JP2000018993A - 流量計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大量生産したときでも高い測定精度を維持す
る。 【解決手段】 個々のマイクロフローセンサ３４に応じ
た固有の特性データとチェックサムとをＥＥＰＲＯＭ６
０に書き込む。電源投入時等にチェックサムをチェック
し、チェックサムが正しければＥＥＰＲＯＭ６０に記憶
されている特性データをＲＡＭ６１にコピーし、正しく
なければＲＯＭ５９に記憶されている代表特性データを
ＲＡＭ６１にコピーする。ＣＰＵ５７はマイクロフロー
センサ３４の検出信号から、ＲＡＭ６１にコピーされた
特性データに基づいて流量を演算する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、流量計測装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、半導体製造装置においては、各
種のガスが用いられるが、各ガスの供給流路にはこれら
のガスの流量を計測してガスの流量を制御する流量制御
装置が介装されている。特開平６−３４１８８０号公報
には、かかる流量制御装置が開示されている。

【０００３】図７はかかる従来の流量制御装置の構成を
示すブロック図である。図７において、１は流量制御装
置、２はセンサ、３はセンサ２と並列に設けられたガス
流通路であるバイパス、４はバルブ、５はセンサ管、６
ａ、６ｂはサーモレジスタ、７はブリッジ回路、８は増
幅回路、９はガスの流量を設定するためのコントロール
信号入力端子が備えられた設定器、１０は比較制御回
路、１１は流量の表示器、１２は電源である。

【０００４】次に動作について説明する。ガスの流量は
設定器９に設けられたコントロール信号入力端子で流量
を調節することにより設定される。

【０００５】ガスがセンサ管５を通過したとき、そのガ
スの比熱により、サーモレジスタ６ａ、６ｂが冷却され
てその抵抗値が変化する。この２個のサーモレジスタ６
ａ、６ｂの抵抗値変化をブリッジ回路７より出力として
取り出し、その抵抗値の変化量をガスの流量に対応させ
て増幅回路８よりセンサ信号として電気的に出力する。
ガスはバイパス３により分流され、センサ流量との分流
比から総流量が検知される。前記外部に設けられた切り
替えスイッチにより制御モードに設定されたときは、前
記増幅回路８からのセンサ信号を比較制御回路１０で設
定器９の設定信号と比較して、該比較制御回路１０の出
力に基づいて流量制御用のバルブ４を制御して目的の流
量になるように制御する。

【０００６】また、切り替えスイッチにより全開モード
に設定したときはバルブ４が全開し、かかる流量制御装
置は、被測定流体の流量を計測する流量計測装置として
動作する。ところで、被測定流体の流量とセンサ２の検
出信号（ブリッジ回路７の出力）との関係を示す特性デ
ータが図８に示すように曲線になっている場合、折れ線
近似、即ち、検出信号を適当にいくつかに区切り、その
区切った間を直線とみなして流量を算出している。

【０００７】例えば、センサ２の信号レベルａがａ３と
ａ４の間ならば、流量ｂ＝ｂ３＋（（ａ−ａ３）／（ａ
４−ａ３））×（ｂ４−ｂ３）となる。マイコンを使用
した流量計では区切った各ポイントの信号レベルと被測
定流体の流量との関係を示す特性データをテーブルとし
て記憶しておき、センサ２の信号レベルから上の計算式
にて流量を算出している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の流量計測装置は
以上のように構成されているので、大量生産しようとす
ると、センサ管５の材質のばらつきやサーモレジスタ６
ａ，６ｂの巻き付けムラなどの原因により、センサ２の
検出特性にばらつきが生じることが避けられない。ま
た、ブリッジ回路７や増幅回路８にもばらつきは生じ
る。従って被測定流体の同じ流量に対して増幅回路８か
らの質量流量信号が流量計測装置によってばらついてし
まい、製品仕様としての測定精度を高めることができな
い。このように従来の流量計測装置では、このような解
決しなければならない課題があった。

【０００９】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、大量生産したときでも高い測定精
度を維持することが可能な流量計測装置を得ることを目
的とする。また、この発明は不具合が生じたときでも迅
速に対応できる流量計測装置を得ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明に係る流量計測
装置は、前記被測定流体の流量と流量検出手段の検出信
号との関係を示す個々の流量検出手段に応じた固有の特
性データを予め記憶する書き換え可能な第１の記憶手段
と、前記流量検出手段からの検出信号と第１の記憶手段
に記憶されている前記固有の特性データとに基づいて流
量を演算する演算手段とを備えたものである。

【００１１】この発明に係る流量計測装置は、第１の記
憶手段に記憶されている前記固有の特性データが正しい
か否かを判定する判定手段と、前記第１の記憶手段に記
憶されている前記固有の特性データが該判定手段により
誤りと判定されたとき、警報信号を出力する警報信号出
力手段とを備えたものである。

【００１２】この発明に係る流量計測装置は、警報信号
出力手段が警報信号としてエラー表示するものである。

【００１３】この発明に係る流量計測装置は、被測定流
体の流量と流量検出手段の検出信号との関係を示す個々
の流量検出手段の特性を代表する代表特性データを記憶
する第２の記憶手段を備え、演算手段は、記憶手段に記
憶されている流量検出手段に固有の特性データが該判定
手段により誤りと判定されたとき、第１の記憶手段に記
憶されている流量検出手段に固有の特性データの代わり
に、第２の記憶手段に記憶されている前記代表特性デー
タを用いて流量を演算するように構成されたものであ
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
説明する。 実施の形態１．図１は本発明に係る流量計測装置の実施
の形態１の構成を示す図であり、図１において、２１は
流量計測装置である。尚、この流量計測装置２１はソレ
ノイド弁を備え、動作モードに応じてこのソレノイド弁
の開度を調節するようにし、かつ、動作モードを選択で
きるようにもなっている。動作モードについては後述す
る。

【００１５】また、２２は流量計測装置２１の流路ブロ
ック、２３は入口配管接続用ブロック、２５は被測定流
体が流れる円形断面の流路である。また、３１は被測定
流体の流れを整えるステンレス製の整流用金網、３２は
ステンレス製の整流用金網３１を挟持するリング状のス
ペーサ、３３はスペーサ３２を係止するための段部、３
４は被測定流体の流量を検出するマイクロフローセンサ
（流量検出手段）である。なお、この実施の形態１の被
測定流体としては、例えば、空気、窒素、アルゴン、炭
酸、酸素などの気体を対象としているが、本発明の対象
はこれに限られず、液体用の流量計であってもよい。

【００１６】マイクロフローセンサ３４には、例えば、
本願出願人が特願平３−１０６５２８号に係る明細書等
において開示した半導体ダイアフラム構成のものを使用
することができる。すなわち、このマイクロフローセン
サ３４は、図示例を省略するが、発熱部とこの発熱部の
上流側および下流側に配設された２つの温度検出部を有
し、これら２つの温度検出部によって検出される温度の
差を一定に保つために必要な発熱部に対する供給電力か
ら流速に対応する流量を求めたり、あるいは一定電流ま
たは一定電力で発熱部を加熱し、２つの温度検出部によ
って検出される温度の差から流量を求めたりすることが
できるように形成されている。そして、このマイクロフ
ローセンサ３４は、熱絶縁された極めて薄いダイアフラ
ム構造を採用しているため、高速応答、低消費電力とい
う特長を備えている。３５〜３７は例えば合成ゴムから
なるＯリングである。

【００１７】４１は被測定流体の流れを制御するソレノ
イド弁、４２は被測定流体が流れる流路４３と流路４４
とが形成された弁座、４５は流路４３と流路４４とを連
通する弁室、４６は弁室４５に収納されて流路４４を開
閉する弁体、４７は弁体４６に連結された磁性体のプラ
ンジャ、４８は通電されてプランジャ４７を上下させる
ソレノイドコイル、４９は流路ブロック２２と弁座４２
との間をシールするシールリングである。

【００１８】前述の動作モードには全開モード、制御モ
ード及び全閉モードがあり、全開モードは、このソレノ
イド弁４１を全開するモードであり、制御モードはマイ
クロフローセンサ３４によって検出された被測定流体の
流量が所定流量となるようにソレノイド弁４１の開度を
制御するモードであり、全閉モードは被測定流体の流量
がゼロとなるようにソレノイド弁４１を閉止するモード
である。後述する操作により、動作モードを選択でき
る。但し、流量計測用として用いるときは全開モードに
設定する。

【００１９】５１は制御部、５２はマイクロフローセン
サ３４からのセンサ信号を処理する信号処理回路、５３
はソレノイド弁４１を駆動する駆動回路、５４は制御部
５１に所定の指令信号を入力するための入力スイッチ、
５５は現在の運転状態を表示するＬＥＤ表示灯、５６は
被測定流体の流量、動作モード、エラーを文字表示する
４桁の７セグメント表示器（警報信号出力手段）、５７
は信号処理回路５２によって処理された被測定流体の流
量の検出値、入力スイッチ５４からの指令信号を入力
し、これらの信号に基づいて駆動回路５３を制御するＣ
ＰＵ（演算手段、判定手段、警報信号出力手段）、５８
はＣＰＵ５７に電圧、電流を供給するとともにＣＰＵ５
７との間で信号を入出力するためのコネクタ、５９はＲ
ＯＭ（第２の記憶手段）、６０はデータの書き換え可能
なＥＥＰＲＯＭ（第１の記憶手段）、６１は測定された
流量データなどを随時保存するＲＡＭである。

【００２０】尚、ＥＥＰＲＯＭ６０には、各種パラメー
タ、動作モード等とともに、図２に示すような個々のマ
イクロフローセンサ３４に応じた固有の特性データを予
め記憶する。この固有の特性データのＥＥＰＲＯＭ６０
への書き込み手順については後述する。また、ＲＯＭ５
９には、設定操作や演算処理のためのアルゴリズム、制
御プログラムなどとともに、マイクロフローセンサ３４
の信号レベルと被測定流体の流量との代表的な関係を示
す代表特性データをテーブルとして予め書き込む。図３
に示すように個々のマイクロフローセンサ３４がばらつ
く範囲はある程度分かっているので、個々のマイクロフ
ローセンサ３４のばらつきの範囲の中心値を代表特性デ
ータとする。ＥＥＰＲＯＭ６０には、外部からのノイズ
やＣＰＵ５７の誤動作による誤書き込み等により、書き
込みデータが失われてしまうおそれがあるが、このＲＯ
Ｍ５９に一旦書き込んだデータを書き換えることができ
ないので、ＲＯＭ５９には、ノイズやＣＰＵ５７の誤動
作による影響を受けるおそれはなく、ＲＯＭ５９に書き
込まれたデータは安定している。

【００２１】次に入力スイッチ５４の各スイッチとＬＥ
Ｄ表示灯５５の各ランプの機能について説明する。５４
−１は動作モードを切り替えるときに押すＤＲＩＶＥス
イッチであり、通常は押す毎に全閉モードと制御モード
が交互に切り替わるが、全開モードにするときはＤＲＩ
ＶＥスイッチ５４−１を２秒以上押し続ける。５４−２
はイベント設定等、特殊な設定を行うときに押すモード
スイッチ、５４−３、５４−４は、それぞれ設定値を変
更するときに押すダウンスイッチ（▽）、アップスイッ
チ（△）、５４−５は、アップスイッチ５４−４、ダウ
ンスイッチ５４−３により設定値を変更したとき、変更
したその設定値を確定させるときに押すＥＮＴスイッチ
であり、ＥＮＴスイッチ５４−５はアラーム、リセット
や積算リセット等をするスイッチとしても使用される。
５４−６は７セグメント表示器５６の表示内容を切り替
えるときに押すＤＩＳＰスイッチであり、表示内容はＤ
ＩＳＰスイッチ５４−６を押す毎に瞬時ＰＶ値（流量計
測値）→瞬時ＳＰ値（流量設定値）→積算ＰＶ値→瞬時
ＰＶ値→…のように循環して切り替わる。

【００２２】５５−１は７セグメント表示器５６に表示
された内容がＳＰ表示のときに点灯するＳＰランプ、５
５−２は７セグメント表示器５６に表示された内容がＰ
Ｖ表示のときに点灯するＰＶランプ、５５−３は瞬時流
量が設定値に一致している時に点灯し、動作モードが全
開モードのときに点滅するＯＫランプ、５５−４は異常
検出時に点灯するＡＬＡＲＭランプ（警報信号出力手
段）、５５−５は７セグメント表示器５６に表示された
内容が積算流量を示すときに点灯するＬランプ、５５−
６は７セグメント表示器５６に表示された内容が瞬時流
量を示すときに点灯するＬ／ｍｉｎランプである。

【００２３】次に図４のフローチャートに基づいて出荷
時における流量計測装置２１固有の特性データのＥＥＰ
ＲＯＭ６０への書き込み手順について説明する。ステッ
プＳＴ１では、カウント値ｉを０にセットする。ステッ
プＳＴ２では、図２に示すように、調整用の基準流量計
及び（調節用の）流量制御バルブを使用して目標となる
流量Ｑｉを正確に合わせる。

【００２４】ステップＳＴ３では、目標の流量ＱｉをＥ
ＥＰＲＯＭ６０に書き込む。書き込み初回では、流量Ｑ
０（流量ゼロ）が書き込まれる。ステップＳＴ４では、
マイクロフローセンサ３４が実際に検出した検出信号を
信号処理回路５２を通してＣＰＵ５７に入力し、そのデ
ジタル化された信号レベルＶｉをＥＥＰＲＯＭ６０に書
き込む。信号レベルＶｉの書き込み位置は、図５に示す
ように流量Ｑ０〜Ｑｍａｘ のチェックサムＱsum の次
の位置になる。但し、書き込み位置はこれに限定される
ものではない。

【００２５】ステップＳＴ５では、カウント値ｉをイン
クリメントする。ステップＳＴ６では、カウント値ｉが
最大値ｉmax 以下か否かを判定する。カウント値ｉが最
大数ｉmax 未満のときはステップＳＴ２に戻り、同じよ
うにして流量Ｑｉ及び信号レベルＶｉをＥＥＰＲＯＭ６
０に書き込んでいく。カウント値ｉが最大値ｉmax を越
えたときは、ステップＳＴ７に進み、流量Ｑ０〜Ｑmax
のチェックサムＱsum を算出し、その値Ｑsum を図５に
示すように流量Ｑmax の次に書き込む。

【００２６】ステップＳＴ８では、マイクロフローセン
サ３４の検出信号の信号レベルＶ１〜Ｖmax のチェック
サムＶsum を算出し、その値Ｖsum を図５に示すように
信号レベルＶmax の次に書き込む。このようにして個々
の流量計測装置２１に応じた図２に示すような固有の特
性データ及びチェックサムＱsum 、Ｖsum がＥＥＰＲＯ
Ｍ６０に書き込まれる。

【００２７】次に図６のフローチャートに基づいて流量
計測時の動作について説明する。ステップＳＴ１１で
は、電源を投入する。ステップＳＴ１２では、ＥＥＰＲ
ＯＭ６０に記憶されているマイクロフローセンサ３４に
固有の特性データをＲＡＭ６１にコピーする。

【００２８】ステップＳＴ１３では、流量Ｑ０〜Ｑmax
のチェックサムＱsum が正しいかどうかを判定し、ステ
ップＳＴ１４ではマイクロフローセンサ３４の信号レベ
ルＶ０〜Ｖmax のチェックサムＶsum が正しいかどうか
を判定する。チェックサムＱsum 及びチェックサムＶsu
m が正しいときは、ステップＳＴ１５に進み、エラーフ
ラグをクリアする。

【００２９】次に、チェックサムＱsum により、あるい
はチェックサムＶsum により誤りが検出されたときは、
ステップＳＴ１６に進み、ＲＯＭ５９に記憶されている
代表特性データをＲＡＭ６１にコピーする。

【００３０】ステップＳＴ１７では、エラーフラグをセ
ットする。ステップＳＴ１８では、マイクロフローセン
サ３４から流量検出信号を入力し、この流量検出信号か
ら、ＲＡＭ６１にコピーされた特性データに基づいて流
量を演算する。

【００３１】ステップＳＴ１９では、エラーフラグがセ
ットされているかどうかを判定する。エラーフラグがク
リアされているときは、ステップＳＴ２０に進み、７セ
グメント表示器５６に通常の流量を表示させる。尚、Ａ
ＬＡＲＭランプ５５−４が点灯しているときは、これを
消灯する。

【００３２】エラーフラグがセットされているときは、
ステップＳＴ１９からステップＳＴ２１に進み、７セグ
メント表示器５６に流量とエラー表示とを交互に表示さ
せるとともに、ＡＬＡＲＭランプ５５−４を点灯させ
る。尚、ステップＳＴ１３，ＳＴ１４が判定手段に、ス
テップＳＴ１８が演算手段に、ステップＳＴ２１が警報
信号出力手段に相当する。

【００３３】以上のように、この実施の形態１によれ
ば、ＥＥＰＲＯＭ６０に個々のマイクロフローセンサ３
４のばらつきだけでなく信号処理回路５２や流路２５や
整流部品３１，３２，３３などの全てを含めたばらつき
に応じた固有の特性データが予め記憶されているので、
流量計測装置２１に特性ばらつきがあっても流量計測装
置２１に応じた精度の高い流量検出値を得ることができ
るという効果が得られる。

【００３４】また、ＥＥＰＲＯＭ６０に記憶されている
チェックサムに基づいてエラーを検出し、エラーが発生
したときは、エラー表示が行われるので、ノイズやＣＰ
Ｕ５７の誤動作などによってＥＥＰＲＯＭ６０に記憶さ
れている固有の特性データが異常になったときでも、誤
った特性データに基づいて算出された流量を出力し続け
るという事態を回避することができる。

【００３５】また、ＥＥＰＲＯＭ６０に記憶されている
マイクロフローセンサ３４に固有の特性データに異常が
生じたときは、ＲＯＭ５９に記憶されている代表特性デ
ータを用いて流量が演算されるので、精度は必ずしも良
いとはいえないが、異常によって流量の検出が停止する
ことがなく、流量計測装置として全く使えないという事
態を回避することができる。そして、このときは、流量
とエラーとが交互に表示されるので、ＲＯＭ５９に記憶
されている代表特性データに基づいて流量が計測されて
いることを分かりやすく表示することができるという効
果がある。また、ＡＬＡＲＭランプ５５−４を点灯させ
るだけでなくエラー内容の表示も行うので、ユーザにど
んなエラーが発生したかを確実に知らせることができ
る。

【００３６】尚、上記実施の形態１では、動作モードと
して、全閉モードと制御モードと全開モードとを備える
ものとしたが、これに限定されるものではなく、上記の
３つのモード以外の動作モードを備えるものとしても良
い。例えば、シーケンスモードとして予めプログラムさ
れた順に流量制御を行うモードを設けることもできる。
あるいは、所定の弁開度を維持するモードや故障診断用
のモード等も考えられる。

【００３７】さらに、動作モードを選択するものとして
は、上記実施の形態１で示した押しボタン式のＤＲＩＶ
Ｅスイッチ５４−１の他、外部から所定の電圧信号を加
えてそれに応じた動作モードを選択するようにしても良
い。

【００３８】さらにまた、流量等を表示するものとして
は、上記実施の形態１で示した７セグメント表示器５６
の他、液晶表示器でも良いし、流量を数字表示ではなく
棒グラフ表示するような表示器を用いることもできる。
このような数字表示以外の表示器に動作モードを表示す
るには、例えば各モードに応じた時間間隔で点滅表示す
るようにすれば良い。

【００３９】また、上記実施の形態１で調節弁としてソ
レノイド型のものを用いたが、当然のことながらこれに
限られず、電動モータや空気プランジャをアクチュエー
タとして用いたものや、ボール弁、バタフライ弁等を用
いたもの等、様々な応用例を採用することが可能であ
る。

【００４０】

【発明の効果】以上のように、この発明に係る流量計測
装置によれば、流量計測装置に特性ばらつきがあっても
精度の高い流量検出値を得ることができるという効果が
得られる。

【００４１】この発明に係る流量計測装置によれば、ノ
イズや誤動作などによって第１の記憶手段に記憶されて
いる固有の特性データに異常が生じたときでも、誤った
特性データに基いて算出された流量を出力し続けるとい
う事態を回避することができる。

【００４２】この発明に係る流量計測装置によれば、第
２の記憶手段に記憶されている流量検出手段の基準特性
データに基づいて流量が計測されていることを分かりや
すく表示することができるという効果がある。

【００４３】この発明に係る流量計測装置によれば、継
続して流量の表示を行うことができ、流量計測装置とし
て全く使えないという事態を回避することができるとい
った効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１による流量計測装置を
示す構成図である。

【図２】図１のＥＥＰＲＯＭに書き込まれたマイクロフ
ローセンサの信号レベルと流量との関係を示す個々のマ
イクロフローセンサに応じた固有の特性データを示す説
明図である。

【図３】図１のＲＯＭに書き込まれているマイクロフロ
ーセンサの信号レベルと流量との代表的な関係を示す代
表特性データを示す説明図である。

【図４】図１の流量計測装置の出荷時における固有の特
性データをＥＥＰＲＯＭへ書き込むときの手順を示すフ
ローチャートである。

【図５】図１の流量計測装置の出荷時における固有の特
性データを書き込んだときのＥＥＰＲＯＭ内部の記憶位
置を示す説明図である。

【図６】図１の流量計測装置の計測時の動作を示すフロ
ーチャートである。

【図７】従来の流量制御装置の構成を示すブロック図で
ある。

【図８】従来の流量制御装置における流量とセンサから
出力された信号レベルとの関係を示す特性データの説明
図である。

【符号の説明】

２５ 流路 ３４ マイクロフローセンサ（流量検出手段） ５５−４ ＡＬＡＲＭランプ（警報信号出力手段） ５６ ７セグメント表示器（警報信号出力手段） ５７ ＣＰＵ（演算手段、判定手段、警報信号出力手
段） ５９ ＲＯＭ（第２の記憶手段） ６０ ＥＥＰＲＯＭ（第１の記憶手段）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流路に流れる被測定流体の流量を検出す
   る流量検出手段を備えた流量計測装置において、 前記被測定流体の流量と流量検出手段の検出信号との関
   係を示す個々の流量検出手段に応じた固有の特性データ
   を予め記憶する書き換え可能な第１の記憶手段と、 前記流量検出手段からの検出信号と第１の記憶手段に記
   憶されている前記固有の特性データとに基づいて流量を
   演算する演算手段とを備えたことを特徴とする流量計測
   装置。
2. 【請求項２】 第１の記憶手段に記憶されている前記固
   有の特性データが正しいか否かを判定する判定手段と、 前記第１の記憶手段に記憶されている前記固有の特性デ
   ータが該判定手段により誤りと判定されたとき、警報信
   号を出力する警報信号出力手段とを備えたことを特徴と
   する請求項１記載の流量計測装置。
3. 【請求項３】 警報信号出力手段は警報信号としてエラ
   ー表示することを特徴とする請求項２記載の流量計測装
   置。
4. 【請求項４】 被測定流体の流量と流量検出手段の検出
   信号との関係を示す個々の流量検出手段の特性を代表す
   る代表特性データを記憶する第２の記憶手段を備え、 演算手段は、記憶手段に記憶されている流量検出手段に
   固有の特性データが該判定手段により誤りと判定された
   とき、第１の記憶手段に記憶されている流量検出手段に
   固有の特性データの代わりに、第２の記憶手段に記憶さ
   れている前記代表特性データを用いて流量を演算するよ
   うに構成されたことを特徴とする請求項２または請求項
   ３記載の流量計測装置。