JP2000180231A - 流量測定方法、フローセンサ、複合型流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 流量測定結果を補正するための流体温度を正
確に測定し得るようにする。 【解決手段】 所定の時間をおいて間欠的に薄膜ヒータ
３，４を駆動して流体の流量を測定し、薄膜ヒータ３，
４の非駆動時における流体温度検知素子５の出力に基づ
いて薄膜ヒータ３，４の出力を補正するようにした。こ
れにより、薄膜ヒータ３，４の温度に影響されることな
く流体温度検知素子５の信号を取り出すことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流体の流量を測定
する流量測定方法、フローセンサ、複合型流量計に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、特開平４−５５７２号公報、特公
平５−７６５９号公報等に記載されているように、流体
の流量変化に対応する信号を出力する薄膜ヒータ、及び
温度補償を行うために流体の温度変化に対応する信号を
出力する流体温度検知素子を基板に配置したフローセン
サがある。

【０００３】また、特開平５−１６４５８３号公報、特
開平５−３４０９５３号公報、特公平６−１０５１７８
号公報等に記載されているように、流体の流量又は流速
を、流体の温度変化に基づいて温度補償することが提案
されている。

【０００４】さらに、第２５９５３０６号特許公報等に
記載されているように、大流量計としてのフルイディッ
ク流量計に、小流量域の測定を行うフローセンサを組み
込んだ複合型流量計がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】フローセンサの場合、
薄膜ヒータは基板に形成された橋絡部又はダイアフラム
上に形成されて基板から熱的に絶縁されて配列されてい
る。また、流体温度検知素子については、薄膜ヒータと
同様に橋絡部又はダイアフラムの上に配列する構成や、
橋絡部又はダイアフラムから外れた基板上に配列する構
成があるが、何れにしても薄膜ヒータと流体温度検知素
子との距離は非常に短い。その距離は、例えば一辺が３
ｍｍの基板を用いた場合には、１．５ｍｍ程度である。
これにより、薄膜ヒータの駆動時に流体温度検知素子の
出力に基づいて流体の温度を測定すると、薄膜ヒータの
熱が流体温度検知素子に伝わり実際の流体の温度より高
い温度として認識されてしまい、流体の温度を正確に測
定することができない問題がある。

【０００６】本発明は上記の点に鑑みなされたもので、
流体の流量測定結果を補正するための流体温度を正確に
測定し得る流体測定方法、フローセンサ、複合型流量計
を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の流量測定
方法は、基板から熱的に絶縁されて流体の流量変化に対
応する信号を出力する薄膜ヒータ、及び温度補償を行う
ために流体の温度変化に対応する信号を出力する流体温
度検知素子とを前記基板に形成したフローセンサを用
い、前記流体温度検知素子の出力に応じて前記薄膜ヒー
タの出力を補正することにより流体の流量を測定する流
量測定方法において、所定の時間をおいて間欠的に前記
薄膜ヒータを駆動し、前記薄膜ヒータの非駆動時におけ
る前記流体温度検知素子の出力に基づいて前記薄膜ヒー
タの出力を補正する。したがって、薄膜ヒータの温度に
影響されることなく流体温度検知素子の信号を取り出す
ことが可能となる。

【０００８】請求項２記載の流量測定方法は、請求項１
記載の発明において、前記薄膜ヒータを駆動する直前に
前記流体温度検知素子の出力に基づいて前記薄膜ヒータ
の出力を補正する。したがって、流体の温度を測定した
直後に薄膜ヒータを駆動するため、流体の温度を正確に
測定する条件を満足し、且つ、直ちに流量測定に移行す
ることが可能となる。

【０００９】請求項３記載のフローセンサは、基板から
熱的に絶縁されて流体の流量変化に対応する信号を出力
する薄膜ヒータ、及び温度補償を行うために流体の温度
変化に対応する信号を出力する流体温度検知素子とを前
記基板に備え、前記流体温度検知素子の出力に応じて前
記薄膜ヒータの出力を補正することにより流体の流量を
測定するフローセンサにおいて、所定の時間をおいて間
欠的に前記薄膜ヒータを駆動する駆動回路と、前記薄膜
ヒータの非駆動時に前記流体温度検知素子の出力に基づ
いて流体の温度を測定する温度測定回路とを備える。し
たがって、薄膜ヒータの温度に影響されることなく流体
温度検知素子の信号を取り出すことが可能となる。

【００１０】請求項４記載のフローセンサは、請求項３
記載の発明において、前記温度測定回路は前記薄膜ヒー
タが駆動される直前に駆動される。したがって、流体の
温度を測定した直後に流体の流量測定に移行することが
可能となる。

【００１１】請求項５記載のフローセンサは、請求項３
又は４記載の発明において、前記駆動回路と前記温度測
定回路とは独立的に設けられている。したがって、駆動
回路と温度測定回路とを駆動するタイミングがとり易く
なる。

【００１２】請求項６記載の複合型流量計は、請求項３
ないし５の何れか一記載のフローセンサと、前記フロー
センサによる測定流量領域より大流量領域の流体の流量
を測定する大流量計とを備える。したがって、フローセ
ンサにより流量測定をするときに、流体の温度を正確に
測定することが可能となる。

【００１３】請求項７記載の複合型流量計は、前記温度
測定回路の出力により前記大流量計の出力を補正するよ
うにした。したがって、大流量計の温度補償をするため
に、専用の流体温度検知手段を別個に設ける必要がな
い。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態を図面に基
づいて説明する。図１はフローセンサ１の構成を示す平
面図である。このフローセンサ１は、シリコンウエハ等
の基板２の表面に絶縁膜（図示せず）を形成し、その表
面に、薄膜ヒータ３，４、流体温度検知素子５、薄膜ヒ
ータ３，４に接続された導電パターン６，７、温度検知
素子５に接続された導電パターン８等をエッチングによ
り製膜し、さらに、導電パターン６，７，８の一部（ワ
イヤにより後述する回路に接続する一部）を除いて表面
を保護膜（図示せず）で覆うことにより形成されてい
る。薄膜ヒータ３，４、流体温度検知素子５の材料とし
ては、この例では白金が用いられている。

【００１５】また、基板２には、薄膜ヒータ３，４によ
り橋絡部９が形成されるように堀部１０が異方性エッチ
ングをすることにより形成されている。これにより、薄
膜ヒータ３，４は基板２に対して熱的に絶縁されてい
る。

【００１６】本実施の形態におけるフローセンサ１は、
流体の大流量領域の流量を測定する大流量計としてのフ
ルイディック流量計のノズル内を通過する流体の流量又
は流速を検知するようにフルイディック流量計の本体に
組み込まれている。もちろん、フローセンサ１を単体で
使用してもよい。このフルイディック流量計は流れる流
体の流量に応じて出力が変化するセンサ部を備えている
もので、メカニカル構成については公知であるので説明
を省略する。

【００１７】次に、図２を参照して複合型流量計１１の
電気的構成について説明する。図中、１２は大流量計と
してのフルイディック流量計である。フローセンサ１の
薄膜ヒータ３，４には導電パターン６，７（図１参照）
を介して駆動回路１３が接続されている。フローセンサ
１の流体温度測定素子５には導電パターン８（図１参
照）を介して温度測定回路１４が接続されている。フル
イディック流量計１２のセンサ部には駆動回路１５が接
続されている。１６はＣＰＵやメモリを備えたマイクロ
コンピュータ構成の制御部で、駆動回路１３，１５は信
号変換器１７，１８を介して制御部１６に接続されてい
る。１９は制御部１６に接続された表示器である。

【００１８】制御部１６は駆動回路１５に常時駆動信号
を出力する。フルイディック流量計１２のセンサ部から
の信号は信号変換器１８によりデジタル信号に変換され
て制御部１６に入力される。制御部１６は入力された信
号によりガスの流量を演算し、その流量が一定値以下の
場合には、フルイデイック流量計１２による測定結果が
不正確であるものと判断し、フローセンサ１を駆動す
る。

【００１９】以下、フローセンサ１による流量測定につ
いて説明する。本実施の形態では、制御部１６は、定め
られた所定の時間をおいて駆動回路１３を間欠的に駆動
するための信号を駆動回路１３に出力し、駆動回路１３
の非駆動時に温度測定回路１４を駆動するための信号を
出力する。

【００２０】駆動回路１３を駆動したときは、薄膜ヒー
タ３，４に同一の一定電流が流れ、ジュール熱により薄
膜ヒータ３，４の温度が上昇する。この温度は薄膜ヒー
タ３，４にかかる電圧に応じて変化する。流体の流れが
ゼロの場合には薄膜ヒータ３，４にかかる電圧は等し
い。ここで、ガス等の流体が流体温度検知素子５の方向
から流れた場合には、上流側の薄膜ヒータ３はガスによ
り熱が奪われるため、温度及び電圧が下がる。下流側の
薄膜ヒータ４は上流側の薄膜ヒータ３の熱がガスを介し
て伝達されるため温度及び電圧が上昇する。薄膜ヒータ
３，４の電圧値は信号変換器１７によりデジタル信号に
変換されて制御部１６に入力される。

【００２１】温度測定回路１４を駆動したときは、流体
温度検知素子５に一定電流が流れる。流体温度検知素子
５に発生する電圧はガスの温度により変化する。温度測
定回路１４では流体温度検知素子５の電圧に対応する温
度を測定する。その結果は制御部１６に入力される。

【００２２】制御部１６では、信号変換器１７を介して
入力された薄膜ヒータ３，４の電圧の差を演算し、その
値を温度測定回路１４により測定されたガスの温度に応
じて補正する。

【００２３】ここで、実測により得られたフローセンサ
１のセンサ出力（薄膜ヒータ３，４の電圧差）とガスの
流量との関係を図３に示す。図３において、一点鎖線は
６０℃における測定結果、点線は２５℃における測定結
果、実線は−１０℃における測定結果である。この図か
ら分かるように、センサ出力が同じでも流量はガスの温
度により異なるので、細かく分けた温度毎の補正係数を
制御部１６のメモリに記憶しておき、センサ出力から得
られた流量をそのときのガス温度に応じて補正する。

【００２４】ここで、図１に示すフローセンサ１を試験
品として実験した結果について述べる。このフローセン
サ１は一辺が３ｍｍの基板２を用いており、薄膜ヒータ
３と流体温度検知素子５との距離は約１．５ｍｍであ
る。この場合、上流側及び下流側の薄膜ヒータ３，４の
温度が流量ゼロに対応する１７０℃としたとき、薄膜ヒ
ータ３，４の駆動時と非駆動時とでは、流体温度検知素
子５の抵抗変化は１％になった。これは流体温度検知素
子５の出力に基づいて温度に変換した場合に３℃の温度
変化に相当する。このように薄膜ヒータ３，４の熱によ
る影響は基板２を小さくするほど大きくなる。

【００２５】そこで本実施の形態では、所定の時間をお
いて間欠的に薄膜ヒータ３，４を駆動し、薄膜ヒータ
３，４の非駆動時における流体温度検知素子５の出力に
基づいて薄膜ヒータ３，４の出力を補正するようにした
ので、薄膜ヒータ３，４の熱が流体温度検知素子５に伝
わらない状態における流体温度検知素子５の出力に基づ
いて正確に補正することができる。

【００２６】薄膜ヒータ３，４の非駆動時にガスの温度
を測定をする場合、薄膜ヒータ３，４をＯＮからＯＦＦ
にしたときから、流体温度測定素子５が薄膜ヒータ３，
４の熱の影響を受けなくなるまでの数１００ｍｓの時間
を経た後の時点で流体温度検知素子５の出力により温度
を測定することが適切である。

【００２７】或いは、薄膜ヒータ３，４を駆動する直前
に流体温度検知素子５の出力に基づいて薄膜ヒータ３，
４の出力を補正するようにしてもよい。このようにする
ことにより、薄膜ヒータ３，４の熱の影響を受けないと
きにガスの温度を正確に測定することができ、その直後
に時間をおくことなく直ちに薄膜ヒータ３，４を駆動し
て流量測定に移行することができる。

【００２８】実際には、数秒に１回、１００ｍｓほど薄
膜ヒータ３，４を駆動して流量測定を行うが、この流量
測定をガスの温度測定に連続して短時間で行うことがで
きるため、消費電力を低減することができる。

【００２９】また、駆動回路１３と温度測定回路１４と
は独立的に設けられているので、両者を駆動するタイミ
ングがとり易くなる。

【００３０】さらに、フローセンサ１用の温度測定回路
１４の出力によりフルイディック流量計１２の出力を補
正するようにしてもよい。このようにすることにより、
フルイディック流量計の温度補償をするために、専用の
流体温度検知手段を別個に設ける必要がない。

【００３１】なお、薄膜ヒータ３，４の非駆動時におけ
る所定時間内にのみ流体温度検知素子５を駆動して流体
の温度を測定することが省電力の上で最も望ましいが、
薄膜ヒータ３，４の熱の影響を受けずに流体の温度を測
定することのみを目的とするならば、流体温度検知素子
５を常時駆動し、薄膜ヒータ３，４の非駆動時における
所定時間内にのみ流体温度検知素子５の出力を読み取る
ようにしてもよい。

【００３２】

【発明の効果】請求項１及び請求項３記載の発明によれ
ば、所定の時間をおいて間欠的に薄膜ヒータを駆動して
流体の流量を測定し、薄膜ヒータの非駆動時における流
体温度検知素子の出力に基づいて薄膜ヒータの出力を補
正するようにしたので、薄膜ヒータの温度に影響される
ことなく流体温度検知素子の信号を取り出すことができ
る。

【００３３】請求項２及び請求項４記載の発明によれ
ば、薄膜ヒータを駆動する直前に流体温度検知素子の出
力に基づいて薄膜ヒータの出力を補正するようにしたの
で、流体の温度を正確に測定する条件を満足し、且つ、
時間計測等の制御を伴うことなく直ちに流量測定に移行
することができる。

【００３４】請求項５記載の発明によれば、薄膜ヒータ
を駆動する駆動回路と、流体温度測定素子の出力により
温度を測定する温度測定回路とは独立的に設けられてい
るので、駆動回路と温度測定回路とを駆動するタイミン
グをとり易くすることができる。

【００３５】請求項６記載の発明によれば、請求項３な
いし５の何れか一記載のフローセンサと、このフローセ
ンサによる測定流量領域より大流量領域の流体の流量を
測定する大流量計とを備えるので、フローセンサにより
流量測定をするときに、流体の温度を正確に測定するこ
とができる。

【００３６】請求項７記載の発明によれば、フローセン
サ用の温度測定回路の出力により前記大流量計の出力を
補正するようにしたので、大流量計の温度補償をするた
めに、専用の流体温度検知手段を別個に設ける必要がな
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明におけるフローセンサを示す平面図であ
る。

【図２】複合型流量計の電気的構成を示すブロック図で
ある。

【図３】センサ出力と流量との関係を温度毎に示す特性
図である。

【符号の説明】

１ フローセンサ ２ 基板 ３，４ 薄膜ヒータ ５ 流体温度検知素子 １２ 大流量計 １３ 駆動回路 １４ 温度測定回路

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板から熱的に絶縁されて流体の流量変
   化に対応する信号を出力する薄膜ヒータ、及び温度補償
   を行うために流体の温度変化に対応する信号を出力する
   流体温度検知素子を前記基板に形成したフローセンサを
   用い、前記流体温度検知素子の出力に応じて前記薄膜ヒ
   ータの出力を補正することにより流体の流量を測定する
   流量測定方法において、 所定の時間をおいて間欠的に前記薄膜ヒータを駆動し、
   前記薄膜ヒータの非駆動時における前記流体温度検知素
   子の出力に基づいて前記薄膜ヒータの出力を補正するこ
   とを特徴とする流量測定方法。
2. 【請求項２】 前記薄膜ヒータを駆動する直前に前記流
   体温度検知素子の出力に基づいて前記薄膜ヒータの出力
   を補正する請求項１記載の流量測定方法。
3. 【請求項３】 基板から熱的に絶縁されて流体の流量変
   化に対応する信号を出力する薄膜ヒータ、及び温度補償
   を行うために流体の温度変化に対応する信号を出力する
   流体温度検知素子とを前記基板に備え、前記流体温度検
   知素子の出力に応じて前記薄膜ヒータの出力を補正する
   ことにより流体の流量を測定するフローセンサにおい
   て、 所定の時間をおいて間欠的に前記薄膜ヒータを駆動する
   駆動回路と、 前記薄膜ヒータの非駆動時に前記流体温度検知素子の出
   力に基づいて流体の温度を測定する温度測定回路と、を
   備えるフローセンサ。
4. 【請求項４】 前記温度測定回路は前記薄膜ヒータが駆
   動される直前に駆動される請求項３記載のフローセン
   サ。
5. 【請求項５】 前記駆動回路と前記温度測定回路とは独
   立的に設けられている請求項３又は４記載のフローセン
   サ。
6. 【請求項６】 請求項３ないし５の何れか一記載のフロ
   ーセンサと、前記フローセンサによる測定流量領域より
   大流量領域の流体の流量を測定する大流量計とを備える
   複合型流量計。
7. 【請求項７】 前記温度測定回路の出力により前記大流
   量計の出力を補正するようにした請求項６記載の複合型
   流量計。