JP4300846B2 - 流量センサ、流量測定器及び流量制御器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス等の比較的小流量の流体の流量を計測する流量センサ、流量測定器及び流量制御器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体集積回路等の半導体製品等を製造するためには、半導体ウエハ等に対して例えばＣＶＤ成膜やエッチング操作等が種々の半導体製造装置において繰り返し行われるが、この場合に微量の処理ガスの供給量を精度良く制御する必要から例えばマスフローコントローラのような流量制御器が用いられている。この種の流量制御器は、ガス等の流体の微細な流量（質量流量）を精度良く制御できるのに対して、その精度良く制御できる流量の領域は、広範囲に渡っているのではなく、設計によって製造時に決まってしまう一定の比較的狭い範囲である。例えば０〜５ｓｃｃｍ程度の小流量の領域で精度良く流量制御できるように設計された流量制御器は、例えば１００ｓｃｃｍ程度の大流量の領域では流すことができない。逆に１００ｓｃｃｍ程度の大流量の領域で精度良く流量制御ができるように設計された流量制御器は、５ｓｃｃｍ程度の小流量の領域での制御精度が劣化してしまう。
【０００３】
このため、半導体製造装置におけるガス配管に上記流量制御器を介設する場合には、半導体ウエハを処理する時にその配管に流すべきガス流量に対応した流量域で制御特性が良好となるように設計された流量制御器が用いられることになる（例えば特開平１−２２７０１６号公報、特開平４−３６６７２５号公報、特開平４−３６６７２６号公報等）。
ここで一般的な流量制御器の構成について、図１７及び図１８を参照して説明する。図１７はガス配管に介設された流量制御器の概略構成図を示し、図１８は流量制御器の流量センサを示す回路図である。
【０００４】
図示するように、この流量制御器２は、液体や気体等の流体を流す管、例えばガス管４の途中に介設されて、この流量を制御するようになっている。この流量制御器２は、例えばステンレススチール等により成形された流体通路６を有しており、この両端が上記ガス管４に接続される。この流量制御器２は流体通路６の前段側に位置する流量センサ５と後段側に位置する流量制御系７とよりなる。
まず、上記流量センサ５は、上記流体通路６のガス流体の流れ方向の上流側に設けられて大部分の流量を流すためのバイパス８を有している。上記バイパス８の両端側には、これを迂回するようにセンサ管１４が接続されており、これにバイパス８と比較して小量のガス流体を一定の比率で流し得るようになっている。このセンサ管１４には直列に接続された制御用の一対の抵抗体Ｒ１、Ｒ４が巻回されており、これに接続されたセンサ回路１６により検出値（電位差）Ｖｓを得るようになっている。
【０００５】
この検出値Ｖｓは、例えばマイクロコンピュータ等よりなる流量制御部１８へ導入されて、上記検出値Ｖｓに基づいて現在流れているガスの流量が求められると共に、その流量が外部より入力される指令値Ｓ１に一致するように、上記流体制御系７を制御することになる。
この流体制御系７は、上記流体通路６の下流側に設けられた流量制御弁１２を有しており、この流量制御弁１２はガス流体の流量を直接的に制御するための弁体として例えばダイヤフラム１０を有している。そして、このダイヤフラム１０は、例えば積層圧電素子よりなるアクチュエータ２０により、その弁開度が調整できるようになっている。このアクチュエータ２０は、上記流量制御部１８からの信号を受けて駆動部２２が出力する駆動信号により動作する。
【０００６】
上記抵抗体Ｒ１、Ｒ４とセンサ回路１６との関係は、図１８に示されている。すなわち、上記抵抗体Ｒ１、Ｒ４の直列接続に対して、２つの基準抵抗Ｒ５、Ｒ６の直列接続回路が並列に接続されて、いわゆるブリッジ回路を形成している。そして、このブリッジ回路に、一定の電流を流すための定電流源２４が接続されている。また、上記抵抗体Ｒ１、Ｒ４同士の接続点と上記基準抵抗Ｒ５、Ｒ６同士の接続点とを入力側に接続して差動回路２６が設けられており、上記両接続点の電位差を求めて、この電位差を検出値Ｖｓとして出力するようになっている。
【０００７】
ここで、上記抵抗体Ｒ１、Ｒ４は、温度に応じてその抵抗値が変化し、且つ電流に応じて発熱量が変わる素材よりなっており、ガスの流れ方向の上流側に抵抗体Ｒ１が巻回され、下流側に抵抗体Ｒ４が巻回されている。また、基準抵抗Ｒ５、Ｒ６は略一定の温度に維持されているものとする。
このように構成された流量制御器２において、センサ管１４にガス流体が流れていない場合には、両抵抗体Ｒ１、Ｒ４の温度は同じになっていることから、ブリッジ回路は平衡して差動回路２６の検出値である電位差は、例えばゼロである。
【０００８】
ここで、センサ管１４にガス流体が流量Ｑで流れると仮定すると、このガス流体は上流側に位置する抵抗体Ｒ１の発熱によって温められてその状態で下流側の抵抗体Ｒ４が巻回されている位置まで流れることになり、この結果、熱の移動が生じて抵抗体Ｒ１、Ｒ４間に温度差、すなわち両抵抗体Ｒ１、Ｒ４間の抵抗値に差が生じて、この時発生する電位差はガスの流量に略比例することになる。従って、この検出値Ｖｓに所定のゲインをかけることによってその時のガス流量を求めることができる。また、この検出されたガス流量が、指令値Ｓ１（実際は電圧値）で表されるガス流量と一致するように、上記流量制御弁１２の弁開度が制御されることになる。
【０００９】
また、ガス流量と検出値である電位差との関係は、最初は比例的に直線性に優れているので流量制御に使用できる領域であるが、電位差が大きくなるに従って、飽和して流量制御に使用できない領域となってしまうので、検出値Ｖｓにかけるゲインの値や使用する抵抗体Ｒ１、Ｒ４の抵抗値等を種々変更した流量制御器を多種類作成することにより、適正にガス流量を測定できる領域や範囲が異なった流量制御器を多種類用意している。
【００１０】
次に、上述のように構成された流量制御器を設けた半導体製造装置の一例について、図１９を参照して説明する。ここでは、同一ガス種を異なる流量で供給する場合を例にとって説明する。
図示するように、この半導体製造装置は、例えば真空引き可能になされた処理チャンバ３０を有しており、これにはガス管４を介して１つのガス源３２が接続されている。そして、このガス管４は、途中で２つの別ルートのガス管４Ａ、４Ｂへと並列に分かれており、各ガス管４Ａ、４Ｂに、それぞれ流量制御器２Ａ、２Ｂ及び開閉弁３４、３６を介設している。そして、例えばマイクロコンピュータ等よりなる装置制御部３８からの指令により、上記流量制御器２Ａ、２Ｂを選択的に動作させるようになっている。例えば上記一方の流量制御器２Ａは、大流量用に設定されており、また、他方の流量制御器２Ｂは小流量用に設定されていることから、図１２に示すように、処理の最初に大流量のガスを流し、その後、小流量のガスを流すような制御を必要とする場合には、最初に大流量用の流量制御器２Ａを動作させ、その後、小流量用の流量制御器２Ｂを動作させるように制御が行われる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のような構成の流量制御器にあっては、図１９及び図２０において説明したように、同一ガス種を流量が大きく異なる領域で供給しなければならない時には、各ガス流量の使用領域に対応させて作成された複数の流量制御器２Ａ、２Ｂを用いなければならず、その分、設備コストが増大してしまうのみならず、また、異なる流量域の流量制御器を増設しようとした場合には、それなりの空間が必要となるために増設が難しい、といった問題があった。
また、図１９に示すガス管４の配設構造では、ガス流量を切り替える時には、開閉弁３４、３６の開閉切り替え動作を行うが、この際、ガスの急激な流れの停止や急激な流れの開始等が生ずることを防止するために、弁の開閉切り替え操作にある程度の時間を要してしまい、この結果、ウエハの処理時間が長くなってスループットを低下させる原因にもなっていた。
【００１２】
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。
本発明の目的は、流体の流量を精度良く検出できる領域を拡大することができる流量センサ及び流量測定器を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、流体の流量を精度良く制御できる領域を拡大することができる流量制御器を提供することにある。
また、本発明の更に他の目的は、流体の流量制御範囲（フルスケール）内において最大流量域近傍の流量を精度良く検出することができる流量センサ及び流量制御器を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、流体通路のバイパスを並列に設けたセンサ管と、温度に応じて抵抗値が変化する偶数個の抵抗体を前記センサ管の長さ方向に沿って直列接続して取り付けられて螺旋状に巻いた抵抗体群と、複数の基準抵抗を直列接続してなり、且つ前記抵抗体群と並列に接続された基準抵抗群と、前記抵抗体群と前記基準抵抗群とに一定の電流を流す定電流源と、前記基準抵抗同士の接続点と前記抵抗体同士の接続点との間の電位差を求める第１の差動回路と、前記第１の差動回路から出力される電位差に基づいて前記流体通路に流れる流体の流量を求める流量決定部と、を有する流量センサにおいて、前記偶数個の抵抗体の一部を選択的に短絡させてバイパスするスイッチ手段を有する少なくとも１つのバイパス回路と、前記バイパス回路と前記基準抵抗同士の接続点との間の電位差を求める少なくとも１つの流量域拡大用差動回路と、前記流量域拡大用差動回路から出力される電位差に基づいて前記流体通路に流れる流体の流量を求める第２の流量決定部と、を備えたことを特徴とする流量センサである。
【００１４】
この場合、例えば請求項２に規定するように、前記抵抗体は４つ設けられ、前記基準抵抗は２つ設けられると共に、前記バイパス回路は中央に直列接続される２つの抵抗体をバイパスする。
本発明の関連技術は、流体通路のバイパスを迂回するように設けたセンサ管と、温度に応じて抵抗値が変化する偶数個の抵抗体を前記センサ管の長さ方向に沿って直列接続して取り付けられた抵抗体群と、複数の基準抵抗を直列接続してなり、且つ前記抵抗体群と並列に接続された基準抵抗群と、前記抵抗体群と前記基準抵抗群とに一定の電流を流す定電流源と、前記基準抵抗同士の接続点と前記抵抗体同士の接続点との間の電位差を求める第１の差動回路と、前記第１の差動回路から出力される電位差に基づいて前記流体通路に流れる流体の流量を求める流量決定部と、を有する流量センサにおいて、流量域拡大用の流量域拡大測定手段を有し、前記流量域拡大測定手段は、流体を流さないダミーセンサ管と、温度に応じて抵抗値が変化する１つ或いは複数のダミー抵抗体を前記ダミーセンサ管の長さ方向に沿って取り付けたダミー抵抗体群と、前記ダミー抵抗体群の下流側と前記抵抗体群の上流側との間に接続され、且つ複数のダミー基準抵抗を直列に接続してなるダミー基準抵抗群と、前記ダミー基準抵抗群の両端に接続されて一定の電流を流すダミー用定電流源と、前記抵抗体群と前記ダミー抵抗体群とを選択的に直列に接続するスイッチ手段と、前記ダミー抵抗体群の入力側と前記ダミー基準抵抗同士の接続点との間の電位差を求める流量域拡大用差動回路と、前記流量域拡大用差動回路から出力される電位差に基づいて前記流体通路に流れる流体の流量を求める第３の流量決定部と、を備えたことを特徴とする流量センサである。
【００１５】
本発明の関連技術は、請求項１に規定する流量センサと、上記流量域拡大測定手段とを備えたことを特徴とする流量センサである。
この場合、例えば前記抵抗体同士の接続点を選択する第１のスイッチと、前記ダミー基準抵抗同士の接続点を選択する第２のスイッチと、を有する。
本発明の関連技術は、流体通路のバイパスに並列に設けたセンサ管と、前記センサ管に巻回され、且つ温度に応じて抵抗値が変化すると共に電流に応じて発熱量が変わる主抵抗体と、前記主抵抗体に一定の電流を流す定電流源と、周囲温度に応じた基準値を求めることができる基準値検出手段と、前記主抵抗体の両端に印加される電圧と前記基準値検出手段で求めた基準値とに基づいて前記流体通路に流れる流体の流量を求める第１の流量検出手段と、よりなることを特徴とする流量センサである。
【００１６】
この場合、例えば前記基準値検出手段は、流体を流さないダミーセンサ管と、前記ダミーセンサ管に巻回され、且つ温度に応じて抵抗値が変化すると共に流れる電流に応じて発熱量が変わるダミー用抵抗体と、前記ダミー用抵抗体に一定の電流を流すダミー用定電流源と、前記ダミー用抵抗体の両端の電圧を検出して前記基準値とするダミー用電圧検出部とよりなる。
また例えば前記基準値検出手段は、前記主抵抗体と前記ダミー用抵抗体との抵抗温度係数を一致させるための係数合わせ部を有する。
また例えば前記基準値検出手段は、周囲温度を電圧値として検出するためのサーミスタ、熱電対及び測温抵抗体の内のいずれか１つを含む。
【００１７】
また例えば前記基準値検出手段は、前記周囲温度に応じて検出される電圧値の周囲温度特性と、前記センサ管に流体を流さない時の前記主抵抗体の両端の電圧の周囲温度特性とを一致させるための係数合わせ部を有する。
また例えば前記基準値検出手段は、前記センサ管に前記流体が流れ始める前の前記主抵抗体の両端の電圧値を記憶し、該記憶値を前記基準値とする。
また例えば前記主抵抗体の任意の位置の電圧を取り出す途中端子と、前記主抵抗体の前記途中端子よりも上流側の電圧と前記主抵抗体の前記途中端子よりも下流側の電圧との差を求めることにより前記流体通路に流れる流体の流量を求める第２の流量検出手段と、前記第２の流量検出手段の出力と前記第１の流量検出手段の出力とを切り替えるためのスイッチ手段と、とを有する。
【００１８】
また例えば前記主抵抗体の上流側端部と前記途中端子との間の任意の点に設けた上流側端子と、前記主抵抗体の下流側端部と前記途中端子との間の任意の点に設けた下流側端子と、前記上流側端部と前記上流側端子との間の電圧と、前記下流側端部と前記下流側端子との間の電圧との差を求めることによって前記流体通路に流れる流体の流量を求める第３の流量検出手段と、前記第１、第２及び第３の流量検出手段の各出力を選択的に切り替えるスイッチ手段と、を有する。
また例えば前記各流量検出手段は、それぞれゲインを調整するための流量計算部を有する。
【００１９】
本発明の関連技術は、流体通路のバイパスに並列に設けたセンサ管と、前記センサ管に巻回され、且つ温度に応じて抵抗値が変化すると共に電流に応じて発熱量が変わる主抵抗体と、前記主抵抗体に一定の電流を流す定電流源と、前記主抵抗体の任意の位置の電圧を取り出す途中端子と、前記主抵抗体の前記途中端子よりも上流側の電圧と前記主抵抗体の前記途中端子よりも下流側の電圧との差を求めることにより前記流体通路に流れる流体の流量を求める第２の流量検出手段と、前記主抵抗体の上流側端部と前記途中端子との間の任意の点に設けた上流側端子と、前記主抵抗体の下流側端部と前記途中端子との間の任意の点に設けた下流側端子と、前記上流側端部と前記上流側端子との間の電圧と、前記下流側端部と前記下流側端子との間の電圧との差を求めることによって前記流体通路に流れる流体の流量を求める第３の流量検出手段と、前記第２及び第３の流量検出手段の各出力を選択的に切り替えるスイッチ手段と、を備えたことを特徴とする流量センサである。
【００２０】
本発明の関連技術は、流体通路のバイパスに並列に設けたセンサ管と、前記センサ管に巻回され、且つ温度に応じて抵抗値が変化すると共に電流に応じて発熱量が変わる主抵抗体と、前記主抵抗体の温度、または該温度と周囲温度との差を一定に保つための定温度制御回路と、前記主抵抗体の任意の位置の電圧を取り出す途中端子と、前記主抵抗体の前記途中端子よりも上流側に投入された上流側電力と、前記主抵抗体の前記途中端子よりも下流側に投入された下流側電力との差に基づいて前記流体通路に流れる流体の流量を求める第４の流量検出手段と、周囲温度に応じた基準値を求めることができる基準値検出手段と、前記主抵抗体に投入される全電力と、前記基準値検出手段で求めた基準値とに基づいて前記流体通路に流れる流体の流量を求める第５の流量検出手段と、前記第４及び第５の流量検出手段の各出力を選択的に切り替えるスイッチ手段と、を備えたことを特徴とする流量センサである。
【００２１】
この場合、例えば前記基準値検出手段は、流体を流さないダミーセンサ管と、前記ダミーセンサ管に巻回され、且つ温度に応じて抵抗値が変化すると共に流れる電流に応じて発熱量が変わるダミー用抵抗体と、前記ダミー用抵抗体の温度を一定に保つ、または該温度と周囲温度との差を一定に保つダミー用定温度制御回路と、前記ダミー用抵抗体に投入される電力を検出して前記基準値とするダミー用電力検出部と、よりなる。
また例えば前記基準値検出手段は、前記センサ管に前記流体が流れ始める前の前記主抵抗体に投入される全電力を記憶し、該記憶値を前記基準値とする。
また例えば前記第４及び第５の各流量検出手段は、それぞれゲインを調整するための流量計算部を有する。
また例えば前記各流量計算部は、前記スイッチ手段の切り替えに応じて流量制御特性が不連続点、或いは変曲点を有するようにそれぞれ異なるゲインを有している。
【００２２】
また例えば前記流量計算部は、前記流量制御特性がＬＯＧ特性を示すようなゲインを有している。
請求項３に係る発明は、上記流量センサを用いた流量測定器であり、すなわち請求項１又は２に記載の流量センサと、前記流量センサで得られた流量を表示する表示部とを有することを特徴とする流量測定器である。
請求項４に係る発明は、上記流量センサを用いた流量制御器であり、すなわち請求項１又は２に記載の流量センサと、流体通路に介設した流量制御弁と、前記流量センサの出力値に基づいて前記流量制御弁の弁開度を制御するアクチュエータと、を備えたことを特徴とする流量制御器である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る流量センサ、流量測定器及び流量制御器の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明の流量センサの第１実施例の要部を示す回路構成図である。尚、図１７及び図１８に示す構成部分と同一部分については同一符号を付して説明する。また本明細書中で用いる”小流量”、”中流量”、”大流量”の用語はそれぞれ絶対値の流量を示すものでなく、単に流量の相対的な大小を表すために用いる。
この流量センサ４０は、図１７に示す流量制御器２に設けた流量センサ５の部分に対応する構成部分であり、この図１では流体通路６とこれに介設されているバイパス８の記載は省略している。
【００２４】
図示するように、ここでは例えばステンレススチール製の細いパイプよりなるセンサ管１４には、温度に応じ抵抗値が変化し、且つ電流に応じて発熱量が変わる偶数個、図示例では４個の抵抗体Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４をこの順序で直列接続してなる抵抗体群４２がセンサ管１４の長さ方向に沿って巻き付けられている。この場合、抵抗体Ｒ１が最も上流側に位置されている。
また、上記抵抗体群４２には、複数、図示例では２個の基準抵抗Ｒ５、Ｒ６を直列接続してなる基準抵抗群４４が並列に接続されている。尚、ここでは発明の理解を容易にするために、室温における抵抗体Ｒ１〜Ｒ４及び基準抵抗Ｒ５、Ｒ６の各抵抗値は同一であるとする。
【００２５】
そして、上記抵抗体群４２と基準抵抗群４４には、一定の電流を流すための定電流源２４が接続されている。また、上記中央の２つの抵抗体Ｒ２、Ｒ３同士の接続点と、上記基準抵抗Ｒ５、Ｒ６同士の接続点とからそれぞれ電圧を取って両電圧を比較する第１の差動回路４６が設けられており、両接続点の電位差Ｖｓ２ を得るようになっている。
また、上記上流側の２つの抵抗体Ｒ１、Ｒ２同士の接続点と、下流側の２つの抵抗体Ｒ３、Ｒ４同士の接続点とを連絡して短絡できるようにバイパス回路４８が設けられる。具体的には、このバイパス回路４８は、途中に開閉できるスイッチ手段５０を介設してなる配線ライン５２よりなり、必要に応じて上記スイッチ手段５０を開閉することにより、短絡させて上記最上流の抵抗体Ｒ１と最下流の抵抗体Ｒ４とを直接的に接続した状態を実現できるようになっている。尚、この短絡時の抵抗体の接続は図１７に示す場合と同じになる。
【００２６】
そして、上記バイパス回路４８と上記基準抵抗Ｒ５、Ｒ６同士の接続点とからそれぞれ電圧を取って両電圧を比較する流量域拡大用差動回路５４が設けられており、両電圧の電位差Ｖｓ１ を得るようになっている。
そして、上記両差動回路４６、５４の出力である電位差Ｖｓ２ 、Ｖｓ１ は、出力切替スイッチ５６により切り替えて選択的に出力可能になっている。尚、ここまでの構成は、図１７中のセンサ回路１６に対応するものである。
【００２７】
次に、上記出力切替スイッチ５６の出力は、上記出力切替スイッチ５６と同期して切り替わるゲイン選択スイッチ５８に入力され、測定すべき流量域に対応したゲインを入力信号にかけるゲイン器（第１の流量決定部）６０Ａとゲイン器（第２の流量決定部）６０Ｂとを選択し得るようになっている。そして、上記入力される電位差に各ゲイン器６０Ａ、６０Ｂのゲインをかけることにより、ガス流体の流量値を求めるようになっている。
このように、出力されてくる電位差にかけるゲインを異ならせることにより、異なる流量域で精度の良いガス流量の測定を可能にしている。
そして、上記スイッチ手段５０及び各スイッチ５６、５８の制御は、このセンサ全体の動作を制御する例えばマイクロコンピュータ等よりなるセンサ制御部６２により行われる。
【００２８】
次に、図２に示すグラフも参照して、上記センサの動作について説明する。図２は第１実施例のガス流量とセンサ出力電圧（電位差）との関係を示すグラフである。尚、後述する各実施例も含み、各スイッチに付されている▲１▼〜▲４▼は、それぞれ同じ数字同士の側に同期して切り替わることを意味する。
＜小流量域＞
まず、ガス流量の小流量域（例えば０〜５ｓｃｃｍ程度の範囲内）について流量の検出を行う場合について説明する。
この場合には、バイパス回路４８のスイッチ手段５０を閉じ、出力切替スイッチ５６及びゲイン選択スイッチ５８を共に▲１▼側に切り替える。従って、上記スイッチ手段５０を閉じることによって、抵抗体Ｒ２、Ｒ３には電流が流れず、抵抗体Ｒ１、Ｒ４に定電流が流れる。尚、基準抵抗Ｒ５、Ｒ６には定電流が流れているのは勿論である。
【００２９】
従って、この時の回路状態は、図１８にて説明したと同じ回路構成になっており、抵抗体Ｒ１、Ｒ４同士の接続点と基準抵抗Ｒ５、Ｒ６同士の接続点との電圧が流量域拡大用差動回路５４にて比較され、その電位差が検出値Ｖｓ1 として出力される。そして、この検出値Ｖｓ1 にゲイン器６０Ａにて所定のゲインをかけることによりその時のガス流体の流量値が求められることになる。この時のガス流量とセンサ出力（電位差）との関係は図２中において曲線Ａにて示されている。この曲線Ａはガス流量がゼロから増加する時はセンサ出力に対して直線性が良好に略比例的に増加しており、途中からセンサ出力は飽和状態へ移行している。この場合、特性の直線性が特に良好な範囲は、曲線Ａの前半側であり、ガス流量の一例としては例えば０〜５ｓｃｃｍ程度の範囲内である。従って、ガス流量が０〜５ｓｃｃｍの範囲をフルスケールとしてガス流量を計測することにより、この流量域にてガス流量を精度良く計測することが可能となる。
【００３０】
＜中流量域＞
次に、ガス流量の中流量域（例えば５〜１０ｓｃｃｍ）について流量の検出を行う場合について説明する。
この場合には、バイパス回路４８のスイッチ手段５０を開き、出力切替スイッチ５６及びゲイン選択スイッチ５８を共に▲２▼側に切り替える。従って、上記スイッチ手段５０を開くことによって、全ての抵抗体Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４に定電流が流れる。尚、基準抵抗Ｒ５、Ｒ６には定電流が流れているのは勿論である。
【００３１】
従って、この時の各スイッチの状態は、図１中において実線で示された状態になっており、抵抗体Ｒ２、Ｒ３間の接続点と基準抵抗Ｒ５、Ｒ６間の接続点の電圧が第１の差動回路４６にて比較され、その電位差が検出値Ｖｓ2 として出力される。そして、この検出値Ｖｓ2 にゲイン器６０Ｂにて所定のゲインをかけることによりその時のガス流体の流量値が求められることになる。この時のガス流量とセンサ出力（電位差）との関係は図２中において曲線Ｂにて示されている。この曲線Ｂは、先の曲線Ａの場合よりも全体的に出力が大きくなって、ガス流量がゼロから増加する時はセンサ出力に対して直線性が良好に略比例的に増加しており、途中からセンサ出力は飽和状態へ移行している。この場合、特性の直線性が特に良好な範囲は、曲線Ｂの前半側から中央部程度まであり、ガス流量の一例としては例えば０〜１０ｓｃｃｍ程度の範囲内である。従って、ガス流量が０〜１０ｓｃｃｍの範囲をフルスケールとしてガス流量を計測することにより、この流量域にてガス流量を精度良く計測することが可能となる。
【００３２】
ただし、この場合、０〜５ｓｃｃｍの範囲内は、上記曲線Ａに基づくガス流量の計測を行った方がより精度の高いガス流量の検出を行うことができる。
このように、４つの抵抗体Ｒ１〜Ｒ４の全てに定電流を流すことにより、この部分での発熱量が抵抗体が２つの場合よりも全体としての発熱量が大きくなり、このためにガス流量が拡大された領域についてもガス流量を精度良く検出乃至測定することが可能となる。従って、ガス流量が大幅に異なるような複数の処理を行う場合にも、ガス流量を迅速に異ならせることができ、処理の迅速化を図ることができる。
【００３３】
また、必要に応じて複数の抵抗体Ｒ１〜Ｒ４の内の一部の抵抗体を検出用の抵抗体として使用しないことにより、少ない流領域においてもガス流量を精度良く検出乃至測定することが可能となる。
尚、ここでは４つの抵抗体Ｒ１〜Ｒ４を設けた場合を例にとって説明したが、これに限定されず、更に多くの偶数個の抵抗体を直列に接続して、上述したと同様な切り替え操作を行うことにより、更に広い流量域に亘ってガス流量を精度良く検出できるようにしてもよい。
【００３４】
＜第２実施例＞
次に、本発明の第２実施例について説明する。
図３は本発明の流量センサの第２実施例の要部を示す回路構成図である。尚、図１、図１７、図１８に示す構成部分と同一部分については同一符号を付して説明を省略する。
ここでは、図１８に示す従来の流量センサに加えて流量域拡大測定手段６２を設けている。なすわち、図中左側に示す従来の流量センサは、センサ管１４に巻回される抵抗体Ｒ１、Ｒ４の直列接続よりなる抵抗体群６４と、基準抵抗Ｒ５、Ｒ６よりなる基準抵抗群４４（図１参照）と、定電流源２４、差動回路２６を有している。
【００３５】
これに対して、上記流量域拡大測定手段６２は、例えばセンサ管１４と同じ構造のダミーセンサ管６６を有しており、このダミーセンサ管６６には全く流体を流通させないようにしている。
そして、このダミーセンサ管６６には、温度に応じて抵抗値が変化すると共に電流に応じて発熱量が変わるダミー抵抗体群６８が上記ダミーセンサ管６６の長さ方向に沿って取り付けられている。ここではダミー抵抗体群６８は、温度に応じて抵抗値が変化し、且つ電流に応じて発熱量が変わる１つ、或いは複数の、図示例では２つのダミー抵抗体Ｒ１’、Ｒ４’をこの順序で直列接続して構成されている。尚、このダミー抵抗体Ｒ１’、Ｒ４’を全体として抵抗値が同じ１つのダミー抵抗体でおきかえてもよい。
【００３６】
そして、上記抵抗体群６４の上流側と上記ダミー抵抗体群６８の下流側との間を、複数、図示例では２つのダミー基準抵抗Ｒ７、Ｒ８をこの順序で直列接続してなるダミー基準抵抗群７０により接続している。ここで、発明の理解を容易にするために上記各抵抗体Ｒ１、Ｒ４、Ｒ１’、Ｒ４’は室温で全て同一抵抗値のものを用い、抵抗Ｒ７、Ｒ８も同一抵抗値のものを用いるものとする。上記ダミー基準抵抗群７０の両端には、一定の電流を流すためのダミー用定電流源７２が接続されている。また、上記ダミー抵抗体群６８の入力側と上記ダミー基準抵抗Ｒ７、Ｒ８同士の接続点の電圧を取って両者の比較を行う流量域拡大差動回路７４が接続されており、ここで上記両電圧の電位差Ｖｓ3 を得るようになっている。
【００３７】
また、上記抵抗体群６４と上記ダミー抵抗体群６８との間には、両者を選択的に直列に接続するスイッチ手段７６が接続されている。具体的には、このスイッチ手段７６は、上記抵抗体群６４の出力側に設けられ、このラインを開閉する第１の切替スイッチ７６Ａと、上記ダミー抵抗体群６８の入力側に接続されて、上記第１の切替スイッチ７６Ａの出力側と、一端が上記ダミー基準抵抗群７０の入力側に接続された緩衝抵抗Ｒａとの間で切り替えを行う第２の切替スイッチ７６Ｂとにより構成されている。これにより、両スイッチ７６Ａ、７６Ｂを共に▲３▼側に切り替えて上記抵抗体群６４と上記ダミー抵抗体群６８とを直列接続した時には、上記各抵抗体群６４、６８と、両ダミー基準抵抗Ｒ７、Ｒ８とでブリッジ回路を形成し得るようになっている。そして、上記両差動回路２６、７４の出力側には、図１にて説明したと同様に、出力切替スイッチ５６、ゲイン選択スイッチ５８が設けられると共に、ゲイン器６０Ａ及び第３の流量決定部としてのゲイン器６０Ｃから選択できるようになっている。
ここで上記各スイッチ５６、５８、７６Ａ、７６Ｂの動作には、このセンサ全体を制御するセンサ制御部６２により行われる。
【００３８】
次に、図４に示すグラフも参照して上記センサの動作について説明する。
図４は第２実施例のガス流量とセンサ出力電圧（電位差）との関係を示すグラフであり、図４（Ａ）は小流量域のグラフを示し、図４（Ｂ）は中流量域から大流量域のグラフを示す。
＜小流量域＞
まず、ガス流量の小流量域（例えば０〜５ｓｃｃｍ程度の範囲内）について流量の検出を行う場合について説明する。
この場合には、スイッチ手段７６の第１の切替スイッチ７６Ａ、第２の切替スイッチ７６Ｂ及び出力切替スイッチ５６、ゲイン選択スイッチ５８は、共に▲１▼側に切り替えておく。これにより、抵抗体群６４の各抵抗体Ｒ１、Ｒ４及び基準抵抗群４４の各基準抵抗Ｒ５、Ｒ６には定電流源２４によってそれぞれ一定の電流が流れている。この時の回路構成は、図１８に示す従来のセンサと同じである。
【００３９】
また、この時、ダミー抵抗体群６８の両ダミー抵抗体Ｒ１’、Ｒ４’及びダミー抵抗群７０のダミー基準抵抗Ｒ７、Ｒ８にもダミー用定電流源７２によって一定の定電流が流されて測定準備のために加温されてはいるが、ここでは流量測定には用いられない。
この時のガス流量とセンサ出力との関係は、図４（Ａ）に示す曲線Ａのように表され、これは図２中の曲線Ａと同じ特性曲線となる。従って、これにより、例えば０〜５ｓｃｃｍ程度の小流量域においてガス流量を精度良く測定することが可能となる。
【００４０】
＜中流量域〜大流量域＞
次に、ガス流量の中流量域〜大流量域（例えば１０〜５０ｓｃｃｍ程度の範囲内）について流量の検出を行う場合について説明する。
この場合には、スイッチ手段７６の第１の切替スイッチ７６Ａ、第２の切替スイッチ７６Ｂ及び出力切替スイッチ５６、ゲイン選択スイッチ５８は、共に▲３▼側に切り替えておく。これにより、抵抗体群６４とダミー抵抗体群６８とは直列接続され、従って、各抵抗体Ｒ１、Ｒ４及びダミー抵抗体Ｒ１’、Ｒ４’にはダミー用定電流源７２によって一定の定電流が流されることになる。
【００４１】
そして、抵抗体Ｒ４とダミー抵抗体Ｒ１’との接続点と、両ダミー基準抵抗Ｒ７、Ｒ８同士の接続点との電位差Ｖｓ3 が流量域拡大差動回路７４にて得られ、これにゲイン器６０Ｃのゲインをかけることによって流量値が求められる。尚、センサ管１４にガス流体が流れてもダミーセンサ管６６にはガス流体が流れないのは前述した通りである。この時のガス流量とセンサ出力（電位差）との関係は図４（Ｂ）に曲線Ｃとして示されている。
【００４２】
このグラフから明らかなように、ガス流量が大きくなるに従って、センサ出力は一方向へ次第に大きくなっている。この場合、曲線Ｃに示すようにガス流量が流れ始めた当初は特性曲線の直線性はそれ程良好ではないが、その後、特性曲線の直線性がかなり良好な状態が続いており、そして、更にガス流量が増加するとセンサ出力は略飽和してしまう。従って、特に特性曲線の直線性が良好な範囲は、図示例の場合は１０〜５０ｓｃｃｍ程度の中流量域から大流量域にかけての範囲内であり、この領域においてガス流量を高い精度で測定できることが可能となる。
【００４３】
尚、上記第２実施例の変形例として図５に示すように構成してもよい。図５中において、図３中に示す部分と同一構成部分については同一参照符号を付してその説明を省略する。また、差動回路２６及び流量拡大用差動回路７４以降の回路構成の記載は省略している。
ここでは、第１の切替スイッチ７６Ａで定電流源２４側と流量拡大用差動回路７４側との間を直接的に切り替えるようにしている。そして、開閉スイッチ７６Ｃを上記緩衝抵抗Ｒａに対して直列接続して、これを更に流量拡大用差動回路７４側中に直接的に接続している。一方、センサ管１４の最上流側の抵抗体Ｒ１と電流入力側に第２の切替スイッチ７６Ｂを設けて、ここで基準抵抗Ｒ５及び定電流源２４側と、緩衝抵抗Ｒａ、ダミー基準抵抗Ｒ７及びダミー用定電流源７２側とを切替えるようになっている。また、定電流源２４に、保護抵抗Ｒｄと開閉スイッチ７６Ｄとよりなる直列回路を並列に接続している。
【００４４】
上記開閉スイッチ７６Ｃは、図中の▲１▼印で閉じられ、▲３▼印で開かれる。逆に、上記開閉スイッチ７６Ｄは、図中の▲１▼印で開かれ、▲３▼印で閉じられる。ここで、第１及び第２の切替スイッチ７６Ａ、７６Ｂが▲３▼印側に接触している時、この開閉スイッチ７６Ｄを▲３▼印側にしてスイッチＯＮとする。これにより、保護抵抗Ｒｄに電流を流して基準抵抗Ｒ５、Ｒ６に過大な電流が流れるのを防止してこの抵抗を保護するようになっている。
他の第１及び第２の切替スイッチ７６Ａ、７６Ｂの切り替えは、▲１▼印及び▲３▼印で示され、図３において説明したと同様の操作で切り替えが行われる。この変形例の場合にも、図３において説明した場合と同様に動作することになる。
【００４５】
＜第３実施例＞
次に、本発明の第３実施例ついて説明する。
図６は本発明の流量センサの第３実施例の要部を示す回路構成図である。尚、図１及び図２に示す構成部分と同一部分については同一符号を付してその説明を省略する。
この第３実施例では、前記第１実施例と第２実施例とを結合して組み合わせたものであり、そして、抵抗体として４つの抵抗体Ｒ１〜Ｒ４を用いていることから、これに対応させて、それぞれ同じ抵抗値の４つのダミー抵抗体Ｒ１’、Ｒ２’、Ｒ３’、Ｒ４’を直列接続してダミー抵抗体群６８として用いている。尚、経時変化等を同様に生ぜしめて検出誤差を極力抑制するためには、上述のように４つの抵抗体Ｒ１〜Ｒ４に対して同様な構造の４つのダミー抵抗体Ｒ１’〜Ｒ４’を用いるのがよいが、これに限定されず、例えばこの４つのダミー抵抗体Ｒ１’〜Ｒ４’と全体としての抵抗が同じ１つのダミー抵抗体を上記４つのダミー抵抗体Ｒ１’〜Ｒ４’に代えて用いるようにしてもよい。
また、ここでは３つの流量域に対して切り替えが可能なことから、出力切替スイッチ５６、ゲイン選択スイッチ５８としては、３点の選択可能な３点スイッチが用いられている。尚、この３点スイッチはセンサ制御部６２により切り替え可能になされているのは勿論であり、実際にはコンピュータにてソフトウエア的に切り替え操作が行われる。
【００４６】
次に、図７に示すグラフも参照して上記センサの動作について説明する。
図７は第３実施例のガス流量とセンサ出力電圧（電位差）との関係を示すグラフであり、図７（Ａ）は小流量域及び中流量域のグラフを示し、図７（Ｂ）は大流量域のグラフを示す。
＜小流量域＞
まず、ガス流量の小流量域（例えば０〜５ｓｃｃｍ程度の範囲内）について流量の検出を行う場合について説明する。
この場合には、スイッチ手段５０を閉状態とし、スイッチ手段７６の第１の切替スイッチ７６Ａ、第２の切替スイッチ７６Ｂ及び出力切替スイッチ５６、ゲイン選択スイッチ５８は、共に▲１▼側に切り替えておく。これにより、抵抗体Ｒ１、Ｒ４を用いた流量測定を行うことができ、この時のガス流量とセンサ出力との関係は、図７（Ａ）に示す曲線Ａのように表され、これは図２中の曲線Ａと同じ特性曲線となる。従って、これにより、例えば０〜５ｓｃｃｍ程度の小流量域においてガス流量を精度良く測定することが可能となる。
【００４７】
＜中流量域＞
中流量域の測定の場合には、スイッチ手段５０を開状態に切り替えると共に、出力切替スイッチ５６及びゲイン選択スイッチ５８を共に▲２▼側へ切り替え、これに対して、第１の切替スイッチ７６Ａ、第２の切替スイッチ７６Ｂは共に▲１▼側にしておく。
これにより、抵抗体Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４を用いた流量測定を行うことができ、この時のガス流量とセンサ出力との関係は、図７（Ａ）に示す曲線Ｂのように表され、これは図２中の曲線Ｂと同じ特性曲線となる。従って、これにより、例えば５〜１０ｓｃｃｍ程度の中流量域においてガス流量を精度良く測定することが可能となる。
【００４８】
＜大流量域＞
大流量域の測定の場合には、スイッチ手段５０を開状態に維持すると共に、第１の切替スイッチ７６Ａ、第２の切替スイッチ７６Ｂ、出力切替スイッチ５６及びゲイン選択スイッチ５８を共に▲３▼側へ切り替える。
これにより、抵抗体Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４及びダミー抵抗体Ｒ１’〜Ｒ４’を用いた流量測定を行うことができ、この時のガス流量とセンサ出力との関係は、図７（Ｂ）に示す曲線Ｃのように表され、これは図４（Ｂ）中の曲線Ｃと略同じ特性曲線となるが、この場合には、抵抗体及びダミー抵抗体が２つから４つに増加した分だけ図４（Ｂ）の場合よりも、より大流量域までの測定が可能となる。従って、これにより、例えば１０〜１００ｓｃｃｍ程度の大流量域においてガス流量を精度良く測定することが可能となる。
【００４９】
＜第４実施例＞
次に、本発明の第４実施例について説明する。
図８は本発明の流量センサの第４実施例の要部を示す回路構成図である。この第４実施例は、図６に示した上記第３実施例の変形例であり、ダミーセンサ管６６側のダミー抵抗体群６８を流量測定に用いる場合の回路構成の態様を広げたものである。
すなわち、上記各抵抗体Ｒ１〜Ｒ４の内の隣接する抵抗体同士の各接続点を選択するために、各接続点から引き出されたラインを選択する第１のスイッチ８０を、図６中の第２の切替スイッチ７６Ｂに代えて設ける。尚、この選択枝には、最下流に位置する抵抗体Ｒ４の出力ラインも含む。
また、各ダミー抵抗体Ｒ１’〜Ｒ４’の内の隣接する抵抗体同士の各接続点を選択するために、各接続点から引き出されたラインを選択する第２のスイッチ８２を、最下流のダミー抵抗体Ｒ４’の出力ラインに設ける。尚、この選択枝には、このダミー抵抗体Ｒ４’の出力ラインも含む。
【００５０】
さて、このように構成された装置において、小流量域及び中流量域の流量測定を行う場合には、図６にて説明したように実行すればよい。この時、第１及び第２のスイッチ８０、８２は共に▲１▼側に接続しておけばよい。
これに対して、例えば大流量域の流量測定を行う場合には、まず、先の第３実施例と同様にスイッチ手段５０を開状態とし、第１の切替スイッチ７６Ａを▲３▼側へ切り替える。そして、第１及び第２のスイッチ８０、８２を同期させて▲１▼〜▲４▼側へ適宜切り替えて接続点を選択することにより様々な流量域にて測定を行うことができる。例えばスイッチ８０、８２を共に▲１▼側へ接続した時は抵抗体Ｒ１とＲ１’が使用され、▲２▼側へ接続した時は抵抗体Ｒ１、Ｒ２とＲ１’、Ｒ２’が使用され、▲３▼側へ接続した時は抵抗体Ｒ１〜Ｒ３とＲ１’〜Ｒ３’が使用され、▲４▼側へ接続した時は抵抗体Ｒ１〜Ｒ４とＲ１’〜Ｒ４’が使用されることになる。尚、上記▲４▼側の場合は図６にて説明した大流量域を測定する場合に対応する。
【００５１】
＜第５実施例＞
次に第５実施例について説明する。
図９は本発明の流量センサの第５実施例の要部を示す回路構成図である。この第５実施例は主として大流量域の流量制御を対象とした流量センサである。尚、先に説明した実施例と同様な構成部分については同一符号を付して説明する。
ここではセンサ管１４には、温度に応じて抵抗値が変化すると共に流される電流に応じて発熱量が変わる主抵抗体９０がその長さ方向に沿って巻回させて設けられている。この主抵抗体９０は、先の抵抗体Ｒ１〜Ｒ４等と同様な素材である。そして、この主抵抗体９０には、これに一定の電流を流すための定電流源２４が接続されている。そして、上記主抵抗体９０の両端部には、これに印加される電圧を求めるための差動回路９２が接続されている。また、この第５実施例では、この流量センサが設置される周囲温度に応じた基準値を求めることができる基準値検出手段９４が設けられる。この基準値検出手段９４は、図１０（後述する）で示すダミーセンサ管を用いたり、サーミスタ、熱電対、測温抵抗体等よりなる検出部９６を有しており、周囲温度（雰囲気温度）に応じた信号を電圧として出力し得るようになっている。
【００５２】
また、この基準値検出手段９４は、上記検出部９６で検出される周囲温度に応じた電圧値の周囲温度特性と、上記センサ管に流体を流していない時の主抵抗体９０の両端の電圧の周囲温度特性とを一致させるための係数合わせ部９８を有している。このような係数を合わせるための補償特性は、予め測定してこの係数合わせ部９８に記憶させておく。
そして、上記差動回路９２の出力側と上記基準値検出手段９４の出力側とに接続されて、これらの出力に基づいて上記流体通路６（図１７参照）に流れる流体の流量を求める第１の流量検出手段１００が設けられている。この第１の流量検出手段１００は、差動回路１０２とこの差動回路１０２の出力値に対してゲインをかけるなどして実際の流量に応じた電圧（流量値）へ変換（計算）する流量計算部１０４とよりなり、これより流量値に対応する電圧値を出力するようになっている。
【００５３】
ここでの流量センサの動作は、図３及び図５において説明した、いわゆる大流量域の動作と類似している。すなわち、センサ管１４にガス流体が流れると、このガスに熱が奪われて定電流の主抵抗体９０の温度が低下してこの抵抗値が下がるので主抵抗体９０の両端の電圧が次第に低下する。この主抵抗体９０の全体に印加されている電圧が、基準値検出手段９４の出力値（基準値）Ｖｓｔ１と、第１の流量検出手段１００の差動回路１０２にて比較される。そして、この差動回路１０２の出力値に所定のゲイン等がかけられて流れる流体の流量値を示す値が電圧として出力されることになる。この時、上述したように基準値検出手段９４からは、この時の周囲温度に応じた電圧値が出力される。
【００５４】
この時のガス流量とセンサ出力電圧との特性曲線は図４（Ｂ）や図７（Ｂ）に示すように、いわゆる大流量域で示すような特性曲線を示すことになる。図４（Ｂ）や図７（Ｂ）ではセンサ出力電圧は負方向に増加しているが、単に極性が逆になっているだけである。具体的には、図１２中の特性曲線Ｃで示すようにガス流量の増加に従ってセンサ出力電圧が緩い曲線を描いて次第に増加して行く。この増加は、主抵抗体９０の温度がガス温度に一致するまで続くことになる。従って、この流量センサか制御できる流量制御範囲（フルスケール）内において、最大流量域近傍における流量を精度良く検出することが可能となる。
尚、ここでは基準値検出手段９４としてサーミスタ等を用いた場合を説明したが、これに替えて、上記センサ管１４に流体が流れ始める前の（直前の）上記主抵抗体９０の電圧値をメモリに記憶し、実際の流量制御時にはこのメモリに記憶した記憶値を基準値として用いるようにしてもよい。
【００５５】
＜第６実施例＞
次に第６実施例について説明する。
図１０は本発明の流量センサの第６実施例の要部を示す回路図である。この第６実施例は、先の第５実施例における基準値検出手段９４としてダミーセンサ管６６を用いたものである。尚、先に説明した各実施例と同一構成部分については同一符号を付して説明する。また、図９に示す部分と同一構成部分については同一符号を付してその説明を省略する。
図１０に示すように、この流量センサにあっては基準値検出手段９４として流体を流さないダミーセンサ管６６を有しており、このダミーセンサ管６６に、温度に応じて抵抗値が変化すると共に流れる電流に応じて発熱量が変わるダミー用抵抗体１０が巻回して設けられている。
【００５６】
そして、このダミー用抵抗体１１０の両端部には、これに一定の電流を流すためのダミー用定電流源７２が接続されると共に、このダミー用定電流源７２には並列に緩衝抵抗Ｒａが接続されている。更に、上記ダミー用抵抗体１１０の両端部にはこの両端の電圧を基準値として検出するために、例えば差動回路よりなるダミー用電圧検出部１１２が接続されており、上記ダミー用抵抗体１１０に印加される電圧を検出するようになっている。そして、このダミー用電圧検出部１１２に接続される係数合わせ部９８には、上記主抵抗体９０とダミー用抵抗体１１０との抵抗温度係数を一致させるための補償係数が予め記憶されており、補償された抵抗温度係数に基づいて求められた電圧値が基準値Ｖｓｔ１として出力されることになる。
【００５７】
上記抵抗温度係数の補償について説明すると、電圧値を式”ａ・Ｅｄ＋ｂ”より上記係数合わせ部９８で求める。ここで”Ｅｄ”はダミー用抵抗体１１０の両端の電圧であり、”ａ”及び”ｂ”は上記主抵抗体９０と上記ダミー用抵抗体１１０の抵抗温度係数を一致させるための定数であり、予め測定等することによって定められている。従って、このダミーセンサ管６６を用いた基準値検出手段９４からは、周囲温度に依存して求められる基準値Ｖｓｔ１が常時出力されることになる。
この場合にも図９に示す流量センサにおいて説明したと同様な動作特性を示すことになり、従って、この流量センサか制御できる流量制御範囲（フルスケール）内において、最大流量域近傍における流量を精度良く検出することが可能となる。
【００５８】
＜第７実施例＞
次に第７実施例について説明する。
図１１は本発明の流量センサの第７実施例の要部を示す回路図である。この第７実施例は、先の第６の実施例に対して中流量用の流量検出手段を組み合わせたものであり、この点において先の図３及び図５の発明に類似した発明である。尚、先に説明した各実施例と同一構成部分については同一符号を付して説明する。また、図９に示す部分と同一構成部分については同一符号を付してその説明を省略する。
【００５９】
図１１に示すように、この流量センサにあっては、図１０にて説明した流量センサ構成に、いわゆる中流量用の流量検出手段として第２の流量検出手段１１６を設けた構成となっている。すなわち、まず上記主抵抗体９０の長さ方向における任意の位置の電圧を取り出す途中端子１１８を設ける。この途中端子１１８は、上記主抵抗体９０の長さ方向のどこでもよく、その中央に限定されない。これにより、主抵抗体９０の上流側端部と途中端子１１８との間が例えば図３中の抵抗体Ｒ１に対応し、途中端子１１８と主抵抗体９０の下流側端部との間が図３中の抵抗体Ｒ４に対応することになる。そして、上記主抵抗体９０の両端に２つの基準抵抗Ｒ５、Ｒ６の直列回路を並列となるように接続し、ブリッジ回路を形成する。また、上記途中端子１１８よりも上流側の主抵抗体９０に印加される電圧と、上記途中端子１１８よりも下流側の主抵抗体９０に印加される電圧との差を求めることにより流体通路６（図１７参照）に流れる流体の流量を求める第２の流量検出手段１１６が設けられる。具体的には、この第２の流量検出手段１１６は、上記途中端子１１８の電位と上記基準抵抗Ｒ５、Ｒ６の接続点の電位とを比較してその差（電位差）を得る差動回路１２０と、この差動回路１２０の出力側に接続されて、上記差動回路１２０の出力値に対してゲインをかけるなどして実際の流量に応じた電圧値（流量値）へ変換（計算）する流量計算部１２２とよりなり、これより流量値に対応する電圧値を出力するようになっている。
【００６０】
更に、この第２の流量検出手段１１６の上記流量計算部１２２の出力側と上記第１の流量検出手段１００の流量計算部１０４の出力側とには、これらの２つの出力を切り替えて選択的に取り出すためのスイッチ手段１２４が接続されている。
このように、構成された流量センサにあっては、図２、図４及び図７に示すような特性曲線と同様な特性を示し、具体的には図１２に示すような特性を示す。図１２は第７実施例のガス流量とセンサ出力電圧（電位差）との関係を示すグラフである。ここで特性曲線Ｂは第２の流量検出手段（中流量用）１１６より出力される特性曲線を示し、特性曲線Ｃは第１の流量検出手段（大流量用）１００より出力される特性曲線を示す。尚、特性曲線Ａは後述する実施例８の特性曲線である。また、特性曲線Ｃは、ここでは図４及び図７に示す場合とはその極性を逆にして（正にして）表している。
【００６１】
図１２に示すグラフにおいてはフルスケールで１００ｓｃｃｍの流量を示すように設定されている。特性曲線Ｂは、ガス流量が増加するに従って、センサ出力電圧は、ゼロから次第に増加し、途中でピークを通過した後に次第に低下するように上方に緩やかな突形状になっている。これに対して、特性曲線Ｃは、ガス流量が増加するに従ってセンサ出力電圧は緩い曲線を描きながら上昇している。
このような特性では、特性曲線Ｂはガス流量が少ない領域、すなわち０〜２０ｓｃｃｍ程度の領域では流量の測定精度がかなり高い反面、２０ｓｃｃｍ以上の領域では流量の測定精度が大幅に低下してしまう。
これに対して、特性曲線Ｃでは、ガス流量が少ない領域（例えば０〜２０ｓｃｃｍ）では、特性曲線Ｂほどには流量の測定精度は高くはないが、２０ｓｃｃｍ以上の領域では特性曲線Ｂよりもその流量精度は高くなる。従って、例えばガス流量が２０ｓｃｃｍ程度のポイントをスイッチ手段１２４の切り替え点とし、２０ｓｃｃｍよりガス流量が少ない場合は特性曲線Ｂを用いるようにし、２０ｓｃｃｍよりガス流量が多い場合は特性曲線Ｃを用いるようにすればよい。これにより、流体の流量を精度良く検出できる領域を拡大することができる。
【００６２】
＜第８実施例＞
次に、第８実施例について説明する。
図１３は本発明の流量センサの第８実施例の要部を示す回路図である。この第８実施例は、先の第７実施例に対して小流量用の流量検出手段を組み合わせたものであり、この点において先の図６及び図８の発明に類似した発明である。尚、先に説明した各実施例と同一構成部分については同一符号を付して説明する。また、図１１に示す部分と同一構成部分については同一符号を付してその説明を省略する。
図１３に示すように、この流量センサにあっては、図１１にて説明した流量センサに、いわゆる小流量用の流量検出手段として第３の流量検出手段１３０を設けた構成となっている。すなわち、まず上記主抵抗体９０の上流側端部と上記途中端子１１８との間の任意の点にこの電圧を取り出す上流側端子１３２を設け、更に、この主抵抗体９０の下流側端部と上記途中端子１１８との間の任意の点にこの電圧を取り出す下流側端子１３４を設ける。これにより、上記主抵抗体９０が、その長さ方向で４つに分割された状態となり、例えば４つの各区分は左側から右側に向けて、例えば図６中の各抵抗体Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４にそれぞれ対応することになる。
【００６３】
そして、上記主抵抗体９０の上流側端部と上記上流側端子１３２との間に印加されている電圧を求めるために差動回路１３６を設け、更に、上記主抵抗体９０の下流側端部と上記下流側端子１３４との間に印加されている電圧を求めるために差動回路１３８を設ける。すなわちこれにより抵抗体部分Ｒ１、Ｒ４の両端の電圧がそれぞれ求められることになる。そして、上記抵抗体部分Ｒ１、Ｒ４に印加される両電圧の差を求めることにより流体通路６（図１７参照）に流れる流体の流量を求める第３の流量検出手段１３０が設けられる。具体的には、この第３の流量検出手段１３０、上記一方の差動回路１３６の出力と他方の差動回路１３８の出力とを比較してその差（電位差）を得る差動回路１４０と、この差動回路１４０の出力側に接続されて、上記差動回路１４０の出力値に対して所定のゲインをかけるなどして実際の流量に応じた電圧値（流量値）へ変換（計算）する流量計算部１４２とよりなり、これにより流量値に対応する電圧値を出力するようになっている。
【００６４】
更にこの第３の流量検出手段１３０の流量計算部１４２の出力側と、前記第１及び第２の流量検出手段１００、１１６の各出力側とには、これらの３つの出力を切り替えて選択的に取り出すためのスイッチ手段１４４が接続されている。
このように構成された流量センサにあっては、第１及び第２の流量検出手段１００、１１６の各出力は、それぞれ図１２中の特性曲線Ｃ及び特性曲線Ｂのようになるのは前述した通りであり、そして、上記第３の流量検出手段１３０の出力は、図１２中の特性曲線Ａのようになる。すなわち、第３の流量検出手段１３０で用いる主抵抗体９０の長さは、上記第２の流量検出手段１１６で用いる主抵抗体９０の長さの例えば略半分程度なので、この特性曲線Ａも、先の特性曲線Ｂよりも半分程度に小さい相似状の特性、すなわち緩やかに上方に突状に曲線を描くような特性となる。この場合、特性曲線Ｃは特に、その前半側で非常に流量の測定精度が高くなり（特性曲線Ｂよりも流量の測定精度がよい）、例えば流量が１０ｓｃｃｍ程度の位置でスイッチ手段１４４を切り替えるようにすればよい。
【００６５】
従って、この第８実施例では、例えば０〜１０ｓｃｃｍ（小流量）の流量制御では特性曲線Ａを用い、１０〜２０ｓｃｃｍ（中流量）の流量制御では特性曲線Ｂを用い、２０〜１００ｓｃｃｍ（大流量）では特性曲線Ｃを用いるようにすればよい。尚、前述したように、上記小、中、大の各流量は単に一例を示したに過ぎず、この流量に限定されない。
【００６６】
＜第９実施例＞
次に第９実施例について説明する。
図１４は本発明の流量センサの第９実施例の要部を示す回路図である。この第９実施例は、先の図１３に示す第８実施例の中から、ダミーセンサ管６６、ダミー用抵抗体１１０及び第１の流量検出手段（大流量用）１００等を設けないで、大流量用に関する流量測定部分を省略した実施例である。従って、第２及び第３の流量検出手段１１６、１３０を設けて、中流量域及び小流量域の流量の制御を精度良く行うことができる。
【００６７】
＜第１０実施例＞
次に第１０実施例について説明する。
図１５は本発明の流量センサの第１０実施例の要部を示す回路図である。この第１０実施例は、例えば特開平１−２２７０１６号公報で開示されているような、定温度式の流量センサを用いており、この定温度式の流量センサでは電位差に替えて電力差を利用して流量を測定している。ここでは図１１に示す第７実施例に対して定温度式の流量センサを適用した場合を例にとって説明する。尚、図１１に示す構成部品と同一構成部品については同一符号を付してその説明を省略する。
図１５に示すように、主抵抗体９０の両端には、この主抵抗体９０の温度、またはこの温度と周囲温度との差を一定に保つための定温度制御回路１５０が接続されており、上述のように主抵抗体９０の温度を保っている。この定温度制御回路１５０としては例えば上記特開平１−２２７０１６号公報に示されるような回路が用いられる。
【００６８】
また、主抵抗体９０の上流側端部と主抵抗体９０の長さ方向の途中に設けた途中端子１１８との間には、この主抵抗体９０の上流側の部分に投入される電力を検出するための上流側電力検出部１５２が設けられ、他方、主抵抗体９０の下流側端部と上記途中端子１１８との間には、この主抵抗体９０の下流側の部分に投入される電力を検出するための下流側電力検出部１５４が設けられる。
そして、上記上流側及び下流側の電力検出部１５２、１５４の各電力の差に基づいて前記流体通路６（図１７参照）に流れる流体の流量を求める、いわゆる中流量用の第４の流体検出手段１５６が設けられる。具体的には、この第４の流体検出手段１５６は、上記上流側電力検出部１５２で検出した上流側電力と上記下流側電力検出部１５４で検出した下流側電力とを比較してこの差（電力）を得る差動回路１５８と、この差動回路１５８の出力側に接続されて上記差動回路１５８の出力値に対して所定のゲインをかけるなどして実際の流量に応じた電圧値（流量値）へ変換（計算）する流量計算部１６０とよりなり、これより流量値に対応する電圧値を出力するようになっている。
【００６９】
また、上記主抵抗体９０の両端には、この主抵抗体９０の全体に投入される電力を検出するための全電力検出部１６２が設けられる。尚、この全電力検出部１６２に替えて、上記上流側電力検出部１５２の出力と上記下流側電力検出部１５４の出力とを加算（総和）するようにしてもよい。
更に、本実施例では、周囲温度に応じた基準値を求めるための基準値検出手段１６６が設けられる。この基準値検出手段１６６としては、図９の第５実施例で説明したように、サーミスタや熱電対や測温抵抗体等を用いることができるが、ここではダミーセンサ管６６とダミー用抵抗体１１０（図１１参照）等を用いた場合を例にとって説明する。
【００７０】
上記ダミーセンサ管６６に巻回されたダミー用抵抗体１１０の両端には、このダミー用抵抗体１１０の温度を一定に保つ、またはこの温度と周囲温度との差を一定に保つダミー用定温度制御回路１７０が接続されており、このダミー用抵抗体１１０の温度を上記のように制御するようになっている。また、このダミー用抵抗体１１０の両端には、この全体に投入される電力を検出して上記基準値とするためのダミー用電力検出部１７２が接続されている。そして、このダミー用電力検出部１７２の出力側に接続される係数合わせ部９８には、上記主抵抗体９０とダミー用抵抗体１１０との抵抗温度係数を一致させるための補償係数が予め記憶されており、補償された抵抗温度係数に基づいて求められた電圧値が基準値Ｖｓｔ１として出力されることになる。
【００７１】
そして、上記全電力検出部１６２の出力と上記係数合わせ部９８の出力の差（電力差）に基づいて前記流体通路６（図１７参照）に流れる流体の流量を求める、いわゆる大流量用の第５の流体検出手段１７４が設けられる。具体的には、この第５の流体検出手段１７４は、上記全電力検出部１６２で検出した電力と上記ダミー用電力検出部１７２で検出されて係数合わせ部９８で補償された後に基準値Ｖｓｔ１として出力された電力とを比較してこの差（電力）を得る差動回路１７６と、この差動回路１７６の出力側に接続されて上記差動回路１７６の出力値に対して所定のゲインをかけるなどして実際の流量に応じた電圧値（流量値）へ変換（計算）する流量計算部１７８とよりなり、これより流量値に対応する電圧値を出力するようになっている。そして、この第５の流量検出手段１７４の上記流量計算部１７８の出力側と上記第４の流量検出手段１５６の流量計算部１６０の出力側とには、これらの２つの出力を切り替えて選択的に取り出すためのスイッチ手段１２４が接続されている。
【００７２】
このように、構成された流量センサにあっては、前述した図１１に示す第７実施例の場合と同様な作用効果を発揮することができる。
このように、主抵抗体９０やダミー抵抗体１１０の全部、或いは一部に加わる各電圧に替えて、これらで消費される（投入される）電力に基づいて流量を求める上述のような発明は、図１３に示す第８実施例及び図１４に示す第９実施例においても適用することができる。
【００７３】
＜第１１実施例＞
ところで、前述したように、装置制御部からのガス流量に関する指令値Ｓ１（図１７参照）は０〜５Ｖの範囲で送られてきて、この電圧値が流量に対応している。例えば図１６（Ａ）に示すように、最大のガス流量（フルスケール）を２０００ｓｃｃｍに設定した場合、制御流量と指令値（電圧）Ｓ１との関係は一直線状になっている。従って、１００ｓｃｃｍ程度の流量域で制御する時は指令値Ｓ１の電圧は０．２５ボルト程度を中心として変化することになり、そして、制御流量域が変わって２０００ｓｃｃｍ程度の流量域で制御する時は指令値Ｓ１は５ボルト程度の近傍で変化することになる。ここで、１００ｓｃｃｍ程度の流量域で制御を行うために指令値Ｓ１を０．２５ボルト程度に制御する場合には、この指令値Ｓ１に僅かなノイズが入っただけでこの指令値Ｓ１が変化し、これが制御流量値を大きく変動させてしまう、という恐れがある。しかも、実際の半導体製造装置にあっては、１つの流量制御器に対して０〜２０００ｓｃｃｍの全範囲に亘って流量制御を行うように使用する場合は少なく、例えば５０〜１００ｓｃｃｍの範囲と１９００〜２０００ｓｃｃｍの範囲のように、部分的な範囲で流量制御を行うようにしか使用しないような場合もある。
【００７４】
このような場合には、例えば図１６（Ｂ）に示すように、指令値Ｓ１の電圧値が０〜４ボルトの範囲を、０〜１００ｓｃｃｍの流量の範囲に対応させ、指令値Ｓ１の電圧値が４〜５ボルトまでの範囲を、１６００〜２０００ｓｃｃｍの流量の範囲に対応させるようにし、流量制御特性に不連続点を持たせるようにしてもよい。この場合には、装置制御部からは図１６（Ｂ）に示すような特性に沿った指令値Ｓ１が出力されるようにし、また、上記各実施例における各流量計算部１０４、１２２、１４２等の各ゲイン等を、図１６（Ｂ）に示す特性に沿った出力値となるように予め調整しておく。
これによれば、前述のように複数の流量域に対して切り替えて流量制御を行う場合、小流量域、或いは中流量域における制御の分解能を高めることができ、従って流量の制御精度を一層高めることができる。
【００７５】
このような特性の切り替えは、図１６（Ｂ）に示すような特性に限らず、例えば図１６（Ｃ）に示すように、指令値Ｓ１の電圧値が０〜４ボルトまでの範囲を０〜１００ｓｃｃｍの流量の範囲に対応させ、指令値Ｓ１の電圧値が４〜５ボルトまでの範囲を４００〜２０００ｓｃｃｍの流量の範囲に対応させるようにし、流量制御特性に変曲点を持たせるようにしてもよい。
更には、図１６（Ｄ）に示すように、縦軸の流量が複数目盛で表されているように、流量制御特性がＬＯＧ特性を示すような特性としてもよい。
尚、以上説明した各実施例では流量センサについて説明したが、これを流量測定器として用いる場合には、各センサにおいて得られた流量値を表示するための、例えばディスプレイ等の表示手段を追加的に加えて用いればよい。また、上記各流量センサを流量制御器（質量流量制御器）に用いる場合には、図１７に示した流量制御器２の流量センサ５として、上記各流量センサを用いればよい。
【００７６】
また、上記各実施例において用いた流量域は、単に一例を示したに過ぎず、用いる各抵抗体や抵抗の抵抗値を適宜選択することにより、種々の流量域における精度の高い流量測定、或いは流量制御が可能となるのは勿論である。
また、各実施例における各スイッチ類、差動回路及び抵抗類等は半導体集積回路して形成できるのは勿論である。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、流体の流量を精度良く検出できる領域を拡大することができる流量センサ及び流量測定器を提供することができる。
また、流体の流量を精度良く制御できる領域を拡大することができる流量制御器を提供することができる。
また、流体の流量制御範囲（フルスケール）内において最大流量域近傍の流量を精度良く検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の流量センサの第１実施例の要部を示す回路構成図である。
【図２】 第１実施例のガス流量とセンサ出力電圧（電位差）との関係を示すグラフである。
【図３】 本発明の流量センサの第２実施例の要部を示す回路構成図である。
【図４】 第２実施例のガス流量とセンサ出力電圧（電位差）との関係を示すグラフである。
【図５】 本発明の第２実施例の変形例を示す回路構成図である。
【図６】 本発明の流量センサの第３実施例の要部を示す回路構成図である。
【図７】 第３実施例のガス流量とセンサ出力電圧（電位差）との関係を示すグラフである。
【図８】 本発明の流量センサの第４実施例の要部を示す回路構成図である。
【図９】 図９は本発明の流量センサの第５実施例の要部を示す回路構成図である。
【図１０】 本発明の流量センサの第６実施例の要部を示す回路図である。
【図１１】 本発明の流量センサの第７実施例の要部を示す回路図である。
【図１２】 第７実施例のガス流量とセンサ出力電圧（電位差）との関係を示すグラフである。
【図１３】 本発明の流量センサの第８実施例の要部を示す回路図である。
【図１４】 本発明の流量センサの第９実施例の要部を示す回路図である。
【図１５】 本発明の流量センサの第１０実施例の要部を示す回路図である。
【図１６】 指令値（電圧）と流量との関係を示すグラフである。
【図１７】 ガス配管に介設された流量制御器を示す概略構成図である。
【図１８】 流量制御器の流量センサを示す回路図である。
【図１９】 半導体製造装置のガス管の配設構造を示す図である。
【図２０】 ガス流量の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
４ ガス管
６ 流体通路
８ バイパス
１２ 流量制御弁
１４ センサ管
１６ センサ回路
２０ アクチュエータ
２４ 定電流源
４０ 流量センサ
４２ 抵抗体群
４４ 基準抵抗群
４６ 第１の差動回路
４８ バイパス回路
５０ スイッチ手段
５４ 流量域拡大用差動回路
６０Ａ ゲイン器（第１の流量決定部）
６０Ｂ ゲイン器（第２の流量決定部）
６０Ｃ ゲイン器（第３の流量決定部）
６２ 流量域拡大測定手段
６４ 抵抗体群
６６ ダミーセンサ管
６８ ダミー抵抗体群
７０ ダミー基準抵抗群
７２ ダミー用定電流源
７４ 流量域拡大差動回路
８０ 第１のスイッチ
８２ 第２のスイッチ
９０ 主抵抗体
９４ 基準値検出手段
９８ 係数合わせ部
１００ 第１の流量検出手段（大流量用）
１０４ 流量計算部
１１０ ダミー用抵抗体
１１２ ダミー用電圧検出部
１１６ 第２の流量検出手段（中流量用）
１１８ 途中端子
１２４ スイッチ手段
１３０ 第３の流量検出手段（小流量用）
１３２ 上流側端子
１３４ 下流側端子
１４２ 流量計算部
１４４ スイッチ手段
１５０ 定温度制御回路
１５６ 第４の流量検出手段
１７０ ダミー用定温度制御回路
１７２ ダミー用電力検出部
１７４ 第５の流量検出手段
Ｒ１〜Ｒ４ 抵抗体
Ｒ５、Ｒ６ 基準抵抗
Ｒ１’〜Ｒ４’ ダミー抵抗体
Ｒ７、Ｒ８ ダミー基準抵抗
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス等の比較的小流量の流体の流量を計測する流量センサ、流量測定器及び流量制御器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体集積回路等の半導体製品等を製造するためには、半導体ウエハ等に対して例えばＣＶＤ成膜やエッチング操作等が種々の半導体製造装置において繰り返し行われるが、この場合に微量の処理ガスの供給量を精度良く制御する必要から例えばマスフローコントローラのような流量制御器が用いられている。この種の流量制御器は、ガス等の流体の微細な流量（質量流量）を精度良く制御できるのに対して、その精度良く制御できる流量の領域は、広範囲に渡っているのではなく、設計によって製造時に決まってしまう一定の比較的狭い範囲である。例えば０〜５ｓｃｃｍ程度の小流量の領域で精度良く流量制御できるように設計された流量制御器は、例えば１００ｓｃｃｍ程度の大流量の領域では流すことができない。逆に１００ｓｃｃｍ程度の大流量の領域で精度良く流量制御ができるように設計された流量制御器は、５ｓｃｃｍ程度の小流量の領域での制御精度が劣化してしまう。
【０００３】
このため、半導体製造装置におけるガス配管に上記流量制御器を介設する場合には、半導体ウエハを処理する時にその配管に流すべきガス流量に対応した流量域で制御特性が良好となるように設計された流量制御器が用いられることになる（例えば特開平１−２２７０１６号公報、特開平４−３６６７２５号公報、特開平４−３６６７２６号公報等）。
ここで一般的な流量制御器の構成について、図１７及び図１８を参照して説明する。図１７はガス配管に介設された流量制御器の概略構成図を示し、図１８は流量制御器の流量センサを示す回路図である。
【０００４】
図示するように、この流量制御器２は、液体や気体等の流体を流す管、例えばガス管４の途中に介設されて、この流量を制御するようになっている。この流量制御器２は、例えばステンレススチール等により成形された流体通路６を有しており、この両端が上記ガス管４に接続される。この流量制御器２は流体通路６の前段側に位置する流量センサ５と後段側に位置する流量制御系７とよりなる。
まず、上記流量センサ５は、上記流体通路６のガス流体の流れ方向の上流側に設けられて大部分の流量を流すためのバイパス８を有している。上記バイパス８の両端側には、これを迂回するようにセンサ管１４が接続されており、これにバイパス８と比較して小量のガス流体を一定の比率で流し得るようになっている。このセンサ管１４には直列に接続された制御用の一対の抵抗体Ｒ１、Ｒ４が巻回されており、これに接続されたセンサ回路１６により検出値（電位差）Ｖｓを得るようになっている。
【０００５】
この検出値Ｖｓは、例えばマイクロコンピュータ等よりなる流量制御部１８へ導入されて、上記検出値Ｖｓに基づいて現在流れているガスの流量が求められると共に、その流量が外部より入力される指令値Ｓ１に一致するように、上記流体制御系７を制御することになる。
この流体制御系７は、上記流体通路６の下流側に設けられた流量制御弁１２を有しており、この流量制御弁１２はガス流体の流量を直接的に制御するための弁体として例えばダイヤフラム１０を有している。そして、このダイヤフラム１０は、例えば積層圧電素子よりなるアクチュエータ２０により、その弁開度が調整できるようになっている。このアクチュエータ２０は、上記流量制御部１８からの信号を受けて駆動部２２が出力する駆動信号により動作する。
【０００６】
上記抵抗体Ｒ１、Ｒ４とセンサ回路１６との関係は、図１８に示されている。すなわち、上記抵抗体Ｒ１、Ｒ４の直列接続に対して、２つの基準抵抗Ｒ５、Ｒ６の直列接続回路が並列に接続されて、いわゆるブリッジ回路を形成している。そして、このブリッジ回路に、一定の電流を流すための定電流源２４が接続されている。また、上記抵抗体Ｒ１、Ｒ４同士の接続点と上記基準抵抗Ｒ５、Ｒ６同士の接続点とを入力側に接続して差動回路２６が設けられており、上記両接続点の電位差を求めて、この電位差を検出値Ｖｓとして出力するようになっている。
【０００７】
ここで、上記抵抗体Ｒ１、Ｒ４は、温度に応じてその抵抗値が変化し、且つ電流に応じて発熱量が変わる素材よりなっており、ガスの流れ方向の上流側に抵抗体Ｒ１が巻回され、下流側に抵抗体Ｒ４が巻回されている。また、基準抵抗Ｒ５、Ｒ６は略一定の温度に維持されているものとする。
このように構成された流量制御器２において、センサ管１４にガス流体が流れていない場合には、両抵抗体Ｒ１、Ｒ４の温度は同じになっていることから、ブリッジ回路は平衡して差動回路２６の検出値である電位差は、例えばゼロである。
【０００８】
ここで、センサ管１４にガス流体が流量Ｑで流れると仮定すると、このガス流体は上流側に位置する抵抗体Ｒ１の発熱によって温められてその状態で下流側の抵抗体Ｒ４が巻回されている位置まで流れることになり、この結果、熱の移動が生じて抵抗体Ｒ１、Ｒ４間に温度差、すなわち両抵抗体Ｒ１、Ｒ４間の抵抗値に差が生じて、この時発生する電位差はガスの流量に略比例することになる。従って、この検出値Ｖｓに所定のゲインをかけることによってその時のガス流量を求めることができる。また、この検出されたガス流量が、指令値Ｓ１（実際は電圧値）で表されるガス流量と一致するように、上記流量制御弁１２の弁開度が制御されることになる。
【０００９】
また、ガス流量と検出値である電位差との関係は、最初は比例的に直線性に優れているので流量制御に使用できる領域であるが、電位差が大きくなるに従って、飽和して流量制御に使用できない領域となってしまうので、検出値Ｖｓにかけるゲインの値や使用する抵抗体Ｒ１、Ｒ４の抵抗値等を種々変更した流量制御器を多種類作成することにより、適正にガス流量を測定できる領域や範囲が異なった流量制御器を多種類用意している。
【００１０】
次に、上述のように構成された流量制御器を設けた半導体製造装置の一例について、図１９を参照して説明する。ここでは、同一ガス種を異なる流量で供給する場合を例にとって説明する。
図示するように、この半導体製造装置は、例えば真空引き可能になされた処理チャンバ３０を有しており、これにはガス管４を介して１つのガス源３２が接続されている。そして、このガス管４は、途中で２つの別ルートのガス管４Ａ、４Ｂへと並列に分かれており、各ガス管４Ａ、４Ｂに、それぞれ流量制御器２Ａ、２Ｂ及び開閉弁３４、３６を介設している。そして、例えばマイクロコンピュータ等よりなる装置制御部３８からの指令により、上記流量制御器２Ａ、２Ｂを選択的に動作させるようになっている。例えば上記一方の流量制御器２Ａは、大流量用に設定されており、また、他方の流量制御器２Ｂは小流量用に設定されていることから、図１２に示すように、処理の最初に大流量のガスを流し、その後、小流量のガスを流すような制御を必要とする場合には、最初に大流量用の流量制御器２Ａを動作させ、その後、小流量用の流量制御器２Ｂを動作させるように制御が行われる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のような構成の流量制御器にあっては、図１９及び図２０において説明したように、同一ガス種を流量が大きく異なる領域で供給しなければならない時には、各ガス流量の使用領域に対応させて作成された複数の流量制御器２Ａ、２Ｂを用いなければならず、その分、設備コストが増大してしまうのみならず、また、異なる流量域の流量制御器を増設しようとした場合には、それなりの空間が必要となるために増設が難しい、といった問題があった。
また、図１９に示すガス管４の配設構造では、ガス流量を切り替える時には、開閉弁３４、３６の開閉切り替え動作を行うが、この際、ガスの急激な流れの停止や急激な流れの開始等が生ずることを防止するために、弁の開閉切り替え操作にある程度の時間を要してしまい、この結果、ウエハの処理時間が長くなってスループットを低下させる原因にもなっていた。
【００１２】
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。
本発明の目的は、流体の流量を精度良く検出できる領域を拡大することができる流量センサ及び流量測定器を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、流体の流量を精度良く制御できる領域を拡大することができる流量制御器を提供することにある。
また、本発明の更に他の目的は、流体の流量制御範囲（フルスケール）内において最大流量域近傍の流量を精度良く検出することができる流量センサ及び流量制御器を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、流体通路のバイパスを並列に設けたセンサ管と、温度に応じて抵抗値が変化する偶数個の抵抗体を前記センサ管の長さ方向に沿って直列接続して取り付けられて螺旋状に巻いた抵抗体群と、複数の基準抵抗を直列接続してなり、且つ前記抵抗体群と並列に接続された基準抵抗群と、前記抵抗体群と前記基準抵抗群とに一定の電流を流す定電流源と、前記基準抵抗同士の接続点と前記抵抗体同士の接続点との間の電位差を求める第１の差動回路と、前記第１の差動回路から出力される電位差に基づいて前記流体通路に流れる流体の流量を求める流量決定部と、を有する流量センサにおいて、前記偶数個の抵抗体の一部を選択的に短絡させてバイパスするスイッチ手段を有する少なくとも１つのバイパス回路と、前記バイパス回路と前記基準抵抗同士の接続点との間の電位差を求める少なくとも１つの流量域拡大用差動回路と、前記流量域拡大用差動回路から出力される電位差に基づいて前記流体通路に流れる流体の流量を求める第２の流量決定部と、を備えたことを特徴とする流量センサである。
【００１４】
この場合、例えば請求項２に規定するように、前記抵抗体は４つ設けられ、前記基準抵抗は２つ設けられると共に、前記バイパス回路は中央に直列接続される２つの抵抗体をバイパスする。
本発明の関連技術は、流体通路のバイパスを迂回するように設けたセンサ管と、温度に応じて抵抗値が変化する偶数個の抵抗体を前記センサ管の長さ方向に沿って直列接続して取り付けられた抵抗体群と、複数の基準抵抗を直列接続してなり、且つ前記抵抗体群と並列に接続された基準抵抗群と、前記抵抗体群と前記基準抵抗群とに一定の電流を流す定電流源と、前記基準抵抗同士の接続点と前記抵抗体同士の接続点との間の電位差を求める第１の差動回路と、前記第１の差動回路から出力される電位差に基づいて前記流体通路に流れる流体の流量を求める流量決定部と、を有する流量センサにおいて、流量域拡大用の流量域拡大測定手段を有し、前記流量域拡大測定手段は、流体を流さないダミーセンサ管と、温度に応じて抵抗値が変化する１つ或いは複数のダミー抵抗体を前記ダミーセンサ管の長さ方向に沿って取り付けたダミー抵抗体群と、前記ダミー抵抗体群の下流側と前記抵抗体群の上流側との間に接続され、且つ複数のダミー基準抵抗を直列に接続してなるダミー基準抵抗群と、前記ダミー基準抵抗群の両端に接続されて一定の電流を流すダミー用定電流源と、前記抵抗体群と前記ダミー抵抗体群とを選択的に直列に接続するスイッチ手段と、前記ダミー抵抗体群の入力側と前記ダミー基準抵抗同士の接続点との間の電位差を求める流量域拡大用差動回路と、前記流量域拡大用差動回路から出力される電位差に基づいて前記流体通路に流れる流体の流量を求める第３の流量決定部と、を備えたことを特徴とする流量センサである。
【００１５】
本発明の関連技術は、請求項１に規定する流量センサと、上記流量域拡大測定手段とを備えたことを特徴とする流量センサである。
この場合、例えば前記抵抗体同士の接続点を選択する第１のスイッチと、前記ダミー基準抵抗同士の接続点を選択する第２のスイッチと、を有する。
本発明の関連技術は、流体通路のバイパスに並列に設けたセンサ管と、前記センサ管に巻回され、且つ温度に応じて抵抗値が変化すると共に電流に応じて発熱量が変わる主抵抗体と、前記主抵抗体に一定の電流を流す定電流源と、周囲温度に応じた基準値を求めることができる基準値検出手段と、前記主抵抗体の両端に印加される電圧と前記基準値検出手段で求めた基準値とに基づいて前記流体通路に流れる流体の流量を求める第１の流量検出手段と、よりなることを特徴とする流量センサである。
【００１６】
この場合、例えば前記基準値検出手段は、流体を流さないダミーセンサ管と、前記ダミーセンサ管に巻回され、且つ温度に応じて抵抗値が変化すると共に流れる電流に応じて発熱量が変わるダミー用抵抗体と、前記ダミー用抵抗体に一定の電流を流すダミー用定電流源と、前記ダミー用抵抗体の両端の電圧を検出して前記基準値とするダミー用電圧検出部とよりなる。
また例えば前記基準値検出手段は、前記主抵抗体と前記ダミー用抵抗体との抵抗温度係数を一致させるための係数合わせ部を有する。
また例えば前記基準値検出手段は、周囲温度を電圧値として検出するためのサーミスタ、熱電対及び測温抵抗体の内のいずれか１つを含む。
【００１７】
また例えば前記基準値検出手段は、前記周囲温度に応じて検出される電圧値の周囲温度特性と、前記センサ管に流体を流さない時の前記主抵抗体の両端の電圧の周囲温度特性とを一致させるための係数合わせ部を有する。
また例えば前記基準値検出手段は、前記センサ管に前記流体が流れ始める前の前記主抵抗体の両端の電圧値を記憶し、該記憶値を前記基準値とする。
また例えば前記主抵抗体の任意の位置の電圧を取り出す途中端子と、前記主抵抗体の前記途中端子よりも上流側の電圧と前記主抵抗体の前記途中端子よりも下流側の電圧との差を求めることにより前記流体通路に流れる流体の流量を求める第２の流量検出手段と、前記第２の流量検出手段の出力と前記第１の流量検出手段の出力とを切り替えるためのスイッチ手段と、とを有する。
【００１８】
また例えば前記主抵抗体の上流側端部と前記途中端子との間の任意の点に設けた上流側端子と、前記主抵抗体の下流側端部と前記途中端子との間の任意の点に設けた下流側端子と、前記上流側端部と前記上流側端子との間の電圧と、前記下流側端部と前記下流側端子との間の電圧との差を求めることによって前記流体通路に流れる流体の流量を求める第３の流量検出手段と、前記第１、第２及び第３の流量検出手段の各出力を選択的に切り替えるスイッチ手段と、を有する。
また例えば前記各流量検出手段は、それぞれゲインを調整するための流量計算部を有する。
【００１９】
本発明の関連技術は、流体通路のバイパスに並列に設けたセンサ管と、前記センサ管に巻回され、且つ温度に応じて抵抗値が変化すると共に電流に応じて発熱量が変わる主抵抗体と、前記主抵抗体に一定の電流を流す定電流源と、前記主抵抗体の任意の位置の電圧を取り出す途中端子と、前記主抵抗体の前記途中端子よりも上流側の電圧と前記主抵抗体の前記途中端子よりも下流側の電圧との差を求めることにより前記流体通路に流れる流体の流量を求める第２の流量検出手段と、前記主抵抗体の上流側端部と前記途中端子との間の任意の点に設けた上流側端子と、前記主抵抗体の下流側端部と前記途中端子との間の任意の点に設けた下流側端子と、前記上流側端部と前記上流側端子との間の電圧と、前記下流側端部と前記下流側端子との間の電圧との差を求めることによって前記流体通路に流れる流体の流量を求める第３の流量検出手段と、前記第２及び第３の流量検出手段の各出力を選択的に切り替えるスイッチ手段と、を備えたことを特徴とする流量センサである。
【００２０】
本発明の関連技術は、流体通路のバイパスに並列に設けたセンサ管と、前記センサ管に巻回され、且つ温度に応じて抵抗値が変化すると共に電流に応じて発熱量が変わる主抵抗体と、前記主抵抗体の温度、または該温度と周囲温度との差を一定に保つための定温度制御回路と、前記主抵抗体の任意の位置の電圧を取り出す途中端子と、前記主抵抗体の前記途中端子よりも上流側に投入された上流側電力と、前記主抵抗体の前記途中端子よりも下流側に投入された下流側電力との差に基づいて前記流体通路に流れる流体の流量を求める第４の流量検出手段と、周囲温度に応じた基準値を求めることができる基準値検出手段と、前記主抵抗体に投入される全電力と、前記基準値検出手段で求めた基準値とに基づいて前記流体通路に流れる流体の流量を求める第５の流量検出手段と、前記第４及び第５の流量検出手段の各出力を選択的に切り替えるスイッチ手段と、を備えたことを特徴とする流量センサである。
【００２１】
この場合、例えば前記基準値検出手段は、流体を流さないダミーセンサ管と、前記ダミーセンサ管に巻回され、且つ温度に応じて抵抗値が変化すると共に流れる電流に応じて発熱量が変わるダミー用抵抗体と、前記ダミー用抵抗体の温度を一定に保つ、または該温度と周囲温度との差を一定に保つダミー用定温度制御回路と、前記ダミー用抵抗体に投入される電力を検出して前記基準値とするダミー用電力検出部と、よりなる。
また例えば前記基準値検出手段は、前記センサ管に前記流体が流れ始める前の前記主抵抗体に投入される全電力を記憶し、該記憶値を前記基準値とする。
また例えば前記第４及び第５の各流量検出手段は、それぞれゲインを調整するための流量計算部を有する。
また例えば前記各流量計算部は、前記スイッチ手段の切り替えに応じて流量制御特性が不連続点、或いは変曲点を有するようにそれぞれ異なるゲインを有している。
【００２２】
また例えば前記流量計算部は、前記流量制御特性がＬＯＧ特性を示すようなゲインを有している。
請求項３に係る発明は、上記流量センサを用いた流量測定器であり、すなわち請求項１又は２に記載の流量センサと、前記流量センサで得られた流量を表示する表示部とを有することを特徴とする流量測定器である。
請求項４に係る発明は、上記流量センサを用いた流量制御器であり、すなわち請求項１又は２に記載の流量センサと、流体通路に介設した流量制御弁と、前記流量センサの出力値に基づいて前記流量制御弁の弁開度を制御するアクチュエータと、を備えたことを特徴とする流量制御器である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る流量センサ、流量測定器及び流量制御器の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明の流量センサの第１実施例の要部を示す回路構成図である。尚、図１７及び図１８に示す構成部分と同一部分については同一符号を付して説明する。また本明細書中で用いる”小流量”、”中流量”、”大流量”の用語はそれぞれ絶対値の流量を示すものでなく、単に流量の相対的な大小を表すために用いる。
この流量センサ４０は、図１７に示す流量制御器２に設けた流量センサ５の部分に対応する構成部分であり、この図１では流体通路６とこれに介設されているバイパス８の記載は省略している。
【００２４】
図示するように、ここでは例えばステンレススチール製の細いパイプよりなるセンサ管１４には、温度に応じ抵抗値が変化し、且つ電流に応じて発熱量が変わる偶数個、図示例では４個の抵抗体Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４をこの順序で直列接続してなる抵抗体群４２がセンサ管１４の長さ方向に沿って巻き付けられている。この場合、抵抗体Ｒ１が最も上流側に位置されている。
また、上記抵抗体群４２には、複数、図示例では２個の基準抵抗Ｒ５、Ｒ６を直列接続してなる基準抵抗群４４が並列に接続されている。尚、ここでは発明の理解を容易にするために、室温における抵抗体Ｒ１〜Ｒ４及び基準抵抗Ｒ５、Ｒ６の各抵抗値は同一であるとする。
【００２５】
そして、上記抵抗体群４２と基準抵抗群４４には、一定の電流を流すための定電流源２４が接続されている。また、上記中央の２つの抵抗体Ｒ２、Ｒ３同士の接続点と、上記基準抵抗Ｒ５、Ｒ６同士の接続点とからそれぞれ電圧を取って両電圧を比較する第１の差動回路４６が設けられており、両接続点の電位差Ｖｓ２ を得るようになっている。
また、上記上流側の２つの抵抗体Ｒ１、Ｒ２同士の接続点と、下流側の２つの抵抗体Ｒ３、Ｒ４同士の接続点とを連絡して短絡できるようにバイパス回路４８が設けられる。具体的には、このバイパス回路４８は、途中に開閉できるスイッチ手段５０を介設してなる配線ライン５２よりなり、必要に応じて上記スイッチ手段５０を開閉することにより、短絡させて上記最上流の抵抗体Ｒ１と最下流の抵抗体Ｒ４とを直接的に接続した状態を実現できるようになっている。尚、この短絡時の抵抗体の接続は図１７に示す場合と同じになる。
【００２６】
そして、上記バイパス回路４８と上記基準抵抗Ｒ５、Ｒ６同士の接続点とからそれぞれ電圧を取って両電圧を比較する流量域拡大用差動回路５４が設けられており、両電圧の電位差Ｖｓ１ を得るようになっている。
そして、上記両差動回路４６、５４の出力である電位差Ｖｓ２ 、Ｖｓ１ は、出力切替スイッチ５６により切り替えて選択的に出力可能になっている。尚、ここまでの構成は、図１７中のセンサ回路１６に対応するものである。
【００２７】
次に、上記出力切替スイッチ５６の出力は、上記出力切替スイッチ５６と同期して切り替わるゲイン選択スイッチ５８に入力され、測定すべき流量域に対応したゲインを入力信号にかけるゲイン器（第１の流量決定部）６０Ａとゲイン器（第２の流量決定部）６０Ｂとを選択し得るようになっている。そして、上記入力される電位差に各ゲイン器６０Ａ、６０Ｂのゲインをかけることにより、ガス流体の流量値を求めるようになっている。
このように、出力されてくる電位差にかけるゲインを異ならせることにより、異なる流量域で精度の良いガス流量の測定を可能にしている。
そして、上記スイッチ手段５０及び各スイッチ５６、５８の制御は、このセンサ全体の動作を制御する例えばマイクロコンピュータ等よりなるセンサ制御部６２により行われる。
【００２８】
次に、図２に示すグラフも参照して、上記センサの動作について説明する。図２は第１実施例のガス流量とセンサ出力電圧（電位差）との関係を示すグラフである。尚、後述する各実施例も含み、各スイッチに付されている▲１▼〜▲４▼は、それぞれ同じ数字同士の側に同期して切り替わることを意味する。
＜小流量域＞
まず、ガス流量の小流量域（例えば０〜５ｓｃｃｍ程度の範囲内）について流量の検出を行う場合について説明する。
この場合には、バイパス回路４８のスイッチ手段５０を閉じ、出力切替スイッチ５６及びゲイン選択スイッチ５８を共に▲１▼側に切り替える。従って、上記スイッチ手段５０を閉じることによって、抵抗体Ｒ２、Ｒ３には電流が流れず、抵抗体Ｒ１、Ｒ４に定電流が流れる。尚、基準抵抗Ｒ５、Ｒ６には定電流が流れているのは勿論である。
【００２９】
従って、この時の回路状態は、図１８にて説明したと同じ回路構成になっており、抵抗体Ｒ１、Ｒ４同士の接続点と基準抵抗Ｒ５、Ｒ６同士の接続点との電圧が流量域拡大用差動回路５４にて比較され、その電位差が検出値Ｖｓ1 として出力される。そして、この検出値Ｖｓ1 にゲイン器６０Ａにて所定のゲインをかけることによりその時のガス流体の流量値が求められることになる。この時のガス流量とセンサ出力（電位差）との関係は図２中において曲線Ａにて示されている。この曲線Ａはガス流量がゼロから増加する時はセンサ出力に対して直線性が良好に略比例的に増加しており、途中からセンサ出力は飽和状態へ移行している。この場合、特性の直線性が特に良好な範囲は、曲線Ａの前半側であり、ガス流量の一例としては例えば０〜５ｓｃｃｍ程度の範囲内である。従って、ガス流量が０〜５ｓｃｃｍの範囲をフルスケールとしてガス流量を計測することにより、この流量域にてガス流量を精度良く計測することが可能となる。
【００３０】
＜中流量域＞
次に、ガス流量の中流量域（例えば５〜１０ｓｃｃｍ）について流量の検出を行う場合について説明する。
この場合には、バイパス回路４８のスイッチ手段５０を開き、出力切替スイッチ５６及びゲイン選択スイッチ５８を共に▲２▼側に切り替える。従って、上記スイッチ手段５０を開くことによって、全ての抵抗体Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４に定電流が流れる。尚、基準抵抗Ｒ５、Ｒ６には定電流が流れているのは勿論である。
【００３１】
従って、この時の各スイッチの状態は、図１中において実線で示された状態になっており、抵抗体Ｒ２、Ｒ３間の接続点と基準抵抗Ｒ５、Ｒ６間の接続点の電圧が第１の差動回路４６にて比較され、その電位差が検出値Ｖｓ2 として出力される。そして、この検出値Ｖｓ2 にゲイン器６０Ｂにて所定のゲインをかけることによりその時のガス流体の流量値が求められることになる。この時のガス流量とセンサ出力（電位差）との関係は図２中において曲線Ｂにて示されている。この曲線Ｂは、先の曲線Ａの場合よりも全体的に出力が大きくなって、ガス流量がゼロから増加する時はセンサ出力に対して直線性が良好に略比例的に増加しており、途中からセンサ出力は飽和状態へ移行している。この場合、特性の直線性が特に良好な範囲は、曲線Ｂの前半側から中央部程度まであり、ガス流量の一例としては例えば０〜１０ｓｃｃｍ程度の範囲内である。従って、ガス流量が０〜１０ｓｃｃｍの範囲をフルスケールとしてガス流量を計測することにより、この流量域にてガス流量を精度良く計測することが可能となる。
【００３２】
ただし、この場合、０〜５ｓｃｃｍの範囲内は、上記曲線Ａに基づくガス流量の計測を行った方がより精度の高いガス流量の検出を行うことができる。
このように、４つの抵抗体Ｒ１〜Ｒ４の全てに定電流を流すことにより、この部分での発熱量が抵抗体が２つの場合よりも全体としての発熱量が大きくなり、このためにガス流量が拡大された領域についてもガス流量を精度良く検出乃至測定することが可能となる。従って、ガス流量が大幅に異なるような複数の処理を行う場合にも、ガス流量を迅速に異ならせることができ、処理の迅速化を図ることができる。
【００３３】
また、必要に応じて複数の抵抗体Ｒ１〜Ｒ４の内の一部の抵抗体を検出用の抵抗体として使用しないことにより、少ない流領域においてもガス流量を精度良く検出乃至測定することが可能となる。
尚、ここでは４つの抵抗体Ｒ１〜Ｒ４を設けた場合を例にとって説明したが、これに限定されず、更に多くの偶数個の抵抗体を直列に接続して、上述したと同様な切り替え操作を行うことにより、更に広い流量域に亘ってガス流量を精度良く検出できるようにしてもよい。
【００３４】
＜第２実施例＞
次に、本発明の第２実施例について説明する。
図３は本発明の流量センサの第２実施例の要部を示す回路構成図である。尚、図１、図１７、図１８に示す構成部分と同一部分については同一符号を付して説明を省略する。
ここでは、図１８に示す従来の流量センサに加えて流量域拡大測定手段６２を設けている。なすわち、図中左側に示す従来の流量センサは、センサ管１４に巻回される抵抗体Ｒ１、Ｒ４の直列接続よりなる抵抗体群６４と、基準抵抗Ｒ５、Ｒ６よりなる基準抵抗群４４（図１参照）と、定電流源２４、差動回路２６を有している。
【００３５】
これに対して、上記流量域拡大測定手段６２は、例えばセンサ管１４と同じ構造のダミーセンサ管６６を有しており、このダミーセンサ管６６には全く流体を流通させないようにしている。
そして、このダミーセンサ管６６には、温度に応じて抵抗値が変化すると共に電流に応じて発熱量が変わるダミー抵抗体群６８が上記ダミーセンサ管６６の長さ方向に沿って取り付けられている。ここではダミー抵抗体群６８は、温度に応じて抵抗値が変化し、且つ電流に応じて発熱量が変わる１つ、或いは複数の、図示例では２つのダミー抵抗体Ｒ１’、Ｒ４’をこの順序で直列接続して構成されている。尚、このダミー抵抗体Ｒ１’、Ｒ４’を全体として抵抗値が同じ１つのダミー抵抗体でおきかえてもよい。
【００３６】
そして、上記抵抗体群６４の上流側と上記ダミー抵抗体群６８の下流側との間を、複数、図示例では２つのダミー基準抵抗Ｒ７、Ｒ８をこの順序で直列接続してなるダミー基準抵抗群７０により接続している。ここで、発明の理解を容易にするために上記各抵抗体Ｒ１、Ｒ４、Ｒ１’、Ｒ４’は室温で全て同一抵抗値のものを用い、抵抗Ｒ７、Ｒ８も同一抵抗値のものを用いるものとする。上記ダミー基準抵抗群７０の両端には、一定の電流を流すためのダミー用定電流源７２が接続されている。また、上記ダミー抵抗体群６８の入力側と上記ダミー基準抵抗Ｒ７、Ｒ８同士の接続点の電圧を取って両者の比較を行う流量域拡大差動回路７４が接続されており、ここで上記両電圧の電位差Ｖｓ3 を得るようになっている。
【００３７】
また、上記抵抗体群６４と上記ダミー抵抗体群６８との間には、両者を選択的に直列に接続するスイッチ手段７６が接続されている。具体的には、このスイッチ手段７６は、上記抵抗体群６４の出力側に設けられ、このラインを開閉する第１の切替スイッチ７６Ａと、上記ダミー抵抗体群６８の入力側に接続されて、上記第１の切替スイッチ７６Ａの出力側と、一端が上記ダミー基準抵抗群７０の入力側に接続された緩衝抵抗Ｒａとの間で切り替えを行う第２の切替スイッチ７６Ｂとにより構成されている。これにより、両スイッチ７６Ａ、７６Ｂを共に▲３▼側に切り替えて上記抵抗体群６４と上記ダミー抵抗体群６８とを直列接続した時には、上記各抵抗体群６４、６８と、両ダミー基準抵抗Ｒ７、Ｒ８とでブリッジ回路を形成し得るようになっている。そして、上記両差動回路２６、７４の出力側には、図１にて説明したと同様に、出力切替スイッチ５６、ゲイン選択スイッチ５８が設けられると共に、ゲイン器６０Ａ及び第３の流量決定部としてのゲイン器６０Ｃから選択できるようになっている。
ここで上記各スイッチ５６、５８、７６Ａ、７６Ｂの動作には、このセンサ全体を制御するセンサ制御部６２により行われる。
【００３８】
次に、図４に示すグラフも参照して上記センサの動作について説明する。
図４は第２実施例のガス流量とセンサ出力電圧（電位差）との関係を示すグラフであり、図４（Ａ）は小流量域のグラフを示し、図４（Ｂ）は中流量域から大流量域のグラフを示す。
＜小流量域＞
まず、ガス流量の小流量域（例えば０〜５ｓｃｃｍ程度の範囲内）について流量の検出を行う場合について説明する。
この場合には、スイッチ手段７６の第１の切替スイッチ７６Ａ、第２の切替スイッチ７６Ｂ及び出力切替スイッチ５６、ゲイン選択スイッチ５８は、共に▲１▼側に切り替えておく。これにより、抵抗体群６４の各抵抗体Ｒ１、Ｒ４及び基準抵抗群４４の各基準抵抗Ｒ５、Ｒ６には定電流源２４によってそれぞれ一定の電流が流れている。この時の回路構成は、図１８に示す従来のセンサと同じである。
【００３９】
また、この時、ダミー抵抗体群６８の両ダミー抵抗体Ｒ１’、Ｒ４’及びダミー抵抗群７０のダミー基準抵抗Ｒ７、Ｒ８にもダミー用定電流源７２によって一定の定電流が流されて測定準備のために加温されてはいるが、ここでは流量測定には用いられない。
この時のガス流量とセンサ出力との関係は、図４（Ａ）に示す曲線Ａのように表され、これは図２中の曲線Ａと同じ特性曲線となる。従って、これにより、例えば０〜５ｓｃｃｍ程度の小流量域においてガス流量を精度良く測定することが可能となる。
【００４０】
＜中流量域〜大流量域＞
次に、ガス流量の中流量域〜大流量域（例えば１０〜５０ｓｃｃｍ程度の範囲内）について流量の検出を行う場合について説明する。
この場合には、スイッチ手段７６の第１の切替スイッチ７６Ａ、第２の切替スイッチ７６Ｂ及び出力切替スイッチ５６、ゲイン選択スイッチ５８は、共に▲３▼側に切り替えておく。これにより、抵抗体群６４とダミー抵抗体群６８とは直列接続され、従って、各抵抗体Ｒ１、Ｒ４及びダミー抵抗体Ｒ１’、Ｒ４’にはダミー用定電流源７２によって一定の定電流が流されることになる。
【００４１】
そして、抵抗体Ｒ４とダミー抵抗体Ｒ１’との接続点と、両ダミー基準抵抗Ｒ７、Ｒ８同士の接続点との電位差Ｖｓ3 が流量域拡大差動回路７４にて得られ、これにゲイン器６０Ｃのゲインをかけることによって流量値が求められる。尚、センサ管１４にガス流体が流れてもダミーセンサ管６６にはガス流体が流れないのは前述した通りである。この時のガス流量とセンサ出力（電位差）との関係は図４（Ｂ）に曲線Ｃとして示されている。
【００４２】
このグラフから明らかなように、ガス流量が大きくなるに従って、センサ出力は一方向へ次第に大きくなっている。この場合、曲線Ｃに示すようにガス流量が流れ始めた当初は特性曲線の直線性はそれ程良好ではないが、その後、特性曲線の直線性がかなり良好な状態が続いており、そして、更にガス流量が増加するとセンサ出力は略飽和してしまう。従って、特に特性曲線の直線性が良好な範囲は、図示例の場合は１０〜５０ｓｃｃｍ程度の中流量域から大流量域にかけての範囲内であり、この領域においてガス流量を高い精度で測定できることが可能となる。
【００４３】
尚、上記第２実施例の変形例として図５に示すように構成してもよい。図５中において、図３中に示す部分と同一構成部分については同一参照符号を付してその説明を省略する。また、差動回路２６及び流量拡大用差動回路７４以降の回路構成の記載は省略している。
ここでは、第１の切替スイッチ７６Ａで定電流源２４側と流量拡大用差動回路７４側との間を直接的に切り替えるようにしている。そして、開閉スイッチ７６Ｃを上記緩衝抵抗Ｒａに対して直列接続して、これを更に流量拡大用差動回路７４側中に直接的に接続している。一方、センサ管１４の最上流側の抵抗体Ｒ１と電流入力側に第２の切替スイッチ７６Ｂを設けて、ここで基準抵抗Ｒ５及び定電流源２４側と、緩衝抵抗Ｒａ、ダミー基準抵抗Ｒ７及びダミー用定電流源７２側とを切替えるようになっている。また、定電流源２４に、保護抵抗Ｒｄと開閉スイッチ７６Ｄとよりなる直列回路を並列に接続している。
【００４４】
上記開閉スイッチ７６Ｃは、図中の▲１▼印で閉じられ、▲３▼印で開かれる。逆に、上記開閉スイッチ７６Ｄは、図中の▲１▼印で開かれ、▲３▼印で閉じられる。ここで、第１及び第２の切替スイッチ７６Ａ、７６Ｂが▲３▼印側に接触している時、この開閉スイッチ７６Ｄを▲３▼印側にしてスイッチＯＮとする。これにより、保護抵抗Ｒｄに電流を流して基準抵抗Ｒ５、Ｒ６に過大な電流が流れるのを防止してこの抵抗を保護するようになっている。
他の第１及び第２の切替スイッチ７６Ａ、７６Ｂの切り替えは、▲１▼印及び▲３▼印で示され、図３において説明したと同様の操作で切り替えが行われる。この変形例の場合にも、図３において説明した場合と同様に動作することになる。
【００４５】
＜第３実施例＞
次に、本発明の第３実施例ついて説明する。
図６は本発明の流量センサの第３実施例の要部を示す回路構成図である。尚、図１及び図２に示す構成部分と同一部分については同一符号を付してその説明を省略する。
この第３実施例では、前記第１実施例と第２実施例とを結合して組み合わせたものであり、そして、抵抗体として４つの抵抗体Ｒ１〜Ｒ４を用いていることから、これに対応させて、それぞれ同じ抵抗値の４つのダミー抵抗体Ｒ１’、Ｒ２’、Ｒ３’、Ｒ４’を直列接続してダミー抵抗体群６８として用いている。尚、経時変化等を同様に生ぜしめて検出誤差を極力抑制するためには、上述のように４つの抵抗体Ｒ１〜Ｒ４に対して同様な構造の４つのダミー抵抗体Ｒ１’〜Ｒ４’を用いるのがよいが、これに限定されず、例えばこの４つのダミー抵抗体Ｒ１’〜Ｒ４’と全体としての抵抗が同じ１つのダミー抵抗体を上記４つのダミー抵抗体Ｒ１’〜Ｒ４’に代えて用いるようにしてもよい。
また、ここでは３つの流量域に対して切り替えが可能なことから、出力切替スイッチ５６、ゲイン選択スイッチ５８としては、３点の選択可能な３点スイッチが用いられている。尚、この３点スイッチはセンサ制御部６２により切り替え可能になされているのは勿論であり、実際にはコンピュータにてソフトウエア的に切り替え操作が行われる。
【００４６】
次に、図７に示すグラフも参照して上記センサの動作について説明する。
図７は第３実施例のガス流量とセンサ出力電圧（電位差）との関係を示すグラフであり、図７（Ａ）は小流量域及び中流量域のグラフを示し、図７（Ｂ）は大流量域のグラフを示す。
＜小流量域＞
まず、ガス流量の小流量域（例えば０〜５ｓｃｃｍ程度の範囲内）について流量の検出を行う場合について説明する。
この場合には、スイッチ手段５０を閉状態とし、スイッチ手段７６の第１の切替スイッチ７６Ａ、第２の切替スイッチ７６Ｂ及び出力切替スイッチ５６、ゲイン選択スイッチ５８は、共に▲１▼側に切り替えておく。これにより、抵抗体Ｒ１、Ｒ４を用いた流量測定を行うことができ、この時のガス流量とセンサ出力との関係は、図７（Ａ）に示す曲線Ａのように表され、これは図２中の曲線Ａと同じ特性曲線となる。従って、これにより、例えば０〜５ｓｃｃｍ程度の小流量域においてガス流量を精度良く測定することが可能となる。
【００４７】
＜中流量域＞
中流量域の測定の場合には、スイッチ手段５０を開状態に切り替えると共に、出力切替スイッチ５６及びゲイン選択スイッチ５８を共に▲２▼側へ切り替え、これに対して、第１の切替スイッチ７６Ａ、第２の切替スイッチ７６Ｂは共に▲１▼側にしておく。
これにより、抵抗体Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４を用いた流量測定を行うことができ、この時のガス流量とセンサ出力との関係は、図７（Ａ）に示す曲線Ｂのように表され、これは図２中の曲線Ｂと同じ特性曲線となる。従って、これにより、例えば５〜１０ｓｃｃｍ程度の中流量域においてガス流量を精度良く測定することが可能となる。
【００４８】
＜大流量域＞
大流量域の測定の場合には、スイッチ手段５０を開状態に維持すると共に、第１の切替スイッチ７６Ａ、第２の切替スイッチ７６Ｂ、出力切替スイッチ５６及びゲイン選択スイッチ５８を共に▲３▼側へ切り替える。
これにより、抵抗体Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４及びダミー抵抗体Ｒ１’〜Ｒ４’を用いた流量測定を行うことができ、この時のガス流量とセンサ出力との関係は、図７（Ｂ）に示す曲線Ｃのように表され、これは図４（Ｂ）中の曲線Ｃと略同じ特性曲線となるが、この場合には、抵抗体及びダミー抵抗体が２つから４つに増加した分だけ図４（Ｂ）の場合よりも、より大流量域までの測定が可能となる。従って、これにより、例えば１０〜１００ｓｃｃｍ程度の大流量域においてガス流量を精度良く測定することが可能となる。
【００４９】
＜第４実施例＞
次に、本発明の第４実施例について説明する。
図８は本発明の流量センサの第４実施例の要部を示す回路構成図である。この第４実施例は、図６に示した上記第３実施例の変形例であり、ダミーセンサ管６６側のダミー抵抗体群６８を流量測定に用いる場合の回路構成の態様を広げたものである。
すなわち、上記各抵抗体Ｒ１〜Ｒ４の内の隣接する抵抗体同士の各接続点を選択するために、各接続点から引き出されたラインを選択する第１のスイッチ８０を、図６中の第２の切替スイッチ７６Ｂに代えて設ける。尚、この選択枝には、最下流に位置する抵抗体Ｒ４の出力ラインも含む。
また、各ダミー抵抗体Ｒ１’〜Ｒ４’の内の隣接する抵抗体同士の各接続点を選択するために、各接続点から引き出されたラインを選択する第２のスイッチ８２を、最下流のダミー抵抗体Ｒ４’の出力ラインに設ける。尚、この選択枝には、このダミー抵抗体Ｒ４’の出力ラインも含む。
【００５０】
さて、このように構成された装置において、小流量域及び中流量域の流量測定を行う場合には、図６にて説明したように実行すればよい。この時、第１及び第２のスイッチ８０、８２は共に▲１▼側に接続しておけばよい。
これに対して、例えば大流量域の流量測定を行う場合には、まず、先の第３実施例と同様にスイッチ手段５０を開状態とし、第１の切替スイッチ７６Ａを▲３▼側へ切り替える。そして、第１及び第２のスイッチ８０、８２を同期させて▲１▼〜▲４▼側へ適宜切り替えて接続点を選択することにより様々な流量域にて測定を行うことができる。例えばスイッチ８０、８２を共に▲１▼側へ接続した時は抵抗体Ｒ１とＲ１’が使用され、▲２▼側へ接続した時は抵抗体Ｒ１、Ｒ２とＲ１’、Ｒ２’が使用され、▲３▼側へ接続した時は抵抗体Ｒ１〜Ｒ３とＲ１’〜Ｒ３’が使用され、▲４▼側へ接続した時は抵抗体Ｒ１〜Ｒ４とＲ１’〜Ｒ４’が使用されることになる。尚、上記▲４▼側の場合は図６にて説明した大流量域を測定する場合に対応する。
【００５１】
＜第５実施例＞
次に第５実施例について説明する。
図９は本発明の流量センサの第５実施例の要部を示す回路構成図である。この第５実施例は主として大流量域の流量制御を対象とした流量センサである。尚、先に説明した実施例と同様な構成部分については同一符号を付して説明する。
ここではセンサ管１４には、温度に応じて抵抗値が変化すると共に流される電流に応じて発熱量が変わる主抵抗体９０がその長さ方向に沿って巻回させて設けられている。この主抵抗体９０は、先の抵抗体Ｒ１〜Ｒ４等と同様な素材である。そして、この主抵抗体９０には、これに一定の電流を流すための定電流源２４が接続されている。そして、上記主抵抗体９０の両端部には、これに印加される電圧を求めるための差動回路９２が接続されている。また、この第５実施例では、この流量センサが設置される周囲温度に応じた基準値を求めることができる基準値検出手段９４が設けられる。この基準値検出手段９４は、図１０（後述する）で示すダミーセンサ管を用いたり、サーミスタ、熱電対、測温抵抗体等よりなる検出部９６を有しており、周囲温度（雰囲気温度）に応じた信号を電圧として出力し得るようになっている。
【００５２】
また、この基準値検出手段９４は、上記検出部９６で検出される周囲温度に応じた電圧値の周囲温度特性と、上記センサ管に流体を流していない時の主抵抗体９０の両端の電圧の周囲温度特性とを一致させるための係数合わせ部９８を有している。このような係数を合わせるための補償特性は、予め測定してこの係数合わせ部９８に記憶させておく。
そして、上記差動回路９２の出力側と上記基準値検出手段９４の出力側とに接続されて、これらの出力に基づいて上記流体通路６（図１７参照）に流れる流体の流量を求める第１の流量検出手段１００が設けられている。この第１の流量検出手段１００は、差動回路１０２とこの差動回路１０２の出力値に対してゲインをかけるなどして実際の流量に応じた電圧（流量値）へ変換（計算）する流量計算部１０４とよりなり、これより流量値に対応する電圧値を出力するようになっている。
【００５３】
ここでの流量センサの動作は、図３及び図５において説明した、いわゆる大流量域の動作と類似している。すなわち、センサ管１４にガス流体が流れると、このガスに熱が奪われて定電流の主抵抗体９０の温度が低下してこの抵抗値が下がるので主抵抗体９０の両端の電圧が次第に低下する。この主抵抗体９０の全体に印加されている電圧が、基準値検出手段９４の出力値（基準値）Ｖｓｔ１と、第１の流量検出手段１００の差動回路１０２にて比較される。そして、この差動回路１０２の出力値に所定のゲイン等がかけられて流れる流体の流量値を示す値が電圧として出力されることになる。この時、上述したように基準値検出手段９４からは、この時の周囲温度に応じた電圧値が出力される。
【００５４】
この時のガス流量とセンサ出力電圧との特性曲線は図４（Ｂ）や図７（Ｂ）に示すように、いわゆる大流量域で示すような特性曲線を示すことになる。図４（Ｂ）や図７（Ｂ）ではセンサ出力電圧は負方向に増加しているが、単に極性が逆になっているだけである。具体的には、図１２中の特性曲線Ｃで示すようにガス流量の増加に従ってセンサ出力電圧が緩い曲線を描いて次第に増加して行く。この増加は、主抵抗体９０の温度がガス温度に一致するまで続くことになる。従って、この流量センサか制御できる流量制御範囲（フルスケール）内において、最大流量域近傍における流量を精度良く検出することが可能となる。
尚、ここでは基準値検出手段９４としてサーミスタ等を用いた場合を説明したが、これに替えて、上記センサ管１４に流体が流れ始める前の（直前の）上記主抵抗体９０の電圧値をメモリに記憶し、実際の流量制御時にはこのメモリに記憶した記憶値を基準値として用いるようにしてもよい。
【００５５】
＜第６実施例＞
次に第６実施例について説明する。
図１０は本発明の流量センサの第６実施例の要部を示す回路図である。この第６実施例は、先の第５実施例における基準値検出手段９４としてダミーセンサ管６６を用いたものである。尚、先に説明した各実施例と同一構成部分については同一符号を付して説明する。また、図９に示す部分と同一構成部分については同一符号を付してその説明を省略する。
図１０に示すように、この流量センサにあっては基準値検出手段９４として流体を流さないダミーセンサ管６６を有しており、このダミーセンサ管６６に、温度に応じて抵抗値が変化すると共に流れる電流に応じて発熱量が変わるダミー用抵抗体１０が巻回して設けられている。
【００５６】
そして、このダミー用抵抗体１１０の両端部には、これに一定の電流を流すためのダミー用定電流源７２が接続されると共に、このダミー用定電流源７２には並列に緩衝抵抗Ｒａが接続されている。更に、上記ダミー用抵抗体１１０の両端部にはこの両端の電圧を基準値として検出するために、例えば差動回路よりなるダミー用電圧検出部１１２が接続されており、上記ダミー用抵抗体１１０に印加される電圧を検出するようになっている。そして、このダミー用電圧検出部１１２に接続される係数合わせ部９８には、上記主抵抗体９０とダミー用抵抗体１１０との抵抗温度係数を一致させるための補償係数が予め記憶されており、補償された抵抗温度係数に基づいて求められた電圧値が基準値Ｖｓｔ１として出力されることになる。
【００５７】
上記抵抗温度係数の補償について説明すると、電圧値を式”ａ・Ｅｄ＋ｂ”より上記係数合わせ部９８で求める。ここで”Ｅｄ”はダミー用抵抗体１１０の両端の電圧であり、”ａ”及び”ｂ”は上記主抵抗体９０と上記ダミー用抵抗体１１０の抵抗温度係数を一致させるための定数であり、予め測定等することによって定められている。従って、このダミーセンサ管６６を用いた基準値検出手段９４からは、周囲温度に依存して求められる基準値Ｖｓｔ１が常時出力されることになる。
この場合にも図９に示す流量センサにおいて説明したと同様な動作特性を示すことになり、従って、この流量センサか制御できる流量制御範囲（フルスケール）内において、最大流量域近傍における流量を精度良く検出することが可能となる。
【００５８】
＜第７実施例＞
次に第７実施例について説明する。
図１１は本発明の流量センサの第７実施例の要部を示す回路図である。この第７実施例は、先の第６の実施例に対して中流量用の流量検出手段を組み合わせたものであり、この点において先の図３及び図５の発明に類似した発明である。尚、先に説明した各実施例と同一構成部分については同一符号を付して説明する。また、図９に示す部分と同一構成部分については同一符号を付してその説明を省略する。
【００５９】
図１１に示すように、この流量センサにあっては、図１０にて説明した流量センサ構成に、いわゆる中流量用の流量検出手段として第２の流量検出手段１１６を設けた構成となっている。すなわち、まず上記主抵抗体９０の長さ方向における任意の位置の電圧を取り出す途中端子１１８を設ける。この途中端子１１８は、上記主抵抗体９０の長さ方向のどこでもよく、その中央に限定されない。これにより、主抵抗体９０の上流側端部と途中端子１１８との間が例えば図３中の抵抗体Ｒ１に対応し、途中端子１１８と主抵抗体９０の下流側端部との間が図３中の抵抗体Ｒ４に対応することになる。そして、上記主抵抗体９０の両端に２つの基準抵抗Ｒ５、Ｒ６の直列回路を並列となるように接続し、ブリッジ回路を形成する。また、上記途中端子１１８よりも上流側の主抵抗体９０に印加される電圧と、上記途中端子１１８よりも下流側の主抵抗体９０に印加される電圧との差を求めることにより流体通路６（図１７参照）に流れる流体の流量を求める第２の流量検出手段１１６が設けられる。具体的には、この第２の流量検出手段１１６は、上記途中端子１１８の電位と上記基準抵抗Ｒ５、Ｒ６の接続点の電位とを比較してその差（電位差）を得る差動回路１２０と、この差動回路１２０の出力側に接続されて、上記差動回路１２０の出力値に対してゲインをかけるなどして実際の流量に応じた電圧値（流量値）へ変換（計算）する流量計算部１２２とよりなり、これより流量値に対応する電圧値を出力するようになっている。
【００６０】
更に、この第２の流量検出手段１１６の上記流量計算部１２２の出力側と上記第１の流量検出手段１００の流量計算部１０４の出力側とには、これらの２つの出力を切り替えて選択的に取り出すためのスイッチ手段１２４が接続されている。
このように、構成された流量センサにあっては、図２、図４及び図７に示すような特性曲線と同様な特性を示し、具体的には図１２に示すような特性を示す。図１２は第７実施例のガス流量とセンサ出力電圧（電位差）との関係を示すグラフである。ここで特性曲線Ｂは第２の流量検出手段（中流量用）１１６より出力される特性曲線を示し、特性曲線Ｃは第１の流量検出手段（大流量用）１００より出力される特性曲線を示す。尚、特性曲線Ａは後述する実施例８の特性曲線である。また、特性曲線Ｃは、ここでは図４及び図７に示す場合とはその極性を逆にして（正にして）表している。
【００６１】
図１２に示すグラフにおいてはフルスケールで１００ｓｃｃｍの流量を示すように設定されている。特性曲線Ｂは、ガス流量が増加するに従って、センサ出力電圧は、ゼロから次第に増加し、途中でピークを通過した後に次第に低下するように上方に緩やかな突形状になっている。これに対して、特性曲線Ｃは、ガス流量が増加するに従ってセンサ出力電圧は緩い曲線を描きながら上昇している。
このような特性では、特性曲線Ｂはガス流量が少ない領域、すなわち０〜２０ｓｃｃｍ程度の領域では流量の測定精度がかなり高い反面、２０ｓｃｃｍ以上の領域では流量の測定精度が大幅に低下してしまう。
これに対して、特性曲線Ｃでは、ガス流量が少ない領域（例えば０〜２０ｓｃｃｍ）では、特性曲線Ｂほどには流量の測定精度は高くはないが、２０ｓｃｃｍ以上の領域では特性曲線Ｂよりもその流量精度は高くなる。従って、例えばガス流量が２０ｓｃｃｍ程度のポイントをスイッチ手段１２４の切り替え点とし、２０ｓｃｃｍよりガス流量が少ない場合は特性曲線Ｂを用いるようにし、２０ｓｃｃｍよりガス流量が多い場合は特性曲線Ｃを用いるようにすればよい。これにより、流体の流量を精度良く検出できる領域を拡大することができる。
【００６２】
＜第８実施例＞
次に、第８実施例について説明する。
図１３は本発明の流量センサの第８実施例の要部を示す回路図である。この第８実施例は、先の第７実施例に対して小流量用の流量検出手段を組み合わせたものであり、この点において先の図６及び図８の発明に類似した発明である。尚、先に説明した各実施例と同一構成部分については同一符号を付して説明する。また、図１１に示す部分と同一構成部分については同一符号を付してその説明を省略する。
図１３に示すように、この流量センサにあっては、図１１にて説明した流量センサに、いわゆる小流量用の流量検出手段として第３の流量検出手段１３０を設けた構成となっている。すなわち、まず上記主抵抗体９０の上流側端部と上記途中端子１１８との間の任意の点にこの電圧を取り出す上流側端子１３２を設け、更に、この主抵抗体９０の下流側端部と上記途中端子１１８との間の任意の点にこの電圧を取り出す下流側端子１３４を設ける。これにより、上記主抵抗体９０が、その長さ方向で４つに分割された状態となり、例えば４つの各区分は左側から右側に向けて、例えば図６中の各抵抗体Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４にそれぞれ対応することになる。
【００６３】
そして、上記主抵抗体９０の上流側端部と上記上流側端子１３２との間に印加されている電圧を求めるために差動回路１３６を設け、更に、上記主抵抗体９０の下流側端部と上記下流側端子１３４との間に印加されている電圧を求めるために差動回路１３８を設ける。すなわちこれにより抵抗体部分Ｒ１、Ｒ４の両端の電圧がそれぞれ求められることになる。そして、上記抵抗体部分Ｒ１、Ｒ４に印加される両電圧の差を求めることにより流体通路６（図１７参照）に流れる流体の流量を求める第３の流量検出手段１３０が設けられる。具体的には、この第３の流量検出手段１３０、上記一方の差動回路１３６の出力と他方の差動回路１３８の出力とを比較してその差（電位差）を得る差動回路１４０と、この差動回路１４０の出力側に接続されて、上記差動回路１４０の出力値に対して所定のゲインをかけるなどして実際の流量に応じた電圧値（流量値）へ変換（計算）する流量計算部１４２とよりなり、これにより流量値に対応する電圧値を出力するようになっている。
【００６４】
更にこの第３の流量検出手段１３０の流量計算部１４２の出力側と、前記第１及び第２の流量検出手段１００、１１６の各出力側とには、これらの３つの出力を切り替えて選択的に取り出すためのスイッチ手段１４４が接続されている。
このように構成された流量センサにあっては、第１及び第２の流量検出手段１００、１１６の各出力は、それぞれ図１２中の特性曲線Ｃ及び特性曲線Ｂのようになるのは前述した通りであり、そして、上記第３の流量検出手段１３０の出力は、図１２中の特性曲線Ａのようになる。すなわち、第３の流量検出手段１３０で用いる主抵抗体９０の長さは、上記第２の流量検出手段１１６で用いる主抵抗体９０の長さの例えば略半分程度なので、この特性曲線Ａも、先の特性曲線Ｂよりも半分程度に小さい相似状の特性、すなわち緩やかに上方に突状に曲線を描くような特性となる。この場合、特性曲線Ｃは特に、その前半側で非常に流量の測定精度が高くなり（特性曲線Ｂよりも流量の測定精度がよい）、例えば流量が１０ｓｃｃｍ程度の位置でスイッチ手段１４４を切り替えるようにすればよい。
【００６５】
従って、この第８実施例では、例えば０〜１０ｓｃｃｍ（小流量）の流量制御では特性曲線Ａを用い、１０〜２０ｓｃｃｍ（中流量）の流量制御では特性曲線Ｂを用い、２０〜１００ｓｃｃｍ（大流量）では特性曲線Ｃを用いるようにすればよい。尚、前述したように、上記小、中、大の各流量は単に一例を示したに過ぎず、この流量に限定されない。
【００６６】
＜第９実施例＞
次に第９実施例について説明する。
図１４は本発明の流量センサの第９実施例の要部を示す回路図である。この第９実施例は、先の図１３に示す第８実施例の中から、ダミーセンサ管６６、ダミー用抵抗体１１０及び第１の流量検出手段（大流量用）１００等を設けないで、大流量用に関する流量測定部分を省略した実施例である。従って、第２及び第３の流量検出手段１１６、１３０を設けて、中流量域及び小流量域の流量の制御を精度良く行うことができる。
【００６７】
＜第１０実施例＞
次に第１０実施例について説明する。
図１５は本発明の流量センサの第１０実施例の要部を示す回路図である。この第１０実施例は、例えば特開平１−２２７０１６号公報で開示されているような、定温度式の流量センサを用いており、この定温度式の流量センサでは電位差に替えて電力差を利用して流量を測定している。ここでは図１１に示す第７実施例に対して定温度式の流量センサを適用した場合を例にとって説明する。尚、図１１に示す構成部品と同一構成部品については同一符号を付してその説明を省略する。
図１５に示すように、主抵抗体９０の両端には、この主抵抗体９０の温度、またはこの温度と周囲温度との差を一定に保つための定温度制御回路１５０が接続されており、上述のように主抵抗体９０の温度を保っている。この定温度制御回路１５０としては例えば上記特開平１−２２７０１６号公報に示されるような回路が用いられる。
【００６８】
また、主抵抗体９０の上流側端部と主抵抗体９０の長さ方向の途中に設けた途中端子１１８との間には、この主抵抗体９０の上流側の部分に投入される電力を検出するための上流側電力検出部１５２が設けられ、他方、主抵抗体９０の下流側端部と上記途中端子１１８との間には、この主抵抗体９０の下流側の部分に投入される電力を検出するための下流側電力検出部１５４が設けられる。
そして、上記上流側及び下流側の電力検出部１５２、１５４の各電力の差に基づいて前記流体通路６（図１７参照）に流れる流体の流量を求める、いわゆる中流量用の第４の流体検出手段１５６が設けられる。具体的には、この第４の流体検出手段１５６は、上記上流側電力検出部１５２で検出した上流側電力と上記下流側電力検出部１５４で検出した下流側電力とを比較してこの差（電力）を得る差動回路１５８と、この差動回路１５８の出力側に接続されて上記差動回路１５８の出力値に対して所定のゲインをかけるなどして実際の流量に応じた電圧値（流量値）へ変換（計算）する流量計算部１６０とよりなり、これより流量値に対応する電圧値を出力するようになっている。
【００６９】
また、上記主抵抗体９０の両端には、この主抵抗体９０の全体に投入される電力を検出するための全電力検出部１６２が設けられる。尚、この全電力検出部１６２に替えて、上記上流側電力検出部１５２の出力と上記下流側電力検出部１５４の出力とを加算（総和）するようにしてもよい。
更に、本実施例では、周囲温度に応じた基準値を求めるための基準値検出手段１６６が設けられる。この基準値検出手段１６６としては、図９の第５実施例で説明したように、サーミスタや熱電対や測温抵抗体等を用いることができるが、ここではダミーセンサ管６６とダミー用抵抗体１１０（図１１参照）等を用いた場合を例にとって説明する。
【００７０】
上記ダミーセンサ管６６に巻回されたダミー用抵抗体１１０の両端には、このダミー用抵抗体１１０の温度を一定に保つ、またはこの温度と周囲温度との差を一定に保つダミー用定温度制御回路１７０が接続されており、このダミー用抵抗体１１０の温度を上記のように制御するようになっている。また、このダミー用抵抗体１１０の両端には、この全体に投入される電力を検出して上記基準値とするためのダミー用電力検出部１７２が接続されている。そして、このダミー用電力検出部１７２の出力側に接続される係数合わせ部９８には、上記主抵抗体９０とダミー用抵抗体１１０との抵抗温度係数を一致させるための補償係数が予め記憶されており、補償された抵抗温度係数に基づいて求められた電圧値が基準値Ｖｓｔ１として出力されることになる。
【００７１】
そして、上記全電力検出部１６２の出力と上記係数合わせ部９８の出力の差（電力差）に基づいて前記流体通路６（図１７参照）に流れる流体の流量を求める、いわゆる大流量用の第５の流体検出手段１７４が設けられる。具体的には、この第５の流体検出手段１７４は、上記全電力検出部１６２で検出した電力と上記ダミー用電力検出部１７２で検出されて係数合わせ部９８で補償された後に基準値Ｖｓｔ１として出力された電力とを比較してこの差（電力）を得る差動回路１７６と、この差動回路１７６の出力側に接続されて上記差動回路１７６の出力値に対して所定のゲインをかけるなどして実際の流量に応じた電圧値（流量値）へ変換（計算）する流量計算部１７８とよりなり、これより流量値に対応する電圧値を出力するようになっている。そして、この第５の流量検出手段１７４の上記流量計算部１７８の出力側と上記第４の流量検出手段１５６の流量計算部１６０の出力側とには、これらの２つの出力を切り替えて選択的に取り出すためのスイッチ手段１２４が接続されている。
【００７２】
このように、構成された流量センサにあっては、前述した図１１に示す第７実施例の場合と同様な作用効果を発揮することができる。
このように、主抵抗体９０やダミー抵抗体１１０の全部、或いは一部に加わる各電圧に替えて、これらで消費される（投入される）電力に基づいて流量を求める上述のような発明は、図１３に示す第８実施例及び図１４に示す第９実施例においても適用することができる。
【００７３】
＜第１１実施例＞
ところで、前述したように、装置制御部からのガス流量に関する指令値Ｓ１（図１７参照）は０〜５Ｖの範囲で送られてきて、この電圧値が流量に対応している。例えば図１６（Ａ）に示すように、最大のガス流量（フルスケール）を２０００ｓｃｃｍに設定した場合、制御流量と指令値（電圧）Ｓ１との関係は一直線状になっている。従って、１００ｓｃｃｍ程度の流量域で制御する時は指令値Ｓ１の電圧は０．２５ボルト程度を中心として変化することになり、そして、制御流量域が変わって２０００ｓｃｃｍ程度の流量域で制御する時は指令値Ｓ１は５ボルト程度の近傍で変化することになる。ここで、１００ｓｃｃｍ程度の流量域で制御を行うために指令値Ｓ１を０．２５ボルト程度に制御する場合には、この指令値Ｓ１に僅かなノイズが入っただけでこの指令値Ｓ１が変化し、これが制御流量値を大きく変動させてしまう、という恐れがある。しかも、実際の半導体製造装置にあっては、１つの流量制御器に対して０〜２０００ｓｃｃｍの全範囲に亘って流量制御を行うように使用する場合は少なく、例えば５０〜１００ｓｃｃｍの範囲と１９００〜２０００ｓｃｃｍの範囲のように、部分的な範囲で流量制御を行うようにしか使用しないような場合もある。
【００７４】
このような場合には、例えば図１６（Ｂ）に示すように、指令値Ｓ１の電圧値が０〜４ボルトの範囲を、０〜１００ｓｃｃｍの流量の範囲に対応させ、指令値Ｓ１の電圧値が４〜５ボルトまでの範囲を、１６００〜２０００ｓｃｃｍの流量の範囲に対応させるようにし、流量制御特性に不連続点を持たせるようにしてもよい。この場合には、装置制御部からは図１６（Ｂ）に示すような特性に沿った指令値Ｓ１が出力されるようにし、また、上記各実施例における各流量計算部１０４、１２２、１４２等の各ゲイン等を、図１６（Ｂ）に示す特性に沿った出力値となるように予め調整しておく。
これによれば、前述のように複数の流量域に対して切り替えて流量制御を行う場合、小流量域、或いは中流量域における制御の分解能を高めることができ、従って流量の制御精度を一層高めることができる。
【００７５】
このような特性の切り替えは、図１６（Ｂ）に示すような特性に限らず、例えば図１６（Ｃ）に示すように、指令値Ｓ１の電圧値が０〜４ボルトまでの範囲を０〜１００ｓｃｃｍの流量の範囲に対応させ、指令値Ｓ１の電圧値が４〜５ボルトまでの範囲を４００〜２０００ｓｃｃｍの流量の範囲に対応させるようにし、流量制御特性に変曲点を持たせるようにしてもよい。
更には、図１６（Ｄ）に示すように、縦軸の流量が複数目盛で表されているように、流量制御特性がＬＯＧ特性を示すような特性としてもよい。
尚、以上説明した各実施例では流量センサについて説明したが、これを流量測定器として用いる場合には、各センサにおいて得られた流量値を表示するための、例えばディスプレイ等の表示手段を追加的に加えて用いればよい。また、上記各流量センサを流量制御器（質量流量制御器）に用いる場合には、図１７に示した流量制御器２の流量センサ５として、上記各流量センサを用いればよい。
【００７６】
また、上記各実施例において用いた流量域は、単に一例を示したに過ぎず、用いる各抵抗体や抵抗の抵抗値を適宜選択することにより、種々の流量域における精度の高い流量測定、或いは流量制御が可能となるのは勿論である。
また、各実施例における各スイッチ類、差動回路及び抵抗類等は半導体集積回路して形成できるのは勿論である。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、流体の流量を精度良く検出できる領域を拡大することができる流量センサ及び流量測定器を提供することができる。
また、流体の流量を精度良く制御できる領域を拡大することができる流量制御器を提供することができる。
また、流体の流量制御範囲（フルスケール）内において最大流量域近傍の流量を精度良く検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の流量センサの第１実施例の要部を示す回路構成図である。
【図２】 第１実施例のガス流量とセンサ出力電圧（電位差）との関係を示すグラフである。
【図３】 本発明の流量センサの第２実施例の要部を示す回路構成図である。
【図４】 第２実施例のガス流量とセンサ出力電圧（電位差）との関係を示すグラフである。
【図５】 本発明の第２実施例の変形例を示す回路構成図である。
【図６】 本発明の流量センサの第３実施例の要部を示す回路構成図である。
【図７】 第３実施例のガス流量とセンサ出力電圧（電位差）との関係を示すグラフである。
【図８】 本発明の流量センサの第４実施例の要部を示す回路構成図である。
【図９】 図９は本発明の流量センサの第５実施例の要部を示す回路構成図である。
【図１０】 本発明の流量センサの第６実施例の要部を示す回路図である。
【図１１】 本発明の流量センサの第７実施例の要部を示す回路図である。
【図１２】 第７実施例のガス流量とセンサ出力電圧（電位差）との関係を示すグラフである。
【図１３】 本発明の流量センサの第８実施例の要部を示す回路図である。
【図１４】 本発明の流量センサの第９実施例の要部を示す回路図である。
【図１５】 本発明の流量センサの第１０実施例の要部を示す回路図である。
【図１６】 指令値（電圧）と流量との関係を示すグラフである。
【図１７】 ガス配管に介設された流量制御器を示す概略構成図である。
【図１８】 流量制御器の流量センサを示す回路図である。
【図１９】 半導体製造装置のガス管の配設構造を示す図である。
【図２０】 ガス流量の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
４ ガス管
６ 流体通路
８ バイパス
１２ 流量制御弁
１４ センサ管
１６ センサ回路
２０ アクチュエータ
２４ 定電流源
４０ 流量センサ
４２ 抵抗体群
４４ 基準抵抗群
４６ 第１の差動回路
４８ バイパス回路
５０ スイッチ手段
５４ 流量域拡大用差動回路
６０Ａ ゲイン器（第１の流量決定部）
６０Ｂ ゲイン器（第２の流量決定部）
６０Ｃ ゲイン器（第３の流量決定部）
６２ 流量域拡大測定手段
６４ 抵抗体群
６６ ダミーセンサ管
６８ ダミー抵抗体群
７０ ダミー基準抵抗群
７２ ダミー用定電流源
７４ 流量域拡大差動回路
８０ 第１のスイッチ
８２ 第２のスイッチ
９０ 主抵抗体
９４ 基準値検出手段
９８ 係数合わせ部
１００ 第１の流量検出手段（大流量用）
１０４ 流量計算部
１１０ ダミー用抵抗体
１１２ ダミー用電圧検出部
１１６ 第２の流量検出手段（中流量用）
１１８ 途中端子
１２４ スイッチ手段
１３０ 第３の流量検出手段（小流量用）
１３２ 上流側端子
１３４ 下流側端子
１４２ 流量計算部
１４４ スイッチ手段
１５０ 定温度制御回路
１５６ 第４の流量検出手段
１７０ ダミー用定温度制御回路
１７２ ダミー用電力検出部
１７４ 第５の流量検出手段
Ｒ１〜Ｒ４ 抵抗体
Ｒ５、Ｒ６ 基準抵抗
Ｒ１’〜Ｒ４’ ダミー抵抗体
Ｒ７、Ｒ８ ダミー基準抵抗
Claims (4)
- 流体通路のバイパスに並列に設けたセンサ管と、
温度に応じて抵抗値が変化する偶数個の抵抗体を前記センサ管の長さ方向に沿って直列接続して取り付けられて螺旋状に巻いた抵抗体群と、
複数の基準抵抗を直列接続してなり、且つ前記抵抗体群と並列に接続された基準抵抗群と、
前記抵抗体群と前記基準抵抗群とに一定の電流を流す定電流源と、
前記基準抵抗同士の接続点と前記抵抗体同士の接続点との間の電位差を求める第１の差動回路と、
前記第１の差動回路から出力される電位差に基づいて前記流体通路に流れる流体の流量を求める流量決定部と、
を有する流量センサにおいて、
前記偶数個の抵抗体の一部を選択的に短絡させてバイパスするスイッチ手段を有する少なくとも１つのバイパス回路と、
前記バイパス回路と前記基準抵抗同士の接続点との間の電位差を求める少なくとも１つの流量域拡大用差動回路と、
前記流量域拡大用差動回路から出力される電位差に基づいて前記流体通路に流れる流体の流量を求める第２の流量決定部と、
を備えたことを特徴とする流量センサ。 - 前記抵抗体は４つ設けられ、前記基準抵抗は２つ設けられると共に、前記バイパス回路は中央に直列接続される２つの抵抗体をバイパスすることを特徴とする請求項１記載の流量センサ。
- 請求項１又は２に記載の流量センサと、
前記流量センサで得られた流量を表示する表示部とを有することを特徴とする流量測定器。 - 請求項１又は２に記載の流量センサと、
流体通路に介設した流量制御弁と、
前記流量センサの出力値に基づいて前記流量制御弁の弁開度を制御するアクチュエータと、
を備えたことを特徴とする流量制御器。
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