の非常事態を回避できると共にプラントの安定性を保証できる。即ち、本発明は低価格で信頼性の高いオリフィス目詰検出方法およびその装置を提供するものであって、オリフィスを利用した圧力式流量制御装置の広範な普及に寄与するものである。
【００７４】
特に、本発明の第２実施例によれば、目詰検出時の上流側ガス温度Ｔ（ｔ）が、基準圧力減衰データＹ（ｔ）を得たときの上流側ガス温度と相当に異なっている場合でも、温度変化による誤差を除いた高精度な目詰まり検出を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る流量制御装置における目詰検出装置の一例のブロック構成図である。
【図２】プラント運転時における流量制御のフローチャートである。
【図３】本発明の第１実施例に係る目詰検出方法で用いる基準圧力減衰データＹ（ｔ）を求めるフローチャートである。
【図４】目詰まりのない基準圧力減衰データＹ（ｔ）と目詰まりのある圧力減衰データＰ（ｔ）のグラフを示す。
【図５】本発明の第１実施例に係る目詰検出方法を実行するフローチャートである。
【図６】各種信号のタイムチャートを示す。
【図７】本発明の第２実施例に係る目詰検出方法で用いる基準圧力減衰データＹ（ｔ）を求めるフローチャートである。
【図８】本発明の第２実施例に係る目詰検出方法を実行するフローチャートである。
【図９】本発明の第２実施例に於いて、温度を変化させた場合の圧力降下特性を示すグラフである。
【図１０】本発明の第２実施例に於いて、温度を変化させた場合の圧力減衰データＺ（ｔ）の演算値を示すグラフである。
【図１１】本発明の第２実施例に於いて、温度が変化した場合の基準時の圧力減衰データ（２５℃）Ｚ_Ｓ（ｔ）と圧力減衰データの演算値との差を示すものである。
【図１２】従来例である圧力式流量制御装置のブロック構成図である。
【図１３】オリフィスに目詰まりが生じた場合の設定値流量特性図である。
【符号の説明】
２はオリフィス、４は上流側流路、６は下流側流路、８は駆動部、１２はガス取出用継手、１４は圧力検出器、１６は増幅回路、１８はＡ／Ｄ変換器、２０は演算回路、２２は圧力表示器、２４は温度検出器、２６は増幅回路、２８はＡ／Ｄ変換器、３０は温度補正回路、３２は流量設定回路、３４はＡ／Ｄ変換器、３６は比較回路、３８は演算制御回路、４０は増幅回路、４２は通信ポート、４４は外部回路、４６はアラーム回路、４８は電源回路、５０は外部電源、ＡＭＰは増幅回路、Ａ／ＤはＡＤ変換器、ＡＬはアラーム回路、ＣＰＵは中央演算処理装置、ＣＶはコントロール弁、ＥＳは外部電源、Ｍはメモリ装置、ＳＣは電源回路である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a pressure-type flow control device for various fluids such as gases used for manufacturing semiconductors, chemicals, chemicals, precision machine parts, and the like. More specifically, when an orifice hole is clogged, the clogging is performed. The present invention relates to a detection method and a detection apparatus thereof.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, most of the fluid supply devices in semiconductor manufacturing facilities and chemical manufacturing facilities that require high-accuracy flow rate control have used mass flow controllers.
[0003]
However, the mass flow controller has (1) the response rate is relatively slow in the case of a thermal flow sensor, (2) the control accuracy in the low flow range is poor and the accuracy varies from product to product, and (3) operates. There were various inconveniences such as many troubles and lack of stability, (4) high product price, expensive replacement parts and high running cost.
[0004]
Accordingly, as a result of intensive research aimed at improving these drawbacks, the present inventors have come to develop a pressure type flow rate control device using an orifice as disclosed in JP-A-8-338546.
[0005]
This pressure type flow control device has the following features.
Pressure ratio P of gas before and after the orifice₂/ P₁(P₁: Upstream pressure, P₂: Downstream pressure) below the critical pressure ratio of gas (about 0.5 in the case of air, nitrogen, etc.), the flow velocity of the gas passing through the orifice becomes the sonic velocity, and the pressure fluctuation on the downstream side of the orifice becomes upstream. The transmission is stopped, and a stable mass flow rate corresponding to the state upstream of the orifice can be obtained.
[0006]
That is, when the orifice diameter is constant, the upstream pressure P₁Downstream pressure P₂If it is set to about twice or more, the downstream flow rate Q flowing through the orifice_CIs the upstream pressure P₁Depends only on Q_C= KP₁The linear relationship (K: constant) is established with high accuracy. That is, if the orifice diameter is the same, the constant K is also constant.
[0007]
The configuration of this pressure type flow control device will be described with reference to FIG.
The upstream flow path 4 of the orifice 2 is connected to a control valve CV that is opened and closed by a drive unit 8, and the downstream flow path 6 is connected to a fluid reaction device (not shown) via a gas extraction joint 12. .
[0008]
Orifice upstream pressure P₁Is detected by the pressure detector 14 and displayed on the pressure indicator 22 via the amplifier circuit 16. Further, the output is digitized through the A / D converter 18, and the arithmetic circuit 20 makes the downstream flow rate Q of the orifice Q = KP.₁It is calculated by (K: constant).
[0009]
On the other hand, the upstream temperature T detected by the temperature detector 24.₁Is output to the temperature correction circuit 30 via the amplifier circuit 26 and the A / D converter 28, and the flow rate Q is temperature-corrected to obtain the calculated flow rate Q._CIs output to the comparison circuit 36. Here, the arithmetic circuit 20, the temperature correction circuit 30, and the comparison circuit 36 are collectively referred to as an arithmetic control circuit 38.
[0010]
From the flow rate setting circuit 32, the set flow rate Q via the A / D converter 34_SIs output and transmitted to the comparison circuit 36. In the comparison circuit 36, the calculated flow rate Q_CAnd set flow rate Q_SDifference signal Q_YIs Q_Y= Q_C-Q_SAnd output to the drive unit 8 via the amplifier circuit 40. This drive unit 8 is connected to the difference signal Q_YThe control valve CV is controlled to open and close in the direction in which the value becomes zero, and the downstream flow rate is controlled to be equal to the set flow rate.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
This pressure-type flow control device has an upstream pressure P₁Although it is excellent in that the flow rate on the downstream side can be controlled with high accuracy only by detecting the flow rate, it has a weak point that its fine holes are clogged because the orifice is used. The orifice is an orifice hole of micron order, and this orifice hole is clogged with dust or the like, and the flow rate control may become impossible.
[0012]
The inside of the pipe whose flow rate is controlled must be highly purified, but there is a possibility that dust, dust, etc. remain in the pipe. When the orifice is clogged, the flow rate cannot be controlled, so that the entire plant becomes unstable and a large number of defective products are generated. Also, depending on the type of gas fluid, there was a risk of an explosion accident due to a chemical reaction runaway. In order to prevent this, it has been considered to incorporate a gasket filter in the pipe, but it has a drawback of affecting the conductance of the pipe.
[0013]
FIG. 13 shows the flow characteristics when the orifice is clogged. The flow rate characteristic after purge is a characteristic when there is no clogging. For example, in the case where the set value is indicated as 100% in FIG.₂The gas should flow 563.1 SCCM (marked O). All subsequent reaction systems are designed with the expected flow rate. However, if there is clogging, only 485 SCCM (mouth mark) flows in this case, and the designed reaction cannot be expected. However, SCCM represents the gas flow rate (cc) per minute under standard conditions.
[0014]
Thus, when the orifice is clogged, a phenomenon in which the flow rate is lower than the set value appears. In semiconductors and chemical plants, when the source gas is excessive or deficient, an explosion occurs, or a large amount of damage is caused to the product, and how to detect clogging of the orifice has been a major issue.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made to remedy the above disadvantages, and the orifice clogging detection method in the pressure type flow rate control device according to claim 1 detects the upstream pressure between the control valve, the orifice, and the control valve. Consists of pressure detector and flow rate setting circuit, upstream pressure P₁Downstream pressure P₂The flow rate Qc on the downstream side is maintained at about twice or more of the flow rate Qc = KP₁(K: constant) In the flow rate control device that controls the opening and closing of the control valve by the difference signal Qy between the calculated flow rate Qc and the set flow rate Qs, the set flow rate Qs is100% flow rate (full scale flow rate)High setting flow rate Q_SHThe first step to be held in this and thisAboveHigh setting flow rate Q_SHThe0% flow rate (control valve is completely closed)Low setting flow rate Q_SLSwitch to hold the upstream pressure P₁A second step of obtaining pressure attenuation data P (t) by measuring the reference pressure attenuation data Y (t) and the pressure attenuation data P (t) measured when the orifice is not clogged under the same conditions, A third step of comparingA predetermined time after switching to the low setting flow rateFourth step of notifying clogging when the pressure decay data P (t) is separated from the reference pressure decay data Y (t) by a predetermined degree or more.WhenIt is composed of
[0016]
Claim3The method for detecting clogging in the pressure type flow rate control device described in 1 is that the control valve CV, the orifice 2 and the upstream side pressure P between them.₁The pressure detector 14 and the flow rate setting circuit 32 detect the upstream pressure P.₁Downstream pressure P₂The flow rate Qc on the downstream side is maintained at about twice or more of the flow rate Qc = KP₁(K: constant) In the flow rate control device that controls opening and closing of the control valve CV by the difference signal Qy between the calculated flow rate Qc and the set flow rate Qs, the set flow rate Qs is set to the high set flow rate Q._SHThe first step to be held at the high flow rate Q_SHLow flow rate Q_SLTo hold the upstream pressure P₁And upstream temperature T_tAnd the upstream pressure P measured when the orifice is not clogged under the same condition as the second step of calculating the pressure attenuation data P (t) using this measured value._tAnd upstream temperature T_tThe third step of comparing the reference pressure decay data Y (t) calculated using the pressure decay data P (t), and the pressure decay data P (t) is predetermined from the reference pressure decay data Y (t). 4th step of notifying clogging when separated more thanWhenIt is composed of
[0017]
Claims6The orifice clogging detection device in the pressure type flow rate control device described in 1 is composed of a control valve, an orifice, a pressure detector for detecting the upstream pressure therebetween, and a flow rate setting circuit, and an upstream pressure P₁Downstream pressure P₂The flow rate Qc on the downstream side is maintained at about twice or more of the flow rate Qc = KP₁(K: constant) In a flow rate control device that controls opening and closing of the control valve by the difference signal Qy between the calculated flow rate Qc and the set flow rate Qs, the orifice is not clogged.100% flow rate (full scale flow rate)High setting flow rate Q_SHFrom0% flow rate (control valve is completely closed)Low setting flow rate Q_SLUpstream pressure P measured by switching to₁Memory device storing the reference pressure decay data Y (t) and the actual orifice conditionAboveHigh setting flow rate Q_SHFromAboveLow setting flow rate Q_SLTo the upstream pressure P₁The pressure detector for measuring the pressure attenuation data P (t) of the first, a central processing unit for performing a comparison operation between the pressure attenuation data P (t) and the reference pressure attenuation data Y (t),A predetermined time after switching to the low setting flow rateWhen the pressure attenuation data P (t) is separated from the reference pressure attenuation data Y (t) by a predetermined degree or more, the alarm circuit notifies the clogging.
[0018]
Claim8The orifice clogging detecting device in the pressure type flow rate control device described in 1) includes the control valve CV, the orifice 2 and the upstream pressure P between them.₁The pressure detector 14 and the flow rate setting circuit 32 detect the upstream pressure P.₁Downstream pressure P₂The flow rate Qc on the downstream side is maintained at about twice or more of the flow rate Qc = KP₁(K: constant) In the flow rate control device that calculates and controls the control valve by the difference signal Qy between the calculated flow rate Qc and the set flow rate Qs, the pressure detector 14 that measures the upstream pressure P of the orifice, and the upstream of the orifice A temperature detector 24 for detecting the side temperature T and a high set flow rate Q under the condition that the orifice 2 is not clogged._SHTo low set flow rate Q_SLUpstream pressure P measured by switching to_tAnd upstream temperature T_tUpstream pressure P calculated using₁The reference pressure attenuation data Y (t) of the memory device M and the reference pressure attenuation data Y (t) are calculated, and the high set flow rate Q under the actual conditions of the orifice 2_SHTo low set flow rate Q_SLUpstream pressure P measured by switching to_tAnd upstream temperature T_tUse upstream pressure P₁A central processing unit CPU for calculating the pressure attenuation data P (t) of the first pressure, further comparing the pressure attenuation data P (t) with the reference pressure attenuation data Y (t), and pressure attenuation data P (t). Is constituted by an alarm circuit 46 for notifying clogging when it is separated from the reference pressure attenuation data Y (t) by a predetermined degree or more.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention relates to an orifice clogging detection method and a clogging detection device used in a pressure type flow rate control device similar to FIG. 12, and the preconditions for operating the pressure type flow rate control device are the same. That is, upstream pressure P₁Downstream pressure P₂When the flow rate is set to about twice or more, the downstream flow rate Q of the orifice_CIs the upstream pressure P₁Depends only on Q_C= KP₁The linear condition is established with high accuracy. When the orifices are the same, the proportionality constant K is constant, and the constant K only needs to be changed when converting to an orifice having a different orifice hole.
[0020]
Therefore, a specific fluid is supplied at a constant flow rate Q_STo control the upstream pressure P₁P₁= Q_SIt is only necessary to control the opening and closing of the control valve CV so as to have a value of / K. That is, upstream pressure P₁It is only necessary to open and close the control valve CV in a one-to-one correspondence relationship.
[0021]
【Example】
FIG. 1 shows an example of a clogging detection device in a flow control device according to the present invention. This apparatus is functionally equivalent to the apparatus of FIG. 12, but differs in that it is controlled by a microcomputer. Therefore, the same parts as those in FIG. 12 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. Different reference numerals and detailed points will be described below.
[0022]
The CPU is a central processing unit and corresponds to the arithmetic control circuit 38 in FIG. 12, M is a memory device for data storage, 42 is an external communication port PT, 44 is an external circuit such as a trigger circuit, and 46 is clogged. An alarm circuit for the hour, 48 is a power supply circuit SC, and 50 is an external power supply of ± 15V. AMP represents an amplifier circuit, and A / D represents an A / D converter.
[0023]
A so-called direct touch type metal diaphragm valve is used as the control valve CV, and a piezoelectric element type driving device is used for the driving portion 8 thereof. In addition, a magnetostrictive element type drive device, a solenoid type drive device, a motor type drive device, a pneumatic type drive device, and a thermal expansion type drive device are used for the drive unit 8 of the control valve CV.
[0024]
Although the semiconductor strain type pressure sensor is used for the pressure detector 14, a metal foil strain type pressure sensor, a capacitance type pressure sensor, a magnetoresistive type pressure sensor, or the like can also be used.
[0025]
Although a thermocouple type temperature sensor is used for the temperature detector 24, various known temperature sensors such as a resistance temperature sensor can be used.
[0026]
In addition, the orifice 2 uses an orifice in which a hole is formed by cutting in a plate-shaped metal sheet gasket. In addition to this, an orifice in which a hole is formed in a metal film by etching or electric discharge machining is used. A known orifice can also be used.
[0027]
A flow control device using an orifice is abbreviated as FCS, but the flow control device FCS shown in FIG. 1 incorporates an orifice clogging detection device according to the present invention. Next, the normal flow rate control mode of the flow rate control device FCS shown in FIG. 1 will be described with reference to the flowchart of FIG.
[0028]
FIG. 2 is a flowchart of flow rate control during plant operation, and is executed by the central processing unit CPU in accordance with a program stored in the memory device M. When the flow rate control mode is confirmed (Y) in step n1, the flow rate setting signal (set flow rate) Q is sent from the flow rate setting circuit 32._SIs input (n2). The upstream pressure P is detected by the pressure detector 14.₁Is measured (n3), and the downstream flow rate Q is Q = KP by the central processing unit CPU via the amplifier circuit 16 and the A / D converter 18.₁It is calculated through (K: constant) (n4).
[0029]
At the same time, the upstream temperature T₁Is detected by the temperature detector 24 (n5), and is input to the device CPU via the amplifier circuit 26 and the A / D converter 28. The flow rate is corrected based on this data, and the flow rate Q is calculated as the calculated flow rate. Q_C(N6). In the apparatus CPU, the calculation flow rate Q_CAnd set flow rate Q_SDifference Q_YIs Q_Y= Q_C-Q_S(N7).
[0030]
This flow difference signal Q_YThe control valve CV is controlled by the following steps so that becomes zero. First Q_YIf <0 (n8), the control valve CV is controlled in the opening direction by the drive unit 8 (n9)._YIf> 0 (n10), the control valve CV is driven in the closing direction (n11), and the process returns to step n3. Q_YIn the case of = 0, the control valve CV is fixed at the current opening degree assuming that the flow rate control is completed (n12). Flow rate difference Q_YSince it is difficult to make the value completely zero, a slight margin can be set for steps n8 and n10.
[0031]
Set flow rate Q of the flow rate setting circuit 32_SI will explain. This set flow rate (flow rate setting signal) Q_SIs usually given as a voltage value, and the upstream pressure setpoint P₁And P₁= Q_SThe relationship / K is established. For example, when the flow rate is displayed as 0 to 5 (V), the pressure range is 0 to 3 (kgf / cm²abs). When this range is expressed in percentage and expressed as 0 to 100 (%), the full scale 100 (%) indicates the flow rate Q._SThen, 5 (V), upstream pressure P₁Then 3 (kgf / cm²abs).
For example, if the set value is 50 (%), the flow rate Q_SIs 2.5 (V), pressure P₁Is 1.5 (kgf / cm²abs). The following description assumes the above.
[0032]
Next, a reference attenuation mode for measuring reference pressure attenuation data Y (t) as basic data in order to detect orifice clogging will be described. In this reference damping mode, when the orifice is not clogged at all, the upstream side pressure P is increased when the control valve is largely opened (fully opened) to closed (fully closed).₁Is a reference data for comparing with the case of clogging.
[0033]
FIG. 3 is a flowchart showing the first embodiment of the reference attenuation mode, and a program stored in the memory device M is started and executed by a signal from the external circuit 44.
[0034]
When it is confirmed that it is the reference damping mode (n20), the set flow rate Q_SHigh flow rate Q as_SHIs set in the CPU (n21). This high flow rate Q_SHIs generally 100% of full scale. In this state, the upstream pressure P₁Is measured and the maximum pressure P as the maximum value in this range_m(N22). Next, in accordance with a trigger signal from the external circuit 44, the set flow rate Q_SLow flow rate Q as_SLIs set, and this time is set to time t = 0 (s) (n23). Low setting flow rate Q_SLIs generally 0%. That is, upstream pressure P₁From the maximum value to zero (control valve fully closed), then upstream pressure P₁Is measured.
[0035]
Upstream pressure P from t = 0₁(N24), time and pressure data (t, P₁/ P_m) Is stored in the memory M (n25). P₁/ P_mWhat is made is just that the pressure is standardized, it is not necessary to standardize at all, and other methods may be taken. Advance time by minute time Δt (n26), measurement time t_mUntil (27), data (t, P₁/ P_m) Is stored in the memory device M while measuring. Where measurement time t_mMay be a time in which data can be accumulated, and is, for example, 5 (s), 20 (s), or the like. Next, a lot of data (t, P₁/ P_m), Y (t) = exp (−kt) is fitted by the method of least squares (n28), and the attenuation parameter k is calculated (n29).
In actual concrete measurement, the measurement time tm can be switched and set in 8 steps over 1 s to 10 s. In the case of an orifice having an inner diameter of 150 μm, the measurement time tm is 50 Point upstream pressure P₁Is measuring.
[0036]
In this way, the reference pressure attenuation data Y (t) is given as the theoretical formula Y (t) = exp (−kt). For the same orifice hole without clogging, the damping parameter k is a constant value. This reference pressure attenuation data Y (t) is stored in the memory device M.
[0037]
The reference pressure attenuation data Y (t) is indicated by a thin solid line in FIG. 4 and the maximum value is normalized to 1. Of course pressure P without standardization₁The value may be attenuation data. In the above method, Q_SH→ Q_SLIs 100% → 0%, that is, the control valve CV is fully open → fully closed, but is not limited to this. For example, Q_SH= 50% and Q_SL= 20% is also possible. Among them, only 100% → 0% is selected as the one in which the attenuation curve shows the most remarkable curve.
[0038]
The reference pressure decay data Y (t) is measured under the best condition in which the orifice is not clogged, and in a general sense, the state without clogging does not mean this best condition. For example, even if there is a small amount of clogging, it may be determined that there is no clogging. In this embodiment, the full scale value is ± 0.2%. Set the error range without clogging. This error range can be variously changed according to the situation.
[0039]
Next, the flow factor FF will be described.
The flow control device according to the present invention has an advantage that a plurality of gas types can be controlled by the same orifice. As described above, in the orifice having the same orifice diameter, the downstream flow rate Q_CIs Q_C= KP₁It is known that it is given by (K: constant). In this case, it is known that the constant K changes as the gas type changes.
[0040]
For example, N₂Gas, Ar gas, O₂Corresponding to gas, constant K is set to K_N, K_A, K_OLet's express. Usually N₂It is expressed by a flow factor FF based on gas. Therefore, N₂Gas, Ar gas, O₂FF gas flow factor FF_N, FF_A, FF_OFF_N= K_N/ K_N= 1, FF_A= K_A/ K_N, FF_O= K_O/ K_NGiven in. In other words, the flow factor FF is the actual gas flow rate and N₂It is the ratio to the converted flow rate, FF = actual gas flow rate / N₂It is a factor defined by the converted flow rate. Table 1 lists the flow factor values for each gas type.
[0041]
[Table 1]

[0042]
The inventors have found that the attenuation parameter k of the reference pressure attenuation data Y (t) = exp (−kt) has a close relationship with the flow factor FF. The relational expression is the same as the flow rate, the actual gas attenuation parameter = FF × N₂Gas attenuation parameter. Therefore, N₂Gas attenuation parameter k_NAs long as it is measured, the attenuation parameter k of the arbitrary gas is k = FF × k_NCan be determined by.
[0043]
FIG. 5 is a flowchart of the clogging detection mode for the orifice actually used. Detection of clogging is difficult during actual plant operation, so when the set flow rate reaches a specified value (ie, any value / threshold value that exceeds 1V) after the end of the process, the direction of decrease is triggered. The clogging detection mode is entered as a signal.
[0044]
In this embodiment, when the set flow rate value becomes 1V, the trigger signal Tr₁Is input to the central processing unit CPU. This signal confirms the clogging detection mode (n30), and transmits the reference pressure attenuation data Y (t) from the memory M to the CPU (n31). This data may be Y (t) for the actual gas actually measured, or N₂May be a damping parameter k and a flow factor FF. In the latter case, the reference pressure attenuation data Y (t) for the actual gas can be calculated by Y (t) = exp (−kt × FF).
In this embodiment, a table as shown in the table below is stored in the memory device M as Y (f) at the time of initial setting, and clogging is detected by comparison with the table.
[Table 2]

[0045]
Next, high setting flow rate Q_SHIs input, the time is measured at this time t = 0 (s) (n32), and the upstream pressure P₁And measure the value as the maximum pressure P_m(N33). While the minute time Δt is repeated many times (n34), the high set time t_O(N35), low set flow rate Q_SLAt this time, t = 0 (s) is set again (n36). In this embodiment, as described above, the high set flow rate Q_SH= 100%, low flow rate Q_SL= 0%, high set time t_O= 1 (s). This high set time t_OIs the upstream pressure P₁As long as the time is stable, it can be arbitrarily taken.
[0046]
Further, while repeating the minute time Δt many times (n37), the time is set to the low set time t.₁(N38), the upstream pressure P₁(T₁) Is detected (n39). Maximum pressure P_mPressure decay data P (t₁) = P₁(T₁) / P_mIs the reference pressure decay data Y (t₁) To within an error m (n40), no clogging is displayed and the alarm signal AL is turned off (n42). If it is outside the error range (n40), clogging is displayed and the alarm signal AL is turned on (n41).
[0047]
The low set time t₁Is a comparison time, which may be 0.6 (s) or 1.6 (s), and a time that allows easy comparison may be selected. The pressure attenuation data P (t) is the upstream pressure P₁(T) is the maximum pressure P_mHowever, it is not necessary to standardize. When not standardized, it is better to use the reference pressure attenuation data Y (t) without standardization. In this case, step n40 is | P₁(T₁) -Y (t₁) ｜ / P_m<Calculation formula of n. That is, when normalized, P (t) = P₁(T) / P_mHowever, if not standardized, P (t) = P₁(T) is sufficient. In addition to this, there is a constant of the pressure decay data P (t), and it is important that the constants of P (t) and Y (t) are set to the same condition except for clogging of the orifice.
[0048]
In this embodiment, the error m is 0.2% F.S. S. That is, m = 0.002 is set. However, this error range only gives a range that there is no clogging. S. That is, it may be set as m = 0.005, and it has arbitraryness according to accuracy.
[0049]
In this embodiment of FIG. 5, t = t₁Although the clogging determination is performed with the data of one point, determination at a plurality of points in time may be performed, and a comparison determination may be performed for the entire pressure decay curve using a larger number of points.
In actual implementation, t = t₁The above-mentioned clogging determination is continuously performed for 4 to 5 points of t = tn as described above, and the final clogging determination is performed by the integrated average of the difference data between the initial reference value and the measured value at each point. Yes.
[0050]
As can be seen from FIG. 4 showing the pressure decay curve, ± 0.2% F.S. with respect to the thin solid line when there is no clogging. S. The error range is given by the dotted line. If it falls within this dotted line range, there is no clogging. The thick solid line is standardized pressure decay data. Since the measured value after about 1.6 seconds is outside the dotted line range, a clogging display is made and an alarm is notified.
[0051]
FIG. 6 is a time chart of signals in the embodiment of FIG. Trigger signal T_riHigh setting flow rate Q at the rise of_SHIs entered and t_OLow set flow rate Q in seconds_SLThen set to t₁The pressure decay data P (t) after 2 seconds is actually measured. If it is outside the error range, the alarm signal AL is turned on.
[0052]
In the present invention, the reference pressure attenuation data Y (t) and the pressure attenuation data P (t) may or may not be normalized.
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications, design changes, and the like within the technical scope without departing from the technical idea of the present invention.
[0053]
FIG. 7 shows a flowchart of a second embodiment of a reference damping mode for obtaining reference pressure damping data Y (t) as basic data for detecting orifice clogging. This corresponds to FIG. 3 of the example.
[0054]
In the first embodiment of FIG. 3, when the reference pressure attenuation data Y (t) is obtained, the influence of the temperature T of the fluid upstream of the orifice on the pressure attenuation is not taken into consideration at all. This also applies to the measurement of the pressure decay data P (t) in the clogging detection mode shown in FIG.
[0055]
On the other hand, in the actual clogging detection, the fluid temperature T when the reference pressure decay data Y (t) is obtained is equal to the fluid temperature T when clogging detection is performed. There is almost no temperature difference between them.
[0056]
By the way, when clogging is detected by the method shown in the first embodiment, the fluid temperature upstream of the orifice when the reference pressure attenuation data Y (t) is measured and the pressure attenuation data P (t) are measured. If there is a difference in the fluid temperature upstream of the orifice, the accuracy of clogging detection will deteriorate. Specifically, it has been experimentally confirmed that when the temperature difference is about 10 ° C., an error of about 3% is generated in the detected value of the clogged area.
[0057]
The second embodiment shown in FIG. 7 and FIG. 8 to be described later was developed to prevent a decrease in the accuracy of clogging detection due to a difference in temperature on the upstream side of the orifice. t) and the pressure attenuation data P (t), the reference pressure attenuation data Y (t) and the pressure attenuation are used so that the clogging detection accuracy does not deteriorate even if there is a difference in the fluid temperature upstream of the orifice. The data P (t) is obtained by calculation from the theoretical formula of the fluid flow using the detected temperature and pressure values of the fluid.
[0058]
First, a method for obtaining the reference pressure attenuation data Y (t) will be described. The reference pressure attenuation data Y (t) indicates the pressure attenuation state on the upstream side of the orifice when the orifice 2 in FIG. 1 is not clogged at all.
Referring to FIGS. 1 and 7, the program stored in memory device M is started and executed by a trigger signal from external circuit 44.
When it is confirmed that it is the reference damping mode (n20a), the set flow rate Q_SHigh flow rate Q as_SHIs set in the CPU (n21a). This high flow rate Q_SHIs generally 100% of full scale. In this state, the upstream pressure P₁Is measured and the maximum pressure P as the maximum value in this range_m= P_O(N22a). In response to a trigger signal from the external circuit 44, a set flow rate Q_SHigh flow rate Q as_SHIs set (n21a), this state is maintained for 2 seconds, and after 2 seconds the set flow rate Q_SLow flow rate Q as_SLIs set. This time is defined as time t = 0 (s) (n23a). Low setting flow rate Q_SLIs generally 0%. That is, upstream pressure P₁From the maximum value to zero (control valve fully closed), then upstream pressure P₁Is measured.
[0059]
Upstream pressure P from t = 0₁= P_tAnd upstream temperature T₁= T_t TheMeasure (n43a), time, pressure data and temperature data (t, P_t, T_t) Is stored in the memory device M (n44a). In the measurement of this data, the time is advanced by the minute time Δt (n26a), and the measurement is made until the measurement time tm (n27a), and is stored in the memory device M. Here, the measurement time tm may be a time during which data can be accumulated, and is, for example, 5 (s), 20 (s), or the like.
In the actual measurement, the measurement time tm is set to 1._S-10_SIn the case of an orifice having an inner diameter of 150 μm, 50 upstream pressures P can be set during this period.₁, Upstream temperature T₁Is measuring.
[0060]
Further, the upstream pressure P₁, Upstream temperature T₁In parallel with the measurement of the reference pressure attenuation data Y (t) = Z in the CPU using these read data._SThe operation (t) is performed (n45a). Then, the calculated reference pressure attenuation data Y (t) = Z_S(T) is stored in the memory device M.
[0061]
In the second embodiment, the reference pressure attenuation data Y (t) = Z_S(T) is the upstream pressure P₁Is calculated based on the so-called “theoretical formula of fluid” and the “upstream pressure P₁A value Z representing the degree of descent in logarithm_S(T) "is calculated in the CPU.
[0062]
In this embodiment, the following formula (1) is used as the “theoretical formula of fluid”.
[Equation 3]

Where P_O= P_mIs the upstream pressure at the initial time (standard time), P_tIs the upstream pressure after elapse of time t, S is the cross-sectional area of the orifice 2, and C_tIs the constant of the gas specific heat ratio at time t, R_tIs the gas constant at time t, T_tIs the upstream temperature at time t, V is the internal volume of the FCS device, t_nIs the elapsed time from the start of measurement (unit time × n-th).
The constant C of the gas specific heat ratio is given by the following equation (2).
[Expression 4]

Where k is the specific heat ratio of the gas.
[0063]
Further, the upstream pressure P_OA value Z representing the degree of pressure drop in logarithm_S(T) is given by the following equation (3).
[Equation 5]

However, C_O・ R_O・ T_OIs the gas specific heat ratio constant, gas constant, upstream temperature at the initial time (reference time), and C_t, R_t, T_tAre the gas specific heat ratio constant, gas constant, and upstream temperature at time t (n-th) from the start of measurement.
[0064]
Each time t from the measurement start time t = 0₁, T₂... t_nReference pressure attenuation data Y (t) = Z using the above equation (3) every time_S(T) is calculated by the CPU, and the result is sequentially stored in the memory device M.
[0065]
Next, detection of clogging with respect to an orifice actually used will be described.
FIG. 8 shows a flowchart of the orifice detection mode in the second embodiment. Detection of clogging is difficult during actual plant operation, so when the set flow rate reaches a specified value (ie, any value / threshold value that exceeds 1V) after the end of the process, the direction of decrease is triggered. The clogging detection mode is entered as a signal.
[0066]
In this embodiment, when the set flow rate value is 1V, a trigger signal is input to the central processing unit CPU. Based on this signal, the clogging detection mode is confirmed (n30a), and the reference pressure attenuation data Y (t) is transmitted from the memory M to the CPU (n31a). As this data, Y (t) = Z for the actual gas actually measured_S(T) or N₂Reference pressure decay data Z for_S(T) may be multiplied by a constant A for the flow factor FF determined in advance according to the gas type.
[0067]
Next, high setting flow rate Q_SHIs input, and the time is measured at this time t = 0 (s) (n32a), and the upstream pressure P₁And measure the value as the maximum pressure P_mAnd (n33a). While the minute time Δt is repeated many times (n34a), the high set time t_O(N35a), low set flow rate Q_SLAt this time, t = 0 (s) is set again (n36a). In this embodiment, as described above, the high set flow rate Q_SH= 100%, low flow rate Q_SL= 0%, high set time t_O= 2 (s). This high set time t_OIs the upstream pressure P₁As long as the time is stable, it can be arbitrarily taken.
[0068]
Further, while repeating the minute time Δt many times (n37a), the time is set to the low set time t.₁(N38a), the upstream pressure Pt₁And upstream temperature Tt₁Is detected (n39a). Detected upstream pressure Pt₁, Upstream temperature Tt₁Is stored in the memory device M as needed.(N47)Next, in the central processing unit CPU, the primary pressure Pt₁Of the pressure drop in logarithm (that is, the pressure decay data P (t₁) = Z (t₁)) Is calculated (n48).
[0069]
Calculated pressure decay data P (t₁) = Z (t₁) Is the reference pressure attenuation data Y (t) previously input to the memory device M.₁) (N49) and | Y (t₁) -P (t₁) | Is outside the allowable error range mif there is,Display clogging and turn alarm AL on. (N41a).
Also, | Y (t₁) -P (t₁) | Is within an allowable error range, time is added (n = 50), and the second unit time t = t₂The measurement, calculation and comparison in are repeated, t = t_n(N = 51), the display without clogging and the alarm AL are finally turned off (n42a).
[0070]
In the clogging detection mode of the second embodiment shown in FIG. 8, the pressure decay data P (t₁) = Z (t₁) And the clogging is determined in step n49 based on the calculated value. If there is no clogging, the time is added in step 51 to obtain the next upstream pressure P_tAnd temperature T_tIs detected.
However, instead of this method,n39aIn upstream pressure P_tAnd temperature T_tIn step n48, the pressure decay data P (t for each unit time is continuously detected at the same time.₁), And clogging may be determined for each unit time using the calculated value.
[0071]
9, FIG. 10 and FIG. 11 show test results when orifice clogging is detected according to the second embodiment of the present invention. The orifice inner diameter is 160 μm, the unit time t (0.012 sec), and the reference. Pressure drop characteristics (Fig. 9), calculation result of Z (t) (Fig. 10) and calculated value at reference time (25 ° C) Z when temperature is 25 ° C, temperature fluctuation is + 10 ° and -10 °_SThe difference (FIG. 11) between (t) and the calculated value Z (t) at the time of clogging inspection is shown.
[0072]
In the case of the second embodiment, as is apparent from FIGS. 9 and 10, the upstream gas temperature T (t) at the time of clogging inspection is different by ± 10 ° C. from the reference temperature (25 ° C.). However, the pressure drop characteristics (Fig. 8) and the calculated values of Z (t) are almost the same as the reference temperature (25 ° C), and errors due to changes in upstream gas temperature are almost completely corrected. Will be.
As a result, even when the upstream gas temperature changes considerably compared to the gas temperature when the reference attenuation data is obtained, highly accurate and stable clogging detection can be performed.
[0073]
【The invention's effect】
As described in detail above, the present invention compares the reference pressure attenuation data Y (t) when the orifice is not clogged with the pressure attenuation data P (t) during actual operation, and P (t) is Y (t ) To determine whether or not clogging has occurred based on whether or not a predetermined degree of separation has occurred. Therefore, it is possible to determine clogging by an extremely simple operation without disassembling the piping, and as a result, it is possible to avoid an emergency such as an explosion and to guarantee the stability of the plant. That is, the present invention provides a low-cost and highly reliable orifice clogging detection method and apparatus, and contributes to widespread use of a pressure type flow rate control apparatus using an orifice.
[0074]
In particular, according to the second embodiment of the present invention, the upstream gas temperature T (t) at the time of clogging detection is considerably different from the upstream gas temperature when the reference pressure decay data Y (t) is obtained. Even in the case of being present, it is possible to detect clogging with high accuracy excluding errors due to temperature changes.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of an example of a clogging detection device in a flow control device according to the present invention.
FIG. 2 is a flowchart of flow control during plant operation.
FIG. 3 is a flowchart for obtaining reference pressure decay data Y (t) used in the clogging detection method according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 shows a graph of reference pressure decay data Y (t) without clogging and pressure decay data P (t) with clogging.
FIG. 5 is a flowchart for executing a clogging detection method according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 6 shows a time chart of various signals.
FIG. 7 is a flowchart for obtaining reference pressure decay data Y (t) used in the clogging detection method according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a flowchart for executing a clogging detection method according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a graph showing pressure drop characteristics when the temperature is changed in the second embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a graph showing calculated values of pressure decay data Z (t) when the temperature is changed in the second embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a pressure decay data (25 ° C.) Z at a reference time when the temperature changes in the second embodiment of the present invention._SIt shows the difference between (t) and the calculated value of the pressure decay data.
FIG. 12 is a block configuration diagram of a pressure type flow control device which is a conventional example.
FIG. 13 is a set value flow rate characteristic chart when an orifice is clogged.
[Explanation of symbols]
2 is an orifice, 4 is an upstream channel, 6 is a downstream channel, 8 is a drive unit, 12 is a gas extraction joint, 14 is a pressure detector, 16 is an amplifier circuit, 18 is an A / D converter, 20 Is an arithmetic circuit, 22 is a pressure indicator, 24 is a temperature detector, 26 is an amplifier circuit, 28 is an A / D converter, 30 is a temperature correction circuit, 32 is a flow rate setting circuit, 34 is an A / D converter, 36 Is a comparison circuit, 38 is an arithmetic control circuit, 40 is an amplification circuit, 42 is a communication port, 44 is an external circuit, 46 is an alarm circuit, 48 is a power supply circuit, 50 is an external power supply, AMP is an amplification circuit, and A / D is AD A converter, AL is an alarm circuit, CPU is a central processing unit, CV is a control valve, ES is an external power supply, M is a memory device, and SC is a power supply circuit.

Claims

It comprises a control valve (CV), an orifice (2), a pressure detector (14) for detecting the upstream pressure P ₁ between them, and a flow rate setting circuit (32), and the upstream pressure P ₁ is converted into the downstream pressure P _2. The flow rate Qc on the downstream side is calculated with Qc = KP ₁ (K: constant) while maintaining the flow rate at about twice or more of the control valve, and the control valve (CV) is controlled to open and close by the difference signal Qy between the calculated flow rate Qc and the set flow rate Qs. in the flow control device which, set flow rate Qs 100% flow to the first step of holding the high set flow rate Q _SH (full scale flow rate), the said high set flow rate Q _SH 0% flow (the control valve fully closed) The reference pressure measured when the orifice is not clogged under the same condition as the second step of obtaining the pressure attenuation data P (t) by measuring the upstream pressure P ₁ by switching to the low set flow rate Q _SL Attenuation data Y (t) and pressure attenuation A third step of comparing the chromatography data P (t), the pressure attenuation data P of a predetermined time after the switching to the low set flow rate (t) releases opening more than a predetermined degree than the reference pressure attenuation data Y (t) orifice clogging detection method in a pressure type flow rate control apparatus comprising a fourth step of notifying the clogging when.

The reference pressure attenuation data Y (t) and pressure attenuation data P (t), Y (t ) = exp (-kt) ( where, k is a is attenuation parameter) according to claim 1 which is to represent, in the form of Orifice clogging detection method.

It comprises a control valve (CV), an orifice (2), a pressure detector (14) for detecting the upstream pressure P ₁ between them, and a flow rate setting circuit (32), and the upstream pressure P ₁ is converted into the downstream pressure P _2. The flow rate Qc on the downstream side is calculated with Qc = KP ₁ (K: constant) while maintaining the flow rate at about twice or more, and the control valve (CV) is controlled to open and close by the difference signal Qy between the calculated flow rate Qc and the set flow rate Qs. In the flow control device, the first step of holding the set flow rate Qs at the high set flow rate Q _SH and the high set flow rate Q _SH are switched to the low set flow rate Q _SL and held, and the upstream pressure P ₁ and the upstream temperature The second step of measuring Tt and calculating the pressure attenuation data P (t) using this measured value, and the upstream pressure Pt and the upstream temperature Tt measured when the orifice is not clogged under the same conditions Reference pressure decay data Y calculated using t) and the third step of comparing the pressure attenuation data P (t), and clogging is notified when the pressure attenuation data P (t) is separated from the reference pressure attenuation data Y (t) by a predetermined degree or more. Method for detecting orifice clogging in pressure type flow rate control device comprising fourth and step

The high set flow rate Q _SH is 100% flow rate (full scale flow rate), and the low set flow rate Q _SL is 0% flow rate (control valve is completely closed), and the pressure decay after a predetermined time after switching to the low set flow rate. 4. A method for detecting orifice clogging in a pressure type flow rate control apparatus according to claim 3, wherein clogging is reported when the data P (t) is more than the reference value than the reference pressure attenuation data Y (t).

Reference pressure attenuation data Y (t) and pressure attenuation data P (t)

(However, Po-Co-Ro - the To is the reference time of the upstream pressure gas specific heat ratio of the constant-gas constant and gas temperature of the gas, the _{_{_{P t · C t · R t}}} · T t upstream of the gas at the time of arrival 5. The orifice clogging detection method according to claim 3 or 4 , wherein calculation is performed as: side pressure, gas specific heat ratio constant, gas constant, and gas temperature.

It comprises a control valve (CV), an orifice (2), a pressure detector (14) for detecting the upstream pressure P ₁ between them, and a flow rate setting circuit (32), and the upstream pressure P ₁ is converted into the downstream pressure P _2. The flow rate control for controlling the opening and closing of the control valve by the difference signal Qy between the calculated flow rate Qc and the set flow rate Qs by calculating the downstream flow rate Qc with Qc = KP ₁ (K: constant). Measured by switching from 100% flow rate (full scale flow rate) high set flow rate Q _SH to 0% flow rate (control valve fully closed) low set flow rate Q _SL under the condition that the orifice (2) is not clogged. and the memory device M which stores upstream pressure P ₁ of the reference pressure attenuation data Y (t) which is upstream by switching from the high set flow rate Q _SH in the actual conditions of the orifice (2) to the low set flow rate Q _SL Pressure attenuation of side pressure P ₁ The pressure detector (14) for measuring the data P (t), the central processing unit CPU for comparing the pressure attenuation data P (t) and the reference pressure attenuation data Y (t), and the low set flow rate Orifice in a pressure type flow rate control device comprising an alarm circuit (46) for notifying clogging when the pressure decay data P (t) after a predetermined time from switching to is separated from the reference pressure decay data Y (t) by a predetermined degree or more. Clogging detection device.

The reference pressure attenuation data Y (t) and the pressure attenuation data P (t) are expressed in the form of Y (t) (or P (t)) = exp (−kt) (where k is an attenuation parameter). The orifice clogging detection device according to claim 6 .

It comprises a control valve (CV), an orifice (2), a pressure detector (14) for detecting the upstream pressure P ₁ between them, and a flow rate setting circuit (32), and the upstream pressure P ₁ is converted into the downstream pressure P _2. The flow rate control for controlling the opening and closing of the control valve by the difference signal Qy between the calculated flow rate Qc and the set flow rate Qs by calculating the downstream flow rate Qc with Qc = KP ₁ (K: constant). In the apparatus, the pressure detector (14) for measuring the upstream pressure P of the orifice, the temperature detector (24) for detecting the upstream temperature T of the orifice, and a high set flow rate under the condition that the orifice (2) is not clogged. A memory M that stores reference pressure attenuation data Y (t) of the upstream pressure P ₁ calculated using the upstream pressure P _t and the upstream temperature T _t measured by switching from Q _SH to the low set flow rate Q _SL ; , The reference pressure decay data Y while calculating a t), the upstream pressure P with high set flow rate Q upstream pressure was measured by switching the low set flow rate Q _SL from _SH P _t and the upstream temperature T _t in actual conditions of the orifice (2) calculating a _first pressure attenuation data P (t), a central processing unit CPU further comparison operation on the said pressure attenuation data P (t) and the reference pressure attenuation data Y (t), the pressure attenuation data P (t ) Is an orifice clogging detection device in a pressure type flow rate control device comprising an alarm circuit (46) for notifying clogging when it is separated from the reference pressure attenuation data Y (t) by a predetermined degree or more.

Reference pressure attenuation data Y (t) and pressure attenuation data P (t)

(However, Po-Co-Ro - the To is the reference time of the upstream pressure gas specific heat ratio of the constant-gas constant and gas temperature of the gas, the _{_{_{P t · C t · R t}}} · T t upstream of the gas at the time of arrival 9. The orifice clogging detection device according to claim 8 , wherein the orifice clogging detection device is calculated as a side pressure, a gas specific heat ratio constant, a gas constant, and a gas temperature.