JP6943868B2 - A fluid sensor, a fluid control device equipped with the fluid sensor, and an adjustment method. - Google Patents
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Description
本発明は、流体の物理量を測定するために用いられる流体センサと、当該流体センサを備えた流体制御装置、それらの調整方法に関するものである。 The present invention relates to a fluid sensor used for measuring a physical quantity of a fluid, a fluid control device provided with the fluid sensor, and a method for adjusting them.
流体の物理量の一種である流量を測定する流体センサとしては、例えば熱式流量センサがある。特許文献1に示されるように熱式流量センサは、流体が流れるメイン流路から分岐し、再度メイン流路に戻るセンサ流路の2箇所に、ヒータ兼温度センサである巻線抵抗をそれぞれ巻回しておき、各巻線抵抗に一定電流を流したときの温度差あるいは各巻線抵抗での温度差を一定に保ったときの各巻線抵抗での消費電力差によって流体の流量を算出するようにしたものが知られている。
As a fluid sensor that measures a flow rate, which is a kind of physical quantity of a fluid, there is, for example, a thermal flow rate sensor. As shown in
ところで、この種の流体センサでは個体ごとの製造精度や部品精度のばらつき等により、例えばゼロ点出力の初期変動と、安定後のドリフトが変化してしまう。このため、生産現場においては流体センサにおける各種部品の寸法や物性値等について予め定められた許容範囲内に収まるように適宜調整作業が行われている。 By the way, in this type of fluid sensor, for example, the initial fluctuation of the zero point output and the drift after stabilization change due to variations in manufacturing accuracy and component accuracy for each individual. For this reason, at the production site, appropriate adjustment work is performed so that the dimensions, physical property values, and the like of various parts of the fluid sensor are within a predetermined allowable range.
例えば、前述した熱式流量センサでは巻線抵抗の抵抗値に許容範囲が予め定められており、抵抗値が許容範囲の上限を超えているものについては巻線抵抗の一部を手作業で切除して短くし、抵抗値を小さくすることで調整が行われる。このようにしてある流体の物理量が測定されている場合に、流体センサごとのセンサ体からの出力のばらつきを求められる水準で抑え込まれている。 For example, in the above-mentioned thermal flow sensor, an allowable range is predetermined for the resistance value of the winding resistance, and if the resistance value exceeds the upper limit of the allowable range, a part of the winding resistance is manually cut off. The adjustment is made by shortening the length and reducing the resistance value. When the physical quantity of a certain fluid is measured in this way, the variation in the output from the sensor body for each fluid sensor is suppressed to a required level.
しかしながら、このような方法での例えば抵抗値の調整の高精度化は、ほぼ限界に達しており、近年の半導体製造プロセスの微細化への対応を可能とする、さらなる測定誤差のばらつきの抑え込みを実現することは難しい。 However, the high accuracy of, for example, the adjustment of the resistance value by such a method has almost reached the limit, and it is possible to further suppress the variation in measurement error, which makes it possible to cope with the miniaturization of the semiconductor manufacturing process in recent years. It's difficult to achieve.
本発明は上述したような問題を鑑みてなされたものであり、流体の物理量に対してセンサ体からの出力のばらつきを抑え込むための調整作業を容易化でき、従来よりも高精度な流体センサ、及び、当該流体センサを備えた流体制御装置を提供する事を目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and can facilitate the adjustment work for suppressing the variation in the output from the sensor body with respect to the physical quantity of the fluid, and is a fluid sensor with higher accuracy than the conventional one. An object of the present invention is to provide a fluid control device provided with the fluid sensor.
すなわち、本発明に係る流体センサは、流体の流れる流路に設けられ、流体の物理量に応じて出力が変化するセンサ体と、前記センサ体の出力が入力され、その出力を流体の物理量へと変換して出力する変換回路と、前記センサ体と前記変換回路との間に介在し、前記センサ体の出力を前記変換回路へ橋渡しするリードアウトと、を備え、前記リードアウトが、前記センサ体が接続される第1端部と、前記変換回路が接続される第2端部と、前記第1端部と前記第2端部との間に形成され、電流の流れる導通部と複数の欠損部からなるパターンと、を具備することを特徴とする。 That is, the fluid sensor according to the present invention is provided in the flow path through which the fluid flows, and the sensor body whose output changes according to the physical quantity of the fluid and the output of the sensor body are input and the output is converted into the physical quantity of the fluid. A conversion circuit that converts and outputs, and a lead-out that is interposed between the sensor body and the conversion circuit and bridges the output of the sensor body to the conversion circuit are provided, and the lead-out is the sensor body. A conductive portion and a plurality of defects formed between the first end portion to which the above is connected, the second end portion to which the conversion circuit is connected, and the first end portion and the second end portion, through which a current flows, and a plurality of defects. It is characterized by having a pattern composed of parts.
このようなものであれば、例えば前記センサ体の抵抗値が設計許容値の上限を超えており、測定誤差が発生してしまう場合には前記パターンの欠損部を導電体で塞ぎ、前記センサ体から前記変換回路に至るまでの抵抗値を低下させることで調整できる。また、欠損部を塞ぐ個数によってどの程度抵抗値を下げることができるかについて測定器を用いなくても感覚的に捉えやすい。したがって、生産現場において技術者の経験や勘、あるいは技能に頼っていた微調整を標準化しつつ、しかも高精度化する事が可能となる。このため、流体センサの個体ごとの測定誤差に関するばらつきを従来よりも大幅に低減でき、例えば半導体製造プロセスにおける更なる微細化を進めることが可能となる。 In such a case, for example, if the resistance value of the sensor body exceeds the upper limit of the design allowable value and a measurement error occurs, the defective portion of the pattern is closed with a conductor, and the sensor body is used. It can be adjusted by lowering the resistance value from the above to the conversion circuit. In addition, it is easy to intuitively grasp how much the resistance value can be lowered by the number of closed portions without using a measuring instrument. Therefore, it is possible to standardize the fine adjustment that relies on the experience, intuition, or skill of the engineer at the production site, and to improve the accuracy. Therefore, the variation in the measurement error for each individual fluid sensor can be significantly reduced as compared with the conventional case, and for example, further miniaturization in the semiconductor manufacturing process can be promoted.
流体センサの生産工程において前記センサ体と前記変換回路を電気的に接続するための作業途中に前記センサ体の抵抗値も併せて調整できるようにし、生産効率を高められるようにするには、前記複数の欠損部の少なくとも1つを塞ぐとともに前記導通部と接触するように設けられた導電体をさらに備えたものであればよい。 In order to improve the production efficiency by adjusting the resistance value of the sensor body during the work for electrically connecting the sensor body and the conversion circuit in the production process of the fluid sensor. Any conductor may be provided so as to close at least one of the plurality of defective portions and to be provided in contact with the conductive portion.
例えばはんだ等の導電体により塞がれた欠損部の個数を確認しやくすし、前記センサ体から変換回路に至るまでの抵抗値をどの程度低下させたかをより分かりやすくするには、前記複数の欠損部が一列に並んで形成されたものであればよい。 For example, in order to make it easier to check the number of defective parts blocked by a conductor such as solder and to make it easier to understand how much the resistance value from the sensor body to the conversion circuit has been reduced, the plurality of parts are described. It suffices as long as the defective portions of the above are formed side by side in a row.
前記センサ体から前記変換回路までに至る抵抗値の低下量と、導電体により塞がれた欠損部の個数との関係が実質的に比例関係となるようにし、調整をやりやすくするには、前記センサ体の前記複数の欠損部が同じ形状であり、等間隔に並んで形成されたものであればよい。 In order to make the relationship between the amount of decrease in the resistance value from the sensor body to the conversion circuit and the number of defective portions blocked by the conductor substantially proportional, and to facilitate the adjustment, It suffices that the plurality of defective portions of the sensor body have the same shape and are formed side by side at equal intervals.
抵抗値の調整作業が行いやすい、前記パターンの具体例としては、前記欠損部が、前記導通部に対して切り欠き状に形成されており、前記パターンが、蛇行パターンをなすよう構成されているものが挙げられる。 As a specific example of the pattern in which the resistance value adjustment work can be easily performed, the defective portion is formed in a notch shape with respect to the conductive portion, and the pattern is configured to form a meandering pattern. Things can be mentioned.
前記パターンの別の具体例としては、前記欠損部が、前記導通部に対して中央部に形成されており、前記パターンが、はしご状パターンをなすよう構成されているものが挙げられる。 As another specific example of the pattern, the defect portion is formed in the central portion with respect to the conductive portion, and the pattern is configured to form a ladder-like pattern.
前記パターンを有した前記リードアウトを備えていることにより、前記センサ体から前記変換回路に至るまでの抵抗値の調整精度を高められるようにでき、個体ごとのゼロ点誤差のばらつきを大幅に低減できるものとしては、前記センサ体が、流体の流れる流路に対して流れ方向に並べて設けられた一対の巻線抵抗であり、前記一対の巻線抵抗の抵抗値又は印加されている電圧値を出力するものであり、前記変換回路が、前記センサ体の出力を流量へ変換するように構成されたものが挙げられる。 By providing the lead-out having the pattern, it is possible to improve the adjustment accuracy of the resistance value from the sensor body to the conversion circuit, and the variation of the zero point error for each individual is greatly reduced. What can be done is a pair of winding resistors in which the sensor bodies are provided side by side in the flow direction with respect to the flow path of the fluid, and the resistance value or the applied voltage value of the pair of winding resistors can be used. It outputs, and examples thereof include those in which the conversion circuit is configured to convert the output of the sensor body into a flow rate.
前記一対の巻線抵抗に対してそれぞれ前記リードアウトが少なくとも1つずつ設けられているものであれば、いずれの巻線抵抗の抵抗値が設計値よりも大きい場合でも調整可能となり、各巻線抵抗の抵抗値差を調整しやすい。 If at least one lead-out is provided for each of the pair of winding resistors, the resistance value of any winding resistor can be adjusted even if it is larger than the design value, and each winding resistor can be adjusted. It is easy to adjust the resistance value difference of.
前記導電体が、はんだであれば、リードアウトに対してセンサ体と変換回路を電気的に接続するためのはんだ付け作業に併せて抵抗値の調整を行うことができる。 If the conductor is solder, the resistance value can be adjusted in conjunction with the soldering work for electrically connecting the sensor body and the conversion circuit to the lead-out.
例えば、流体センサの取り付け向きに上下方向が発生し、流体の熱対流によってゼロ点が変化してしまうようなサーマルサイフォン現象の影響を小さくするためには、流路に対して発熱体を設けて温度補償を行う必要がある。この際、発熱体と電源と間の抵抗値にばらつきがあると、想定していた発熱量が得られないために、サーマルサイフォン現象の影響を完全には払拭できない恐れがある。このような問題を解決できるようにするには、流体の流れる流路に設けられる発熱体と、前記発熱体に対して電流を供給する電源と、前記発熱体と前記電源との間に介在し、前記発熱体と前記電源との間を橋渡しするリードアウトと、を備え、前記リードアウトが、前記発熱体が接続される第1端部と、前記電源が接続される第2端部と、前記第1端部と前記第2端部との間に形成され、電流の流れる導通部と複数の欠損部からなるパターンと、を具備することを特徴とする流体センサであればよい。 For example, in order to reduce the influence of the thermal siphon phenomenon in which the fluid sensor is installed in the vertical direction and the zero point changes due to the thermal convection of the fluid, a heating element is provided in the flow path. It is necessary to perform temperature compensation. At this time, if the resistance value between the heating element and the power supply varies, the expected amount of heat generated cannot be obtained, and therefore the influence of the thermal siphon phenomenon may not be completely eliminated. In order to solve such a problem, a heating element provided in the flow path of the fluid, a power source for supplying a current to the heating element, and the heating element and the power source are interposed. A lead-out that bridges between the heating element and the power source is provided, and the lead-out includes a first end portion to which the heating element is connected, a second end portion to which the power supply is connected, and the like. Any fluid sensor may be any as long as it is formed between the first end portion and the second end portion and includes a conductive portion through which a current flows and a pattern including a plurality of defective portions.
本発明に係る流体センサと、流路に設けられたバルブと、前記流体センサの出力に基づいて前記バルブの開度を制御するバルブ制御部と、を備えた流体制御装置であれば、流体制御装置の個体ごとの制御精度に関するばらつきを抑えることができる。 A fluid control device including a fluid sensor according to the present invention, a valve provided in a flow path, and a valve control unit that controls the opening degree of the valve based on the output of the fluid sensor can be used for fluid control. It is possible to suppress variations in control accuracy for each device.
本発明に係る調整方法は、流体の流れる流路に設けられ、流体の物理量に応じて出力が変化するセンサ体と、前記センサ体の出力が入力され、その出力を流体の物理量へと変換して出力する変換回路と、前記センサ体と前記変換回路との間に介在し、前記センサ体の出力を前記変換回路へ橋渡しするリードアウトと、を備え、前記リードアウトが、前記センサ体が接続される第1端部と、前記変換回路が接続される第2端部と、前記第1端部と前記第2端部との間に形成され、電流の流れる導通部と複数の欠損部からなるパターンと、を具備する流体センサの調整方法であって、前記複数の欠損部の少なくとも1つを前記導通部と接触するようにはんだで塞ぐ工程を備えたことを特徴とする。 The adjustment method according to the present invention is provided in a flow path through which a fluid flows, and a sensor body whose output changes according to a physical quantity of the fluid and an output of the sensor body are input and the output is converted into a physical quantity of the fluid. A conversion circuit that outputs the sensor body and a lead-out that is interposed between the sensor body and the conversion circuit and bridges the output of the sensor body to the conversion circuit. The lead-out is connected to the sensor body. From a conductive portion formed between the first end portion to be formed, a second end portion to which the conversion circuit is connected, the first end portion and the second end portion, and a plurality of defective portions through which a current flows. A method for adjusting a fluid sensor including the above pattern, which comprises a step of closing at least one of the plurality of defective portions with solder so as to come into contact with the conductive portion.
このような方法であれば、前記センサ体から前記変換回路に至るまでの抵抗値について、微小に変化させる場合でもその減少量を正確に把握しながら調整する事が可能である。 With such a method, it is possible to adjust the resistance value from the sensor body to the conversion circuit while accurately grasping the amount of decrease even when the resistance value is slightly changed.
前記センサ体が、流体の流れる流路に対して流れ方向に並べて設けられた一対の巻線抵抗であり、前記一対の巻線抵抗の抵抗値又は印加されている電圧値を出力するものであり、前記変換回路が、前記センサ体の出力を流量へ変換するように構成されており、前記一対の巻線抵抗に対してそれぞれ前記リードアウトが少なくとも1つずつ設けられており、前記一対の巻線抵抗の抵抗値差が小さくなるように各リードアウトの前記複数の欠損部を塞ぐ個数差を決定する工程をさらに備えた調整方法であれば、熱式の流量センサにおいて発生するゼロ点誤差の個体ごとのばらつきを大幅に低減できる。すなわち、本願発明者らは鋭意検討の結果、熱式の流量センサにおけるゼロ点誤差のばらつきは、様々な設計パラメータの影響を受けているものの前記センサ体である一対の巻線抵抗における抵抗値の差が大きな影響を与えていることを初めて見出したのである。 The sensor body is a pair of winding resistors provided side by side in the flow direction with respect to the flow path of the fluid, and outputs the resistance value of the pair of winding resistors or the applied voltage value. The conversion circuit is configured to convert the output of the sensor body into a flow rate, and at least one lead-out is provided for each of the pair of winding resistors, and the pair of windings is provided. If the adjustment method further includes a step of determining the number difference of each lead-out to close the plurality of defects so that the resistance value difference of the line resistance becomes small, the zero point error generated in the thermal flow sensor The variation among individuals can be significantly reduced. That is, as a result of diligent studies, the inventors of the present application have found that the variation in the zero point error in the thermal flow sensor is affected by various design parameters, but the resistance value in the pair of winding resistances of the sensor body. For the first time, he discovered that the difference had a great impact.
本発明に係る流体センサであれば、前記センサ体から前記変換回路に至るまでの抵抗値について前記リードアウトにおける前記欠損部を導電体により塞いでいくことにより、小さい誤差であっても設計値に対して容易に近づけることができる。このため、流体センサの個体ごとの測定誤差に関するばらつきを低減でき、高精度化を実現できる。 In the fluid sensor according to the present invention, the resistance value from the sensor body to the conversion circuit can be reduced to the design value even if the error is small by closing the defective portion in the lead-out with a conductor. On the other hand, it can be easily approached. Therefore, it is possible to reduce variations in measurement errors for each individual fluid sensor, and to achieve high accuracy.
200・・・マスフローコントローラ(流体制御装置)
100・・・流量センサ(流体センサ)
7 ・・・センサ体
71 ・・・上流側巻線抵抗
72 ・・・下流側巻線抵抗
8 ・・・リードアウト
81 ・・・パターン
82 ・・・導通部
83 ・・・欠損部
9 ・・・変換回路200 ... Mass flow controller (fluid control device)
100 ... Flow rate sensor (fluid sensor)
7 ・ ・ ・ Sensor body 71 ・ ・ ・
本実施形態に係る流体センサは熱式の流量センサ100である。また、流体制御装置Cは、熱式の流量センサ100の出力に基づいて目標流量で流体が流れるように流量制御を行う熱式のマスフローコントローラ200である。
The fluid sensor according to this embodiment is a
より具体的には本実施形態のマスフローコントローラ200は、例えば半導体製造装置の真空チャンバに対して成分ガスの流量を目標流量となるように制御するものである。前記マスフローコントローラ200は、図1に示すように概略薄型直方体状の形状をなし、成分ガスの流れるラインに接続して用いられる。図2に示すように前記マスフローコントローラ200は成分ガスの流れるラインに接続されて、そのラインの一部をなすメイン流路2が形成されたブロック体1と、前記ブロック体1の上面の部品取付面に取り付けられた熱式の前記流量センサ100と、前記流量センサ100の下流側に取り付けられたバルブ4と、制御装置Cと、を備えている。前記制御装置Cは、CPU、メモリ、A/D・D/Aコンバータ、各種入出力手段を備えたいわゆるコンピュータであって、前記メモリに格納されているマスフローコントローラ用プログラムが実行されて、各機器が協業することによりバルブ制御部としての機能を発揮するものである。前記バルブ制御部は、目標流量と前記流量センサ100で測定される実測流量との偏差が小さくなるように前記バルブ4の開度をフィードバック制御するように構成してある。すなわち、実測流量が目標流量よりも大きい場合には前記バルブ4の開度を現状の開度よりも小さくし、実測流量が目標流量よりも小さい場合には前記バルブ4の開度を現状の開度よりも大きくするように前記バルブ4への印加電圧を制御する。
More specifically, the
次に前記流量センサ100の詳細について説明する。
Next, the details of the
この熱式流量センサ100は、図2、図3に示すように、成分ガスが流れるメイン流路2と、このメイン流路2から分岐し、その分岐点よりも下流側の合流点においてメイン流路2に戻る分岐流路の一部に設定されたセンサ流路6と、成分ガスの流量を検出する流量検出機構と、メイン流路2における前記分岐点と前記合流点との間に設けられた抵抗体としての層流素子3とを具備したものである。層流素子3は、メイン流路2及びセンサ流路6の分流比が所定の設計値となるようにするものであり、定流量特性を有するバイパス素子等の抵抗部材から構成されている。この層流素子3としては、複数本の細い管を外管の内部に挿入して形成したものや、多数の貫通孔を形成した薄い円板を複数枚積層して形成したもの等を用いることができる。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
センサ流路6は、図2、図3に示すように、金属製(例えばステンレス製)の細管により形成されたものであり、ケーシング5内を通過するように収容してある。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
流量検出機構は、図3に示すように、センサ流路6に分流した流量を検出するためのセンサ体7と、当該センサ体7からの出力信号を取得してメイン流路2を流れる成分ガスの少なくとも質量流量へと変換する変換回路9と、前記センサ体7と前記変換回路9との間に介在し、前記センサ体7の出力を前記変換回路9へ橋渡しするリードアウト8とを備えている。
As shown in FIG. 3, the flow rate detection mechanism acquires the
前記センサ体7は、温度の変化に伴って電気抵抗値が増減する発熱抵抗線を、前記細管の外周面に巻き付けてなる上流側巻線抵抗71と下流側巻線抵抗72とから構成してある。かかる上流側巻線抵抗71及び下流側巻線抵抗72はヒータと温度センサとを兼ねるものである。
The
前記変換回路9は、前記センサ体7の出力が入力され、その出力を流体の物理量の一種である流量へと変換して出力するものである。具体的には前記変換回路9は、前記上流側巻線抵抗71、及び、前記下流側巻線抵抗72がそれぞれ接続されてブリッジ回路91をなすように構成してある。また、前記変換回路9は、前記ブリッジ回路91の出力を増幅する増幅回路92、その出力を補正する補償回路93等を備えている。この変換回路9は、機能的にいえば、成分ガスの瞬時流量を上流側巻線抵抗71及び下流側巻線抵抗72からの電気信号(電圧値)として検出してセンサ流路6中の流量を算出するとともに、メイン流路2とセンサ流路6との分流比に基づいて、メイン流路2中の成分ガスの流量を算出し、その算出流量に応じたセンサ出力信号(流量測定信号)を出力するものである。具体的な変換回路9の回路構成は、定温度制御方式のものと定電流制御方式のものとで異なるが、これについては既知であるため、詳細な説明を省略する。
The
前記リードアウト8は、金属膜で形成してある部分と、金属膜を形成しない欠損部83とからなるものであり、前記上流側巻線抵抗71、及び、前記下流側巻線抵抗72の両端部がはんだづけされる。図3及び図4に示すようにリードアウト8は計4本あり、本実施形態では上流側巻線抵抗71と下流側巻線抵抗72のそれぞれに1本ずつ所定のパターン81が形成されたものを含んでいる。以下では所定のパターン81を有するリードアウト8について詳述する。
The lead-
所定のパターン81を有する各リードアウト8は、前記センサ体7である上流側巻線抵抗71と下流側巻線抵抗72の端部が接続される第1端部R1と、前記変換回路9のブリッジ回路91部分が接続される第2端部R2とを有している。そして、前記第1端部R1と前記第2端部R2との間に金属膜でひとつらなりとなった導通部82と、複数の欠損部83とからなる前記パターン81が形成してある。ここで、欠損部83とは前記第1端部R1と前記第2端部R2との間において前記導粒82が隣接するとともに金属膜が形成されておらず、電流が流れないようにしてある部分のことを言う。
Each lead-out 8 having a
本実施形態では、前記リードアウト8は全体として一方向に延びており、複数の欠損部83は等間隔で一列並べて形成することで、中央部分のみを蛇行パターン81(サーペンタイトパターン81)として形成してある。より具体的には第1端部R1から第2端部R2に進んで視た場合、各欠損部83は切り欠き状に等間隔で形成されており、それらの開口方向は図面視において左右交互で表れるようにしてある。また、図4に示されるように蛇行パターン81の進行方向に対する導通部82の幅寸法と、欠損部83の幅寸法はほぼ同じ寸法に設定してある。
In the present embodiment, the lead-
この蛇行パターン81は前記上流側巻線抵抗71と、前記下流側巻線抵抗72の抵抗値差を予め設定された許容差内にするための調整に用いられる。より具体的には各欠損部83をはんだ付けにより塞ぐことにより導通可能な領域を大きくすることで前記センタ体から前記変換回路9に至るまでの抵抗値を低下させて、上流側巻線抵抗71と下流側巻線抵抗72との抵抗値差を小さくするように調整する。また、各欠損部83は同じ程度であるので、その塞いだ個数に対して抵抗値の低下量をほぼ比例させることができる。より具体的には図5に示すように各リードアウト8の欠損部83をはんだ付けにより塞ぐ個数を1つずつ増やしていった場合、図6の実験データに示すように欠損部83を塞いだ個数に対して抵抗値をほぼ直線的に減少させることができる。この実験データからも欠損部83を塞ぐ個数によりどの程度抵抗値を低下させられるかを調整作業者は直観的に判断できることが分かる。ここで、図5においてはんだ付けにより欠損部83を塞ぐ順番については特に限定されるものではなく、例えば端部R2側から順番に欠損部83を塞いでもよいし、端部R1側から順番に負債でもよい。
The meandering
なお、上流側巻線抵抗71と下流側巻線抵抗72との間に抵抗値差が有った場合において調整作業が行われた後には、少なくとも一部の欠損部83を塞ぎ、導通部82に接触するように設けられた導電体であるはんだが前記リードアウト8上に存在することになる。
When there is a resistance value difference between the upstream winding resistance 71 and the downstream winding
次に前記流量センサ100の上流側巻線抵抗71と下流側巻線抵抗72との間の抵抗値差を調整する作業手順について説明する。
Next, a work procedure for adjusting the resistance value difference between the upstream winding resistance 71 and the downstream winding
まず、上流側巻線抵抗71と下流側巻線抵抗72のそれぞれの抵抗値について抵抗測定器を用いて測定する。次に上流側巻線抵抗71と下流側巻線抵抗72の間の抵抗値差が算出される。さらに、何個の欠損部83を塞いだ場合に抵抗値差を最も小さくできるかを算出する。例えば1個の欠損部83を塞ぐことによる抵抗値の低下量を予め図6のグラフのような実験データから把握しておけばよい。最後に算出された欠損部83を塞ぐ個数となるようにはんだ付けを行う。
First, the resistance values of the upstream winding resistance 71 and the downstream winding
以上のような手順で調整することで、上流側巻線抵抗71から前記変換回路9に至るまでの抵抗値と、下流側巻線抵抗72から前記変換回路9に至るまでの抵抗値とをほぼ同じ値にすることができ、抵抗値差を極小化できる。
By adjusting with the above procedure, the resistance value from the upstream winding resistance 71 to the
次に本実施形態の流量センサ100のように構成することによる効果について説明する。
Next, the effect of configuring the
本実施形態の熱式の流量センサ100は、リードアウト8に同じ大きさの欠損部83が等間隔で配置されているので、この欠損部83をはんだ付けで塞ぐことにより抵抗値の調整を行うことができる。
In the
また、欠損部83を塞ぐ個数と抵抗値の低下量はほぼ比例させることができる。したがって、例えば欠損部83の幅や大きさを適宜調整して、欠損部83を塞いだ際に低下する抵抗値の量が、求められる許容差の精度とほぼ同程度となるとともに、調整作業者の作業精度で実現可能なはんだ付けの大きさとなるように調整できる。言い換えると、大きさや形が調節された欠損部83であれば、調整者が巻線抵抗を切除して短くすることで抵抗値を小さくできる最小単位と比較して当該欠損部83を1つ塞ぐことによる抵抗の低下量を小さくすることができる。このように抵抗値を低下させるために必要とされる調整作業の精密さを大幅に緩和することができるので、個別の流量センサ100ごとにおいて上流側巻線抵抗71と下流側巻線抵抗72の抵抗値差のばらつきを従来よりも抑えることができる。
Further, the number of the
さらに、本願発明者らが初めて発見したように上流側巻線抵抗71と下流側巻線抵抗72との抵抗値差を小さくするほど、発生する流量センサのゼロ点出力の初期変動と、出力安定後のドリフト量の絶対値を小さくすることができる。このため、本実施形態の流量センサ100は前記リードアウト8に形成されたパターン81を利用した欠損部83を塞ぐはんだ付けにより上流側巻線抵抗71と下流側巻線抵抗72との抵抗値差を小さくし、ゼロ点ドリフトの個体ごとのばらつきを抑えることができる。したがって、製品全体として保証できる流量測定精度の範囲をより狭いものにでき、高精度な流量測定と流量制御を実現できるようになる。
Further, as the inventors of the present application first discovered, the smaller the resistance value difference between the upstream winding resistance 71 and the downstream winding
その他の実施形態について説明する。 Other embodiments will be described.
リードアウトに形成する所定のパターンについては、前記実施形態において説明した蛇行パターンに限られるものではない。例えば図7に示されるように複数の欠損部がリードアウトの中央部に一列に並んで設けられて、はしご状パターンを形成するようにしてもよい。このようなものであっても前記実施形態と同様にセンサ体から変換回路に至るまでの抵抗値についてはんだ付け等により欠損部を塞ぐことで微調整する事が容易にできる。 The predetermined pattern formed in the lead-out is not limited to the meandering pattern described in the above embodiment. For example, as shown in FIG. 7, a plurality of defective portions may be provided side by side in a row at the central portion of the lead-out to form a ladder-like pattern. Even in such a case, the resistance value from the sensor body to the conversion circuit can be easily finely adjusted by closing the defective portion by soldering or the like as in the above embodiment.
また、欠損部の大きさについては全て同じ大きさでなくてもよい。例えば図8に示されるように欠損部の大きさが少しずつ大きくなるようにしてもよい。このようなものであれば、抵抗値の低下量を大きくしたい場合には大きな欠損部を塞ぎ、細かく調整したい場合には小さい欠損部を塞ぐようにするといった使い方ができ、調整作業の工数を減らし、作業に係る時間を低減することが可能となる。 Moreover, the size of the defective portion does not have to be the same. For example, as shown in FIG. 8, the size of the defective portion may be gradually increased. In such a case, if you want to increase the amount of decrease in resistance value, you can close the large defect, and if you want to make fine adjustments, you can close the small defect, reducing the man-hours for adjustment work. , It is possible to reduce the time required for work.
前記実施形態ではリードアウトにおいて所定のパターンを有しているのは中央部に配置されたリードアウトだけであったが、外側に配置されるリードアウトだけに所定のパターンを形成してもよいし、全てのリードアウトに所定のパターンを形成してもよい。また、リードアウトの本数は前記実施形態のように4本のみに限定されるものではなく、さらに4本よりも多数のリードアウトが形成されていてもよい。 In the above embodiment, only the lead-out arranged in the central portion has a predetermined pattern in the lead-out, but the predetermined pattern may be formed only in the lead-out arranged on the outside. , A predetermined pattern may be formed on all leadouts. Further, the number of lead-outs is not limited to only four as in the above embodiment, and a larger number of lead-outs than four may be formed.
リードアウトは直線状のものに限られず、途中で曲がっているようなものであってもよい。要するにセンサ体が接続される第1端部と、変換回路が接続される第2端部との間に所定のパターンが形成されていればよい。 The lead-out is not limited to a straight line, and may be a bend in the middle. In short, a predetermined pattern may be formed between the first end portion to which the sensor body is connected and the second end portion to which the conversion circuit is connected.
欠損部を塞ぐ方法としてははんだ付けに限られない。例えば銀等の導電性ペースト導電シート材を欠損部上に隣接する導通部と接触するように塗布し、焼結させる等してもよい。要するに電流を通さない欠損部でも電流が流れるように導電体で塞ぐことができればよい。また、1層だけでなく、多層で層間が導通されているような多層基板構造に本発明を適用してもよい。 The method of closing the defective portion is not limited to soldering. For example, a conductive paste conductive sheet material such as silver may be applied on the defective portion so as to be in contact with the adjacent conductive portion and sintered. In short, it suffices if the defective portion through which the current does not pass can be closed with a conductor so that the current can flow. Further, the present invention may be applied not only to a single layer but also to a multilayer substrate structure in which layers are conductive in multiple layers.
前記実施形態では流体センサの一例として熱式の流量センサを例として挙げたが、圧力式の流量センサ、流体の圧力を測定する圧力センサ、流体の温度を測定する温度センサ等で本発明の所定パターンを有したリードアウトを適用できる。また、流体制御装置の一例としてマスフローコントローラを挙げたが、流体制御装置は、流体の圧力制御装置、流体の温度制御装置等であっても構わない。 In the above embodiment, a thermal type flow sensor is given as an example of the fluid sensor, but a pressure type flow sensor, a pressure sensor for measuring the pressure of the fluid, a temperature sensor for measuring the temperature of the fluid, etc. A lead-out with a pattern can be applied. Further, although the mass flow controller is mentioned as an example of the fluid control device, the fluid control device may be a fluid pressure control device, a fluid temperature control device, or the like.
圧力式の流量センサ、圧力センサであれば、流路に設けられ、流体の圧力により変形するように構成されたダイアフラムの歪みを測定する歪みゲージがセンサ体に相当し、歪みゲージの出力を圧力に変換するための回路が変換回路に相当する。これらの間に介在し、歪みゲージの出力を変換回路に橋渡しするリードアウトに所定のパターンを形成しておき、抵抗値を調整できるようにしてもよい。温度センサについても同様に流体の温度に応じた電圧を出力する温度センサと、温度センサの出力電圧を温度へと変換する変換回路との間に本発明の所定のパターンを有したリードアウトを設ければよい。 In the case of a pressure type flow sensor or pressure sensor, a strain gauge that measures the strain of a diaphragm that is provided in the flow path and is configured to be deformed by the pressure of the fluid corresponds to the sensor body, and the output of the strain gauge is pressured. The circuit for converting to corresponds to the conversion circuit. A predetermined pattern may be formed in the lead-out that intervenes between them and bridges the output of the strain gauge to the conversion circuit so that the resistance value can be adjusted. Similarly, for the temperature sensor, a lead-out having a predetermined pattern of the present invention is provided between the temperature sensor that outputs a voltage corresponding to the temperature of the fluid and the conversion circuit that converts the output voltage of the temperature sensor into temperature. Just do it.
図9に示すように、サーマルサイフォン現象の補償用の発熱体Hと、発熱体Hに対して電流を供給する電源PSとの間に前記実施形態に示したようなリードアウト8を設けて、抵抗値を調整できるようにしてもよい。すなわち、この実施形態では2つの発熱体Hが、センサ流路6においてセンサ体7が設けられている部分に対して垂直になっている部分にそれぞれ設けてある。この発熱体Hと電源PSとの間にリードアウト8を設けておき、リードアウト8の欠損部83をはんだで埋めることで微小な抵抗値の調整を行うことができる。このようなものであれば、流量センサ100又はマスフローコントローラ200の設置向きが実際に使用されるまでその設置向きが決まらない場合にも、その場で調整を施し、サーマルサイフォン現象の影響がセンサ体7からの出力に表れないようにすることができる。
As shown in FIG. 9, a lead-out 8 as shown in the above embodiment is provided between the heating element H for compensating for the thermal siphon phenomenon and the power supply PS for supplying a current to the heating element H. The resistance value may be adjustable. That is, in this embodiment, two heating elements H are provided in the portion of the
その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて様々な実施形態の組み合わせや変形を行っても構わない。 In addition, various embodiments may be combined or modified as long as it does not contradict the gist of the present invention.
本発明であれば、前記センサ体から前記変換回路に至るまでの抵抗値について前記リードアウトにおける前記欠損部を導電体により塞いでいくことにより、小さい誤差であっても設計値に対して容易に近づけることができる流体センサを提供できる。
According to the present invention, the resistance value from the sensor body to the conversion circuit can be easily compared to the design value even if the error is small by closing the defective portion in the lead-out with a conductor. A fluid sensor that can be approached can be provided.
Claims (12)
前記センサ体の出力が入力され、その出力を流体の物理量へと変換して出力する変換回路と、
前記センサ体と前記変換回路との間に介在し、前記センサ体の出力を前記変換回路へ橋渡しするリードアウトと、を備え、
前記リードアウトが、
前記センサ体が接続される第1端部と、
前記変換回路が接続される第2端部と、
前記第1端部と前記第2端部との間に形成され、電流の流れる導通部と複数の欠損部からなるパターンと、を具備し、
前記複数の欠損部の少なくとも1つを塞ぐとともに前記導通部と接触するように設けられた導電体をさらに備えたことを特徴とする流体センサ。 A sensor body that is installed in the flow path of the fluid and whose output changes according to the physical quantity of the fluid.
A conversion circuit that receives the output of the sensor body, converts the output into a physical quantity of fluid, and outputs it.
It is provided with a lead-out that is interposed between the sensor body and the conversion circuit and bridges the output of the sensor body to the conversion circuit.
The lead-out is
The first end to which the sensor body is connected and
The second end to which the conversion circuit is connected and
A pattern formed between the first end portion and the second end portion and composed of a conductive portion through which an electric current flows and a plurality of defective portions is provided .
A fluid sensor characterized by further including a conductor provided so as to close at least one of the plurality of defective portions and to make contact with the conductive portion.
前記パターンが、蛇行パターンをなすよう構成されている請求項1記載の流体センサ。 The defective portion is formed in a notch shape with respect to the conductive portion.
The fluid sensor according to claim 1, wherein the pattern is configured to form a meandering pattern.
前記パターンが、はしご状パターンをなすよう構成されている請求項1記載の流体センサ。 The defective portion is formed in the central portion with respect to the conductive portion.
The fluid sensor according to claim 1, wherein the pattern is configured to form a ladder-like pattern.
前記変換回路が、前記センサ体の出力を流量へ変換するように構成されている請求項1記載の流体センサ。 The sensor body is a pair of winding resistors provided side by side in the flow direction with respect to the flow path of the fluid, and outputs the resistance value of the pair of winding resistors or the applied voltage value. ,
The fluid sensor according to claim 1, wherein the conversion circuit is configured to convert the output of the sensor body into a flow rate.
前記発熱体に対して電流を供給する電源と、
前記発熱体と前記電源との間に介在し、前記発熱体と前記電源との間を橋渡しするリードアウトと、を備え、
前記リードアウトが、
前記発熱体が接続される第1端部と、
前記電源が接続される第2端部と、
前記第1端部と前記第2端部との間に形成され、電流の流れる導通部と複数の欠損部からなるパターンと、を具備し、
前記複数の欠損部の少なくとも1つを塞ぐとともに前記導通部と接触するように設けられた導電体をさらに備えたことを特徴とする流体センサ。 A heating element provided in the flow path of the fluid and
A power supply that supplies current to the heating element and
A lead-out that is interposed between the heating element and the power source and bridges between the heating element and the power source is provided.
The lead-out is
The first end to which the heating element is connected and
The second end to which the power supply is connected and
A pattern formed between the first end portion and the second end portion and composed of a conductive portion through which an electric current flows and a plurality of defective portions is provided.
A fluid sensor characterized by further including a conductor provided so as to close at least one of the plurality of defective portions and to make contact with the conductive portion.
流路に設けられたバルブと、
前記流体センサの出力に基づいて前記バルブの開度を制御するバルブ制御部と、を備えた流体制御装置。 The fluid sensor according to claim 1 or 9,
A valve provided in the flow path and
A fluid control device including a valve control unit that controls the opening degree of the valve based on the output of the fluid sensor.
前記複数の欠損部の少なくとも1つを前記導通部と接触するようにはんだで塞ぐ工程を備えたことを特徴とする調整方法。 A sensor body provided in a flow path through which a fluid flows and whose output changes according to a physical quantity of the fluid, a conversion circuit in which the output of the sensor body is input and the output is converted into a physical quantity of the fluid and output, and the above. A lead-out that is interposed between the sensor body and the conversion circuit and bridges the output of the sensor body to the conversion circuit is provided, and the lead-out is a first end portion to which the sensor body is connected. A fluid having a second end to which the conversion circuit is connected, a pattern formed between the first end and the second end, and a conductive portion through which a current flows and a plurality of defective portions. It ’s a sensor adjustment method.
An adjustment method comprising a step of closing at least one of the plurality of defective portions with solder so as to come into contact with the conductive portion.
前記一対の巻線抵抗の抵抗値差が小さくなるように各リードアウトの前記複数の欠損部を塞ぐ個数差を決定する工程をさらに備えた請求項11記載の調整方法。 The sensor body is a pair of winding resistors provided side by side in the flow direction with respect to the flow path of the fluid, and outputs the resistance value of the pair of winding resistors or the applied voltage value. The conversion circuit is configured to convert the output of the sensor body into a flow rate, and at least one lead-out is provided for each of the pair of winding resistors.
Adjusting method further claim 11 Symbol mounting comprising a step of determining the number difference for closing the plurality of defects of each lead-out so that the resistance value difference between a pair of winding resistance is reduced.
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