CN115735100A - 热式流量计、流量控制装置、热式流量测定方法、及热式流量计用程序 - Google Patents

热式流量计、流量控制装置、热式流量测定方法、及热式流量计用程序 Download PDF

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Abstract

为了提供相比以往能够精度更良好地校正由热虹吸现象引起的误差的热式流量计，使其包括：传感器流路(4)，供测定对象的流体流动；上游侧电阻组件(Ru)，设置于所述传感器流路(4)；下游侧电阻组件(Rd)，在所述传感器流路(4)中设置于较所述上游侧电阻组件(Ru)更靠下游侧；传感器输出生成器(5)，基于根据所述上游侧电阻组件(Ru)的变化而输出的上游侧电压(Vu)及根据所述下游侧电阻组件(Rd)的变化而输出的下游侧电压(Rd)，生成与测定对象的流体的流量相应的传感器输出；倾斜影响推断器(6)，至少基于测定对象的流体的普朗特数，对根据所述传感器流路(4)的姿势而在所述传感器输出中产生的倾斜影响进行推断；以及流量算出器(7)，根据所述传感器输出校正所述倾斜影响，算出测定对象的流体的流量。

Description

热式流量计、流量控制装置、热式流量测定方法、及热式流量 计用程序
技术领域
本发明涉及一种热式流量计，所述热式流量计基于从设置于供测定对象的流体流动的传感器流路中的上游侧电阻组件及下游侧电阻组件获得的输出，对测定对象的流量进行测定。
背景技术
例如在半导体制造制程中，为了以所需的恒定流量供给各种气体而使用热式质量流量控制器(mass flow controller)。热式质量流量控制器包括：块体，形成有供气体大致沿规定方向流动的内部流路；对块体设置的热式流量计及流体控制阀；以及控制板，掌管流体控制阀的控制等。
热式流量计包括作为大致U字状毛细管(capillary)的传感器流路，所述传感器流路自作为主流路的内部流路分支并再次与内部流路合流。在该传感器流路中，在块体内的内部流路与流体(气体)的流动方向成为大致相同的朝向的部分，设置有上游侧电阻组件与下游侧电阻组件。控制对各电阻组件施加的电压，以使这些电阻组件的温度恒定。由于施加到各电阻组件的电压差根据在传感器流路中流动的气体的流量发生变化，因此可根据电压差算出气体的流量。
然而，如图10的(a)中箭头所示，像质量流量控制器一样被封装化的流量控制装置将以使气体大致水平方向流动的方式横向放置作为基准进行设计。因此，如图10的(b)中箭头所示，若以使气体沿铅垂方向流动的方式将流量控制装置纵向放置，则因所谓的热虹吸现象，热式流量计的零点输出会根据安装朝向与气体的封入压力而发生偏移。即，作为流量控制装置的输出，应输出零的值，但是因由热虹吸现象而在传感器流路内产生的对流，会输出零以外的值。由于该原因，会产生测定误差。
为了降低这种测定误差，在专利文献1中揭示了在流量控制装置设置陀螺仪传感器(gyrosensor)，进行与所检测到的姿势相应的零点输出的校正。
但是，热虹吸现象不仅受流量控制装置的姿势的影响，而且也受测定对象的气体的压力或热传导率或比热等热物性值的影响，因此专利文献1的校正方法难以以充分的精度实现校正。
现有技术文献
专利文献1：日本专利特表2008-506117号公报
发明内容
鉴于上述的问题，本发明的目的在于提供一种相比以往能够精度更良好地校正由热虹吸现象引起的误差的热式流量计。
即，本发明的热式流量计的特征在于包括：传感器流路，供测定对象的流体流动；上游侧电阻组件，设置于所述传感器流路；下游侧电阻组件，在所述传感器流路中设置于较所述上游侧电阻组件更靠下游侧；传感器输出生成器，基于自包括所述上游侧电阻组件及所述下游侧电阻组件的流量检测电路所输出的电压，生成与测定对象的流体的流量相应的传感器输出；倾斜影响推断器，至少基于测定对象的流体的普朗特数，对根据所述传感器流路的姿势而在所述传感器输出中产生的倾斜影响进行推断；以及流量算出器，根据所述传感器输出校正所述倾斜影响，算出测定对象的流体的流量。
另外，本发明的热式流量测定方法为使用热式流量计的流量测定方法，所述热式流量计包括：传感器流路，供测定对象的流体流动；上游侧电阻组件，设置于所述传感器流路；以及下游侧电阻组件，在所述传感器流路中设置于较所述上游侧电阻组件更靠下游侧，所述热式流量测定方法的特征在于包括：基于自包括所述上游侧电阻组件及所述下游侧电阻组件的流量检测电路所输出的电压，生成与测定对象的流体的流量相应的传感器输出；至少基于测定对象的流体的普朗特数，对根据所述传感器流路的姿势而在所述传感器输出中产生的倾斜影响进行推断；以及根据所述传感器输出校正所述倾斜影响，算出测定对象的流体的流量。
若为这种情况，则所述倾斜影响推断器基于根据测定对象的流体的物性而决定、且受流体的压力或热传导性的影响的值即普朗特数来推断所述倾斜影响，因此能够推断亦掺加有这些影响的所述姿势影响。因此，能够较以往精度更良好地校正由热虹吸现象引起的测定误差。另外，在硬件方面，无需自通常的热式流量计进行变更，仅由软件的变更亦能够校正由热虹吸现象引起的测定误差。
为了亦可对与所述传感器流路内产生的对流的大小相关的影响进行校正，并且为了使所述倾斜影响与施加到所述上游侧电阻组件及所述下游侧电阻组件的各电压相关联，从而可以运算容易地校正传感器输出中所含的所述倾斜影响，所述倾斜影响推断器只要构成为基于测定对象的流体的努塞尔数(Nusselt number)、格拉晓夫数(Grashof number)及普朗特数来推断所述倾斜影响。
作为用于推断所述倾斜影响的各参数的具体的使用方式，可列举：在将努塞尔数设为Nu、将格拉晓夫数设为Gr、将普朗特数设为Pr、将比例常数设为A、将指数设为n的情况下，所述倾斜影响推断器构成为基于Nu＝A(Gr×Pr)n来算出所述倾斜影响。
关于努塞尔数，为了不进行直接测定而是由运算来求出，从而可算出所述倾斜影响，可列举：在将自包括所述上游侧电阻组件的电路输出的上游侧电压设为Vu、将自包括所述下游侧电阻组件的电路输出的下游侧电压设为Vd的情况下，所述传感器输出生成器构成为输出(Vu-Vd)/(Vu+Vd)作为所述传感器输出，所述倾斜影响为因所述传感器流路内的对流而产生的电压差(Vu0-Vd0)，所述倾斜影响推断器构成为根据努塞尔数Nu的值来推断电压差(Vu0-Vd0)，所述努塞尔数Nu的值根据努塞尔数Nu与电压差(Vu0-Vd0)之间的关系式和Nu＝A(Gr×Pr)n算出，所述流量算出器构成为从所述传感器输出的分子(Vu-Vd)减去电压差(Vu0-Vd0)来校正所述倾斜影响。
为了适合于热式流量计中所使用的所述传感器流路并可根据格拉晓夫数Gr及普朗特数Pr准确地算出努塞尔数Nu，只要使用基于实验来算出的指数n即可，例如只要使用指数n为2的算出式Nu＝A(Gr×Pr)2即可。
作为所述倾斜影响推断器中可使用的具体的表达式，在将所述传感器流路的内径设为L、将所述上游侧电阻组件或所述下游侧电阻组件的电阻值设为R、将测定对象的流体的热传导率设为λ、将测定对象的流体的恒压莫耳比热设为Cp、将测定对象的流体的黏性设为η、将测定对象的流体的密度设为ρ、将重力加速度设为g、将测定对象的流体的体积膨胀率设为β、将所述上游侧电阻组件或所述下游侧电阻组件与测定对象的流体的温度差设为ΔT的情况下，Nu＝L×{((Vu0-Vd0)2/R)/L2×ΔT)}/λ，Pr＝Cpη/λ，Gr＝ρgL3βΔT/η2。
作为所述倾斜影响推断器的具体的结构例，可列举：所述倾斜影响推断器包括：压力取得部，取得测定对象的流体的压力P；温度差取得部，取得所述上游侧电阻组件或所述下游侧电阻组件与测定对象的流体的温度差ΔT；努塞尔数算出部，基于所取得的压力P及温度差ΔT，算出格拉晓夫数Gr、普朗特数Pr，并将各值代入Nu＝A(Gr×Pr)n来算出努塞尔数Nu的值；以及零点输出算出部，根据所算出的努塞尔数Nu的值来算出电压差(Vu0-Vd0)。
若为包括本发明的热式流量计、流体控制阀、以及基于设定流量与所述热式流量计所输出的测定对象的流体的流量的偏差来控制所述流体控制阀的开度的阀控制器的流量控制装置，则可基于由热虹吸现象引起的测定误差得到校正后的流量，实现准确的流量控制。
为了将所述上游侧电阻组件及所述下游侧电阻组件的温度保持为恒定，从而可根据此时的上游侧电压及下游侧电压的变化来算出流量，只要包括如下部件即可：上游侧恒温控制电路，具有包括所述上游侧电阻组件的桥接电路；以及下游侧恒温控制电路，具有包括所述下游侧电阻组件的桥接电路。若为这种情况，则可由所述校正方法适宜地校正由倾斜影响引起的零点输出的误差。
作为能够应用本发明的校正方法的其他方式的热式流量传感器，可列举包括如下部件者：桥接电路，包括所述上游侧电阻组件及所述下游侧电阻组件；以及恒电流电路，对所述桥接电路供给恒电流。
对于现有的热式流量计，为了仅由更新程序便可享有与本发明的热式流量计相同的效果，只要使用如下热式流量计用程序即可，所述热式流量计用程序为热式流量传感器中所使用的程序，所述热式流量传感器包括：传感器流路，供测定对象的流体流动；上游侧电阻组件，设置于所述传感器流路；以及下游侧电阻组件，在所述传感器流路中设置于较所述上游侧电阻组件更靠下游侧，所述热式流量计用程序使计算机发挥如下部件的功能：传感器输出生成器，基于根据所述上游侧电阻组件的变化而输出的上游侧电压及根据所述下游侧电阻组件的变化而输出的下游侧电压，生成与测定对象的流体的流量相应的传感器输出；倾斜影响推断器，至少基于测定对象的流体的普朗特数，对根据所述传感器流路的姿势而在所述传感器输出中产生的倾斜影响进行推断；以及流量算出器，根据所述传感器输出校正所述倾斜影响，算出测定对象的流体的流量。
另外，热式流量计用程序可通过电子方式传送，亦可记录于CD、DVD、闪存等程序记录介质中。
如此，本发明的热式流量计基于测定对象的流体的普朗特数来推断倾斜影响，因此还能够考虑到对于倾斜影响的流体的热传导率的不同或压力影响。因此，能够相比以往精度更良好地校正由热虹吸现象引起的流量的测定误差。
附图说明
图1是包括本发明的一实施方式的热式流量计的质量流量控制器的示意性立体图。
图2是同实施方式的质量流量控制器的示意图。
图3是表示同实施方式的热式流量计的传感机构的示意图。
图4是同实施方式的热式流量计及质量流量控制器的功能方块图。
图5是表示同实施方式的对于传感器输出的倾斜影响的校正的概念图。
图6表示同实施方式的努塞尔数、格拉晓夫数、普朗特数之间的关系的测定结果。
图7表示仅格拉晓夫数与努塞尔数之间的关系的测定结果。
图8是基于根据同实施方式的普朗特数及格拉晓夫数算出的努塞尔数来校正零点输出时的实验结果。
图9是基于不使用普朗特数而仅使用格拉晓夫数算出的努塞尔数来校正零点输出时的实验结果。
图10是表示质量流量控制器的安装朝向的示意图。
附图标记说明
200 流量控制装置(质量流量控制器)
IN 流入口
1 块体
V 控制阀
C 控制装置
2 主流路
3 分流组件
100 热式流量计
SP 流量检测电路
Ru 上游侧电阻组件
Rd 下游侧电阻组件
4 传感器流路
5 传感器输出生成器
6 倾斜影响推断器
7 流量算出器
具体实施方式
本实施方式的热式流量计100及包括该热式流量计100的流量控制装置200是用于例如在半导体制造制程中以设定流量对真空腔室内供给包含例如SF6等成分气体的多种各种气体。
如图1所示，流量控制装置200大致呈薄型长方体状的形状，且连接于供成分气体流动的管线而使用。如图2所示，流量控制装置200包括：块体1，与供气体流动的管线连接，形成该管线的一部分的主流路2作为内部流路而形成；热式流量计100，安装于块体1的零件安装面；控制阀V，安装于热式流量计100的下游侧；以及控制装置C，至少掌管控制阀V的控制。即，流量控制装置200是块体1、热式流量计100、控制阀V及控制装置C等流量控制所需的设备经封装化而成的所谓的质量流量控制器。
在此，流量控制装置200如图2所示，块体1大致呈长条长方体形状，且沿着其长条方向形成有主流路2。流量控制装置200将以块体1的长边方向与水平方向一致的方式安装的情况作为基准姿势来设计。换言之，如图10的(b)所示，在以使主流路2内的气体沿着铅垂方向流动的方式将流量控制装置200纵向放置的情况下，自热式流量计100输出的流量的零点输出中会产生由热虹吸现象引起的误差。本实施方式的热式流量计100包括用于校正由热虹吸现象引起的零点输出的误差即倾斜影响的结构。
控制装置C是包括CPU、存储器、A/D转换器、D/A转换器、各种输入输出组件的所谓的计算机，并且构成为执行保存于存储器中的程序而使各设备协同作业，由此发挥热式流量计100的运算器CAL的功能、以及对控制阀的开度进行控制的阀控制器9的功能。阀控制器9对控制阀V的开度进行反馈控制，以使从热式流量计的运算器CAL输出的测定流量与由用户设定的设定流量的偏差变小。
接着，对热式流量计100的详细情况进行说明。
如图2所示，该热式流量计100包括：大致U字状的传感器流路4，自供气体流动的主流路2分支、且在比该分支点更靠下游侧的合流点再次与主流路2合流；流量检测电路SP，检测气体的流量；以及作为阻力体的分流组件3，设置于主流路2中的分支点与合流点之间。
分流组件3是以主流路2及传感器流路4的规定的分流比进行分流的组件，包含具有恒流量特性的旁通组件等阻力构件。作为该分流组件3，可使用将多根细管插入至外管的内部而形成的组件、或者将形成有多个贯通孔的薄的圆板积层多片而形成的组件等。
如图2所示，传感器流路4是作为金属制(例如不锈钢制)的大致U字状的毛细管而形成的流路。在传感器流路4中，在以与主流路2的流动方向即块体1的长条方向平行的方式设置的部分，设置有用于进行气体的流量的检测的流量检测电路SP的一部分。流量检测电路SP是利用由分流到传感器流路4的气体的流动引起的热移动来检测气体的流量。
如图3所示，流量检测电路SP是电阻值伴随温度的变化而增减的发热电阻线，包含卷绕于形成传感器流路4的细管的外周面的线圈即上游侧电阻组件Ru以及在传感器流路4中卷绕于比上游侧电阻组件Ru更靠下游侧的线圈即下游侧电阻组件Rd。在此，上游侧电阻组件与下游侧电阻组件兼作加热器与温度传感器。
而且，该流量检测电路SP是恒温驱动方式的电路，如图3所示，由将上游侧电阻组件Ru设为一部分的桥接电路构成上游侧恒温控制电路CTu，并且由将下游侧电阻组件Rd设为一部分的桥接电路构成下游侧恒温控制电路CTd。
上游侧恒温控制电路CTu包括：上游侧桥接电路，将包含所述上游侧电阻组件Ru及与该上游侧电阻组件Ru串联连接的温度设定用电阻R1的串联电阻群、以及两个固定电阻R2、R3串联连接而成的串联电阻群并联连接而成；以及反馈控制电路，包含运算放大器，所述运算放大器将上游侧电阻组件Ru与温度设定用电阻R1的连接点的电位及两个固定电阻的连接点处的电位的差(Vu)反馈到上游侧桥接电路，以保持上游侧桥接电路的平衡。
下游侧恒温控制电路CTd与上游侧恒温控制电路CTu同样地，包括：下游侧桥接电路，将包含下游侧电阻组件Rd及与该下游侧电阻组件Rd串联连接的温度设定用电阻R1的串联电阻群、以及两个固定电阻R2、R3串联连接而成的串联电阻群并联连接而成；以及反馈控制电路，包含运算放大器，所述运算放大器将下游侧电阻组件Rd与温度设定用电阻R1的连接点的电位及两个固定电阻的连接点的电位的差(Vd)反馈到下游侧桥接电路，以保持下游侧桥接电路的平衡。
在此，上游侧电阻组件Ru及下游侧电阻组件Rd是使用电阻温度系数相同的材料。而且，上游侧电阻组件Ru及下游侧电阻组件Rd是由各反馈控制电路而受到反馈控制，以成为与温度设定用电阻R1相同的电阻值。即，由于电阻值保持恒定，因此可控制各电压Vu、Vd以使上游侧电阻组件Ru及下游侧电阻组件Rd的温度亦被保持为恒定。在本实施方式中，Vu、Vd可作为使上游侧电阻组件Ru、下游侧电阻组件Rd发热而施加的电压即上游侧电压Vu、下游侧电压Vd。
如图4所示，热式流量计100还包括根据自流量检测电路SP输出的上游侧电压Vu、下游侧电压Vd来算出气体的流量的所述运算器CAL。运算器CAL构成为将(Vu-Vd)/(Vu+Vd)设为传感器输出，校正将流量控制装置200例如纵向放置时产生的由热虹吸现象引起的零点输出的误差。
在此，基于运算器CAL的零点输出的校正功能的概略如图5所示。在将流量控制装置200纵向放置、气体的流入口IN朝下的情况下，即便在没有针对流量控制装置200的气体的流出流入时，也因在传感器流路4内产生的气体的对流而产生气体自上游侧电阻组件Ru向下游侧电阻组件Rd的流动。因此，在气体的流入口IN朝下的情况下，校正前的传感器输出中产生正值误差。另外，封入至流量控制装置200内的气体的压力越变高，在校正前的传感器输出中零点输出的误差越变大。同样地，在流量控制装置200的流入口IN朝上的情况下，侦测到因对流而自下游侧电阻组件Rd向上游侧电阻组件Ru的流动，因此校正前的传感器输出成为负值而产生误差。该情况下，也是封入至流量控制装置200内的气体的压力越变高，零点输出的误差越变大。
运算器CAL构成为推断各状态下的零点输出的误差即倾斜影响，并根据校正前的传感器输出来校正倾斜影响，由此接近实际的流量。
以下，一边参照图4的功能方块图，一边说明运算器CAL的详细结构。
运算器CAL至少发挥传感器输出生成器5、倾斜影响推断器6、流量算出器7、受理部8的功能。
传感器输出生成器5构成为输入对上游侧电阻组件Ru及下游侧电阻组件Rd施加的电压即上游侧电压Vu、下游侧电压Vd，将(Vu-Vd)/(Vu+Vd)作为传感器输出进行运算并输出。在此，电压差(Vu-Vd)是根据传感器流路4中流动的气体的流量而变化的值，电压和(Vu+Vd)相当于传感器流路4中流动的气体的温度指标。通过将电压差除以电压和，使传感器输出成为校正了对流量的温度影响的形式。
倾斜影响推断器6至少基于测定对象的气体的普朗特数，对根据传感器流路4的姿势而在传感器输出中产生的倾斜影响进行推断。在本实施方式中，倾斜影响推断器6不仅基于普朗特数来推断倾斜影响，而且还基于气体的努塞尔数、格拉晓夫数来推断倾斜影响。另外，倾斜影响推断器6中输入有由流量控制装置200内所设置的各种传感器或另行于半导体制造制程中所设置的各种传感器获得的气体的压力及温度，倾斜影响推断器6基于这些值输出倾斜影响。
倾斜影响推断器6根据气体的温度、压力、各物性值并由普朗特数及格拉晓夫数算出努塞尔数。而且，基于努塞尔数的值与构成传感器输出的一部分的电压差(Vu-Vd)之间的关系式，将无流动的状态下的电压差(Vu0-Vd0)推断为倾斜影响。为了实现这种功能，倾斜影响推断器6至少包括温度取得部61、压力取得部62、物性值储存部63、努塞尔数算出部64、零点输出算出部65。
温度取得部61取得例如流量控制装置200的块体1上所设置的温度传感器(未图示)的输出信号作为气体的温度，并将该温度输出到努塞尔数算出部64。另外，温度取得部61亦可取得在连接有流量控制装置200的管线所设置的其他温度传感器的信息。
压力取得部62取得对流量控制装置200的主流路内所存在的气体的压力进行测定的压力传感器(未图示)的输出信号。压力传感器例如可设置于流量控制装置200自身并对主流路中流动的气体的压力进行测定，亦可设置于将分别设置于流量控制装置200的前级及后级的开闭阀(未图示)与流量控制装置200之间连接的流路上。压力取得部62将例如在各开闭阀闭合、不存在相对于流量控制装置200的气体的流出或流入的状态下所取得的压力作为封入至流量控制装置200内的气体的压力而输出到努塞尔数算出部64。
在将努塞尔数设为Nu、将格拉晓夫数设为Gr、将普朗特数设为Pr、将比例常数设为A、将指数设为n的情况下，努塞尔数算出部64基于Nu＝A(Gr×Pr)n来算出努塞尔数Nu的值。在此，在本实施方式中，设为比例常数A＝1、指数n＝2。其原因在于：本申请的发明者等人发现，根据图6所示的实验结果，在采用如上所述的值的情况下，可由格拉晓夫数Gr及普朗特数Pr的积，算出努塞尔数Nu。
在此，基于图7所示的测定结果，对未使用普朗特数Pr时的努塞尔数Nu的推断精度进行说明。另外，关于图6及图7的图表，为了能够分别进行比较，使各轴的参考线的间隔以大致相同的单位量一致。如图7所示，虽然努塞尔数Nu与格拉晓夫数Gr之间有相关关系，但在格拉晓夫数Gr的值小的区域中，努塞尔数Nu相对于格拉晓夫数Gr的偏差变大。即，即便在格拉晓夫数Gr与努塞尔数Nu之间算出近似直线，并基于该近似直线由格拉晓夫数Gr推断出努塞尔数Nu，与如本实施方式般由(Gr×Pr)2推断努塞尔数Nu的情况相比较，推断精度亦会大幅劣化。根据图6及图7的比较结果，可确认到：适合于本实施方式的热式流量计100的结构的努塞尔数Nu的算出方法是使用(Gr×Pr)2的方法。
对本实施方式的努塞尔数Nu的算出方法进一步进行详细叙述。在将传感器流路4的内径设为L、将上游侧电阻组件Ru或下游侧电阻组件Rd的电阻值设为R、将测定对象的流体的热传导率设为λ、将测定对象的流体的恒压莫耳比热设为Cp、将测定对象的流体的黏性设为η、将测定对象的流体的密度设为ρ、将重力加速度设为g、将测定对象的流体的体积膨胀率设为β、将上游侧电阻组件Ru或下游侧电阻组件Rd与测定对象的流体的温度差设为ΔT的情况下，格拉晓夫数Gr、普朗特数Pr分别如下所述。
Pr＝Cpη/λ
Gr＝ρgL3βΔT/η2
努塞尔数算出部64基于受理部8自用户受理的气体种类等信息或压力取得部62及温度取得部61所取得的压力及温度，读出储存于物性值储存部63中的恒压莫耳比热Cp、体积膨胀率β、密度ρ等。然后，努塞尔数算出部64将所读出的各物性值、所取得的压力及温度代入所述格拉晓夫数Gr及普朗特数Pr的算出式中，算出各值。最后，努塞尔数算出部64算出格拉晓夫数Gr与普朗特数Pr的积的平方作为努塞尔数Nu。将所算出的努塞尔数Nu输出到零点输出算出部65。
零点输出算出部65基于倾斜影响即无流动的状态下的电压差(Vu0-Vd0)与努塞尔数Nu之间的关系式，算出倾斜影响。具体而言，在将传感器流路4的内径设为L、将上游侧电阻组件Ru或下游侧电阻组件Rd的电阻值设为R、将测定对象的流体的热传导率设为λ、将上游侧电阻组件Ru或下游侧电阻组件Rd与测定对象的流体的温度差设为ΔT的情况下，基于
Nu＝L×{((Vu0-Vd0)2/R)/L2×ΔT)}/λ
零点输出算出部65算出电压差(Vu0-Vd0)。在此，关于(Vu0-Vd0)的正负，在流量控制装置200的气体的入口位于下侧的情况下为正，在气体的入口位于上侧的情况下为负。
流量算出器7针对自传感器输出生成器5输出的校正前的传感器输出(Vu-Vd)/(Vu+Vd)校正倾斜影响推断器6所推断的倾斜影响，并基于校正后的传感器输出来算出气体的流量。即，流量算出器7通过从校正前的电压差(Vu-Vd)减去作为倾斜影响的(Vu0-Vd0)来校正零点输出的偏移，并将校正后的传感器输出{(Vu-Vd)-(Vu0-Vd0)}/(Vu+Vd)代入规定的流量算出函数来算出流量。更具体而言，若将流量设为F、将流量算出函数设为Sens(X)，则以F＝Sens({(Vu-Vd)-(Vu0-Vd0)}/(Vu+Vd))转换为流量。
根据如此构成的热式流量计100及流量控制装置200，如图8的图表所示，对传感器输出精度良好地校正所显现出的倾斜影响，获得准确的流量。在此，图8所示的实测结果显示出针对多种气体种类使流入口IN朝上或朝下时的两类测定结果。如图8的(a)所示，根据气体种类，流量控制装置200内的密封压力越高，零点输出的偏移量越显著地变大，但是，如图8的(b)所示，通过使用本实施方式的校正方法，无论气体种类及密封压力如何，均可大幅降低零点输出的偏移量。认为其原因在于：倾斜影响推断器6基于受流体的压力或热传导性的影响的值即普朗特数来推断倾斜影响，因此不仅可校正由热虹吸现象引起的对流的大小其自身对零点输出造成的影响，而且还可校正由气体种类引起的热传递容易度的差异对零点输出造成的影响。
在此，作为比较例，如图7所示，不使用普朗特数Pr而是仅使用格拉晓夫数Gr来算出努塞尔数Nu，并将校正零点输出后的结果示于图9中。另外，关于图8及图9的图表，为了能够分别进行比较，使各轴的参考线的间隔以大致相同的单位量一致。与图9的(a)所示的未进行任何校正的情况的零点输出相比较，如图9的(b)所示，即便在仅使用格拉晓夫数Gr的情况下，亦可以某种程度校正零点输出。但是，如将图8的(b)及图9的(b)加以比较而得知般，可确认到：在如本实施方式般也使用普朗特数Pr的情况下，尤其是封入的压力高的区域中的校正精度提高。如此，若为本实施方式的热式流量计100，则无论气体种类或封入的气体的压力如何，均可高精度地校正零点输出。
另外，倾斜影响推断器6可基于气体的压力及温度与气体的各物性值来算出倾斜影响的大小，若设定与流量控制装置200的安装朝向相关的信息，则亦可决定作为零点输出而显现出的正负，因此无需使用陀螺仪传感器等在流量控制装置200中通常不使用的附加的传感器。
即，作为硬件，无需自通常的热式流量计进行变更，仅由软件的变更便可精度良好地校正由热虹吸现象引起的测定误差。
对其他实施方式进行说明。
倾斜影响推断器的结构并不限于所述实施方式中所说明的结构。即，倾斜影响推断器可至少基于流体的普朗特数来推断倾斜影响。例如，倾斜影响推断器亦可基于普朗特数与表示零点输出的误差的电压差(Vu0-Vd0)之间的关系式来推断倾斜影响。或者，倾斜影响推断器亦可构成为不使用格拉晓夫数，而是基于努塞尔数与普朗特数之间的关系式来推断倾斜影响。
倾斜影响的表示方法并不限于电压差(Vu0-Vd0)。例如，亦可分别个别地算出零点输出Vu0、Vd0，以便可对上游侧电压Vu、下游侧电压Vd各者个别地进行校正。若为这种情况，则亦可对温度指标Vd+Vu进行校正。
关于流量控制装置的安装朝向或成为测定对象的流体(气体)的种类，用户通过受理部预先进行了设定，但流量控制装置亦可自动取得这些信息。例如，流量控制装置亦可包括陀螺仪传感器，并取得流体的入口的朝向或传感器流路的姿势，从而可自动地设定倾斜影响的正负。此外，亦可根据倾斜角度使倾斜影响的校正量发生变化。另外，由于可根据温度指标Vu+Vd来推断流动的流体的热传导率，因此亦可根据这种值鉴定流体的种类，获得其他所需的物性值。
本发明的热式流量计的校正方法并不限于恒温驱动方式的，例如亦可应用恒电流驱动方式的或其他方式的。例如恒电流驱动方式的热式流量计，只要流量检测电路包括包含所述上游侧电阻组件及所述下游侧电阻组件的桥接电路、以及对所述桥接电路供给恒电流的恒电流电路即可。
此外，只要不违反本发明的主旨，则亦可进行各种变形或实施方式彼此的组合。
工业实用性
按照本发明能够提供一种热式流量计，该热式流量计还考虑了相对于倾斜影响的流体的热传导率的不同或压力影响，相比以往能够精度更良好地校正由热虹吸现象引起的流量的测定误差。

Claims (12)

1.一种热式流量计，其特征在于包括：
传感器流路，供测定对象的流体流动；
上游侧电阻组件，设置于所述传感器流路；
下游侧电阻组件，在所述传感器流路中设置于较所述上游侧电阻组件更靠下游侧；
传感器输出生成器，基于自包括所述上游侧电阻组件及所述下游侧电阻组件的流量检测电路所输出的电压，生成与测定对象的流体的流量相应的传感器输出；
倾斜影响推断器，至少基于测定对象的流体的普朗特数，对根据所述传感器流路的姿势而在所述传感器输出中产生的倾斜影响进行推断；以及
流量算出器，根据所述传感器输出校正所述倾斜影响，算出测定对象的流体的流量。
2.根据权利要求1所述的热式流量计，其特征在于，
所述倾斜影响推断器构成为基于测定对象的流体的努塞尔数、格拉晓夫数及普朗特数来推断所述倾斜影响。
3.根据权利要求2所述的热式流量计，其特征在于，
在将努塞尔数设为Nu、将格拉晓夫数设为Gr、将普朗特数设为Pr、将比例常数设为A、将指数设为n的情况下，所述倾斜影响推断器构成为基于Nu＝A(Gr×Pr)n来算出所述倾斜影响。
4.根据权利要求3所述的热式流量计，其特征在于，
在将自包括所述上游侧电阻组件的电路输出的上游侧电压设为Vu、将自包括所述下游侧电阻组件的电路输出的下游侧电压设为Vd的情况下，所述传感器输出生成器构成为输出(Vu-Vd)/(Vu+Vd)作为所述传感器输出，
所述倾斜影响为因所述传感器流路内的对流而产生的电压差(Vu0-Vd0)，所述倾斜影响推断器构成为根据努塞尔数Nu的值来推断电压差(Vu0-Vd0)，所述努塞尔数Nu的值根据努塞尔数Nu与电压差(Vu0-Vd0)之间的关系式和Nu＝A(Gr×Pr)n算出，
所述流量算出器构成为从所述传感器输出的分子(Vu-Vd)减去电压差(Vu0-Vd0)来校正所述倾斜影响。
5.根据权利要求4所述的热式流量计，其特征在于，指数n为2。
6.根据权利要求4或5所述的热式流量计，其特征在于，
在将所述传感器流路的内径设为L、将所述上游侧电阻组件或所述下游侧电阻组件的电阻值设为R、将测定对象的流体的热传导率设为λ、将测定对象的流体的恒压莫耳比热设为Cp、将测定对象的流体的黏性设为η、将测定对象的流体的密度设为ρ、将重力加速度设为g、将测定对象的流体的体积膨胀率设为β、将所述上游侧电阻组件或所述下游侧电阻组件与测定对象的流体的温度差设为ΔT的情况下，
Nu＝L×{((Vu0-Vd0)2/R)/L2×ΔT)}/λ
Pr＝Cpη/λ
Gr＝ρgL3βΔT/η2。
7.根据权利要求2至6中任意一项所述的热式流量计，其特征在于，
所述倾斜影响推断器包括：
压力取得部，取得测定对象的流体的压力P；
温度差取得部，取得所述上游侧电阻组件或所述下游侧电阻组件与测定对象的流体的温度差ΔT；
努塞尔数算出部，基于所取得的压力P及温度差ΔT，算出格拉晓夫数Gr、普朗特数Pr，并将各值代入Nu＝A(Gr×Pr)n来算出努塞尔数Nu的值；以及
零点输出算出部，根据所算出的努塞尔数Nu的值来算出电压差(Vu0-Vd0)。
8.根据权利要求1至7中任意一项所述的热式流量计，其特征在于，
所述流量检测电路包括：
上游侧恒温控制电路，具有包括所述上游侧电阻组件的桥接电路；以及
下游侧恒温控制电路，具有包括所述下游侧电阻组件的桥接电路。
9.根据权利要求1至7中任意一项所述的热式流量计，其特征在于，
所述流量检测电路包括：
桥接电路，包括所述上游侧电阻组件及所述下游侧电阻组件；以及
恒电流电路，对所述桥接电路供给恒电流。
10.一种流量控制装置，其特征在于包括：
如权利要求1至9中任意一项所述的热式流量计；
流体控制阀；以及
阀控制器，基于设定流量与所述热式流量计所输出的测定对象的流体的流量的偏差，控制所述流体控制阀的开度。
11.一种热式流量测定方法，使用热式流量计，所述热式流量计包括：传感器流路，供测定对象的流体流动；上游侧电阻组件，设置于所述传感器流路；以及下游侧电阻组件，在所述传感器流路中设置于较所述上游侧电阻组件更靠下游侧，
所述热式流量测定方法的特征在于包括：
基于自包括所述上游侧电阻组件及所述下游侧电阻组件的流量检测电路所输出的电压，生成与测定对象的流体的流量相应的传感器输出；
至少基于测定对象的流体的普朗特数，对根据所述传感器流路的姿势而在所述传感器输出中产生的倾斜影响进行推断；以及
根据所述传感器输出校正所述倾斜影响，算出测定对象的流体的流量。
12.一种热式流量计用程序，其特征在于，所述热式流量传感器包括：传感器流路，供测定对象的流体流动；上游侧电阻组件，设置于所述传感器流路；以及下游侧电阻组件，在所述传感器流路中设置于较所述上游侧电阻组件更靠下游侧，所述热式流量计用程序使计算机发挥如下部件的功能：
传感器输出生成器，基于自包括所述上游侧电阻组件及所述下游侧电阻组件的流量检测电路所输出的电压，生成与测定对象的流体的流量相应的传感器输出；
倾斜影响推断器，至少基于测定对象的流体的普朗特数，对根据所述传感器流路的姿势而在所述传感器输出中产生的倾斜影响进行推断；以及
流量算出器，根据所述传感器输出校正所述倾斜影响，算出测定对象的流体的流量。
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