CN106133484A - 热式质量流量测定方法、使用该方法的热式质量流量计以及使用该热式质量流量计的热式质量流量控制装置 - Google Patents

Abstract

不向传感器线施加直流电压来使传感器线发热，而是向传感器线提供脉冲信号来使传感器线发热，由此在维持向传感器线提供的信号强度的同时减少能量、或者在维持向传感器线供给的能量的同时增大信号强度。由此，提供一种能够在抑制测定精度的下降的同时减少来自传感器线的发热、或者在抑制来自传感器线的发热的增大的同时提高测定精度的、热式质量流量计对质量流量的测定方法。

Description

热式质量流量测定方法、使用该方法的热式质量流量计以及 使用该热式质量流量计的热式质量流量控制装置

技术领域

本发明涉及一种热式质量流量计中的流量的测定方法、使用该方法的热式质量流量计以及使用该热式质量流量计的热式质量流量控制装置。

背景技术

质量流量计(Mass Flow Meter)例如广泛使用于以下目的：对在半导体的制造工艺中供给到腔室内的工艺气体(process gas)的质量流量进行测定。除此以外，质量流量计不仅如上述那样被单独地使用，还被用作与流量控制阀和控制电路等其它构件一起构成质量流量控制装置(Mass Flow Controller)的部件。在该技术领域中有各种形式的质量流量计，但是热式质量流量计由于能够通过比较简单的结构来准确地测定流体(例如，气体和液体)的质量流量，因此被广泛使用。

一般来说，热式质量流量计包括：流路，流体在该流路中流动；旁路(bypass)，其设置于流路的中途；传感器管，其在旁路的上游侧从流路分支并在旁路的下游侧再次与流路合流；一对传感器线，其卷绕于传感器管；以及传感器电路，其具备包括传感器线和其它电阻元件的桥电路(例如，参照专利文献1)。旁路对流体具有流阻，构成为使流路中流动的流体中的固定比例的流体分支到传感器管。

在上述结构中，当通过施加规定的电压(或流通规定的电流)来使一对传感器线发热时，从传感器线产生的热被传感器管中流动的流体夺走。其结果，传感器管中流动的流体被加热。此时，上游侧的传感器线的热被尚未被加热的流体夺走。另一方面，下游侧的传感器线的热被已通过上游侧的传感器线加热的流体夺走。因此，从上游侧的传感器线夺走的热比从下游侧的传感器线夺走的热大。其结果，上游侧的传感器线的温度变得比下游侧的传感器线的温度低。因此，上游侧的传感器线的电阻值变得比下游侧的传感器线的电阻值低。传感器管中流动的流体的质量流量越大，则这样产生的因上游侧的传感器线与下游侧的传感器线之间的温度差引起的电阻值之差越大。

例如能够使用桥电路等来检测如上所述的上游侧的传感器线的电阻值与下游侧的传感器线的电阻值之差的与流体的质量流量相应的变化。并且，基于这样检测出的传感器线的电阻值的变化的差，能够求出流过传感器管的流体的质量流量，基于流过传感器管的流体的质量流量，能够求出流过流路的流体的质量流量(详情在后面叙述)。在本说明书中，将热式质量流量计中的包括传感器管和传感器线的部分称呼为“流量传感器”。

作为传感器管的材料，期望的是具有优良的耐腐蚀性和机械强度的材料，一般来说使用不锈钢等金属(即，导体)。另一方面，作为传感器线的材料，当然使用导体。即，一般来说，传感器管和传感器线的材料均为导体。因而，在流量传感器中，以防止传感器管与传感器线的导通及传感器线之间的导通、以及将传感器线固定于传感器管等为目的，一般会在传感器管的卷绕有传感器线的部分和传感器线的周围配置例如由树脂等绝缘材料形成的覆盖层(详情在后面叙述)。

除此以外，为了利用流量传感器来测定质量流量，如上所述，需要使因通电而从传感器线产生的热被传感器管和流过传感器管的流体夺走。因而，期望至少介于传感器线与传感器管之间的覆盖层具备良好的导热性。

专利文献1：日本特开2009-192220号公报

专利文献2：日本特开平09-218065公报

发明内容

发明要解决的问题

如上所述，在热式质量流量计所具备的流量传感器中，能够利用以下情况来求出流过传感器管的流体的质量流量：被传感器管中流动的流体从通过被提供规定的输入信号(即，通过被施加规定的电压或被流通规定的电流)而发热的传感器线夺走的热的量在上游侧传感器线与下游侧传感器线中不同。即，为了使用热式质量流量计来测定流体的质量流量，需要对传感器线提供规定的输入信号来使传感器线发热。

但是，与如上述那样向传感器线提供规定的输入信号来使传感器线发热相关联地产生几个问题。具体地说，例如存在以下担忧：发生伴随来自传感器线的发热的覆盖层和传感器线的随时间的变化、流体的变质以及热虹吸(thermal siphoning)现象等，从而热式质量流量计变得无法准确地测量流体的质量流量(详情在后面叙述)。

作为用于解决上述问题的手法，可以考虑减少来自传感器线的发热。然而，若减少来自传感器线的发热，则因流体的流动引起的上游侧的传感器线与下游侧的传感器线之间的温度差变小，作为结果存在以下担忧：来自传感器电路的输出变弱而检测信号的S/N比下降，从而质量流量的测定精度下降。

反之，为了增强来自传感器电路的输出来提高检测信号的S/N比、从而提高质量流量的测定精度，需要使来自传感器线的发热增多。然而，在该情况下，作为结果存在以下担忧：因来自传感器线的发热引起的如上所述的问题会恶化。除此以外，为了使来自传感器线的发热增多，需要使供给到传感器线的电力量增大(即，使施加于传感器线的电压或向传感器线流通的电流增大)，因此导致传感器线中的消耗电力的增大。

另外，提出了以下技术：在将构成桥电路的发热用电阻体配置于流体中、利用该发热用电阻体的散热来探测流体的流量的热敏式流量计中，仅在获取检测信号的期间向发热用电阻体供给直流电力，由此减少发热用电阻体中的消耗电力(例如，参照专利文献2)。在这种流量计中，发热用电阻体与流体直接接触，因此从开始向发热用电阻体供给直流电力到达到热平衡状态为止所需的期间短(热时间常数小)，能够充分缩短向发热用电阻体供给直流电力的期间。其结果，能够减少发热用电阻体中的消耗电力。

然而，在向从流体流过的流路分支的传感器管上卷绕的传感器线供给直流电力来使其发热的毛细管加热型热式质量流量计中，难以如上述那样通过间歇地向传感器线供给直流电力来减少传感器线中的消耗电力。具体地说，在毛细管加热型热式质量流量计中，传感器线不与流体直接接触。即，在毛细管加热型热式质量流量计中，从传感器线产生的热不仅被流体夺走，还被传感器管夺走(热容量大)，因此达到热平衡状态所需的时间长(热时间常数大)。因而，难以通过充分缩短向传感器线供给直流电力的期间来减少传感器线中的消耗电力。

除此以外，在毛细管加热型热式质量流量计中，热容量大、热时间常数大，因此从停止向传感器线供给直流电力到达到热平衡状态为止所需的期间也长。因而，上一次传感器线的发热所带来的热历史的影响残存比较长的期间，因此为了如上述以往技术中那样排除热历史的影响，需要将不向传感器线供给直流电力的期间设得长。

即，在毛细管加热型热式质量流量计中如上述以往技术那样间歇地向传感器线供给直流电力来测定流体的流量的情况下，需要将向传感器线供给直流电力的期间和不向传感器线供给直流电力的期间这两方都设得长。其结果，向传感器线供给直流电力来获取检测信号的频度变少。因而，这种测定方法不适合于期望始终监视流体的精确流量的用途(例如，对在半导体的制造工艺中供给到腔室内的流体(工艺气体)的质量流量进行测定的用途等)。

如上所述，在以往技术所涉及的热式质量流量计中，难以兼顾因来自传感器线的发热引起的各种问题的抑制以及质量流量的测定精度的提高。即，在本技术领域中，寻求一种能够使抑制因来自传感器线的发热引起的各种问题以及维持、提高质量流量的测定精度适当地取得平衡的新技术。例如，寻求一种能够在抑制测定精度的下降的同时减少来自传感器线的发热、或者能够在抑制来自传感器线的发热的增大的同时提高测定精度的热式质量流量计对质量流量的测定方法。因而，本发明的目的之一在于提供一种能够在抑制测定精度的下降的同时减少来自传感器线的发热、或者能够在抑制来自传感器线的发热的增大的同时提高测定精度的热式质量流量计对质量流量的测定方法。

用于解决问题的方案

本发明人经过专心研究的结果发现，通过在维持以发热为目的而提供(输入)到传感器线的输入信号(电信号)的信号强度(电压值或电流值)的同时减少通过该输入信号而供给到传感器线的能量(电力量)、或者在维持通过该输入信号而供给到传感器线的能量的同时增大该输入信号的信号强度，能够达成本发明的上述目的之一。具体地说，发现了：通过不像以往技术所涉及的热式质量流量计中那样向传感器线施加直流电压(或流通直流电流)来使传感器线发热、而是向传感器线提供脉冲信号(例如，脉冲电压和脉冲电流等)作为输入信号来使传感器线发热，能够达成本发明的上述目的之一。

即，本发明涉及一种热式质量流量计中的流量的测定方法，所述热式质量流量计具备：

流路，流体在该流路中流动；

旁路，其设置于所述流路的中途；

流量传感器，其包括传感器管和一对传感器线，所述传感器管在所述旁路的上游侧从所述流路分支并在所述旁路的下游侧再次与所述流路合流，所述一对传感器线配置为不与流过所述传感器管的流体直接接触且能够对流过所述传感器管的流体进行热传导；

电源，其向所述传感器线提供用于使得从所述传感器线发热的输入信号；以及

传感器电路，其具备包括所述传感器线的桥电路，

该热式质量流量计中的流量的测定方法包括：

将脉冲信号作为所述输入信号提供到所述传感器线，该脉冲信号的信号强度以取第一强度和低于所述第一强度的第二强度中的某一个值的方式随时间而变化；

获取作为向所述传感器线提供所述脉冲信号的结果而从所述传感器电路输出的输出信号中的、与信号强度为所述第一强度的所述输入信号对应且每单位时间的信号强度的变动幅度为规定的阈值以下的部分的输出信号的信号强度，来作为输出信号强度；以及

基于所述输出信号强度，来计算所述流体的流量。

发明的效果

根据本发明所涉及的热式质量流量计中的流量的测定方法，能够在抑制测定精度的下降的同时减少来自传感器线的发热、或者能够在抑制来自传感器线的发热的增大的同时提高测定精度。

附图说明

图1是表示包括应用本发明的一个实施方式所涉及的热式质量流量计中的流量的测定方法的热式质量流量计的热式质量流量控制装置的结构的一例的示意图。

图2是表示应用本发明的一个实施方式所涉及的热式质量流量计中的流量的测定方法的热式质量流量计所具备的传感器电路的结构的一例的示意图。

图3是表示流量传感器中传感器管上卷绕有传感器线的部分附近的截面构造的一例的示意图。

图4是表示为了将实施例所涉及的热式质量流量计与比较例所涉及的热式质量流量计进行比较而使用的传感器电路的结构的示意图。

图5是分别表示本发明的一个实施方式所涉及的热式质量流量计中的(a)施加于传感器线的脉冲电压的波形以及(b)从传感器电路经由运算放大器输出的输出信号的波形的示意性曲线图。

图6是表示为了将实施例所涉及的热式质量流量计与比较例所涉及的热式质量流量计进行比较而使用的实验装置的结构的示意图。

图7是表示实施例和比较例所涉及的各自的热式质量流量计中的设定流量与来自传感器电路的输出电压的关系的示意性曲线图。

具体实施方式

如前所述，在本技术领域中，寻求一种能够在抑制测定精度的下降的同时减少来自传感器线的发热、或者能够在抑制来自传感器线的发热的增大的同时提高测定精度的热式质量流量计对质量流量的测定方法。

因此，本发明人经过专心研究的结果发现，通过在维持以发热为目的而提供(输入)到传感器线的输入信号(电信号)的信号强度(电压值或电流值)的同时减少通过该输入信号而供给到传感器线的能量(电力量)、或者在维持通过该输入信号而供给到传感器线的能量的同时增大该输入信号的信号强度，能够达成本发明的上述目的之一。具体地说，发现了以下情况从而想到本发明：通过不像以往技术所涉及的热式质量流量计中那样向传感器线施加直流电压(或流通直流电流)来使传感器线发热、而是向传感器线提供脉冲信号(例如，脉冲电压和脉冲电流等)作为输入信号来使传感器线发热，能够达成本发明的上述目的之一。

即，本发明的第一实施方式是一种热式质量流量计中的流量的测定方法，所述热式质量流量计具备：

流路，流体在该流路中流动；

旁路，其设置于所述流路的中途；

流量传感器，其包括传感器管和一对传感器线，所述传感器管在所述旁路的上游侧从所述流路分支并在所述旁路的下游侧再次与所述流路合流，所述一对传感器线配置为不与流过所述传感器管的流体直接接触且能够对流过所述传感器管的流体进行热传导；

电源，其向所述传感器线提供用于使得从所述传感器线发热的输入信号；以及

传感器电路，其具备包括所述传感器线的桥电路，

该热式质量流量计中的流量的测定方法包括：

将脉冲信号作为所述输入信号提供到所述传感器线，该脉冲信号的信号强度以取第一强度和低于所述第一强度的第二强度中的某一个值的方式随时间而变化；

获取作为向所述传感器线提供所述脉冲信号的结果而从所述传感器电路输出的输出信号中的、与信号强度为所述第一强度的所述输入信号对应且每单位时间的信号强度的变动幅度为规定的阈值以下的部分的输出信号的信号强度，来作为输出信号强度；以及

基于所述输出信号强度，来计算所述流体的流量。

如上所述，应用本实施方式所涉及的热式质量流量计中的流量的测定方法的热式质量流量计是具有在本技术领域周知的结构的一般的热式质量流量计。具体地说，本实施方式所涉及的热式质量流量计中的流量的测定方法能够应用于具有如下结构的热式质量流量计。

一种热式质量流量计，具备：

流路，流体在该流路中流动；

旁路，其设置于所述流路的中途；

流量传感器，其包括传感器管和一对传感器线，所述传感器管在所述旁路的上游侧从所述流路分支并在所述旁路的下游侧再次与所述流路合流，所述一对传感器线配置为不与流过所述传感器管的流体直接接触且能够对流过所述传感器管的流体进行热传导；

电源，其向所述传感器线提供用于使得从所述传感器线发热的输入信号；以及

传感器电路，其具备包括所述传感器线的桥电路。

在此，对于应用本实施方式所涉及的热式质量流量计中的流量的测定方法的热式质量流量计的结构的一例，下面参照附图来详细说明。如前所述，图1是表示包括应用本发明的一个实施方式所涉及的热式质量流量计中的流量的测定方法的热式质量流量计的热式质量流量控制装置的结构的一例的示意图。并且，如前所述，图2是表示应用本发明的一个实施方式所涉及的热式质量流量计中的流量的测定方法的热式质量流量计所具备的传感器电路的结构的一例的示意图。

如图1所示，热式质量流量控制装置100包括热式质量流量计110、流量调节单元120以及控制单元130(相当于后述的“第一控制部”和“第二控制部”)。热式质量流量计110包括：流路114，流体在该流路114中流动；旁路115，其设置于流路114的中途；传感器管116，其在旁路115的上游侧从流路114分支并在旁路115的下游侧再次与流路114合流；一对传感器线117及118，其卷绕于传感器管116；以及传感器电路111，其如图2所示那样具备包括传感器线117及118以及其它电阻元件117′及118′的桥电路。旁路115对流体具有流阻，构成为使流路114中流动的流体中的固定比例的流体分支到传感器管116。此外，在图1所示的结构中，一对传感器线117及118卷绕于传感器管116。然而，只要从传感器线产生的热能够传导给流过传感器管的流体，则关于传感器线的具体配置没有特别限定。

在上述结构中，当从电源113向传感器线117及118提供(输入)规定的输入信号(电信号)时产生焦耳热，该热被传感器管116中流动的流体夺走。此时，上游侧的传感器线117的热被尚未被加热的流体夺走，下游侧的传感器线118的热被已通过上游侧的传感器线117加热的流体夺走。因此，下游侧的传感器线118的温度变得比上游侧的传感器线117的温度高。其结果，下游侧的传感器线118的电阻变得比上游侧的传感器线117的电阻高。此外，既可以基于电压也可以基于电流来控制以发热为目的向传感器线提供(输入)的输入信号(电信号)。

这样产生的因上游侧的传感器线117与下游侧的传感器线118之间的温度差引起的电阻值之差(比)根据传感器管116中流动的流体的质量流量而发生变化。其结果，传感器电路111的点S与点C之间的电位差也根据传感器管116中流动的流体的质量流量而发生变化。例如通过运算放大器119来检测这种电位差的变化，由此能够测定流过传感器管116的流体的质量流量。进而，能够基于这样测定的流过传感器管116的流体的质量流量来求出流过流路114的流体的质量流量。即，热式质量流量控制装置100是毛细管加热型热式质量流量计。

在图2所示的传感器电路中，分别具有300Ω的电阻值的传感器线117及118在点S处串联连接，分别具有20kΩ的电阻值的其它电阻元件117′及118′在点C处串联连接。并且，如上述那样分别串联连接的传感器线117及118的两端与其它电阻元件117′及118′的两端分别在点P和点N处连接。即传感器线117及118和电阻元件117′及118′构成所谓的“惠斯通电桥(Wheatstone Bridge)”。

在测定质量流量时，从电源113向上述点P与点N之间提供(输入)规定的输入信号(电信号)，来从传感器线117及118产生焦耳热。并且，点S及点C分别与运算放大器119的非反相输入(+)及反相输入(-)连接，作为运算放大器119的输出而得到对应于点S与点C之间的电位差的信号。能够基于这样得到的来自运算放大器119的输出信号，来测定流过传感器管116的流体的质量流量。但是，若其它电阻元件117′及118′的电阻受到来自传感器线117及118的发热的影响，则无法准确地测定流过传感器管116的流体的质量流量。因而，其它电阻元件117′及118′配置于实质上不受来自传感器线117及118的发热的影响的位置和/或配置为实质上不受来自传感器线117及118的发热的影响的状态。

此外，如上所述，图1是表示包括应用本发明的一个实施方式所涉及的热式质量流量计中的流量的测定方法的热式质量流量计的热式质量流量控制装置的结构的一例的示意图。因而，图1中除了如上述那样描绘有热式质量流量计110以外，还描绘有流量调节单元120和控制单元130等，关于它们，在关于作为热式质量流量计和热式质量流量控制装置的本发明的实施方式的说明中详细说明，因此在此不说明。

另外，如前所述，作为传感器管的材料，期望的是具有优良的耐腐蚀性和机械强度的材料，一般来说使用不锈钢等金属(即，导体)。另一方面，作为传感器线的材料，当然使用导体。具体地说，作为传感器管的材料，例如使用以由日本工业标准(JIS)规定的SUS316为代表的不锈钢材料等具有优良的耐腐蚀性和机械强度的材料。另一方面，作为传感器线的材料，例如使用漆包线(enamel wire)等具有期望的电阻值的导体(例如，铜等金属)。即，典型地说，传感器管和传感器线的材料均为导体。

因而，当传感器管与传感器线接触、或者传感器线之间(例如，卷绕于传感器管的传感器线的卷线之间等)相接触时，传感器线的电阻值下降。其结果，通过提供输入信号而产生的来自传感器线的发热变得不足够、或者流量传感器的灵敏度下降。因此，传感器管与传感器线之间以及传感器线之间需要被电绝缘。并且，还需要将传感器线固定于传感器管的规定的位置。

因此，如前所述，在流量传感器中，以防止传感器管与传感器线的导通及传感器线之间的导通、以及将传感器线固定于传感器管等为目的，在传感器管和传感器线的规定的部分以及传感器线的表面等配置例如由树脂等材料形成的覆盖层。在此，关于覆盖层的结构的一例，下面参照附图来详细说明。

如前所述，图3是表示流量传感器中传感器管上卷绕有传感器线的部分附近的截面构造的一例的示意图。即，在图3所示的例子中，传感器线117及118呈线圈状地卷绕于传感器管116，在传感器管116和传感器线117及118的周围设置有覆盖层112。覆盖层112根据其位置和功能能够分为下面示出的四个部分。

第一覆盖层112a与传感器管116的表面相接设置，构成防止传感器管116与传感器线117及118之间的导通(电连接)的绝缘层。第二覆盖层112b与传感器线117及118的表面相接设置，构成防止传感器线117及118之间的导通的绝缘层。第三覆盖层112c设置于被第一覆盖层112a和第二覆盖层112b所包围的空间，具有将传感器线117及118固定于传感器管116的功能。第四覆盖层112d设置成将传感器管116上卷绕有传感器线117及118的部分整体覆盖，具有将传感器线117及118之间相互固定的功能。在本说明书中，将例如上述第一覆盖层112a至第四覆盖层112d等至少覆盖传感器管116上卷绕有传感器线117及118的部分的层总称为“覆盖层”(112)。

另外，如上所述，为了利用流量传感器来测定质量流量，需要使从传感器线产生的热被传感器管中流动的流体夺走。因而，至少介于传感器线与传感器管之间的覆盖层需要具备良好的导热性。因而，作为构成覆盖层的材料，需要具有作为电绝缘体的功能、作为粘接剂的功能以及作为导热体的功能。并且，优选的是，能够在传感器管和传感器线的表面薄薄地形成、且即使将表面形成有覆盖层的传感器线卷绕于传感器管也不会发生龟裂那样的具有足够的挠性的材料。从这种观点出发，作为以往技术所涉及的流量传感器的覆盖层的材料，优选使用聚酰胺-酰亚胺或聚酰亚胺。特别是，聚酰亚胺具有极高的耐热性，因此更为优选。但是，如前所述，与向传感器线提供规定的输入信号来使传感器线发热相关联地，产生如下面列举那样的几个问题。

首先，作为第一问题，列举出由从传感器线产生的热引起的构成流量传感器的构件的随时间的变化。随时间的变化的原因大致分为两个。一个原因是，作为构成流量传感器的构件之一的传感器线发热而升温，由此其内部应力被松弛，电阻值随时间而发生变化。传感器线具有因制造时的塑性加工而产生的内部应力。除此以外，传感器线通过卷绕于传感器管后发生塑性变形而其内部应力进一步增大。这些内部应力由于传感器线发热升温而被松弛，随之传感器线的电阻值发生变化。

随时间的变化的另一个原因是，从存在于传感器线的周围的覆盖层作用于传感器线的外部应力的变动。已知构成覆盖层的聚酰亚胺等树脂材料若保持为高温则会通过与空气中的水分和/或氧的反应而逐渐分解。当像这样覆盖层被分解而消失时，传感器线从覆盖层受到的外部应力被松弛。作为其结果，传感器线的电阻值发生变化。

在制造热式质量流量计时对上游侧的传感器线117的电阻值与下游侧的传感器线118的电阻值进行初始调整使得它们以规定的比率取得平衡。然而，当传感器线的电阻值由于上述的随时间的变化而变化时，破坏了上述平衡，从而成为流量的检测误差的原因。有时将这种随着时间的经过而产生的流量的检测误差称为“零点变动”。来自传感器线的发热越大，在越短的期间内快速地出现零点变动。

接着，作为第二问题，列举出由从传感器线产生的热引起的流过传感器管的流体的变质和/或变性。在热式质量流量计的设置环境的温度是室温的情况下，传感器线的温度升至90℃至95℃，从传感器线产生的热的一部分被流体夺走，流体的温度上升。根据流体的种类不同，存在以下情况：由于此时的温度上升而发生变质和/或变性，难以通过热式质量流量计正确地测定质量流量。

例如，氯气(Cl₂)即使在常温下也容易与水分等发生反应而生成氯化合物。温度越上升，这种氯气的反应性越高，因此在使用热式质量流量计来测定氯气的质量流量的情况下，期望的是，使由来自传感器线的发热导致的流体的升温幅度尽可能小。

并且，作为第三问题，列举出由所谓“热虹吸现象”引起的流量测定值的偏差(零点变动)。热虹吸现象是以下现象：例如在传感器管的方向为铅直方向的结构中，被来自传感器线的发热所加热的流体在传感器管中上升，由此例如发生流体的对流等无意的流体的流动。当发生这种现象时，例如，即使在实际上流体没有流动的状况下也测定出质量流量值。这样，当发生热虹吸现象时，有时传感器管中的流体的质量流量不再准确地反映流路中的流体的质量流量。其结果，有时难以通过热式质量流量计来正确地测定质量流量。

此外，在传感器管的外部也会发生与上述同样的现象。例如，存在以下情况：存在于传感器线的周围的空气被来自传感器线的发热所加热，从而产生空气的对流。在该情况下，有时也难以通过热式质量流量计来正确地测定质量流量。不言而喻的是，来自传感器线的发热越大，则越容易发生如上所述的现象。

如以上那样，例示的任一个问题都能够通过使来自传感器线的发热变少来减少和/或减轻。然而，当使来自传感器线的发热变少时，如前所述，存在以下担忧：来自传感器电路的输出变弱而检测信号的S/N比下降，从而质量流量的测定精度下降。

因此，本发明人经过专心研究的结果发现，通过不像以往技术所涉及的热式质量流量计中那样向传感器线施加直流电压(或流通直流电流)来使传感器线发热、而是向传感器线提供脉冲信号(例如，脉冲电压和脉冲电流等)作为输入信号来使传感器线发热，能够在抑制测定精度的下降的同时使来自传感器线的发热变少。

因而，本实施方式所涉及的热式质量流量计中的流量的测定方法包括：在具有如上所述的结构的热式质量流量计中，

将脉冲信号作为所述输入信号提供到所述传感器线，该脉冲信号的信号强度以取第一强度和低于所述第一强度的第二强度中的某一个值的方式随时间而变化；

获取作为向所述传感器线提供所述脉冲信号的结果而从所述传感器电路输出的输出信号中的、与信号强度为所述第一强度的所述输入信号对应且每单位时间的信号强度的变动幅度为规定的阈值以下的部分的输出信号的信号强度，来作为输出信号强度；以及

基于所述输出信号强度，来计算所述流体的流量。

如上所述，在本实施方式所涉及的热式质量流量计中的流量的测定方法中，将脉冲信号作为所述输入信号提供到所述传感器线，该脉冲信号的信号强度以取第一强度和低于所述第一强度的第二强度中的某一个值的方式随时间而变化。即，在本实施方式所涉及的热式质量流量计中的流量的测定方法中，不是如以往技术所涉及的热式质量流量计中那样(连续地)向传感器线施加直流电压(或流通直流电流)，而是向传感器线提供具有规定的脉宽和规定的振幅的脉冲信号。此外，既可以基于电压也可以基于电流来控制作为以发热为目的的输入信号而向传感器线提供的脉冲信号。

如上所述，在本实施方式所涉及的热式质量流量计中的流量的测定方法中提供到传感器线的输入信号具有信号强度为第一强度的期间(第一期间)以及信号强度为(低于第一强度的)第二强度的期间(第二期间)。能够将该第一强度设为使从传感器线产生如下的热量所需的输入信号的强度：该热量能够使上游侧的传感器线与下游侧的传感器线之间产生能够以期望的精度测定作为测定对象的流体的质量流量的温度差。即，在本实施方式所涉及的热式质量流量计中的流量的测定方法中，能够在第一期间中的适当的定时以期望的精度测定流体的质量流量。另一方面，第二强度只要如上述那样低于第一强度，则可以是任意的信号强度，但是典型地说能够设为0(零)。因而，根据本实施方式所涉及的热式质量流量计中的流量的测定方法，与输入信号的信号强度固定为第一强度的以往技术相比，能够减少每单位时间供给到传感器线的能量(电力量)。作为结果，能够减少每单位时间的来自传感器线的发热量，从而能够减少因来自传感器线的发热引起的如上所述的各种问题。

或者，根据本实施方式所涉及的热式质量流量计中的流量的测定方法，能够在抑制每单位时间供给到传感器线的能量(电力量)的增大的同时、增大向传感器线的输入信号的信号强度(脉冲信号的振幅)。作为结果，能够在抑制每单位时间的来自传感器线的发热量的增大的同时、增强来自传感器电路的输出信号来提高检测信号的S/N比，从而能够提高质量流量的测定精度。

用于如上述那样将具有规定的脉宽和规定的振幅的脉冲信号提供到传感器线的具体方法没有特别限定，能够从本领域技术人员所周知的各种方法中适当选择来作为用于产生脉冲信号的方法。例如，通过函数发生器来生成具有规定的脉宽和规定的周期的脉冲电压。将这样生成的脉冲电压施加于插入安装在用于向传感器线施加具有规定的电压值的发热用的电压的布线上的晶体管的基极，由此能够将具有规定的脉宽和规定的振幅的脉冲电压作为输入信号施加到传感器线(例如，参照图4)。

不过，虽然在上述例示中说明了将具有规定的周期的脉冲电压作为输入信号施加到传感器线的情况，但是只要能够正确地检测来自传感器电路的输出信号，则未必需要以规定的周期施加脉冲电压。即，上述的第一期间的长度和第二期间的长度分别未必需要是固定的。此外，例如能够基于用于检测来自传感器电路的输出信号的检测单元的结构要素(例如，A/D转换器和采样保持电路(使用的情况下)等)的响应速度等来适当设定第一期间(例如，脉冲电压的脉宽)和第二期间的长度。

并且，在如上述例示那样向传感器线提供具有规定的周期的脉冲信号的情况下，例如也能够基于用于检测来自传感器电路的输出信号的检测单元的结构要素(例如，A/D转换器和采样保持电路(使用的情况下)等)的响应速度等来适当设定脉冲信号的周期。作为这样设定的脉冲信号的一例，例如能够列举出具有0.11ms(毫秒)的脉宽、8V(或24V)的振幅以及1.0ms的周期(即，占空比＝1/9)的脉冲电压。

并且，在本实施方式所涉及的热式质量流量计中的流量的测定方法中，获取作为向所述传感器线提供所述脉冲信号的结果而从所述传感器电路输出的输出信号中的、与信号强度为所述第一强度的所述输入信号对应且每单位时间的信号强度的变动幅度为规定的阈值以下的部分的输出信号的信号强度。例如，通过事先实验等来测定作为向传感器线提供脉冲信号(例如，脉冲电压)的结果的来自传感器电路的输出信号(例如，输出电压)的推移。基于该测定结果，预先确定与信号强度为第一强度的输入信号对应且每单位时间的信号强度的变动幅度为规定的阈值以下(即，大致固定)的期间。能够在这样确定出的期间内的特定的定时(例如，从脉冲电压的上升起0.05ms(毫秒)后)获取从传感器电路输出的输出信号的信号强度(例如，输出电压的值)来作为输出信号强度。

因而，在将具有规定的周期的脉冲信号作为输入信号提供到传感器线的情况下，也可以使获取从传感器电路输出的输出信号的信号强度来作为输出信号强度的周期与作为提供到传感器线的输入信号的脉冲信号的周期同步。具体地说，只要将用于检测来自传感器电路的输出信号的检测单元构成为以下结构即可：如上所述，在来自传感器电路的输出信号的信号强度大致固定的期间内的特定的定时，获取从传感器电路输出的输出信号的信号强度来作为输出信号强度。并且，例如，也可以在通向对来自传感器电路的输出信号进行数字化的A/D转换器的输入路径上设置采样保持电路，来更可靠地检测来自传感器电路的输出信号。此外，例如，能够考虑用于检测来自传感器电路的输出信号的检测单元的检测精度和/或本实施方式所涉及的热式质量流量计中的噪声的大小等，来适当决定作为判断来自传感器电路的输出信号的信号强度是否已大致固定的判断基准的“规定的阈值”。

并且，在本实施方式所涉及的热式质量流量计中的流量的测定方法中，基于所述输出信号强度来计算所述流体的流量。如上所述，来自传感器电路的输出信号与流过传感器管的流体的质量流量对应。另一方面，如前所述，旁路对流体具有流阻，构成为使流路中流动的流体中的固定比例的流体分支到传感器管。因而，能够基于该比例，根据与来自传感器电路的输出信号对应的流过传感器管的流体的质量流量来求出流过流路的流体的质量流量。

但是，在实际的热式质量流量计中，在用于求出流体的质量流量的运算处理中，未必需要计算流过传感器管的流体的质量流量。例如，也能够通过事先实验等来预先确定来自传感器电路的输出信号强度与流过流路的流体的质量流量的对应关系，基于该对应关系，根据来自传感器电路的输出信号强度来直接求出流过流路的流体的质量流量。

例如能够利用嵌入于热式质量流量计的微型计算机等电子控制装置来进行与如上所述的运算处理、以及如上所述的向传感器线的输入信号的提供和来自传感器电路的输出信号的检测有关的控制。这种电子控制装置的详情是本领域技术人员所周知的，因此省略本说明书中的说明。

另外，如开头所叙述的那样，本发明还涉及使用此前说明的质量流量的测定方法的热式质量流量计。该热式质量流量计具备用于执行上述测定方法的控制部(例如，上述电子控制装置等)。

即，本发明的第二实施方式是一种热式质量流量计，该热式质量流量计具备：

流路，流体在该流路中流动；

旁路，其设置于所述流路的中途；

流量传感器，其包括传感器管和一对传感器线，所述传感器管在所述旁路的上游侧从所述流路分支并在所述旁路的下游侧再次与所述流路合流，所述一对传感器线配置为不与流过所述传感器管的流体直接接触且能够对流过所述传感器管的流体进行热传导；

电源，其向所述传感器线提供用于使得从所述传感器线发热的输入信号；以及

传感器电路，其具备包括所述传感器线的桥电路，

其中，所述热式质量流量计还具备对所述电源和所述传感器电路进行控制的第一控制部，

通过由所述第一控制部执行本发明的所述第一实施方式所涉及的方法，来计算所述流体的流量。

如上所述，本实施方式所涉及的热式质量流量计是应用本发明的所述第一实施方式所涉及的热式质量流量计中的流量的测定方法的热式质量流量计。因而，已参照图1和图2等在本发明的所述第一实施方式所涉及的热式质量流量计中的流量的测定方法的说明中叙述了热式质量流量计的基本结构，因此在此不重复说明。

不过，本实施方式所涉及的热式质量流量计如上述那样还具备对所述电源和所述传感器电路进行控制的第一控制部，通过由所述第一控制部执行本发明的所述第一实施方式所涉及的方法，来计算所述流体的流量。更具体地说，第一控制部执行与本发明的所述第一实施方式所涉及的方法中的各种运算处理以及作为向传感器线的输入信号的脉冲信号的提供和来自传感器电路的输出信号的检测有关的控制。这种第一控制部例如能够实现为嵌入于热式质量流量计的微型计算机等电子控制装置。此外，在前述的图1中，第一控制部被描绘为控制单元130。

因而，根据本实施方式所涉及的热式质量流量计，在提供到传感器线的脉冲信号中信号强度为第一强度的第一期间到来后且下一个第一期间到来之前的期间(即，第二期间)，信号强度为低于第一强度的第二强度。例如，在输入信号是脉冲电压的情况下，在提供到传感器线的脉冲电压中，电压值为第一强度(例如，8V)的第一期间与电压值为第二强度(例如，0(零)V)的第二期间交替地到来。由此，即使在检测流体的流量时向传感器线提供的脉冲信号的信号强度(例如，脉冲电压的振幅)相同，(由于向传感器线的累积施加时间或累积通电时间变短，因此)也能够减少每单位时间供给到传感器线的能量(电力量)。作为结果，能够减少每单位时间的来自传感器线的发热量，从而能够减少因来自传感器线的发热引起的如上所述的各种问题。

或者，根据本实施方式所涉及的热式质量流量计，能够在抑制每单位时间供给到传感器线的能量(电力量)的增大的同时、增大向传感器线的输入信号的信号强度(例如，脉冲电压的振幅)。作为结果，能够在抑制每单位时间的来自传感器线的发热量的增大的同时、增强来自传感器电路的输出信号来提高检测信号的S/N比，从而能够提高质量流量的测定精度。

另外，在以往技术所涉及的热式质量流量计中，作为第一问题，如前所述，担心由从传感器线产生的热引起的构成流量传感器的构件的随时间的变化所引起的零点变动等问题。如前所述，在这些构件中，对如上所述的问题影响大的是一般由耐热性树脂构成的覆盖层。因而，本发明的所述第一实施方式所涉及的热式质量流量计中的流量的测定方法在应用于具有覆盖层的热式质量流量计的情况下发挥大的效果。

因而，本发明的第三实施方式是本发明的所述第二实施方式所涉及的热式质量流量计，在该热式质量流量计中，

所述传感器线配置于所述传感器管的附近，

所述热式质量流量计还包括覆盖层，该覆盖层配置于所述传感器管的附近的配置有所述传感器线的部分的周围。

已参照图3等在本发明的所述第一实施方式所涉及的热式质量流量计中的流量的测定方法的说明中叙述了本实施方式所涉及的热式质量流量计所具备的覆盖层的具体结构，因此在此不重复说明。

如上所述，由从传感器线产生的热引起的覆盖层的随时间的变化能够成为热式质量流量计的响应速度的下降和/或检测误差的增大等问题的很大原因。在本实施方式所涉及的热式质量流量计中，传感器线配置于传感器管的附近(例如，传感器线卷绕于传感器管)。在本实施方式所涉及的热式质量流量计中，虽然在像这样的传感器管的附近的配置有传感器线的部分的周围配置有覆盖层，但是能够应用本发明的所述第一实施方式所涉及的热式质量流量计中的流量的测定方法。其结果，由从传感器线产生的热引起的覆盖层的随时间的变化得到抑制，能够避免如上所述的问题。

另外，如开头所叙述的那样，本发明不仅涉及热式质量流量计中的流量的测定方法以及使用该方法的热式质量流量计，还涉及使用该热式质量流量计的热式质量流量控制装置。该热式质量流量控制装置基于由使用本发明所涉及的热式质量流量计中的流量的测定方法的热式质量流量计计算的流体的流量对流量调节单元进行控制，来使流体的流量接近目标值。

即，本发明的第四实施方式是一种热式质量流量控制装置，该热式质量流量控制装置具备：

本发明的所述第二实施方式或所述第三实施方式所涉及的热式质量流量计；

流量调节单元，其对流过所述流路的流体的流量进行控制；以及

第二控制部，其对所述流量调节单元进行控制，

其中，所述第二控制部基于由所述热式质量流量计计算的所述流体的流量对所述流量调节单元进行控制，来使所述流体的流量接近目标值。

如上所述，本实施方式所涉及的热式质量流量控制装置是具备本发明的所述第二或第三实施方式所涉及的热式质量流量计的热式质量流量控制装置。因而，已参照图1至图3等在本发明的所述第一实施方式至所述第三实施方式所涉及的热式质量流量计中的流量的测定方法和使用该方法的热式质量流量计的说明中叙述了热式质量流量计的基本结构，因此在此不重复说明。

如上所述，本实施方式所涉及的热式质量流量控制装置除了具备热式质量流量计以外，还具备对流过所述流路的流体的流量进行控制的流量调节单元以及对所述流量调节单元进行控制的第二控制部。关于流量调节单元，只要能够对流过流路的流体的流量进行控制，则没有特别限定。作为流量调节单元的具体例，例如能够列举出能够通过致动器来变更开度的流量控制阀。关于第二控制部也是，只要能够控制流量调节单元来使流过流路的流体的流量增减，则没有特别限定。在图1所示的例子中，热式质量流量控制装置100除了具备热式质量流量计110以外，还具备对流过流路114的流体的流量进行控制的流量调节单元120以及对流量调节单元120进行控制的第二控制部(在图1中，包含于控制单元130)。

如图1所示，流量调节单元120包括流量控制阀121、阀口122、隔膜(diaphragm)123、致动器124、阀驱动电路125以及未图示的电源等。控制单元130所包含的第二控制部基于由热式质量流量计110计算的流体的流量对流量调节单元120进行控制，来使流体的流量接近目标值。更具体地说，控制单元130所包含的第二控制部将由热式质量流量计110计算的流体的流量与目标值进行比较，将与其结果相应的控制信号发送到阀驱动电路125。

例如，在流体的流量比目标值少的情况下，第二控制部向阀驱动电路125发送控制信号使得通过致动器124来增加流量控制阀121的开度从而使流体的流量增加。反之，在流体的流量比目标值多的情况下，第二控制部向阀驱动电路125发送控制信号使得通过致动器124来减小流量控制阀121的开度从而使流体的流量减少。此外，在上述说明中说明了基于反馈方式的流体的流量控制，但是本实施方式所涉及的热式质量流量控制装置对流体的流量控制不限定于反馈方式，例如也可以通过前馈方式等其它控制方式来执行。

除此以外，在图1所示的实施方式所涉及的热式质量流量控制装置中，第一控制部和第二控制部均包含于控制单元130。然而，这些控制部和/或其它控制部既可以全部像这样作为一个控制单元来实现，也可以分别作为独立的控制单元(控制部)来实现。或者，也可以是，这些控制部和/或其它控制部中的任一个作为一个控制单元来实现，剩余的控制部作为另外的控制单元汇总地实现、或者剩余的控制部分别作为独立的控制单元(控制部)来实现。

根据本实施方式所涉及的热式质量流量控制装置所具备的热式质量流量计，如上所述，能够减少因由从传感器线产生的热引起的构成流量传感器的构件的随时间的变化等所引起的零点变动等问题。其结果，本实施方式所涉及的热式质量流量控制装置能够长期间地维持高控制精度，从而能够发挥高可靠性。

或者，根据本实施方式所涉及的热式质量流量控制装置所具备的热式质量流量计，如上所述，能够在抑制每单位时间的来自传感器线的发热量的增大的同时、增强来自传感器电路的输出信号来使检测信号的S/N比上升，从而能够提高质量流量的测定精度。其结果，本实施方式所涉及的热式质量流量控制装置能够在抑制可靠性的下降等的同时发挥更高的控制精度。

下面，针对本发明的几个实施方式所涉及的热式质量流量计的结构等，时而参照附图来进一步详细地说明。但是，下面叙述的说明只不过是以例示为目的，不应解释为本发明的范围限定于下面的说明。

实施例1

在本实施例中，将本发明的一个实施方式所涉及的热式质量流量计(实施例)与以往技术所涉及的热式质量流量计(比较例)进行了比较，其中，本发明的一个实施方式所涉及的热式质量流量计将具有规定的脉宽和规定的振幅的脉冲电压作为输入信号提供到传感器线，以往技术所涉及的热式质量流量计向传感器线(连续地)施加直流电压。具体地说，在使每单位时间供给到传感器线的电力量一致的状态下，在同一条件下对作为来自实施例和比较例所涉及的各自的热式质量流量计所具备的传感器电路的输出信号强度的输出电压进行比较。

(1)热式质量流量计的结构

实施例和比较例均制作为具有图1所示的结构的热式质量流量控制装置。因而，已说明过这些热式质量流量控制装置的结构，因此在此不重复说明。此外，在实施例和比较例中，均使用镍和铁的合金作为传感器线的材料，均使用前述的SUS316作为传感器管的材料，均使用聚酰亚胺作为覆盖层的材料。

(2)传感器电路的结构

在本实施例中，如上所述，在实施例所涉及的热式质量流量计中向传感器线施加脉冲电压，在比较例所涉及的各自的热式质量流量计中向传感器线施加直流电压，在同一条件下对来自各自的热式质量流量计所具备的传感器电路的输出电压进行比较。因此，在本实施例中，采用了图4所示的传感器电路。如前所述，图4是表示为了将实施例所涉及的热式质量流量计与比较例所涉及的热式质量流量计进行比较而使用的传感器电路的结构的示意图。在图4中，对与图2所示的传感器电路的结构要素对应的结构要素标注与图2相同的标记。

首先，在实施例所涉及的热式质量流量计中，如图4所示，在使开关SW为OFF(断开)的状态下，在点P与点N之间施加24V的电压(将点P侧设为+12V、将点N侧设为-12V)作为用于使传感器线发热的电压。并且，向(与开关SW并联地)插入安装于点P与传感器线之间的晶体管的基极施加由函数发生器生成的具有0.11ms(毫秒)的脉宽和1.0ms的周期的脉冲电压(即，占空比＝1/9)。这样，在实施例所涉及的热式质量流量计中，以1.0ms的周期向传感器线施加具有0.11ms的脉宽和24V的振幅的脉冲电压(参照图5的(a))。

另一方面，在比较例所涉及的热式质量流量计中，在使开关SW为ON(闭合)的状态下，在点P与点N之间施加8V的电压作为用于使传感器线发热的电压。这样，在比较例所涉及的热式质量流量计中，在使开关SW闭合的状态下将上述8V的电压作为直流电压而(连续地)施加于传感器线(即，占空比＝1/1)。

如上所述，在实施例所涉及的热式质量流量计中施加于传感器线的电压(24V)为在比较例所涉及的热式质量流量计中施加于传感器线的电压(8V)的3倍。另一方面，在实施例所涉及的热式质量流量计中施加于传感器线的电压的占空比(1/9)为在比较例所涉及的热式质量流量计中施加于传感器线的电压的占空比(1/1)的1/9。因而，在实施例所涉及的热式质量流量计中每单位时间供给到传感器线的电力量与在比较例所涉及的热式质量流量计中每单位时间供给到传感器线的电力量相等。

此外，在本实施例中，以使实验变得容易为目的，如上所述那样将开关SW插入安装于点P与传感器线117之间。由此，能够在一个传感器电路中进行切换来实现本发明所涉及的作为实施例的热式质量流量计的动作和以往技术所涉及的作为比较例的热式质量流量计的动作。然而，这种结构只不过是为了使实验变得容易而引入的，不应解释为这种结构是实施本发明所必需的。

(3)实验装置的结构

接着，使用图6所示的实验装置来进行如上述那样构成的实施例和比较例所涉及的各自的热式质量流量计中的质量流量的测量实验。如图6所示，使用了氮气(N₂)来作为流体。另外，从流体所流过的流路的上游侧起依次串联地配置有作为对该实验装置中的流体的流量进行控制的基准的质量流量控制装置(基准MFC)以及作为试验用的质量流量控制装置(试验用MFC)的实施例或比较例所涉及的热式质量流量计。

在具有如上所述的结构的实验装置中，基准MFC的入口侧的流路中的流体的压力调节为0.2MPa，试验用MFC的出口侧的流路中的流体的压力设为大气压(出口侧的流路开放)。另外，在基准MFC中，设作为流体的氮气(N₂)的最大流量为3slm，对基准MFC的流量调节单元(流量控制阀)进行控制，来在该最大流量的0％、10％、30％、40％、50％、60％以及67％的设定流量下使流体流通，对各个设定流量下的由试验用MFC进行的流量测定的结果进行记录。此时，设试验用MFC的流量调节单元(流量控制阀)完全打开。即，在本实施例中，试验用MFC不是作为质量流量控制装置(MFC)、而是作为质量流量计(MFM)进行动作。

在上述测量实验中，从实施例所涉及的热式质量流量计所具备的传感器电路经由运算放大器输出的输出信号例如呈现出如图5的(b)所示的波形。在该输出信号的波形中，在施加于传感器线的脉冲电压的上升和下降时识别到钉状的波形，但是当在脉冲电压的上升后经过了规定的期间时，输出信号的波形变为平坦(大致固定)。在本实施例中，使A/D转换器与脉冲电压同步，对从脉冲电压的上升起0.05ms(毫秒)后检测出的电压的值进行采样来作为输出信号强度。此外，认为上述钉状的波形是因呈线圈状地卷绕于传感器管的传感器线的电感引起的。另外，上述“大致固定”是指如前述那样每单位时间的信号强度的变动幅度为规定的阈值以下的状态。即，虽然在图5的(b)所示的波形中没有描绘，但是在输出信号的平坦部分也可能存在例如因噪声引起的信号强度的略微变动，这是不言而喻的。

另一方面，在比较例所涉及的热式质量流量计中，如上述那样向传感器线施加直流电压，因此从传感器电路经由运算放大器输出的输出信号也与以往技术所涉及的热式质量流量计同样地是直流电压。因而，在比较例所涉及的热式质量流量计中，对这种作为直流电压输出的输出信号的电压值进行采样来作为输出信号强度。

(4)测定结果

在下面的表1中列举如上述那样测定出的各种设定流量下的来自实施例和比较例所涉及的各热式质量流量计所具备的传感器电路的输出信号强度(输出电压值)、以及实施例中的输出信号强度与比较例中的输出信号强度的比(E/C)。

[表1]

表1

图7中示出了对表1所示的来自实施例和比较例所涉及的各热式质量流量计所具备的传感器电路的输出信号强度(输出电压值)与设定流量的关系进行绘图而得到的曲线图。根据表1和图7可以明确的是，无论在实施例所涉及的热式质量流量计中还是在比较例所涉及的热式质量流量计中，来自传感器电路的输出信号强度均大致与设定流量成正比。另外，在任一个热式质量流量计中，无论输出电压值的大小，从传感器电路输出的输出波形的平坦部分中的噪声的振幅均固定为约0.1V。

当对在实施例和比较例所涉及的各热式质量流量计中得到的输出信号强度进行比较时，例如，在50％(即，1.5slm)的设定流量下，实施例所涉及的热式质量流量计的输出信号强度为1.031V，与此相对，比较例所涉及的各热式质量流量计的输出信号强度为0.364V。这样，在任一个设定流量下，实施例所涉及的热式质量流量计的输出信号强度相对于比较例所涉及的各热式质量流量计的输出信号强度的倍率均为与施加于传感器线的施加电压的倍率同等的约3倍。

(5)评价

在实施例所涉及的热式质量流量计中，与比较例所涉及的各热式质量流量计相比，施加于传感器线的施加电压的大小增大至3倍，其结果，如上所述，来自传感器电路的输出信号强度也增大至约3倍。另一方面，如上所述，在任一个热式质量流量计中，无论输出信号强度的大小，从传感器电路输出的输出波形的平坦部分中的噪声的振幅均固定为约0.1V。因而，在实施例所涉及的热式质量流量计中，与比较例所涉及的各热式质量流量计相比，流量测定中的S/N比被改进为约3倍。

另一方面，如前所述，在实施例所涉及的热式质量流量计中每单位时间供给到传感器线的电力量与在比较例所涉及的热式质量流量计中每单位时间供给到传感器线的电力量相等。因而，如前所述的与通过来自传感器线的发热对传感器管和流体进行加热相伴的构成流量传感器的构件的随时间的变化等所引起的零点变动等问题至少不会恶化。即，确认了以下情况：根据实施例所涉及的热式质量流量计，能够在抑制因构成流量传感器的构件的随时间的变化等引起的零点变动等问题的恶化的同时、增强来自传感器电路的输出信号来提高检测信号的S/N比，从而能够提高质量流量的测定精度。

此外，在本实施例中，如上所述，在将供给到传感器线的能量(电力量)维持为固定的同时、增大提供到传感器线的输入信号的信号强度(例如，脉冲电压的振幅)，由此在抑制了因来自传感器线的发热引起的各种问题的恶化的同时、提高了来自传感器电路的检测信号的S/N比，从而提高了质量流量的测定精度。然而，也可以通过本发明来在将提供到传感器线的输入信号的信号强度(例如，电压值)维持为固定的同时、减小脉冲信号的占空比来减少供给到传感器线的能量(电力量)。在该情况下，能够在抑制来自传感器电路的输出信号的信号强度的下降的同时、减少每单位时间供给到传感器线的能量(电力量)。其结果，能够在抑制来自传感器电路的检测信号的S/N比的下降来抑制质量流量的测定精度的下降的同时、减轻因构成流量传感器的构件的随时间的变化等引起的零点变动等问题。

在上述内容中，在想要完全地维持来自传感器电路的输出信号的强度来完全地维持质量流量的测定精度的情况下，也可以在不失去通过减小脉冲电压的占空比而产生的供给到传感器线的供给电力的减少效果的范围内，增大施加到传感器线的脉冲电压的振幅。这样，根据本发明，通过分别适当地调整提供到传感器线的脉冲信号的振幅和占空比，能够使因来自传感器线的发热引起的各种问题的程度与质量流量的测定精度适当地取得平衡。

实施例2

在本实施例中，尝试了在实施例1中的比较例所涉及的热式质量流量计中对开关SW进行操作，如开头所叙述的那样通过仅在获取来自传感器电路的输出信号的期间向传感器线供给直流电力来减少传感器线中的消耗电力。因此，在实施例1中的比较例所涉及的热式质量流量计中，测定了从开始和停止向传感器线供给电力起、到达到热平衡状态为止所需的期间。

上述的结果是，在上述热式质量流量计中，从开始向传感器线施加规定的直流电压(8V)到来自传感器电路的输出信号的强度稳定(达到热平衡状态)为止所需的期间大致为10秒。反之，在上述热式质量流量计中，从停止向传感器线施加规定的直流电压(8V)到来自传感器电路的输出信号的强度稳定(达到热平衡状态)为止所需的期间也大致为10秒。

因而，在上述热式质量流量计中如开头所叙述的以往技术那样间歇地向传感器线供给直流电力的情况下，只能大概20秒(＝10秒+10秒)一次地测定流体的质量流量。这种测定频度在期望始终监视流体的精确流量的用途(例如，对在半导体的制造工艺中供给到腔室内的流体(工艺气体)的质量流量进行测定的用途等)中是不足够的，这是不言而喻的。即，若将开头所叙述的以往技术所涉及的方法应用于上述热式质量流量计，虽然能够减少传感器线中的消耗电力，但是无法即时地测定流体的精确流量。

另一方面，在实施例1中的实施例(本发明)所涉及的热式质量流量计中，如上述那样以1.0ms的周期向传感器线施加具有0.11ms的脉宽和24V的振幅的脉冲电压。在该情况下，上述热式质量流量计的热时间常数也相同，达到热平衡状态为止所需的期间也大致为10秒。因而，在该情况下，在达到热平衡状态所需的期间内进行约10000次(＝10秒/1.0ms)的流量测定。

并且，如实施例1中所叙述的那样，在各个脉冲中，获取在脉冲电压上升后经过规定的期间(0.05ms)后输出信号的波形变为平坦(大致固定)时检测出的电压的值来作为输出信号强度。即，在各个脉冲中，瞬间性且局部性地达到热平衡状态，以极短的周期(1.0ms)时时刻刻地测定这种热平衡状态下的流体的质量流量。因而，根据本发明所涉及的热式质量流量计中的流量的测定方法，通过将脉冲信号作为输入信号提供到传感器线，能够大致连续地测定流体的质量流量。

除此以外，如实施例1中所叙述的那样，通过分别地适当调整提供到传感器线的脉冲信号的振幅和占空比，能够使传感器线中的消耗电力的减少效果与质量流量的测定精度的提高效果适当地取得平衡。

以上，以说明本发明为目的，对具有特定的结构的几个实施方式进行了说明，但是本发明的范围不限定于这些例示性的实施方式，也能够在权利要求书和说明书所记载的事项的范围内适当加以修改，这是不言而喻的。

附图标记说明

100：热式质量流量控制装置；110：热式质量流量计；111：传感器电路；112：覆盖层；112a：第一覆盖层；112b：第二覆盖层；112c：第三覆盖层；112d：第四覆盖层；113：电源；114：流路；115：旁路；116：传感器管；117及118：传感器线；117′及118′：电阻元件；119：运算放大器；120：流量调节单元；121：流量控制阀；122：阀口；123：隔膜；124：致动器；125：阀驱动电路；以及130：控制单元。

Claims (4)

1.一种热式质量流量计中的流量的测定方法，该热式质量流量计具备：

流路，流体在该流路中流动；

旁路，其设置于所述流路的中途；

流量传感器，其包括传感器管和一对传感器线，所述传感器管在所述旁路的上游侧从所述流路分支并在所述旁路的下游侧再次与所述流路合流，所述一对传感器线配置为不与流过所述传感器管的流体直接接触且能够对流过所述传感器管的流体进行热传导；

电源，其向所述传感器线提供用于使得从所述传感器线发热的输入信号；以及

传感器电路，其具备包括所述传感器线的桥电路，

该热式质量流量计中的流量的测定方法包括：

将脉冲信号作为所述输入信号提供到所述传感器线，该脉冲信号的信号强度以取第一强度和低于所述第一强度的第二强度中的某一个值的方式随时间而变化；

获取作为向所述传感器线提供所述脉冲信号的结果而从所述传感器电路输出的输出信号中的、与信号强度为所述第一强度的所述输入信号对应且每单位时间的信号强度的变动幅度为规定的阈值以下的部分的输出信号的信号强度，来作为输出信号强度；以及

基于所述输出信号强度，来计算所述流体的流量。

2.一种热式质量流量计，具备：

流路，流体在该流路中流动；

旁路，其设置于所述流路的中途；

流量传感器，其包括传感器管和一对传感器线，所述传感器管在所述旁路的上游侧从所述流路分支并在所述旁路的下游侧再次与所述流路合流，所述一对传感器线配置为不与流过所述传感器管的流体直接接触且能够对流过所述传感器管的流体进行热传导；

电源，其向所述传感器线提供用于使得从所述传感器线发热的输入信号；以及

传感器电路，其具备包括所述传感器线的桥电路，

其中，所述热式质量流量计还具备对所述电源和所述传感器电路进行控制的第一控制部，

通过由所述第一控制部执行根据权利要求1所述的方法，来计算所述流体的流量。

3.根据权利要求2所述的热式质量流量计，其特征在于，

所述传感器线配置于所述传感器管的附近，

所述热式质量流量计还包括覆盖层，该覆盖层配置于所述传感器管的附近的配置有所述传感器线的部分的周围。

4.一种热式质量流量控制装置，具备：

根据权利要求2或3所述的热式质量流量计；

流量调节单元，其对流过所述流路的流体的流量进行控制；以及

第二控制部，其对所述流量调节单元进行控制，

其中，所述第二控制部基于由所述热式质量流量计计算的所述流体的流量对所述流量调节单元进行控制，来使所述流体的流量接近目标值。