JP2000250633A - Fluid mass flow rate controller - Google Patents

Fluid mass flow rate controller

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JP2000250633A
JP2000250633A JP11049251A JP4925199A JP2000250633A JP 2000250633 A JP2000250633 A JP 2000250633A JP 11049251 A JP11049251 A JP 11049251A JP 4925199 A JP4925199 A JP 4925199A JP 2000250633 A JP2000250633 A JP 2000250633A
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JP
Japan
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flow rate
gas
fluid
mass flow
flow
Prior art date
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Application number
JP11049251A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshiichi Yokoi
由一 横井
Masao Hayakawa
正男 早川
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HIRAI KK
Original Assignee
HIRAI KK
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fluid mass flow rate controller which never causes the clogging at a flow rate detection part, has high heat resistance and can control even a large flow rate with high accuracy. SOLUTION: A fluid mass flow rate controller 1 consists of an ultrasonic flowmeter 3 which measures the flow rate of gas flowing in a gas pipe 2, a flow rate control valve 4 which controls the flow rate of gas flowing in the pipe 2 and a valve drive control circuit 5 which compares the mass flow rate measured by the flowmeter 3 with the mass flow rate of the target gas and controls the opening degree of the valve 4 to secure the coincidence between both mass flow rates. In such a constitution, the clogging is never caused at a flow rate detection part with high heat resistance, being different from the case where a thermal flow rate sensor is used. In addition, even a large flow rate can be controlled with high accuracy and the pressure loss of a gas flow is never caused at the flow rate detection part.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は光ファイバー製造工
程、半導体製造工程等において反応室に供給される材料
ガス、反応ガス等の流量を制御するために用いる質量流
量コントローラに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a mass flow controller used for controlling a flow rate of a material gas, a reaction gas, and the like supplied to a reaction chamber in an optical fiber manufacturing process, a semiconductor manufacturing process, and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】光ファイバー製造工程、半導体製造工程
等においては反応ガス等の流体を一定の質量流量で反応
室等に供給する必要があり、このために熱式質量流量コ
ントローラが利用されている。図2には従来の熱式質量
流量コントローラの概略構成を示してある。
2. Description of the Related Art In an optical fiber manufacturing process, a semiconductor manufacturing process, or the like, a fluid such as a reaction gas must be supplied to a reaction chamber or the like at a constant mass flow rate. For this purpose, a thermal mass flow controller is used. FIG. 2 shows a schematic configuration of a conventional thermal mass flow controller.

【0003】この図に示すように、従来の質量流量コン
トローラ10は、ガス供給管11に配置された熱式質量
流量センサ12と、ガス供給管11を開閉する流量調整
バルブ13と、このバルブ13の開閉を制御するバルブ
駆動制御回路14とを備えており、ガス供給管11を流
れるガス流量を検出して、当該ガス質量流量が目標質量
流量に一致するように、流量調整バルブ13の開度が調
整される。
As shown in FIG. 1, a conventional mass flow controller 10 includes a thermal mass flow sensor 12 disposed in a gas supply pipe 11, a flow control valve 13 for opening and closing the gas supply pipe 11, and a valve 13. And a valve drive control circuit 14 for controlling the opening and closing of the valve. The valve drive control circuit 14 detects the flow rate of the gas flowing through the gas supply pipe 11, and controls the opening of Is adjusted.

【0004】ここで、熱式質量流量センサ12は、ガス
供給管11に接続された分流管15に取り付けた2つの
抵抗線の抵抗値が、分流管15を流れるガスの質量流量
に応じて変化する熱移動量を電気的な抵抗変化として検
出するものである。
In the thermal mass flow sensor 12, the resistance values of two resistance wires attached to the shunt tube 15 connected to the gas supply tube 11 change according to the mass flow rate of the gas flowing through the shunt tube 15. The detected heat transfer amount is detected as a change in electrical resistance.

【0005】ガス供給管11には分流管15への分流比
を調整するために、通称バイパスと称する部位16が設
けられており、その流量計のフルスケールの大きさによ
ってバイパス16の圧力損失を調整し、フルスケールの
大きさが変わっても分流管15へ分流する流量はほぼ一
定としている。
The gas supply pipe 11 is provided with a portion 16 commonly called a bypass in order to adjust the ratio of the flow to the distribution pipe 15. The pressure loss of the bypass 16 is reduced by the size of the full scale of the flow meter. Adjustment is performed, and even if the size of the full scale changes, the flow rate diverted to the diversion pipe 15 is substantially constant.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
流量コントローラは次のような解決すべき課題がある。
すなわち、ガス供給管に細い分流管を接続して、ガス供
給管を流れるガス流の一部を流量検出部分に導くように
なっている。細い分流管にガスを流す必要があるので、
ガス種によってはこのような細管部分に目詰まりが生ず
るおそれがある。特に、塵や異物等が混在しているガス
の流量を制御する場合にはこのような細管部分に目詰ま
りが発生しやすい。
However, the conventional flow controller has the following problems to be solved.
That is, a thin distribution pipe is connected to the gas supply pipe, and a part of the gas flow flowing through the gas supply pipe is led to the flow rate detection part. Since it is necessary to flow gas through a thin branch pipe,
Depending on the type of gas, clogging may occur in such a thin tube portion. In particular, when controlling the flow rate of a gas in which dust, foreign matter and the like are mixed, clogging is likely to occur in such a thin tube portion.

【0007】また、熱式流量センサは、周囲温度変化の
影響を避けるため、その動作温度は、周囲温度即ちガス
温度よりも通常30℃以上高い温度になっているので、
高温のガスの流量制御には向かいないという問題点があ
る。例えば、熱式質量流量計の場合には摂氏100度程
度を越える温度のガスの流量計測には不向きである。こ
のために、例えば、光ファイバーの製造工程における場
合のようにガス種によっては反応ガスを得るために、液
体材料を摂氏150度程度の高温にして気化させなけれ
ばならない場合があり、このような高温ガスの流量計測
および流量制御を行うことができない。
In order to avoid the influence of the ambient temperature change, the operating temperature of the thermal type flow sensor is usually 30 ° C. or more higher than the ambient temperature, that is, the gas temperature.
There is a problem that it is not suitable for controlling the flow rate of a high-temperature gas. For example, a thermal mass flow meter is not suitable for measuring the flow rate of a gas having a temperature exceeding about 100 degrees Celsius. For this reason, for example, in order to obtain a reactive gas depending on the type of gas, as in the case of an optical fiber manufacturing process, the liquid material must be vaporized at a high temperature of about 150 degrees Celsius. Gas flow measurement and flow control cannot be performed.

【0008】これに加えて、ガス流量が多い場合、例え
ば、500リットル/分程度以上のガス流量の場合に
は、流量制御を精度良く行うことができないという問題
点がある。
In addition, when the gas flow rate is large, for example, when the gas flow rate is about 500 liters / minute or more, there is a problem that the flow rate control cannot be performed accurately.

【0009】本発明の課題は、このような従来の質量流
量コントローラの問題点を解消可能な質量流量コントロ
ーラを提案することにある。
An object of the present invention is to propose a mass flow controller capable of solving such a problem of the conventional mass flow controller.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明の流体質量流量コントローラは、制御対象
の流体を流す流体流通管と、この流体流通管を流れる流
体の流量を測定する超音波流量計と、流体の密度を知る
ための圧力センサーおよび温度センサーと、前記流体流
通管を流れる流体流量を調整するための流量調整バルブ
と、前記超音波流量計の測定値に基づき、前記流体流通
管を流れる流体質量流量が目標質量流量となるように前
記流量調整バルブの開度を制御するバルブ駆動制御手段
とを有することを特徴としている。
In order to solve the above-mentioned problems, a fluid mass flow controller according to the present invention measures a fluid flow pipe through which a fluid to be controlled flows and a flow rate of the fluid flowing through the fluid flow pipe. Ultrasonic flow meter, a pressure sensor and a temperature sensor for knowing the density of the fluid, a flow control valve for adjusting the flow rate of the fluid flowing through the fluid flow pipe, and based on the measurement value of the ultrasonic flow meter, Valve drive control means for controlling the opening of the flow control valve so that the mass flow rate of the fluid flowing through the fluid flow pipe becomes the target mass flow rate.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下に図1を参照して本発明を適
用したガスの質量流量を調整するための流体流量コント
ローラの一例を説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An example of a fluid flow controller for adjusting a mass flow rate of a gas to which the present invention is applied will be described below with reference to FIG.

【0012】本例の流体質量流量コントローラ1は、ガ
ス管2と、このガス管2を流れるガス流量を測定するた
めの超音波流量計3と、ガス管2を経由して流れるガス
流量を調整するための流量調整バルブ4と、ガス管2を
流れるガス流量が目標値に一致するように流量調整バル
ブ4の開度を制御するバルブ駆動制御回路5と、表示・
入力部6を有している。
The fluid mass flow controller 1 of the present embodiment adjusts a gas pipe 2, an ultrasonic flow meter 3 for measuring a gas flow flowing through the gas pipe 2, and a gas flow flowing through the gas pipe 2. A flow control valve 4 for controlling the opening of the flow control valve 4 so that the flow rate of gas flowing through the gas pipe 2 coincides with a target value;
An input unit 6 is provided.

【0013】超音波流量計3は、ガス管2に取り付けた
一対の送受波器31、32と、流体の密度を知るために
取り付けられたガス流の温度および圧力をそれぞれ測定
する温度計33および圧力計34と、これらの送受波器
31、32で受信された超音波並びに測定された温度お
よび圧力に基づき、ガス管2を流れるガス質量流量を算
出する流量演算回路35とを備えている。
The ultrasonic flowmeter 3 includes a pair of transducers 31 and 32 attached to the gas pipe 2 and a thermometer 33 and a thermometer 33 attached to know the density of the fluid, which measure the temperature and pressure of the gas flow, respectively. A pressure gauge 34 and a flow rate calculation circuit 35 for calculating a gas mass flow rate flowing through the gas pipe 2 based on the ultrasonic waves received by the transducers 31 and 32 and the measured temperature and pressure are provided.

【0014】送受波器31、32は、それぞれから出射
した超音波を受信可能な位置に取り付けられており、本
例では図示のようにガス管内周壁で反射した反射波をそ
れぞれ受信可能な配置関係となっている。勿論、直接に
超音波を送受信できるように一対の送受波器を対峙させ
た配置としてもよい。
The transducers 31 and 32 are mounted at positions capable of receiving ultrasonic waves emitted from the respective transducers. In this example, as shown in the figure, the arrangement relation capable of receiving the reflected waves reflected by the inner peripheral wall of the gas pipe is provided. It has become. Of course, a pair of transducers may be arranged to face each other so that ultrasonic waves can be directly transmitted and received.

【0015】流量演算回路35では、送受波器31、3
2で受信された超音波に基づき、伝搬速度差法あるいは
ドップラー法により、ガス流の流速を算出し、算出した
ガス流に基づきガスの体積流量を求める。また、検出さ
れた温度および圧力に基づき、流体の密度を算出し、ガ
スの体積から、その状態における質量流量に換算してい
る。
In the flow rate calculating circuit 35, the transducers 31, 3
Based on the ultrasonic waves received in 2, the flow velocity of the gas flow is calculated by the propagation velocity difference method or the Doppler method, and the volume flow rate of the gas is obtained based on the calculated gas flow. Further, the density of the fluid is calculated based on the detected temperature and pressure, and the volume of the gas is converted into a mass flow rate in that state.

【0016】バルブ駆動制御回路5は、比較・制御部5
1と、バルブドライバ52とを備えており、比較・制御
部51では、流量演算回路35によって算出されたガス
の質量流量と目標とするガスの質量流量を比較して、ガ
スの質量流量が目標とするガスの質量流量に一致するよ
うに、バルブドライバ52を介して流量調整バルブ4の
開度を調整する。
The valve drive control circuit 5 includes a comparison / control unit 5
1 and a valve driver 52. The comparison / control unit 51 compares the mass flow rate of the gas calculated by the flow rate calculation circuit 35 with the mass flow rate of the target gas, and sets the mass flow rate of the gas to the target flow rate. The opening degree of the flow control valve 4 is adjusted via the valve driver 52 so as to match the mass flow rate of the gas.

【0017】目標とするガスの質量流量は、例えば、表
示・入力部6に配置されている流量設定キーあるいは流
量設定ダイヤル61を操作することにより設定できるよ
うにしてもよいし、上位のコントローラ(図示せず)か
ら入力するようにしてもよい。この表示・入力部6の表
示画面62には測定されたガス質量流量を含む各種の情
報が表示される。
The target mass flow rate of the gas may be set, for example, by operating a flow rate setting key or a flow rate setting dial 61 arranged on the display / input section 6, or a higher-level controller ( (Not shown). Various information including the measured gas mass flow rate is displayed on the display screen 62 of the display / input unit 6.

【0018】流量調整バルブ4としては、流量が少ない
場合には電磁式あるいは圧電式の比例バルブを使用し、
流量が多い場合には電磁式を用いたパイロット式バルブ
あるいは電空式のバルブを用いることが望ましい。
When the flow rate is small, an electromagnetic or piezoelectric proportional valve is used as the flow control valve 4.
When the flow rate is large, it is desirable to use a pilot valve using an electromagnetic valve or an electropneumatic valve.

【0019】[0019]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の流体質量
流量コントローラは流体質量流量計として超音波流量計
を採用しているので、従来のコントローラのような分流
管等の細管部分が存在しない。よって、塵等の異物が混
在しているガスの流量制御を行うことが可能になる。ま
た、耐熱性が高いので、高温ガスの流量制御も行うこと
が可能になる。更には、通称バイパスといわれる機構が
存在しないので、圧損が発生することもない。これに加
えて、流量が多い場合においても精度良く流量制御を行
うことが可能になる。
As described above, since the fluid mass flow controller of the present invention employs an ultrasonic flow meter as the fluid mass flow meter, there is no thin tube portion such as a diversion tube unlike the conventional controller. . Therefore, it is possible to control the flow rate of the gas in which foreign matter such as dust is mixed. In addition, since the heat resistance is high, it is possible to control the flow rate of the high-temperature gas. Furthermore, since there is no mechanism commonly called a bypass, no pressure loss occurs. In addition to this, even when the flow rate is large, the flow rate control can be accurately performed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明を適用した流体流量コントローラの主要
部分の概略構成を示す概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a schematic configuration of a main part of a fluid flow controller to which the present invention is applied.

【図2】従来の流量コントローラを示す概略構成図であ
る。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing a conventional flow controller.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 流体流量コントローラ 2 ガス管 3 超音波流量計 31、32 送受波器 33 温度計 34 圧力計 35 流量演算回路 4 流量調整バルブ 5 バルブ駆動制御回路 51 比較・制御部 52 バルブドライバ 6 表示・入力部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fluid flow controller 2 Gas pipe 3 Ultrasonic flow meter 31, 32 Transmitter / receiver 33 Thermometer 34 Pressure gauge 35 Flow rate operation circuit 4 Flow rate adjustment valve 5 Valve drive control circuit 51 Comparison / control unit 52 Valve driver 6 Display / input unit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2F030 CA03 CC11 CD15 CE02 CE04 CE22 CE27 CF05 CF08 CF20 2F031 AC01 AD10 AF10 2F035 DA07 DA09 DA12 DA14 5H307 AA02 BB01 DD01 DD17 EE02 EE07 EE12 FF05 FF12 FF15 GG15 HH04  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 2F030 CA03 CC11 CD15 CE02 CE04 CE22 CE27 CF05 CF08 CF20 2F031 AC01 AD10 AF10 2F035 DA07 DA09 DA12 DA14 5H307 AA02 BB01 DD01 DD17 EE02 EE07 EE12 FF05 FF12 FF15 GG15 HH04

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 制御対象の流体を流す流体流通管と、こ
の流体流通管を流れる流体の流量を測定する超音波流量
計と、流体の密度を知るための圧力センサーおよび温度
センサーと、前記流体流通管を流れる流体質量流量を調
整するための流量調整バルブと、前記超音波流量計の測
定値に基づき、前記流体供給管を流れる流体質量流量が
目標流量となるように前記流量調整バルブの開度を制御
するバルブ駆動制御手段とを有することを特徴とする流
体質量流量コントローラ。
1. A fluid flow pipe for flowing a fluid to be controlled, an ultrasonic flowmeter for measuring a flow rate of the fluid flowing in the fluid flow pipe, a pressure sensor and a temperature sensor for knowing a density of the fluid, and the fluid A flow control valve for adjusting a fluid mass flow rate flowing through the flow pipe; and an opening of the flow rate control valve such that the fluid mass flow rate flowing through the fluid supply pipe becomes a target flow rate based on a measurement value of the ultrasonic flowmeter. And a valve drive control means for controlling the degree.
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Cited By (4)

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