KR101209762B1 - 유량 센서 및 이것을 사용한 질량 유량 제어 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 대유량용이면서도 대형화하지 않고, 저가이며 콤팩트한 고성능 유량 센서 및 이것을 사용한 질량 유량 제어 장치를 제공한다.
유량 센서(8)는, 유체를 바이패스 유로(12)와, 브리지 회로의 일부를 형성하는 발열 저항선이 권취된 센서 유로(14)에 소정의 분류비로 분기하여 흘리고, 상기 센서 유로(14)에 상기 유체가 흐름으로써 생기는 열의 이동을 상기 브리지 회로의 불평형(unbalance)으로서 파악함으로써, 상기 유체의 전체의 유량을 센서 출력으로서 구하는 유량 센서에 있어서, 상기 바이패스 유로는, 대략 직선형의 일변과, 상기 일변과 접하는 곡선으로 형성되는 복수의 가는 유로(74)로 구성되고, 상기 가는 유로(74)의 등가 수력 직경(d)과, 상기 가는 유로(74)의 길이(T)의 상용 대수의 비가 0.27 이하이다. 그리고, 이 유량 센서는 질량 유량 제어 장치에 내장된다.
바이패스 유로, 센서 유로, 브리지 회로, 유량 센서

Description

유량 센서 및 이것을 사용한 질량 유량 제어 장치{Flow sensor and mass flow control device using it}
본 발명은, 가스 등의 비교적 소유량의 유체의 질량 유량을 계측하는 유량 센서 및 이것을 사용한 질량 유량 제어 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 집적 회로 등의 반도체 제품 등을 제조하기 위해서는, 반도체 웨이퍼 등에 대하여 예를 들면 CVD 성막이나 에칭 조작 등이 여러 가지의 반도체 제조 장치에 있어서 반복적으로 행하여지지만, 이 경우에 미량의 처리 가스의 공급량을 정밀도 좋게 제어할 필요가 있기 때문에 예를 들면 매스 플로우 컨트롤러(mass flow controller)와 같은 질량 유량 제어 장치가 사용되고 있다.
여기에서 일반적인 질량 유량 제어 장치의 구성에 관해서, 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한다. 도 6은 가스 배관에 설치된 종래의 질량 유량 제어 장치의 일례의 개략 구성도를 도시하고, 도 7은 질량 유량 제어 장치의 유량 센서의 회로도이다.
도시하는 바와 같이, 이 질량 유량 제어 장치(2)는, 액체나 기체 등의 유체를 흘리는 유체 통로, 예를 들면 가스관(4)의 도중에 설치되고, 이 질량 유량을 제 어하도록 되어 있다. 또, 이 가스관(4)의 일단에 접속되는 반도체 제조 장치 내는 예를 들면 진공 상태로 되어 있다. 이 질량 유량 제어 장치(2)는, 예를 들면 스테인레스강 등에 의해 성형된 유로(6)를 갖고 있고, 이 양단이 상기 가스관(4)에 접속된다. 이 질량 유량 제어 장치(2)는 유로(6)의 전단측에 위치하는 유량 센서부(8)와 후단측에 위치하는 유량 제어 밸브 기구(10)로 이루어진다.
우선, 상기 유량 센서부(8)는, 상기 유로(6)의 가스 유체의 흐름 방향의 상류측에 형성되고 복수의 바이패스관을 묶어 이루어지는 바이패스군(12)을 갖고 있다. 상기 바이패스군(12)의 양단측에는, 이것을 우회하도록 센서관(14)이 접속되어 있어, 이것과 바이패스군(12)을 비교하여 소량의 가스 유체를 일정한 비율로 흘릴 수 있도록 되어 있다. 즉, 이 센서관(14)에는 전체 가스 유량에 대하여 일정한 비율의 일부의 가스를 항상 흘리도록 되어 있다. 이 센서관(14)에는 직렬로 접속된 제어용의 한쌍의 저항선(R1, R4)이 권취되어 있고, 이것에 접속된 센서 회로(16)에 의해 질량 유량 값을 나타내는 유량 신호(S1)를 출력하도록 되어 있다.
이 유량 신호(S1)는, 예를 들면 마이크로컴퓨터 등으로 이루어지는 질량 유량 제어 수단(18)에 도입되고, 상기 유량 신호(S1)에 기초하여 현재 흐르고 있는 가스의 질량 유량이 구해지는 동시에, 그 질량 유량이 외부로부터 입력되는 유량 설정 신호(Sin)로 나타내지는 질량 유량에 일치하도록, 상기 유량 제어 밸브 기구(10)를 제어하게 된다. 이 유량 제어 밸브 기구(10)는, 상기 유로(6)의 하류측에 형성된 유량 제어 밸브(20)를 갖고 있고, 이 유량 제어 밸브(20)는 가스 유체의 질량 유량을 직접적으로 제어하기 위한 밸브체로서 예를 들면 금속판제가 굴곡 가 능하게 이루어진 다이어프램(22)을 갖고 있다.
그리고, 이 다이어프램(22)을 밸브구(24)를 향하여 적절하게 굴곡 변형시켜 이동시킴으로써, 상기 밸브구(24)의 밸브 개방도를 임의로 제어할 수 있도록 되어 있다. 그리고, 이 다이어프램(22)의 상면은, 예를 들면 적층 압전 소자(피에조 소자)로 이루어지는 액추에이터(26)의 하단부에 접속되어 있고, 이것에 의해, 그 밸브 개방도를 상기한 바와 같이 조정할 수 있도록 되어 있다. 이 액추에이터(26)는, 상기 질량 유량 제어 수단(18)으로부터의 구동 신호를 받아 밸브 구동 회로(28)가 출력하는 밸브 구동 전압(S2)에 의해 동작한다.
상기 저항선(R1, R4)과 센서 회로(16)의 관계는, 도 7에 도시되어 있다. 즉, 상기 저항선(R1, R4)의 직렬 접속에 대하여, 2개의 기준 저항(R2, R3)의 직렬 접속 회로가 병렬로 접속되어, 소위 브리지 회로를 형성하고 있다. 그리고, 이 브리지 회로에, 일정한 전류를 흘리기 위한 정전류원(30)이 접속되어 있다. 또, 상기 저항선(R1, R4)끼리의 접속점과 상기 기준 저항(R2, R3)끼리의 접속점을 입력측에 접속하여 차동 회로(32)가 형성되어 있고, 상기 양 접속점의 전위차를 구하고, 이 전위차를 유량 신호(S1)로서 출력하도록 되어 있다.
여기에서, 상기 저항선(R1, R4)은, 온도에 따라서 그 저항치가 변화하는 소재로 이루어져 있고, 가스의 흐름 방향의 상류측에 저항선(R1)이 권취되고, 하류측에 저항선(R4)이 권취되어 있다. 또한, 기준 저항(R2, R3)은 대략 일정한 온도로 유지되어 있는 것으로 한다.
이와 같이 구성된 질량 유량 제어 장치(2)에 있어서, 센서관(14)에 가스 유 체가 흐르지 않은 경우에는, 양 저항선(R1, R4)의 온도는 같게 되어 있기 때문에, 브리지 회로는 평형을 이루고 차동 회로(32)의 검출치인 전위차는, 예를 들면 제로이다.
여기에서, 센서관(14)에 가스 유체가 질량 유량(Q)으로 흐른다고 가정하면, 이 가스 유체는 상류측에 위치하는 저항선(R1)의 발열에 의해서 따뜻해지고 그 상태로 하류측의 저항선(R4)이 권취되어 있는 위치까지 흐르게 되고, 이 결과, 열의 이동이 생겨 저항선(R1, R4) 사이에 온도차, 즉 양 저항선(R1, R4) 사이의 저항치에 차가 생기고, 이 때 발생하는 전위차는 가스의 질량 유량에 대략 비례하게 된다. 따라서, 이 유량 신호(S1)에 소정의 게인(gain)을 승함으로써 그 때에 흐르고 있는 가스의 질량 유량을 구할 수 있다. 또, 이 검출된 가스의 질량 유량이, 유량 설정 신호(Sin; 실제는 전압치)로 나타내지는 질량 유량과 일치하도록, 예를 들면 PID 제어법에 의해 상기 유량 제어 밸브(20)의 밸브 개방도가 제어되게 된다.
그런데, 상기 유량 센서부(8)는, 복수의 가는 관으로 이루어지는 바이패스군(12)과, 바이패스군(12)으로부터 분기된 센서관(14)을 갖고, 바이패스군(12)과 센서관(14)의 분류비를 일정하게 하고, 센서관(14)에서 검출된 유량으로부터 전체의 유량을 측정하고 있기 때문에, 바이패스관의 수를 증감함으로써, 센서관과의 분류비를 변경하여, 소유량역부터 대유량역을 커버하는 유량 센서로서 구성된다. 따라서, 대유량용 유량 센서일수록 가는 관의 수가(예를 들면, 수백개) 증가하여, 대형화되는 동시에, 바이패스군을 제조하기 위한 비용이 증가하는 문제가 있다.
이것에 대하여, 특허문헌 1에는, 슬리브 내에 동심적으로 삽입되는 코어를 중심으로 평판, 파판(波板)을 권취하여 구성되어 슬리브 내에 고정되는 층류 엘리먼트가 제안되어, 저가이고 제조가 용이한 신뢰성이 높은 층류 바이패스로 되어 있다. 또한, 특허문헌 2에는, 표면에 복수의 리브를 돌출 설치한 제 1 대상체(帶狀體)와 평탄한 제 2 대상체를 통 형상으로 감아 형성시킨 층류 소자가 개시되어 있다.
[특허문헌 1] 일본 공개실용신안공보 제(평)3-17226호(제 1 페이지부터 제 3 페이지)
[특허문헌 2] 일본 공개특허공보 제(평)11-101673호(제 2 페이지부터 제 3 페이지, 도 4)
그러나, 특허문헌 1에 기재된 기술에 의하면, 센서 파이프 입구는 상류측에 층류화에 충분한 만큼의 조주(助走) 거리를 갖게 한 후에 설치할 필요가 있기 때문에, 소형화하는 것이 곤란한 동시에, 유량의 측정 가능한 범위(이하, 유량 범위라고 함)를 변경할 때는, 파판의 산 높이나 피치를 바꿀 필요가 있어, 유량 범위마다의 파판을 필요로 하기 때문에 비용이 높다는 문제가 있었다.
또한, 특허문헌 2에 기재된 기술에 있어서는, 층류 소자의 유량과 출력 신호의 직선성을 얻기 위해서 층류 소자의 길이를 크게 하는 것이 필요하게 되고, 따라서, 질량 유량 제어 장치가 대형화된다는 문제가 있었다.
본 발명은, 상기 사항에 유의하여 이루어진 것으로, 대유량용이어도 대형화하지 않고, 저가이고 콤팩트한 고성능 유량 센서 및 이것을 사용한 질량 유량 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
청구항 1에 관계되는 발명은, 유체를 바이패스 유로와, 브리지 회로의 일부를 형성하는 발열 저항선이 권취된 센서 유로에 소정의 분류비로 분기하여 흘리고, 상기 센서 유로에 상기 유체가 흐름으로써 생기는 열의 이동을 상기 브리지 회로의 불평형으로서 파악함으로써, 상기 유체의 전체의 유량을 센서 출력으로서 구하는 유량 센서에 있어서, 상기 바이패스 유로는, 대략 직선형의 일변과, 상기 일변과 접하는 곡선으로 형성되는 복수의 가는 유로로 구성되고, 상기 가는 유로의 등가 수력 직경(d)과, 상기 가는 유로의 길이(T)의 상용 대수의 비가 0.27 이하인 것을 특징으로 하는 유량 센서이다.
여기에서, 상기 곡선이 y=f(x), a 및 b에서 상기 일변과 접할 때, 곡선 길이(l)는 수학식 1로 나타낼 수 있다.
Figure 112009006573318-pat00001
즉, 상기 곡선과 상기 일변으로 둘러싸인 가는 유로의 주위 길이(L)는, 수학식 2로 나타낼 수 있다.
Figure 112009006573318-pat00002
또, 상기 곡선과 상기 일변으로 둘러싸인 가는 유로의 단면적(S)은, 수학식 3으로 나타낼 수 있다.
Figure 112009006573318-pat00003
그리고, 등가 수력 직경 d=4×S/L로 하고, 상기 가는 유로의 길이를 T로 하였을 때, 수학식 4를 만족하도록 구성한다.
Figure 112009006573318-pat00004
상기 구성에 의하면, 바이패스 유로가, 수학식 4를 만족하는 복수의 가는 유로가 구성되어 있는 경우, 바이패스 유로를 유동하는 유체의 정류 효과가 향상되어, 바이패스 유로 길이를 짧게 할 수 있다. 따라서, 콤팩트한 유량 센서를 구성할 수 있다. 또한, 이것을 사용한 질량 유량 제어 장치는, 대유량용이어도 대형화되지 않고, 저가이며 콤팩트하게 이룰 수 있다.
이 경우, 예를 들면 청구항 2에 규정하는 바와 같이, 평판과 파판을 권취하여 상기 가는 유로를 구성하고, 상기 파판은 대략 정현파형인 것이 바람직하다. 또, 본 발명은, 청구항 1 또는 2에 기재된 유량 센서를 구비하여 이루어지는 질량 유량 제어 장치이다.
본 발명의 유량 센서 및 이것을 사용한 질량 유량 제어 장치에 의하면, 다음과 같이 뛰어난 작용 효과를 발휘할 수 있다.
바이패스 유로가 수학식 4를 만족하는 복수의 가는 유로가 구성되어 있는 경우, 바이패스 유로를 유동하는 유체의 정류 효과가 향상되어, 바이패스 유로 길이를 짧게 할 수 있다. 따라서, 콤팩트한 유량 센서를 구성할 수 있다. 또, 이것을 사용한 질량 유량 제어 장치는 대유량용이어도 대형화되지 않고, 저가이며 콤팩트하게 이룰 수 있다.
이하에, 본 발명에 관계되는 유량 센서 및 이것을 사용한 질량 유량 제어 장 치의 일 실시예를 첨부 도면에 기초하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 관계되는 질량 유량 제어 장치의 일례를 도시하는 단면도이다. 또, 도 6 및 도 7에 있어서 도시한 구성 부분과 동일 구성 부분에 관해서는 동일 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.
도시하는 바와 같이, 이 질량 유량 제어 장치(40)는, 액체나 기체 등의 유체를 흘리는 유체 통로에 이음매부(41)를 통하여 접속되고, 이 질량 유량(이하, 단순히 「유량」이라고도 함)을 제어하도록 되어 있다. 또, 이 이음매부(41)의 일단에 접속되는 반도체 제조 장치 내는 예를 들면 진공 상태로 되어 있다. 구체적으로는, 이 질량 유량 제어 장치(40)는, 예를 들면 스테인레스강 등의 본체(40a)의 내부에 유로(6)를 갖고 있고, 유체 입구(6A)와 중간 유로(6B)의 사이에 유량 센서부(8)가, 중간 유로(6B)와 유체 출구(6C)의 사이에 유량 제어 밸브 기구(10)가 형성되어 있다.
상기 유량 센서부(8)는, 바이패스군(12A), 센서관(14), 센서 회로(16) 등을 갖고 있고, 여기에서 검출한 유량 신호(S1)를 질량 유량 제어 수단(18)을 향하여 출력하도록 되어 있다.
바이패스군(12A)은, 원통형의 바이패스 홀더(73)에 후술하는 파판(70)과 평판(71)을 권취하여 수납한 것으로, 이음매부(41)측으로부터 스프링(63)에 의해서 가압되어, 유로(6) 내에 형성된 단부(61)에 실링(62)을 개재하여, 바이패스 홀더(73)의 단부를 기밀(氣密)로 하여 고정되어 있다.
센서관(14)은, 본체(40a)의 유로(6)에 있어서, 바이패스군(12A)의 상류측 및 하류측에 형성된 분기 구멍(40b, 40c)에 접속된 예를 들면 내경 0.5mm 정도의 가는 관이다.
상기 유량 제어 밸브 기구(10)는, 유량 제어 밸브(20), 이것을 구동하는 액추에이터(26)를 갖고 있다.
유량 제어 밸브(20)는, 본체(40a)에 나사 결합되고 밸브구(24)를 갖는 밸브 시트(23)와, 밸브 시트(23)에 대향하는 밸브체(21)와의 사이의 밸브 개방도를 조정하도록 동작 가능하게 되어 있다.
액추에이터(26)는, 전자 코일(26a)과, 전자 코일(26a)에 의해서 상하동작 가능한 플랜저(26b)를 갖고, 플랜저(26b)의 하단은 플랫 스프링(27)을 개재하여 밸브체(21)에 접속되어 있다.
이 유량 제어 밸브 기구(10)는, 전자 코일(26a)이 여자(勵磁)되지 않은 상태에서는, 플랫 스프링(27)에 의해서, 밸브 시트(23)와 밸브체(21)는 이격되어 있는, 소위 노멀리 오픈(normally open)의 유량 제어 밸브이다.
그리고, 질량 유량 제어 수단(18)으로부터 직접 밸브 구동 전압(S2)이 전자 코일(26a)에 인가되고, 밸브 구동 전압(S2)에 의해서 전자 코일(26a)이 여자되어, 플랜저(26b)에는 하강 방향의 전자력이 생긴다. 플랫 스프링(27)은, 이 힘에 저항하는 탄성력을 갖고, 상기 전자력과 상기 탄성력이 균형을 이루는 위치에 밸브체(21)를 구동시켜, 밸브 개방도가 조정되어 있다.
그리고, 상기 질량 유량 제어 수단(18)은, 이것에 예를 들면 호스트 컴퓨터 등의 외부로부터 입력되는 유량 설정 신호(S0)로 나타내지는 유량과 상기 유량 신 호(S1)로 나타내지는 유량이 일치하도록 상기 유량 제어 밸브(20)의 밸브 개방도를 예를 들면 PID 제어법으로 제어할 수 있도록 되어 있다. 또, 도시예에서는, 상기 유량 제어 밸브 기구(10)는 상기 유량 센서부(8)의 하류측에 설정되어 있지만, 이것을 상기 유량 센서부(8)의 상류측에 위치시키도록 하여도 좋다.
또한, 액추에이터(26)는, 전자 코일(26a)에 의한 것에 한하지 않고, 상술한 적층 압전 소자에 의한 것이라도 좋은 것은 물론이다.
다음에, 바이패스군의 일 실시예를 첨부 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 도 2는 바이패스군의 정면도로, 도 2a가 본 발명에 관계되는 일 실시예의 정면도, 도 2b는 비교예의 정면도이다. 도 3은 도 2a의 부분 확대도를, 도 4는 실시예와 비교예의 비교 시험 장치의 모식도, 도 5는 실시예와 비교예의 유량과 유량 신호의 관계의 직선성을 비교하는 그래프를 도시하고 있다.
도 2a에 도시하는 바와 같이, 바이패스군(12A)은, 예를 들면 두께 0.03mm의 스테인레스제 박판을 피치 P=1.68mm, 높이 H=0.25mm의 대략 정현파 곡선으로 성형한 파판(70)과, 마찬가지로 스테인레스제의 평판(71)을 겹쳐 원주형의 코어(72)를 중심으로 권취하여, 내경이 φ15.4mm인 원통형의 바이패스 홀더(73)에 수납하고 있다. 그리고, 파판(70)과 평판(71)으로 둘러싸여 2500셀/인치2의 밀도로 형성된 공간이 가는 유로(74)를 이루어 축방향(도면의 지면 안쪽 방향)으로 연장되어 있다.
가는 유로(74)는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 파판(70)과 평판(71)이 접하는 근방 부분이 점근부(77; 漸近部)로 되어 있고, 가는 유로(74)의 유체가 유동하는 단면적과 비교하여, 유체에 접하는 면적[도 3에 도시하는 가는 유로(74)의 둘레 길이]이 커져 있다. 따라서, 가는 유로(74)의 벽면으로부터 유체가 받는 마찰 저항이 커지기 때문에, 층류화 효과를 받아, 바이패스군(12A)과 센서관(14)의 분류비가 안정화될 수 있다고 생각된다. 파판(70)은, 직사각형이나 삼각형상이 아니라, 평판(71)과 점근부(77)를 형성하는 듯한 형상이면, 정현파 곡선에 한하지 않고, 반원형을 연속적으로 연결한 파형이나, 2차원, 3차원 곡선의 일부를 연속적으로 연결한 파형으로 형성하여도 좋다.
이것에 대하여, 도 2b에 도시하는 바와 같이, 비교예에 있어서의 바이패스군(12C)은, 두께 0.03mm의 스테인레스제 박판을 피치 P=1.68mm, 높이 H=0.4mm의 대략 정현파 곡선으로 성형한 파판(70C)과 평판(C)에 둘러싸인 가는 유로(74C)가 정삼각형에 가까운 형상을 이루고 있고, 유체에 접하는 면적이 작고, 층류화 효과가 작은 것을 알수있다.
<실시예>
도 2a에 도시한 바이패스군(12A)과, 도 2b에 도시한 바이패스군(12C)을 각각 질량 유량 제어 장치(40)에 내장하고, 도 4에 도시하는 바와 같이, 압력 제어 밸브(80)와, 질량 유량 제어 장치(40)와, 사전에 검정된 질량 유량계(81)를 직렬로 배관하여, 상류측으로부터 일정 압력의 가스를 최대 유량 10SLM의 유량으로 공급하면서, 질량 유량 제어 장치(40)의 유량 제어에 있어서의 직선성을 비교하였다.
공급 가스는, 0.05MPa의 질소 가스를 사용하여, 질량 유량 제어 장치(40)로의 유량 설정 신호(SP)를 최대 유량(QFS; 풀스케일 유량)의 20%부터 100%까지 순차 적으로 변화시켰을 때의 질량 유량(QSP)을 질량 유량계(81)로 측정하였다.
도 5에 도시하는 실시예와 비교예의 유량과 유량 신호의 관계의 직선성을 비교하는 그래프는, 도 2a에 도시한 바이패스군(12A)과 도 2b에 도시한 바이패스군(12C)의 층류화의 효과를 나타낸 것이다.
여기에서, 가로축(SP)은 최대 유량(QFS; 풀스케일 유량)에 대한 비율이고, 세로축의 직선성은 측정된 질량 유량(QSP)을 다음의 수학식 5에 대입하여 구한 값이다.
Figure 112009006573318-pat00005
QSP : 측정된 질량 유량
QFS : 질량 유량 제어 장치의 최대 유량
SP : 최대 유량(QFS; 풀스케일 유량)에 대한 비율
그리고, 도 5a가 도 2b에 도시한 바이패스군(12C; 비교예)에 의한 실험 결과, 도 5b부터 도 5e가 도 2a에 도시한 바이패스군(12A; 실시예)에 의한 실험 결과이고, 대략 정현파 형상의 파판과 평판을 외경 φ15.4mm로 권취한 것으로, 표 1에 도시하는 형상의 것이다.
Figure 112009006573318-pat00006
도 5a와 도 5b를 비교하면, 도 5a가 SP=40% 부근에서 약 3.5%의 직선성을 나타내고 있는데 대하여, 도 5b에서는, SP가 20부터 100의 어떤 유량에 있어서나 직선성이 0.5%를 상회하지 않고 양호한 직선성을 나타내는 것을 알 수 있다.
또, 도 5c에 도시하는 바와 같이, 가는 유로의 길이(T)를 16mm로 형성하여도 층류화 효과에 거의 영향을 주지 않고, 양호한 직선성을 나타내는 것을 알 수 있다.
또한, 도 5d에 도시하는 바와 같이, 실시예 3에서도 양호한 직선성을 나타내고 있다. 도 5d에 도시하는 실시예 4에 있어서, SP=40% 부근에서 2% 정도의 직선성을 나타내었다. 그러나, 유량 센서로서의 실용상의 정밀도에는, 거의 영향을 주지 않는다.
여기에서, 수학식 1로부터 수학식 4로 돌아가 고찰한다.
실시예, 비교예 모두, 정현파 형상의 파판을 사용하고 있으므로, 표 1에 나타낸 형상으로부터 수학식 1로부터 수학식 4에 대입하여 d/log(T)를 계산하면 표 2와 같이 된다.
Figure 112009006573318-pat00007
따라서, d/log(T)가 0.27 이하이면, 바이패스 유로 길이가 짧고, 콤팩트한 유량 센서를 구성할 수 있는 것을 알 수 있다. 이것은, 가는 유로(74)의 벽면으로부터 유체가 받는 마찰 저항이 커지고, 층류화 효과를 받아, 바이패스군(12A)과 센서관(14)의 분류비를 안정화할 수 있다고 생각된다.
또, 가스 압력을 0.1MPa부터 0.3MPa, 가스종을 He, SF6로 하여 비교 시험을 하였지만, 바이패스군(12C)과 비교하여 바이패스군(12A)의 층류 효과가 마찬가지로 현저한 것이 확인되었다. 그리고, 바이패스군(12A)을 사용한 유량 센서를 내장하여, 최대 유량 39SLM의 질량 유량 제어 장치를 콤팩트하게 제공하는 것이 가능해졌다.
또, 유량 센서에 더욱 고정밀도를 요구하는 경우에는, 바람직하게는 d/log(T)가 0.24 이하이다. 단, d/log(T)가 작아질수록, 유체의 압력 손실이 커지기 때문에, 그 하한은, 0.15 정도에 머무르게 하면 좋다.
또한, 제조상 어려움이 있는 점이나 압력 손실의 과제는 남지만, 중실선(中實線)을 복수 묶어, 바이패스 홀더에 수납하고, 중실선끼리의 빈틈에서 가는 유로를 구축하면, 가는 유로 길이가 더욱 짧은 콤팩트한 바이패스군이 가능해진다고 생각된다.
도 1은 본 발명에 관계되는 질량 유량 제어 장치의 일례를 도시하는 단면도.
도 2는 바이패스군의 정면도로서, 도 2a가 본 발명에 관계되는 일 실시예의 정면도, 도 2b는 비교예의 정면도.
도 3은 도 2a의 부분 확대도.
도 4는 실시예와 비교예의 비교 시험 장치의 모식도.
도 5는 실시예와 비교예의 유량과 유량 신호의 관계의 직선성을 비교하는 그래프.
도 6은 가스 배관에 설치된 종래의 질량 유량 제어 장치의 일례를 도시하는 개략 구성도.
도 7은 질량 유량 제어 장치의 유량 센서부의 회로도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
2 : 질량 유량 제어 장치 4 : 가스관(유체 통로)
6 : 유로 6A : 유체 입구
6B : 유체 출구 8 : 유량 센서부
10 : 유량 제어 밸브 기구 12, 12A, 12C : 바이패스군
14 : 센서관 16 : 센서 회로
18 : 질량 유량 제어 수단 20 : 유량 제어 밸브
21 : 밸브체 22 : 다이어프램
23 : 밸브 시트 24 : 밸브구
26 : 액추에이터 26a : 전자 코일
26b : 플랜저 27 : 플랫 스프링
28 : 밸브 구동 회로 30 : 정류 전원
32 : 차동 회로 40 : 질량 유량 제어 장치
40a : 본체 40b, 40c : 분기 구멍
41 : 이음매부 61 : 단부
62 : 실링 70, 70C : 파판
71, 71C : 평판 72 : 코어
73 : 바이패스 홀더 74, 74C : 가는 유로
77 : 점근부 80 : 압력 제어 밸브
81 : 질량 유량계 S0 : 유량 설정 신호
S1 : 유량 신호 S2 : 밸브 구동 전압
S3 : 탱크 밸브 개폐 신호 S4 : 압력 신호
S10 : 교정 신호

Claims (3)

  1. 유체를 바이패스 유로와, 브리지 회로의 일부를 형성하는 발열 저항선이 권취된 센서 유로에 소정의 분류비로 분기하여 흘리고, 상기 센서 유로에 상기 유체가 흐름으로써 생기는 열의 이동을 상기 브리지 회로의 불평형으로서 파악함으로써, 상기 유체의 전체의 유량을 센서 출력으로서 구하는 유량 센서에 있어서,
    상기 바이패스 유로는, 한변과, 상기 한변과 접하는 곡선으로 형성되는 복수의 가는 유로로 구성되고, 상기 가는 유로의 등가 수력 직경(d)과, 상기 가는 유로의 길이(T)의 상용 대수의 비가 0.27 이하인 것을 특징으로 하는 유량 센서.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 바이패스 유로는, 평판과 파판(波板)을 권취하여 상기 가는 유로를 구성하고, 상기 파판은 정현파형인 것을 특징으로 하는 유량 센서.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 유량 센서를 사용한 질량 유량 제어 장치.
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