JP2008039588A - Flow sensor and mass flow controller - Google Patents

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信一 池
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昭司 上運天
Masanori Anzai
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce an effect from an external heat source such as a valve by arranging a temperature sensor on the upstream side and a temperature sensor on the downstream side at an equal distance from the external heat source. <P>SOLUTION: A mass flow controller has a flow sensor 4a arranged in a channel 6a, and the valve 5a for controlling the flow rate of fluid. The flow sensor 4a has the temperature sensor arranged on the upstream side of the fluid and the temperature sensor arranged on the downstream side. The temperature sensor on the upstream side and the temperature sensor on the downstream side are arranged at the equal distance from the valve 5a which is the external heat source. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、流体の流速または流量を計測する熱式のフローセンサ、およびこのフローセンサを用いて流体の流量を制御するマスフローコントローラに関するものである。   The present invention relates to a thermal flow sensor that measures the flow rate or flow rate of a fluid, and a mass flow controller that controls the flow rate of a fluid using the flow sensor.

従来より、流体の流速または流量を計測する熱式のフローセンサが提案されており(例えば、特許文献1、特許文献2参照)、フローセンサとバルブを組み合わせて流体の流量を制御するマスフローコントローラが製品化されている。
図11(A)は従来のマスフローコントローラの構成を示す平面図、図11(B)は図11(A)のマスフローコントローラのA−A線断面図である。図11(A)、図11(B)において、1は本体ブロック、2はセンサパッケージ、3はセンサパッケージ2のヘッド部、4はフローセンサ、5はバルブ、6は本体ブロック1の内部に形成された流路、7は流路6の入口側の開口、8は流路6の出口側の開口である。
Conventionally, thermal flow sensors that measure the flow rate or flow rate of fluid have been proposed (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2), and a mass flow controller that controls the flow rate of fluid by combining a flow sensor and a valve has been proposed. It has been commercialized.
FIG. 11A is a plan view showing a configuration of a conventional mass flow controller, and FIG. 11B is a cross-sectional view of the mass flow controller of FIG. 11A and 11B, 1 is a main body block, 2 is a sensor package, 3 is a head portion of the sensor package 2, 4 is a flow sensor, 5 is a valve, and 6 is formed inside the main body block 1. The flow path 7 is an opening on the inlet side of the flow path 6, and 8 is an opening on the outlet side of the flow path 6.

流体は、開口7から流路6に流入してバルブ5を通過し、開口8から排出される。このとき、フローセンサ4は流体の流速または流量を計測する。
図12(A)はフローセンサ4の構成を示す平面図、図12(B)は図12(A)のフローセンサ4のB−B線断面図である。図12(A)、図12(B)において、40は基台となるシリコンチップ、41はシリコンチップ40の上面に空間42を設けて薄肉状に形成された例えば窒化シリコンからなるダイアフラム、43はダイアフラム41の上に形成された金属薄膜の発熱体(ヒータ)、44はダイアフラム41上のヒータ43の上流側に形成された金属薄膜の感熱抵抗体(温度センサ)、45はダイアフラム41上のヒータ43の下流側に形成された温度センサ、46は周囲温度センサ(金属薄膜の感熱抵抗体)、47はダイアフラム41を貫通するスリット、P1〜P6は電極パッドである。
The fluid flows into the flow path 6 from the opening 7, passes through the valve 5, and is discharged from the opening 8. At this time, the flow sensor 4 measures the flow velocity or flow rate of the fluid.
12A is a plan view showing the configuration of the flow sensor 4, and FIG. 12B is a cross-sectional view of the flow sensor 4 in FIG. 12A and 12B, reference numeral 40 denotes a silicon chip as a base, 41 denotes a diaphragm made of, for example, silicon nitride formed in a thin shape by providing a space 42 on the upper surface of the silicon chip 40, and 43 denotes A metal thin film heating element (heater) formed on the diaphragm 41, 44 is a metal thin film thermal resistor (temperature sensor) formed on the upstream side of the heater 43 on the diaphragm 41, and 45 is a heater on the diaphragm 41. A temperature sensor formed on the downstream side of 43, 46 is an ambient temperature sensor (a metal thin film thermal resistor), 47 is a slit that penetrates the diaphragm 41, and P1 to P6 are electrode pads.

ヒータ43や温度センサ44〜46は例えば窒化シリコンからなる薄膜の絶縁層48により覆われている。周囲温度センサ46は、ヒータ43からの熱の影響を受けずに、流体の温度を検出できるところに配置される。周囲温度センサ46は、周囲温度、つまり流体の温度が変化したとき、その変化を補償するために用いられるものである。
フローセンサ4は、図12(A)に示した面が下になるようにしてセンサパッケージ2のヘッダ部3に搭載され、計測対象の流体に晒されるように本体ブロック1に装着される。
The heater 43 and the temperature sensors 44 to 46 are covered with a thin insulating layer 48 made of, for example, silicon nitride. The ambient temperature sensor 46 is disposed where the temperature of the fluid can be detected without being affected by the heat from the heater 43. When the ambient temperature, that is, the temperature of the fluid changes, the ambient temperature sensor 46 is used to compensate for the change.
The flow sensor 4 is mounted on the header portion 3 of the sensor package 2 with the surface shown in FIG. 12A facing down, and is mounted on the main body block 1 so as to be exposed to the fluid to be measured.

フローセンサ4による流量計測の原理を述べる。ヒータ43は周囲温度より一定の温度高くなるように駆動され、温度センサ44,45は定電流または定電圧で駆動される。計測対象の流体の流速が零のときには温度センサ44,45の温度は同一になり、温度センサ44,45の抵抗値に差は生じない。計測対象の流体の流れがあるときには、上流に位置する温度センサ44は、ヒータ43の方向へ向かう流体の流れにより熱が運び去られるので冷却される。一方、下流に位置する温度センサ45は、ヒータ43の方向からの流体の流れによって熱せられる。これにより、温度センサ44と45の抵抗値に差が生じ、この抵抗値の差を電圧差として検出することにより、計測対象の流体の流速又は流量に応じた出力が求められる。そこで、予め流路断面平均流速または流量とセンサ出力回路によって検出される電圧差との関係を校正しておけば、センサ出力回路が検出した電圧差から実際の流路断面平均流速または流量を計測することができる。   The principle of flow measurement by the flow sensor 4 will be described. The heater 43 is driven so as to be a constant temperature higher than the ambient temperature, and the temperature sensors 44 and 45 are driven with a constant current or a constant voltage. When the flow velocity of the fluid to be measured is zero, the temperatures of the temperature sensors 44 and 45 are the same, and there is no difference between the resistance values of the temperature sensors 44 and 45. When there is a fluid flow to be measured, the temperature sensor 44 located upstream is cooled because heat is carried away by the fluid flow toward the heater 43. On the other hand, the temperature sensor 45 located downstream is heated by the flow of fluid from the direction of the heater 43. As a result, a difference occurs between the resistance values of the temperature sensors 44 and 45, and by detecting the difference between the resistance values as a voltage difference, an output corresponding to the flow rate or flow rate of the fluid to be measured is obtained. Therefore, if the relationship between the flow path cross-section average flow velocity or flow rate and the voltage difference detected by the sensor output circuit is calibrated in advance, the actual flow cross-section average flow velocity or flow rate is measured from the voltage difference detected by the sensor output circuit. can do.

マスフローコントローラの図示しない制御回路は、フローセンサ4の電圧出力から流体の流量を求め、この流量の値を予め設定された値と比較し、この比較結果に基づいてバルブ5への駆動電流を出力する。こうして、バルブ5を駆動することにより、流体の流量が設定値と一致するように制御される。   A control circuit (not shown) of the mass flow controller obtains the flow rate of the fluid from the voltage output of the flow sensor 4, compares the flow rate value with a preset value, and outputs a drive current to the valve 5 based on the comparison result. To do. Thus, by driving the valve 5, the flow rate of the fluid is controlled to coincide with the set value.

特開平5−99722号公報JP-A-5-99722 特開2002−340646号公報JP 2002-340646 A

図11(A)、図11(B)に示した従来のマスフローコントローラでは、上流側の温度センサ44と下流側の温度センサ45とバルブ5とが直線上に配置されている。このような配置構造では、特にバルブ5がソレノイドバルブである場合、バルブ5を駆動したときに発生する熱によって、フローセンサ4が形成する温度分布が歪められてしまい。流量計測に誤差が生じるという問題点があった。   In the conventional mass flow controller shown in FIGS. 11A and 11B, the upstream temperature sensor 44, the downstream temperature sensor 45, and the valve 5 are arranged on a straight line. In such an arrangement structure, particularly when the valve 5 is a solenoid valve, the temperature distribution formed by the flow sensor 4 is distorted by the heat generated when the valve 5 is driven. There was a problem that an error occurred in the flow measurement.

つまり、温度センサ45はバルブ5の近くにあり、温度センサ44は温度センサ45に比べてバルブ5から遠くなっている。このため、バルブ5から発生する熱が温度センサ44,45に与える影響は同一ではなく、バルブ5に近い温度センサ45の方が影響を受けやすい。バルブ5から発生する熱の影響がない場合には、温度センサ44と45の温度差は流体の流量(流速)に比例するが、バルブ5から発生する熱の影響がある場合には、温度センサ44と45の温度差は流量のみを反映したものではなくなるので、流量計測に誤差が発生する。   That is, the temperature sensor 45 is near the valve 5, and the temperature sensor 44 is farther from the valve 5 than the temperature sensor 45. For this reason, the influence of the heat generated from the valve 5 on the temperature sensors 44 and 45 is not the same, and the temperature sensor 45 close to the valve 5 is more susceptible. When there is no influence of the heat generated from the valve 5, the temperature difference between the temperature sensors 44 and 45 is proportional to the flow rate (flow velocity) of the fluid, but when there is an influence of the heat generated from the valve 5, the temperature sensor Since the temperature difference between 44 and 45 does not reflect only the flow rate, an error occurs in the flow rate measurement.

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、バルブ等の外部熱源からの影響を低減することができるフローセンサおよびマスフローコントローラを提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a flow sensor and a mass flow controller that can reduce the influence from an external heat source such as a valve.

本発明は、発熱手段を有し、流体の流れに起因する熱の授受による2点間の温度差又は奪われる熱量の差を求めることによって前記流体の流速又は流量を計測するフローセンサにおいて、前記流体の上流側に配置された温度センサと、前記流体の下流側に配置された温度センサとを有し、前記上流側の温度センサと前記下流側の温度センサとを外部熱源から等距離に配置したものである。
また、本発明のマスフローコントローラは、前記フローセンサと、前記流体の流量を制御する、前記外部熱源であるバルブと、前記上流側の温度センサと前記下流側の温度センサの温度差から前記流体の流量を求めて、この流量の値に基づいて前記バルブを駆動する制御回路とを有するものである。
The present invention provides a flow sensor for measuring the flow velocity or flow rate of the fluid by obtaining a temperature difference between two points or a difference in the amount of heat deprived due to heat transfer due to the flow of the fluid. A temperature sensor disposed on the upstream side of the fluid; and a temperature sensor disposed on the downstream side of the fluid; and the upstream temperature sensor and the downstream temperature sensor are disposed at an equal distance from an external heat source. It is a thing.
Further, the mass flow controller of the present invention includes the flow sensor, a valve that is the external heat source that controls the flow rate of the fluid, a temperature difference between the upstream temperature sensor and the downstream temperature sensor. And a control circuit for determining the flow rate and driving the valve based on the value of the flow rate.

本発明によれば、上流側の温度センサと下流側の温度センサとを外部熱源から等距離に配置したことにより、外部熱源の熱が2つの温度センサに与える影響はほぼ同一となるので、外部熱源の熱がセンサ特性に与える影響を低減することができ、流体の流量を正しく計測することができる。   According to the present invention, since the upstream temperature sensor and the downstream temperature sensor are arranged at the same distance from the external heat source, the influence of the heat of the external heat source on the two temperature sensors becomes almost the same. The influence of the heat of the heat source on the sensor characteristics can be reduced, and the fluid flow rate can be correctly measured.

[第1の実施の形態]
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1(A)は本発明の第1の実施の形態に係るマスフローコントローラの構成を示す平面図、図1(B)は図1(A)のマスフローコントローラのI−I線断面図、図1(C)は図1(A)のマスフローコントローラのII−II線断面図である。図1において、1aは本体ブロック、2aはセンサパッケージ、3aはセンサパッケージ2aのヘッド部、4aはフローセンサ、5aはバルブ、6aは本体ブロック1aの内部に形成された流路、7aは流路6aの入口側の開口、8aは流路6aの出口側の開口である。
[First Embodiment]
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1A is a plan view showing the configuration of the mass flow controller according to the first embodiment of the present invention, FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line I-I of the mass flow controller of FIG. (C) is the II-II sectional view taken on the line of the mass flow controller of Drawing 1 (A). In FIG. 1, 1a is a main body block, 2a is a sensor package, 3a is a head portion of the sensor package 2a, 4a is a flow sensor, 5a is a valve, 6a is a flow path formed inside the main body block 1a, and 7a is a flow path. 6a is an opening on the inlet side, and 8a is an opening on the outlet side of the flow path 6a.

流体は、開口7aから流路6aに流入してバルブ5aを通過し、開口8aから排出される。後述のように、バルブ5aは流体の流量を制御する。
フローセンサ4aの構成は図12(A)、図12(B)に示したフローセンサ4と同一である。フローセンサ4aは、図12(A)に示した面が下になるようにしてセンサパッケージ2aのヘッダ部3aに搭載される。そして、フローセンサ4aを搭載したセンサパッケージ2aは、本体ブロック1aに装着される。このとき、フローセンサ4aは、計測対象の流体に晒されるように、流路6aの内部に突き出すようにして配置される。
The fluid flows into the flow path 6a from the opening 7a, passes through the valve 5a, and is discharged from the opening 8a. As will be described later, the valve 5a controls the flow rate of the fluid.
The configuration of the flow sensor 4a is the same as that of the flow sensor 4 shown in FIGS. 12 (A) and 12 (B). The flow sensor 4a is mounted on the header portion 3a of the sensor package 2a so that the surface shown in FIG. The sensor package 2a on which the flow sensor 4a is mounted is mounted on the main body block 1a. At this time, the flow sensor 4a is disposed so as to protrude into the flow path 6a so as to be exposed to the fluid to be measured.

図2はフローセンサ4aの定温度差回路の回路図である。ヒータ43と周囲温度センサ46と3つの固定抵抗R1,R2,R3とはブリッジ回路を構成し、このブリッジ回路と抵抗R4とコンデンサC1とオペアンプOP1とで定温度差回路を構成している。オペアンプOP1は、ブリッジ回路の抵抗R1とヒータ43の中点電圧を反転入力とするとともに、抵抗R2と抵抗R3の中点電圧を非反転入力とする。このオペアンプOP1の出力は、抵抗R1,R2の一端に共通に接続されている。抵抗R1,R2,R3は、ヒータ43が周囲温度センサ46よりも常に一定温度高くなるように抵抗値が設定されている。   FIG. 2 is a circuit diagram of a constant temperature difference circuit of the flow sensor 4a. The heater 43, the ambient temperature sensor 46, and the three fixed resistors R1, R2, and R3 form a bridge circuit, and the bridge circuit, the resistor R4, the capacitor C1, and the operational amplifier OP1 form a constant temperature difference circuit. The operational amplifier OP1 uses the midpoint voltage of the resistor R1 of the bridge circuit and the heater 43 as an inverting input and the midpoint voltage of the resistors R2 and R3 as a non-inverting input. The output of the operational amplifier OP1 is commonly connected to one ends of the resistors R1 and R2. The resistance values of the resistors R1, R2, and R3 are set so that the heater 43 is always higher than the ambient temperature sensor 46 by a constant temperature.

図3はフローセンサ4aのセンサ出力回路の回路図である。2つの温度センサ44,45と2つの固定抵抗R5,R6とはブリッジ回路を構成し、このブリッジ回路とオペアンプOP2とでセンサ出力回路を構成している。なお、温度センサ44と固定抵抗R6の位置を入れ替えても良い。   FIG. 3 is a circuit diagram of a sensor output circuit of the flow sensor 4a. The two temperature sensors 44 and 45 and the two fixed resistors R5 and R6 constitute a bridge circuit, and the bridge circuit and the operational amplifier OP2 constitute a sensor output circuit. Note that the positions of the temperature sensor 44 and the fixed resistor R6 may be interchanged.

図2に示す定温度差回路のブリッジ回路への通電によってヒータ43を周囲温度よりもある一定の高い温度に加熱した状態で流体を図1(A)、図1(B)、図12(A)、図12(B)の矢印方向に流すと、ダイアフラム41は流体によってその流速に比例して熱を奪われるため、ヒータ43も熱を奪われて抵抗値が下がる。このため、定温度差回路のブリッジ回路の平衡状態が崩れるが、オペアンプOP1によってその反転入力と非反転入力間に生じる電圧に応じた出力電圧がブリッジ回路に加えられるので、流体によって奪われた熱を補償するようにヒータ43の発熱量が増加する。その結果、ヒータ43の抵抗値が上昇することにより、定温度差回路のブリッジ回路は平衡状態に戻る。したがって、平衡状態にあるブリッジ回路にはその流速に応じた電圧が加えられていることになる。   1A, FIG. 1B, FIG. 12A when the heater 43 is heated to a certain higher temperature than the ambient temperature by energizing the bridge circuit of the constant temperature difference circuit shown in FIG. ), When flowing in the direction of the arrow in FIG. 12B, the diaphragm 41 is deprived of heat in proportion to its flow rate by the fluid, so the heater 43 is also deprived of heat and the resistance value decreases. For this reason, although the equilibrium state of the bridge circuit of the constant temperature difference circuit is broken, the output voltage corresponding to the voltage generated between the inverting input and the non-inverting input is applied to the bridge circuit by the operational amplifier OP1, and therefore the heat deprived by the fluid The amount of heat generated by the heater 43 increases so as to compensate for the above. As a result, when the resistance value of the heater 43 increases, the bridge circuit of the constant temperature difference circuit returns to the equilibrium state. Therefore, a voltage corresponding to the flow velocity is applied to the bridge circuit in an equilibrium state.

流体の流れによってヒータ43近傍の温度分布が崩れると、ヒータ43の上流側に位置する温度センサ44と下流側に位置する温度センサ45との間に温度差が生じるので、温度センサ44と45の抵抗値に差が生じる。図3に示すセンサ出力回路は、この抵抗値の差を電圧差として検出する。2つの温度センサ44,45の温度差は流体の流速に比例する。そこで、予め流路断面平均流速または流量とセンサ出力回路によって検出される電圧差との関係を校正しておけば、センサ出力回路が検出した電圧差から実際の流路断面平均流速または流量を計測することができる。   When the temperature distribution in the vicinity of the heater 43 collapses due to the flow of fluid, a temperature difference occurs between the temperature sensor 44 located upstream of the heater 43 and the temperature sensor 45 located downstream, so that the temperature sensors 44 and 45 A difference occurs in the resistance value. The sensor output circuit shown in FIG. 3 detects this difference in resistance value as a voltage difference. The temperature difference between the two temperature sensors 44 and 45 is proportional to the fluid flow rate. Therefore, if the relationship between the flow path cross-section average flow velocity or flow rate and the voltage difference detected by the sensor output circuit is calibrated in advance, the actual flow cross-section average flow velocity or flow rate is measured from the voltage difference detected by the sensor output circuit. can do.

図3に示すマスフローコントローラの制御回路9は、フローセンサ4aのセンサ出力回路の電圧出力から上記のようにして流体の流量を求め、この流量の値を予め設定された値と比較し、この比較結果に基づいてバルブ5aへの駆動電流を出力する。こうして、バルブ5aを駆動することにより、流体の流量が設定値と一致するように制御される。   The control circuit 9 of the mass flow controller shown in FIG. 3 obtains the flow rate of the fluid as described above from the voltage output of the sensor output circuit of the flow sensor 4a, compares this flow rate value with a preset value, Based on the result, the drive current to the valve 5a is output. Thus, by driving the valve 5a, the flow rate of the fluid is controlled to coincide with the set value.

前述のとおり、本実施の形態においても、フローセンサ4aの構成は従来のフローセンサ4と同一である。ただし、本実施の形態では、フローセンサ4aの温度センサ44,45を外部熱源であるバルブ5aから等距離に配置した点が従来と異なる。このような配置に応じて、流路6aはフローセンサ4aに達する前に90度折れ曲がり、フローセンサ4aを通過したところで再び90度折れ曲がるといったように、いわゆるクランク状の形状をしている。これにより、温度センサ44は上流側に配置され、温度センサ45は下流側に配置される。つまり、図12(A)、図12(B)に示した従来のマスフローコントローラと図1(A)、図1(B)に示した本実施の形態のマスフローコントローラでは、センサパッケージ2aを配置する角度が90度異なり、図1(A)では温度センサ44が上側に配置され、温度センサ45が下側に配置されることになる。   As described above, also in the present embodiment, the configuration of the flow sensor 4 a is the same as that of the conventional flow sensor 4. However, the present embodiment differs from the prior art in that the temperature sensors 44 and 45 of the flow sensor 4a are arranged at an equal distance from the valve 5a that is an external heat source. According to such an arrangement, the flow path 6a has a so-called crank shape such that it bends 90 degrees before reaching the flow sensor 4a and bends 90 degrees again after passing through the flow sensor 4a. Accordingly, the temperature sensor 44 is disposed on the upstream side, and the temperature sensor 45 is disposed on the downstream side. That is, in the conventional mass flow controller shown in FIGS. 12A and 12B and the mass flow controller of the present embodiment shown in FIGS. 1A and 1B, the sensor package 2a is arranged. The angle differs by 90 degrees, and in FIG. 1A, the temperature sensor 44 is disposed on the upper side and the temperature sensor 45 is disposed on the lower side.

本実施の形態では、温度センサ44,45をバルブ5aから等距離に配置したので、バルブ5aの駆動時に熱が発生しても、この熱が温度センサ44,45に与える影響はほぼ同一となる。したがって、温度センサ44と45の温度差は流体の流量のみを反映したものとなるので、バルブ5aから発生する熱がセンサ特性に与える影響を低減することができ、流体の流量を正しく計測して制御することができる。
なお、本実施の形態では、温度センサとして感熱抵抗体を用いたが、サーモパイルを用いてもよい。
In the present embodiment, since the temperature sensors 44 and 45 are arranged at an equal distance from the valve 5a, even if heat is generated when the valve 5a is driven, the influence of the heat on the temperature sensors 44 and 45 is almost the same. . Accordingly, since the temperature difference between the temperature sensors 44 and 45 reflects only the flow rate of the fluid, the influence of the heat generated from the valve 5a on the sensor characteristics can be reduced, and the flow rate of the fluid can be measured correctly. Can be controlled.
In the present embodiment, the thermal resistor is used as the temperature sensor, but a thermopile may be used.

[第2の実施の形態]
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。図4(A)は本発明の第2の実施の形態に係るフローセンサ4aの構成を示す平面図、図4(B)は図4(A)のフローセンサ4aのB−B線断面図である。図4(A)、図4(B)において、50は基台となるシリコンチップ、51はシリコンチップ50の上面に空間52を設けて薄肉状に形成された例えば窒化シリコンからなるダイアフラム、53,54はダイアフラム51の上に形成された金属薄膜の発熱体、55,56は周囲温度センサ、57はダイアフラム51を貫通するスリット、P1〜P6は電極パッドである。発熱体53,54は、ヒータと温度センサを兼ねている。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. 4A is a plan view showing the configuration of the flow sensor 4a according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 4B is a cross-sectional view of the flow sensor 4a in FIG. is there. 4A and 4B, reference numeral 50 denotes a silicon chip as a base, 51 denotes a diaphragm made of, for example, silicon nitride formed in a thin shape by providing a space 52 on the upper surface of the silicon chip 50, 53, 54 is a metal thin film heating element formed on the diaphragm 51, 55 and 56 are ambient temperature sensors, 57 is a slit that penetrates the diaphragm 51, and P1 to P6 are electrode pads. The heating elements 53 and 54 serve as a heater and a temperature sensor.

本実施の形態は、第1の実施の形態で用いたフローセンサ4aの別の例を示すものである。フローセンサ4aの配置は第1の実施の形態で説明したとおりである。したがって、発熱体53は上流側に配置され、発熱体54は下流側に配置される。つまり、図1(A)の場合で説明すれば、発熱体53が上側に配置され、発熱体54が下側に配置されることになる。   The present embodiment shows another example of the flow sensor 4a used in the first embodiment. The arrangement of the flow sensor 4a is as described in the first embodiment. Accordingly, the heating element 53 is disposed on the upstream side, and the heating element 54 is disposed on the downstream side. That is, in the case of FIG. 1A, the heating element 53 is arranged on the upper side and the heating element 54 is arranged on the lower side.

図5は図4のフローセンサ4aの定温度差回路及びセンサ出力回路の回路図である。発熱体53と周囲温度センサ55と固定抵抗R7,R8,R9とはブリッジ回路を構成し、このブリッジ回路と抵抗R10とコンデンサC2とオペアンプOP3とで定温度差回路を構成している。オペアンプOP3は、ブリッジ回路の抵抗R7と発熱体53の中点電圧を反転入力とするとともに、抵抗R8と抵抗R9の中点電圧を非反転入力とする。このオペアンプOP3の出力は、抵抗R7,R8の一端に共通に接続されている。抵抗R7,R8,R9は、発熱体53が周囲温度センサ55よりも常に一定温度高くなるように抵抗値が設定されている。   FIG. 5 is a circuit diagram of the constant temperature difference circuit and sensor output circuit of the flow sensor 4a of FIG. The heating element 53, the ambient temperature sensor 55, and the fixed resistors R7, R8, and R9 constitute a bridge circuit, and the bridge circuit, the resistor R10, the capacitor C2, and the operational amplifier OP3 constitute a constant temperature difference circuit. The operational amplifier OP3 uses the midpoint voltage of the resistor R7 and the heating element 53 of the bridge circuit as an inverting input and the midpoint voltage of the resistors R8 and R9 as a non-inverting input. The output of the operational amplifier OP3 is commonly connected to one ends of the resistors R7 and R8. The resistance values of the resistors R7, R8, and R9 are set so that the heating element 53 is always higher than the ambient temperature sensor 55 by a certain temperature.

同様に、発熱体54と周囲温度センサ56と固定抵抗R11,R12,R13とはブリッジ回路を構成し、このブリッジ回路と抵抗R14とコンデンサC3とオペアンプOP4とで定温度差回路を構成している。オペアンプOP4は、ブリッジ回路の抵抗R11と発熱体54の中点電圧を反転入力とするとともに、抵抗R12と抵抗R13の中点電圧を非反転入力とする。このオペアンプOP4の出力は、抵抗R11,R12の一端に共通に接続されている。抵抗R11,R12,R13は、発熱体54が周囲温度センサ56よりも常に一定温度高くなるように抵抗値が設定されている。   Similarly, the heating element 54, the ambient temperature sensor 56, and the fixed resistors R11, R12, and R13 form a bridge circuit, and the bridge circuit, the resistor R14, the capacitor C3, and the operational amplifier OP4 form a constant temperature difference circuit. . The operational amplifier OP4 uses the midpoint voltage of the resistor R11 and the heating element 54 of the bridge circuit as an inverting input and the midpoint voltage of the resistors R12 and R13 as a non-inverting input. The output of the operational amplifier OP4 is commonly connected to one ends of the resistors R11 and R12. The resistance values of the resistors R11, R12, and R13 are set so that the heating element 54 is always higher than the ambient temperature sensor 56 by a certain temperature.

そして、オペアンプOP5は、センサ出力回路を構成している。オペアンプOP5は、抵抗R7と発熱体53の中点電圧を非反転入力とするとともに、抵抗R11と発熱体54の中点電圧を反転入力とする。   The operational amplifier OP5 constitutes a sensor output circuit. The operational amplifier OP5 uses the midpoint voltage of the resistor R7 and the heating element 53 as a non-inverting input, and uses the midpoint voltage of the resistor R11 and the heating element 54 as an inverting input.

2つのブリッジ回路への通電によって発熱体53,54を周囲温度よりもある一定の高い温度に加熱した状態で流体を図4(A)、図4(B)の矢印方向に流すと、発熱体53は流体によって熱が奪われ、発熱体53の抵抗値は下がり、発熱体53と周囲温度センサ55と固定抵抗R7,R8,R9とからなるブリッジ回路の平衡状態が崩れるが、オペアンプOP3の出力電圧がブリッジ回路に加えられることにより、流体によって奪われた熱を補償するように発熱体53の発熱量が増加する。その結果、発熱体53の抵抗値が上昇し、ブリッジ回路は平衡状態に戻る。したがって、平衡状態にあるブリッジ回路にはその流速に応じた電圧が加えられていることになる。発熱体54と周囲温度センサ56と固定抵抗R11,R12,R13とからなるブリッジ回路についても同様である。   When the fluid is passed in the direction of the arrows in FIGS. 4A and 4B with the heating elements 53 and 54 heated to a certain higher temperature than the ambient temperature by energizing the two bridge circuits, the heating elements 53 is deprived of heat by the fluid, the resistance value of the heating element 53 decreases, and the equilibrium state of the bridge circuit comprising the heating element 53, the ambient temperature sensor 55, and the fixed resistors R7, R8, R9 is lost, but the output of the operational amplifier OP3 When the voltage is applied to the bridge circuit, the heat generation amount of the heating element 53 is increased so as to compensate for the heat taken away by the fluid. As a result, the resistance value of the heating element 53 increases and the bridge circuit returns to the equilibrium state. Therefore, a voltage corresponding to the flow velocity is applied to the bridge circuit in an equilibrium state. The same applies to a bridge circuit including the heating element 54, the ambient temperature sensor 56, and the fixed resistors R11, R12, and R13.

こうして、図5のような回路で上流側の発熱体53と下流側の発熱体54の電圧差を検出することにより、流体の流速または流量および流れの方向が計測できる。図5に示す回路では、定温度差回路を2つ用い、発熱体53および発熱体54の端子間電圧の差をオペアンプOP5で増幅して電圧出力とする。電圧出力の大きさで流速がわかり、その極性で方向を知ることができる。   Thus, by detecting the voltage difference between the upstream heating element 53 and the downstream heating element 54 with a circuit as shown in FIG. 5, the flow velocity or flow rate of the fluid and the direction of the flow can be measured. In the circuit shown in FIG. 5, two constant temperature difference circuits are used, and a voltage difference between terminals of the heat generating element 53 and the heat generating element 54 is amplified by the operational amplifier OP5 to obtain a voltage output. The flow rate can be determined by the magnitude of the voltage output, and the direction can be determined by the polarity.

[第3の実施の形態]
次に、本発明の第3の実施の形態について説明する。図6は本発明の第3の実施の形態に係るマスフローコントローラの流量計測部構成を示す断面図、図7は本発明の第3の実施の形態に係るフローセンサの構成を示す平面図である。なお、図7では、フローセンサ21とバルブ5aとの位置関係を説明するために、バルブ5aの外形を模式的に描いている。
本実施の形態のマスフローコントローラは、フローセンサ21と、このフローセンサ21とともに流体の流路30を形成する流路形成部材22と、バルブ5aと、制御回路(不図示)とを有する。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 is a cross-sectional view showing the configuration of the flow rate measurement unit of the mass flow controller according to the third embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a plan view showing the configuration of the flow sensor according to the third embodiment of the present invention. . In FIG. 7, the outer shape of the valve 5a is schematically drawn in order to explain the positional relationship between the flow sensor 21 and the valve 5a.
The mass flow controller of the present embodiment includes a flow sensor 21, a flow path forming member 22 that forms a flow path 30 of fluid together with the flow sensor 21, a valve 5a, and a control circuit (not shown).

フローセンサ21は、基板24と、この基板24の表面に形成された流速検出手段(ヒータ43と温度センサ44,45と周囲温度センサ46と電極パッドP1〜P6)とから構成される。このフローセンサ21は、基板24の表面に図12(A)、図12(B)に示したフローセンサの構成素子を形成したものである。したがって、このフローセンサ21の定温度差回路とセンサ出力回路はそれぞれ図2、図3に示したとおりとなる。なお、基板24の表面に図4(A)、図4(B)に示した発熱体53,54と周囲温度センサ55,56と電極パッドP1〜P6とを流速検出手段として形成してもよく、この場合の定温度差回路及びセンサ出力回路は図5に示したとおりとなる。   The flow sensor 21 includes a substrate 24 and flow velocity detection means (a heater 43, temperature sensors 44 and 45, an ambient temperature sensor 46, and electrode pads P1 to P6) formed on the surface of the substrate 24. This flow sensor 21 is obtained by forming the constituent elements of the flow sensor shown in FIGS. 12A and 12B on the surface of a substrate 24. Therefore, the constant temperature difference circuit and the sensor output circuit of the flow sensor 21 are as shown in FIGS. 2 and 3, respectively. The heating elements 53 and 54, the ambient temperature sensors 55 and 56, and the electrode pads P1 to P6 shown in FIGS. 4A and 4B may be formed on the surface of the substrate 24 as flow velocity detection means. In this case, the constant temperature difference circuit and the sensor output circuit are as shown in FIG.

基板24は、矩形の板状に形成され、外周縁部が厚肉の固定部24Aを形成し、流路形成部材22の表面に接合されている。基板24の中央部は、裏面側に長円形の凹部26が形成されることにより薄肉部24Bを形成している。この薄肉部24Bは、膜厚が50〜150μm程度で、ダイアフラム構造のセンサ部を形成している。基板24の材質としては、熱伝導率がシリコンに比べて低く、耐熱性、耐食性および剛性の高い材料、例えばステンレス、サファイアまたはセラミックスが用いられる。本実施の形態においては、板厚が0.5〜3mm程度のステンレスの薄板によって基板24を形成した例を示している。基板24がステンレス製の場合、150μm以上の厚さになると、基板24の厚さ方向、つまり流体2と流速検出手段との間の熱の伝導効率が低下するとともに、基板24の面と平行な方向の伝熱量(熱損出)が増加するため好ましくない。   The substrate 24 is formed in a rectangular plate shape, the outer peripheral edge portion forms a thick fixing portion 24 </ b> A, and is bonded to the surface of the flow path forming member 22. The central portion of the substrate 24 forms a thin portion 24B by forming an oval concave portion 26 on the back side. The thin part 24B has a film thickness of about 50 to 150 μm and forms a sensor part having a diaphragm structure. As the material of the substrate 24, a material having a low thermal conductivity compared to silicon and having high heat resistance, corrosion resistance and rigidity, such as stainless steel, sapphire, or ceramics, is used. In the present embodiment, an example is shown in which the substrate 24 is formed of a stainless steel thin plate having a thickness of about 0.5 to 3 mm. When the substrate 24 is made of stainless steel, when the thickness is 150 μm or more, the heat conduction efficiency between the thickness direction of the substrate 24, that is, between the fluid 2 and the flow velocity detection means is decreased, and the substrate 24 is parallel to the surface of the substrate 24. Since the amount of heat transfer in the direction (heat loss) increases, it is not preferable.

基板24の表面は鏡面研磨され、電気絶縁膜13が全面にわたって形成されている。この電気絶縁膜13の表面に、ヒータ43と温度センサ44,45と周囲温度センサ46と電極パッドP1〜P6とからなる流速検出手段が形成されている。電気絶縁膜13としては、例えば厚さが数千オングストロームから数ミクロン程度の薄い酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、アルミナ膜、ポリイミド膜等がある。   The surface of the substrate 24 is mirror-polished, and the electrical insulating film 13 is formed over the entire surface. On the surface of the electrical insulating film 13, a flow velocity detecting means including a heater 43, temperature sensors 44 and 45, an ambient temperature sensor 46, and electrode pads P1 to P6 is formed. Examples of the electrical insulating film 13 include a thin silicon oxide film, a silicon nitride film, an alumina film, and a polyimide film having a thickness of about several thousand angstroms to several microns.

流路形成部材22は、基板24と同様にステンレス製の細長い金属板からなり、表面中央に突設された外形が基板24と略等しい凸部22Aと、2つの貫通孔40,41を有し、凸部22Aの上面に基板24の固定部24Aが接合され、貫通孔40,41と基板24の凹部26が互いに連通して流体の流路30を形成している。このような流路形成部材22を基板24と同一材料であるステンレスによって形成すると、YAGレーザー溶接等により異種金属を使用せずに両部材を溶接することができる。なお、流路形成部材22は、アルミニウム、セラミックスなどでもよく、その場合はOリングとボルト等を使用して接合する。勿論、流路形成部材22がステンレスの場合でも、同様にOリングとボルト等を使用して接合してもよい。   The flow path forming member 22 is made of an elongated metal plate made of stainless steel, like the substrate 24, and has a convex portion 22 </ b> A whose outer shape protrudes from the center of the surface and is substantially equal to the substrate 24, and two through holes 40, 41. The fixing portion 24A of the substrate 24 is joined to the upper surface of the convex portion 22A, and the through holes 40 and 41 and the concave portion 26 of the substrate 24 communicate with each other to form a fluid flow path 30. When such a flow path forming member 22 is formed of stainless steel, which is the same material as the substrate 24, both members can be welded without using different metals by YAG laser welding or the like. The flow path forming member 22 may be aluminum, ceramics, or the like. In this case, the O-ring and bolts are used for joining. Of course, even when the flow path forming member 22 is made of stainless steel, it may be joined using an O-ring and a bolt.

流体は、貫通孔40から流路30に流入して、貫通孔41から排出される。貫通孔41から出た流体をバルブ5aに導き、フローセンサ21のセンサ出力回路の電圧出力に基づいて、図3又は図5に示した制御回路9がバルブ5aの開度を制御すれば、第1の実施の形態と同等のマスフローコントローラを実現することができる。
本実施の形態においても、図7に示すように温度センサ44,45をバルブ5aから等距離に配置することにより、バルブ5aから発生する熱がセンサ特性に与える影響を低減することができ、流体の流量を正しく計測して制御することができる。このように、フローセンサ21が流体と接触しないタイプのマスフローコントローラにおいても、第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
The fluid flows into the flow path 30 from the through hole 40 and is discharged from the through hole 41. If the fluid exiting the through hole 41 is guided to the valve 5a and the control circuit 9 shown in FIG. 3 or 5 controls the opening degree of the valve 5a based on the voltage output of the sensor output circuit of the flow sensor 21, A mass flow controller equivalent to that of the first embodiment can be realized.
Also in the present embodiment, by arranging the temperature sensors 44 and 45 at an equal distance from the valve 5a as shown in FIG. 7, the influence of heat generated from the valve 5a on the sensor characteristics can be reduced. It is possible to correctly measure and control the flow rate. As described above, even in a mass flow controller in which the flow sensor 21 does not come into contact with the fluid, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.

本実施の形態では、第1の実施の形態に比べてフローセンサが流体の流れ方向に長く、流路形成部材22との接触面積が大きいため、温度センサ44と45の温度差が外部熱源からの影響をより受け易くなる。また、本実施の形態では、基板24が熱伝導率の高いシリコンではなく、ステンレス、サファイア、セラミックス等の熱伝導率の低い材料で作られているため、基板24の面内での温度差ができ易い。したがって、上流側の温度センサ44と下流側の温度センサ45とを外部熱源から等距離に配置する効果は、本実施の形態においてより顕著となる。   In the present embodiment, since the flow sensor is longer in the fluid flow direction and the contact area with the flow path forming member 22 is larger than that in the first embodiment, the temperature difference between the temperature sensors 44 and 45 is caused by an external heat source. It becomes more susceptible to In the present embodiment, since the substrate 24 is not made of silicon having high thermal conductivity, but is made of a material having low thermal conductivity such as stainless steel, sapphire, ceramics, etc., the temperature difference in the plane of the substrate 24 is reduced. Easy to do. Therefore, the effect of arranging the upstream temperature sensor 44 and the downstream temperature sensor 45 at an equal distance from the external heat source becomes more prominent in the present embodiment.

[第4の実施の形態]
次に、本発明の第4の実施の形態について説明する。図8は本発明の第4の実施の形態に係るマスフローコントローラの流量計測部構成を示す斜視図、図9は本発明の第4の実施の形態に係るセンサチップの構成を示す平面図、図10は図9のセンサチップのB−B線断面図である。なお、図9では、センサチップとバルブ5aとの位置関係を説明するために、バルブ5aの外形を模式的に描いている。
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 8 is a perspective view showing a configuration of a flow rate measuring unit of a mass flow controller according to a fourth embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a plan view showing the configuration of a sensor chip according to the fourth embodiment of the present invention. 10 is a cross-sectional view of the sensor chip of FIG. 9 along the line BB. In FIG. 9, the outer shape of the valve 5a is schematically drawn in order to explain the positional relationship between the sensor chip and the valve 5a.

本実施の形態のマスフローコントローラは、センサチップ102と、下面がこのセンサチップ102の上面に接合されたカバー部材としてのガラスチップ103と、センサチップ102の上面に形成された流量検出部110と、バルブ5aと、制御回路(不図示)とを有する。ガラスチップ103は、透明なガラスで形成されており内部が透けて見えている。そのため、流量検出部110も透かして描いてある。また、ガラスチップ103と図1に示すマスフローコントローラの本体ブロック1aの内部に形成された流路6aとは、Oリングやパッキンなどのシール材を介して接続されている。あるいは、ガラスチップ103は、低融点ガラスや樹脂製接着シートなどで図1に示す本体ブロック1aに気密接合されて、内部に形成された流路6aに接続されている。   The mass flow controller of the present embodiment includes a sensor chip 102, a glass chip 103 as a cover member whose lower surface is bonded to the upper surface of the sensor chip 102, a flow rate detection unit 110 formed on the upper surface of the sensor chip 102, It has a valve 5a and a control circuit (not shown). The glass chip 103 is made of transparent glass, and the inside is seen through. Therefore, the flow rate detection unit 110 is also drawn through. Moreover, the glass chip 103 and the flow path 6a formed in the main body block 1a of the mass flow controller shown in FIG. 1 are connected via a sealing material such as an O-ring or packing. Alternatively, the glass chip 103 is hermetically bonded to the main body block 1a shown in FIG. 1 with a low melting point glass or a resin adhesive sheet, and is connected to the flow path 6a formed inside.

センサチップ102は、図9に示すように例えばシリコン基板104の上面104aの中央に幅方向に全幅に亘り窒化シリコン又は二酸化シリコンの絶縁膜105が形成されており、この絶縁膜105の中央位置に、ヒータ43と温度センサ44,45と周囲温度センサ46とが形成されている。このセンサチップ102は、絶縁膜105の表面に図12(A)、図12(B)に示したフローセンサの構成素子を形成したものである。したがって、このフローセンサ21の定温度差回路とセンサ出力回路はそれぞれ図2、図3に示したとおりとなる。なお、絶縁膜105の表面に図4(A)、図4(B)に示した発熱体53,54と周囲温度センサ55,56とを形成してもよく、この場合の定温度差回路及びセンサ出力回路は図5に示したとおりとなる。   As shown in FIG. 9, in the sensor chip 102, an insulating film 105 of silicon nitride or silicon dioxide is formed in the center of the upper surface 104a of the silicon substrate 104 over the entire width in the width direction. A heater 43, temperature sensors 44 and 45, and an ambient temperature sensor 46 are formed. This sensor chip 102 is obtained by forming the constituent elements of the flow sensor shown in FIGS. 12A and 12B on the surface of the insulating film 105. Therefore, the constant temperature difference circuit and the sensor output circuit of the flow sensor 21 are as shown in FIGS. 2 and 3, respectively. The heating elements 53 and 54 and the ambient temperature sensors 55 and 56 shown in FIGS. 4A and 4B may be formed on the surface of the insulating film 105. In this case, the constant temperature difference circuit and The sensor output circuit is as shown in FIG.

そして、これらのヒータ43と温度センサ44,45と周囲温度センサ46とは、図9、図10に示すように窒化シリコン又は二酸化シリコンの絶縁膜109により全体が被覆されている。ヒータ43と温度センサ44,45と周囲温度センサ46により流量検出部110が形成されている。
シリコン基板104の上面104aにはヒータ43と温度センサ44,45の下方位置に凹部104bが形成されており、絶縁膜105の凹部104bを覆う部位はダイアフラムとされている。これにより、ヒータ43と温度センサ44,45とシリコン基板104とが熱的に遮断されている。
The heater 43, the temperature sensors 44 and 45, and the ambient temperature sensor 46 are entirely covered with an insulating film 109 of silicon nitride or silicon dioxide as shown in FIGS. The heater 43, the temperature sensors 44 and 45, and the ambient temperature sensor 46 form a flow rate detection unit 110.
A recess 104b is formed on the upper surface 104a of the silicon substrate 104 at a position below the heater 43 and the temperature sensors 44 and 45, and a portion covering the recess 104b of the insulating film 105 is a diaphragm. Thereby, the heater 43, the temperature sensors 44 and 45, and the silicon substrate 104 are thermally shut off.

ガラスチップ103は、シリコン基板104と略同じ大きさの透明なガラス例えば硼珪酸ガラスで形成され、図8に示すように下面の中央に長手方向に沿って流量検出部110上に流体を流すための流路111が形成されている。流路111は、両端部111a,111bがガラスチップ103の上面に開口しており、センサチップ102に形成されている流量検出部110上を温度センサ44側から温度センサ45側に向かって流体を流すようになっている。従って、ガラスチップ103は、流体を流すための流路形成部材としての機能を有している。   The glass chip 103 is formed of transparent glass, for example, borosilicate glass, which is approximately the same size as the silicon substrate 104, and allows fluid to flow on the flow rate detection unit 110 along the longitudinal direction in the center of the lower surface as shown in FIG. The flow path 111 is formed. The flow path 111 has both end portions 111a and 111b opened on the upper surface of the glass chip 103, and allows fluid to flow on the flow rate detection unit 110 formed on the sensor chip 102 from the temperature sensor 44 side to the temperature sensor 45 side. It is supposed to flow. Therefore, the glass chip 103 has a function as a flow path forming member for flowing a fluid.

流路111は、例えば、溶融成型やフッ酸エッチング等、或いはエンドミルやサンドブラスト等により加工しても良い。
ガラスチップ103に使用するガラスとしては、センサチップ102の基板(シリコン)と熱膨張係数が近いものが好ましく、例えば、硼珪酸ガラスなどが適している。
以上のセンサチップ102とガラスチップ103とを接合するには、流路111が流量検出部110の上方で、かつヒータ43及び温度センサ44,45の配列方向に沿うようにガラスチップ103を配置し、ガラスチップ103の下面とシリコン基板104の上面104aの間にフリットガラスと呼ばれる低融点ガラスを配して接合する。
The flow path 111 may be processed by, for example, melt molding, hydrofluoric acid etching, an end mill, sandblasting, or the like.
The glass used for the glass chip 103 is preferably one having a thermal expansion coefficient close to that of the substrate (silicon) of the sensor chip 102, for example, borosilicate glass.
In order to join the sensor chip 102 and the glass chip 103, the glass chip 103 is disposed so that the flow path 111 is above the flow rate detection unit 110 and along the arrangement direction of the heater 43 and the temperature sensors 44 and 45. A low melting point glass called frit glass is disposed between the lower surface of the glass chip 103 and the upper surface 104a of the silicon substrate 104 and bonded.

他の接合方法として、陽極接合あるいは陽極接合と低融点ガラスの併用がある。陽極接合と低融点ガラスの併用でセンサチップ102とガラスチップ103とを接合するには、流路111が流量検出部110の上方で、かつヒータ43及び温度センサ44,45の配列方向に沿うようにガラスチップ103を配置し、ガラスチップ103の下面をシリコン基板104の上面104aに当接する。
続いて、ガラスチップ103の下面とシリコン基板104の上面104aとを陽極接合によって接合する。絶縁膜105,109及び流量検出部110と対向するガラスチップ103の下面の部分には、逃げとなる溝を予め形成しておき、この溝に低融点ガラスを塗布して、仮焼成しておけばよい。陽極接合の際にかける熱により低融点ガラスを溶融させ、ガラスチップ103の溝とシリコン基板104の上面104aとの隙間の間にある絶縁膜105,109及び流量検出部110からの薄膜配線パターンによる凹凸を埋めて確実に密着させる。陽極接合を行なうためには、ガラスチップ103がイオン伝導性を持っていることが必要であり、例えば、硼珪酸ガラスなどが適している。
Other bonding methods include anodic bonding or combined use of anodic bonding and low-melting glass. In order to join the sensor chip 102 and the glass chip 103 by the combined use of anodic bonding and low-melting glass, the flow path 111 is located above the flow rate detection unit 110 and along the arrangement direction of the heater 43 and the temperature sensors 44 and 45. The glass chip 103 is disposed on the upper surface 104 a of the silicon substrate 104.
Subsequently, the lower surface of the glass chip 103 and the upper surface 104a of the silicon substrate 104 are bonded by anodic bonding. A groove to be escaped is formed in advance on the lower surface portion of the glass chip 103 facing the insulating films 105 and 109 and the flow rate detection unit 110, and low melting glass is applied to the groove and pre-baked. That's fine. Due to the thin film wiring pattern from the insulating films 105 and 109 and the flow rate detection unit 110 between the groove of the glass chip 103 and the upper surface 104a of the silicon substrate 104, the low melting point glass is melted by heat applied during anodic bonding. Fill in the unevenness to ensure close contact. In order to perform anodic bonding, the glass chip 103 needs to have ion conductivity, and for example, borosilicate glass is suitable.

流体は、端部111aからガラスチップ103の流路111に流入して、端部111bから排出される。端部111bから出た流体をバルブ5aに導き、センサチップ102のセンサ出力回路の電圧出力に基づいて、図3又は図5に示した制御回路9がバルブ5aの開度を制御すれば、第1の実施の形態と同等のマスフローコントローラを実現することができる。
本実施の形態においても、図9に示すように温度センサ44,45をバルブ5aから等距離に配置することにより、バルブ5aから発生する熱がセンサ特性に与える影響を低減することができ、流体の流量を正しく計測して制御することができ、第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
The fluid flows into the flow path 111 of the glass chip 103 from the end 111a and is discharged from the end 111b. If the fluid flowing out from the end 111b is guided to the valve 5a and the control circuit 9 shown in FIG. 3 or 5 controls the opening degree of the valve 5a based on the voltage output of the sensor output circuit of the sensor chip 102, A mass flow controller equivalent to that of the first embodiment can be realized.
Also in the present embodiment, by arranging the temperature sensors 44 and 45 at an equal distance from the valve 5a as shown in FIG. 9, the influence of heat generated from the valve 5a on the sensor characteristics can be reduced. The flow rate can be correctly measured and controlled, and the same effect as in the first embodiment can be obtained.

本発明は、マスフローコントローラに適用することができる。   The present invention can be applied to a mass flow controller.

本発明の第1の実施の形態に係るマスフローコントローラの構成を示す平面図および断面図である。It is the top view and sectional drawing which show the structure of the mass flow controller which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態におけるフローセンサの定温度差回路の回路図である。It is a circuit diagram of the constant temperature difference circuit of the flow sensor in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態におけるフローセンサのセンサ出力回路の回路図である。It is a circuit diagram of the sensor output circuit of the flow sensor in the 1st embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施の形態に係るフローセンサの構成を示す平面図および断面図である。It is the top view and sectional drawing which show the structure of the flow sensor which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態におけるフローセンサの定温度差回路及びセンサ出力回路の回路図である。It is a circuit diagram of the constant temperature difference circuit and sensor output circuit of the flow sensor in the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態に係るマスフローコントローラの流量計測部構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the flow volume measurement part structure of the massflow controller which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態に係るフローセンサの構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the flow sensor which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態に係るマスフローコントローラの流量計測部構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the flow volume measurement part structure of the massflow controller which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態に係るセンサチップの構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the sensor chip based on the 4th Embodiment of this invention. 図9のセンサチップの断面図である。It is sectional drawing of the sensor chip of FIG. 従来のマスフローコントローラの構成を示す平面図および断面図である。It is the top view and sectional drawing which show the structure of the conventional mass flow controller. 従来のフローセンサの構成を示す平面図および断面図である。It is the top view and sectional drawing which show the structure of the conventional flow sensor.

符号の説明Explanation of symbols

1a…本体ブロック、2a…センサパッケージ、3a…ヘッド部、4a,21…フローセンサ、5a…バルブ、6a…流路、7a,8a…開口、9…制御回路、40,50…シリコンチップ、41,51…ダイアフラム、43,53,54…ヒータ、44,45…温度センサ、46,55,56…周囲温度センサ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1a ... Main body block, 2a ... Sensor package, 3a ... Head part, 4a, 21 ... Flow sensor, 5a ... Valve, 6a ... Flow path, 7a, 8a ... Opening, 9 ... Control circuit, 40, 50 ... Silicon chip, 41 , 51 ... Diaphragm, 43, 53, 54 ... Heater, 44, 45 ... Temperature sensor, 46, 55, 56 ... Ambient temperature sensor.

Claims (2)

発熱手段を有し、流体の流れに起因する熱の授受による2点間の温度差又は奪われる熱量の差を求めることによって前記流体の流速又は流量を計測するフローセンサにおいて、
前記流体の上流側に配置された温度センサと、
前記流体の下流側に配置された温度センサとを有し、
前記上流側の温度センサと前記下流側の温度センサとを外部熱源から等距離に配置したことを特徴とするフローセンサ。
In a flow sensor that has a heating means and measures the flow velocity or flow rate of the fluid by determining the temperature difference between two points due to the transfer of heat due to the flow of the fluid or the difference in the amount of heat lost,
A temperature sensor disposed upstream of the fluid;
A temperature sensor disposed downstream of the fluid;
The flow sensor, wherein the upstream temperature sensor and the downstream temperature sensor are arranged at an equal distance from an external heat source.
請求項1記載のフローセンサと、
前記流体の流量を制御する、前記外部熱源であるバルブと、
前記上流側の温度センサと前記下流側の温度センサの温度差から前記流体の流量を求めて、この流量の値に基づいて前記バルブを駆動する制御回路とを有することを特徴とするマスフローコントローラ。
A flow sensor according to claim 1;
A valve that is the external heat source for controlling the flow rate of the fluid;
A mass flow controller comprising: a control circuit that obtains a flow rate of the fluid from a temperature difference between the upstream temperature sensor and the downstream temperature sensor and drives the valve based on a value of the flow rate.
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