JPH0618317A - 流量センサおよびその検査方法 - Google Patents

流量センサおよびその検査方法

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JPH0618317A
JPH0618317A JP3224397A JP22439791A JPH0618317A JP H0618317 A JPH0618317 A JP H0618317A JP 3224397 A JP3224397 A JP 3224397A JP 22439791 A JP22439791 A JP 22439791A JP H0618317 A JPH0618317 A JP H0618317A
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 細管内に流れる流体によりその細管の二点間
に生じる温度差によってその流量を検出する流量センサ
において、その出力値が較正されているか否かをライン
上で測定する。 【構成】 流量センサ２０は軸方向の流路を形成する細
管２２を備える。この細管２２には、上流側抵抗温度計
２４と下流側抵抗温度計２６とが、細管２２の外側表面
の周りに巻かれた自己発熱ワイヤのコイルとして形成さ
れる。抵抗温度計２４、２６は、温度差に応答して出力
する出力回路２７に接続される。抵抗温度計２４、２６
がこのブリッジ回路３０の二つの辺として接続される。
他の二つの辺には、固定抵抗３２、３４が用いられる。
ブリッジ回路３０には第一の電源３６から電流が供給さ
れ、抵抗温度計２４、２６は発熱する。ブリッジ回路３
０の出力は信号増幅部３８により増幅され、流量計を通
過する気体流の監視および制御に使用される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は流体の流れの測定および
制御に利用する。特に、流体を分流して細管に流し、そ
の細管の熱分布を測定することにより流量を求める流量
計に関する。さらに詳しくは、細管を含む流量センサの
較正に関する。
【０００２】本明細書において流量計とは、単に流体の
流量を測定するものだけでなく、その測定結果にしたが
って流量を制御するものを含む。また、流量センサと
は、分流された流体が供給される細管およびその流量を
測定するためのセンサを含むアセンブリをいう。
【０００３】
【従来の技術】５ｓｃｃ／ｍｉｎ（標準状態の気体で毎
分５ｃｍ3 ）以下から５００，０００ｓｃｃ／ｍｉｎ以
上までの気体質量流量を測定し制御できる種々の流量計
が従来から開発されている。このような流量計のうち広
く用いられているものでは、気体の流れを二以上の経路
に分割することが必要となっている。
【０００４】典型的な流量計では、気体の一部を細管に
通し、この細管を流れる質量流量を測定する。流れの大
部分については、細管と平行に配置されたバイパス流路
に流す。流量計にバルブが接続されているときには、流
量計を測定だけでなく気体流量の制御に使用できる。
【０００５】細管には、その外側に二つの抵抗温度計が
設けられ、流量センサを構成する。抵抗温度計はブリッ
ジ回路の二つの辺として接続され、ブリッジ回路の他の
二つの辺は固定抵抗となっている。流量センサは注意深
く設計製造されなければならず、二つの抵抗温度計は電
気特性および熱特性は可能な限り同等にしなければなら
ない。
【０００６】電圧がブリッジ回路に印加されると、電流
が抵抗温度計を通過してその抵抗温度計が発熱する。二
つの抵抗温度計の電気特性および熱特性がほぼ等しいの
で、細管を気体が流れていない限り、それぞれの抵抗温
度計の温度が同じ量だけ増加して、それぞれの電気抵抗
が同じ量だけ増加する。気体が流れると、上流のセンサ
・ワイヤがその気体の熱伝導により冷やされ、下流のセ
ンサ・ワイヤは少しだけ熱せられるか、または冷やされ
る。このとき、上流の抵抗温度計の平均温度は下流の抵
抗温度計の温度と異なり、ブリッジ回路にはこれらの抵
抗の差により不平衡となる。
【０００７】質量流量計は、製造中に、特定の気体のあ
る流量に対して特定の出力が得られるように目盛り付け
（較正）される。しかし、使用中には流量計が不正確に
なり、その出力が変化してしまう。この現象は較正ドリ
フト(calibration drift) と呼ばれ、気体の流れの測定
制御が不正確になってしまう。
【０００８】較正ドリフトは、流量計の熱的または電気
的な系の特性が目盛り付けした時から変化した場合に生
じる。較正ドリフトの共通の原因としては、 １．質量流量計を製造するときに使用した発泡材、プラ
スチック、ワイヤの絶縁およびエポキシの熱伝導率がガ
ス放出および経年変化により変化すること、 ２．流量センサを繰り返し加熱冷却するために残留応力
が緩和されて生じる抵抗温度計の抵抗値が変化するこ
と、 ３．流量センサの形状の小さな変化によりその流量セン
サに出入りする熱伝達が変化すること、 ４．センサ信号を増幅して出力する電子回路にドリフト
が生じること、 ５．細管の内側に汚れが付着して気体への熱伝達が妨害
されるとともに、流体が通過しているときに加熱または
冷却すべき質量が付加されること が挙げられる。
【０００９】気体の流れを測定し制御することは、多く
の工業分野で重要なことである。例えば半導体の製造中
には、多くのプロセスで、注意深く制御された状況の下
で二以上の気体を正確に反応させることが要求される。
数１００万にもおよぶ多数のトランジスタを指の爪ほど
の領域に形成する固体メモリの製造には特に正確さが要
求され、プロセス・ガスの正確な制御なしには固体メモ
リの製造は不可能である。
【００１０】集積回路内の個々の素子の寸法は数ミクロ
ンから１ミクロン以下にも縮小され、回路あたりの素子
数は数１０億にも増加しているので、そのような素子の
製造に使用される装置の正確な制御もますます重要にな
っている。流量計の出力値が不正確であると、プロセス
・ガスを必要な量だけ供給することができず、特性の劣
った集積回路しか得られないことになる。
【００１１】半導体の製造のように複雑なプロセスで
は、その特性劣化の原因がどの工程にあったのかについ
て常に明確になるわけではない。したがって、質量流量
計の出力値が正しいか否かをガス・ラインから外すこと
なく検証できるような信頼性があって経済性もある装置
および方法が要求される。
【００１２】現在、半導体製造の分野では、質量流量計
の精度を確認するために、 １．製造が完了した後にそのシリコン・ウェハを試験検
査する、 ２．ライン上の流量計を含む気体経路の終端に参照用流
量計を付加し、気体をライン上の流量計と参照用流量計
とに通過させ、参照用流量計の出力とライン上の流量計
の出力とを比較する、 ３．流量計を気体経路から取り外し、較正された新しい
流量計に付け替える、 ４．製造プロセスが真空チャンバ内で行われる場合に
は、そのチャンバを封止し、気体の流入する量を一定に
保ったまま特定の時間が経過した後に、そのチャンバの
既知の体積に対する圧力および温度の増加を測定し、既
知の状態に対して計算により得られた流速について、流
量計により示された流速と比較する という四つの方法のいずれかが用いられている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、第一の方法お
よび第四の方法は検査精度は非常に低く、実際にはあま
り用いられない。
【００１４】第二の方法には、流量が既知の気体を流量
計に供給してその流量計の出力を測定する方法も含まれ
る。この方法には種々の欠点があり、その使用が限定さ
れる。さらに、参照用流量計を取り付けたり取り外した
りすることは、反応ガスの純度を保つうえで問題があ
る。
【００１５】固体素子の製造では非常に高い精度が要求
されるので、いくつかの製造業者は第三の方法を採用
し、流量計の出力値に変化が生じないようにしている。
この方法は、流量計がどの程度で不正確になる率を求め
ておき、それに基づいて流量計、特にその流量センサを
周期的に取り替え、その製造者に対して再較正のために
送り返す必要がある。
【００１６】高純度気体のラインから流量計を取り外す
と、ガス・ラインおよび関連する装置から残留気体を追
い出して許容できる純度レベルに戻すまでに数時間ない
し数日必要になり、それでやっと流量計および関連する
装置を動作させることができる。ラインを停止させるコ
ストは、質量流量計の返送や再較正に必要なコストや作
業に比べて不明確であるが、それらよりは大きいものと
なる。
【００１７】本発明は、以上の課題を解決し、出力値が
正しいか否かをガス・ライン上で検証できる構造の流量
センサおよびその検査方法を提供することを目的とす
る。
【００１８】
【課題を解決するための手段】本発明の第一の観点は流
量センサであり、流体を軸方向に流す細管と、この細管
に熱的に接して設けられた第一の抵抗温度計と、この細
管内における流体の流れの方向に対して第一の抵抗温度
計の下流の位置に細管に熱的に接して設けられた第二の
抵抗温度計と、第一の抵抗温度計と第二の抵抗温度計と
の間の温度差に応答して出力を生成する出力手段とを備
えた流量センサにおいて、細管に流れる流体と独立に第
一の抵抗温度計と第二の抵抗温度計とに非対称に熱を伝
達する熱伝達手段を備えたことを特徴とする。
【００１９】熱伝達手段は、一定の割合で連続的に熱を
加えるか取り除いてもよく、一定の熱量をほぼ瞬間的に
加えるか取り除いてもよい。熱を加えるには、抵抗コイ
ルのような熱電素子、またはヒートパイプのような熱熱
素子を用いる。熱を取り除くには、ペルチェ効果を利用
した熱電素子、またはヒートパイプのような熱熱素子を
用いる。
【００２０】本発明の第二の観点は流量センサの検査方
法であり、二つの抵抗温度計の温度差に応答して出力を
生成する流量センサの出力値が正しいか否かを検査する
流量センサの検査方法において、流量センサの出力値の
目盛り付け時に、その流量センサに流される流体とは独
立に、その流量センサの二つの抵抗温度計に非対称に熱
を伝達させてその流量計の出力を測定し、その後に、そ
の流量センサの二つの抵抗温度計に非対称に熱を伝達さ
せてその流量センサの出力を測定し、二回の測定で得ら
れた二つの出力を比較することを特徴とする。
【００２１】
【作用】細管に流体を流したときの熱分布を測定する構
造の流量センサでは、その熱特性を利用して細管内の流
量を測定している。したがって、その熱特性が変化する
と測定誤差が生じるようになる。そこで、細管内の流れ
とは別の手段により細管に熱分布を生じさせる。この熱
分布に対する出力特性が変化するということは、細管の
熱特性が変化したことを意味し、流量センサに較正ドリ
フトが生じている可能性が高いことになる。逆に、熱分
布に対する出力特性が実質的に変化していなければ、そ
の流量センサの出力値は正しいと考えられる。
【００２２】
【実施例】図１は流量計の測定部を通過する液体の流れ
を示す図である。流路Ａ、Ｂは、流量計を通過して流入
口Ｐ1 から流出口Ｐ2 に流れる経路を構成する。流路Ａ
は流量計の流量センサを通過する流れ、すなわち所望の
流速で層流が得られるように十分に長い細管を通過する
流れを示す。流路Ｂはバイパス流路を通過する流れ、す
なわち層流が得られるように構成され配分された素子を
通過する流れを表す。このような流量計の例としては、
米国特許第３，９３８，３８４号や第４，５２４，６１
６号に開示されたものがある。
【００２３】図２は本発明実施例の流量センサを用いた
流量計の部分断面図である。この流量計１０は長いハウ
ジング１２を備え、このハウジング１２には流体流入口
１４、流体流出口１６およびこれらの間に軸方向に長い
流体通過路１７を備える。流体通過路１７は、バイパス
流路１８と、これに平行に接続され流体の流速を測定す
る流量センサ１９とを備える。
【００２４】図３は本発明第一実施例の流量センサを示
す図であり、その特徴とする部分を示す。流量センサ２
０は軸方向の流路を形成する細管２２を備える。この細
管は非常に細長く、例えば内径０．２５ｍｍ、長さ約１
００ｍｍである。この細管２２には、上流側抵抗温度計
２４と下流側抵抗温度計２６とが、それぞれ細管２２に
熱的に接するように取り付けられる。抵抗温度計２４、
２６は、具体的には、それぞれ細管２２の外側表面の周
りに巻かれた自己発熱ワイヤのコイルとして形成され
る。抵抗温度計２４、２６は、これらの温度差に応答し
て出力を生成する出力回路２７に接続される。出力回路
２７にはブリッジ回路３０が設けられ、抵抗温度計２
４、２６がこのブリッジ回路３０の二つの辺として接続
される。ブリッジ回路３０の他の二つの辺には、固定抵
抗３２、３４が用いられる。ブリッジ回路３０には第一
の電源３６から電流が供給され、抵抗温度計２４、２６
はこの電流により発熱する。ブリッジ回路３０の出力は
信号増幅部３８により増幅され、流量計を通過する気体
流の監視および制御に使用される。
【００２５】動作時には、測定すべき比較的冷たい気体
が、幾何学的にも熱的にも下流側の抵抗温度計２６より
上流側の抵抗温度計２４に近い位置から、流量センサ２
０に流れ込む。この幾何学的構造のため、この気体は、
二つの抵抗温度計２４、２６に対して非対称に細管２２
から熱を吸収する。このため、細管２２に沿った温度分
布が非対称に変位し、上流側と下流側との抵抗温度計２
４、２６の間の温度差が変化する。細管２２に沿った温
度分布の変位の大きさ、および抵抗温度計２４、２６の
間の温度差は、気体の熱吸収容量に直接に関係し、細管
２２を通過する気体の質量流量の関数となる。
【００２６】流量センサ２０の二つの抵抗温度計２４、
２６の間に、これらとは独立のヒータを設けることもで
きる。この場合には、ヒータを一定の電力で動作させ、
二つの抵抗温度計２４、２６を非常に小さいレベルの電
力で動作させる。このため、装置に影響するような熱が
発生することはない。
【００２７】ここで、ライン上での検査方法について説
明する。この検査は、細管２２を通過する流体流と独立
に抵抗温度計２４、２６に非対称に熱を伝達する熱伝達
手段４０を備えることにより可能となる。熱伝達手段４
０は、一定の割合で連続的に熱を伝達させるか、または
一定に固定された熱量をほぼ瞬間的に伝達させ、二つの
抵抗温度計２４、２６の間で細管に沿った熱分布を変化
させる。非対称の熱伝達は、細管２２を加熱する正の熱
伝達でもよく、細管から熱を奪う（冷却する）負の熱伝
達でもよい。熱を加えるものとしては、抵抗コイルのよ
うな熱電素子や、ヒートパイプのような熱熱素子を用い
ることができる。熱を奪うものとしては、ペルチェ効果
を利用した熱電素子や、ヒートパイプのような熱熱素子
を用いることができる。
【００２８】流量センサ２０の熱特性または電気特性が
変化すると、気体の流れに対する流量センサの出力に較
正ドリフトを引き起こすとともに、非対称な熱伝導に対
する流量センサ２０の出力にも較正ドリフトを引き起こ
す。上流側の抵抗温度計２４と下流側の抵抗温度計２６
との間の温度差は、熱を加える場合でも除去する場合で
も、熱伝達の方向により影響を受け、熱伝達手段４０の
位置により影響を受ける。さらに、二つの抵抗温度計２
４、２６の温度差の大きさは、熱が連続的に伝達される
ときには伝達される熱の割合に比例し、熱がほぼ瞬間的
に伝達されるときには伝達される熱量に比例する。
【００２９】熱を加える位置が上流側より下流側の抵抗
温度計２６に熱的に近いほど、または熱を奪う位置が下
流側よりも上流側の抵抗温度計２４に熱的に近いほど、
上流側の抵抗温度計２４の温度が下流側の抵抗温度計２
４に比較して低くなる。逆に、熱を加える位置が下流側
より上流側の抵抗温度計２６に熱的に近いほど、または
熱を奪う位置が上流側より下流側の抵抗温度計２４に熱
的に近いほど、上流側の抵抗温度計２４の温度が上流側
の抵抗温度計２６に比較して高くなる。
【００３０】熱伝達手段４０は、下流側の抵抗温度計２
６より上流側の抵抗温度計２４を低温にすることが望ま
しい。このように構成すると、熱伝達の割合が増加して
流量センサの出力を正方向に増加させる。一般的に流量
センサは、負側の値をそれほど大きい値まで出力するこ
とはできない。典型的な流量センサでは、正出力を示す
ことのできる範囲の１５％以下しか負の値を出力できな
い。このような場合に上流側の抵抗温度計２４が低温に
なると、流量が零またはその近傍でも流量センサの値が
大きな正となり、検査精度を高めることができる。
【００３１】熱伝達手段４０は、上流側および下流側の
二つの抵抗温度計２４、２６に非対称に熱を加える。こ
の熱伝達手段４０は自己発熱するコイル４２を含み、こ
のコイル４２は細管２２に巻かれている。コイル４２に
は第二の電源４４が接続される。電源４４が電力を供給
すると、それがコイル４２により熱エネルギに変換さ
れ、細管２２を介して抵抗温度計２４、２６に非対称に
伝達される。
【００３２】コイル４２は下流側の抵抗温度計２６のさ
らに下流に配置される。ただし、できるだけ下流側の抵
抗温度計２６の近くに配置することが望ましい。この配
置は、下流側の抵抗温度計２６に伝達される熱を最大化
し、流量センサ２０の周囲領域で失われる熱を最小化す
る。この例では下流側の抵抗温度計２６とコイル４２と
の双方を絶縁ワイヤで形成しているが、下流側の抵抗温
度計２６の上に直接にコイルを巻いてもよい。
【００３３】コイル４２を抵抗温度計用のワイヤで形成
することもできる。ワイヤを通して供給される電力の制
御のためには、ワイヤの抵抗を約１０ないし３０，００
０Ω、望ましくは１００ないし１，０００Ω、さらに望
ましくは６００Ωにすることが必要である。コイルに供
給される電圧および電流の双方を測定することにより、
抵抗温度計２４、２６に供給された電力を求めることが
できる。
【００３４】これとは別に、コイル４２をＥｖａｎｏｈ
ｍのような温度係数の小さいワイヤで作り、コイルの抵
抗値が温度によりほとんど変化しないようにすることも
できる。Ｅｖａｎｏｈｍの温度係数は、華氏０度（約−
１８℃）ないし２５０度（約１２１℃）の範囲で実質的
に零である。このような温度係数の小さいワイヤを用い
ると、電圧と電流の双方を監視する必要がなく、コイル
の電圧または電流の一方を監視するだけで電力の測定制
御が可能となる。
【００３５】図４は本発明の第二実施例の流量センサを
示す図であり、その特徴とする部分を示す。
【００３６】この流量センサ５０は細管５２を備え、こ
の細管５２が軸方向の流路を定義する。細管５２には、
上流側の抵抗温度計５４および下流側の抵抗温度計５６
が熱的に接して取り付けられる。上流側の抵抗温度計５
４および下流側の抵抗温度計５６は出力回路５８に接続
され、この出力回路５８は二つの抵抗温度計５４、５６
の間の温度差に応答して出力を生成する。
【００３７】上流側の抵抗温度計５４のさらに上流に
は、細管５０を通過する流体流と独立に抵抗温度計５
４、５６から非対称に熱を奪う熱除去手段６０が設けら
れる。熱除去手段６０は、細管５２に沿った熱分布を変
化させ、下流側の抵抗温度計５６よりも上流側の抵抗温
度計５４の温度を低下させる。熱を奪うには、熱電素子
か熱熱素子を用いることがよい。熱電気素子の代表的な
ものとしては、ペルチェ効果を利用した素子、すなわち
熱電対を含む回路に電流を通過させて接合部の一方から
熱を奪う素子が知られている。すなわち、熱電対の接合
部を細管２２に熱的に接触させて熱を吸収する。熱熱素
子の代表的なものとしては、ヒートパイプが知られてい
る。
【００３８】流量センサ５０の較正ドリフトを検査する
には、その流量センサ５０の出力に目盛り付けするとき
に、抵抗温度計５４、５６に非対称の熱を伝達させて流
量センサ５０の出力を測定しておく。この後、通常は流
量センサ５０をある程度使用してから、再び抵抗温度計
５４、５６に非対称の熱を伝達させてその出力を測定す
る。この二つの測定結果を比較すれば、流量センサ５０
の熱特性および電気特性によるどのような較正ドリフト
についても明らかになる。
【００３９】熱の伝達は、一回目と二回目のどららの測
定でも、流量センサ５０の出力が定常状態の値に安定化
するまで、二回の測定で実質的に同等に一定の割合で熱
を伝達させる。また、実質的に同じ熱量を瞬間的に伝達
させてもよい。一回目の測定と二回目の測定とで熱伝達
が実質的に同等なので、一定割合の熱伝達の大きさを測
定する必要も、ほぼ瞬間的に伝達される熱の総量を測定
する必要もない。
【００４０】これらの測定において、流量センサ５０の
熱特性と電気特性とが変化していなければ、一回目の出
力と二回目の出力とは実質的に同等である。出力に差異
がある場合には、流量センサ５０に誤差が生じているこ
とを示し、その差異の大きさが較正ドリフトの大きさを
示す。
【００４１】二回の測定で異なった熱伝達を行わせるこ
ともできる。そのような場合には、それぞれの測定の間
に伝達された熱を測定し、一回目の出力と二回目の出力
とを比較するときに、熱伝達の差異を考慮する。すなわ
ち、流量センサ５０の出力が熱伝達の大きさに比例して
いることを利用し、線形調整因子を計算により求めて、
異なる大きさの熱伝達よって生じる出力の読みを補正す
る。この方法では、異なる熱伝達の大きさの比を用いて
測定を規格化し、それから出力を比較する。
【００４２】一回目の測定と二回目の測定との比較を容
易にするためには、熱を連続的に一定割合で伝達させる
ことがよい。このようにすると、信号増幅部の出力、す
なわち比較のために記録すべき値が、定常状態になり易
い。
【００４３】一回目と二回目の測定を行うときに、既知
の熱量をほぼ瞬間的なパルスとして細管に伝達させるこ
ともできる。この方法は、細管の内部が詰まって正しい
出力が得られない状態になったことを検出するのに特に
有効である。パルスの幅は、系の熱的な時定数の０％か
ら１００％までの範囲とすることが望ましい。さらに
は、時定数の５％以下にすることが望ましい。
【００４４】パルスを用いると、信号増幅部の出力が定
常状態になり難く、出力が時間とともに変化する。この
ような場合には、典型的には尖頭値を比較のために記録
する。
【００４５】過渡的出力の尖頭値は、熱を伝達する熱質
量により影響を受ける。すなわち、一回目と二回目との
測定の間に細管の内部が汚染により詰まったとすると、
汚染の熱質量が加熱されるべき総熱質量に付加される。
この結果、細管が汚染で詰まり始めたときには、二回目
の測定の尖頭値が一回目の測定の尖頭値より小さくな
る。
【００４６】較正ドリフトが検出された場合には、流量
センサ、場合によっては流量計全体を取り替える。ま
た、場合によっては、流量センサの出力の利得および線
形性を調節することにより、正しい目盛りに修正するこ
とができる。
【００４７】以上の実施例において、検査時には、細管
２２、５２に気体を流す必要はない。しかし、流体の流
れを遮断することが実用的でない場合や必要ない場合に
は、細管を通る流体の流速を一回目の測定と二回目の測
定とで一定に保てばよい。
【００４８】図５は本発明第三実施例の流量センサを示
す図であり、その一部を示す。
【００４９】この実施例の流量センサ８０は、下流側の
抵抗温度計８６より上流側の抵抗温度計８４の温度を上
昇させる熱伝達手段８１を備える。すなわち、流量セン
サ８０は細管８２を備え、この細管８２は流体の軸方向
の流路を設定する。細管８２に熱的に接して上流側の抵
抗温度計８４と下流側の抵抗温度計８６とが設けられ、
これらの抵抗温度計８４、８６には、それらの温度差に
応答して出力を生成する出力回路８７が接続される。
【００５０】熱伝達手段８１は細管８２に巻かれた自己
発熱コイル９２を含み、このコイルを加熱するために第
二の電源９４が接続される。
【００５１】コイル９２は、上流側の抵抗温度計８４の
さらに上流に配置される。このコイル９２は、できるだ
け上流側の抵抗温度計８４の近くに配置されることが望
ましい。この配置により、上流側の抵抗温度計８４に伝
達される熱を最大にし、流量センサ８０の周囲の領域で
失われる熱を最小にする。上流側の抵抗温度計８４とコ
イル９２とは、どちらも絶縁ワイヤで形成される。コイ
ル９２を上流側の抵抗温度計８４の上に直接に巻いても
よい。
【００５２】熱伝達手段８１が上流側の抵抗温度計８４
の温度を下流側の抵抗温度計８６より高くすると、細管
８２に気体を通じたときと温度分布が逆になり、流量セ
ンサ８０の出力は低下する。したがってこの測定は、流
量センサ８０に最大動作流量またはその近傍の流量を供
給した状態、すなわち出力回路８７による信号増幅の最
大レンジで行ったときに、最大の精度が得られる。
【００５３】この流量センサ８０の初期の特性を得るた
め、目盛り付けされた流量センサ８０を最初に最大の流
速またはその近傍にセットする。流速が安定したらその
流速に固定し、流量計センサ８０の出力を測定する。こ
の後、熱を増やしながら伝達させ、ある出力値、典型的
には零出力が得られるまで続ける。
【００５４】較正ドリフトの発生を検査するときには、
一回目の測定のときと実質的に等しい流速を流量センサ
８０に流す。流速が安定したらその流速に固定し、一回
目と同じ出力値が得られるまで再び熱を増やしながら伝
達させる。同じ出力値が得られるまでに必要な熱伝達の
割合を比較すると、流量計の熱特性および電気特性の変
化による流量計の目盛りの変化の発生およびその変化の
大きさを明らかにすることができる。
【００５５】図３を再び参照すると、この実施例の利点
は、細管２２の温度を容易に測定できることである。コ
イル４２が抵抗温度計用ワイヤで作られている場合に
は、第二の電源４４からコイル４２に、第三の抵抗温度
計となるのに必要な電力を供給できる。コイル４２の位
置における細管２２の温度は、コイル４２にその抵抗を
測定する抵抗測定回路９０を接続することにより測定で
きる。コイル４２の抵抗を既知の温度で測定したとき、
その抵抗値をその後に測定した抵抗値に比較すると、そ
のときのコイル４２の温度を決定できる。
【００５６】コイル４２の温度を測定することは、流量
センサ２０の熱システムが正しく較正されいてるか否か
を判定するための比較的粗い方法となる。この方法のた
めには、流量センサ２０に目盛り付けするときに、従来
からの方法により測定される周囲温度と、コイル４２の
温度とを測定しておき、その温度差を記録しておく。検
査時には、周囲温度とコイル４２の温度とを再び測定
し、その温度差を求める。目盛り付け時と検査時とのそ
れぞれの温度差を比較すると、流量センサの熱システム
が較正されたままか否かを比較的大雑把に判断できる。
【００５７】温度度計としても用いられるコイル４２
は、流量センサの検査以外の目的にも利用できる。例え
ば、半導体の製造中にプロセス・ガスの温度を測定する
ことは必要不可欠である。また、温度データを流量セン
サの精度の改善に利用できる。すなわち、流量センサの
出力に含まれる熱による影響、電子回路に対する温度効
果、およびある種のガスが温度とともに示す比熱の変化
を補正できる。これは、この実施例を用いることにより
新たに実現できるものである。
【００５８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の流量セン
サおよびその検査方法は、流量センサをその使用してい
るガス・ラインから外すことなく、その出力値が較正さ
れているか否かを調べることができる効果がある。本発
明を半導体その他の固体素子の製造ラインで用いると、
高純度気体のガス・ラインを停止または切断することな
く流量センサを検査でき、その効果が特に大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】流量計の測定部を通過する液体の流れを示す
図。
【図２】本発明実施例の流量センサを用いた流量計の部
分断面図。
【図３】本発明第一実施例の流量センサを示す図。
【図４】本発明第二実施例の流量センサを示す図。
【図５】本発明第三実施例の流量センサを示す図。
【符号の説明】
１０ 流量計 １２ ハウジング １４ 流体流入口 １６ 流体流出口 １７ 流体通過路 １８ バイパス流路 １９、２０、５０、８０ 流量センサ ２２、５２、８２ 細管 ２４、２６、５４、５６、８４、８６ 抵抗温度計 ２７、５８、８７ 出力回路 ３０ ブリッジ回路 ３２、３４ 固定抵抗 ３６、４４、９４ 電源 ３８ 信号増幅部 ４０、８１ 熱伝達手段 ４２、９２ コイル ６０ 熱除去手段 ９０ 抵抗測定回路

Claims (37)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 流体を軸方向に流す細管と、 この細管に熱的に接して設けられた第一の抵抗温度計
    と、 この細管内における流体の流れの方向に対して前記第一
    の抵抗温度計の下流の位置に前記細管に熱的に接して設
    けられた第二の抵抗温度計と、 前記第一の抵抗温度計と前記第二の抵抗温度計との間の
    温度差に応答して出力を生成する出力手段とを備えた流
    量センサにおいて、 前記細管に流れる流体と独立に前記第一の抵抗温度計と
    前記第二の抵抗温度計とに非対称に熱を伝達する熱伝達
    手段を備えたことを特徴とする流量センサ。
  2. 【請求項２】 熱伝達手段は細管に熱を加える手段を含
    む請求項１記載の流量センサ。
  3. 【請求項３】 熱を加える手段は細管内における流体の
    流れの方向に対して第二の抵抗温度計の下流の位置に配
    置された請求項２記載の流量センサ。
  4. 【請求項４】 熱を加える手段は熱を熱に変換して伝達
    する熱熱変換手段を含む請求項３記載の流量センサ。
  5. 【請求項５】 熱を加える手段は電気を熱に変換して伝
    達する電熱変換手段を含む請求項３記載の流量センサ。
  6. 【請求項６】 熱を加える手段は細管に巻かれた自己発
    熱ワイヤのコイルを含み、このコイルは電源に接続され
    る請求項５記載の流量センサ。
  7. 【請求項７】 自己発熱ワイヤのコイルは抵抗温度計に
    より形成された請求項６記載の流量センサ。
  8. 【請求項８】 自己発熱ワイヤのコイルは電気抵抗の温
    度係数が小さいワイヤで形成された請求項６記載の流量
    センサ。
  9. 【請求項９】 熱を加える手段は細管内における流体の
    流れの方向に対して第一の抵抗温度計の上流の位置に配
    置された請求項２記載の流量センサ。
  10. 【請求項１０】 熱を加える手段は熱を熱に変換して伝
    達する熱熱変換手段を含む請求項９記載の流量センサ。
  11. 【請求項１１】 熱を加える手段は電気を熱に変換して
    伝達する電熱変換手段を含む請求項３記載の流量セン
    サ。
  12. 【請求項１２】 熱を加える手段は細管に巻かれた自己
    発熱ワイヤのコイルを含み、このコイルは電源に接続さ
    れる請求項５記載の流量センサ。
  13. 【請求項１３】 自己発熱ワイヤのコイルは抵抗温度計
    により形成された請求項６記載の流量センサ。
  14. 【請求項１４】 自己発熱ワイヤのコイルは電気抵抗の
    温度係数が小さいワイヤで形成された請求項６記載の流
    量センサ。
  15. 【請求項１５】 熱伝達手段は細管から熱を奪う手段を
    含む請求項１記載の流量センサ。
  16. 【請求項１６】 熱を奪う手段は細管内における流体の
    流れの方向に対して第二の抵抗温度計の下流の位置に配
    置された請求項１５記載の流量センサ。
  17. 【請求項１７】 熱を奪う手段は熱を熱に変換して伝達
    する熱熱変換手段を含む請求項１６記載の流量センサ。
  18. 【請求項１８】 熱を奪う手段は電気を熱に変換して伝
    達する電熱変換手段を含む請求項１６記載の流量セン
    サ。
  19. 【請求項１９】 熱伝達手段は熱を一定の割合で連続的
    に伝達する手段を含む請求項１記載の流量センサ。
  20. 【請求項２０】 熱伝達手段は一定の熱量をパルス状に
    伝達する手段を含む請求項１記載の流量センサ。
  21. 【請求項２１】 流体を軸方向に流す細管と、 この細管に熱的に接して設けられた第一の抵抗温度計
    と、 この細管内における流体の流れの方向に対して前記第一
    の抵抗温度計の下流の位置に前記細管に熱的に接して設
    けられた第二の抵抗温度計と、 前記第一の抵抗温度計と前記第二の抵抗温度計との間の
    温度差に応答して出力を生成する出力手段とを備えた流
    量センサにおいて、 前記細管内における流体の流れの方向に対して前記第二
    の抵抗温度計の下流の位置に前記細管に熱的に接して設
    けられた第三の抵抗温度計と、 この第三の抵抗温度計の抵抗を測定する手段とを備えた
    ことを特徴とする流量センサ。
  22. 【請求項２２】 第三の抵抗温度計は細管に巻かれたワ
    イヤ・コイルを含み、このワイヤ・コイルは電源に接続
    される請求項２１記載の流量センサ。
  23. 【請求項２３】 二つの抵抗温度計の温度差に応答して
    出力を生成する流量センサの出力値が正しいか否かを検
    査する流量センサの検査方法において、 流量センサの出力値に目盛り付けするときに、その流量
    センサに流される流体とは独立に、その流量センサの二
    つの抵抗温度計に非対称に熱を伝達させてその流量計の
    出力を測定し、 その後に、その流量センサの二つの抵抗温度計に非対称
    に熱を伝達させてその流量センサの出力を測定し、 二回の測定で得られた二つの出力を比較することを特徴
    とする流量センサの検査方法。
  24. 【請求項２４】 熱の伝達は加熱により行う請求項２３
    記載の流量センサの検査方法。
  25. 【請求項２５】 熱の伝達は一定の割合で連続的に行う
    請求項２４記載の流量センサの検査方法。
  26. 【請求項２６】 二回の測定における熱の伝達は実質的
    に同等に行う請求項２５記載の流量センサの検査方法。
  27. 【請求項２７】 二回の測定における熱の伝達はその熱
    量を変えて行う請求項２５記載の流量センサの検査方
    法。
  28. 【請求項２８】 熱の伝達は一定の熱量をパルス状に伝
    達する請求項２４記載の流量センサの検査方法。
  29. 【請求項２９】 パルス幅を熱的時定数の０％ないし１
    ００％とする請求項２８記載の流量センサの検査方法。
  30. 【請求項３０】 パルス幅を熱的時定数の５％以下とす
    る請求項２８記載の流量センサの検査方法。
  31. 【請求項３１】 熱の伝達は熱を奪うことにより行う請
    求項２３記載の流量センサの検査方法。
  32. 【請求項３２】 熱の伝達は一定の割合で連続的に行う
    請求項３１記載の流量センサの検査方法。
  33. 【請求項３３】 二回の測定では実質的に同等の熱量を
    奪う請求項３２記載の流量センサの検査方法。
  34. 【請求項３４】 二回の測定では異なる熱量を奪う請求
    項３２記載の流量センサの検査方法。
  35. 【請求項３５】 熱の伝達では一定の熱量をパルス状に
    奪う請求項３１記載の流量センサの検査方法。
  36. 【請求項３６】 パルス幅を熱的時定数の０％ないし１
    ００％とする請求項３５記載の流量センサの検査方法。
  37. 【請求項３７】 パルス幅を熱的時係数の５％以下とす
    る請求項３５記載の流量センサの検査方法。
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