JPH0449689Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 本考案は熱式質量流量制御装置に係り、特に被
測流体を流路の２点で加熱して２点間の温度差よ
り被測流体の流量を計測し、所定の流量に制御す
る熱式質量流量制御装置に関する。

従来の技術 従来、流路を流れるガス等の被測流体の質量流
量を精度良く安定的に制御する装置として、バイ
パス流路より分流されたセンサ流路に設けた一対
の温度差検出センサによりバイパス流路内を通過
する被測流体を加熱し、この一対の温度差検出セ
ンサの設けられた２点間の温度差より流路を流れ
る被測流体の流量を計測して流路に設けた弁部の
弁開度を制御する構成とされた熱式質量流量制御
装置が知られている。このような、熱式質量流量
制御装置では流路を流れる被測流体の流量を所定
の流量となるよう正確に制御するため、一対の温
度差検出センサから得られる計測信号と予め設定
された設定信号との偏差が零となるように弁部の
弁開度を制御して被測流体の質量流量を一定に保
つている。

考案が解決しようとする問題点 上記の装置では、温度差信号と設定信号との差
が小なる場合には弁開度の可変量を減少させてハ
ンチングを防止している。また、弁開度を可変す
る機構部には機械的な遊びがある。開弁（又は閉
弁）方向の動作から閉弁（又は開弁）方向の動作
に移行する際には、上記の如く可変量が減少し、
かつ機構部の遊びのために、弁開度が事実上可変
されない期間が生じる。このため、被測流体の質
量流量制御の応答時間が長くなり、また、被測流
体の圧力変動等の外乱によりハンチングが発生
し、質量流量が不規則に変動する等の問題点があ
つた。

そこで、本考案は、制御パルス生成回路を設け
ることにより、上記の問題点を解決した熱式質量
流量制御装置を提供することを目的する。

考案が解決しようとする問題点 本考案においては、制御パルス生成回路は偏差
の極性が反転して弁部の弁体の開閉方向を逆転さ
せるとき弁部の遊びに相当する所定のパルス数の
パルス信号を生成し、偏差の大きさに応じた繰り
返し周波数のパルス信号に付加して出力する。こ
の出力パルス及び偏差の極性に応じてモータが駆
動され上記弁体が変位せしめられる。

作 用 本発明においては、弁体の開閉方向が逆転する
とき、弁部の遊びに相当するパルス数のパルス信
号が生成され、このパルス信号によつてモータが
駆動せしめられ弁部の遊びが弁体のこれから変位
しようとする方向に除去される。

実施例 第１図は本考案になる熱式質量流量制御装置の
一実施例を示す。同図中、熱式質量流量制御装置
のバイパス流路１中には絞り２が設けられてお
り、絞り２により被測流体は所定の分流比でバイ
パス流路１と、バイパス流路１より分岐したセン
サパイプで形成されるセンサ流路３とに分流され
る。センサ流路３は例えば熱伝導率が良く、しか
も被測流体による腐食を考慮してステンレス製の
パイプで構成されている。また、センサ流路３に
は夫々加熱と温度検出とを兼ねる一対の自己加熱
抵抗体４，５が巻回されている。センサ流路３及
び絞り２の下流には流路６を流れる質量流量を制
御する制御弁７が配設されている。この制御弁７
はステツピングモータ８の回転角度によりその弁
開度を可変されて流路６内の質量流量を一定に保
つよう制御される。

センサ流路３内に流入した被測流体は自己加熱
抵抗体４，５により加熱される。被測流体は自己
加熱抵抗体４で加熱された後自己加熱抵抗体５で
加熱されるため、被測流体の質量流量が大なる程
上記自己加熱抵抗体４，５間の温度差が大となり
夫々を流れる電流値の差が大となる。自己加熱抵
抗体４，６は検出回路９に接続されており、検出
回路９は上記自己加熱抵抗体４，５と共にブリツ
ジ回路を構成している。これによつて検出回路９
は自己加熱抵抗体４，５夫々を流れる電流値の差
つまり温度差に応じた電圧Va（計測信号）を出力
する。この電圧Vaは被測流体の流量が零のとき
0Vとなるよう調整されている。

電圧Vaは増幅回路１０で増幅されて電圧Vbと
された後比較回路１１に供給される。比較回路１
１には外部回路より流量設定用の設定電圧Vc（設
定信号）が供給されている。比較回路１１は電圧
Vbと設定電圧Vcとの偏差の絶対値である偏差電
圧Vdを生成すると共に、偏差の極性に応じて電
圧Vbが設定電圧Vcより小なるときＨレベルで弁
開方向を指示し大なるときＬレベルで弁閉方向を
指示する弁開閉方向信号ｅを生成して出力する。
この偏差電圧Vdび弁開閉方向信号ｅは制御パル
ス生成回路１２に供給される。

第２図は制御パルス生成回路１２の一実施例の
回路図を示す。同図中、端子２０には弁開閉方向
信号ｅが供給され、端子２１には偏差電圧Vdが
供給される。弁開閉方向信号ｅはイクスクルーシ
ブオア回路２２の一方の入力端子に直接供給され
ると共に、抵抗R₁及びコンデンサC₁で構成され
る積分回路で遅延された後イクスクルーシブオア
回路２２の他方の入力端子に供給される。これに
よつてイクスクルーシブオア回路２２は第３図Ａ
に示す如き弁開閉方向信号ｅの立上り及び立下が
りのエツヂを検出したとき第３図Ｂに示すエツヂ
検出パルスｆを生成出力する。

イクスクルーシブオア回路２２の出力エツヂ検
出パルスｆは、抵抗R₂及びコンデンサC₂により
出力パルス幅が決定される単安定マルチバイブレ
ータ（以下「モノマルチ」という）２３に供給さ
れる。モノマルチ２３は例えば「MC14538」の
如き集積回路であり、エツヂ検出パルスｆの入来
により所定パルス幅の第３図Ｃに示すパルス信号
ｇを発生してナンド回路２４の一方の入力端子に
供給する。ナンド回路２４の他方の入力端子はコ
ンデンサC₃を介して接地されると共に抵抗R₃を
介してナンド回路２４の出力端子に接続されて、
一方の入力端子がＨレベルのとき発振する無安定
マルチバイブレータを構成している。つまり、モ
ノマルチ２３よりパルス信号ｇの入来がないとき
ナンド回路２４の出力はＨレベルであり、パルス
信号ｇの入来と共に抵抗R₃とコンデンサC₃の接
続点２５の電圧は第３図Ｄに示す如く変化し、こ
れによつてナンド回路２４より第３図Ｅに示す如
き所定パルス数のパルス信号Paが出力されノア
回路２６に供給される。このパルス信号Paのパ
ルス数は制御弁７の弁開度を可変する機構部の遊
びに応じて抵抗R₃及びコンデンサC₃の定数を選
定することにより所定の値に設定されている。つ
まり、弁開閉方向が変化する毎にナンド回路２４
より所定パルス数のパルス信号Paがノア回路２
６の一方の入力端子に供給される。また、端子２
０に入来する弁開閉方向信号ｅは端子２７から出
力される。

端子２１よりの偏差電圧VdはＶ／Ｆコンバー
タ２８に供給され、ここで偏差電圧Vdの値に応
じた繰り返し周波数のパルス信号Pbが生成され
る。勿論、偏差電圧Vdが小なるときは大なると
きに対してパルス信号Pbの繰り返し周波数が小
となるよう、Ｖ／Ｆコンバータ２８は非線形な特
性を有している。このため、第３図Ａに示す如く
弁開閉方向信号ｅが反転するときには偏差電圧
Vdの値は小であり、パルス信号Pbのパルス数は
第３図Ｆに示す如くパルス信号Paのパルス数に
対して非常に少ない。このパルス信号Pbはノア
回路２６の他方の入力端子に供給される。ノア回
路２６は上記のパルス信号Pa及びPbを加算して
第３図Ｇに示す制御パルス信号Pcを生成して端
子２９より出力する。

第２図示の端子２７，２９夫々より出力される
弁開閉方向信号ｅ、制御パルス信号Pc夫々は第
１図示のステツピングモータ駆動回路１３に供給
される。この駆動回路１３は弁開閉方向信号ｅの
Ｈレベル又はＬレベルで指示される回転方向に、
かつパルス信号Pcのパルス数と同数のステツプ
数だけステツピングモータ８をステツプ回転せし
める駆動信号を生成してステツピングモータ８に
供給し、ステツピングモータ８の回転角度に応じ
て制御弁７が開弁又は閉弁せしめられる。

偏差電圧Vdが略0Vで弁開閉方向信号ｅが例え
ばＨレベルからＬレベルに変化した場合とは、被
測流体の入力圧力が僅かに高くなり制御弁７の入
力側と出力側とでの圧力差が大きくなり、制御弁
７の弁開度が一定であつても被測流体の質量流量
が大となつた状況である。このように制御弁７の
弁開閉方向が逆転したときパルス信号Paが生成
され、このパルス信号Paによつてステツピング
モータ８が駆動されて制御弁７の機構部の遊び
が、これから制御弁７を変位しようとする開方向
（又は閉方向）に除去され、この後制御弁７はパ
ルス信号Paのパルス数に応じて開方向（又は閉
方向）に可変制御される。従つて、被測流体の質
量流量制御の応答時間が短縮されて正確な制御が
可能となり、また被測流体の圧力変動等の外乱を
抑制することが可能となる。

なお、制御パルス生成回路１２では、ナンド回
路２４等で構成される無安定マルチバイブレータ
の出力パルス信号Paをノア回路２６で加算して
いるが、このパルス信号Paをカウンタで計数し、
パルス信号Paのパルス数を常時一定に管理して
ノア回路２６に供給しても良く、またモノマルチ
２３の出力パルス信号ｇと偏差電圧Vdとをアナ
ログ的に加算した後Ｖ／Ｆコンバータ２８に供給
してＶ／Ｆコンバータ２８で制御パルス信号Pc
を生成しても良く、上記実施例に限定されない。

考案の効果 上述の如く、本考案になる熱式質量流量制御装
置は、制御パルス生成回路を設けたため、弁体の
開閉方向が逆転するとき弁部の遊びに相当するパ
ルス数のパルス信号によつてモータが駆動せしめ
られ弁部の遊びが弁体のこれから変位しようとす
る方向に除去され、制御の応答時間が短縮され質
量流量の正確な制御ができ、また被測流体の圧力
変動等の外乱を抑制することができる等の特長を
有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案装置の一実施例のブロツク系統
図、第２図は本考案装置の要部の一実施例の回路
図、第３図は第１図及び第２図示の装置各部の一
実施例の信号波形図である。 １……バイパス流路、３……センサ流路、４，
５……自己加熱抵抗体、７……制御弁、８……ス
テツピングモータ、９……検出回路、１２……制
御パルス生成回路。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 被測流体を流路の２点で加熱し該２点間の温度
   差より該被測流体の質量流量に応じた値の計測信
   号を得、該計測信号と予め設定された設定信号と
   の偏差に基づいて弁部の弁体を変位させ該被測流
   体の質量流量を制御する熱式質量流量制御装置に
   おいて、該偏差の極性が反転して該弁体の開閉方
   向を逆転させるとき所定パルス数のパルス信号を
   生成し、該偏差の大きさに応じた繰り返し周波数
   のパルス信号に付加して出力する制御パルス生成
   回路を設けてなり、該偏差の極性及び該制御パル
   ス生成回路の出力パルスに応じてモータを駆動さ
   せ該弁体を変位されるよう構成してなる熱式質量
   流量制御装置。