JP4852654B2 - Pressure flow control device - Google Patents

Pressure flow control device Download PDF

Info

Publication number
JP4852654B2
JP4852654B2 JP2010118206A JP2010118206A JP4852654B2 JP 4852654 B2 JP4852654 B2 JP 4852654B2 JP 2010118206 A JP2010118206 A JP 2010118206A JP 2010118206 A JP2010118206 A JP 2010118206A JP 4852654 B2 JP4852654 B2 JP 4852654B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pressure
temperature
flow rate
fluid
voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP2010118206A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2010218571A (en
Inventor
忠弘 大見
功二 西野
篤諮 松本
亮介 土肥
信一 池田
一彦 杉山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Electron Ltd
Fujikin Inc
Original Assignee
Tokyo Electron Ltd
Fujikin Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=42977269&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=JP4852654(B2) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Tokyo Electron Ltd, Fujikin Inc filed Critical Tokyo Electron Ltd
Priority to JP2010118206A priority Critical patent/JP4852654B2/en
Publication of JP2010218571A publication Critical patent/JP2010218571A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4852654B2 publication Critical patent/JP4852654B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Measuring Volume Flow (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)
  • Flow Control (AREA)

Description

本発明は主として半導体製造設備や化学プラント等で使用される圧力式流量制御装置に関し、更に詳細には、流体の圧力を計測する圧力センサを抵抗素子で構成し、同時にこの抵抗素子を流体温度計測用の温度センサとして使用する圧力式流量制御装置に関する。   The present invention relates to a pressure-type flow rate control apparatus mainly used in semiconductor manufacturing equipment, chemical plants, and the like. More specifically, a pressure sensor for measuring fluid pressure is constituted by a resistance element, and at the same time, this resistance element is measured for fluid temperature. The present invention relates to a pressure type flow rate control device used as a temperature sensor for an automobile.

半導体製造設備や化学プラントなどでは、原料となる複数のガスを所定の流量で供給し、原料ガスを反応炉の中で化学反応させて目的ガスを生成する場合が多い。このような場合に、原料ガスの供給流量が正確でないと化学反応に過不足が生じ、目的ガスの中に原料ガスが残留する事態が生じる。特に、この原料ガスが引火性の場合には爆発の危険性が付きまとう。   In semiconductor manufacturing facilities, chemical plants, and the like, there are many cases where a plurality of gases serving as raw materials are supplied at a predetermined flow rate, and the raw material gases are chemically reacted in a reaction furnace to generate a target gas. In such a case, if the supply flow rate of the source gas is not accurate, excess or deficiency in the chemical reaction occurs, and the source gas remains in the target gas. In particular, if the source gas is flammable, there is a risk of explosion.

従来、ガス流量を正確に制御するために、配管内にオリフィスを配置し、このオリフィスを通過する理論流量として出来るだけ精度の良い流量式が選択されてきた。特に、ガス流の非圧縮性を考慮して、オリフィスを通過するガス流の流速を音速領域に設定して流量制御する方法が使用されている。   Conventionally, in order to accurately control the gas flow rate, an orifice is arranged in the pipe, and a flow rate method having the highest possible accuracy as a theoretical flow rate passing through the orifice has been selected. In particular, in consideration of the incompressibility of the gas flow, a method of controlling the flow rate by setting the flow velocity of the gas flow passing through the orifice in the sonic region is used.

この流量制御方法では、オリフィスの上流側圧力Pと下流側圧力Pの圧力比P/Pを約0.5の臨界値より小さくしたとき、オリフィスを通過するガスの流速が音速に達し、この音速領域で理論流量式が高精度にQc=KPによって表現される性質が利用されている。ここで、比例係数Kは流体の種類と流体温度に依存することが分かっている。 In this flow rate control method, when the pressure ratio P 2 / P 1 between the upstream pressure P 1 and the downstream pressure P 2 of the orifice is made smaller than a critical value of about 0.5, the flow velocity of the gas passing through the orifice becomes the sonic velocity. Thus, the property that the theoretical flow rate expression is expressed by Qc = KP 1 with high accuracy in this sound velocity region is used. Here, it is known that the proportionality coefficient K depends on the type of fluid and the fluid temperature.

この理論流量式によりオリフィス通過流量を制御するには、オリフィスの上流側圧力Pと上流側の流体温度Tを正確に測定することが必要となる。上流側圧力Pはダイヤフラムで受圧され、圧力伝達媒体を経由して抵抗素子で測定される。他方、流体温度Tはオリフィスを組み込んだ弁装置にサーミスタを別個に配置することにより測定されている。 To control the orifice passing flow rate by this theory flow type, it is necessary to accurately measure the fluid temperature T on the upstream side pressure P 1 and the upstream side of the orifice. Upstream pressure P 1 is the pressure receiving by the diaphragm, are measured by the resistance element via the pressure transmission medium. On the other hand, the fluid temperature T is measured by placing a thermistor separately in a valve device incorporating an orifice.

特開平8−338546号JP-A-8-338546 特開2000−322130号JP 2000-322130 A

上述したように、上流側圧力はダイヤフラムに直接接触して作用し、圧力伝達媒体を経由して圧力センサである抵抗素子で計測されるから、流体圧を正確に測定することができる。他方、温度センサであるサーミスタは流体に直接接触せず、前述した弁装置内のオリフィス近傍位置に配置されている。流体はオリフィスを継続的に通過するから、オリフィス近傍位置は流体と熱平衡状態に到達して温度が等しくなっていると考えられ、オリフィス近傍位置に配置されたサーミスタは流体温度を正確に再現できると考えられたからである。   As described above, the upstream pressure acts in direct contact with the diaphragm and is measured by the resistance element, which is a pressure sensor, via the pressure transmission medium, so that the fluid pressure can be accurately measured. On the other hand, the thermistor, which is a temperature sensor, is not in direct contact with the fluid, but is disposed in the vicinity of the orifice in the valve device described above. Since the fluid continuously passes through the orifice, it is considered that the temperature near the orifice reaches a thermal equilibrium state with the fluid and the temperature is equal, and the thermistor placed near the orifice can accurately reproduce the fluid temperature. Because it was thought.

ところが、弁装置は一般に金属により形成されるから、熱伝導性は極めて高い。流体からオリフィス位置で吸引された熱は、弁装置の外側表面へと急速に熱伝達し、この温度傾斜によりオリフィスから少し離れた位置の温度でも、流体温度と同一ではない。サーミスタは有限の幾何学的寸法を有しているから、サーミスタがオリフィス近傍に配置されたとしても、その測定温度は流体温度から僅かにずれていると考えられる。従って、このサーミスタ温度を流体温度として流量を計算した場合には、Qc=KPによる演算流量に誤差を誘導する第1の原因となる。 However, since the valve device is generally made of metal, the thermal conductivity is extremely high. The heat drawn from the fluid at the orifice location is rapidly transferred to the outer surface of the valve device, and even at a temperature slightly away from the orifice due to this temperature gradient, it is not the same as the fluid temperature. Since the thermistor has a finite geometric dimension, even if the thermistor is placed near the orifice, the measured temperature is considered to deviate slightly from the fluid temperature. Therefore, the thermistor temperature when computing the flow rate of the fluid temperature, the first cause of inducing errors in the calculated flow rate by Qc = KP 1.

また、Qc=KPの演算に使用される上流側圧力Pと流体温度Tは、理論的には上流側流体の同一点における圧力と温度である。このことは流量式Qc=KPを導出する過程において、同一点の圧力Pと温度Tが使用されていることからも理解できる。 Further, the upstream pressure P 1 and the fluid temperature T used for the calculation of Qc = KP 1 are theoretically the pressure and temperature at the same point of the upstream fluid. This can be understood from the fact that the pressure P and the temperature T at the same point are used in the process of deriving the flow rate equation Qc = KP 1 .

ところが、従来の圧力式流量制御装置では、前述したように、抵抗素子により流体圧力を測定し、別に配置されたサーミスタにより流体温度を測定している。抵抗素子とサーミスタが極小化されたとしても、両者は別体であるから、必然的に圧力と温度の測定点は異なってくる。両者が有限の大きさを有し、しかも取付位置が異なっている実情では、圧力と温度の測定位置が多少とも離間し、前記流量式に第2の誤差を誘導する原因となる。   However, in the conventional pressure type flow rate control device, as described above, the fluid pressure is measured by the resistance element, and the fluid temperature is measured by the thermistor arranged separately. Even if the resistance element and the thermistor are minimized, the measurement points for pressure and temperature are inevitably different because they are separate bodies. In the actual situation where both have a finite size and the mounting positions are different, the pressure and temperature measurement positions are somewhat separated, which causes a second error in the flow rate equation.

従って、本発明に係る圧力式流量制御装置の温度測定装置は、流体圧力を測定する位置と同一位置の流体温度を直接測定することにより、流量式の理論的要請を満足させて、オリフィスを通過する流体の流量を高精度に制御することを目的とする。この目的を達成するために、本発明は下記の発明群から構成される。   Therefore, the temperature measuring device of the pressure type flow control device according to the present invention directly measures the fluid temperature at the same position as the position where the fluid pressure is measured, thereby satisfying the theoretical request of the flow type and passing through the orifice. It aims at controlling the flow rate of the fluid to be performed with high accuracy. In order to achieve this object, the present invention comprises the following group of inventions.

本願発明は、流量制御用のオリフィスとオリフィスの上流側配管に設けたコントロールバルブと,コントロールバルブの下流側に設けてオリフィスの上流側の流体圧力Pを検出する圧力センサと,オリフィスの上流側の流体温度Tを検出する温度センサと,前記温度Tによる前記流体圧力Pの補正と演算式Q=KP(但しKは比例定数、Pは流体圧力)による流体のオリフィス通過流量の演算と前記流体温度Tによる前記オリフィス通過流量の演算の補正を行うと共に前記補正後の流量演算値に基づいて前記コントロールバルブへ制御信号を出力する制御回路とから構成され、前記制御回路からの制御信号によりコントロールバルブを開閉制御して流体のオリフィス通過流量を制御する圧力式流量制御装置に於いて、前記圧力センサ及び温度センサを、受圧面に形成した4個の抵抗を4辺とするブリッジ回路の入力端子間に定電流電源を接続してその出力端子間の電圧変化で流体圧力を検出すると共に、前記入力端子間の電圧変化で流体温度を検出する構成の温度と圧力を同時に検出する一つの圧力温度センサとし、また、前記制御回路を、固定増幅回路及びA/D変換器を通して入力された前記圧力温度センサの圧力Pに相当する出力電圧Vにメモリ手段のデータを用いてスパン補正手段により流体温度Tに対応した補正を行ってこれを流体圧力Pに変換すると共に、前記圧力Pが零の際に前記圧力温度センサに圧力のゼロ点ドリフト電圧が生じたときにはメモリ手段のデータを用いてゼロ点補正手段により流体温度Tに対応した補正すべきゼロ点ドリフト電圧Vを演算し、D/A変換器を介して前記圧力Pの出力電圧Vを増幅する固定増幅器のオフセット端子へ前記演算したゼロ点ドリフト電圧Vのマイナス値を出力する温度ドリフト補正手段と,固定増幅回路及びA/D変換器を通して入力された前記圧力温度センサの温度Tに相当する出力電圧Vを流体温度Tに変換すると共に、変換した流体温度Tを前記温度ドリフト補正手段へ出力する温度変換手段と,前記温度変換手段からの前記流体温度Tに対応して前記流量演算式の比例定数Kの温度補正を行うガス温度補正手段と,補正後の後の演算流量Qと設定流量Qとの差を制御信号としてコントロールバルブへ出力する比較回路と,から構成したことを特徴とする圧力式流量制御装置である。
また、上記圧力温度センサを形成する抵抗は、シリコン基板に抵抗が拡散形成された抵抗素子とするのが望ましい。
The present invention provides an orifice for flow rate control, a control valve provided on the upstream side piping of the orifice, a pressure sensor provided on a downstream side of the control valve to detect a fluid pressure P 1 on the upstream side of the orifice, upstream of the orifice Sensor for detecting the fluid temperature T on the side, correction of the fluid pressure P 1 based on the temperature T, and a flow rate through the orifice of the fluid according to the calculation formula Q C = KP 1 (where K is a proportional constant, P 1 is the fluid pressure) And a control circuit for correcting the calculation of the flow rate through the orifice based on the fluid temperature T and outputting a control signal to the control valve based on the corrected flow rate calculation value. In a pressure type flow rate control device for controlling the flow rate of fluid through an orifice by controlling opening and closing of a control valve according to a control signal, the pressure is controlled. The sensor and the temperature sensor are connected to a constant current power source between the input terminals of the bridge circuit having four sides formed by four resistors formed on the pressure receiving surface, and the fluid pressure is detected by a voltage change between the output terminals. One pressure temperature sensor that simultaneously detects a temperature and a pressure configured to detect a fluid temperature by a voltage change between input terminals, and the control circuit includes the pressure input through a fixed amplifier circuit and an A / D converter This performing correction corresponding to the fluid temperature T and converts the fluid pressure P 1 by the span correction means using the data of the memory means to the output voltage V P corresponding to the pressure P 1 of the temperature sensor, the pressure P 1 When a zero pressure drift voltage is generated in the pressure temperature sensor when the pressure is zero, the zero point drift to be corrected corresponding to the fluid temperature T by the zero point correction means using the data of the memory means. Calculates the shift voltage V O, output the negative value of the zero drift voltage V O which is the arithmetic to the offset pin of the fixed amplifiers for amplifying the output voltage V P of the pressure P 1 via the D / A converter temperature a drift correction means and the output voltage V T corresponding to the temperature T of the pressure temperature sensor input through a fixed amplifier circuit and a / D converter for converting the fluid temperature T, the temperature drift of the converted fluid temperature T A temperature conversion means for outputting to the correction means, a gas temperature correction means for correcting the temperature of the proportionality constant K of the flow rate calculation formula corresponding to the fluid temperature T from the temperature conversion means, and a calculated flow rate after the correction a comparator circuit for outputting to the control valve the difference between Q C and the set flow rate Q S as a control signal, a pressure type flow rate control apparatus characterized by being configured from.
Further, it is desirable that the resistance forming the pressure temperature sensor is a resistance element in which the resistance is diffused on the silicon substrate.

本願発明によれば、抵抗素子が流体圧力と流体温度を同時に測定できるという本発明者等の新規な発見に基づいて、抵抗素子単体で圧力センサ且つ温度センサとして活用できる。従って、オリフィスを通過する流体の速度が音速状態になる臨界膨張条件下において、この抵抗素子を上流側の圧力温度センサとして使用すれば、従来必要であった温度センサが不要となり、しかも流体の同一点の圧力と温度を同時に測定できるから、回路構成の簡単化と流量制御の高性能化を実現でき、装置全体の低価格化に寄与することができる。   According to the present invention, the resistance element alone can be used as a pressure sensor and a temperature sensor based on the novel discovery of the present inventors that the resistance element can simultaneously measure fluid pressure and fluid temperature. Therefore, if this resistance element is used as a pressure sensor on the upstream side under critical expansion conditions where the velocity of the fluid passing through the orifice becomes a sonic velocity state, a temperature sensor that has been conventionally required becomes unnecessary, and the same fluid is used. Since one point of pressure and temperature can be measured at the same time, the circuit configuration can be simplified and the flow control performance can be improved, which contributes to the cost reduction of the entire apparatus.

また、本願発明では、制御回路の温度ドリフト補正手段60において、ゼロ点補正手段62とスパン補正手段62により流体温度Tに対応したゼロ点出力ドリフト電圧Vと圧力電圧VPのスパン出力ドリフトの補正をメモリ手段64のデータを活用しながら行うと共に、ガス温度補正手段68により流体温度Tに対応した流量演算式の比例定数Kの補正を行う構成としているため、極く簡単な構成でもって、流体の高精度な圧力式流量制御を行うことができる。 In the present invention, in the temperature drift correcting means 60 of the control circuit, the zero point correcting means 62 and the span correcting means 62 correct the span output drift of the zero point output drift voltage V O and the pressure voltage VP corresponding to the fluid temperature T. Is performed while utilizing the data in the memory means 64 and the proportional constant K of the flow rate calculation formula corresponding to the fluid temperature T is corrected by the gas temperature correction means 68. It is possible to perform highly accurate pressure type flow rate control.

臨界条件を利用した圧力式流量制御装置による流量制御の構成図である。It is a block diagram of the flow control by the pressure type flow control device using a critical condition. 抵抗素子からなる圧力温度センサ10の要部断面斜視図である。It is a principal part section perspective view of pressure temperature sensor 10 consisting of a resistance element. 図2に示す抵抗素子の等価回路図である。FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of the resistance element shown in FIG. 2. 圧力温度センサ10の圧力特性と温度特性測定用の実験装置図である。It is an experimental apparatus figure for the pressure characteristic of the pressure temperature sensor 10 and a temperature characteristic measurement. 3種類の圧力温度センサのブリッジ電圧―温度特性図である。It is a bridge voltage-temperature characteristic figure of three types of pressure temperature sensors. 3種類の圧力温度センサの同一温度におけるブリッジ電圧―圧力特性図である。It is a bridge voltage-pressure characteristic figure in the same temperature of three types of pressure temperature sensors. 本発明の圧力式流量制御装置の制御系の詳細ブロック構成図である。It is a detailed block block diagram of the control system of the pressure type flow control apparatus of this invention. 本発明に係る非臨界膨張条件を利用した圧力式流量制御装置の流量制御の構成図である。It is a block diagram of the flow control of the pressure type flow control device using the non-critical expansion condition according to the present invention. 本発明に係る非臨界膨張条件を利用した改良型圧力式流量制御装置による流量制御の構成図である。It is a block diagram of the flow control by the improved pressure type flow control device using the non-critical expansion condition according to the present invention.

本発明者等は、流体中の同一位置における流体圧力と流体温度を同時に計測するために鋭意研究した結果、圧力センサと温度センサを別体で配置することを止め、圧力センサを同時に温度センサとして利用できないかという着想を得て本発明を想到するに到ったものである。   As a result of intensive studies to simultaneously measure the fluid pressure and the fluid temperature at the same position in the fluid, the present inventors stopped arranging the pressure sensor and the temperature sensor separately, and the pressure sensor was simultaneously used as a temperature sensor. The present invention has been conceived with the idea that it cannot be used.

本発明者等は、従来より流体の流量制御を行なう場合に、圧力センサとして抵抗素子を使用している。この抵抗素子は、圧力を受けたときに抵抗が変化する性質を利用したもので、一般的には4個の抵抗をシリコン基板上に形成し、この4個の抵抗を4辺としたホイートストンブリッジが構成されている。   The present inventors have conventionally used a resistance element as a pressure sensor when controlling the flow rate of fluid. This resistance element utilizes the property that the resistance changes when pressure is applied. Generally, four resistors are formed on a silicon substrate, and the four resistors are four Wheatstone bridges. Is configured.

この圧力センサの原理は次の通りである。ホイートストンブリッジの入力端子間に接続された定電流電源により抵抗には定電流が流れる。圧力を受けると抵抗の抵抗値が変化するから、ブリッジの出力端子間の電圧が変化し、この出力端子間の電圧により流体圧力を測定することができる。   The principle of this pressure sensor is as follows. A constant current flows through the resistor by a constant current power source connected between the input terminals of the Wheatstone bridge. When the pressure is applied, the resistance value of the resistor changes. Therefore, the voltage between the output terminals of the bridge changes, and the fluid pressure can be measured by the voltage between the output terminals.

この圧力センサを同時に温度センサとして利用するために、本発明者等は、ホイートストンブリッジの入力端子に着目した。入力端子間には定電流電源が接続されているものの電圧電源は接続されていないから、入力端子間の電圧は抵抗変化に応じて当然に変化する。   In order to use this pressure sensor as a temperature sensor at the same time, the present inventors paid attention to the input terminal of the Wheatstone bridge. Although a constant current power source is connected between the input terminals, but no voltage power source is connected, the voltage between the input terminals naturally changes according to the resistance change.

本発明者等は、この抵抗素子を恒温槽に配置して、温度を変化させながら入力端子間の電圧を測定した結果、温度変化に対して広範囲に電圧が変化することを発見した。また、温度を一定に保持しながら圧力だけを変化させたとき、入力端子間の電圧はほとんど変化しないか、又は本発明装置が許す誤差範囲内の変化しか示さなかった。   As a result of measuring the voltage between the input terminals while changing the temperature, the present inventors have found that the voltage changes over a wide range with respect to the temperature change. In addition, when only the pressure was changed while keeping the temperature constant, the voltage between the input terminals hardly changed or showed only a change within the error range allowed by the device of the present invention.

以上の結果から、抵抗素子の入力端子間電圧により流体温度を測定することが可能であることが実証された。そこで、以下では、この入力端子間電圧をブリッジ電圧とも称し、流体温度測定に専用的に使用する。また、従来通り、出力端子間電圧は流体圧力の測定用に使用されるので、この抵抗素子は流体の同一点に対し機能する圧力センサ且つ温度センサであり、総合して圧力温度センサと称することもできる。   From the above results, it was proved that the fluid temperature can be measured by the voltage between the input terminals of the resistance element. Therefore, hereinafter, the voltage between the input terminals is also referred to as a bridge voltage, and is used exclusively for fluid temperature measurement. Further, since the voltage between the output terminals is used for measuring the fluid pressure as before, this resistance element is a pressure sensor and a temperature sensor that function to the same point of the fluid, and is collectively referred to as a pressure temperature sensor. You can also.

以下に、本発明に係る圧力式流量制御装置の実施形態を図面に従って詳細に説明する。   Embodiments of a pressure type flow rate control device according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

図1は臨界膨張条件を利用した圧力式流量制御装置による流量制御の構成図である。この圧力式流量制御装置2は、供給される流体が臨界膨張条件にある場合、即ちオリフィス4から流出する流体の速度が音速である場合を前提としているため、流量はQc=KPで表される。 FIG. 1 is a configuration diagram of flow rate control by a pressure type flow rate control device using critical expansion conditions. Since the pressure type flow rate control device 2 is based on the assumption that the supplied fluid is in a critical expansion condition, that is, the velocity of the fluid flowing out from the orifice 4 is a sonic velocity, the flow rate is represented by Qc = KP 1. The

この圧力式流量制御装置2には、オリフィス孔4aを形成したオリフィス4、上流側配管6、下流側配管8、上流側の圧力温度センサ10、制御回路16、バルブ駆動部20及びコントロールバルブ22が配置されている。   The pressure type flow rate control device 2 includes an orifice 4 having an orifice hole 4a, an upstream pipe 6, a downstream pipe 8, an upstream pressure temperature sensor 10, a control circuit 16, a valve drive unit 20, and a control valve 22. Has been placed.

圧力温度センサ10は抵抗素子から構成され、後述するようにホイートストンブリッジの出力端子間電圧で上流側の流体圧力を検出し、またその入力端子間電圧(ブリッジ電圧とも云う)で流体中の同一点の流体温度を検出するように構成されている。   The pressure temperature sensor 10 is composed of a resistance element, and detects the upstream fluid pressure with the voltage between the output terminals of the Wheatstone bridge, as described later, and the same point in the fluid with the voltage between the input terminals (also called the bridge voltage). The fluid temperature is configured to be detected.

制御回路16は電子回路とマイクロコンピュータと内蔵プログラムを中心に構成されているが、電子回路だけで構成してもよいし、電子回路とパーソナルコンピュータで構成してもよい。この制御回路16は、図示しない増幅回路やA/D変換器などの電子回路系と、実験流量式による流量Qcを演算する流量演算手段17と、流すべき設定流量Qsを指令する流量設定手段18と、演算流量Qcと設定流量Qsの流量差ΔQ(=Qs−Qc)を計算する比較手段19から構成されている。流量差ΔQはQc−Qsにより算出されてもよい。   The control circuit 16 is mainly composed of an electronic circuit, a microcomputer, and a built-in program. However, the control circuit 16 may be composed only of an electronic circuit, or may be composed of an electronic circuit and a personal computer. The control circuit 16 includes an electronic circuit system such as an amplifier circuit and an A / D converter (not shown), a flow rate calculation unit 17 that calculates a flow rate Qc based on an experimental flow rate equation, and a flow rate setting unit 18 that instructs a set flow rate Qs to flow. And a comparing means 19 for calculating a flow rate difference ΔQ (= Qs−Qc) between the calculated flow rate Qc and the set flow rate Qs. The flow rate difference ΔQ may be calculated by Qc−Qs.

この圧力式流量制御装置2の上流側には、高圧ガスを内蔵するガスタンク24と、この高圧ガスのガス圧力を適度に調整するレギュレータ26と、このガスを供給側配管27からコントロールバルブ22に供給するバルブ28が接続されている。   On the upstream side of the pressure type flow control device 2, a gas tank 24 containing a high pressure gas, a regulator 26 for adjusting the gas pressure of the high pressure gas appropriately, and supplying this gas to the control valve 22 from a supply side pipe 27. A valve 28 is connected.

また、圧力式流量制御装置2の下流側には、流量制御されたガスを流通させる制御側配管29と、このガスをチャンバー32に供給するバルブ30と、真空ポンプ34が連結されている。チャンバー32は供給される原料ガスから目的ガスを生成する反応室で、例えばHとOの原料ガスからHOの水分ガスを生成する反応室である。 Further, on the downstream side of the pressure type flow rate control device 2, a control side pipe 29 for flowing a flow-controlled gas, a valve 30 for supplying this gas to the chamber 32, and a vacuum pump 34 are connected. Chamber 32 is a reaction chamber for generating in the reaction chamber to produce the desired gas from a raw material gas to be supplied, for example, from the source gas of H 2 and O 2 in H 2 O water vapor.

次に、この圧力式流量制御装置2の制御動作を説明する。上流側では供給側配管27に所定圧力のガスが供給され、更にバルブ駆動部20により開閉制御されるコントロールバルブ22により上流側配管6への供給流量が制御される。同時に、下流側では真空ポンプ34により下流側配管8が低圧に設定されている。   Next, the control operation of the pressure type flow control device 2 will be described. On the upstream side, a gas having a predetermined pressure is supplied to the supply side pipe 27, and the supply flow rate to the upstream side pipe 6 is controlled by a control valve 22 that is controlled to be opened and closed by the valve drive unit 20. At the same time, the downstream pipe 8 is set to a low pressure by the vacuum pump 34 on the downstream side.

真空ポンプ34による排気で、下流側配管8内の下流側圧力Pは上流側圧力Pよりもかなり小さく設定され、少なくともP/P<約0.5の臨界膨張条件が常に満足されるように自動的に設定されるから、オリフィス孔4aから流出するガス速度は音速となっている。従って、オリフィス4の通過流量はQc=KPで表現される。 In the exhaust gas by the vacuum pump 34, the downstream side pressure P 2 in the downstream pipe 8 is considerably smaller set than the upstream pressure P 1, at least P 2 / P 1 <0.5 the critical expansion conditions are always satisfied Therefore, the gas velocity flowing out from the orifice hole 4a is a sonic velocity. Accordingly, the flow rate through the orifice 4 is represented by Qc = KP 1.

上流側圧力Pは圧力温度センサ10により計測される。正確な圧力測定をするため、ガス圧力は耐食性に優れたダイヤフラムで直接受圧され、圧力伝達媒体を経由して圧力温度センサ10のセンサ部分で圧力計測されるように構成されている。しかも、ガス流を撹乱しないように、そのセンサ部分は極めて小さく設計されている。従って、センサ部分はガス温度Tに等しくなっている。 The upstream pressure P 1 is measured by the pressure temperature sensor 10. In order to perform accurate pressure measurement, the gas pressure is directly received by a diaphragm having excellent corrosion resistance, and the pressure is measured by the sensor portion of the pressure temperature sensor 10 via a pressure transmission medium. In addition, the sensor portion is designed to be extremely small so as not to disturb the gas flow. Therefore, the sensor portion is equal to the gas temperature T.

図2は抵抗素子からなる圧力温度センサ10の要部断面斜視図である。リードピン36、36を有したヘッダー35の上にガラス台座37が配置され、このガラス台座37の上に脚部38a、38aで両端支持されたシリコン基板38が固定されている。シリコン基板38の下面には隙間状の空間部39が形成され、この空間部39に連続して貫通孔41が穿孔されている。   FIG. 2 is a cross-sectional perspective view of a main part of the pressure temperature sensor 10 made of a resistance element. A glass pedestal 37 is disposed on a header 35 having lead pins 36, 36, and a silicon substrate 38 supported at both ends by leg portions 38 a, 38 a is fixed on the glass pedestal 37. A gap-like space 39 is formed on the lower surface of the silicon substrate 38, and a through hole 41 is continuously drilled in the space 39.

シリコン基板38の上面には4個の抵抗41a、41b、41c、41dが熱拡散法で形成されている。この抵抗は、表面に応力が加えられると、この応力に相応して電気抵抗が変化する性質を有している。従って、定電流を流すと、応力に相応して電圧が変化し、この電圧変化により圧力測定が可能になる。   Four resistors 41a, 41b, 41c, and 41d are formed on the upper surface of the silicon substrate 38 by a thermal diffusion method. This resistance has the property that when a stress is applied to the surface, the electrical resistance changes in accordance with the stress. Therefore, when a constant current is passed, the voltage changes according to the stress, and pressure measurement is possible by this voltage change.

ガス圧力(流体圧力)は図示しないダイヤフラムで受圧されて圧力伝達媒体(流体)に圧力Pを生起させ、圧力伝達媒体に生じた圧力Pがシリコン基板38の上面を押圧して、圧力Pが抵抗41a〜41dに作用する。一方、空間部39を真空にすると、シリコン基板38は流体圧力Pだけで変形するから、流体の絶対圧力がシリコン基板38に作用し、絶対圧力センサとして機能する。また、貫通孔41が大気に開放されていると、流体圧力Pと大気圧の差圧がシリコン基板38を変形させるから、流体のゲージ圧力がシリコン基板38に作用し、ゲージ圧力センサとして機能する。   The gas pressure (fluid pressure) is received by a diaphragm (not shown) to generate pressure P in the pressure transmission medium (fluid), the pressure P generated in the pressure transmission medium presses the upper surface of the silicon substrate 38, and the pressure P is resistance. Acts on 41a-41d. On the other hand, when the space 39 is evacuated, the silicon substrate 38 is deformed only by the fluid pressure P, so that the absolute pressure of the fluid acts on the silicon substrate 38 and functions as an absolute pressure sensor. When the through hole 41 is open to the atmosphere, the differential pressure between the fluid pressure P and the atmospheric pressure causes the silicon substrate 38 to be deformed, so that the gauge pressure of the fluid acts on the silicon substrate 38 and functions as a gauge pressure sensor. .

図3は図2に示す抵抗素子の等価回路図である。抵抗41a、41b、41c、41dはホイートストンブリッジの4辺を構成し、一方の対角点C・Dには入力端子42a・42bが連結され、この入力端子間に定電流電源43が接続されている。また、他方の対角点A・Bには出力端子44a、44bが連結されている。   FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of the resistance element shown in FIG. The resistors 41a, 41b, 41c, and 41d constitute four sides of the Wheatstone bridge. Input terminals 42a and 42b are connected to one of the diagonal points C and D, and a constant current power source 43 is connected between the input terminals. Yes. The other diagonal points A and B are connected to output terminals 44a and 44b.

4個の抵抗41a、41b、41c、41dは圧力Pを受けて抵抗値が変化する。定電流電源43から矢印方向に定電流Iが流され、前記抵抗変化によりAB間の電位差が変化し、出力端子44a・44bの間に流体圧力に相応した電圧Vが生じる。この明細書では、電圧Vを出力端子間電圧と呼び、流体圧力の検出電圧の意味で圧力電圧とも称する。 The resistance values of the four resistors 41a, 41b, 41c, and 41d change upon receiving the pressure P. A constant current I is passed from the constant current source 43 in the arrow direction, the potential difference between AB is changed by resistance change, the voltage V P which corresponds to the fluid pressure between the output terminals 44a · 44b occurs. In this specification, referred to as the output terminal voltage of the voltage V P, also referred to as pressure voltage in the sense of the detected voltage of the fluid pressure.

この抵抗素子を流体温度測定にも利用するために、本発明者等は他方の対角点C・Dに着目した。定電流Iにより点CD間にも電位差が発生し、この電位差は入力端子42a・42bの間で検出できるから、入力端子間電圧又はブリッジ電圧とも称される。本発明者等はこのブリッジ電圧Vが流体温度によってかなり変化すると予測した。 In order to use this resistance element also for fluid temperature measurement, the present inventors paid attention to the other diagonal points C and D. Since the constant current I causes a potential difference between the points CD, and this potential difference can be detected between the input terminals 42a and 42b, it is also referred to as an input terminal voltage or a bridge voltage. The inventors have predicted that this bridge voltage V T will vary considerably with fluid temperature.

図4は圧力温度センサ10の圧力特性と温度特性測定用の実験装置図である。抵抗素子からなる圧力温度センサ10を装填した圧力式流量制御装置2が恒温槽CTの内部に配設され、基準圧力発生器PGと真空ポンプDPがバルブV、Vを介して配管系PSに接続されている。 FIG. 4 is an experimental apparatus diagram for measuring pressure characteristics and temperature characteristics of the pressure temperature sensor 10. A pressure type flow rate control device 2 loaded with a pressure temperature sensor 10 made of a resistance element is disposed in the thermostatic chamber CT, and a reference pressure generator PG and a vacuum pump DP are connected to the piping system PS via valves V 1 and V 2. It is connected to the.

まず、バルブVを閉鎖し、バルブVを開放して、真空ポンプDPにより配管系PSを真空状態、即ち内部圧力を0(kPa・abs)に設定する。この状態で恒温槽CTの内部温度を25℃から100℃まで変化させながら、各温度毎に圧力温度センサ10を作動させる。No.1、No.2及びNo.3の3種類の圧力温度センサに対し、絶対圧ゼロの状態で、各温度毎にブリッジ電圧Vが測定された。 First, close the valve V 1, by opening the valve V 2, vacuum piping system PS by a vacuum pump DP, i.e. the internal pressure is set to 0 (kPa · abs). In this state, the pressure temperature sensor 10 is operated for each temperature while changing the internal temperature of the thermostatic chamber CT from 25 ° C. to 100 ° C. No. 1, no. 2 and no. The bridge voltage V T was measured for each temperature with the absolute pressure zero for the three types of pressure temperature sensors 3.

図5は3種類の圧力温度センサのブリッジ電圧―温度特性図である。この特性図は絶対圧がゼロの真空状態で得られ、横軸は温度T(℃)、縦軸はブリッジ電圧V(V)を示す。 FIG. 5 is a bridge voltage-temperature characteristic diagram of three types of pressure temperature sensors. This characteristic diagram is obtained in a vacuum state where the absolute pressure is zero, the horizontal axis indicates the temperature T (° C.), and the vertical axis indicates the bridge voltage V T (V).

3種類の圧力温度センサ10はNo.1、No.2及びNo.3で示され、恒温槽CTの温度は25℃から100℃まで変化された。温度T(℃)に対するブリッジ電圧V(V)の依存性は、No.1は実線、No.2は鎖線及びNo.3は破線で示され、ほぼ直線になっている。 The three types of pressure temperature sensors 10 are no. 1, no. 2 and no. 3, the temperature of the thermostatic chamber CT was changed from 25 ° C. to 100 ° C. The dependency of the bridge voltage V T (V) on the temperature T (° C.) is as follows. 1 is a solid line. 2 is a chain line and No.2. 3 is indicated by a broken line and is substantially a straight line.

No.1、No.2及びNo.3において、25℃でのブリッジ電圧Vは7.295V、7.380V及び7.271Vであり、100℃でのブリッジ電圧Vは8.966V、9.076V及び8.925Vであった。圧力温度センサによる個性の違いは、同一温度で約0.15V程度あるが、個々のセンサで直線性は極めて高い。 No. 1, no. 2 and no. 3, the bridge voltage V T at 25 ° C. was 7.295 V, 7.380 V and 7.271 V, and the bridge voltage V T at 100 ° C. was 8.966 V, 9.076 V and 8.925 V. The difference in individuality between pressure and temperature sensors is about 0.15 V at the same temperature, but the linearity of each sensor is extremely high.

25℃から100℃までの75℃の温度差で、ブリッジ電圧Vの変化量は2.228V(No.1)、2.205V(No.2)及び2.261V(No.3)である。従って、1℃当たりのブリッジ電圧Vの変化量は、22.28mV(No.1)、22.05mV(No.2)及び22.61mV(No.3)とかなり大きいことが分かる。1℃の変化でブリッジ電圧Vは約20mVも変化するから、ブリッジ電圧Vにより温度Tを測定できることが示される。 Temperature differential 75 ° C. from 25 ° C. to 100 ° C., the amount of change of the bridge voltage V T is the 2.228V (No.1), 2.205V (No.2 ) and 2.261V (No.3) . Therefore, the variation of the bridge voltage V T per 1 ℃ is, 22.28mV (No.1), it can be seen quite large and 22.05mV (No.2) and 22.61mV (No.3). Since the bridge voltage V T changes by about 20 mV with a change of 1 ° C., it is shown that the temperature T can be measured by the bridge voltage V T.

図6は3種類の圧力温度センサの同一温度におけるブリッジ電圧―圧力特性図である。圧力温度センサ10のブリッジ電圧Vが圧力によってどの程度変化するかが測定された。もし、ブリッジ電圧が圧力にほとんど依存しないならば、ブリッジ電圧Vは温度測定に使用できることが実証される。 FIG. 6 is a bridge voltage-pressure characteristic diagram at the same temperature of three types of pressure temperature sensors. Or bridge voltage V T of the pressure temperature sensor 10 is how much change the pressure was measured. If the bridge voltage is almost independent of pressure, it is demonstrated that the bridge voltage V T can be used for temperature measurement.

図6には、温度を25℃に保持した場合と100℃に保持した場合の2通りの実験結果が示されている。両者とも、圧力Pを0〜700(kPa・abs)まで変化させた場合について、ブリッジ電圧Vが測定された。 FIG. 6 shows two experimental results when the temperature is maintained at 25 ° C. and when the temperature is maintained at 100 ° C. Both the case of changing the pressure P to 0~700 (kPa · abs), bridge voltage V T was measured.

25℃において圧力Pを0から700(kPa・abs)まで変化させると、ブリッジ電圧Vは7.295V→7.285V(No.1)、7.271V→7.261V(No.2)及び7.380V→7.370V(No.3)まで変化した。従って、700(kPa・abs)の圧力変化に対して、3種類の圧力温度センサともにブリッジ電圧Vの変化量は−10mVと極めて微小な変化を示したに過ぎなかった。 When the pressure P is changed from 0 to 700 (kPa · abs) at 25 ° C., the bridge voltage V T becomes 7.295 V → 7.285 V (No. 1), 7.271 V → 7.261 V (No. 2) and The voltage changed from 7.380 V to 7.370 V (No. 3). Accordingly, the pressure change of 700 (kPa · abs), the variation of the bridge voltage V T in all three kinds of pressure temperature sensor showed only very small changes and -10 mV.

また、100℃において圧力Pを0から700(kPa・abs)まで変化させると、ブリッジ電圧Vは8.966V→8.956V(No.1)、8.925V→8.915V(No.2)及び9.076V→9.067V(No.3)まで変化した。従って、700(kPa・abs)の圧力変化に対して、3種類の圧力温度センサのブリッジ電圧Vの変化量は−10mV、−10mV及び−9mVとなり、センサの個性の違いが現れるものの、前述と同様に極めて微小な変化を示すに過ぎなかった。 Further, when the pressure P is changed from 0 to 700 (kPa · abs) at 100 ° C., the bridge voltage V T becomes 8.966 V → 8.956 V (No. 1), 8.925 V → 8.915 V (No. 2). ) And 9.076V → 9.067V (No. 3). Accordingly, the pressure change of 700 (kPa · abs), the variation of the bridge voltage V T of the three pressure temperature sensor of -10 mV, -10 mV and -9mV next, although the difference of individuality of sensor appears, above As with, it showed only very small changes.

以上をまとめると、700(kPa・abs)の圧力変化に対して、25℃では−10mV、100℃では約−10mVのブリッジ電圧Vの変化が見られる。ブリッジ電圧Vは75℃の温度変化に対して約2Vも変化するのであるから、10mVはその0.5%に過ぎない。 In summary, the pressure change of 700 (kPa · abs), at 25 ° C. -10mV, changes in bridge voltage V T of the 100 ° C. to about -10mV observed. Since the bridge voltage V T changes by about 2 V with respect to a temperature change of 75 ° C., 10 mV is only 0.5%.

誤差についてもう少し議論する。ガス流体の実使用圧力を350(kPa・abs)とすると、ブリッジ電圧Vの変動は10mV/2=5mVとなる。No.1の圧力温度センサでは1℃当たり22.28mVも変化するから、前記の5mVは5/22.8より0.224℃の温度誤差を与えるに過ぎない。 Discuss some more errors. If the actual working pressure of the gas fluid is 350 (kPa · abs), the fluctuation of the bridge voltage V T is 10 mV / 2 = 5 mV. No. Since one pressure temperature sensor changes by 22.28 mV per 1 ° C., the above 5 mV only gives a temperature error of 0.224 ° C. from 5 / 22.8.

この0.224℃の温度誤差は、ガス温度補正では所要の計算により0.04%の誤差を与えるに過ぎない。また圧力センサとしてのゼロ点温度ドリフトを1℃当たり0.1%とすると、0.224℃の温度誤差に対して0.1%×0.224=約0.02%の誤差を誘導する。従って、前記0.224℃の温度誤差は0・04%+0.02%=0.06%から0.06%の誤差を誘引するに過ぎない。この圧力式流量制御装置の誤差は例えば1%以下のように設計されるから、0.06%の誤差は全体誤差に埋没する程度に過ぎないものである。   This temperature error of 0.224 ° C. gives only an error of 0.04% by the required calculation in the gas temperature correction. If the zero point temperature drift as a pressure sensor is 0.1% per 1 ° C., an error of 0.1% × 0.224 = about 0.02% is induced with respect to a temperature error of 0.224 ° C. Accordingly, the temperature error of 0.224 ° C. only induces an error of 0.04% + 0.02% = 0.06% to 0.06%. Since the error of the pressure type flow rate control device is designed to be 1% or less, for example, the error of 0.06% is only a level that is buried in the overall error.

従って、抵抗素子を用いた圧力温度センサは、圧力と温度を相関関係無く同時に測定でき、圧力センサであると同時に温度センサとしても機能することができる。従って、前述したように、抵抗素子の出力端子間電圧(圧力電圧)Vで圧力測定を行い、入力端子間電圧、即ちブリッジ電圧V(温度電圧とも云う)で温度測定を行なえるから、抵抗素子は圧力温度センサと呼ぶに相応しい素子であると言う事ができる。 Therefore, a pressure temperature sensor using a resistance element can simultaneously measure pressure and temperature without correlation, and can function as a temperature sensor as well as a pressure sensor. Thus, the performed temperature measurement in, as described above, the output terminal voltage of the resistance element performs pressure measurement in (pressure voltage) V P, the voltage between the input terminals, namely (also referred to as temperature voltage) bridge voltage V T, It can be said that the resistance element is a suitable element to be called a pressure temperature sensor.

図7は本発明の圧力式流量制御装置の制御系の詳細ブロック構成図である。上述した圧力温度センサ10は流体の上流側圧力Pとその同一点の流体温度Tを同時に測定する。この圧力温度センサ10の圧力Pに相当する圧力電圧(出力端子間電圧)Vが固定増幅回路45と可変増幅回路47により増幅され、A/D変換器48を介してCPU51に入力されて圧力Pに変換される。また、可変増幅回路46を通して上流側圧力Pを外部に表示する。 FIG. 7 is a detailed block diagram of the control system of the pressure type flow rate control apparatus of the present invention. Pressure temperature sensor 10 described above for measuring the fluid temperature T on the upstream side pressure P 1 and the same point of the fluid at the same time. This pressure voltage (voltage between the output terminals) V P corresponding to the pressure P 1 of the pressure temperature sensor 10 is amplified by the fixed amplifier circuit 45 and the variable amplifier circuit 47, it is inputted to the CPU51 via the A / D converter 48 It is converted to the pressure P 1. Further, the upstream pressure P 1 is displayed outside through the variable amplifier circuit 46.

圧力温度センサ10は抵抗素子から構成され、圧力がゼロでも圧力電圧Vを出力する場合があり、このVをゼロ点ドリフト電圧という。この場合には、オフセット用D/A変換器49を介して、電圧−Vをオフセット端子45aに出力して、ゼロ点ドリフトを強制的にゼロに設定する。 The pressure temperature sensor 10 is composed of a resistance element, and may output a pressure voltage V 0 even when the pressure is zero, and this V 0 is referred to as a zero point drift voltage. In this case, the voltage −V 0 is output to the offset terminal 45a via the offset D / A converter 49, and the zero point drift is forcibly set to zero.

他方、圧力温度センサ10は流体温度Tに相当するブリッジ電圧Vを出力し、このブリッジ電圧Vを固定増幅器56及びA/D変換器58を介してCPU51に出力する。このブリッジ電圧Vは温度変換手段50により流体温度Tに変換される。 On the other hand, the pressure temperature sensor 10 outputs a bridge voltage V T corresponding to the fluid temperature T, and outputs the bridge voltage V T to the CPU 51 via the fixed amplifier 56 and the A / D converter 58. This bridge voltage V T is converted into a fluid temperature T by the temperature converting means 50.

この流体温度Tは温度ドリフト補正手段60とガス温度補正手段68に入力される。温度ドリフト補正手段60では、ゼロ点補正手段62とスパン補正手段66により流体温度Tに対応した補正がメモリ手段64のデータを活用しながら行なわれる。また、ガス温度補正手段68では、演算流量Qcの比例係数Kの補正が流体温度Tを用いて行なわれる。   This fluid temperature T is input to the temperature drift correction means 60 and the gas temperature correction means 68. In the temperature drift correction means 60, the zero point correction means 62 and the span correction means 66 perform correction corresponding to the fluid temperature T while utilizing the data in the memory means 64. In the gas temperature correction means 68, the proportional coefficient K of the calculated flow rate Qc is corrected using the fluid temperature T.

このようにして、正確な上流側圧力Pと比例定数Kが算出され、これらデータから演算流量QcがQc=KPとして演算される。この演算流量QcはD/A変換器72と固定増幅回路74を介して出力され、図示しない外部表示装置に表示される。 In this way, the accurate upstream pressure P 1 and proportionality constant K are calculated, and the calculated flow rate Qc is calculated from these data as Qc = KP 1 . The calculated flow rate Qc is output via the D / A converter 72 and the fixed amplifier circuit 74 and displayed on an external display device (not shown).

流量設定手段18から目的流量として入力された設定流量Qsは、固定増幅回路76とA/D変換器78を介して比較手段19に入力される。一方、ガス温度補正手段68から演算流量Qcが比較手段19に入力され、流量差ΔQがΔQ=Qc−Qsとして計算され、バルブ駆動部20に出力される。   The set flow rate Qs input as the target flow rate from the flow rate setting means 18 is input to the comparison means 19 via the fixed amplifier circuit 76 and the A / D converter 78. On the other hand, the calculated flow rate Qc is input from the gas temperature correction unit 68 to the comparison unit 19, and the flow rate difference ΔQ is calculated as ΔQ = Qc−Qs and output to the valve drive unit 20.

バルブ駆動部20は、この流量差ΔQをゼロにするようにコントロールバルブ22の弁開度を開閉調整し、この開閉によって上流側圧力Pが制御される。この結果、ΔQはゼロとなり、演算流量Qcは設定流量Qsに一致するように自動制御される。 Valve drive section 20, the flow rate difference and closes adjust the valve opening of the control valve 22 to the ΔQ to zero, the upstream pressure P 1 is controlled by the opening and closing. As a result, ΔQ becomes zero, and the calculated flow rate Qc is automatically controlled so as to coincide with the set flow rate Qs.

本発明では、従来から圧力センサとして使用されてきた抵抗素子が温度センサとしても機能するという意外な発見から、一つの抵抗素子を圧力温度センサとして活用する道を開いたものである。従って、ブロック構成図から分るように、1個の圧力温度センサで圧力と温度の測定が可能となり、回路構成の簡単化と低価格化を同時に達成することに成功した。   In the present invention, the surprising discovery that a resistance element conventionally used as a pressure sensor also functions as a temperature sensor opens the way to use one resistance element as a pressure temperature sensor. Therefore, as can be seen from the block diagram, the pressure and temperature can be measured with one pressure temperature sensor, and the circuit configuration can be simplified and the cost can be reduced at the same time.

図8は、本発明に係る非臨界膨張条件を利用した圧力式流量制御装置の構成図である。この圧力式流量制御装置2は、供給される流体が非臨界膨張条件にある場合、即ちオリフィス4から流出する流体の流体速度が音速より低い場合を前提としている。   FIG. 8 is a configuration diagram of a pressure type flow rate control device using non-critical expansion conditions according to the present invention. This pressure type flow control device 2 is premised on the case where the fluid to be supplied is in a non-critical expansion condition, that is, the fluid velocity of the fluid flowing out from the orifice 4 is lower than the sonic velocity.

流体が非臨界膨張条件にあるとき、オリフィス通過流量の理論流量式の一つは、非圧縮性流体に対して成立するベルヌーイの定理から導出したもので、Q=KP 1/2(P−P1/2で与えられる。但し、オリフィスの通過前後で流体温度は変化しないことを前提とする。図8では、この理論流量式を使用して、ガス流量を制御する。 When the fluid is in a non-critical expansion condition, one of the theoretical flow equations for the flow rate through the orifice is derived from Bernoulli's theorem that holds for incompressible fluids, and Q = KP 2 1/2 (P 1 −P 2 ) 1/2 . However, it is assumed that the fluid temperature does not change before and after passing through the orifice. In FIG. 8, this theoretical flow rate equation is used to control the gas flow rate.

この流量式では、オリフィス通過量Qは上流側圧力Pと下流側圧力Pの両方を使用して演算される。しかし、流体温度Tは上流側又は下流側のいずれを使用してもよいから、上流側に本発明の圧力温度センサ10を配置し、下流側には圧力センサ12だけを配置する。従って、圧力温度センサ10により上流側圧力Pと流体温度Tが測定され、圧力センサ12により下流側圧力Pが常に計測され、演算流量QcをQc=KP 1/2(P−P1/2で算出する。 This flow rate formula, the orifice throughput Q is calculated using both the upstream pressure P 1 and downstream pressure P 2. However, since either the upstream side or the downstream side may be used for the fluid temperature T, the pressure temperature sensor 10 of the present invention is disposed on the upstream side, and only the pressure sensor 12 is disposed on the downstream side. Accordingly, the upstream pressure P 1 and the fluid temperature T are measured by the pressure temperature sensor 10, the downstream pressure P 2 is always measured by the pressure sensor 12, and the calculated flow rate Qc is calculated as Qc = KP 2 1/2 (P 1 −P 2 ) Calculate by 1/2 .

図1との相違点は、下流側圧力Pを圧力センサ12により測定して制御回路16に入力する電子回路系及びソフト系が付加されることである。作用効果は図1とほぼ同様であるから、その詳細を省略する。 The difference from FIG. 1 is that the electronic circuitry and software system to enter the downstream pressure P 2 to the control circuit 16 and measured by the pressure sensor 12 is added. Since the function and effect are substantially the same as those in FIG. 1, the details thereof are omitted.

図9は、本発明に係る非臨界膨張条件を利用した改良型圧力式流量制御装置による流量制御の構成図である。この圧力式流量制御装置2は、供給される流体が非臨界膨張条件にある場合を前提としているが、改良された理論流量式を使用する。   FIG. 9 is a configuration diagram of the flow rate control by the improved pressure type flow rate control device using the non-critical expansion condition according to the present invention. This pressure type flow rate control device 2 is based on the premise that the supplied fluid is in a non-critical expansion condition, but uses an improved theoretical flow rate equation.

実際のガス流体は膨張性と圧縮性を有しているため、非圧縮性を前提としたベルヌーイの定理は近似的にしか成立しない。従って、Qc=KP 1/2(P−P1/2で表される流量式は近似式でしかない。本発明者等は、この近似式を改良して実際の流量を高精度に再現できる流量式を検討した。 Since an actual gas fluid has expandability and compressibility, Bernoulli's theorem based on incompressibility can only be established approximately. Therefore, the flow rate expression represented by Qc = KP 2 1/2 (P 1 −P 2 ) 1/2 is only an approximate expression. The inventors of the present invention have studied a flow rate formula that can improve the approximate formula and reproduce the actual flow rate with high accuracy.

この改良された流量式として、Qc=KP (P−Pを使用することにした。従来は、指数として二つのパラメータm、nを使用し、実際の流量をこの流量式でフィットすることにより、mとnを導出した。これらのパラメータm、nを使用することにより、実際の流量を高精度に再現する事ができた。 As the improved flow type, it was decided to use Qc = KP 2 m (P 1 -P 2) n. Conventionally, two parameters m and n are used as indices, and m and n are derived by fitting the actual flow rate with this flow rate equation. By using these parameters m and n, the actual flow rate could be reproduced with high accuracy.

この実施形態では、改良された流量式を用いて流量演算手段17を構成しており、この点を除けば図8に示す実施形態と全く同様である。即ち、上流側には本発明に係る圧力温度センサ10が配置され、下流側には圧力センサ12が配置されている。その他の構成と作用効果は図1と同様であるから、その説明は省略する。   In this embodiment, the flow rate calculation means 17 is configured using an improved flow rate equation, and except this point, it is exactly the same as the embodiment shown in FIG. That is, the pressure temperature sensor 10 according to the present invention is disposed on the upstream side, and the pressure sensor 12 is disposed on the downstream side. Other configurations and operational effects are the same as in FIG.

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲における種々の変形例・設計変更などをその技術的範囲内に包含することは云うまでもない。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that various modifications, design changes, and the like are included in the technical scope without departing from the technical idea of the present invention.

2は圧力式流量制御装置、4はオリフィス、4aはオリフィス孔、6は上流側配管、8は下流側配管、10は上流側の圧力温度センサ、12は下流側の圧力センサ、16は制御回路、17は流量演算手段、18は流量設定手段、19は比較手段、20はバルブ駆動部、22はコントロールバルブ、24はガスタンク、26はレギュレータ、27は供給側配管、28はバルブ、29は制御側配管、30はバルブ、32はチャンバー、34は真空ポンプ、35はヘッダー、36はリードピン、37はガラス台座、38はシリコン基板、38aは脚部、39は空間部、41a〜41dは抵抗、42a・42bは入力端子、43は定電流電源、44a・44bは出力端子、45は固定増幅回路、45aはオフセット端子、46は可変増幅回路、47は可変増幅回路、48はA/D変換器、49はオフセット用D/A変換器、50は温度変換手段、51はCPU、56は固定増幅回路、58はA/D変換器、60は温度ドリフト補正手段、62はゼロ点補正手段、64はメモリ手段、66はスパン補正手段、68はガス温度補正手段、72はD/A変換器、74は固定増幅回路、76は固定増幅回路、78はA/D変換器、CTは恒温槽、Pは上流側圧力、Pは下流側圧力、PGは基準圧力発生器、Qcは演算流量、Qsは設定流量、ΔQは流量差、Vはゼロ点出力ドリフト電圧、V・Vはバルブ、Vは圧力電圧、Vはブリッジ電圧(温度電圧)。 2 is a pressure flow control device, 4 is an orifice, 4a is an orifice hole, 6 is an upstream pipe, 8 is a downstream pipe, 10 is an upstream pressure temperature sensor, 12 is a downstream pressure sensor, and 16 is a control circuit. , 17 is a flow rate calculation means, 18 is a flow rate setting means, 19 is a comparison means, 20 is a valve drive unit, 22 is a control valve, 24 is a gas tank, 26 is a regulator, 27 is a supply side pipe, 28 is a valve, and 29 is a control Side piping, 30 is a valve, 32 is a chamber, 34 is a vacuum pump, 35 is a header, 36 is a lead pin, 37 is a glass base, 38 is a silicon substrate, 38a is a leg, 39 is a space, 41a to 41d are resistors, 42a and 42b are input terminals, 43 is a constant current power source, 44a and 44b are output terminals, 45 is a fixed amplifier circuit, 45a is an offset terminal, 46 is a variable amplifier circuit, 47 is Variable amplifier circuit, 48 A / D converter, 49 D / A converter for offset, 50 Temperature conversion means, 51 CPU, 56 fixed amplifier circuit, 58 A / D converter, 60 temperature drift Correction means, 62 is zero point correction means, 64 is memory means, 66 is span correction means, 68 is gas temperature correction means, 72 is a D / A converter, 74 is a fixed amplifier circuit, 76 is a fixed amplifier circuit, and 78 is A / D converter, CT is a thermostat, P 1 is the pressure upstream, P 2 is the downstream pressure, PG is a reference pressure generator, Qc is calculated flow rate, Qs is set flow rate, Delta] Q is the flow rate difference, V 0 is Zero point output drift voltage, V 1 and V 2 are valves, VP is a pressure voltage, and VT is a bridge voltage (temperature voltage).

Claims (2)

流量制御用のオリフィスと,オリフィスの上流側配管に設けたコントロールバルブと,コントロールバルブの下流側に設けてオリフィスの上流側の流体圧力Pを検出する圧力センサと,オリフィスの上流側の流体温度Tを検出する温度センサと,前記温度Tによる前記流体圧力Pの補正と演算式Q=KP(但しKは比例定数、Pは流体圧力)による流体のオリフィス通過流量の演算と前記流体温度Tによる前記オリフィス通過流量の演算の補正を行うと共に前記補正後の流量演算値に基づいて前記コントロールバルブへ制御信号を出力する制御回路とから構成され、前記制御回路からの制御信号によりコントロールバルブを開閉制御して流体のオリフィス通過流量を制御する圧力式流量制御装置に於いて、前記圧力センサ及び温度センサを、受圧面に形成した4個の抵抗を4辺とするブリッジ回路の入力端子間に定電流電源を接続してその出力端子間の電圧変化で流体圧力を検出すると共に、前記入力端子間の電圧変化で流体温度を検出する構成の温度と圧力を同時に検出する一つの圧力温度センサとし、また、前記制御回路を、固定増幅回路及びA/D変換器を通して入力された前記圧力温度センサの圧力Pに相当する出力電圧Vにメモリ手段のデータを用いてスパン補正手段により流体温度Tに対応した補正を行ってこれを流体圧力Pに変換すると共に、前記圧力Pが零の際に前記圧力温度センサに圧力のゼロ点ドリフト電圧が生じたときにはメモリ手段のデータを用いてゼロ点補正手段により流体温度Tに対応した補正すべきゼロ点ドリフト電圧Vを演算し、D/A変換器を介して前記圧力Pの出力電圧Vを増幅する固定増幅器のオフセット端子へ前記演算したゼロ点ドリフト電圧Vのマイナス値を出力する温度ドリフト補正手段と,固定増幅回路及びA/D変換器を通して入力された前記圧力温度センサの温度Tに相当する出力電圧Vを流体温度Tに変換すると共に、変換した流体温度Tを前記温度ドリフト補正手段へ出力する温度変換手段と,前記温度変換手段からの前記流体温度Tに対応して前記流量演算式の比例定数Kの温度補正を行うガス温度補正手段と,補正後の後の演算流量Qと設定流量Qとの差を制御信号としてコントロールバルブへ出力する比較回路と,から構成したことを特徴とする圧力式流量制御装置。 An orifice for flow rate control, a control valve provided on the upstream side piping of the orifice, a pressure sensor for detecting the fluid pressure P 1 on the upstream side of the orifice provided on the downstream side of the control valve, the fluid temperature of the upstream side of the orifice A temperature sensor for detecting T, correction of the fluid pressure P 1 based on the temperature T, and calculation of the flow rate of fluid through the orifice by an arithmetic expression Q C = KP 1 (where K is a proportional constant, P 1 is fluid pressure) And a control circuit for correcting the calculation of the flow rate through the orifice by the fluid temperature T and outputting a control signal to the control valve based on the corrected flow rate calculation value, and is controlled by the control signal from the control circuit. In a pressure type flow rate control device for controlling the flow rate of fluid through an orifice by controlling opening and closing of a valve, the pressure sensor and The degree sensor is connected to a constant current power source between the input terminals of the bridge circuit having four sides formed by four resistors formed on the pressure receiving surface, and the fluid pressure is detected by a voltage change between the output terminals. A pressure temperature sensor configured to simultaneously detect a temperature and a pressure configured to detect a fluid temperature by a voltage change between them, and the control circuit is configured to input the pressure temperature sensor through a fixed amplifier circuit and an A / D converter with this by performing correction corresponding to the fluid temperature T by span correction means using the data of the memory means to the output voltage V P corresponding to the pressure P 1 is converted into fluid pressure P 1 of the pressure P 1 is zero the pressure temperature sensor zero point drift voltage when the zero drift voltage occurs to be corrected corresponding to the fluid temperature T by the zero point correcting means using the data in the memory means of the pressure V during Calculated and a temperature drift correcting means for outputting a negative value of the zero drift voltage V O which is the arithmetic to the offset pin of the fixed amplifiers for amplifying the output voltage V P of the pressure P 1 via the D / A converter The output voltage V T corresponding to the temperature T of the pressure temperature sensor input through the fixed amplifier circuit and the A / D converter is converted into the fluid temperature T, and the converted fluid temperature T is output to the temperature drift correcting means. setting the temperature converting unit, and the gas temperature correction means in response to the fluid temperature T from the temperature conversion means performs a temperature correction of the proportional constant K of the flow rate calculation equation, the calculated flow rate Q C after corrected to the pressure type flow rate control apparatus for a comparison circuit for outputting to the control valve the difference between the flow rate Q S as a control signal, that was formed from the features. 温度圧力センサを形成する抵抗を、シリコン基板に抵抗が拡散形成された抵抗素子とするようにした請求項1に記載の圧力式流量制御装置。   2. The pressure type flow rate control device according to claim 1, wherein the resistance forming the temperature pressure sensor is a resistance element in which resistance is diffused and formed on a silicon substrate.
JP2010118206A 2010-05-24 2010-05-24 Pressure flow control device Expired - Lifetime JP4852654B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010118206A JP4852654B2 (en) 2010-05-24 2010-05-24 Pressure flow control device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010118206A JP4852654B2 (en) 2010-05-24 2010-05-24 Pressure flow control device

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009025342A Division JP4852619B2 (en) 2009-02-05 2009-02-05 Pressure flow control device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2010218571A JP2010218571A (en) 2010-09-30
JP4852654B2 true JP4852654B2 (en) 2012-01-11

Family

ID=42977269

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010118206A Expired - Lifetime JP4852654B2 (en) 2010-05-24 2010-05-24 Pressure flow control device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4852654B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015034762A (en) * 2013-08-09 2015-02-19 株式会社菊池製作所 Differential pressure type flowmeter
CN108780332B (en) * 2016-02-29 2021-10-01 株式会社富士金 Flow rate control device

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5790107A (en) * 1980-11-26 1982-06-04 Toyoda Mach Works Ltd Method for compensating temperature in semiconductor converter
JP2898500B2 (en) * 1993-01-29 1999-06-02 株式会社山武 Pressure sensor with temperature characteristic correction
JP4109360B2 (en) * 1998-10-30 2008-07-02 株式会社堀場エステック Flow control valve and mass flow controller using it
JP3707281B2 (en) * 1999-01-26 2005-10-19 松下電工株式会社 Pressure sensor circuit

Also Published As

Publication number Publication date
JP2010218571A (en) 2010-09-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100537445B1 (en) Pressure sensor, pressure controller and temperature drift corrector of pressure type flow controller
JP5337542B2 (en) Mass flow meter, mass flow controller, mass flow meter system and mass flow controller system including them
CN101652591B (en) Method and apparatus for measuring the temperature of a gas in a mass flow controller
TWI444799B (en) Calibration method for flow rate controller and flow rate measuring device, calibration system for flow rate controller, and semiconductor production apparatus
KR101253543B1 (en) Method of compensating for attitude sensitivity of thermal sensor coils and thermal mass flow measurement system
US7363182B2 (en) System and method for mass flow detection device calibration
JP4669193B2 (en) Temperature measuring device for pressure flow control device
US8265795B2 (en) Mass flow controller
JP2005024421A (en) Differential pressure type flow meter and differential pressure type flow control system
JP5090559B2 (en) Mass flow controller
CN102640070A (en) Pressure-type flow rate control device
US20240160230A1 (en) Flow rate control device
JP2008286812A (en) Differential flow meter
JP4852654B2 (en) Pressure flow control device
JP4852619B2 (en) Pressure flow control device
JP2004280689A (en) Mass flow controller
TWI470388B (en) Mass flow controller
US11125595B2 (en) Flow rate measurement device and embedded gas meter
CN117810130A (en) Method for measuring gas flow and method for calibrating flow controller
JP2024506807A (en) load lock gauge
JP2006058201A (en) Heat conduction type gas analyzer

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20111005

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20111012

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20111024

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4852654

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20141028

Year of fee payment: 3

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313115

R371 Transfer withdrawn

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313115

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

EXPY Cancellation because of completion of term