JP3818547B2 - 質量流量制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、ガスや液体など流体の流量を制御するマスフローコントローラや前記流体の流量を測定するマスフローメータなどの質量流量制御装置に関し、特にサーマル方式によって質量流量を計測する質量流量制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
サーマル方式による質量流量制御装置においては、センサ部の流量測定範囲が約１０ｃｃ／ｍｉｎ以下であるというように狭いため、それ以上の流量計測を行う場合には、センサ部と並列に層流素子からなるバイパス素子を設けていた。このバイパス素子は、センサのフルスケール時の差圧と目的とするフルスケール流量とからセンサのフルスケール時の差圧でセンサ部とバイパス素子とに流れる流量をフルスケール流量としていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記センサ部における差圧は、センサ流路として用いるキャピラリの内径と長さとにより決まっているため、前記フルスケール流量を大きくとる場合、バイパス素子自体が大きくなり、そのため、質量流量測定部が大型化するといった課題があった。
【０００４】
この発明は、上述の事柄に留意してなされたもので、測定できる流量範囲を広げ、小型で大流量を測ることができる質量流量制御装置を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明では、本体ブロックに形成された流体入口と流体出口との間に、流体をバイパスさせるバイパス素子と流体の流量測定を行うセンサ部とを並列的に設けた質量流量制御装置において、前記センサ部のセンサ流路にその差圧を上昇させるための層流素子からなる第２バイパス素子を前記センサ流路と直列に設け、また、前記センサ部と前記第２バイパス素子との間に第３バイパス素子を前記センサ部に対して並列的に設け、さらに、流体の流量測定を行う第２センサ部を前記第２バイパス素子に対して並列的に設けている。
【０００６】
【０００７】
【作用】
上記構成の質量流量制御装置においては、センサ部のセンサ流路にその差圧を上昇させるための層流素子からなる第２バイパス素子を前記センサ流路と直列に設けたことにより、バイパス部に流れる流量が大きくなり、したがって、流量範囲の拡大が可能になることにより、測定できる流量範囲が大きくなり、小型であるにもかかわらず大流量の流体計測が可能となる。また、この質量流量制御装置によれば、傾斜影響が少なくなり、それだけ、精度の高い測定を行うことができる。
【０００８】
そして、前記センサ部と第２バイパス素子との間に第３バイパス素子をセンサ部に対して並列的に設けるようにしており、流体流路からのサンプリング流量を増加させることができるので、流量ノイズおよびガス種による分流誤差を低減できる。さらに、この構成に加えて、流体の流量測定を行う第２センサ部を第２バイパス素子に対して並列的に設けるようにしているので、第２バイパスと第３バイパスとの組合せを適切に選択することにより、低流量域をより高精度で測定することができる。
【０００９】
【実施例】
図１は、この発明の質量流量制御装置としての所謂ノルマルオープンタイプのマスフローコントローラの一例を示し、この図において、１は本体ブロック、２，３は本体ブロック１に形成されたガスなどの流体入口、流体出口である。４は流体入口２と流体出口３との間に形成される流体流路で、流体流量を測定するためのセンサ部５と流量を制御するための制御弁部６とが設けられている。なお、図示する例においては、センサ部５が制御弁部６よりも上流側に設けられているが、この配置を逆にしてもよい。
【００１０】
前記センサ部５は、流体流路４に臨むように開設された測定流路入口７と測定流路出口８との間をセンサブロック９に形成された流路１０を介して接続する例えば薄肉毛細管（キャピラリ）よりなる導管（以下、センサ流路と言う）１１に二つの熱式質量流量センサ素子１２を巻回してなるもので、センサ素子１２は図外のブリッジ回路に接続されている。１３はセンサ部５に対して並列的に流体流路４に設けられるバイパス素子で、定分流比特性を有する層流素子よりなる。
【００１１】
そして、前記制御弁部６は、次のように構成されている。すなわち、前記バイパス素子１３よりも下流側の流体流路４に弁口１４を備えたオリフィスブロック１５が設けられるとともに、弁口１４の開度を調節する弁体１６がばね１７によって常時上方に付勢されるようにして設けられている。１８は弁体１６を所定の方向に押圧駆動するピエゾスタックで、複数のピエゾ素子を積層して形成してあり、弁ブロック１９に螺着された筒状のバルブケース２０内に収容されている。２１はピエゾスタック１８の出力を弁体１６に伝えるための真球である。ここまでの構造は、従来のこの種のマスフローコントローラと変わるところがない。
【００１２】
この発明のマスフローコントローラが、従来のマスフローコントローラと大きく異なる点は、前記センサ部５のセンサ流路１１にその差圧を上昇させるための第２バイパス素子２２を設けたことである。この第２バイパス素子２２を設けることにより、フルスケール流量が大幅に拡大する。以下、一例を挙げて、図２をも参照しながら説明する。
【００１３】
今、２０ｍｍＨ2 Ｏの差圧でフルスケール５ｍｌ／ｍｉｎの流量センサ（その特性を図２において符号Ａで示す）を用いた場合、フルスケール１ｌ／ｍｉｎの流量測定部を形成するには、バイパス素子１３としては、２０ｍｍＨ2 Ｏで９９５ｍｌ／ｍｉｎが流れる層流素子が必要であった。これに対し、センサ流路１１に直列に、２０ｍｍＨ2 Ｏで２．５ｍｌ／ｍｉｎの第２バイパス素子２２（その特性を図２において符号Ｂで示す）を設けると、センサ流路１１に５ｍｌ／ｍｉｎ流すためには、センサ流路１１に６０ｍｍＨ2 Ｏの差圧が必要となり、バイパス素子１３には、図２において符号Ｃで示すように、３倍の２９８５ｍｌ／ｍｉｎが流れ、このときのフルスケール流量は、２９９０（＝５＋２９８５）ｍｌ／ｍｉｎと大きく拡大される。
【００１４】
説明から理解されるように、センサ部５のセンサ流路１１にその差圧を上昇させるための第２バイパス素子２２を設けるといった簡単な工夫で、フルスケール流量を大幅に拡大することができる。したがって、バイパス素子１３として大型のものを用いる必要がなく、したがって、質量流量測定部を徒に大型にする必要がなくなる。そして、上記構成によれば、傾斜影響が少なくなり、それだけ、精度の高い測定を行うことができる。
【００１５】
この発明は、上述の実施例に限られるものではなく、例えば図３に示すようにしてもよい。すなわち、図３（Ａ）に示す例では、センサ部５と第２バイパス素子２２との間に第３バイパス素子２３をセンサ部５に対して並列的に設けるようにしている。このように構成した場合、流体流路４からのサンプリング流量を増加させることができるので、流量ノイズおよびガス種による分流誤差を低減できる。
【００１６】
さらに、図３（Ｂ）に示す例では、図３（Ａ）に示す構成に加えて、流体の流量測定を行う第２センサ部２４を第２バイパス素子２２に対して並列的に設けるようにしている。すなわち、第２バイパス素子２２の両端部を結ぶようにして流路２５を設け、この流路２５に二つの熱式質量流量センサ素子２６を巻設して第２センサ部２４を形成するのである。そして、二つのセンサ素子２６は、センサ部５のセンサ素子１２が組み込まれるブリッジ回路とは別のブリッジ回路に組み込まれる。このように構成した場合、前記図３（Ａ）に示したものの効果に加えて、第２第２バイパス素子２２と第３バイパス素子２３の差圧特性の比率に応じて、低流量域をより高精度で測定するといった効果を奏する。
【００１７】
なお、上述の実施例では、所謂ノルマルオープンタイプのマスフローコントローラを例に挙げたが、この発明はこれに限られるものではなく、所謂ノルマルクローズタイプのマスフローコントローラにも適用できる。さらに、この発明は、マスフローコントローラから制御弁部６を除去した構成よりなるマスフローメータにも適用できることは言うまでもない。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、センサ部のセンサ流路にその差圧を上昇させるための層流素子からなる第２バイパス素子を前記センサ流路と直列に設けるといった簡単な工夫で、フルスケール流量を大幅に拡大することができ、したがって、バイパス素子として大型のものを用いなくても、フルスケール流量を大幅に拡大することができ、小型でありながらも大流量域および広範な範囲の流量を測定することができる。そして、上記構成によれば、傾斜影響が少なくなり、それだけ、高精度で測定を行うことができる。
【００１９】
そして、この発明によれば、上記効果に加えて、流量ノイズおよびガス種による分流誤差を低減できるといった効果を奏する。
【００２０】
また、この発明によれば、上記効果に加えて、低流量域をより高精度で測定するといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の質量流量制御装置の一例の要部を示す縦断面図である。
【図２】 前記質量流量制御装置の動作説明図である。
【図３】 この発明の他の実施例を概略的に示す図である。
【符号の説明】
１…本体ブロック、２…流体入口、３…流体出口、５…センサ部、１１…センサ流路、１３…バイパス素子、２２…第２バイパス素子、２３…第３バイパス素子、２４…第２センサ部。
【産業上の利用分野】
この発明は、ガスや液体など流体の流量を制御するマスフローコントローラや前記流体の流量を測定するマスフローメータなどの質量流量制御装置に関し、特にサーマル方式によって質量流量を計測する質量流量制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
サーマル方式による質量流量制御装置においては、センサ部の流量測定範囲が約１０ｃｃ／ｍｉｎ以下であるというように狭いため、それ以上の流量計測を行う場合には、センサ部と並列に層流素子からなるバイパス素子を設けていた。このバイパス素子は、センサのフルスケール時の差圧と目的とするフルスケール流量とからセンサのフルスケール時の差圧でセンサ部とバイパス素子とに流れる流量をフルスケール流量としていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記センサ部における差圧は、センサ流路として用いるキャピラリの内径と長さとにより決まっているため、前記フルスケール流量を大きくとる場合、バイパス素子自体が大きくなり、そのため、質量流量測定部が大型化するといった課題があった。
【０００４】
この発明は、上述の事柄に留意してなされたもので、測定できる流量範囲を広げ、小型で大流量を測ることができる質量流量制御装置を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明では、本体ブロックに形成された流体入口と流体出口との間に、流体をバイパスさせるバイパス素子と流体の流量測定を行うセンサ部とを並列的に設けた質量流量制御装置において、前記センサ部のセンサ流路にその差圧を上昇させるための層流素子からなる第２バイパス素子を前記センサ流路と直列に設け、また、前記センサ部と前記第２バイパス素子との間に第３バイパス素子を前記センサ部に対して並列的に設け、さらに、流体の流量測定を行う第２センサ部を前記第２バイパス素子に対して並列的に設けている。
【０００６】
【０００７】
【作用】
上記構成の質量流量制御装置においては、センサ部のセンサ流路にその差圧を上昇させるための層流素子からなる第２バイパス素子を前記センサ流路と直列に設けたことにより、バイパス部に流れる流量が大きくなり、したがって、流量範囲の拡大が可能になることにより、測定できる流量範囲が大きくなり、小型であるにもかかわらず大流量の流体計測が可能となる。また、この質量流量制御装置によれば、傾斜影響が少なくなり、それだけ、精度の高い測定を行うことができる。
【０００８】
そして、前記センサ部と第２バイパス素子との間に第３バイパス素子をセンサ部に対して並列的に設けるようにしており、流体流路からのサンプリング流量を増加させることができるので、流量ノイズおよびガス種による分流誤差を低減できる。さらに、この構成に加えて、流体の流量測定を行う第２センサ部を第２バイパス素子に対して並列的に設けるようにしているので、第２バイパスと第３バイパスとの組合せを適切に選択することにより、低流量域をより高精度で測定することができる。
【０００９】
【実施例】
図１は、この発明の質量流量制御装置としての所謂ノルマルオープンタイプのマスフローコントローラの一例を示し、この図において、１は本体ブロック、２，３は本体ブロック１に形成されたガスなどの流体入口、流体出口である。４は流体入口２と流体出口３との間に形成される流体流路で、流体流量を測定するためのセンサ部５と流量を制御するための制御弁部６とが設けられている。なお、図示する例においては、センサ部５が制御弁部６よりも上流側に設けられているが、この配置を逆にしてもよい。
【００１０】
前記センサ部５は、流体流路４に臨むように開設された測定流路入口７と測定流路出口８との間をセンサブロック９に形成された流路１０を介して接続する例えば薄肉毛細管（キャピラリ）よりなる導管（以下、センサ流路と言う）１１に二つの熱式質量流量センサ素子１２を巻回してなるもので、センサ素子１２は図外のブリッジ回路に接続されている。１３はセンサ部５に対して並列的に流体流路４に設けられるバイパス素子で、定分流比特性を有する層流素子よりなる。
【００１１】
そして、前記制御弁部６は、次のように構成されている。すなわち、前記バイパス素子１３よりも下流側の流体流路４に弁口１４を備えたオリフィスブロック１５が設けられるとともに、弁口１４の開度を調節する弁体１６がばね１７によって常時上方に付勢されるようにして設けられている。１８は弁体１６を所定の方向に押圧駆動するピエゾスタックで、複数のピエゾ素子を積層して形成してあり、弁ブロック１９に螺着された筒状のバルブケース２０内に収容されている。２１はピエゾスタック１８の出力を弁体１６に伝えるための真球である。ここまでの構造は、従来のこの種のマスフローコントローラと変わるところがない。
【００１２】
この発明のマスフローコントローラが、従来のマスフローコントローラと大きく異なる点は、前記センサ部５のセンサ流路１１にその差圧を上昇させるための第２バイパス素子２２を設けたことである。この第２バイパス素子２２を設けることにより、フルスケール流量が大幅に拡大する。以下、一例を挙げて、図２をも参照しながら説明する。
【００１３】
今、２０ｍｍＨ2 Ｏの差圧でフルスケール５ｍｌ／ｍｉｎの流量センサ（その特性を図２において符号Ａで示す）を用いた場合、フルスケール１ｌ／ｍｉｎの流量測定部を形成するには、バイパス素子１３としては、２０ｍｍＨ2 Ｏで９９５ｍｌ／ｍｉｎが流れる層流素子が必要であった。これに対し、センサ流路１１に直列に、２０ｍｍＨ2 Ｏで２．５ｍｌ／ｍｉｎの第２バイパス素子２２（その特性を図２において符号Ｂで示す）を設けると、センサ流路１１に５ｍｌ／ｍｉｎ流すためには、センサ流路１１に６０ｍｍＨ2 Ｏの差圧が必要となり、バイパス素子１３には、図２において符号Ｃで示すように、３倍の２９８５ｍｌ／ｍｉｎが流れ、このときのフルスケール流量は、２９９０（＝５＋２９８５）ｍｌ／ｍｉｎと大きく拡大される。
【００１４】
説明から理解されるように、センサ部５のセンサ流路１１にその差圧を上昇させるための第２バイパス素子２２を設けるといった簡単な工夫で、フルスケール流量を大幅に拡大することができる。したがって、バイパス素子１３として大型のものを用いる必要がなく、したがって、質量流量測定部を徒に大型にする必要がなくなる。そして、上記構成によれば、傾斜影響が少なくなり、それだけ、精度の高い測定を行うことができる。
【００１５】
この発明は、上述の実施例に限られるものではなく、例えば図３に示すようにしてもよい。すなわち、図３（Ａ）に示す例では、センサ部５と第２バイパス素子２２との間に第３バイパス素子２３をセンサ部５に対して並列的に設けるようにしている。このように構成した場合、流体流路４からのサンプリング流量を増加させることができるので、流量ノイズおよびガス種による分流誤差を低減できる。
【００１６】
さらに、図３（Ｂ）に示す例では、図３（Ａ）に示す構成に加えて、流体の流量測定を行う第２センサ部２４を第２バイパス素子２２に対して並列的に設けるようにしている。すなわち、第２バイパス素子２２の両端部を結ぶようにして流路２５を設け、この流路２５に二つの熱式質量流量センサ素子２６を巻設して第２センサ部２４を形成するのである。そして、二つのセンサ素子２６は、センサ部５のセンサ素子１２が組み込まれるブリッジ回路とは別のブリッジ回路に組み込まれる。このように構成した場合、前記図３（Ａ）に示したものの効果に加えて、第２第２バイパス素子２２と第３バイパス素子２３の差圧特性の比率に応じて、低流量域をより高精度で測定するといった効果を奏する。
【００１７】
なお、上述の実施例では、所謂ノルマルオープンタイプのマスフローコントローラを例に挙げたが、この発明はこれに限られるものではなく、所謂ノルマルクローズタイプのマスフローコントローラにも適用できる。さらに、この発明は、マスフローコントローラから制御弁部６を除去した構成よりなるマスフローメータにも適用できることは言うまでもない。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、センサ部のセンサ流路にその差圧を上昇させるための層流素子からなる第２バイパス素子を前記センサ流路と直列に設けるといった簡単な工夫で、フルスケール流量を大幅に拡大することができ、したがって、バイパス素子として大型のものを用いなくても、フルスケール流量を大幅に拡大することができ、小型でありながらも大流量域および広範な範囲の流量を測定することができる。そして、上記構成によれば、傾斜影響が少なくなり、それだけ、高精度で測定を行うことができる。
【００１９】
そして、この発明によれば、上記効果に加えて、流量ノイズおよびガス種による分流誤差を低減できるといった効果を奏する。
【００２０】
また、この発明によれば、上記効果に加えて、低流量域をより高精度で測定するといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の質量流量制御装置の一例の要部を示す縦断面図である。
【図２】 前記質量流量制御装置の動作説明図である。
【図３】 この発明の他の実施例を概略的に示す図である。
【符号の説明】
１…本体ブロック、２…流体入口、３…流体出口、５…センサ部、１１…センサ流路、１３…バイパス素子、２２…第２バイパス素子、２３…第３バイパス素子、２４…第２センサ部。
Claims (1)
- 本体ブロックに形成された流体入口と流体出口との間に、流体をバイパスさせるバイパス素子と流体の流量測定を行うセンサ部とを並列的に設けた質量流量制御装置において、前記センサ部のセンサ流路にその差圧を上昇させるための層流素子からなる第２バイパス素子を前記センサ流路と直列に設け、また、前記センサ部と前記第２バイパス素子との間に第３バイパス素子を前記センサ部に対して並列的に設け、さらに、流体の流量測定を行う第２センサ部を前記第２バイパス素子に対して並列的に設けたことを特徴とする質量流量制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24884494A JP3818547B2 (ja) | 1994-09-16 | 1994-09-16 | 質量流量制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24884494A JP3818547B2 (ja) | 1994-09-16 | 1994-09-16 | 質量流量制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0887335A JPH0887335A (ja) | 1996-04-02 |
| JP3818547B2 true JP3818547B2 (ja) | 2006-09-06 |
Family
ID=17184264
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24884494A Expired - Fee Related JP3818547B2 (ja) | 1994-09-16 | 1994-09-16 | 質量流量制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3818547B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| US20040083807A1 (en) * | 2002-08-28 | 2004-05-06 | Mudd Daniel T. | Higher accuracy pressure based flow controller |
| US9921089B2 (en) | 2005-06-27 | 2018-03-20 | Fujikin Incorporated | Flow rate range variable type flow rate control apparatus |
| JP4856905B2 (ja) | 2005-06-27 | 2012-01-18 | 国立大学法人東北大学 | 流量レンジ可変型流量制御装置 |
| US9383758B2 (en) | 2005-06-27 | 2016-07-05 | Fujikin Incorporated | Flow rate range variable type flow rate control apparatus |
| JP4690827B2 (ja) | 2005-08-26 | 2011-06-01 | 株式会社フジキン | ガスケット型オリフィス及びこれを用いた圧力式流量制御装置 |
| US7992454B2 (en) | 2009-12-04 | 2011-08-09 | International Business Machines Corporation | Airflow bench with laminar flow element |
| EP2455724B1 (de) * | 2010-11-18 | 2016-09-21 | Axetris AG | Flusssensor |
| JP5874193B2 (ja) * | 2011-04-21 | 2016-03-02 | 日立金属株式会社 | 流量制御装置および流量センサユニット |
-
1994
- 1994-09-16 JP JP24884494A patent/JP3818547B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0887335A (ja) | 1996-04-02 |
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Legal Events
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912 Effective date: 20040903 |
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| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
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| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
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| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |