質量流量コントローラにおいてガスの温度を測定するための方法および装置
質量流量コントローラにおいてガスの温度を測定するための方法および装置が記載される。一実施形態は、別個の温度センサに頼ることなく、ガスの温度情報を質量流量コントローラの質量流量センサから引き出す。この実施形態は、実質的に一定の電流を質量流量コントローラの熱式質量流量センサに供給し、熱式質量流量センサは、ガスの質量流量レートを測定するように設計されており、現在の入力電圧を取得するために、熱式質量流量センサの入力電圧を測定する。入力電圧は、熱式質量流量センサの一対の感知要素の間の温度差によって変化する。ガスの質量流量レートに依存する現在の入力電圧の成分を計上することによって、調整入力電圧を計算し、調整入力電圧に基づいてガスの温度を計算する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、概して質量流量コントローラに関し、特に、限定ではなく、質量流量コントローラにおいてガスの温度を測定するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
（発明の背景）
典型的な質量流量コントローラ（ｍａｓｓ ｆｌｏｗ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ；ＭＦＣ）は、熱式および乾式エッチングなどの工業プロセスにおいてガスの流れを設定し、測定し、そして制御する閉ループデバイスである。ＭＦＣの重要な部分は、デバイスを通って流れるガスの質量流量レート（ｒａｔｅ）を測定するセンサである。ＭＦＣは、センサからの出力信号を所定の設定値と比較し、ガスの質量流量レートを所定の設定値に維持するように制御バルブを調整する。
【０００３】
ＭＦＣの一部の特性は、温度によってドリフトする傾向がある。例えば、質量流量センサの出力は、ガスがデバイスを通って流れていないときに、温度によって変化し得る（「ゼロシフト」と呼ばれる現象）。ＭＦＣを通って流れるガスの温度が既知の場合には、ＭＦＣは、ゼロシフトなどの温度依存の不正確性に対して補償することができる。従って、ＭＦＣの性能を温度に対してより敏感でないようにするためには、ＭＦＣが、ガス温度を測定し得ることが望ましい。しかしながら、温度センサをＭＦＣに追加することは、その複雑性およびコストを増大させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、ＭＦＣにおいてガスの温度を測定するための改善された方法および装置に対する当該分野のニーズが存在することは明らかである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（発明の概要）
図面に示される本発明の例示的な実施形態が以下で要約される。これらの実施形態および他の実施形態は、詳細な説明の節においてさらに完全に記載される。しかしながら、この発明の概要または詳細な説明において記載される形態に本発明を限定する意図がないことは理解される。当業者は、数多くの修正、均等物、および代替の構造が、特許請求の範囲において表現される本発明の精神および範囲の内にあることを認識することができる。
【０００６】
本発明は、質量流量コントローラにおいてガスの温度を測定するための方法および装置を提供することができる。例示的な一実施形態は方法であり、該方法は、実質的に一定の電流を該質量流量コントローラの熱式質量流量センサに供給することであって、該熱式質量流量センサは、該ガスの質量流量レートを測定するように設計されている、ことと、現在の入力電圧を取得するために、該熱式質量流量センサの入力電圧を測定することであって、該入力電圧は、該熱式質量流量センサの一対の感知要素の間の温度差によって変化する、ことと、該ガスの該質量流量レートに依存する該現在の入力電圧の成分を計上することによって、調整入力電圧を計算することと、該調整入力電圧に基づいて該ガスの温度を計算することとを包含する。
【０００７】
別の例示的な実施形態は、質量流量コントローラにおいてガスの温度を測定する温度測定サブシステムであり、該温度測定サブシステムは、一対の感知要素を含む熱式質量流量センサであって、該質量流量コントローラを通って流れるガスの質量流量レートを測定するように設計されており、該熱式質量流量センサの入力電圧は、該一対の感知要素の間の温度差によって変化する、熱式質量流量センサと、実質的に一定の電流を該熱式質量流量センサに供給するように構成される電流源と、制御論理であって、現在の入力電圧を取得するために、該熱式質量流量センサの該入力電圧を測定し、該ガスの該質量流量レートに依存する該現在の入力電圧の成分を計上することによって、調整入力電圧を計算し、該調整入力電圧に基づいて該ガスの温度を計算するように構成される、制御論理とを備える。
【０００８】
別の例示的な実施形態は、質量流量コントローラであり、該質量流量コントローラは、該質量流量コントローラを通って流れるガスの質量流量レートを測定するように設計された熱式質量流量センサであって、該熱式質量流量センサは、一対の感知要素を含み、該熱式質量流量センサの入力電圧は、該一対の感知要素の間の温度差によって変化する、熱式質量流量センサと、実質的に一定の電流を該熱式質量流量センサに供給するように構成される電流源と、該ガスが流れることができるメインフローおよびセンサ経路を含むバイパスと、該バイパスを通る該ガスの該質量流量レートを制御する制御バルブと、質量流量制御論理であって、該熱式質量流量センサによって測定されるときに、該ガスの該質量流量レートを所定の設定値と比較し、該ガスの該質量流量レートを該所定の設定値に維持するために、該制御値を調整するように構成される、質量流量制御論理と、温度測定制御論理であって、現在の入力電圧を取得するために、該熱式質量流量センサの該入力電圧を測定し、該ガスの該質量流量レートに依存する該現在の入力電圧の成分を計上することによって、調整入力電圧を計算し、該調整入力電圧に基づいて該ガスの温度を計算するように構成される、温度測定制御論理とを備える。
【０００９】
これらの実施形態および他の実施形態が、本明細書中にさらに詳しく記載される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本発明の様々な目的および利点およびより完全な理解は、添付の図面とともに理解されるときに、以下の詳細な説明および添付の特許請求の範囲を参照することによって、明らかとなり、さらに容易に認識される。
【図１】図１は、本発明の例示的な実施形態に従った、質量流量コントローラの機能ブロック図である。
【図２】図２は、本発明の例示的な実施形態に従った、質量流量コントローラにおいてガスの温度を測定する温度測定サブシステムの機能ブロック図である。
【図３】図３は、本発明の例示的な実施形態に従った、質量流量コントローラにおいてガスの温度を測定するための方法のフローチャートである。
【図４】図４は、本発明の別の例示的な実施形態に従った、質量流量コントローラにおいてガスの温度を測定するための方法のフローチャートである。
【図５Ａ】図５Ａ〜図５Ｃは、本発明の他の例示的な実施形態に従った、質量流量コントローラにおいてガスの温度を測定するための方法のフローチャートである。
【図５Ｂ】図５Ａ〜図５Ｃは、本発明の他の例示的な実施形態に従った、質量流量コントローラにおいてガスの温度を測定するための方法のフローチャートである。
【図５Ｃ】図５Ａ〜図５Ｃは、本発明の他の例示的な実施形態に従った、質量流量コントローラにおいてガスの温度を測定するための方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（詳細な説明）
本発明の例示的な実施形態においては、質量流量コントローラ（ＭＦＣ）における別個の温度センサの追加的費用および複雑性が、ガス温度測定値をＭＦＣに既に存在する質量流量レートセンサから引き出すことによって回避される。ガス温度情報は、ゼロシフトを補償し、さもなければ、ＭＦＣの温度不感応性を向上させるために用いられ得る。
【００１２】
類似または同様な要素が、適切ないくつかの図にわたって同一の参照数字によって示される図面をここで参照する。特に、図１を参照すると、それは、本発明の例示的な実施形態に従った、ＭＦＣ１００の機能ブロック図である。一部の実施形態において、ＭＦＣ１００は、圧力不感応型（ｐｒｅｓｓｕｒｅ−ｉｎｓｅｎｓｉｔｉｖｅ）質量流量コントローラ（ＰＩＭＦＣ）である。ＭＦＣ１００の基部１０５は、ガスが流れるバイパス１１０を含む。バイパス１１０は、メイン経路１１５およびセンサ管１２０を通るガスの一定の割合を振り向ける。この実施形態においては小口径の管であるセンサ管１２０は、ＭＦＣ１００の熱式質量流量センサ１２３の一部分である。感知要素１２５および１３０は、センサ管１２０の外側の周りに巻き付けられる。例示的な一実施形態において、感知要素１２５および１３０は、電気抵抗式温度計要素である。感知要素１２５および１３０の電気抵抗は、温度によって変化する。
【００１３】
感知要素１２５および１３０は、ブリッジ回路１３５と電気的に接続される。電流源（図１に示されない）は、感知要素１２５および１３０に実質的に一定の電流を供給し、その結果として、センサ管１２０の加熱をもたらす。センサ管１２０を通るガスの流れは、熱を上流の感知要素１２５から下流の感知要素１３０に伝達させる。この温度差に起因する抵抗の変化は、ブリッジ回路１３５（図１に示されない）において測定可能な出力電圧を作り出す。
【００１４】
図１に示されないけれども、ブリッジ回路１３５の出力電圧は、増幅され、比較器、プロセッサ、または制御バルブ１４０の動作を制御する他の制御回路に供給される。ＭＦＣ１００は、ブリッジ回路１３５の出力電圧を指定された質量流量レートの設定値と比較し、指定された設定値を維持するように制御バルブ１４０を調整する。ブリッジ回路１３５の出力電圧は、しばしば本明細書中において熱式質量流量センサ１２３の出力電圧と呼ばれる。
【００１５】
ブリッジ回路１３５の入力（励起）電圧１４５は、感知要素１２５と１３０との間の温度差にほぼ比例して変化する。入力電圧１４５は、しばしば本明細書中において熱式質量流量センサ１２３の入力電圧と呼ばれる。この実施形態において、入力電圧１４５は、増幅器回路１５０に供給され、増幅された入力電圧１５５は、アナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器１６０に供給される。Ａ／Ｄ変換器１６０は、増幅された入力電圧１５５をデジタル数字に変換し、該デジタル数字は、制御論理１７０に従ってプロセッサ１６５によって読み取られ、そして処理される。一部の実施形態において、制御論理１７０は、プロセッサ１６５の内蔵式フラッシュメモリ内に格納される。概して、プロセッサ１６５および制御論理１７０の機能性は、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、またはそれらの任意の組み合わせにおいて実装され得る。
【００１６】
制御論理１７０は、入力電圧１４５を測定し、ガスの質量流量レートに依存する測定された入力電圧の成分を計上することによって、調整入力電圧を計算し、調整入力電圧に基づいてガスの温度を計算するように構成される。一部の実施形態において、ガスの温度が既知になると、制御論理１７０は、計算されたガス温度に基づいて、ゼロ流量の条件下で、熱式質量流量センサ１２３の出力電圧の、温度による変化に対して補償する。すなわち、一部の実施形態において、制御論理１７０は、熱式質量流量センサ１２３から引き出された温度情報に基づいて、ＭＦＣ１００におけるゼロシフトに対して補償するように構成される。
【００１７】
実際においては、基部１０５の温度が、実際に測定されるものであるけれども、経験上は、ＭＦＣ１００を通って流れるガスの温度と、基部１０５の温度との間の差異が無視できることを示している。従って、この詳細な説明において記載される技術は、ガス自体の温度を正確に測定するために用いられ得る。
【００１８】
図２は、本発明の例示的な実施形態に従った、ＭＦＣにおいてガスの温度を測定する温度測定サブシステム２００の機能ブロック図である。図２において、電流源２０５は、実質的に一定の電流を、ホイートストンブリッジとして周知の図２に示されるブリッジ回路１３５に供給する。ブリッジ回路１３５は、要素が接続される４つのノード（２３５、２１３、２４０、および２２３）を含む。それらの要素の中で２つの抵抗要素２１０および２１５（それぞれ、Ｒ１およびＲ２）が固定である。例示的な一実施形態において、固定型抵抗要素２１０と２１５とは、両方とも１０ｋオームの精密抵抗器である。図１の感知要素１２５および１３０と関連づけられる温度依存の抵抗は、抵抗２２０および２２５（Ｓ１およびＳ２）として図２にそれぞれ示される。当業者は、感知要素１２５および１３０が１つのノード、ノード２２３を共通に有することに注意するであろう。
【００１９】
上記のように、出力電圧２３０は、制御バルブ１４０の動作を制御するために、ＭＦＣ１００を通る質量流量を測定することに用いられる。この例示的な実施形態において、出力電圧２３０は、ノード２１３に対するノード２２３の電位である。出力電圧２３０がどのように増幅され、処理されるかについての詳細が図２に示されないことにより、ガス温度測定用の熱式質量流量センサ１２３の入力電圧１４５の使用に対してより明瞭な焦点を提供する。
【００２０】
上記のように、入力電圧１４５（ノード２４０に対するノード２３５の電位）は、制御論理１７０によってＭＦＣ１００内のガスの温度を計算することに用いられる。入力電圧１４５からガス温度を計算することに関するさらなる詳細は以下で提供される。
【００２１】
図３は、本発明の例示的な実施形態に従った、ＭＦＣにおいてガスの温度を測定するための方法のフローチャートである。３０５において、電流源２０５は、実質的に一定の電流を熱式質量流量センサ１２３に供給する。３１０において、制御論理１７０は、現在の入力電圧を取得するために、熱式質量流量センサ１２３の入力電圧１４５を測定する。３１５において、制御論理１７０は、ＭＦＣ１００を通って流れるガスの質量流量レートに依存する現在の入力電圧の成分を計上することによって、調整入力電圧を計算する。３２０において、制御論理１７０は、調整入力電圧に基づいてガスの温度を計算する。プロセスは３２５において終了する。
【００２２】
図４は、本発明の別の例示的な実施形態に従った、ＭＦＣにおいてガスの温度を測定するための方法のフローチャートである。図４の実施形態において、該方法は、図３に示されるようにブロック３２０を通って進行する。４０５において、制御論理１７０は、３２０で計算されたガス温度に基づいて、ゼロ流量の条件（ゼロシフト）下で、熱式質量流量センサ１２３の出力電圧２３０の、温度による変化に対して補償する。４１０において、プロセスは終了する。
【００２３】
図５Ａ〜図５Ｃは、本発明の他の例示的な実施形態に従った、ＭＦＣにおいてガスの温度を測定するための方法のフローチャートである。
【００２４】
最初に図５Ａを考察する。５０５において、電流源２０５は、実質的に一定の電流を熱式質量流量センサ１２３に供給する。５１０において、制御論理１７０は、第一の電圧Ｖ１を取得するために、第一の所定の流量条件下で熱式質量流量センサ１２３の入力電圧１４５を測定する。一実施形態において、第一の所定の流量条件は、ゼロ流量の条件（すなわち、ガスがＭＦＣ１００を通って流れていない）である。５１５において、制御論理１７０は、第二の電圧Ｖ２を取得するために、第二の所定の流量条件下で入力電圧１４５を測定する。一実施形態において、第二の所定の流量条件は、最大の（１００パーセント）流量条件である。
【００２５】
５２０において、制御論理１７０は、第二の電圧を第一の電圧から減算して、電圧差分（ΔＶ＝Ｖ１−Ｖ２）を取得する。５２５において、制御論理１７０は、第三の電圧Ｖ３を取得するために、ＭＦＣ１００の基部１０５が所定の上限の温度ＴＵにあるときに、入力電圧１４５を測定する。一実施形態において、所定の上限の温度は５５℃である。５３０において、制御論理１７０は、第四の電圧Ｖ４を取得するために、ＭＦＣ１００の基部１０５が所定の下限の温度ＴＬにあるときに、入力電圧１４５を測定する。一実施形態において、所定の下限の温度は３５℃である。
【００２６】
当業者は、図５Ａのブロック５１０〜ブロック５３０が事前に実行され得、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、ＴＵ、およびＴＬが、ガス温度を計算することに後で使用するためにメモリに格納され得ることを認識する。
【００２７】
次に図５Ｂを考察する。５３５において、制御論理１７０は、現在の（現時の）入力電圧ＶＰを取得するために、入力電圧１４５を測定する。５４０において、制御論理１７０は、ＭＦＣ１００の現在の動作値に対応する最大流量に対する比（ｆｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｍａｘｉｍｕｍ ｆｌｏｗ；ＦＭＦ）を決定する。例えば、ＭＦＣ１００が、現在その最大の質量流量の８０パーセントで動作している場合には、対応する最大流量またはＦＭＦに対する比は、０．８である。
【００２８】
５４５において、制御論理１７０は、熱式質量流量センサ１２３に対して調整入力電圧ＶＡを、
ＶＡ＝ＶＰ＋ΔＶ（ＦＭＦ）２
として計算する。
【００２９】
５５０において、制御論理１７０は、Ｖ３、Ｖ４、ＴＵ、およびＴＬに基づいて、調整入力電圧ＶＡを、ＴＬおよびＴＵを含んでＴＬとＴＵとの間の対応するガス温度ＴＧにマッピングする。一実施形態において、マッピングは、以下の線形の関係に従って実行され、
ＴＧ＝（ＶＡ−Ｖ４）／ｍ＋ＴＬ
ここで、ｍ＝（Ｖ３−Ｖ４）／（ＴＵ−ＴＬ）である。
【００３０】
最後に、図５Ｃを考察する。この例示的な実施形態において、該方法は、図５Ａのようにブロック５３０を通り、そして図５Ｂのようにブロック５５０を通って進行する。５６０において、制御論理１７０は、計算されたガス温度ＴＧに基づいて、ゼロシフトとしても既知のゼロ流量の条件下で、熱式質量流量センサ１２３の出力電圧２３０の、温度による変化に対して補償する。
【００３１】
例示的な一実施形態において、質量流量がゼロであるときの基部１０５の温度ＴＺが測定され、そして記録される。ゼロ流量の条件下で温度ＴＵの出力電圧２３０（ＶＺＵ）と、ゼロ流量の条件下で温度ＴＬの出力電圧２３０（ＶＺＬ）とがまた測定され、そして記録される。ゼロ流量に対応する出力電圧２３０（ＶＺ）は次いで、以下の量、
（ＴＧ−ＴＺ）ρ
を既に格納されたＶＺに加算し、その結果を新しいＶＺとして格納することによって更新され得る。ここで、ρ＝（ＶＺＵ−ＶＺＬ）／（ＴＵ−ＴＬ）である。
【００３２】
５６５において、図５Ｃにおけるプロセスは終了する。
【００３３】
一部の実施形態において、上記の計算は、プロセッサ１６５によってデジタル領域において実行される。そのような実施形態において、入力電圧１４５および出力電圧２３０がデジタル化され、上記の計算は、Ａ／Ｄ変換器１６０の「カウント」に換算して実行される。例えば、デジタル式実装において、上記で与えられた勾配ｍは、ＴＧの計算において摂氏１度あたりのカウントに対応する。同様に、デジタル式実装において、上記の勾配ρは、ＶＺの更新において摂氏１度あたりのカウントに対応する。
【００３４】
当業者は、所望の温度測定精度が、Ａ／Ｄ変換器１６０に供給される増幅された入力電圧１５５を適切に調整し、かつ十分な分解能を有するＡ／Ｄ変換器１６０を選択することによって達成され得ることを認識する。一実施形態において、摂氏１度あたりのカウントは、５から７までの範囲にある。当業者はまた、上記の説明が、摂氏度の代わりに華氏度において測定された温度に適合され得ることを認識する。
【００３５】
一部のデジタル式実装において、電圧は、複数のサンプル（例えば、１００個）を採取し、そして該サンプルを平均化することによって測定される。
【００３６】
上記されたような温度の計算に対するガス圧力の変化の影響は、長時間のフィルタを用いて補正され得る。周囲の条件に起因する基部１０５の温度の変化もまた、例えば、５秒から１０秒までの時定数を有する長時間のフィルタを用いて補償され得る。
【００３７】
結びとして、本発明は、特に、質量流量コントローラにおいてガスの温度を測定するための方法および装置を提供する。当業者は、数多くの変形および置換が、本明細書中に記載された実施形態によって達成されることと実質的に同様の結果を達成するために、本発明、その使用、およびその構成において行われ得ることを容易に認識できる。従って、開示された例示的な形態に本発明を限定することは全く意図されない。多くの変形、修正、および代替の構造は、特許請求の範囲において表現される開示された本発明の範囲および精神の内にある。
【技術分野】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、概して質量流量コントローラに関し、特に、限定ではなく、質量流量コントローラにおいてガスの温度を測定するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
（発明の背景）
典型的な質量流量コントローラ（ｍａｓｓ ｆｌｏｗ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ；ＭＦＣ）は、熱式および乾式エッチングなどの工業プロセスにおいてガスの流れを設定し、測定し、そして制御する閉ループデバイスである。ＭＦＣの重要な部分は、デバイスを通って流れるガスの質量流量レート（ｒａｔｅ）を測定するセンサである。ＭＦＣは、センサからの出力信号を所定の設定値と比較し、ガスの質量流量レートを所定の設定値に維持するように制御バルブを調整する。
【０００３】
ＭＦＣの一部の特性は、温度によってドリフトする傾向がある。例えば、質量流量センサの出力は、ガスがデバイスを通って流れていないときに、温度によって変化し得る（「ゼロシフト」と呼ばれる現象）。ＭＦＣを通って流れるガスの温度が既知の場合には、ＭＦＣは、ゼロシフトなどの温度依存の不正確性に対して補償することができる。従って、ＭＦＣの性能を温度に対してより敏感でないようにするためには、ＭＦＣが、ガス温度を測定し得ることが望ましい。しかしながら、温度センサをＭＦＣに追加することは、その複雑性およびコストを増大させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、ＭＦＣにおいてガスの温度を測定するための改善された方法および装置に対する当該分野のニーズが存在することは明らかである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（発明の概要）
図面に示される本発明の例示的な実施形態が以下で要約される。これらの実施形態および他の実施形態は、詳細な説明の節においてさらに完全に記載される。しかしながら、この発明の概要または詳細な説明において記載される形態に本発明を限定する意図がないことは理解される。当業者は、数多くの修正、均等物、および代替の構造が、特許請求の範囲において表現される本発明の精神および範囲の内にあることを認識することができる。
【０００６】
本発明は、質量流量コントローラにおいてガスの温度を測定するための方法および装置を提供することができる。例示的な一実施形態は方法であり、該方法は、実質的に一定の電流を該質量流量コントローラの熱式質量流量センサに供給することであって、該熱式質量流量センサは、該ガスの質量流量レートを測定するように設計されている、ことと、現在の入力電圧を取得するために、該熱式質量流量センサの入力電圧を測定することであって、該入力電圧は、該熱式質量流量センサの一対の感知要素の間の温度差によって変化する、ことと、該ガスの該質量流量レートに依存する該現在の入力電圧の成分を計上することによって、調整入力電圧を計算することと、該調整入力電圧に基づいて該ガスの温度を計算することとを包含する。
【０００７】
別の例示的な実施形態は、質量流量コントローラにおいてガスの温度を測定する温度測定サブシステムであり、該温度測定サブシステムは、一対の感知要素を含む熱式質量流量センサであって、該質量流量コントローラを通って流れるガスの質量流量レートを測定するように設計されており、該熱式質量流量センサの入力電圧は、該一対の感知要素の間の温度差によって変化する、熱式質量流量センサと、実質的に一定の電流を該熱式質量流量センサに供給するように構成される電流源と、制御論理であって、現在の入力電圧を取得するために、該熱式質量流量センサの該入力電圧を測定し、該ガスの該質量流量レートに依存する該現在の入力電圧の成分を計上することによって、調整入力電圧を計算し、該調整入力電圧に基づいて該ガスの温度を計算するように構成される、制御論理とを備える。
【０００８】
別の例示的な実施形態は、質量流量コントローラであり、該質量流量コントローラは、該質量流量コントローラを通って流れるガスの質量流量レートを測定するように設計された熱式質量流量センサであって、該熱式質量流量センサは、一対の感知要素を含み、該熱式質量流量センサの入力電圧は、該一対の感知要素の間の温度差によって変化する、熱式質量流量センサと、実質的に一定の電流を該熱式質量流量センサに供給するように構成される電流源と、該ガスが流れることができるメインフローおよびセンサ経路を含むバイパスと、該バイパスを通る該ガスの該質量流量レートを制御する制御バルブと、質量流量制御論理であって、該熱式質量流量センサによって測定されるときに、該ガスの該質量流量レートを所定の設定値と比較し、該ガスの該質量流量レートを該所定の設定値に維持するために、該制御値を調整するように構成される、質量流量制御論理と、温度測定制御論理であって、現在の入力電圧を取得するために、該熱式質量流量センサの該入力電圧を測定し、該ガスの該質量流量レートに依存する該現在の入力電圧の成分を計上することによって、調整入力電圧を計算し、該調整入力電圧に基づいて該ガスの温度を計算するように構成される、温度測定制御論理とを備える。
【０００９】
これらの実施形態および他の実施形態が、本明細書中にさらに詳しく記載される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本発明の様々な目的および利点およびより完全な理解は、添付の図面とともに理解されるときに、以下の詳細な説明および添付の特許請求の範囲を参照することによって、明らかとなり、さらに容易に認識される。
【図１】図１は、本発明の例示的な実施形態に従った、質量流量コントローラの機能ブロック図である。
【図２】図２は、本発明の例示的な実施形態に従った、質量流量コントローラにおいてガスの温度を測定する温度測定サブシステムの機能ブロック図である。
【図３】図３は、本発明の例示的な実施形態に従った、質量流量コントローラにおいてガスの温度を測定するための方法のフローチャートである。
【図４】図４は、本発明の別の例示的な実施形態に従った、質量流量コントローラにおいてガスの温度を測定するための方法のフローチャートである。
【図５Ａ】図５Ａ〜図５Ｃは、本発明の他の例示的な実施形態に従った、質量流量コントローラにおいてガスの温度を測定するための方法のフローチャートである。
【図５Ｂ】図５Ａ〜図５Ｃは、本発明の他の例示的な実施形態に従った、質量流量コントローラにおいてガスの温度を測定するための方法のフローチャートである。
【図５Ｃ】図５Ａ〜図５Ｃは、本発明の他の例示的な実施形態に従った、質量流量コントローラにおいてガスの温度を測定するための方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（詳細な説明）
本発明の例示的な実施形態においては、質量流量コントローラ（ＭＦＣ）における別個の温度センサの追加的費用および複雑性が、ガス温度測定値をＭＦＣに既に存在する質量流量レートセンサから引き出すことによって回避される。ガス温度情報は、ゼロシフトを補償し、さもなければ、ＭＦＣの温度不感応性を向上させるために用いられ得る。
【００１２】
類似または同様な要素が、適切ないくつかの図にわたって同一の参照数字によって示される図面をここで参照する。特に、図１を参照すると、それは、本発明の例示的な実施形態に従った、ＭＦＣ１００の機能ブロック図である。一部の実施形態において、ＭＦＣ１００は、圧力不感応型（ｐｒｅｓｓｕｒｅ−ｉｎｓｅｎｓｉｔｉｖｅ）質量流量コントローラ（ＰＩＭＦＣ）である。ＭＦＣ１００の基部１０５は、ガスが流れるバイパス１１０を含む。バイパス１１０は、メイン経路１１５およびセンサ管１２０を通るガスの一定の割合を振り向ける。この実施形態においては小口径の管であるセンサ管１２０は、ＭＦＣ１００の熱式質量流量センサ１２３の一部分である。感知要素１２５および１３０は、センサ管１２０の外側の周りに巻き付けられる。例示的な一実施形態において、感知要素１２５および１３０は、電気抵抗式温度計要素である。感知要素１２５および１３０の電気抵抗は、温度によって変化する。
【００１３】
感知要素１２５および１３０は、ブリッジ回路１３５と電気的に接続される。電流源（図１に示されない）は、感知要素１２５および１３０に実質的に一定の電流を供給し、その結果として、センサ管１２０の加熱をもたらす。センサ管１２０を通るガスの流れは、熱を上流の感知要素１２５から下流の感知要素１３０に伝達させる。この温度差に起因する抵抗の変化は、ブリッジ回路１３５（図１に示されない）において測定可能な出力電圧を作り出す。
【００１４】
図１に示されないけれども、ブリッジ回路１３５の出力電圧は、増幅され、比較器、プロセッサ、または制御バルブ１４０の動作を制御する他の制御回路に供給される。ＭＦＣ１００は、ブリッジ回路１３５の出力電圧を指定された質量流量レートの設定値と比較し、指定された設定値を維持するように制御バルブ１４０を調整する。ブリッジ回路１３５の出力電圧は、しばしば本明細書中において熱式質量流量センサ１２３の出力電圧と呼ばれる。
【００１５】
ブリッジ回路１３５の入力（励起）電圧１４５は、感知要素１２５と１３０との間の温度差にほぼ比例して変化する。入力電圧１４５は、しばしば本明細書中において熱式質量流量センサ１２３の入力電圧と呼ばれる。この実施形態において、入力電圧１４５は、増幅器回路１５０に供給され、増幅された入力電圧１５５は、アナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器１６０に供給される。Ａ／Ｄ変換器１６０は、増幅された入力電圧１５５をデジタル数字に変換し、該デジタル数字は、制御論理１７０に従ってプロセッサ１６５によって読み取られ、そして処理される。一部の実施形態において、制御論理１７０は、プロセッサ１６５の内蔵式フラッシュメモリ内に格納される。概して、プロセッサ１６５および制御論理１７０の機能性は、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、またはそれらの任意の組み合わせにおいて実装され得る。
【００１６】
制御論理１７０は、入力電圧１４５を測定し、ガスの質量流量レートに依存する測定された入力電圧の成分を計上することによって、調整入力電圧を計算し、調整入力電圧に基づいてガスの温度を計算するように構成される。一部の実施形態において、ガスの温度が既知になると、制御論理１７０は、計算されたガス温度に基づいて、ゼロ流量の条件下で、熱式質量流量センサ１２３の出力電圧の、温度による変化に対して補償する。すなわち、一部の実施形態において、制御論理１７０は、熱式質量流量センサ１２３から引き出された温度情報に基づいて、ＭＦＣ１００におけるゼロシフトに対して補償するように構成される。
【００１７】
実際においては、基部１０５の温度が、実際に測定されるものであるけれども、経験上は、ＭＦＣ１００を通って流れるガスの温度と、基部１０５の温度との間の差異が無視できることを示している。従って、この詳細な説明において記載される技術は、ガス自体の温度を正確に測定するために用いられ得る。
【００１８】
図２は、本発明の例示的な実施形態に従った、ＭＦＣにおいてガスの温度を測定する温度測定サブシステム２００の機能ブロック図である。図２において、電流源２０５は、実質的に一定の電流を、ホイートストンブリッジとして周知の図２に示されるブリッジ回路１３５に供給する。ブリッジ回路１３５は、要素が接続される４つのノード（２３５、２１３、２４０、および２２３）を含む。それらの要素の中で２つの抵抗要素２１０および２１５（それぞれ、Ｒ１およびＲ２）が固定である。例示的な一実施形態において、固定型抵抗要素２１０と２１５とは、両方とも１０ｋオームの精密抵抗器である。図１の感知要素１２５および１３０と関連づけられる温度依存の抵抗は、抵抗２２０および２２５（Ｓ１およびＳ２）として図２にそれぞれ示される。当業者は、感知要素１２５および１３０が１つのノード、ノード２２３を共通に有することに注意するであろう。
【００１９】
上記のように、出力電圧２３０は、制御バルブ１４０の動作を制御するために、ＭＦＣ１００を通る質量流量を測定することに用いられる。この例示的な実施形態において、出力電圧２３０は、ノード２１３に対するノード２２３の電位である。出力電圧２３０がどのように増幅され、処理されるかについての詳細が図２に示されないことにより、ガス温度測定用の熱式質量流量センサ１２３の入力電圧１４５の使用に対してより明瞭な焦点を提供する。
【００２０】
上記のように、入力電圧１４５（ノード２４０に対するノード２３５の電位）は、制御論理１７０によってＭＦＣ１００内のガスの温度を計算することに用いられる。入力電圧１４５からガス温度を計算することに関するさらなる詳細は以下で提供される。
【００２１】
図３は、本発明の例示的な実施形態に従った、ＭＦＣにおいてガスの温度を測定するための方法のフローチャートである。３０５において、電流源２０５は、実質的に一定の電流を熱式質量流量センサ１２３に供給する。３１０において、制御論理１７０は、現在の入力電圧を取得するために、熱式質量流量センサ１２３の入力電圧１４５を測定する。３１５において、制御論理１７０は、ＭＦＣ１００を通って流れるガスの質量流量レートに依存する現在の入力電圧の成分を計上することによって、調整入力電圧を計算する。３２０において、制御論理１７０は、調整入力電圧に基づいてガスの温度を計算する。プロセスは３２５において終了する。
【００２２】
図４は、本発明の別の例示的な実施形態に従った、ＭＦＣにおいてガスの温度を測定するための方法のフローチャートである。図４の実施形態において、該方法は、図３に示されるようにブロック３２０を通って進行する。４０５において、制御論理１７０は、３２０で計算されたガス温度に基づいて、ゼロ流量の条件（ゼロシフト）下で、熱式質量流量センサ１２３の出力電圧２３０の、温度による変化に対して補償する。４１０において、プロセスは終了する。
【００２３】
図５Ａ〜図５Ｃは、本発明の他の例示的な実施形態に従った、ＭＦＣにおいてガスの温度を測定するための方法のフローチャートである。
【００２４】
最初に図５Ａを考察する。５０５において、電流源２０５は、実質的に一定の電流を熱式質量流量センサ１２３に供給する。５１０において、制御論理１７０は、第一の電圧Ｖ１を取得するために、第一の所定の流量条件下で熱式質量流量センサ１２３の入力電圧１４５を測定する。一実施形態において、第一の所定の流量条件は、ゼロ流量の条件（すなわち、ガスがＭＦＣ１００を通って流れていない）である。５１５において、制御論理１７０は、第二の電圧Ｖ２を取得するために、第二の所定の流量条件下で入力電圧１４５を測定する。一実施形態において、第二の所定の流量条件は、最大の（１００パーセント）流量条件である。
【００２５】
５２０において、制御論理１７０は、第二の電圧を第一の電圧から減算して、電圧差分（ΔＶ＝Ｖ１−Ｖ２）を取得する。５２５において、制御論理１７０は、第三の電圧Ｖ３を取得するために、ＭＦＣ１００の基部１０５が所定の上限の温度ＴＵにあるときに、入力電圧１４５を測定する。一実施形態において、所定の上限の温度は５５℃である。５３０において、制御論理１７０は、第四の電圧Ｖ４を取得するために、ＭＦＣ１００の基部１０５が所定の下限の温度ＴＬにあるときに、入力電圧１４５を測定する。一実施形態において、所定の下限の温度は３５℃である。
【００２６】
当業者は、図５Ａのブロック５１０〜ブロック５３０が事前に実行され得、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、ＴＵ、およびＴＬが、ガス温度を計算することに後で使用するためにメモリに格納され得ることを認識する。
【００２７】
次に図５Ｂを考察する。５３５において、制御論理１７０は、現在の（現時の）入力電圧ＶＰを取得するために、入力電圧１４５を測定する。５４０において、制御論理１７０は、ＭＦＣ１００の現在の動作値に対応する最大流量に対する比（ｆｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｍａｘｉｍｕｍ ｆｌｏｗ；ＦＭＦ）を決定する。例えば、ＭＦＣ１００が、現在その最大の質量流量の８０パーセントで動作している場合には、対応する最大流量またはＦＭＦに対する比は、０．８である。
【００２８】
５４５において、制御論理１７０は、熱式質量流量センサ１２３に対して調整入力電圧ＶＡを、
ＶＡ＝ＶＰ＋ΔＶ（ＦＭＦ）２
として計算する。
【００２９】
５５０において、制御論理１７０は、Ｖ３、Ｖ４、ＴＵ、およびＴＬに基づいて、調整入力電圧ＶＡを、ＴＬおよびＴＵを含んでＴＬとＴＵとの間の対応するガス温度ＴＧにマッピングする。一実施形態において、マッピングは、以下の線形の関係に従って実行され、
ＴＧ＝（ＶＡ−Ｖ４）／ｍ＋ＴＬ
ここで、ｍ＝（Ｖ３−Ｖ４）／（ＴＵ−ＴＬ）である。
【００３０】
最後に、図５Ｃを考察する。この例示的な実施形態において、該方法は、図５Ａのようにブロック５３０を通り、そして図５Ｂのようにブロック５５０を通って進行する。５６０において、制御論理１７０は、計算されたガス温度ＴＧに基づいて、ゼロシフトとしても既知のゼロ流量の条件下で、熱式質量流量センサ１２３の出力電圧２３０の、温度による変化に対して補償する。
【００３１】
例示的な一実施形態において、質量流量がゼロであるときの基部１０５の温度ＴＺが測定され、そして記録される。ゼロ流量の条件下で温度ＴＵの出力電圧２３０（ＶＺＵ）と、ゼロ流量の条件下で温度ＴＬの出力電圧２３０（ＶＺＬ）とがまた測定され、そして記録される。ゼロ流量に対応する出力電圧２３０（ＶＺ）は次いで、以下の量、
（ＴＧ−ＴＺ）ρ
を既に格納されたＶＺに加算し、その結果を新しいＶＺとして格納することによって更新され得る。ここで、ρ＝（ＶＺＵ−ＶＺＬ）／（ＴＵ−ＴＬ）である。
【００３２】
５６５において、図５Ｃにおけるプロセスは終了する。
【００３３】
一部の実施形態において、上記の計算は、プロセッサ１６５によってデジタル領域において実行される。そのような実施形態において、入力電圧１４５および出力電圧２３０がデジタル化され、上記の計算は、Ａ／Ｄ変換器１６０の「カウント」に換算して実行される。例えば、デジタル式実装において、上記で与えられた勾配ｍは、ＴＧの計算において摂氏１度あたりのカウントに対応する。同様に、デジタル式実装において、上記の勾配ρは、ＶＺの更新において摂氏１度あたりのカウントに対応する。
【００３４】
当業者は、所望の温度測定精度が、Ａ／Ｄ変換器１６０に供給される増幅された入力電圧１５５を適切に調整し、かつ十分な分解能を有するＡ／Ｄ変換器１６０を選択することによって達成され得ることを認識する。一実施形態において、摂氏１度あたりのカウントは、５から７までの範囲にある。当業者はまた、上記の説明が、摂氏度の代わりに華氏度において測定された温度に適合され得ることを認識する。
【００３５】
一部のデジタル式実装において、電圧は、複数のサンプル（例えば、１００個）を採取し、そして該サンプルを平均化することによって測定される。
【００３６】
上記されたような温度の計算に対するガス圧力の変化の影響は、長時間のフィルタを用いて補正され得る。周囲の条件に起因する基部１０５の温度の変化もまた、例えば、５秒から１０秒までの時定数を有する長時間のフィルタを用いて補償され得る。
【００３７】
結びとして、本発明は、特に、質量流量コントローラにおいてガスの温度を測定するための方法および装置を提供する。当業者は、数多くの変形および置換が、本明細書中に記載された実施形態によって達成されることと実質的に同様の結果を達成するために、本発明、その使用、およびその構成において行われ得ることを容易に認識できる。従って、開示された例示的な形態に本発明を限定することは全く意図されない。多くの変形、修正、および代替の構造は、特許請求の範囲において表現される開示された本発明の範囲および精神の内にある。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量流量コントローラにおいてガスの温度を測定するための方法であって、該方法は、
実質的に一定の電流を該質量流量コントローラの熱式質量流量センサに供給することであって、該熱式質量流量センサは、該ガスの質量流量レートを測定するように設計されている、ことと、
現在の入力電圧を取得するために、該熱式質量流量センサの入力電圧を測定することであって、該入力電圧は、該熱式質量流量センサの一対の感知要素の間の温度差によって変化する、ことと、
該ガスの該質量流量レートに依存する該現在の入力電圧の成分を計上することによって、調整入力電圧を計算することと、
該調整入力電圧に基づいて該ガスの温度を計算することと
を包含する、方法。
【請求項２】
前記計算された温度に基づいて、ゼロ流量の条件下で前記熱式質量流量センサの出力電圧の、温度による変化に対して補償することをさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記入力電圧は、アナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器に供給され、前記現在の入力電圧は、該Ａ／Ｄ変換器の出力からデジタル数字として取得される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ガスの前記質量流量レートに依存する前記現在の入力電圧の成分を計上することによって、調整入力電圧を計算することは、
該現在の入力電圧を取得するために、前記入力電圧を測定することの前に、
第一の電圧を取得するための第一の所定の流量条件下で該入力電圧を測定することと、
第二の電圧を取得するための第二の所定の流量条件下で該入力電圧を測定することと、
電圧差分を取得するために、該第二の電圧を該第一の電圧から減算することと、
前記質量流量コントローラの現在の動作値に対応する最大流量に対する比を決定することと、
該電圧差分と該最大流量に対する比の二乗との積を該現在の入力電圧に加算することによって、該調整入力電圧を計算することと
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第一の所定の流量条件は、ゼロ流量の条件であり、前記第二の所定の流量条件は、最大流量の条件である、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記調整入力電圧に基づいて前記ガスの温度を計算することは、
前記現在の入力電圧を取得するために、前記入力電圧を測定することの前に、
前記質量流量コントローラの基部が第一の電圧を取得するための所定の上限の温度にあるときに、該入力電圧を測定することと、
該質量流量コントローラの該基部が第二の電圧を取得するための所定の下限の温度にあるときに、該入力電圧を測定することと、
該調整入力電圧を、該第一の電圧および該第二の電圧ならびに該所定の上限の温度および該所定の下限の温度に基づいて、下限および上限の温度を含んで該所定の下限の温度と該所定の上限の温度との間の温度にマッピングすることと
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記マッピングすることは、線形的である、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
質量流量コントローラにおいてガスの温度を測定するための方法であって、該方法は、
実質的に一定の電流を該質量流量コントローラの熱式質量流量センサに供給することであって、該熱式質量流量センサは、該ガスの質量流量レートを測定するように設計されており、該熱式質量流量センサの入力電圧は、該熱式質量流量センサの一対の感知要素の間の温度差によって変化する、ことと、
第一の電圧を取得するために、第一の所定の流量条件下で該入力電圧を測定することと、
第二の電圧を取得するために、第二の所定の流量条件下で該入力電圧を測定することと、
電圧差分を取得するために、該第二の電圧を該第一の電圧から減算することと、
該質量流量コントローラの基部が第三の電圧を取得するための所定の上限の温度にあるときに、該入力電圧を測定することと、
該質量流量コントローラの基部が第四の電圧を取得するための所定の下限の温度にあるときに、該入力電圧を測定することと、
現在の入力電圧を取得するために、該入力電圧を測定することと、
該質量流量コントローラの現在の動作値に対応する最大流量に対する比を決定することと、
該電圧差分と該最大流量に対する比の二乗との積を該現在の入力電圧に加算することによって、調整入力電圧を計算することと、
該調整入力電圧を、該第三の電圧および該第四の電圧ならびに該所定の上限の温度および該所定の下限の温度に基づいて、下限および上限の温度を含んで該所定の下限の温度と該所定の上限の温度との間の現在のガス温度にマッピングすることと
を包含する、方法。
【請求項９】
前記現在のガス温度に基づいて、ゼロ流量の条件下で前記熱式質量流量センサの出力電圧の、温度による変化に対して補償することをさらに包含する、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第一の所定の流量条件は、ゼロ流量の条件であり、前記第二の所定の流量条件は、最大流量の条件である、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
質量流量コントローラにおいてガスの温度を測定する温度測定サブシステムであって、該温度測定サブシステムは、
一対の感知要素を含む熱式質量流量センサであって、該質量流量コントローラを通って流れるガスの質量流量レートを測定するように設計されており、該熱式質量流量センサの入力電圧は、該一対の感知要素の間の温度差によって変化する、熱式質量流量センサと、
実質的に一定の電流を該熱式質量流量センサに供給するように構成される電流源と、
制御論理であって、
現在の入力電圧を取得するために、該熱式質量流量センサの該入力電圧を測定し、
該ガスの該質量流量レートに依存する該現在の入力電圧の成分を計上することによって、調整入力電圧を計算し、
該調整入力電圧に基づいて該ガスの温度を計算するように
構成される、制御論理と
を備える、温度測定サブシステム。
【請求項１２】
前記制御論理は、前記計算された温度に基づいて、ゼロ流量の条件下で前記熱式質量流量センサの出力電圧の、温度による変化に対して補償するように構成される、請求項１１に記載の温度測定サブシステム。
【請求項１３】
増幅された入力電圧を作り出すために、前記入力電圧を増幅する増幅器と、
該増幅された入力電圧をデジタル数字に変換するアナログ−デジタル変換器と
をさらに備える、請求項１１に記載の温度測定サブシステム。
【請求項１４】
前記熱式質量流量センサは、
ガスが該質量流量コントローラを通って流れるときには、ガスの実質的に一定の割合が流れる管と、
該管に沿った第一の位置および第二の位置においてそれぞれ該管の外側の周りに巻き付けられた第一の電気抵抗式温度計要素および第二の電気抵抗式温度計要素と、
第一のノード、第二のノード、第三のノード、および第四のノードを有するブリッジ回路であって、第一の所定の抵抗性構成要素は、該第一のノードと該第二のノードとの間に接続され、第二の所定の抵抗性構成要素は、該第二のノードと該第三のノードとの間に接続され、該第一の電気抵抗式温度計要素は、該第一のノードと該第四のノードとの間に接続され、該第二の電気抵抗式温度計要素は、該第四のノードと該第三のノードとの間に接続されている、ブリッジ回路と
を含む、
請求項１１に記載の温度測定サブシステム。
【請求項１５】
前記第三のノードは、所定の基準電位にあり、前記入力電圧は、該第三のノードに対して前記第一のノードにおいて測定される、請求項１１に記載の温度測定サブシステム。
【請求項１６】
前記調整入力電圧を計算することにおいて、前記制御論理は、
前記現在の入力電圧を取得するために、前記入力電圧を測定することの前に、第一の電圧を取得するための第一の所定の流量条件下で該入力電圧を測定し、
該現在の入力電圧を取得するために、該入力電圧を測定することの前に、第二の電圧を取得するための第二の所定の流量条件下で該入力電圧を測定し、
電圧差分を取得するために、該第二の電圧を該第一の電圧から減算し、
前記質量流量コントローラの現在の動作値に対応する最大流量に対する比を決定し、
該電圧差分と該最大流量に対する比の二乗との積を該現在の入力電圧に加算することによって、該調整入力電圧を計算するように
構成される、
請求項１１に記載の温度測定サブシステム。
【請求項１７】
前記第一の所定の流量条件は、ゼロ流量の条件であり、前記第二の所定の流量条件は、最大流量の条件である、請求項１６に記載の温度測定サブシステム。
【請求項１８】
前記ガスの温度を計算することにおいて、前記制御論理は、
前記現在の入力電圧を取得するために、前記入力電圧を測定することの前に、前記質量流量コントローラの基部が第一の電圧を取得するための所定の上限の温度にあるときに、該入力電圧を測定し、
該現在の入力電圧を取得するために、該入力電圧を測定することの前に、該質量流量コントローラの該基部が第二の電圧を取得するための所定の下限の温度にあるときに、該入力電圧を測定し、
該調整入力電圧を、該第一の電圧および該第二の電圧ならびに該所定の上限の温度および該所定の下限の温度に基づいて、下限および上限の温度を含んで該所定の下限の温度と該所定の上限の温度との間の温度にマッピングするように
構成される、
請求項１１に記載の温度測定サブシステム。
【請求項１９】
前記制御論理は、前記調整入力電圧を、下限および上限の温度を含んで前記所定の下限の温度と前記所定の上限の温度との間の温度に線形にマッピングするように構成される、請求項１８に記載の温度測定サブシステム。
【請求項２０】
前記制御論理は、プロセッサによって実行可能な格納型プログラムの命令を含む、請求項１１に記載の温度測定サブシステム。
【請求項２１】
質量流量コントローラにおいてガスの温度を測定する温度測定サブシステムであって、該温度測定サブシステムは、
該質量流量コントローラを通って流れるガスの質量流量レートを測定するように設計された熱式質量流量センサであって、該熱式質量流量センサは、
ガスが該質量流量コントローラを通って流れるときには、ガスの実質的に一定の割合が流れる管と、
該管に沿った第一の位置および第二の位置においてそれぞれ該管の外側の周りに巻き付けられた第一の電気抵抗式温度計要素および第二の電気抵抗式温度計要素と、
第一のノード、第二のノード、第三のノード、および第四のノードを有するブリッジ回路であって、第一の所定の抵抗性構成要素は、該第一のノードと該第二のノードとの間に接続され、第二の所定の抵抗性構成要素は、該第二のノードと該第三のノードとの間に接続され、該第一の電気抵抗式温度計要素は、該第一のノードと該第四のノードとの間に接続され、該第二の電気抵抗式温度計要素は、該第四のノードと該第三のノードとの間に接続され、該第三のノードに対する該第一のノードにおける該熱式質量流量センサの入力電圧は、該第一の電気抵抗式温度計要素と該第二の電気抵抗式温度計要素との間の温度差によって変化する、ブリッジ回路と
を含む、熱式質量流量センサと、
実質的に一定の電流を該熱式質量流量センサに供給するように構成される電流源と、
制御論理であって、
第一の電圧を取得するために、第一の所定の流量条件下で該入力電圧を測定し、
第二の電圧を取得するために、第二の所定の流量条件下で該入力電圧を測定し、
電圧差分を取得するために、該第二の電圧を該第一の電圧から減算し、
該質量流量コントローラの基部が第三の電圧を取得するための所定の上限の温度にあるときに、該入力電圧を測定し、
該質量流量コントローラの基部が第四の電圧を取得するための所定の下限の温度にあるときに、該入力電圧を測定し、
現在の入力電圧を取得するために、該入力電圧を測定し、
該質量流量コントローラの現在の動作値に対応する最大流量に対する比を決定し、
該電圧差分と該最大流量に対する比の二乗との積を該現在の入力電圧に加算することによって、調整入力電圧を計算し、
該調整入力電圧を、該第三の電圧および該第四の電圧ならびに該所定の上限の温度および該所定の下限の温度に基づいて、下限および上限の温度を含んで該所定の下限の温度と該所定の上限の温度との間の現在のガス温度にマッピングするように
構成される、制御論理と
を備える、温度測定サブシステム。
【請求項２２】
前記制御論理は、前記現在のガス温度に基づいて、ゼロ流量の条件下で前記熱式質量流量センサの出力電圧の、温度による変化に対して補償するように構成される、請求項２１に記載の質量流量コントローラ。
【請求項２３】
増幅された入力電圧を作り出すために、前記入力電圧を増幅する増幅器と、
該増幅された入力電圧をデジタル数字に変換するアナログ−デジタル変換器と
をさらに備える、請求項２１に記載の質量流量コントローラ。
【請求項２４】
質量流量コントローラを通って流れるガスの質量流量レートを測定するように設計された熱式質量流量センサであって、該熱式質量流量センサは、一対の感知要素を含み、該熱式質量流量センサの入力電圧は、該一対の感知要素の間の温度差によって変化する、熱式質量流量センサと、
実質的に一定の電流を該熱式質量流量センサに供給するように構成される電流源と、
該ガスが流れることができるメインフローおよびセンサ経路を含むバイパスと、
該バイパスを通る該ガスの該質量流量レートを制御する制御バルブと、
質量流量制御論理であって、
該熱式質量流量センサによって測定されるときに、該ガスの該質量流量レートを所定の設定値と比較し、
該ガスの該質量流量レートを該所定の設定値に維持するために、該制御値を調整するように
構成される、質量流量制御論理と、
温度測定制御論理であって、
現在の入力電圧を取得するために、該熱式質量流量センサの該入力電圧を測定し、
該ガスの該質量流量レートに依存する該現在の入力電圧の成分を計上することによって、調整入力電圧を計算し、
該調整入力電圧に基づいて該ガスの温度を計算するように
構成される、温度測定制御論理と
を備える、質量流量コントローラ。
【請求項２５】
前記温度測定制御論理は、前記計算された温度に基づいて、ゼロ流量の条件下で前記熱式質量流量センサの出力電圧の、温度による変化に対して補償するように構成される、請求項２４に記載の質量流量コントローラ。
【請求項１】
質量流量コントローラにおいてガスの温度を測定するための方法であって、該方法は、
実質的に一定の電流を該質量流量コントローラの熱式質量流量センサに供給することであって、該熱式質量流量センサは、該ガスの質量流量レートを測定するように設計されている、ことと、
現在の入力電圧を取得するために、該熱式質量流量センサの入力電圧を測定することであって、該入力電圧は、該熱式質量流量センサの一対の感知要素の間の温度差によって変化する、ことと、
該ガスの該質量流量レートに依存する該現在の入力電圧の成分を計上することによって、調整入力電圧を計算することと、
該調整入力電圧に基づいて該ガスの温度を計算することと
を包含する、方法。
【請求項２】
前記計算された温度に基づいて、ゼロ流量の条件下で前記熱式質量流量センサの出力電圧の、温度による変化に対して補償することをさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記入力電圧は、アナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器に供給され、前記現在の入力電圧は、該Ａ／Ｄ変換器の出力からデジタル数字として取得される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ガスの前記質量流量レートに依存する前記現在の入力電圧の成分を計上することによって、調整入力電圧を計算することは、
該現在の入力電圧を取得するために、前記入力電圧を測定することの前に、
第一の電圧を取得するための第一の所定の流量条件下で該入力電圧を測定することと、
第二の電圧を取得するための第二の所定の流量条件下で該入力電圧を測定することと、
電圧差分を取得するために、該第二の電圧を該第一の電圧から減算することと、
前記質量流量コントローラの現在の動作値に対応する最大流量に対する比を決定することと、
該電圧差分と該最大流量に対する比の二乗との積を該現在の入力電圧に加算することによって、該調整入力電圧を計算することと
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第一の所定の流量条件は、ゼロ流量の条件であり、前記第二の所定の流量条件は、最大流量の条件である、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記調整入力電圧に基づいて前記ガスの温度を計算することは、
前記現在の入力電圧を取得するために、前記入力電圧を測定することの前に、
前記質量流量コントローラの基部が第一の電圧を取得するための所定の上限の温度にあるときに、該入力電圧を測定することと、
該質量流量コントローラの該基部が第二の電圧を取得するための所定の下限の温度にあるときに、該入力電圧を測定することと、
該調整入力電圧を、該第一の電圧および該第二の電圧ならびに該所定の上限の温度および該所定の下限の温度に基づいて、下限および上限の温度を含んで該所定の下限の温度と該所定の上限の温度との間の温度にマッピングすることと
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記マッピングすることは、線形的である、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
質量流量コントローラにおいてガスの温度を測定するための方法であって、該方法は、
実質的に一定の電流を該質量流量コントローラの熱式質量流量センサに供給することであって、該熱式質量流量センサは、該ガスの質量流量レートを測定するように設計されており、該熱式質量流量センサの入力電圧は、該熱式質量流量センサの一対の感知要素の間の温度差によって変化する、ことと、
第一の電圧を取得するために、第一の所定の流量条件下で該入力電圧を測定することと、
第二の電圧を取得するために、第二の所定の流量条件下で該入力電圧を測定することと、
電圧差分を取得するために、該第二の電圧を該第一の電圧から減算することと、
該質量流量コントローラの基部が第三の電圧を取得するための所定の上限の温度にあるときに、該入力電圧を測定することと、
該質量流量コントローラの基部が第四の電圧を取得するための所定の下限の温度にあるときに、該入力電圧を測定することと、
現在の入力電圧を取得するために、該入力電圧を測定することと、
該質量流量コントローラの現在の動作値に対応する最大流量に対する比を決定することと、
該電圧差分と該最大流量に対する比の二乗との積を該現在の入力電圧に加算することによって、調整入力電圧を計算することと、
該調整入力電圧を、該第三の電圧および該第四の電圧ならびに該所定の上限の温度および該所定の下限の温度に基づいて、下限および上限の温度を含んで該所定の下限の温度と該所定の上限の温度との間の現在のガス温度にマッピングすることと
を包含する、方法。
【請求項９】
前記現在のガス温度に基づいて、ゼロ流量の条件下で前記熱式質量流量センサの出力電圧の、温度による変化に対して補償することをさらに包含する、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第一の所定の流量条件は、ゼロ流量の条件であり、前記第二の所定の流量条件は、最大流量の条件である、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
質量流量コントローラにおいてガスの温度を測定する温度測定サブシステムであって、該温度測定サブシステムは、
一対の感知要素を含む熱式質量流量センサであって、該質量流量コントローラを通って流れるガスの質量流量レートを測定するように設計されており、該熱式質量流量センサの入力電圧は、該一対の感知要素の間の温度差によって変化する、熱式質量流量センサと、
実質的に一定の電流を該熱式質量流量センサに供給するように構成される電流源と、
制御論理であって、
現在の入力電圧を取得するために、該熱式質量流量センサの該入力電圧を測定し、
該ガスの該質量流量レートに依存する該現在の入力電圧の成分を計上することによって、調整入力電圧を計算し、
該調整入力電圧に基づいて該ガスの温度を計算するように
構成される、制御論理と
を備える、温度測定サブシステム。
【請求項１２】
前記制御論理は、前記計算された温度に基づいて、ゼロ流量の条件下で前記熱式質量流量センサの出力電圧の、温度による変化に対して補償するように構成される、請求項１１に記載の温度測定サブシステム。
【請求項１３】
増幅された入力電圧を作り出すために、前記入力電圧を増幅する増幅器と、
該増幅された入力電圧をデジタル数字に変換するアナログ−デジタル変換器と
をさらに備える、請求項１１に記載の温度測定サブシステム。
【請求項１４】
前記熱式質量流量センサは、
ガスが該質量流量コントローラを通って流れるときには、ガスの実質的に一定の割合が流れる管と、
該管に沿った第一の位置および第二の位置においてそれぞれ該管の外側の周りに巻き付けられた第一の電気抵抗式温度計要素および第二の電気抵抗式温度計要素と、
第一のノード、第二のノード、第三のノード、および第四のノードを有するブリッジ回路であって、第一の所定の抵抗性構成要素は、該第一のノードと該第二のノードとの間に接続され、第二の所定の抵抗性構成要素は、該第二のノードと該第三のノードとの間に接続され、該第一の電気抵抗式温度計要素は、該第一のノードと該第四のノードとの間に接続され、該第二の電気抵抗式温度計要素は、該第四のノードと該第三のノードとの間に接続されている、ブリッジ回路と
を含む、
請求項１１に記載の温度測定サブシステム。
【請求項１５】
前記第三のノードは、所定の基準電位にあり、前記入力電圧は、該第三のノードに対して前記第一のノードにおいて測定される、請求項１１に記載の温度測定サブシステム。
【請求項１６】
前記調整入力電圧を計算することにおいて、前記制御論理は、
前記現在の入力電圧を取得するために、前記入力電圧を測定することの前に、第一の電圧を取得するための第一の所定の流量条件下で該入力電圧を測定し、
該現在の入力電圧を取得するために、該入力電圧を測定することの前に、第二の電圧を取得するための第二の所定の流量条件下で該入力電圧を測定し、
電圧差分を取得するために、該第二の電圧を該第一の電圧から減算し、
前記質量流量コントローラの現在の動作値に対応する最大流量に対する比を決定し、
該電圧差分と該最大流量に対する比の二乗との積を該現在の入力電圧に加算することによって、該調整入力電圧を計算するように
構成される、
請求項１１に記載の温度測定サブシステム。
【請求項１７】
前記第一の所定の流量条件は、ゼロ流量の条件であり、前記第二の所定の流量条件は、最大流量の条件である、請求項１６に記載の温度測定サブシステム。
【請求項１８】
前記ガスの温度を計算することにおいて、前記制御論理は、
前記現在の入力電圧を取得するために、前記入力電圧を測定することの前に、前記質量流量コントローラの基部が第一の電圧を取得するための所定の上限の温度にあるときに、該入力電圧を測定し、
該現在の入力電圧を取得するために、該入力電圧を測定することの前に、該質量流量コントローラの該基部が第二の電圧を取得するための所定の下限の温度にあるときに、該入力電圧を測定し、
該調整入力電圧を、該第一の電圧および該第二の電圧ならびに該所定の上限の温度および該所定の下限の温度に基づいて、下限および上限の温度を含んで該所定の下限の温度と該所定の上限の温度との間の温度にマッピングするように
構成される、
請求項１１に記載の温度測定サブシステム。
【請求項１９】
前記制御論理は、前記調整入力電圧を、下限および上限の温度を含んで前記所定の下限の温度と前記所定の上限の温度との間の温度に線形にマッピングするように構成される、請求項１８に記載の温度測定サブシステム。
【請求項２０】
前記制御論理は、プロセッサによって実行可能な格納型プログラムの命令を含む、請求項１１に記載の温度測定サブシステム。
【請求項２１】
質量流量コントローラにおいてガスの温度を測定する温度測定サブシステムであって、該温度測定サブシステムは、
該質量流量コントローラを通って流れるガスの質量流量レートを測定するように設計された熱式質量流量センサであって、該熱式質量流量センサは、
ガスが該質量流量コントローラを通って流れるときには、ガスの実質的に一定の割合が流れる管と、
該管に沿った第一の位置および第二の位置においてそれぞれ該管の外側の周りに巻き付けられた第一の電気抵抗式温度計要素および第二の電気抵抗式温度計要素と、
第一のノード、第二のノード、第三のノード、および第四のノードを有するブリッジ回路であって、第一の所定の抵抗性構成要素は、該第一のノードと該第二のノードとの間に接続され、第二の所定の抵抗性構成要素は、該第二のノードと該第三のノードとの間に接続され、該第一の電気抵抗式温度計要素は、該第一のノードと該第四のノードとの間に接続され、該第二の電気抵抗式温度計要素は、該第四のノードと該第三のノードとの間に接続され、該第三のノードに対する該第一のノードにおける該熱式質量流量センサの入力電圧は、該第一の電気抵抗式温度計要素と該第二の電気抵抗式温度計要素との間の温度差によって変化する、ブリッジ回路と
を含む、熱式質量流量センサと、
実質的に一定の電流を該熱式質量流量センサに供給するように構成される電流源と、
制御論理であって、
第一の電圧を取得するために、第一の所定の流量条件下で該入力電圧を測定し、
第二の電圧を取得するために、第二の所定の流量条件下で該入力電圧を測定し、
電圧差分を取得するために、該第二の電圧を該第一の電圧から減算し、
該質量流量コントローラの基部が第三の電圧を取得するための所定の上限の温度にあるときに、該入力電圧を測定し、
該質量流量コントローラの基部が第四の電圧を取得するための所定の下限の温度にあるときに、該入力電圧を測定し、
現在の入力電圧を取得するために、該入力電圧を測定し、
該質量流量コントローラの現在の動作値に対応する最大流量に対する比を決定し、
該電圧差分と該最大流量に対する比の二乗との積を該現在の入力電圧に加算することによって、調整入力電圧を計算し、
該調整入力電圧を、該第三の電圧および該第四の電圧ならびに該所定の上限の温度および該所定の下限の温度に基づいて、下限および上限の温度を含んで該所定の下限の温度と該所定の上限の温度との間の現在のガス温度にマッピングするように
構成される、制御論理と
を備える、温度測定サブシステム。
【請求項２２】
前記制御論理は、前記現在のガス温度に基づいて、ゼロ流量の条件下で前記熱式質量流量センサの出力電圧の、温度による変化に対して補償するように構成される、請求項２１に記載の質量流量コントローラ。
【請求項２３】
増幅された入力電圧を作り出すために、前記入力電圧を増幅する増幅器と、
該増幅された入力電圧をデジタル数字に変換するアナログ−デジタル変換器と
をさらに備える、請求項２１に記載の質量流量コントローラ。
【請求項２４】
質量流量コントローラを通って流れるガスの質量流量レートを測定するように設計された熱式質量流量センサであって、該熱式質量流量センサは、一対の感知要素を含み、該熱式質量流量センサの入力電圧は、該一対の感知要素の間の温度差によって変化する、熱式質量流量センサと、
実質的に一定の電流を該熱式質量流量センサに供給するように構成される電流源と、
該ガスが流れることができるメインフローおよびセンサ経路を含むバイパスと、
該バイパスを通る該ガスの該質量流量レートを制御する制御バルブと、
質量流量制御論理であって、
該熱式質量流量センサによって測定されるときに、該ガスの該質量流量レートを所定の設定値と比較し、
該ガスの該質量流量レートを該所定の設定値に維持するために、該制御値を調整するように
構成される、質量流量制御論理と、
温度測定制御論理であって、
現在の入力電圧を取得するために、該熱式質量流量センサの該入力電圧を測定し、
該ガスの該質量流量レートに依存する該現在の入力電圧の成分を計上することによって、調整入力電圧を計算し、
該調整入力電圧に基づいて該ガスの温度を計算するように
構成される、温度測定制御論理と
を備える、質量流量コントローラ。
【請求項２５】
前記温度測定制御論理は、前記計算された温度に基づいて、ゼロ流量の条件下で前記熱式質量流量センサの出力電圧の、温度による変化に対して補償するように構成される、請求項２４に記載の質量流量コントローラ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【公表番号】特表２０１０−５２０４５９（Ｐ２０１０−５２０４５９Ａ）
【公表日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５５１８５０（Ｐ２００９−５５１８５０）
【出願日】平成２０年２月２８日（２００８．２．２８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０５５２９１
【国際公開番号】ＷＯ２００８／１０９３３９
【国際公開日】平成２０年９月１２日（２００８．９．１２）
【出願人】（５９７１１２５４２）アドバンスト・エナジー・インダストリーズ・インコーポレイテッド (28)
【氏名又は名称原語表記】Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｅｎｅｒｇｙ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ， Ｉｎｃ．
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月２８日（２００８．２．２８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０５５２９１
【国際公開番号】ＷＯ２００８／１０９３３９
【国際公開日】平成２０年９月１２日（２００８．９．１２）
【出願人】（５９７１１２５４２）アドバンスト・エナジー・インダストリーズ・インコーポレイテッド (28)
【氏名又は名称原語表記】Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｅｎｅｒｇｙ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ， Ｉｎｃ．
【Ｆターム（参考）】
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