JPH0463407B2 - - Google Patents

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JPH0463407B2
JPH0463407B2 JP58246489A JP24648983A JPH0463407B2 JP H0463407 B2 JPH0463407 B2 JP H0463407B2 JP 58246489 A JP58246489 A JP 58246489A JP 24648983 A JP24648983 A JP 24648983A JP H0463407 B2 JPH0463407 B2 JP H0463407B2
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flow rate
gas
sensor tube
pressure
control valve
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Yasushi Iwasa
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D7/00Control of flow

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Flow Control (AREA)
  • Measuring Volume Flow (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、真空容器内に供給される気体の流量
測定と流量制御とを行なう気体流量測定制御装置
に係り、特に気体流量の測定を質量流量計で行な
うとともに、気体流量の制御を流量調節弁で行な
うようにした気体流量測定制御装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a gas flow rate measurement and control device that measures and controls the flow rate of gas supplied into a vacuum container. The present invention relates to a gas flow rate measurement and control device in which the gas flow rate is controlled by a flow rate regulating valve.

〔発明の技術的背景とその問題点〕[Technical background of the invention and its problems]

第1図は従来のこの種の気体流量測定制御装置
を、また第2図は気体流量の測定・制御を自動的
に行なう従来装置をそれぞれ示すもので、両図に
おいて符号1は図示しない気体供給源からの気体
を真空容器2に送給するための配管である。この
配管1の下流端と前記真空容器2との間には、気
体の流量を測定するための質量流量計の測定子
3、気体の流量を制御する流量調節弁4、前記測
定子3と流量調節弁4とを接続する配管5、およ
び前記流量調節弁4と真空容器2とを接続する配
管6がそれぞれ直列に配置されている。また前記
測定子3の内部には、第1図に示すように内部流
体の質量流量を測定するためのセンサチユーブ7
とセンサチユーブ7による流量測定範囲を調節す
るための分岐管8とが相互に並列に配管接続され
ている。
Fig. 1 shows a conventional gas flow rate measurement and control device of this type, and Fig. 2 shows a conventional device that automatically measures and controls gas flow rate. In both figures, reference numeral 1 indicates a gas supply (not shown). This is a pipe for supplying gas from a source to the vacuum container 2. Between the downstream end of this piping 1 and the vacuum vessel 2, there is provided a mass flowmeter measuring head 3 for measuring the flow rate of gas, a flow rate control valve 4 for controlling the gas flow rate, and a flow rate control valve 4 between the measuring head 3 and the flow rate. A pipe 5 connecting the control valve 4 and a pipe 6 connecting the flow control valve 4 and the vacuum vessel 2 are arranged in series. Also, inside the probe 3, there is a sensor tube 7 for measuring the mass flow rate of the internal fluid, as shown in FIG.
and a branch pipe 8 for adjusting the flow rate measurement range by the sensor tube 7 are connected to each other in parallel.

また第2図に示す自動装置においては、以上の
構成に加えて前記流量調節弁4に駆動装置9が設
けられ、この駆動装置9は、前記測定子3の指示
器10の信号により作動する流量制御装置11に
よつて制御されるようになつている。また、前記
真空容器2には、第2図に示すようにターボ分子
ポンプ12、油回転ポンプ13、および真空計1
4がそれぞれ設けられている。
In addition to the above configuration, the automatic device shown in FIG. It is designed to be controlled by a control device 11. The vacuum vessel 2 also includes a turbo molecular pump 12, an oil rotary pump 13, and a vacuum gauge 1, as shown in FIG.
4 are provided respectively.

しかして、図示しない気体供給源から配管1を
介して流れてきた気体は、測定子3中のセンサチ
ユーブ7内を流れる際にその質量流量が測定され
る。そしてこのセンサチユーブ7と分岐管8とを
通つて流れた気体は、流量調節弁4によつて流量
を調節されて真空容器2内に流入することにな
る。
Thus, the mass flow rate of the gas flowing through the pipe 1 from a gas supply source (not shown) is measured as it flows through the sensor tube 7 in the probe 3. The gas flowing through the sensor tube 7 and the branch pipe 8 flows into the vacuum container 2 with its flow rate adjusted by the flow rate control valve 4.

ここで、流量調節弁4の開度調節は、第1図に
示す手動装置の場合には、前記センサチユーブ7
で測定された測定値に基づいて手動で行なわれ、
また第2図に示す自動装置の場合には、指示器1
0の指示値に基づき流量制御装置11により自動
的に行なわれる。
Here, in the case of the manual device shown in FIG. 1, the opening degree of the flow rate control valve 4 is adjusted by the sensor tube 7.
carried out manually based on measurements taken at
In addition, in the case of the automatic device shown in Fig. 2, the indicator 1
This is automatically performed by the flow rate control device 11 based on the instruction value of 0.

すなわち、測定子3のセンサチユーブ7で測定
された測定値は、指示器10によつて流量値に変
換されるとともに、流量制御装置11に送られ、
ここで予め設定された流量値と比較演算される。
That is, the measurement value measured by the sensor tube 7 of the probe 3 is converted into a flow rate value by the indicator 10, and is sent to the flow rate control device 11.
Here, a comparison calculation is made with a preset flow rate value.

その結果、測定子3の示す測定流量値が流量制
御装置11の設定流量値よりも小さいと判断した
場合には、流量調節弁4の流量を増大させて測定
流量値と設定流量値とが等しくなるように駆動装
置9を作動させる。逆に測定流量値が設定流量値
よりも大きいと判断した場合には、流量調節弁4
の流量を減少させるように駆動装置9を作動させ
る。
As a result, if it is determined that the measured flow rate value indicated by the probe 3 is smaller than the set flow rate value of the flow rate control device 11, the flow rate of the flow rate control valve 4 is increased so that the measured flow rate value and the set flow rate value are equal. The drive device 9 is operated so that the Conversely, if it is determined that the measured flow rate value is larger than the set flow rate value, the flow rate control valve 4
The drive device 9 is operated to reduce the flow rate.

ところで、以上の構成を有する手動,自動の従
来装置においては、真空容器2に導入する気体の
流量値を一定に制御しようとすると、以下に述べ
るような重大な問題を生じる。
By the way, in the manual and automatic conventional devices having the above configuration, when attempting to control the flow rate value of the gas introduced into the vacuum container 2 to a constant value, serious problems as described below arise.

すなわち、測定子3と流量調節弁4との間の容
積は、その間に配管5が存在するたためこれを零
にすることは実際上不可能であり、したがつて配
管5内部には気体が滞留しているものと考えられ
る。
In other words, it is practically impossible to reduce the volume between the probe 3 and the flow control valve 4 to zero because the pipe 5 exists between them, and therefore gas remains inside the pipe 5. It is thought that this is the case.

いま、説明の便宜上測定子3による測定流量値
が流量制御装置11の設定流量値よりも小さいと
仮定した場合、流量調節弁4は流量を増加させる
方向に手動,自動により調節制御されることにな
る。
For convenience of explanation, if it is assumed that the flow rate value measured by the probe 3 is smaller than the set flow rate value of the flow rate control device 11, the flow rate control valve 4 will be manually or automatically controlled to increase the flow rate. Become.

ところが、配管5内には前述のように滞留気体
が存在するため、測定子3で流量の増加を検知す
るのに時間遅れが生じ、設定流量値と測定流量値
とが等しくなつた際には、流量調節弁4は、流量
を設定値よりも少し増加させた状態に調節してい
ることになる。このため、次の段階では、設定流
量値よりも測定流量値の方が大きくなり、流量調
節弁4は流量を減少させる方向に手動,自動によ
り調節制御されることになる。
However, since there is residual gas in the pipe 5 as described above, there is a time delay in detecting an increase in the flow rate with the probe 3, and when the set flow rate value and the measured flow rate value become equal, , the flow rate control valve 4 adjusts the flow rate to a state slightly increased from the set value. Therefore, in the next stage, the measured flow rate value becomes larger than the set flow rate value, and the flow rate control valve 4 is manually or automatically controlled to decrease the flow rate.

しかしながら、前述のように配管5内には常に
気体が滞留しているため、この調節制御により測
定流量値と設定流量値とが等しくなつた際には、
最早少し流量を減少させ過ぎていることになり、
流量調節弁4は再度流量増加方向に調節制御され
ることになる。
However, as mentioned above, gas always remains in the pipe 5, so when the measured flow rate value and the set flow rate value become equal due to this adjustment control,
This means that the flow rate has already been reduced a little too much.
The flow rate control valve 4 is again controlled to increase the flow rate.

しかして従来装置においては以上の動作が繰返
され、実際に真空容器2に導入される気体流量
は、第3図に示すように設定流量値付近で振動す
ることになり、この現象による気体流量の変動
は、場合によつては最少流量と最大流量とが約10
倍程度も大きく異なることがあつた。そして、流
量を一定に制御することができないことから、真
空容器2内の圧力制御が非常に困難であるという
重大な欠点があつた。
However, in the conventional device, the above operation is repeated, and the gas flow rate actually introduced into the vacuum container 2 oscillates around the set flow rate value as shown in Fig. 3, and this phenomenon causes the gas flow rate to change. The variation may be approximately 10% between the minimum and maximum flow rates.
There was also a large difference in the magnitude. Furthermore, since the flow rate cannot be controlled to be constant, there is a serious drawback that it is very difficult to control the pressure inside the vacuum container 2.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明はかかる現況に鑑みなされたもので、真
空容器内に供給する気体を高信頼性および高精度
で一定に制御することができる気体流量測定制御
装置を提供することを目的とする。
The present invention was made in view of the current situation, and an object of the present invention is to provide a gas flow rate measurement and control device that can constantly control gas supplied into a vacuum container with high reliability and high precision.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明は真空容器に気体を供給する配管に、気
体流量を測定する質量流量計および気体流量を制
御する流量調節弁をそれぞれ設けた気体流量測定
制御装置であつて、気体流量を制御する流量調節
弁を気体流量を測定する質量流量計の入側に配置
し、かつ質量流量計の測定子に、分岐管を有しな
いセンサチユーブを設けるようにしたことを特徴
とする。
The present invention is a gas flow rate measurement and control device in which a mass flow meter for measuring the gas flow rate and a flow rate adjustment valve for controlling the gas flow rate are respectively provided in piping for supplying gas to a vacuum container, and the device includes a flow rate adjustment valve for controlling the gas flow rate. The present invention is characterized in that the valve is disposed on the inlet side of a mass flowmeter that measures the gas flow rate, and a sensor tube having no branch pipe is provided at the measuring head of the mass flowmeter.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下本発明の一実施例を図面を参照して説明す
る。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第4図は本発明に係る気体流量測定制御装置の
一例を示すもので、図において1は図示しない気
体供給源からの気体を真空容器2に供給するため
の配管である。この配管1の下流端と前記真空容
器2との間には、第4図に示すように気体流量を
制御する流量調節弁4,気体流量を測定する質量
流量計の測定子3,前記流量調節弁4と測定子3
とを接続する配管15,および前記測定子3と真
空容器2とを接続する配管16がそれぞれ直列に
配置されている。そしてこの装置は、第1図に示
す従来の手動装置と異なり流量調節弁4が測定子
3の入側に配置され、かつ測定子3には、その内
部にも外部にも分岐管8(第1図参照)のような
ものは全く設けられておらずセンサチユーブ7の
みが設けられ、さらに測定子3と真空容器2との
間の配管16には、その内部圧力を大きく変動さ
せるような気体の流れを制限する気体流量制限装
置は全く設けられていない構成になつている。
FIG. 4 shows an example of a gas flow rate measurement and control device according to the present invention. In the figure, 1 is a pipe for supplying gas from a gas supply source (not shown) to the vacuum container 2. As shown in FIG. 4, between the downstream end of the piping 1 and the vacuum vessel 2, there is a flow rate control valve 4 for controlling the gas flow rate, a mass flow meter probe 3 for measuring the gas flow rate, and the flow rate control valve 4 for controlling the gas flow rate. Valve 4 and probe 3
A piping 15 connecting the measuring element 3 and the vacuum vessel 2, and a piping 16 connecting the measuring element 3 and the vacuum vessel 2 are arranged in series. This device differs from the conventional manual device shown in FIG. (see Figure 1) is not provided at all, only the sensor tube 7 is provided, and furthermore, the piping 16 between the probe 3 and the vacuum vessel 2 is filled with gas that may cause a large fluctuation in the internal pressure. The configuration is such that there is no gas flow restriction device that restricts the flow of gas.

次に本実施例の作用について説明する。 Next, the operation of this embodiment will be explained.

図示しない気体供給源から配管1を介して流れ
てきた気体は、まず上流側の流量調節弁4でその
流量が制御された後、測定子3のセンサチユーブ
7内を流れてその質量流量が測定される。そして
その後真空容器2内に供給される流量調節弁4の
開度調節は、前記センサチユーブ7での測定値に
基づいて手動で行なわれる。
The gas flowing from a gas supply source (not shown) through the piping 1 first has its flow rate controlled by the upstream flow rate control valve 4, and then flows through the sensor tube 7 of the probe 3 and its mass flow rate is measured. be done. Thereafter, the opening degree of the flow rate regulating valve 4 supplied into the vacuum container 2 is manually adjusted based on the measured value from the sensor tube 7.

しかして、以上のように構成することにより、
流量調節弁4と測定子3との間の配管15内の滞
留気体を実用上ほとんど無視できるまでに減少さ
せることが可能となり、かつ測定子3部分の圧力
領域の変化による分岐管とセンサチユーブとの気
体の分流を考慮する必要がなくなり、かつまた圧
力の低い領域においてもセンサチユーブ7は充分
な精度を保持することが判明しているので、流量
精度に優れ流量制御特性の良好な装置を提供する
ことが可能となる。
However, by configuring as above,
It is possible to reduce the accumulated gas in the piping 15 between the flow rate control valve 4 and the probe 3 to a point where it can be practically ignored, and the change in the pressure area of the probe 3 can reduce the amount of gas remaining in the branch pipe and sensor tube. It is no longer necessary to take into account the gas division of the sensor tube 7, and it has been found that the sensor tube 7 maintains sufficient accuracy even in low pressure areas, so it provides a device with excellent flow rate accuracy and good flow control characteristics. It becomes possible to do so.

以下これらについて具体的に説明する。 These will be explained in detail below.

まず、流量調節弁4と測定子3との間の滞留気
体が著しく減少することにつき第5図および第6
図を参照して説明する。
First, as shown in Figs. 5 and 6, the accumulated gas between the flow control valve 4 and the probe 3 is significantly reduced.
This will be explained with reference to the figures.

第5図は、第1図に示す従来装置において気体
の流れる方向に配管長さを取つた場合の配管内の
圧力分布を示すものであり、横軸上の点Aより左
側は気体供給源からの配管1、A−B間は測定子
3の内部、B−C間は測定子3と流量調節弁4と
の間の配管5、点Cは流量調節弁4の流量調節
部、C−D間は流量調節弁4と真空容器2との間
の配管6、点Dより右側は真空容器2内部の位置
をそれぞれ示し、また縦軸は横軸上の各々の位置
の圧力を示す。
Figure 5 shows the pressure distribution in the piping when the length of the piping is taken in the direction of gas flow in the conventional device shown in Figure 1.The left side of point A on the horizontal axis is from the gas supply source. Piping 1, between A and B is the inside of the probe 3, between B and C is the piping 5 between the probe 3 and the flow rate control valve 4, and point C is the flow rate control part of the flow rate control valve 4, C and D The line between them indicates the piping 6 between the flow rate control valve 4 and the vacuum vessel 2, the area to the right of point D indicates the position inside the vacuum vessel 2, and the vertical axis indicates the pressure at each position on the horizontal axis.

気体供給源からの配管1の内部圧力は、流した
い気体流量にもよるが、一般的には例えば668Pa
ないし1MPa程度に選ぶことが多く、ここでは説
明上100KPaとする。一方、真空容器2内は
10-2Pa以下の低い圧力であることが多く、ここ
では説明上10-3Paとする。
The internal pressure of the pipe 1 from the gas supply source depends on the desired gas flow rate, but is generally 668 Pa, for example.
It is often selected to be around 1 MPa or 1 MPa, and for the sake of explanation here, 100 KPa will be used. On the other hand, inside the vacuum container 2
It is often at a low pressure of 10 -2 Pa or less, and for the sake of explanation here, it is assumed to be 10 -3 Pa.

しかして、配管内の圧力は100KPaから10-3Pa
まで変化することになるが、この圧力変化、すな
わち圧力損失は、第5図に示すように流量調節弁
4の流量調節部Cでそのほとんど大部分が生じる
ことが判る。したがつて、測定子3と流量調節弁
4との間の配管5内部の気体圧力は、ほとんど
100KPaと考えて差し支えない。
However, the pressure inside the pipe ranges from 100KPa to 10 -3 Pa.
However, it can be seen that most of this pressure change, ie, pressure loss, occurs in the flow rate adjustment section C of the flow rate adjustment valve 4, as shown in FIG. Therefore, the gas pressure inside the pipe 5 between the probe 3 and the flow control valve 4 is almost
It is safe to assume that it is 100KPa.

第6図は、第4図に示す本発明に係る装置にお
いて気体の流れる方向に配管長さを取つた場合の
配管内の圧力分布を示すものであり、横軸上の点
Cより左側は気体供給源からの配管1、点Cは流
量調節弁4の流量調節部、C−A間は流量調節弁
4と測定子3との間の配管15、B−D間は測定
子3と真空容器2との間の配管16、点Dより右
側は真空容器2の内部の位置をそれぞれ示し、ま
た縦軸は横軸上の各々の位置の圧力を示す。また
配管1の内部および真空容器2の内部の圧力は、
前記第5図において説明したものと同様とする。
FIG. 6 shows the pressure distribution inside the pipe when the length of the pipe is taken in the direction of gas flow in the apparatus according to the present invention shown in FIG. Piping 1 from the supply source, point C is the flow control part of the flow control valve 4, between CA and A is the pipe 15 between the flow control valve 4 and the probe 3, and between B and D is the probe 3 and the vacuum vessel. 2, the right side of point D indicates the position inside the vacuum vessel 2, and the vertical axis indicates the pressure at each position on the horizontal axis. Moreover, the pressure inside the piping 1 and inside the vacuum container 2 is
This is the same as that explained in FIG. 5 above.

しかして、本発明に係る装置においても、従来
装置と同様、第6図に示すように流量調節弁4の
流量調節部Cにおいて100KPaから10-3Paに至る
圧力損失のほとんど大部分を生じることが判る。
したがつて流量調節弁4と測定子3との間の配管
15内部の気体圧力は、ほとんど10-3Paと考え
て差し支えない。
However, in the device according to the present invention, as shown in FIG. 6, almost all of the pressure loss from 100 KPa to 10 -3 Pa occurs in the flow rate regulating portion C of the flow rate regulating valve 4, as shown in the conventional device. I understand.
Therefore, it is safe to assume that the gas pressure inside the pipe 15 between the flow rate control valve 4 and the probe 3 is approximately 10 -3 Pa.

ところで、気体の圧力をP、体積をV、モル数
をn、気体定数をR、温度をTとすると、これら
の間には PV=nRT ……(1) なる関係が成立するので、 n=(PV)/(RT) ……(2) となる。すなわち、体積Vおよび温度Tが一定な
らば、気体の量は圧力Pに比例する。
By the way, if the pressure of the gas is P, the volume is V, the number of moles is n, the gas constant is R, and the temperature is T, the following relationship holds between them: PV=nRT...(1), so n= (PV)/(RT) ...(2). That is, if the volume V and the temperature T are constant, the amount of gas is proportional to the pressure P.

いま、配管1,15の内部の体積と温度とが第
1図に示す従来装置と第4図に示す本発明に係る
装置とで一定とすると、前述のように配管2,1
5の圧力比は、 (従来装置の圧力)/(本発明に係る装置の圧
力)= (1×105)/(10-3)=108 ……(3) となり、本発明に係る装置の方が、滞留気体の量
が1億分の1となり、流量調節弁4と測定子3と
の間の滞留気体を大幅に減少させることができる
ことが確認される。
Now, assuming that the internal volumes and temperatures of the pipes 1 and 15 are constant between the conventional device shown in FIG. 1 and the device according to the present invention shown in FIG.
The pressure ratio of 5 is (Pressure of the conventional device)/(Pressure of the device according to the present invention) = (1×10 5 )/(10 −3 )=10 8 ...(3), and the pressure ratio of the device according to the present invention is It is confirmed that in this case, the amount of retained gas is reduced to 1/100 millionth, and the retained gas between the flow rate control valve 4 and the probe 3 can be significantly reduced.

次に、測定子3のセンサチユーブ7を用いて測
定する気体の質量流量の精度が従来と同様に保持
されることにつき第7図ないし第9図を参照して
説明する。
Next, with reference to FIGS. 7 to 9, it will be explained how the accuracy of the gas mass flow rate measured using the sensor tube 7 of the probe 3 is maintained as in the prior art.

第7図は質量流量計のセンサチユーブ7を模式
的に示すもので、図において21はセンサチユー
ブ7の上流側ヒートシンク、22は下流側ヒート
シンク、23は前記両ヒートシンク21,22に
一定の熱量を供給する電源装置、Fはセンサチユ
ーブ7上の中央位置を示す中点、24,25は中
点Fに対して対称に設けられたセンサチユーブ7
の温度検出素子、26は両温度検出素子24,2
5によつて検出されたセンサチユーブ7の温度差
を測定する測定装置であり、また27はセンサチ
ユーブ7の気体流入口、28は気体流出口を示
す。
FIG. 7 schematically shows the sensor tube 7 of the mass flow meter. In the figure, 21 is a heat sink on the upstream side of the sensor tube 7, 22 is a heat sink on the downstream side, and 23 is a constant amount of heat applied to both the heat sinks 21 and 22. The power supply device to be supplied, F is the midpoint indicating the center position on the sensor tube 7, and 24 and 25 are the sensor tubes 7 provided symmetrically with respect to the midpoint F.
temperature detection element 26, both temperature detection elements 24, 2
5 is a measuring device for measuring the temperature difference of the sensor tube 7 detected by the sensor tube 7, and 27 indicates a gas inlet and 28 indicates a gas outlet of the sensor tube 7.

以上の構成において、いま一定の熱入力Hが注
入されて一定の温度分布に保持されているセンサ
チユーブ7内に、比熱Cpの気体が質量流量Mで
流れ、その結果センサチユーブ7に△Tの温度差
が生じたとする。そしてセンサチユーブ7を流れ
る気体がセンサチユーブ7から持ち去る熱量と、
センサチユーブ7に電源装置23から供給される
熱量とが等しいものとすると、 Cp・M・△T=H ……(4) の関係が成立する。したがつて、質量流量Mは、 M=H/(Cp・△T) ……(5) で表わされる。
In the above configuration, a gas with a specific heat Cp flows at a mass flow rate M into the sensor tube 7 which is currently injected with a constant heat input H and maintained at a constant temperature distribution, and as a result, the sensor tube 7 has a temperature of ΔT. Suppose a temperature difference occurs. And the amount of heat carried away from the sensor tube 7 by the gas flowing through the sensor tube 7,
Assuming that the amount of heat supplied from the power supply device 23 to the sensor tube 7 is equal, the relationship Cp・M・ΔT=H (4) holds true. Therefore, the mass flow rate M is expressed as: M=H/(Cp·ΔT) (5).

例えば、比熱Cp=0.17cal/g℃の気体がセン
サチユーブ7内を流れて温度差△T=10℃とな
り、このときのセンサチユーブ7に対する外部か
らの熱入力HがH=17cal/minだつたとすると、
このときの質量流量Mは、 M=17〔cal/min〕/(0.17〔cal/g℃〕 ×10〔℃〕 =10〔g/min〕 ……(6) となる。
For example, a gas with specific heat Cp = 0.17 cal/g°C flows through the sensor tube 7, resulting in a temperature difference △T = 10°C, and at this time, the external heat input H to the sensor tube 7 is H = 17 cal/min. Assuming that,
The mass flow rate M at this time is M = 17 [cal/min]/(0.17 [cal/g°C] × 10 [°C]) = 10 [g/min] (6).

第8図は、気体がセンサチユーブ7を流れたと
きのセンサチユーブ7の長さ方向の温度分布を第
7図に対応して示したもので、横軸は左側が気体
流入側、右側が気体流出側、Fがセンサチユーブ
7の中点を示し、また縦軸は横軸の各々の位置に
対応するセンサチユーブ7の温度を示す。また図
中曲線Aは気体の流れがないときのセンサチユー
ブ7の温度分布で、中点Fに対して左右に対称な
形状となつている。また曲線Bはセンサチユーブ
7に気体が流入口27から流入して流出口28か
ら流出しているときの温度分布で中点Fに対して
気体流出側に偏つた形状となつている。
FIG. 8 shows the temperature distribution in the length direction of the sensor tube 7 when gas flows through the sensor tube 7, corresponding to FIG. 7. On the horizontal axis, the left side is the gas inflow side and the right side is the gas inflow side On the outflow side, F indicates the midpoint of the sensor tube 7, and the vertical axis indicates the temperature of the sensor tube 7 corresponding to each position on the horizontal axis. Further, a curve A in the figure represents the temperature distribution of the sensor tube 7 when there is no gas flow, and the shape is symmetrical to the left and right with respect to the midpoint F. Curve B is a temperature distribution when gas flows into the sensor tube 7 from the inlet 27 and flows out from the outlet 28, and has a shape that is biased toward the gas outflow side with respect to the midpoint F.

ところで、気体の比熱Cpの変化は、1気圧付
近から圧力が上昇していくと徐々に増加するが、
逆に1気圧付近から圧力が低下していつても比熱
Cpは一定に保持されることが本出願人の実験に
より確保されている。
By the way, the change in the specific heat Cp of a gas gradually increases as the pressure rises from around 1 atm.
Conversely, when the pressure decreases from around 1 atm, the specific heat
Applicant's experiments have ensured that Cp is kept constant.

第9図はこれを示すもので、水素ガスH、空気
AIR、アルゴンガスArの各気体につき、横軸を
気体の圧力〔気圧〕、縦軸を比熱Cpの変化〔%〕
として表わしたものである。第9図からも明らか
なように、各気体H,AIR,Arの比熱Cpは1気
圧付近から圧力が上昇していくと徐々に増加する
が、1気圧付近から圧力が低下していつても比熱
Cpは一定に保持されることが判る。これは、気
体は圧力が低下するとその性質は理想気体に近付
き、ために比熱Cpは理想気体の比熱Cpに近付く
ためであると考えられる。
Figure 9 shows this. Hydrogen gas H, air
For each gas, AIR and argon gas Ar, the horizontal axis shows the gas pressure [atmospheric pressure], and the vertical axis shows the change in specific heat Cp [%]
It is expressed as . As is clear from Figure 9, the specific heat Cp of each gas H, AIR, and Ar gradually increases as the pressure increases from around 1 atm, but as the pressure decreases from around 1 atm, the specific heat Cp of each gas H, AIR, and Ar increases gradually.
It can be seen that Cp is kept constant. This is thought to be because when the pressure of a gas decreases, its properties approach those of an ideal gas, and therefore the specific heat Cp approaches that of an ideal gas.

しかして、従来、圧力の高い領域において用い
られていた質量流量計のセンサチユーブは、圧力
の低い領域においても同様の精度を保持させるこ
とができ、したがつて圧力の低い領域で用いられ
る本発明に係る測定子3のセンサチユーブ7にお
いても、測定する気体の質量流量の精度が従来と
同様に保持されることが確認される。
Therefore, the sensor tube of a mass flow meter conventionally used in a high pressure region can maintain the same accuracy even in a low pressure region. Therefore, the present invention can be used in a low pressure region. It is confirmed that the accuracy of the mass flow rate of the gas to be measured is maintained in the same way as in the conventional case in the sensor tube 7 of the measuring head 3 according to the present invention.

次に、測定子3内に分岐管を有しないセンサチ
ユーブ7を設けることにより、測定子3内の圧力
が変化しても精度の変動がないことについて説明
する。
Next, it will be explained that by providing the sensor tube 7 having no branch pipe inside the measuring element 3, there is no fluctuation in accuracy even if the pressure inside the measuring element 3 changes.

第1図に示す従来装置の測定子3内部には、セ
ンサチユーブ7と並列に分岐管8が配されてい
る。このため、測定精度を一定に保持するには、
センサチユーブ7と分岐管8との気体の流れの分
流比を常に一定に保持する必要がある。ところ
が、この分流比は測定子3内部の圧力領域が異な
ると一般的に異なつてしまい、測定精度を一定に
保持することは困難である。
In the conventional device shown in FIG. 1, a branch pipe 8 is arranged in parallel with the sensor tube 7 inside the probe 3. Therefore, to maintain constant measurement accuracy,
It is necessary to always keep the division ratio of the gas flow between the sensor tube 7 and the branch pipe 8 constant. However, this flow division ratio generally differs depending on the pressure region inside the probe 3, and it is difficult to maintain measurement accuracy constant.

すなわち、いま20℃の空気を例に採ると、一般
に、中間的な圧力領域において円形導管のコンダ
クタンスの比は、第1の導管および第2の導管の
コンダクタンスと直径〔cm〕とを各々C1,D1
よびC2,D2とした場合、 C1/C2=(D1/D23・{1+271(D1) +4790(D12}・ {1+316(D2)}/{1+271(D2)+4790 (D22}・{1+316(D1)} ……(7) 但し:導管内の平均圧力〔Torr〕 で表わすことができる。
That is, taking air at 20°C as an example, in general, the ratio of the conductance of a circular conduit in an intermediate pressure region is C 1 between the conductance and diameter [cm] of the first conduit and the second conduit. , D 1 and C 2 , D 2 , C 1 /C 2 = (D 1 /D 2 ) 3・{1+271(D 1 ) +4790(D 1 ) 2 }・ {1+316(D 2 )}/ {1+271( D2 )+4790( D2 ) 2 }・{1+316( D1 )}...(7) However: It can be expressed as the average pressure in the conduit [Torr].

いま、センサチユーブ7のコンダクタンスを
C1,その直径D1を3mm、分岐管8のコンダクタ
ンスをC2、その直径D2を6mmとし、各々の導管
の平均圧力を1Torrとすると、 (C1/C2P=1Tprr=0.541 ……(8) となる。同様に平均圧力のみを0.5Torrに変え
ると、 (C1/C2P=0.5Tprr=0.576 ……(9) となる。したがつて、 (C1/C2P=1Tprr/C(C1/C2)=0.5Torr=0.94
……(10) となり、=1Torrの場合のセンサチユーブ7と
分岐管8との分流比と、=0.5Torrの場合の分
流比とは異なつてしまう。
Now, the conductance of sensor tube 7 is
C 1 , its diameter D 1 is 3 mm, the conductance of the branch pipe 8 is C 2 , its diameter D 2 is 6 mm, and the average pressure of each conduit is 1 Torr, (C 1 /C 2 ) P=1Tprr =0.541 ...(8) becomes. Similarly, if only the average pressure is changed to 0.5Torr, (C 1 /C 2 ) P=0.5Tprr =0.576...(9). Therefore, (C 1 /C 2 ) P=1Tprr/C(C1/C2) =0.5Torr=0.94
...(10) Therefore, the split flow ratio between the sensor tube 7 and the branch pipe 8 when =1 Torr is different from the split flow ratio when =0.5 Torr.

しかして、分岐管8をセンサチユーブ7に並列
に接続してなる従来の測定子3は、第5図および
第6図により説明したように圧力領域が大幅に変
化する場合には測定精度を一定に保持することは
不可能である。
However, the conventional measuring head 3, in which the branch pipe 8 is connected in parallel to the sensor tube 7, cannot maintain a constant measurement accuracy when the pressure region changes significantly, as explained in FIGS. 5 and 6. It is impossible to hold the

これに対して、第4図に示す本発明に係る測定
子3のように分岐管を有しないセンサチユーブ7
の場合には、圧力変化に伴なう気体の分流比の変
化による気体流量測定精度の変動は全く生ぜず、
測定子3内の圧力が変化しても精度が変動するこ
とは全くない。
On the other hand, a sensor tube 7 that does not have a branch pipe like the measuring head 3 according to the present invention shown in FIG.
In the case of , the gas flow rate measurement accuracy does not change at all due to changes in the gas division ratio due to pressure changes.
Even if the pressure inside the probe 3 changes, the accuracy does not change at all.

しかして、第4図に示すような装置構成とする
ことにより、従来と同等の気体流量測定精度を保
持しつつ、流量調節弁4と測定子3との間の滞留
気体を大幅に減少させることができ、また圧力領
域が変化しても測定精度を常に一定に保持するこ
とができる。この結果、流量調節弁4で制御され
た流量が実際上時間遅れなしに精度よく測定で
き、真空容器2内に導入する気体の質量流量を、
安定に精度よく測定制御することが可能となる。
Therefore, by adopting the device configuration as shown in FIG. 4, it is possible to significantly reduce the amount of accumulated gas between the flow control valve 4 and the probe 3 while maintaining the same gas flow rate measurement accuracy as before. Furthermore, even if the pressure region changes, the measurement accuracy can always be kept constant. As a result, the flow rate controlled by the flow rate control valve 4 can be measured accurately without any time delay, and the mass flow rate of the gas introduced into the vacuum container 2 can be
It becomes possible to perform stable and accurate measurement control.

第10図は本発明の他の実施例を示すもので、
前記実施例と異なり気体流量の測定制御を自動的
に行なうようにしたものである。
FIG. 10 shows another embodiment of the present invention,
Unlike the previous embodiment, this embodiment automatically controls the measurement of the gas flow rate.

すなわち、図示しない気体供給源からの気体が
流れる配管1の下流端と真空容器2との間には、
第10図に示すように気体流量を制御する流量調
節弁4、気体流量を測定する質量流量計の測定子
3、前記流量調節弁4と測定子3とを接続する配
管15、および前記測定子3と真空容器2とを接
続する配管16がそれぞれ直列に配置されてい
る。
That is, between the downstream end of the pipe 1 through which gas flows from a gas supply source (not shown) and the vacuum container 2,
As shown in FIG. 10, a flow rate control valve 4 that controls the gas flow rate, a mass flow meter measuring head 3 that measures the gas flow rate, a pipe 15 that connects the flow rate control valve 4 and the gauge head 3, and the measuring head 3 and the vacuum vessel 2 are arranged in series.

また前記真空容器2には、第10図に示すよう
にターボ分子ポンプ12、油回転ポンプ13、お
よび真空計14がそれぞれ接続されている。
Further, as shown in FIG. 10, a turbo molecular pump 12, an oil rotary pump 13, and a vacuum gauge 14 are connected to the vacuum container 2, respectively.

また前記流量調節弁4には、第10図に示すよ
うに駆動装置9が設けられており、この駆動装置
9は、前記測定子3からの出力信号を流量値に変
換する指示器10により、流量制御装置11を介
して駆動制御されるようになつている。すなわ
ち、第2図に示す従来の自動装置の場合と同様に
制御されるようになつている。
The flow rate control valve 4 is also provided with a drive device 9 as shown in FIG. It is designed to be driven and controlled via a flow rate control device 11. That is, it is controlled in the same way as the conventional automatic device shown in FIG.

しかしてこのように構成しても、基本構成が第
4図の場合と同一であるので、前記実施例と同様
の効果が期待できる。
However, even with this configuration, since the basic configuration is the same as that shown in FIG. 4, the same effects as in the previous embodiment can be expected.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように本発明は、流量調節弁を質
量流量計の入側に配置し、かつ質量流量計の測定
子に、分岐管を有しないセンサチユーブを設けた
ので、真空容器に導入する気体流量を高精度に安
定して測定制御することができる。
As explained above, in the present invention, the flow rate control valve is disposed on the inlet side of the mass flowmeter, and the sensor tube without a branch pipe is provided in the measurement head of the mass flowmeter, so that the gas introduced into the vacuum container is Flow rate can be measured and controlled with high accuracy and stability.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来の手動装置を示す構成図、第2図
は従来の自動装置を示す構成図、第3図は従来装
置において気体流量が設定流量付近で振動するこ
とを示すグラフ、第4図は本発明に係る手動の気
体流量測定装置の一例を示す構成図、第5図は従
来装置における配管内の圧力分布を示すグラフ、
第6図は第4図に示す装置における配管内の圧力
分布を示すグラフ、第7図は質量流量計のセンサ
チユーブの模式図、第8図はセンサチユーブの温
度分布を第7図に対応して示すグラフ、第9図は
気体の圧力と比熱との関係を示すグラフ、第10
図は本発明に係る自動制御可能な気体流量測定装
置の一例を示す構成図である。 1,15,16……配管、2……真空容器、3
……測定子、4……流量調節弁、7……センサチ
ユーブ、9……駆動装置、10……指示器、11
……流量制御装置。
Fig. 1 is a block diagram showing a conventional manual device, Fig. 2 is a block diagram showing a conventional automatic device, Fig. 3 is a graph showing that the gas flow rate oscillates around the set flow rate in the conventional device, and Fig. 4 is a configuration diagram showing an example of a manual gas flow rate measuring device according to the present invention, and FIG. 5 is a graph showing pressure distribution in piping in a conventional device.
Fig. 6 is a graph showing the pressure distribution inside the piping in the device shown in Fig. 4, Fig. 7 is a schematic diagram of the sensor tube of the mass flowmeter, and Fig. 8 shows the temperature distribution of the sensor tube corresponding to Fig. 7. Figure 9 is a graph showing the relationship between gas pressure and specific heat, Figure 10 is a graph showing the relationship between gas pressure and specific heat.
The figure is a configuration diagram showing an example of an automatically controllable gas flow rate measuring device according to the present invention. 1, 15, 16... Piping, 2... Vacuum container, 3
... Measuring head, 4 ... Flow control valve, 7 ... Sensor tube, 9 ... Drive device, 10 ... Indicator, 11
...Flow control device.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 真空容器に気体を供給する配管に、気体流量
を測定する質量流量計および気体流量を制御する
流量調節弁をそれぞれ設けた気体流量測定制御装
置において、前記流量調節弁を質量流量計の入側
に配置し、かつ質量流量計の測定子に、分岐管を
有しないセンサチユーブを設け、さらに前記セン
サチユーブの上流側と下流側にそれぞれ前記セン
サチユーブの管壁に一定の熱量を加える上流側ヒ
ートシンクおよび下流側ヒートシンクを設け、前
記センサチユーブの中央位置に対して対称の位置
にセンサチユーブの管壁の温度を検出する一対の
温度検出素子を設けたことを特徴とする気体流量
測定制御装置。
1. In a gas flow rate measurement and control device in which a mass flow meter that measures the gas flow rate and a flow rate adjustment valve that controls the gas flow rate are installed in piping that supplies gas to a vacuum container, the flow rate adjustment valve is connected to the inlet side of the mass flow meter. and a sensor tube without a branch pipe is provided in the measuring head of the mass flow meter, and furthermore, an upstream heat sink that applies a certain amount of heat to the tube wall of the sensor tube on the upstream and downstream sides of the sensor tube, respectively. and a downstream heat sink, and a pair of temperature detection elements for detecting the temperature of the wall of the sensor tube at positions symmetrical with respect to the center position of the sensor tube.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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