CN110462348B - 质量流量传感器、具备该质量流量传感器的质量流量计以及具备该质量流量传感器的质量流量控制器 - Google Patents

Abstract

为了提供降低了零点波动的质量流量传感器、具备该质量流量传感器的质量流量计以及具备该质量流量传感器的质量流量控制器，本发明的质量流量传感器(20)具备：U形的流路管(23)，其具有底部和从底部连接到端部的两根直线状部，流体从第一端部(21)流向第二端部(22)；以及第一热敏电阻器(24)，其被卷绕在任意一根直线状部；以及第二热敏电阻器(25)，其被设置成与第一热敏电阻器(24)间隔，并靠近端部，被卷绕在第一热敏电阻器(24)所卷绕的直线状部；以及散热部(26)，其隔着第一热敏电阻器(24)，以与第二热敏电阻器(25)成为相反侧的一侧的流路管(23)接触的方式设置。

Description

质量流量传感器、具备该质量流量传感器的质量流量计以及 具备该质量流量传感器的质量流量控制器

技术领域

本发明涉及一种质量流量传感器、具备该质量流量传感器的质量流量计以及具备该质量流量传感器的质量流量控制器。

背景技术

使流体在水平方向上流动的质量流量计或者质量流量控制器是一种将U形的传感器管设置成将U形的底部配置成朝上，并且将一对传感器元件在U形的底部上沿水平方向上并排配置。

另一方面，如果将这样的质量流量计或者质量流量控制器配置成使流体在垂直方向上流动时，如专利文献1中参照图7所说明的那样，存在零点因为热虹吸现象而波动的问题。

热虹吸现象(也称为thermal siphon现象)是在将质量流量计或者质量流量控制器配置成使流体在垂直方向流动，即，将一对传感器元件设置成在垂直方向排列的状态下，在一次侧的流体压力高的情况下，在使用分子量大的气体时发生的现象，被传感器元件所加热的流体在传感器管上升，在主流路(所谓的旁路部)合流后，在主流路被冷却的流体下降，再次流入传感器管的现象。

当发生这种热虹吸现象时，即使没有流体流过质量流量计或者质量流量控制器(零流量)，也因为传感器管中的流体移动，所以传感器元件感测流量，从而发生零点波动。

专利文献1：日本特许公开平11-64060号公报

通过进行专利文献1的对策，即使将质量流量计或者质量流量控制器配置成使流体在垂直方向流动，也可以防止热虹吸现象。

然而，近年来，特别是在半导体领域，搭载有质量流量计或者质量流量控制器的系统的集成已经取得进展，使得在质量流量计或者质量流量控制器被要求小型化的状况下，难以增加传感器管的管长或者添加加热器。

因此，为了使流体在垂直方向上流动的质量流量计或者质量流量控制器，将U形的开口部配置成朝向水平方向，并且通过在U形的一对侧部上沿水平方向上并排配置传感器元件(热敏电阻器)，从而能够抑制由于热虹吸现象引起的零点波动，然而，在需要更高精度的情况下，当流量为零时，由于传感器管的端部所连接的主体块的散热的影响，导致一对传感器元件的热平衡被打破，从而产生零点波动的问题。

另外，零点是指流体不流入质量流量计或者质量流量控制器的情况，并且两个传感器元件所感测的温度不存在差异的状态。

传感器管在零点处的温度分布为两个传感器元件的中间部的温度最高，并且温度随着远离中间部而降低，显示出线对称的峰值。

发明内容

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种降低了零点波动的质量流量传感器、具备该质量流量传感器的质量流量计，以及具备该质量流量传感器的质量流量控制器。

本发明为了实现上述目的，通过以下的结构进行把握。

(1)本发明所涉及的一个技术方案的质量流量传感器具备：U形的流路管，其具有底部和从所述底部连接到所述端部的两根直线状部，流体从端部流向另一个端部；以及第一热敏电阻器，其被卷绕在任意一根所述直线状部；以及第二热敏电阻器，其被设置成与所述第一热敏电阻器间隔，并靠近端部，被卷绕在所述第一热敏电阻器所卷绕的所述直线状部；以及散热部，其隔着所述第一热敏电阻器，以与所述第二热敏电阻器成为相反侧的一侧的所述流路管接触的方式设置。

(2)在上述(1)的结构中，所述质量流量传感器还具备焊接基座，所述焊接基座具有与所述第一热敏电阻器以及所述第二热敏电阻器的端部所连接的端子；所述散热部为所述焊接基座的一部分。

(3)在上述(2)的结构中，所述散热部被固定在所述流路管，所述流路管被保持在所述焊接基座上。

(4)在上述(1)至(3)的任意一个结构中，所述散热部由0度时的导热率为100W/m·K以上的材料所形成。

(5)在上述(1)至(4)的任意一个结构中，其中，所述流路管被配置成使U形的开口侧朝向水平方向。

(6)本发明所涉及的另一个技术方案的质量流量计具备：流体流动的主流路；以及具有(1)至(5)中的任意一个结构的质量流量传感器；以及输出部，用于将与由所述质量流量传感器所检测出的所述流体的流量相关的信号输出到外部；其中，所述质量流量传感器的所述流路管的各个所述端部与所述主流路连接。

(7)本发明所涉及的另一个技术方案的质量流量控制器具备：流体流动的主流路；以及具有(1)至(5)中的任意一个结构的质量流量传感器；以及流量调节阀，其被设置在所述主流路的出口侧，并且基于由所述质量流量传感器所检测出的所述流体的流量，将在所述主流路中流动的流体的流量调节成所设定的流量；其中，所述质量流量传感器的所述流路管的各个所述端部与所述主流路连接。

根据本发明，能够提供一种降低了零点波动的质量流量传感器、具备该质量流量传感器的质量流量计，以及具备该质量流量传感器的质量流量控制器。

附图说明

图1是表示具备本发明所涉及的第一实施方式的质量流量传感器的质量流量控制器的剖面图。

图2是表示本发明所涉及的第一实施方式的质量流量传感器的主要部分的剖面图。

图3是表示具备本发明所涉及的第一实施方式的质量流量传感器的质量流量计的剖面图。

具体实施方式

以下，参照附图，对实施本发明的方式(以下，称为实施方式)进行详细说明。

另外，在整个实施方式的说明中，对相同的要素赋予相同的附图标记。

(第一实施方式)

图1是表示具备本发明所涉及的第一实施方式的质量流量传感器20的质量流量控制器1的剖面图，图2是表示本发明所涉及的第一实施方式的质量流量传感器20的主要部分的剖面图。

另外，图1以及图2中所示出的上侧和下侧表示通常使用时的上侧和下侧。

以下，对质量流量控制器1进行说明，并且，对本实施方式的质量流量传感器20进行说明。

如图1所示，质量流量控制器1具备主体块10和被安装到主体块10上的筐体19。

主体块10具备主流路，该主流路具有第一主流路11，其从成为流体入口的第一开口部10a延伸；以及第二主流路12，其从第一主流路11延伸；以及第三主流路13，其从成为流体出口的第二开口部10b延伸。

另外，在第一开口部10a以及第二开口部10b上，安装有用于与流体流动的配管连接的未图示的连接接头。

第一主流路11成为直线状的流路，其具有从第一开口部10a向第二开口部10b延伸的内径D1。

此外，第二主流路12构成为大致L形的流路，第二主流路12具备：第一流路12a，其从第一主流路11的与第一开口部10a的相反侧的端部11a向第二开口部10b侧直线状地延伸，并且，内径D2小于内径D1；以及第二流路12b，其从第一通道12a的第二开口部10b侧的端部朝向筐体19侧延伸，并且与主体块10的外部连通。

进一步，第三主流路13构成为大致L形的流路，第三主流路13具备：第三流路13a，其从第二开口部10b向第一开口部10a侧直线状地延伸，并且为异直径形状，其中，第二开口部10b侧的内径D3大，第一开口部10a侧的内径D4小；以及第四流路13b，其从第三流路13a的第一开口部10a侧的端部朝向筐体19侧延伸，并且与主体块10的外部连通。

另外，第一主流路11的内径D1和第三主流路13的第三流路13a的第二开口部10b侧的内径D3构成为与用于与配管连接的未图示的连接接头对应的大致相同的内径。

此外，第二主流路12的第一流路12a的内径D2和第三主流路13的第三流路13a的第一开口部10a侧的内径D4构成为大致相同的内径。

并且，质量流量控制器1设置有流量控制阀14，该流量控制阀14被容纳于筐体19内，并且以覆盖与从第一开口部10a侧朝向第二开口部10b并列配置的第二流路12b的外部连通的开口部12ba，以及与第四流路13b的外部连通的开口部13ba的方式设置在主流路的出口(第二开口部10b)侧。

例如，流量控制阀14使用由螺线管驱动的电磁阀或者由压电致动器驱动的压电阀等，并且，流量控制阀14作为流量调节阀发挥作用，流量调节阀基于稍后说明的质量流量传感器20所检测出的流体的流量，将在主流路中流动的流体的流量调节为所设定的流量。

另一方面，主体块10具备：内径小的直线状的第一分支流路11b，其从第一主流路11的中间部向筐体19侧延伸，并与主体块10的外部连通；以及，内径小的直线状的第二分支流路11c，其从第一主流路11的比第一分支流路11b更靠近端部11a侧的位置向筐体19侧延伸，并与主体块10的外部连通；其中，在从第一主流路11内的第一分支流路11b到第二分支流路11c之间，设置了具有恒定流量特性的旁路元件15。

并且，通过第一分支流路11b向稍后说明的质量流量传感器20供给在主流路(第一主流路11)内流动的流体的一部分，通过了质量流量传感器20内的流体通过第二分支流路11c再次合流到主流路(第一主流路11)内。

此外，质量流量控制器1具备被容纳在筐体19中的控制部16。

控制部16具备桥接电路等，其求出稍后说明的质量流量传感器20的第一热敏电阻器24以及第二热敏电阻器25的电阻值，控制部16作为质量流量传感器20的计算部发挥作用，该质量流量传感器20进行根据该电阻值的变化求出在主流路中流动的流体的流量的运算。

此外，控制部16具备：放大电路；以及比较设定流量和在主流路中流动的流量来控制流量控制阀14的比较控制电路等；该控制部16具有进行作为质量流量控制器1的整体控制的功能。

进一步，质量流量控制器1还具备输入/输出部17(例如，输入/输出连接器)，其被设置在筐体19的外周，并电连接到控制部16；其可以接收(输入)从外部设备所输入的与设定流量相关的信号，以及可以向外部设备发送(输出)与主流路中的流体的流量相关的信号。

接下来，参照图2对质量流量传感器20进行详细说明。

如图2所示，质量流量传感器20具备U形的流路管23，其被配置为使U形的开口侧朝向水平方向，其具有底部23B和从底部23B连接到端部(第一端部21和第二端部22)的两根直线状部(直线部22B和直线部22A)，其中，流体从一个端部(也称为第一端部21)流向另一端部(也称为第二端部22)。

另外，本申请中的U形不仅包括在底部具有曲率的形状，还包括底部为直线状的形状(所谓的コ形)。

另外，质量流量传感器20还具备：第一热敏电阻器24，其被卷绕在流路管23的第二端部22侧的直线状部22A上；以及第二热敏电阻器25，其被设置成与第一热敏电阻器24间隔，并靠近第二端部22侧，被卷绕在第一热敏电阻器24所卷绕的直线状部22A上。

另外，从图1所示的主体块10的第一分支流路11b流出的流体被供给到流路管23的第一端部21，并且从流路管23的第二端部22流出的流体被供给到图1所示的主体块10的第二分支流路11c。

进一步，质量流量传感器20还具备焊接基座27，该焊接基座27具有：一对端子27a，其与从被卷绕在直线状部22A上的线圈状的第一热敏电阻器24引出的引线部24a连接；以及一对端子27b，其与从被卷绕在直线状部22A上的线圈状的第二热敏电阻器25引出的引线部25a连接。

另外，通过调节引线部24a以及引线部25a的长度，从而进行第一热敏电阻器24以及第二热敏电阻器25的电阻值的调整。

并且，焊接基座27的一对端子27a以及一对端子27b与控制部16电连接，根据伴随流体在流路管23中流动时的温度变化的第一热敏电阻器24以及第二热敏电阻器25的电阻值的变化，求出在主体块10的主流路中流动的流体的流量。

该焊接基座27具有通过粘合剂固定在U形的流路管23上的两个以上的臂部26A～26E。

并且，通过利用焊接基座27保持作为细径管的流路管23，由于流路管23的形状稳定性提高，因此能够避免流路管23因振动等而受损。

具体而言，焊接基座27具备：臂部26A，其在流路管23的第一端部21侧的直线状部22B的靠近第一端部21的位置延伸，并且通过粘合剂固定在流路管23上；以及一对臂部26B、臂部26C，它们分别在U形的底部的直线状部22C的两端的位置延伸，并且通过粘合剂固定在流路管23上。

此外，焊接基座27还具备臂部26E，其在流路管23的第二端部22侧的直线状部22A的靠近第二端部22的位置延伸，并通过粘合剂固定在流路管23上；以及臂部26D，其隔着第一热敏电阻器24，以与第二热敏电阻器25成为相反侧的一侧的接近第一热敏电阻器24的流路管23接触的方式设置，并通过粘合剂固定，作为焊接基座27的一部分的臂部26D用作散热部26。

因此，作为散热部26发挥作用的臂部26D优选由散热性高的材料所形成。

例如，作为散热部26发挥作用的臂部26D优选由0度时的导热率为100W/m·K以上的材料所形成。

另外，焊接基座27只要使一对端子27a以及一对端子27b等流过电流的部分绝缘即可。

因此，如果作为焊接基座27的基部的部件使用散热性高的金属等的材料，并且使作为其基部的部件与一对端子27a以及一对端子27b等流过电流的部分绝缘，则能够进一步提高经由散热部26的散热性。

并且，以下，对通过设置这样的散热部26，能够抑制质量流量传感器20的零点(零输出)的波动进行说明。

如图1所示，在质量流量传感器20中，由于流路管23(参照图2)的第一端部21以及第二端部22成为主体块10侧，因此第一端部21侧以及第二端部22侧容易向主体块10侧散热，所以配置在主体块10侧的第二热敏电阻器25容易被剥夺热量。

另一方面，位于远离主体块10的位置处的第一热敏电阻器24由于没有向主体块10侧散热，因此没有太多的热量被夺走。

因此，当没有设置散热部26的情况时，流体从第一端部21流向第二端部22侧，通过流体的流动使得第一热敏电阻器24的区域的温度降低，当被第一热敏电阻器24所加热的流体通过第二热敏电阻器25的区域，使得第二热敏电阻器25的区域的温度上升时，第一热敏电阻器24以及第二热敏电阻器25的区域的温度差被消除。

然而，第一热敏电阻器24以及第二热敏电阻器25的区域没有温度差的状态(第一热敏电阻器24以及第二热敏电阻器25的电阻值没有差异的状态)通常意味着流体不流动的状态。

也就是说，当流体流动到消除第一热敏电阻器24以及第二热敏电阻器25的区域之间的温度差的程度时，变为零输出(即，没有流体流动时的输出)，则零输出会波动。

另一方面，当散热部26隔着第一热敏电阻器24，以与第二热敏电阻器25成为相反侧的一侧的流路管23接触的方式设置时，由于第一热敏电阻器24侧向散热部26侧散热，所以能够实现与第二热敏电阻器25侧向主体块10侧散热的状态的相同状态。

也就是说，散热部26起到维持第一热敏电阻器24和第二热敏电阻器25之间的热平衡的作用。

因此，即使流体不流动，第一热敏电阻器24以及第二热敏电阻器25的区域的温度差也成为被消除的状态，并且在流体不流动时，正确地输出零输出。

相反，在流体流动时，由于在第一热敏电阻器24以及第二热敏电阻器25的区域之间产生温差，所以输出与流体的流动对应的输出。

另外，在本实施方式中，已经对焊接基座27的一部分用作散热部26的情况进行了说明，然而，散热部26不必是焊接基座27的一部分，也可以将散热性高的部件单独设置在与臂部26D相同的部位。

此外，在本实施方式中，已经对利用粘合剂将散热部26固定在流路管23上的情况进行了说明，然而，散热部26不必利用粘合剂固定，只要至少与流路管23接触即可。

进一步，在本实施方式中，尽管示出了第一热敏电阻器24以及第二热敏电阻器25被卷绕在流路管23的第二端部22侧上的直线状部22A上，散热部26隔着第一热敏电阻器24，以与第二热敏电阻器25成为相反侧的一侧的流路管23接触的方式设置的情况，然而，该结构也可以设置在第一端部21侧的直线状部22B上。

即，质量流量传感器20也可以是具备：第一热敏电阻器24，其被卷绕在流路管23的第一端部21侧的直线状部22B上；以及第二热敏电阻器25，其被设置为与第一热敏电阻器24间隔，并靠近第一端部21侧，被卷绕在第一热敏电阻器24所卷绕的直线状部22B上；以及散热部26，其以与流路管23上接触的方式设置，该流路管23隔着第一热敏电阻器24，与第二热敏电阻器25成为相反侧的一侧的第一热敏电阻体24接近。

即使这样，由于散热部26对远离主体块10的第一热敏电阻器24侧进行散热，使第一热敏电阻器24侧的温度状态成为与向主体块10侧散热的第二热敏电阻器25侧的温度状态相同的状态，所以也能够发挥与上述同样的效果。

(第二实施方式)

在第一实施方式中，尽管已经对质量流量控制器1的情况进行了说明，然而，第一实施方式中说明的质量流量传感器20并不限定于用于质量流量控制器1，还可以用于质量流量计2中。

因此，作为第二实施方式，对具备第一实施方式的质量流量传感器20的质量流量计2进行说明。

图3是表示具备本发明所涉及的第一实施方式的质量流量传感器20的质量流量计2的剖面图。

另外，图3中所表示的上侧和下侧表示通常使用时的上侧和下侧。

在第二实施方式中，因为基本结构的大部分与第一实施方式相同，因此，在下文中，主要对不同之处进行说明，对于与第一实施方式相同的点有时省略说明。

在质量流量计2中，由于不需要流量控制，所以如图3所示，省略了设置在图1的质量流量控制器1中的流量控制阀14。

此外，伴随着流量控制阀14的省略，也不需要用于向图1所示的流量控制阀14供给流体的第二流路12b以及用于将流体从流量控制阀14供给到第三流路13a的第四流路13b。

因此，将在第一实施方式中设置在主体块10上的第二主流路12以及第三主流路13的部分变更成直接连接在图1所示的第二主流路12的第一流路12a和第三主流路13的第三流路13a的出口侧流路18。

进一步，虽然在第一实施方式中，控制部16具备比较控制电路，该比较控制电路对设定流量和在主流路中流动的流量进行比较，从而控制流量控制阀14，然而，由于也不需要该比较控制电路，所以被省略。

并且，在第一实施方式中，尽管具备与控制部16电连接的输入/输出部17(例如，输入/输出连接器)，其构成为能够接收(输入)与从外部设备所输入的设定流量相关的信号，以及能够将与主流路中的流体的流量相关的信号发送(输出)到外部设备，然而，在质量流量计2中，只要能够向外部设备发送(输出)至少与主流路中的流体的流量相关的信号即可。

因此，在第二实施方式中，作为与控制部16电连接的输出部17A，代替第一实施方式的输入/输出部17，能够将与主流路中的流体的流量相关的信号发送(输出)到外部设备。

然而，由于输出部17A只需要发挥能够将与主流路中的流体的流量相关的信号发送(输出)到外部设备的功能即可，所以，没有必要使其仅具备能够将与主流路中的流体的流量相关的信号发送(输出)到外部设备的功能，也可以使其具备能够从外部设备接收(输入)某些信号的功能。

并且，关于质量流量传感器20，其与第一实施方式的质量流量传感器相同，由此，在使流体在垂直方向上流动的质量流量计2中，与在第一实施方式中所说明的相同，能够实现抑制了零输出的波动的质量流量传感器2。

以上，尽管基于实施方式对本发明进行了说明，然而本发明并不限定于上述的实施方式，当然在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行各种变更。

因此，在不脱离这样的主旨的范围内进行的各种变更的内容也包含在本发明的技术范围内，这对于本领域的技术人员而言根据权利要求书的记载是显而易见的。

附图标记说明

1 质量流量控制器

2 质量流量计

10 主体块

10a 第一开口部

10b 第二开口部

11 第一主流路

11a 端部

11b 第一分支流路

11c 第二分支流路

12 第二主流路

12a 第一流路

12b 第二流路

12ba 开口部

13 第三主流路

13a 第三流路

13b 第四流路

13ba 开口部

14 流量控制阀

15 旁路元件

16 控制部

17 输入/输出部

17A 输出部

18 出口侧流路

19 框体

20 质量流量传感器

21 第一端部

22 第二端部

22A、22B、22C 直线状部

23 流路管

23B 底部

24 第一热敏电阻器

24a 引线部

25 第二热敏电阻器

25a 引线部

26 散热部

26A、26B、26C、26D、26E 臂部

27 焊接基座

27a、27b 一对端子。

Claims (6)

1.一种质量流量传感器，其特征在于具备：

U形的流路管，其具有底部和从所述底部连接到端部的两根直线状部，流体从一个端部流向另一个端部；以及

第一热敏电阻器，其被卷绕在任意一根所述直线状部；以及

第二热敏电阻器，其被卷绕在所述第一热敏电阻器所卷绕的所述直线状部；以及

散热部，其以与所述流路管接触的方式设置，

所述流路管被配置成使U形的开口侧朝向水平方向，

所述第二热敏电阻器被设置成与所述第一热敏电阻器间隔，并与所述第一热敏电阻器相比靠近连接于该第一热敏电阻器所卷绕的所述直线状部的所述端部，

所述散热部被设置为与所述第一热敏电阻器以及所述第二热敏电阻器相比，沿着所述流路管远离连接于所述该第一热敏电阻器所卷绕的所述直线状部的所述端部，

根据伴随所述流体在流体管中流动时的温度变化的所述第一热敏电阻器以及所述第二热敏电阻器的电阻值的变化，求出流体的流量。

2.如权利要求1所述的质量流量传感器，其特征在于，

其中，所述质量流量传感器还具备焊接基座，所述焊接基座具有与所述第一热敏电阻器以及所述第二热敏电阻器的端部所连接的端子；

所述散热部为所述焊接基座的一部分。

3.如权利要求2所述的质量流量传感器，其特征在于，

其中，所述散热部被固定在所述流路管，所述流路管被保持在所述焊接基座上。

4.如权利要求1-3中任意一项所述的质量流量传感器，其特征在于，

其中，所述散热部由0度时的导热率为100W/m·K以上的材料所形成。

5.一种质量流量计，其特征在于具备，

流体流动的主流路；以及

权利要求1至权利要求4中的任意一项所述的质量流量传感器；以及

输出部，用于将与由所述质量流量传感器所检测出的所述流体的流量相关的信号输出到外部；

其中，所述质量流量传感器的所述流路管的各个所述端部与所述主流路连接。

6.一种质量流量控制器，其特征在于具备，

流体流动的主流路；以及

权利要求1至权利要求4中的任意一项所述的质量流量传感器；以及

流量调节阀，其被设置在所述主流路的出口侧，并且基于由所述质量流量传感器所检测出的所述流体的流量，将在所述主流路中流动的流体的流量调节成所设定的流量；

其中，所述质量流量传感器的所述流路管的各个所述端部与所述主流路连接。

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