JP2021014995A - 熱式流量計 - Google Patents

Abstract

【課題】センサの感度とセンサの耐腐食性とが両立する熱式流量計を提供する。【解決手段】被測定用の流体が流れる測定管３を備える。温度を検出する温度検出部１２を有し、温度検出部１２によって流体の温度が検出されるように測定管３に取付けられた流量検出用のセンサ５とを備える。センサ５の少なくとも温度検出部１２はバリア膜２１（耐食性を有する膜）で覆われている。【選択図】 図３

Description

本発明は、測定管内の流体の温度を検出するセンサを備えた熱式流量計に関する。

従来、液体の流量を測定可能な熱式流量計としては、例えば特許文献１に記載されているものがある。この特許文献１に開示された熱式流量計は、被測定用の流体が流れる測定管と、この測定管に取付けられたセンサなどを備えている。センサは、温度を検出する温度検出部を有し、測定管の一部を薄く加工して形成された薄肉部の表面に貼り付けられている。このようなセンサの取付構造では、センサと測定管内の液体とが熱的に接触し、液体の流速を検出することが可能になる。

ところで、半導体製造装置などに腐食性液体を供給するにあたっては、腐食性流体の流量を熱式流量計で計測することがある。腐食性液体は、フッ酸を含むものが多い。このような場合の測定管は、フッ素樹脂などの耐腐食性材料によって形成されている。

特表２００３−５３２０９９号公報

しかしながら、測定管の薄肉部にセンサを取付けた場合、たとえ測定管が耐腐食性材料からなるものであっても、腐食性液体に含まれるフッ酸の気体成分が薄肉部を透過してしまうおそれがある。透過したフッ酸の気体成分がセンサの温度検出部に到達した場合、温度検出部が破損するおそれがある。フッ酸の気体成分がセンサに到達することを防ぐためには、測定管のセンサ取付部の厚みを厚く形成すればよい。しかし、センサ取付部の厚みを厚く形成するほど、センサと管内の腐食性流体との間で互いに熱が伝わり難くなる。フッ素樹脂は熱伝導率が非常に低いことも相まって、センサの感度が低下してしまう。

本発明の目的は、センサの感度とセンサの耐腐食性とが両立する熱式流量計を提供することである。

この目的を達成するために、本発明に係る熱式流量計は、被測定用の流体が流れる測定管と、温度を検出する温度検出部を有し、前記温度検出部によって前記流体の温度が検出されるように前記測定管に取付けられた流量検出用のセンサとを備え、前記センサの少なくとも前記温度検出部は耐腐食性を有する膜で覆われているものである。

本発明は、前記熱式流量計において、前記測定管は、外面の一部が部分的に凹む形状で厚みが他の部位より薄くなる測定部を有し、前記センサは、前記膜を介して前記測定部に接着されていてもよい。

本発明は、前記熱式流量計において、前記測定管は、この測定管の長手方向に延びて前記測定管の内外を連通するスリットを有し、前記センサは、板状に形成され、前記温度検出部が前記測定管の中に位置するように前記スリットに挿入され、前記膜は、前記センサの前記測定管内に挿入される部分を覆っていてもよい。

本発明は、前記熱式流量計において、前記膜は、シリコンからなる薄膜であってもよい。

センサの温度検出部が耐腐食性を有する膜で保護されるために、被測定用の流体が腐食性を有している場合であってもセンサの温度検出部を被測定用の流体に近付けることができる。
したがって、センサの感度とセンサの耐腐食性とが両立する熱式流量計を提供することができる。

第１の実施の形態による熱式流量計の構成を示すブロック図である。 センサの平面図である。 測定管の一部とセンサの断面図である。 第２の実施の形態による熱式流量計のセンサと測定管の断面図である。

（第１の実施の形態）
以下、本発明に係る熱式流量計の一実施の形態を図１〜図３を参照して詳細に説明する。
図１に示す熱式流量計１は、筐体２と、この筐体２の中に収容された測定管３とプリント基板４などを備えている。測定管３には、被測定用の流体としての液体が図１において左側の上流端から右側の下流端へ流される。この液体にはフッ酸を含む腐食性の液体を用いることができる。

測定管３は、耐腐食性の高い材料によって形成された断面円形の管である。測定管３を形成する材料としては、例えばフッ素樹脂を用いることができる。この測定管３には、図３に示すように、後述する二つの流量検出用のセンサ５を取付ける測定部６が設けられている。測定部６は、図３に示すように、測定管３の外面の一部が部分的に凹む形状で厚みが他の部位より薄くなり、測定管３の外面の一部が平坦面になるように形成されている。この測定部６は、測定管３の長手方向に所定の間隔をおいて離間する２箇所にそれぞれ形成されている。なお、測定部６を測定管３の長手方向に長く形成することにより、一つの測定部６に二つのセンサ５を取付けることも可能である。

二つのセンサ５，５は、被測定用の流体が流れる方向において上流側に位置する液温センサ５Ａと、この液温センサ５Ａより下流側に位置するヒーターセンサ５Ｂである。これらの液温センサ５Ａとヒーターセンサ５Ｂは、図２および図３に示すように、シリコンチップからなる基台部１１と、この基台部１１に設けられた温度検出部１２とから構成されている。図３の破断位置は、図２中にIII−III線によって示した位置である。

基台部１１は、長方形の板状に形成されている。温度検出部１２は、板状の基台部１１の一方の板面に設けられており、センサ本体１３と、このセンサ本体１３を覆う絶縁体１４とによって構成されている。センサ本体１３は、基台部１１の一端側に位置する白金抵抗１３ａと配線用導体１３ｂとを有している。液温センサ５Ａのセンサ本体１３は、温度を検出する機能を有している。ヒーターセンサ５Ｂのセンサ本体１３は、温度を検出する機能の他に、発熱する機能を有している。

白金抵抗１３ａは、測定部６の最も厚みが薄い部分と対向する位置に位置付けられている。配線用導体１３ｂは、白金抵抗１３ａから基台部１１の他端側に向けて延びるように形成され、先端部に接続用パッド１５を有している。絶縁体１４は、接続用パッド１５を含む配線用導体１３ｂの先端部が露出するように、白金抵抗１３ａおよび配線用導体１３ｂを覆っている。

接続用パッド１５は、図１に示すように、配線１６を介してプリント基板４上の流量算出部１７に接続されている。この実施の形態による流量算出部１７は、液温センサ５Ａによって検出された温度とヒーターセンサ５Ｂによって検出された温度との差が予め定めた一定の温度差となるようにヒーターセンサ５Ｂを発熱させ、そのときのヒーターセンサ５Ｂへの印加電力に基づいて、被測定用の流体の流量を算出する。

絶縁体１４の基台部１１とは反対側の外表面には、バリア膜２１が設けられている。バリア膜２１は、耐腐食性を有する膜で、接続用パッド１５が露出するように絶縁体１４の外表面に形成されている。この実施の形態によるバリア膜２１は、シリコンの薄膜によって構成されている。シリコンの薄膜は、基台部１１にセンサ本体１３や絶縁体１４を設けるセンサ製造過程の最終段階で成膜装置（図示せず）を使用して絶縁体１４上に成膜することができる。

このように形成された液温センサ５Ａとヒーターセンサ５Ｂは、図３に示すように、バリア膜２１が測定管３の測定部６と対向する状態で接着剤２２によって測定部６に接着される。このため、これらの液温センサ５Ａとヒーターセンサ５Ｂとにおいては、温度検出部１２が耐腐食性を有するバリア膜２１で保護されるために、被測定用の流体が腐食性を有していて例えばフッ酸の気体成分が測定部６を透過して漏洩することがあったとしても、温度検出部１２を被測定用の流体に近付けることができる。
したがって、この実施の形態によれば、センサの感度とセンサの耐腐食性とが両立する熱式流量計を提供することができる。

この実施の形態による測定管３は、外面の一部が部分的に凹む形状で厚みが他の部位より薄くなる測定部６を有している。液温センサ５Ａとヒーターセンサ５Ｂは、バリア膜２１を介して測定部６に接着されている。このため、熱伝導率が低いフッ素樹脂によって測定管３が形成されているにもかかわらず、液温センサ５Ａとヒーターセンサ５Ｂの感度を高くすることができる。

この実施の形態によるバリア膜２１は、シリコンからなる薄膜である。このため、液温センサ５Ａやヒーターセンサ５Ｂを製造するセンサ製造過程の延長として半導体製造装置を使用してバリア膜２１を成膜することができる。したがって、バリア膜２１を設けるための専用の装置が不要で製造コストを低く抑えることができるから、バリア膜２１を有する液温センサ５Ａやヒーターセンサ５Ｂを安価に提供することができる。

（第２の実施の形態）
流量検出用のセンサは、図４に示すように測定管に取付けることができる。図４において、図１〜図３によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明を適宜省略する。
図４に示す流量検出用のセンサ５は、温度検出部１２が測定管３の中に位置するように測定管３に取付けられている。このセンサ５は、第１の実施の形態で示した液温センサ５Ａやヒーターセンサ５Ｂである。この実施の形態によるセンサ５は、カバー３１の中に収容されており、カバー３１とともに測定管３の中に挿入され、カバー３１を介して測定管３１に取付けられている。

この実施の形態によるセンサ５は、第１の実施の形態によるセンサ５と較べると、基台部１１と、配線用導体１３ｂおよび絶縁体１４とが白金抵抗１３ａから離れる方向に長く形成されている。基台部１１の一部は、カバー３１の外に突出している。この基台部１１の突出部分に絶縁体１４を介して接続用パッド１５が設けられている。このセンサ５のバリア膜２１は、カバー３１が測定管３に取付けられた状態でセンサ５の測定管３内に挿入される部分を覆うように形成されている。
カバー３１は、フッ素樹脂によって有底角筒状に形成されている。センサ５は、このカバー３１の内面にセンサ接着剤３２によって接着されている。カバー３１における測定管３の外に突出する部分には、フランジ３３が設けられている。

この実施の形態による測定管３は、この測定管３の長手方向に延びて測定管３の内外を連通するスリット３４を有している。スリット３４は、カバー３１が嵌合する形状に形成されている。カバー３１は、スリット３４に接着剤２２により接着された状態で、封止材３５によって測定管３に固定されている。封止材３５は、カバー３１と測定管３との境界を含む広範囲に塗布され、カバー３１と測定管３との間をシールしている。このようにセンサ５がカバー３１とともに測定管３に取付けられることにより、板状のセンサ５の板面が流体の流れる方向と平行になる。センサ５のセンサ本体１３は、センサ５がカバー３１を介して測定管３に取付けられた状態で測定管３の径方向の中央部に位置付けられている。

このように流量検出用のセンサ５を測定管３内に挿入することにより、センサ５と流体との間に測定管３の一部が存在する場合と較べると、センサ５の感度が向上する。したがって、この実施の形態によれば、感度が高い熱式流量計を提供することができる。また、カバー３１が貫通している測定管３のスリット部分は封止材３５によって封止されているから、スリット部分を透過してフッ酸が漏洩することがない熱式流量計を提供することができる。

１…熱式流量計、３…測定管、５…センサ、５Ａ…液温センサ（流量検出用のセンサ）、５Ｂ…ヒーターセンサ（流量検出用のセンサ）、６…測定部、１２…温度検出部、２１…バリア膜（耐腐食性を有する膜）、３４…スリット。

Claims (4)

1. 被測定用の流体が流れる測定管と、
   温度を検出する温度検出部を有し、前記温度検出部によって前記流体の温度が検出されるように前記測定管に取付けられた流量検出用のセンサとを備え、
   前記センサの少なくとも前記温度検出部は耐食性を有する膜で覆われていることを特徴とする熱式流量計。
2. 請求項１記載の熱式流量計において、
   前記測定管は、外面の一部が部分的に凹む形状で厚みが他の部位より薄くなる測定部を有し、
   前記センサは、前記膜を介して前記測定部に接着されていることを特徴とする熱式流量計。
3. 請求項１記載の熱式流量計において、
   前記測定管は、この測定管の長手方向に延びて前記測定管の内外を連通するスリットを有し、
   前記センサは、板状に形成され、前記温度検出部が前記測定管の中に位置するように前記スリットに挿入され、
   前記膜は、前記センサの前記測定管内に挿入される部分を覆っていることを特徴とする熱式流量計。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか一つに記載の熱式流量計において、
   前記膜は、シリコンからなる薄膜であることを特徴とする熱式流量計。

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