KR20160048720A - 유체 분석 장치, 열식 유량계, 매스 플로우 컨트롤러, 유체 성질 특정 장치, 및 유체 분석 장치용 프로그램을 기억한 유체 분석 장치용 프로그램 기억 매체 - Google Patents

유체 분석 장치, 열식 유량계, 매스 플로우 컨트롤러, 유체 성질 특정 장치, 및 유체 분석 장치용 프로그램을 기억한 유체 분석 장치용 프로그램 기억 매체 Download PDF

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Abstract

측정 대상인 유체의 유량이 변화했을 때의 상류측 전압의 변화율에 관련된 값인 상류측 파라미터와, 상기 측정 대상인 유체의 유량이 변화했을 때의 하류측 전압의 변화율에 관련된 값인 하류측 파라미터에 근거하여 유체의 열전도율에 따른 고유한 값을 나타내는 유체 고유값을 산출하도록 구성했다.

Description

유체 분석 장치, 열식 유량계, 매스 플로우 컨트롤러, 유체 성질 특정 장치, 및 유체 분석 장치용 프로그램{FLUID ANALYSIS DEVICE, THERMAL FLOWMETER, MASS FLOW CONTROLLER, FLUID PROPERTY SPECIFICATION DEVICE, AND PROGRAM FOR FLUID ANALYSIS DEVICE}
본 발명은, 측정 대상인 유체가 흐르는 유로에 2개의 전기저항 소자를 마련하고, 그들의 전기저항 소자에 열을 가하기 위해서 인가되는 전압에 근거하여 상기 측정 대상인 유체의 유량이나 종류, 물성 등에 대해 분석하는 유체 분석 장치에 관한 것이다.
예를 들면 반도체 프로세스에 사용되고 있는 가스에는, 부식성 가스(BCl2, Cl2, HCl, ClF3 등)나 반응성 가스(SiH4, B2H6 등)가 다수 존재하고, 이들과 같은 가스의 유량을 측정하는 경우, 가스에 대해서 직접 센서 단자 등을 접촉시킬 필요가 없고, 간접적인 유량 측정이 가능한 열식(熱式) 유량계가 이용되는 것이 있다.
상기 열식 유량계는, 가스가 흐르고 있는 메인 유로 내에 배치된 유체 저항과, 상기 층류 소자의 상류측과 하류측을 바이패스하고, 메인 유로에 대해서 소정의 비율의 유량의 가스가 흐르는 센서 유로를 형성하는 세관(細管)과, 해당 세관의 외표면에서, 상류측과 하류측에 마련된 2개의 전기저항 소자를 구비한 것이다. 게다가, 이들 상류측 전기저항 소자와 하류측 전기저항 소자에 대해서는 각각의 온도가 일정하게 되거나, 혹은, 각각에 흐르는 전류가 일정하게 되도록 인가 전압이 제어된다. 그리고, 이들과 같은 정온도(定溫度) 제어 혹은 정전류(定電流) 제어에 의해 인가되는 전압에 근거하여 센서 출력 연산값이 산출되어, 해당 센서 출력 연산값과, 상기 센서 출력 연산값과 유량과의 관계를 나타내는 유량 검량선(檢量線) 데이터에 근거하여 센서 출력 연산값에 대응하는 유량이 출력된다.
그런데, 상기 유량 검량선 데이터는, 공장 출하시에서 사용되는 가스의 종류가 정해져 있지 않은 경우에는, 전술한 부식성 가스나 반응성 가스가 아니라 불활성 가스(N2 등)를 유로에 흘려, 이 불활성 가스의 실유량과 상기 센서 출력 연산값에 근거하여 교정되고 있다. 따라서, 불활성 가스에 의해 교정된 유량 검량선 데이터를 기억하고 있는 열식 유량계에 의해서 어떤 보정도 행하지 않고 부식성 가스나 반응성 가스의 유량을 측정하면 실유량이 올바르게 출력되지 않는다. 이 때문에, 교정에 이용된 가스와는 다른 종류의 가스의 유량을 측정하는 경우에는, 각 센서 출력 연산값에서의 교정에 사용한 가스의 유량과, 현재 흐르고 있는 가스의 유량의 비(比)인 컨버전 팩터(conversion factor)를 이용하여 출력되는 유량은 보정된다.
이 컨버전 팩터는, 유량에 대해서 고정값이 아니라, 유량이 증가함에 따라서, 가스종(種)마다 정해지는 증가율로 변화하는 것이 알려져 있다. 예를 들면, 특허 문헌 1에서는 컨버전 팩터를 유량의 3차 함수로서 근사(近似)시켜, 가스종마다 이 컨버전 팩터의 유량 함수를 미리 기억하고 있다. 그리고, 교정에 사용한 유량 검량선 데이터와, 각 가스종의 컨버전 팩터의 유량 함수에 근거하여, 각 가스종의 유량 검량선 데이터를 산출하며, 어떤 가스종에 대해서도 적정한 유량이 출력되도록 구성되어 있다.
그렇지만, 특허 문헌 1의 열식 유량계의 구성에서, 각 가스종에 대해 유량 검량선 데이터를 산출할 수 있도록 하려면, 미리 각 가스종의 컨버전 팩터의 유량 함수를 실험에 의해 확인해 둘 필요가 있다. 반도체 제조 프로세스에서 사용되는 가스종은 상당히 많이 존재하기 때문에, 사용할 가능성이 있는 가스종 모두에 대해 컨버전 팩터의 유량 함수를 확인하기에는 상당히 시간이 걸려 버린다.
또, 종래의 특허 문헌 1에 기재되어 있는 열식 유량계는, 유로에 흐르고 있는 가스종을 자동으로 판별할 수 없으므로, 유로에 흘리는 가스종이 변경될 때마다 유저는 대응하는 가스종의 컨버전 팩터의 유량 함수가 사용되도록 설정을 수동으로 변경할 필요가 있다. 반도체 제조 프로세스에서는, 복수의 유로 상에 각각 열식 유량계가 마련되고, 각 유로에 흐르는 가스종이 다른 경우도 있으며, 각 열식 유량계에 대해 상술한 바와 같은 설정 변경을 유저가 행하는 것은 매우 번잡하다. 이 때문에, 가스종마다 유량 검량선 데이터를 보정할 수 있도록 열식 유량계가 구성되어 있었다고 해도 실제의 사용 환경에서 운용하는 것은 어렵다.
특허 문헌 1 : 일본특허공표 제2005－527819호 공보
본 발명은 상술한 바와 같은 열식 유량계에 관한 문제를 감안하여 이루어진 것으로서, 특히 열식 유량계의 구성만을 이용하여 유로에 흐르고 있는 유체종을 특정할 수 있거나, 혹은, 컨버전 팩터나 유량 검량선 데이터와 같은 유체종에 고유의 파라미터를 자동적으로 산출할 수 있도록 하고, 나아가서는 유체종에 따라 자동적으로 각종 설정이 변경되어 가스종에 상관없이 높은 유량 정밀도로 유량을 출력할 수 있는 열식 유량계를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또, 상기 과제를 검토하는 과정에서 본원 발명자들이 처음으로 찾아낸 유체종과 각 전기저항 소자에 인가되는 전압으로부터 산출되는 유체 고유값과의 관계성에 근거하여, 유량 뿐만 아니라, 유체종이나 유체의 물성을 특정하는 것이 가능한 유체 분석 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
즉, 본 발명의 유체 분석 장치는, 측정 대상인 유체가 흐르는 유로와, 상기 유로의 상류측에 마련된 상류측 전기저항 소자와, 상기 유로의 하류측에 마련된 하류측 전기저항 소자와, 상기 측정 대상인 유체의 유량이 변화했을 때의 상기 상류측 전기저항 소자를 발열시키기 위해서 인가되는 전압인 상류측 전압의 변화율에 관련된 값인 상류측 파라미터와, 상기 측정 대상인 유체의 유량이 변화했을 때의 상기 하류측 전기저항 소자를 발열시키기 위해서 인가되는 전압인 하류측 전압의 변화율에 관련된 값인 하류측 파라미터에 근거하여 유체의 열전도율에 따른 고유의 값을 나타내는 유체 고유값을 산출하는 유체 고유값 산출부를 구비한 것을 특징으로 한다.
여기서,「상기 측정 대상인 유체의 유량이 변화했을 때의 상기 상류측 전기저항 소자를 발열시키기 위해서 인가되는 전압인 상류측 전압의 변화율에 관련된 값인 상류측 파라미터」,「상기 측정 대상인 유체의 유량이 변화했을 때의 상기 하류측 전기저항 소자를 발열시키기 위해서 인가되는 전압인 하류측 전압의 변화율에 관련된 값인 하류측 파라미터」란, 상류측 전압, 하류측 전압의 유량에 대한 변화율인 기울기나, 해당 기울기에 대응하는 탄젠트나, 어느 유량만 변화시킨 경우의 상류측 전압 및 하류측 전압의 변화량, 유체가 흐르고 있는 상태에서의 인가되고 있는 전압과 유체가 흐르고 있지 않은 상태에서 인가되고 있는 전압과의 차분(差分) 등의 개념을 적어도 포함하는 것이다. 또,「유체의 종류」란, 유체 분자의 조성이 단일종인 경우 뿐만 아니라, 복수의 종류의 분자가 혼합되어 있는 유체도 1종으로 구별하는 개념이다.
또, 상술한 본 발명은, 본원 발명자들이 예의(銳意) 검토한 결과, 상기 구성의 유체 분석 장치에서 인가되는 상류측 전압 및 하류측 전압으로부터 산출되는 상류측 파라미터 및 하류측 파라미터로부터 산출되는 값인 유체 고유값은, 유체의 열전도율마다 고유의 값을 취하는 것을 처음으로 발견했던 것에 기초하여 이루어진 것이다.
즉, 본원 발명자들이 찾아낸 상류측 파라미터 및 하류측 파라미터에 근거하여 산출되는 유체 고유값을 이용하면, 측정 데이터로부터 유로를 흐르고 있는 상기 측정 대상인 유체의 열전도율을 특정할 수 있다.
따라서, 예를 들면, 유체 분석 장치가, 상기 측정 대상인 유체의 유량을 측정하는 열식 유량계이면, 상기 상류측 전압, 상기 하류측 전압, 및 상기 유체 고유값에 근거하여 상기 측정 대상인 유체의 유량을 산출하는 경우에는, 상기 유체 고유값에 근거하여, 유체의 열전도율에 따라 유량 검량선 데이터를 자동적으로 변경하거나, 혹은, 유체의 열전도율에 따른 컨버전 팩터에 자동적으로 변경하는 것이 열식 유량계 단체(單體)로 가능해진다. 이것으로부터 상기 측정 대상인 유체의 종류가 적절히 변경되는 용도라도, 본 발명의 열식 유량계라면 유저의 수고를 끼치지 않고, 유량 산출을 위한 설정이 적절한 것으로 자동적으로 변경되어, 항상 높은 유량 정밀도로 유량을 산출시키는 것이 가능해진다.
게다가, 상기 유체 고유값은 유체의 열전도율에 1대1로 대응하므로, 상기 유체 고유값을 산출하는 것은, 유체의 열전도율을 산출하는 것과 대략 동의(同義)라고도 말할 수 있다. 따라서, 컨버전 팩터의 유량에 대한 변화율은, 열전도율의 역수(逆數)인 열저항률에 의존하고 있는 것을 이용하면, 유체에 대해 어느 유량에서의 1개의 컨버전 팩터를 알고 있는 경우에는 상기 유체 고유값으로부터 모든 유량역(流量域)에서의 컨버전 팩터에 관한 유량 함수를 추정, 산출하는 것이 가능해진다. 따라서, 종래와 같이 사용할 가능성이 있는 모든 유체의 종류에 대해서, 설정 유량역 전체에 대해 실측에 의해 유량 검량선 데이터나 컨버전 팩터를 미리 확인하고, 준비해 두지 않아도 높은 유량 정밀도로 유량을 산출할 수 있다.
또, 유체 분석 장치가, 측정 대상인 유체의 물성이나 성질 등을 특정하는 유체 성질 특정 장치로서 구성되어 있는 경우에는, 상기 유체 고유값 산출부에서 산출되는 유체 고유값에 근거하여, 유체의 종류의 명칭이나, 열전도율 등의 물성을 특정할 수 있다.
열식 유량계로서, 유체의 종류에 의하지 않고 정확한 유량을 산출할 수 있도록 하려면, 상기 상류측 전압, 상기 하류측 전압, 및 상기 유체 고유값 산출부에서 산출된 상기 유체 고유값에 근거하여 상기 측정 대상인 유체의 유량을 산출하는 유량 산출부를 구비한 것을 특징으로 하는 열식 유량계이면 좋다.
상기 유체 고유값과, 상기 측정 대상인 유체의 열전도율이나 열저항률과의 사이의 관계를 단순한 일차식으로 표현되도록 하여, 어떠한 측정 대상인 유체라도 적절한 유량 검량선 데이터나 컨버전 팩터를 단순한 연산으로 정밀도 좋게 산출되도록 하여, 유량 정밀도를 높일 수 있도록 하려면, 상기 상류측 전압이, 상기 상류측 전기저항 소자의 온도가 일정하게 되도록 인가되어 있고, 상기 하류측 전압이, 상기 하류측 전기저항 소자의 온도가 일정하게 되도록 인가되어 있으며, 상기 유체 고유값이, 상기 상류측 파라미터 및 상기 하류측 파라미터의 비(比)이면 된다.
예를 들면 1종류의 불활성 가스를 기준 가스로서 유량 검량선 데이터를 미리 확인해 두고, 그 불활성 가스 이외의 유량 검량선 데이터에 대해서는 확인하고 있지 않아도, 불활성 가스 이외의 유체에 대해 높은 유량 정밀도로 유량이 출력되도록 하려면, 상기 유량 산출부가, 상기 유체 고유값 산출부와, 상기 상류측 전압 및 상기 하류측 전압과, 소정의 센서 출력 연산값 산출식에 근거하여 센서 출력 연산값을 산출하는 센서 출력 연산값 산출부와, 1개의 기준 유체에 대해서, 상기 센서 출력 연산값과, 유량과의 관계를 나타내는 유량 검량선 데이터를 기억하는 유량 검량선 데이터 기억부와, 상기 유체 고유값에 근거하여, 상기 측정 대상인 유체의 컨버전 팩터를 산출하는 CF 산출부와, 상기 기준 유체의 유량 검량선 데이터 및 상기 측정 대상인 유체의 컨버전 팩터에 근거하여, 상기 센서 출력 연산값 산출부에서 산출된 센서 출력 연산값을 상기 측정 대상인 유체의 유량으로 환산하는 유량 환산부로 구성되어 있으면 좋다.
이와 같은 것이면, 미리 확인해 둘 유량 검량선 데이터가 1종류 밖에 없으므로 그 확인을 위한 실험에 그만큼 시간을 들이지 않아도 된다. 또, 상기 측정 대상인 유체의 어느 유량에서의 컨버전 팩터가 기지(旣知)이면, 상기 유체 고유값으로부터 각 유량역에서의 컨버전 팩터를 산출할 수 있으므로, 측정 대상인 유체의 종류가 변환된 경우에도 컨버전 팩터에 의해서 기준 유체의 유량 검량선 데이터를 자동적으로 보정하여, 항상 높은 유량 정밀도로 측정 대상인 유체의 유량을 출력할 수 있다.
컨버전 팩터의 유량에 대한 변화 비율이, 열전도율의 역수인 열저항률에 의존하고 있는 것을 이용하여, 측정 대상인 유체의 컨버전 팩터의 유량 함수를 정밀도 좋게 산출할 수 있도록 하려면, 상기 CF 산출부가, 상기 유체 고유값에 근거하여, 상기 측정 대상인 유체의 유량에 대한 컨버전 팩터의 변화 비율인 CF 변화 비율을 산출하고, 상기 CF 변화 비율을 기울기로 하는 유량의 일차식으로부터 상기 측정 대상인 유체의 각 유량에 대한 상기 컨버전 팩터를 산출하도록 구성되어 있으면 좋다.
예를 들면 열식 유량계나 매스 플로우 컨트롤러가 구비하는 연산 장치에서의 연산 부하를 저감하면서, 측정 대상인 유체의 종류가 변경된 경우에는, 자동적으로 측정 대상인 유체의 종류에 대응하는 유량 검량선 데이터가 사용되어 높은 유량 정밀도가 실현되도록 하려면, 상기 유량 산출부가, 상기 유체 고유값 산출부와, 상기 상류측 전압 및 상기 하류측 전압과, 소정의 센서 출력 연산값 산출식에 근거하여 센서 출력 연산값을 산출하는 센서 출력 연산값 산출부와, 상기 센서 출력 연산값과, 유량과의 관계를 나타내는 유량 검량선 데이터를 복수의 유체의 열전도율마다 기억하는 유량 검량선 데이터 기억부와, 상기 유체 고유값 산출부에서 산출된 유체 고유값에 대응하는 종류의 유체의 유량 검량선 데이터를 상기 유량 검량선 기억부로부터 취득하는 유량 검량선 데이터 취득부와, 상기 유량 검량선 취득부에서 취득된 유량 검량선 데이터와, 상기 센서 출력 연산값 산출부에서 산출된 센서 출력 연산값에 근거하여 상기 유체의 유량을 산출하는 유량 환산부를 구비하는 것이면 좋다.
이와 같은 것이면, 유체 고유값만을 연산하면 되므로, 연산 부하를 내리면서 적절한 유량 검량선 데이터를 사용할 수 있다.
상기 측정 대상인 유체가 복수 종류의 분자로 구성되어 있는 유체인 경우에도, 그 유체 중에서의 각 분자의 혼합 비율을 파악하고, 유체 전체로서 적절한 컨버전 팩터나 유량 검량선 데이터, 각 분자의 유체의 농도를 파악할 수 있도록 하려면, 상기 측정 대상인 유체가, 제1 유체와 제2 유체가 소정의 혼합 비율로 혼합된 유체이며, 상기 제1 유체와 제2 유체의 혼합 비율과, 상기 측정 대상인 유체의 유체 고유값과의 관계를 나타내는 혼합 비율 검량선 데이터를 기억하는 혼합 비율 검량선 데이터 기억부와, 상기 유량 산출부에서 산출되는 상기 측정 대상인 유체의 유체 고유값과, 상기 혼합 비율 검량선 데이터로부터 상기 혼합 비율을 산출하는 혼합 비율 산출부를 더 구비한 것이면 좋다.
상기 측정 대상인 유체가 복수 종류의 분자가 혼합된 유체인 경우에도, 예를 들면 각 분자만으로 구성된 유체의 기지의 컨버전 팩터로부터 혼합된 상태의 유체의 컨버전 팩터를 산출할 수 있도록 하려면, 상기 혼합 비율 산출부에서 산출된 혼합 비율에 근거하여, 상기 측정 대상인 유체의 컨버전 팩터를 산출하는 혼합 유체 CF 산출부를 더 구비한 것이면 좋다.
상기 측정 대상인 유체의 유량을 제어하는 경우, 유량이 정확하게 파악될 뿐만 아니라, 측정 대상인 유체의 점성 등에 따른 제어 계수에 의해 유량 제어가 행해진 쪽이 보다 유량 제어 정밀도를 높일 수 있다. 이러한 유량 제어를 가능하게 하려면, 상기 측정 대상인 유체의 유량을 제어하기 위한 밸브와, 상기 열식 유량계에서 측정되는 측정 유량값 및 미리 정해지는 설정 유량값의 편차와, 제어 계수에 근거하여 상기 밸브의 개도를 제어하는 밸브 제어부를 구비한 매스 플로우 컨트롤러로서, 상기 밸브 제어부가 상기 유량 산출부에서 산출되는 상기 유체 고유값에 따라 상기 제어 계수를 변경하도록 구성되어 있는 매스 플로우 컨트롤러이면 좋다. 이러한 구성이면, 유체 고유값은 유체의 열전도율과 1대1로 대응하고 있으므로, 유체의 종류에 따른 제어 계수로 자동적으로 변경할 수 있다.
본원 발명자들이 찾아낸 상류측 파라미터와 하류측 파라미터로부터 산출되는 유체 고유값이, 유체의 물성이나 종류와의 사이에 소정의 관계가 있는 것을 이용하여, 유체 자체에 대해 물성 등에 대해 분석할 수 있도록 하려면, 유체 분석 장치가, 상기 측정 대상인 유체의 종류 또는 물성에 대해 특정하는 유체 성질 특정 장치이며, 상기 유체 고유값 산출부에서 산출되는 상기 유체 고유값에 근거하여 상기 측정 대상인 유체의 종류 또는 물성을 특정하는 특정부로서 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 유체 성질 특정 장치이면 좋다.
기존의 상류측 전기저항 소자 및 하류측 전기저항 소자에 인가되는 상류측 전압 및 하류측 전압에 근거하여 유체의 분석을 행할 수 있도록 하려면, 측정 대상인 유체가 흐르는 유로와, 상기 유로의 상류측에 마련된 상류측 전기저항 소자와, 상기 유로의 하류측에 마련된 하류측 전기저항 소자를 구비한 유체 분석 장치에 이용되는 유체 분석 장치용 프로그램으로서, 상기 측정 대상인 유체의 유량이 변화했을 때의 상기 상류측 전기저항 소자를 발열시키기 위해서 인가되는 전압인 상류측 전압의 변화율에 관련된 값인 상류측 파라미터와, 상기 측정 대상인 유체의 유량이 변화했을 때의 상기 하류측 전기저항 소자를 발열시키기 위해서 인가되는 전압인 하류측 전압의 변화율에 관련된 값인 하류측 파라미터에 근거하여 유체의 열전도율에 따른 고유의 값을 나타내는 유체 고유값을 산출하는 유체 고유값 산출부로서의 기능을 컴퓨터에 발휘시키는 유체 분석 장치용 프로그램을 기존의 유체 분석 장치의 연산 기구에 인스톨하면 좋다.
상기의 유체 분석 장치용 프로그램은, 기존의 열식 유량계에 대해서 이용함으로써 측정 대상인 유체의 종류가 변경된 경우에도 자동적으로 적절한 컨버전 팩터나 유량 검량선 데이터로 변경되어, 항상 높은 정밀도로 유량을 출력할 수 있는 기능을 부가할 수 있다. 또, 상기의 유체 분석 프로그램을 기존의 유체 성질 특정 장치에 대해서 이용하면, 상기 유체 고유값에 의한 측정 대상의 종류의 특정이나 물성의 분석을 하기 위한 기능을 부가할 수 있다.
또, 프로그램에 대해서는 인터넷 등을 통한 배포 뿐만 아니라, 예를 들면 CD－R이나 DVD, 플래시 메모리 등의 기록 매체에 기록한 각 프로그램을 기록해 두고, 이들의 기록 매체를 이용하여 인스톨을 행하도록 해도 괜찮다.
이와 같이 본 발명의 유체 분석 장치를 예를 들면 열식 유량계로서 구성한 경우에는, 상류측 파라미터 및 하류측 파라미터로부터 산출되는 유체 고유값에 근거하여, 측정 대상인 유체의 종류나 열전도율 등의 물성을 특정하고, 측정 대상인 유체에 따른 컨버전 팩터나 유량 검량선 데이터를 자동적으로 설정하는 것이 가능해진다. 따라서, 측정 대상인 유체의 종류가 변경되는 용도라도 유저가 특별한 조작을 하지 않고, 항상 높은 유량 정밀도로 유량을 측정하는 것이 가능해진다.
또, 본원 발명자들에 의해서 처음으로 찾아내어진 유체 고유값과, 유체의 종류나 물성과의 관계성을 이용하여, 지금까지는 없는 분석 원리에 의한 유체 분석 장치를 제공하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 열식 유량계를 나타내는 모식도.
도 2는 제1 실시 형태의 열식 유량계의 기능 구성을 나타내는 기능 블록도.
도 3은 제1 실시 형태에서의 상류측 파라미터 및 하류측 파라미터의 정의를 나타내는 모식적 그래프.
도 4는 유체의 열전도율마다 유체 고유값의 값이 다른 요인에 대해 나타내는 모식도.
도 5는 컨버전 팩터의 유량에 대한 오차의 경향과, 유체 고유값과 CF 변화 비율과의 관계를 나타내는 모식적 그래프.
도 6은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 열식 유량계 및 매스 플로우 컨트롤러를 나타내는 모식도.
도 7은 유체 고유값과 혼합 비율의 관계와, 혼합 비율과 혼합 가스의 컨버전 팩터의 관계를 나타내는 모식도.
도 8은 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 열식 유량계를 나타내는 기능 블록도.
도 9는 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 유체 분석기를 나타내는 모식도.
본 발명의 제1 실시 형태에 대해 도면을 참조하면서 설명한다. 또, 본 명세서에서 유체 분석 장치란, 유체의 운동 상태 등의 상태에 관한 양이나, 물성에 관련되는 양 등에 대해 분석하는 것이며, 유량을 측정하는 유량계나, 유체의 종류나 물성에 대해 특정하는 유체 성질 특정 장치를 적어도 포함하는 개념의 것이다. 또, 후술하는 유체 분석부는, 유체의 유량을 측정하는 경우에는 유량 산출부로서 구성하고 있다. 또, 상기 유체 분석부는, 유체의 종류나 물성을 특정하는 경우에는 특정부로서 구성된다.
제1 실시 형태의 열식 유량계(100)는, 예를 들면 반도체 제조 프로세스에 이용되는 가스의 유량을 비접촉으로 측정하기 위해서 이용되는 것이다. 여기서, 이용되는 가스로서는 부식성 가스(BCl2, Cl2, HCl, ClF3 등)나 반응성 가스(SiH4, B2H6 등) 등 여러가지 종류의 가스가 있으며, 이 열식 유량계(100)는 불활성 가스인 He를 흘린 경우의 유량에 근거하여 교정하고 있다.
그리고, 이 열식 유량계(100)는 유로를 흐르는 가스의 종류에 따라 적절한 컨버전 팩터(CF)를 자동적으로 선택하고, 가스의 종류에 의하지 않고 항상 정확한 유량이 출력되도록 구성되어 있다. 또, 유로를 흐르는 가스는 목적에 따라 그 종류가 변환되지만, 제1 실시 형태에서는 단일 종류의 가스가 흐르도록 하고 있다.
보다 구체적으로는, 상기 열식 유량계(100)는 도 1의 모식도에 나타내는 바와 같이 유체인 가스가 흐르는 메인 유로(MC)와, 상기 메인 유로(MC)로부터 분기 하는 세관(細管) 내에 상기 메인 유로(MC)로부터 분류(分流)된 가스가 흐르는 센서 유로(SC)와, 상기 센서 유로(SC)를 흐르는 가스에 근거하여 유량을 측정하기 위한 유량 측정 기구(FM)와, 상기 메인 유로(MC)에서의 상기 분기 유로의 분기점과 합류점의 사이에 마련되고, 복수의 내부 유로를 가지는 유체 저항으로서의 층류 소자(FR)를 구비한 것이다. 또, 상기 층류 소자(FR)는 메인 유로(MC) 및 센서 유로(SC)의 분류비(分流比)가 소정의 설계값이 되도록 구성되어 있고, 예를 들면, 복수의 세관을 외관(外管)에 삽입하여 형성한 것이나, 다수의 관통공을 가진 얇은 평판을 복수매 적층하여 형성한 것을 이용할 수 있다.
상기 센서 유로(SC)는, 개략 U자 모양의 중공(中空) 세관에 의해 형성하고 있고, 해당 세관은 스테인리스 등의 금속제의 것이다. 이 세관의 U자의 저부에 상당하는 직선 모양 부분에 상기 유량 측정 기구(FM)가 구비하는 2개의 전기저항 소자가 감긴다.
상기 유량 측정 기구(FM)는, 센서 유로(SC)에 흐르는 가스의 유량에 따른 대응하는 센서부(SP)와, 상기 센서부(SP)로부터의 출력에 근거하여 메인 유로(MC)를 흐르는 가스의 질량 유량을 산출하는 유량 산출부(2)로 구성하고 있다.
상기 센서부(SP)는, 센서 유로(SC)의 상류측에서 세관의 외표면에 감겨진 코일인 상류측 전기저항 소자(Ru)와, 센서 유로(SC)의 하류측에서 세관의 외표면에 감겨진 코일인 하류측 전기저항 소자(Rd)를 구비하고 있다. 이들 상류측 전기저항 소자(Ru), 하류측 전기저항 소자(Rd)는, 온도의 변화에 따라 전기 저항값이 증감하는 발열 저항선으로 형성하고 있고, 가열 수단과 온도 검출 수단을 1개의 부재로 겸하는 것이 가능하도록 하고 있다.
게다가 이 센서부(SP)는, 정온도(定溫度) 방식의 것이며, 상기 상류측 전기저항 소자(Ru)를 일부(一部)로 하는 브릿지(bridge) 회로에 의해서 상류측 정온도 제어 회로(1u)를 구성하고 있음과 아울러, 상기 하류측 전기저항 소자(Rd)를 일부로 하는 브릿지 회로에 의해서 하류측 정온도 제어 회로(1d)를 구성하고 있다.
상기 상류측 정온도 제어 회로(1u)는, 상기 상류측 전기저항 소자(Ru) 및 해당 상류측 전기저항 소자(Ru)에 대해서 직렬로 접속된 온도 설정용 저항(R1)으로 이루어지는 직렬 저항군과, 2개의 고정 저항(R2, R3)을 직렬로 접속한 직렬 저항군을 병렬로 접속하여 이루어지는 상류측 브릿지 회로와, 상기 상류측 전기저항 소자(Ru)와 온도 설정용 저항(R1)의 접속점의 전위 및 2개의 고정 저항의 접속점의 전위의 차(差)(Vu)를 상류측 브릿지 회로에 피드백하고, 상류측 브릿지 회로의 평형을 유지하도록 하는 연산 증폭기로 이루어지는 귀환(歸還) 제어 회로로 이루어진다.
상기 하류측 정온도 제어 회로(1d)도 상류측 정온도 제어 회로(1u)와 마찬가지로, 상기 하류측 전기저항 소자(Rd) 및 해당 하류측 전기저항 소자(Rd)에 대해서 직렬로 접속된 온도 설정용 저항(R1)으로 이루어지는 직렬 저항군과 2개의 고정 저항(R2, R3)을 직렬로 접속한 직렬 저항군을 병렬로 접속하여 이루어지는 하류측 브릿지 회로와, 상기 하류측 전기저항 소자(Rd)와 온도 설정용 저항(R1)의 접속점의 전위 및 2개의 고정 저항의 접속점의 전위차(Vd)를 하류측 브릿지 회로에 피드백하고, 하류측 브릿지 회로의 평형을 유지하도록 하는 연산 증폭기로 이루어지는 귀환 제어 회로로 이루어진다.
여기서, 상기 상류측 전기저항 소자(Ru) 및 하류측 전기저항 소자(Rd)는, 감열(感熱) 저항체이며, 동일한 저항 온도 계수의 재료를 이용하여 구성하고 있다. 그리고, 상기 상류측 전기저항 소자(Ru) 및 상기 하류측 전기저항 소자(Rd)는, 각 귀환 제어 회로에 의해서 온도 설정용 저항(R1)과 동일 저항값이 되도록 피드백 제어된다. 즉, 저항값이 일정하게 유지되므로, 상기 상류측 전기저항 소자(Ru) 및 상기 하류측 전기저항 소자(Rd)의 온도도 일정하게 유지되도록 전압(Vu, Vd)은 제어된다. 제1 실시 형태에서는, Vu, Vd가 상류측 전기저항 소자(Ru), 하류측 저항 소자(Rd)를 발열시키기 위해서 인가되는 전압인 상류측 전압(Vu), 하류측 전압(Vd)으로서 이용된다.
상기 유량 산출부(2, 유체 분석부)는, 상기 상류측 전기저항 소자(Ru)를 발열시키기 위해서 인가되는 전압인 상류측 전압(Vu)과, 상기 하류측 전기저항 소자(Rd)를 발열시키기 위해서 인가되는 전압인 하류측 전압(Vd)에 근거하여 상기 센서 유로(SC)를 흐르고 있는 측정 대상인 가스의 유량을 산출하는 것이다. 그리고, 상기 유량 산출부(2)는, 메모리, CPU, 입출력 수단, A/D 컨버터, D/A 컨버터 등을 구비하는 이른바 컴퓨터에 의해서 메모리에 격납되어 있는 유량 산출용 프로그램이 실행되는 것에 의해 그 기능이 실현되는 것이다. 즉, 상기 유량 산출부(2)는, 도 2의 기능 블록도에 나타내는 바와 같이 적어도 센서 출력 연산값 산출부(21), 유체 고유값 산출부(22), CF 산출부(23), 유량 검량선 데이터 기억부(24), 유량 환산부(25)로서의 기능을 실현하도록 구성하고 있다.
각 부에 대하여 설명한다.
상기 센서 출력 연산값 산출부(21)는, 상기 상류측 전압(Vu) 및 상기 하류측 전압(Vd)과, 소정의 센서 출력 연산값 산출식에 근거하여 센서 출력 연산값을 산출하는 것이다. 제1 실시 형태에서는, 상류측 전압(Vu)과 하류측 전압(Vd)의 차(差)를, 상류측 전압(Vu)과 하류측 전압(Vd)의 합으로 나눈 값을 센서 출력 연산값으로 하고 있으며, 상기 센서 출력 연산값 산출식은 센서 출력 연산값(Vc), 상류측 전압(Vu), 하류측 전압(Vd)을 이용하여 이하와 같이 나타내어진다.
Vc=(Vu－Vd)/(Vu＋Vd)
여기서, Vu－Vd는 유체의 유량 및 온도에 의존하는 함수이며, Vu＋Vd는 유체의 온도에만 의존하는 함수이다. 따라서, 센서 출력 연산값(Vc)는 유체의 온도에 의한 영향을 배제하고, 유체의 유량에만 의존하는 함수로 되어 있다.
상기 유체 고유값 산출부(22)는, 상기 측정 대상인 가스의 유량이 변화했을 때의 상기 상류측 전압(Vu)의 변화율에 관련된 값인 상류측 파라미터(ΔVu)와, 상기 측정 대상인 가스의 유량이 변화했을 때의 상기 하류측 전압(Vd)의 변화율에 관련된 값인 하류측 파라미터(ΔVd)에 근거하여 유체 고유값(N)을 산출하는 것이다. 여기서, 상류측 전압(Vu), 상류측 파라미터(ΔVu), 하류측 전압(Vd), 하류측 파라미터(ΔVd)의 관계에 대해 설명한다.
도 3은 유량과 상류측 전압(Vu) 및 하류측 전압(Vd)의 관계에 대해 나타내는 그래프이다. 정온도 방식의 열식 유량계(100)의 경우, 센서 유로(SC) 내에 가스가 흐르지 않는 경우에는 상류측 전압(Vu)과 하류측 전압(Vd)은 대략 동일한 전압값이 된다. 이것은, 가스가 흐르지 않으므로 상류측 전기저항 소자(Ru)에 의해 가해지는 열이 하류측의 하류측 전기저항 소자(Rd)로 이동하는 것은 아니기 때문에, 소정의 온도를 유지하기 위해서 상류측 전기저항 소자(Ru) 및 하류측 전기저항 소자(Rd)에서 동일한 전압이 인가될 필요가 있기 때문이다.
한편, 가스가 흐르고 있는 상태에서는, 상류측 전기저항 소자(Ru)에 의해 가스에 가해지는 열이 하류측 전기저항 소자(Rd)로 이동하게 된다. 따라서, 동일 온도를 유지하려고 하면, 열을 빼앗기는 측인 상류측 전기저항 소자(Ru)에는 보다 큰 전압이 필요하게 되고, 상류측으로부터 열이 주어지는 측인 하류측 전기저항 소자(Rd)에서는 가스가 흐르지 않는 상태와 비교하여 작은 전압으로 충분하게 된다. 이 때문에, 센서 유로(SC)를 흐르는 가스의 유량에 비례하여 상류측 전압(Vu)은 크게 되고, 하류측 전압(Vd)는 작게 되어 가게 된다. 그리고, 유량에 대한 상류측 전압(Vu) 및 하류측 전압(Vd)의 변화율은 가스의 종류, 보다 구체적으로는 열전도율에 따라 변화한다. 상기 상류측 파라미터(ΔVu), 상기 하류측 파라미터(ΔVd)는 이 유량에 대한 상류측 전압(Vu) 및 하류측 전압(Vd)의 변화율을 나타내는 것이며, 제1 실시 형태에서는 도 3의 그래프에 나타내는 바와 같이 어느 유량이 흐르고 있는 상태에서의 상류측 전압(Vu) 및 하류측 전압(Vd)으로부터 가스가 흐르지 않고 정지하고 있는 상태에서의 상류측 전압(Vu) 및 하류측 전압(Vd)을 뺀 값을 각각 상류측 파라미터(ΔVu), 하류측 파라미터(ΔVd)로 하고 있다. 또, 상류측 파라미터(ΔVu), 하류측 파라미터(ΔVd)로서는, 유량을 변수로 하는 상류측 전압(Vu), 하류측 전압(Vd)의 일차 함수의 기울기, 상기 기울기에 상당하는 탄젠트 등 여러가지의 것을 이용해도 괜찮다.
그리고, 제1 실시 형태에서는 상기 유체 고유값 산출부(22)는, 상기 상류측 파라미터(ΔVu)와 상기 하류측 파라미터(ΔVd)의 비(比)를 유체 고유값(N)으로서 산출하도록 구성하고 있다. 보다 구체적으로는, 상기 유체 고유값(N)은, 상류측 파라미터(ΔVu)를 하류측 파라미터(ΔVd)로 나눈 값으로 하고 있다. 이 유체 고유값(N)과 가스종마다 고유의 열전도율의 역수인 열저항률과의 사이에 상관관계가 있으며, 일차식으로 그 관계성을 기술할 수 있다. 다른 표현을 하면, 상기 유체 고유값(N)은, 가스종마다 고유의 값이 되고, 게다가, 이 유체 고유값(N)을 소정의 산출식에 대입함으로써 열저항률 또는 열전도율을 산출할 수 있다. 따라서, 유체 고유값(N)을 산출함으로써 현재 센서 유로(SC)를 흐르고 있는 가스의 종류를 특정하거나, 흐르고 있는 유체의 열저항률 또는 열전도율을 산출하여, 유량의 산출시의 보정에 이용하거나 할 수 있다. 이러한 상류측 파라미터(ΔVu)와 하류측 파라미터(ΔVd)에 근거하여 산출되는 가스종마다의 유체 고유값(N)과, 열저항률 또는 열전도율과의 관계성에 대해서는 본원 발명자들이 예의 검토한 결과 처음으로 찾아낸 것이다.
다음으로, 상류측 파라미터(ΔVu), 하류측 파라미터(ΔVd)로부터 산출되는 유체 고유값(N)이 가스종마다 고유의 값이 되고, 게다가, 열저항률 또는 열전도율과 소정의 관계를 가지고 있는 이유에 대해 정성적으로 설명한다.
도 4의 그래프에 나타내는 바와 같이, 센서 유로(SC)를 흐르는 가스의 종류, 즉, 가스의 열전도율이 다르면, 센서 유로(SC)에서 상류측 전기저항 소자(Ru) 및 하류측 전기저항 소자(Rd)의 감겨져 있는 부분에서의 온도 분포도 다르다. 보다 구체적으로는, He가스와 같이 열전도율이 좋고, 열의 주고 받음이 신속하게 행해지는 경우에는 상류측 전기저항 소자(Ru) 및 하류측 전기저항 소자(Rd)의 감겨져 있는 범위 내에서 거의 지연되지 않아 온도 상승이 발생한다. He가스와 같이 열전도율이 좋은 가스의 경우에는, 상류측과 하류측에서 대략 1대1의 열의 주고 받음이 행해지기 때문에, 상류측 파라미터(ΔVu)와 하류측 파라미터(ΔVd)의 절대값은 대략 동일한 값이 되고, 유체 고유값(N)은 1에 가까운 값이 된다. 한편, He가스와 비교하여 열전도율이 낮은 N2가스의 경우에는, 상류측 전기저항 소자(Ru)의 입구를 조금 통과한 지점에서 설정되어 있는 온도가 되고, 하류측 전기저항 소자(Rd)의 출구를 조금 통과한 지점에서 원래의 온도가 되는 온도 분포가 된다. 즉, N2가스에 대해서 상류측에서 주어진 열은 약간의 시간 지연을 가지고 하류측으로 전달되게 되므로, 하류측 파라미터(ΔVd)의 절대값은 상류측 파라미터(ΔVu)의 절대값과 비교하여 작게 되고, 유체 고유값(N)도 1보다도 작은 값이 된다.
다음으로 도 2에 나타내는 CF 산출부(23)에 대해 설명한다.
상기 CF 산출부(23)는, 상기 유체 고유값(N)에 근거하여, 상기 측정 대상인 유체인 센서 유로(SC)를 흐르는 가스의 컨버전 팩터(CF)를 산출하는 것이다. 여기서 컨버전 팩터(CF)란, 상기 열식 유량계(100)를 교정했을 때에 이용한 가스종과는 다른 가스종이 흐르고 있는 경우에, 출력되는 유량값을 보정하기 위해서 이용되는 계수(係數)이다. 제1 실시 형태에서는 He가스에 의해서 상기 센서 출력 연산값(Vc)과, 실제로 흐르고 있는 가스의 유량과의 사이의 관계를 나타내는 유량 검량선 데이터(Eq)를 교정하고 있으므로, 유로에 흐르고 있는 가스가 He가스인 경우 컨버전 팩터(CF)는 1이 되고, 그 외의 가스종의 경우에는 고유의 컨버전 팩터(CF)가 산출된다. 그런데, 컨버전 팩터(CF)는, 모든 유량값에 대해서 일정한 값을 취하는 것이 아니라, 유량의 증가에 따라서 변화하는 값이다. 그래서, 상기 CF 산출부(23)는, 상기 유체 고유값(N)에 근거하여, 교정에 이용한 가스를 기준으로 한 경우에 산출되는 유량에 대한 컨버전 팩터(CF)의 변화 비율인 CF 변화 비율(R)을 산출하고, 상기 CF 변화 비율(R)을 기울기로 하는 유량의 일차식으로부터 상기 측정 대상인 가스의 각 유량에 대한 상기 컨버전 팩터(CF)를 산출하도록 구성하고 있다. 보다 구체적으로는, 도 5의 (a)의 그래프에 나타내는 바와 같이, 유량이 증가할수록 컨버전 팩터(CF)의 오차는 커지는 경향이 있다. 그리고, 유량이 제로로부터 소정의 유량 Q0까지의 사이(일정 구간)는 가스종에 관계없이 컨버전 팩터(CF)는 일정값을 취하지만, 소정의 유량 Q0를 넘으면(CF 변화 구간) 유량이 증가함에 따라 가스종마다 고유의 기울기로 컨버전 팩터(CF)가 증가한다. 이 CF 변화 구간에서의 가스종마다의 고유의 기울기인 CF 변화 비율(R)는, 열저항률에 의존하므로, 열저항률과 1대1의 대응 관계가 있는 유체 고유값(N)에도 의존한다. 따라서, CF 변화 비율(R)은 유체 고유값(N)의 2차 함수로서 표현할 수 있다.
이 때문에, 상기 CF 산출부(23)는, 먼저 상기 유체 고유값 산출부(22)에서 산출된 유체 고유값(N)으로부터 CF 변화 비율(R)을 산출하고, 산출된 CF 변화 비율(R)과, 소정의 유량 Q0일 때의 컨버전 팩터(CF)인 CF0를 이용하여, CF 변화 구간에서의 컨버전 팩터(CF)를 유량의 일차식으로서 산출하도록 구성하고 있다. 구체적인 식으로서는 기준 가스에 근거한 출력 유량을 Q로 한 경우에 이하와 같이 된다.
CF=CF0(1＋(R－1)*Q/100)
도 2에 나타내는 상기 유량 검량선 데이터 기억부(24)는, 1개의 기준 가스인 He가스에 대해서, 상기 센서 출력 연산값과, 유량과의 관계를 나타내는 유량 검량선 데이터(Eq)를 기억하는 것이다. 보다 구체적으로는, 상기 유량 검량선 데이터 기억부(24)는 He가스의 유량과 상기 센서 출력 연산값(Vc)과의 관계를 일차 함수로서 기억하고 있다. 즉, 센서 유로(SC)에 흐르고 있는 가스가 He인 경우에는 이 유량 검량선 데이터(Eq)에 상기 센서 출력 연산값(Vc)을 대입하면 현재 흐르고 있는 유량이 얻어진다.
상기 유량 환산부(25)는, 상기 기준 유체의 유량 검량선 데이터(Eq) 및 상기 측정 대상인 가스의 컨버전 팩터(CF)에 근거하여, 상기 센서 출력 연산값 산출부(21)에서 산출된 센서 출력 연산값을 상기 측정 대상인 가스의 유량으로 환산하는 것이다. 즉, 상기 유량 환산부(25)는, 상기 유량 검량선 데이터(Eq)에 상기 센서 출력 연산값(Vc)이 대입되어 산출되는 기준 가스의 유량에 대해서 컨버전 팩터(CF)를 곱하는 것에 의해, 현재 센서 유로(SC)에 흐르고 있는 가스종에 적합한 유량을 출력하는 것이다.
이와 같이 제1 실시 형태의 열식 유량계(100)에 의하면, 상기 상류측 파라미터(ΔVu) 및 하류측 파라미터(ΔVd)에 근거하여 산출되며, 가스종마다 고유의 열저항률, 열전도율과 1대1에 대응하는 유체 고유값(N)을 산출하도록 구성하고 있다. 그리고, 이 유체 고유값(N)에 근거하여 유량값을 보정하기 위해서 필요한 컨버전 팩터(CF)를 적절히, 자동적으로 산출할 수 있다. 따라서, 가스종의 변환이 행해진 경우에도 유저가 사용할 컨버전 팩터(CF)를 설정할 필요가 없고, 유체 고유값(N)으로부터 산출된 컨버전 팩터(CF)에 의해 가스종에 의하지 않아, 항상 정확하게 유량을 출력할 수 있다.
다른 측면으로부터 생각하면, 제1 실시 형태의 열식 유량계(100)는, 유량을 산출하기 위해서 필수의 값인 상류측 전기저항 소자(Ru) 및 하류측 전기저항 소자(Rd)를 발열시키기 위해서 인가되는 상류측 전압(Vu) 및 하류측 전압(Vd)에 근거하여, 별도 센서를 부가하지 않고, 가스종이나 가스마다의 열저항률이나 열전도율, 나아가서는 컨버전 팩터(CF)와 같은 물성을 얻을 수 있다. 즉, 종래부터 있는 열식 유량계(100)의 하드웨어 구성을 변경하지 않고, 소프트 웨어의 변경만으로 상기 유체 고유값(N)에 근거하여 컨버전 팩터(CF) 등과 같은 종래 얻을 수 없었던 측정 대상인 가스의 물성을 얻을 수 있고, 유량 출력의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
이와 같이 별도 가스종을 특정하기 위한 센서를 마련하거나, 혹은, 유저가 열식 유량계(100)의 설정 변경을 행하지 않아도 괜찮도록 할 수 있던 것은, 본원 발명자들 예의 검토한 결과, 열식 유량계(100)에서 얻어지는 전압으로부터 산출 가능한 유체 고유값(N)과, 가스종마다 고유의 열저항률, 열전도율이 1대1의 관계를 가지고 있는 것을 처음으로 찾아냈던 것에 근거하고 있다.
다음으로 제2 실시 형태의 열식 유량계(100) 및 이 열식 유량계(100)를 이용한 매스 플로우 컨트롤러(200)에 대해 설명한다. 또, 제1 실시 형태와 대응하는 부재에는 동일한 부호를 부여하는 것으로 한다. 또, 제2 실시 형태에서는 유로에 흐르는 가스는 단일 종류의 가스에 한정되지 않고, 2종류의 가스를 혼합한 혼합 가스가 유로를 흐르는 경우도 있다.
도 6의 (a)에 나타내는 바와 같이 상기 매스 플로우 컨트롤러(200)는, 메인 유로(MC) 상에 마련된 밸브(4)와, 상기 밸브(4)의 하류측에 마련된 상기 열식 유량계(100)와, 상기 열식 유량계(100)에서의 유량 연산이나 상기 밸브(4)의 개도 제어를 위한 제어 연산 등의 각종 연산을 맡는 연산 기구(COM)를 구비한 것이다. 상기 밸브(4)는, 예를 들면 피에조 밸브(piezo valve)(4)로서 인가되는 전압에 의해 그 개도를 전폐(全閉)로부터 전개(全開)까지의 사이에서 제어할 수 있다. 상기 연산 기구(COM)는, CPU, 메모리, 입출력 수단, A/D, D/A 컨버터 등으로 이루어지는 이른바 컴퓨터에 의해 그 기능이 실현되는 것으로서, 메모리에 격납된 프로그램이 실행되는 것에 의해 도 6의 (b)에 나타내는 바와 같이 상기 열식 유량 센서의 일부인 유량 산출부(2), 유로를 흐르는 가스에서 특정 종류의 가스의 농도를 모니터링하는 농도 모니터부(5), 상기 밸브(4)의 개도를 상기 열식 유량계(100)로부터 출력되는 출력 유량에 근거하여 제어하는 밸브 제어부(3)로서의 기능을 발휘하도록 구성하고 있다.
각 부에 대해서 설명한다.
상기 유량 산출부(2)는, 제1 실시 형태의 것과 공통한 구성도 가지고 있지만, 유로에 흐르는 유체가 복수 종류의 가스를 혼합한 혼합 가스에서도 대응할 수 있도록 구성하고 있는 점에서 다르다. 보다 구체적으로는, 제2 실시 형태의 상기 유량 산출부(2)는 제1 실시 형태와 대략 동일한 구성으로서, 센서 출력 연산값 산출부(21), 유체 고유값 산출부(22), 유량 검량선 데이터 기억부(24), 유량 환산부(25)를 가지고 있다. 한편, 제2 실시 형태의 상기 유량 산출부(2)는, 제1 실시 형태의 CF 산출부(23) 대신에 혼합 비율 산출부(27), 혼합 비율 검량선 데이터 기억부(28), 혼합 유체 CF 산출부(231)를 가지고 있는 점에서 다르다. 이하의 설명에서는, 제1 실시 형태에서 설명한 사항은 생략하고, 제2 실시 형태에 고유의 구성에 대해 상술한다. 또, 제2 실시 형태에서는, 측정 대상인 유체가 2종류의 가스가 소정의 혼합 비율로 혼합된 것이며, 제1 유체가 H2 가스, 제2 유체가 CO2 가스인 경우에 대해 설명한다. 또, 혼합 비율 및 농도에 대해서는 H2 가스에 주목하여 기술하는 것으로 한다.
상기 혼합 비율 검량선 데이터 기억부(28)는, H2 가스와 CO2 가스의 혼합 비율과, H2 가스와 CO2 가스가 각종 혼합 비율로 혼합된 상태의 혼합 가스의 유체 고유값(N)와의 관계를 나타내는 혼합 비율 검량선 데이터를 기억하는 것이다. 즉, 복수 종류의 가스가 혼합되어 있는 경우, 혼합 가스의 유체 고유값(N)은 각 가스의 유체 고유값(N)을 혼합 비율(농도)에 의해서 가중(加重) 평균한 값이 된다. 보다 구체적으로는 제1 유체의 농도를 C1, 제2 유체의 농도를 C2, 제1 유체의 유체 고유값(N)을 N1, 제2 유체의 유체 고유값(N)을 N2로 한 경우, 혼합 유체의 유체 고유값 Nmix는 이하와 같이 나타낼 수 있다.
Nmix=N1ㆍC1/(C1＋C2)＋N2ㆍC2/(C1＋C2)
상기 혼합 비율 검량선 데이터 기억부(28)는, 상기 식에 근거하여 도 7의 (a)에 나타내는 바와 같은 H2 가스의 혼합 비율과, 혼합 가스의 유체 고유값(N)과의 관계인 혼합 비율 검량선 데이터를 일차식으로서 기억하고 있다.
상기 혼합 비율 산출부(27)는, 상기 유량 산출부(2)에서 산출되는 상기 측정 대상인 유체의 유체 고유값(N)과, 상기 혼합 비율 검량선 데이터로부터 상기 혼합 비율을 산출하는 것이다. 보다 구체적으로는, 상기 혼합 비율 산출부(27)는, 상기 유체 고유값 산출부(22)가 상류측 파라미터(ΔVu) 및 하류측 파라미터(ΔVd)에 근거하여 산출한 유체 고유값(N)으로부터, 도 7의 (a)의 혼합 비율 검량선 데이터를 참조하고, 센서 유로(SC)에 흐르고 있는 현재의 H2 가스의 혼합 비율을 산출한다. 이 혼합 비율 산출부(27)는, 상기 유체 고유값 산출부(22)로부터 산출되는 유체 고유값(N)에 변화가 있던 경우에는 재차 혼합 비율을 산출하도록 구성하고 있다.
상기 혼합 유체 CF 산출부(231)는, 상기 혼합 비율 산출부(27)에서 산출된 혼합 비율에 근거하여, 상기 측정 대상인 유체의 컨버전 팩터(CF)를 산출하는 것이다. 보다 구체적으로는, 상기 혼합 유체 CF 산출부(231)는, H2 가스의 컨버전 팩터(CF)와, CO2 가스의 컨버전 팩터(CF)에 대해 산출된 혼합 비율에 의해 가중 평균을 취함으로써 혼합 가스의 컨버전 팩터(CF)를 산출하도록 구성하고 있다. 즉, 도 7의 (b)에 나타내는 바와 같은 수소 가스의 혼합 비율과, 혼합 가스의 컨버전 팩터(CF)의 관계를 나타내는 컨버전 팩터 검량선 데이터에 대해 산출된 혼합 비율로부터 대응하는 컨버전 팩터(CF)를 참조하도록 하고 있다. 또, 이 혼합 유체 CF 산출부(231)도 상기 혼합 비율 산출부(27)로부터 산출되는 혼합 비율이 변화한 경우에는, 재차 컨버전 팩터(CF)를 산출하도록 구성하고 있다. 따라서, 상기 혼합 비율 산출부(27) 및 상기 혼합 유체 CF 산출부(231)는, 혼합 가스의 조성에 변화가 있고, 유체 고유값(N)이 변화한 경우에는 그것에 맞추어 컨버전 팩터(CF)를 산출하므로, 항상 유량 오차를 발생시키지 않고 출력되는 유량을 정확한 것으로 할 수 있다.
상기 농도 모니터부(5)는, 상기 혼합 비율 산출부(27)에서 얻어진 혼합 비율에 근거하여 H2 가스의 농도를 감시하고 있는 것이다. 즉, 상기 농도 모니터부(5)는, 상시 출력되고 있는 상류측 파라미터(ΔVu) 및 하류측 파라미터(ΔVd)로부터 산출되는 유체 고유값(N)에 근거하여, 별도의 농도 센서를 센서 유로(SC)에 마련하지 않고, 센서 유로(SC) 내를 흐르는 혼합 가스 중의 H2의 농도를 감시하고 있게 된다. 이 농도 모니터부(5)로부터 출력되는 H2 가스의 농도는 예를 들면 상기 매스 플로우 컨트롤러(200)의 제어에 이용하거나, 외부에 대해서 현재의 혼합 가스의 상태를 표시하거나 하기 위해서 이용된다.
상기 밸브 제어부(3)는, 상기 열식 유량계(100)의 유량 환산부(25)로부터 출력되는 출력 유량값과 유저에 의해서 미리 설정되어 있는 설정 유량값과의 편차가 작게 되도록 상기 밸브(4)의 개도를 피드백 제어하는 것이다. 예를 들면 이 밸브 제어부(3)는, PID 제어에 의해서 상기 밸브(4)의 개도를 제어하는 것이며, PID 제어에 이용되는 PID 계수는 상기 유체 고유값 산출부(22)에서 산출되는 유체 고유값(N), 또는, 상기 농도 모니터부(5)로부터 출력되는 H2 가스의 농도에 근거하여 변경하도록 구성하고 있다. 보다 구체적으로는, 유체 고유값(N)의 값에 의해서 센서 유로(SC)에 흐르고 있는 가스의 종류를 알 수 있으며, 상기 농도 모니터부(5)로부터 각 가스의 농도를 알 수 있으므로, 유로를 흐르는 가스의 점성 등의 흐름에 관한 파라미터도 추정하는 것이 가능하다. 따라서, 상기 밸브 제어부(3)는 상기 유체 고유값(N)으로부터 특정되는 가스종 또는 그 점성 등에 따라 가장 응답 특성이 좋게 되는 PID 계수를 설정하도록 하고 있다. 유체 고유값(N)에 따라 설정되는 PID 계수는, 예를 들면 미리 실험 등에 의해 최적인 것을 정해 두어도 괜찮다.
이와 같이 제2 실시 형태의 열식 유량계(100) 및 매스 플로우 컨트롤러(200)에 의하면, 복수 종류의 가스가 혼합된 혼합 가스라도 혼합 가스의 유체 고유값(N)에 근거하여, 그 혼합 가스의 컨버전 팩터(CF)를 산출하고, 유량 오차를 보정할 수 있다. 또, 혼합 비율이 변화하는 혼합 가스이었다고 해도, 순서대로 그 조성에 따른 컨버전 팩터(CF)를 산출하여 유량 오차의 보정을 행할 수 있으므로, 항상 정확한 유량을 출력할 수 있다.
또, 상기 열식 유량계(100)에 의해서 흐르고 있는 가스의 종류나 조성에 의하지 않고 항상 정확한 유량이 출력되므로, 실제로 흐르고 있는 유량을 설정 유량값으로 정확하게 유지할 수 있어, 유량 제어 정밀도도 높은 것으로 할 수 있다.
또, 상기 농도 모니터부(5)에서 혼합 가스 중의 H2 가스의 농도도 감시할 수 있으므로, 유량 제어를 행하면서, 농도 관리도 맞추어 행할 수 있다. 이 H2 가스의 농도의 측정은 종래와 같이 백금 센서 등을 직접 유체에 접촉시킬 필요가 없고, 비접촉에 의한 농도 측정이 가능하다. 따라서, 혼합 가스 중에 반응성 가스나 부식성 가스가 포함되어 있는 경우에도 용이하게 농도를 측정하는 것이 가능하다.
다음으로 제3 실시 형태의 열식 유량계(100)에 대해 도 8을 참조하면서 설명한다. 제3 실시 형태의 설명에서도 제1 실시 형태에 대응하는 부재에는 동일한 부호를 부여하는 것으로 한다.
제3 실시 형태의 열식 유량계(100)는, 컨버전 팩터(CF)를 산출하는 것이 아니라, 각 유체의 종류마다 미리 교정된 유량 검량선 데이터(Eq)를 작성해 두고, 현재 유로에 흐르고 있다고 추정되는 유체에 대응하는 유량 검량선 데이터(Eq)를 취득하여, 유량의 산출을 행하도록 구성하고 있다.
즉, 제3 실시 형태의 유량 산출부(2)는, 센서 출력 연산값 산출부(21)와, 유체 고유값 산출부(22)와, 유량 검량선 데이터 기억부(24)와, 유량 검량선 데이터 취득부(29)와, 유량 환산부(25)를 구비하고 있으며, 제1 실시 형태의 유량 산출부(2)와 비교하면, 센서 출력 연산값 산출부(21), 유체 고유값 산출부(22), 유량 환산부(25)에 대해서는 대략 동일한 구성을 가지고 있다. 한편, 제3 실시 형태의 상기 유량 검량선 데이터 기억부(24)는, 제1 실시 형태와 같이 기준 유체의 유량 검량선 데이터(Eq)만을 기억하고 있는 것이 아니라, 사용할 가능성이 있는 유체에 대해 각각 유량 검량선 데이터(Eq)를 기억하고 있다. 보다 구체적으로, 상기 유량 검량선 데이터 기억부(24)는, 복수의 가스종과, 그 가스종에 대응하는 유량 검량선 데이터(Eq)를 쌍으로 하여 기억하고 있다.
상기 유량 검량선 데이터 취득부(29)는, 상기 유체 고유값 산출부(22)에서 산출된 유체 고유값(N)에 대응하는 종류의 유체의 유량 검량선 데이터(Eq)를 상기 유량 검량선 기억부로부터 취득하도록 구성하고 있다. 보다 구체적으로는, 상기 유량 검량선 데이터 취득부(29)는, 미리 기억하고 있는 가스종과 유체 고유값(N)의 대응 관계 데이터 중, 산출된 유체 고유값(N)과 일치하거나, 혹은, 가장 가까운 값이 되는 가스종을 검색한다. 그리고 상기 유량 검량선 데이터 취득부(29)는, 검색된 가스종에 대응하는 유량 검량선 데이터(Eq)를 상기 유량 검량선 데이터 기억부(24)로부터 취득한다.
이와 같은 것이라도 유로에 흐르는 가스종이 변경된 경우에도 그 가스종에 대응한 유량 검량선 데이터(Eq)가 설정되어, 상기 유량 환산부(25)에서 센서 출력 연산값으로부터 유량으로의 변환이 정확하게 행해지게 된다.
즉, 제1 실시 형태에서는 유체 고유값(N)이 열저항률과 1대1로 대응하는 양인 것을 이용하여 적절히 컨버전 팩터(CF)를 산출하여, 유량 오차를 보정하고 있던 것에 대해서, 제3 실시 형태에서는, 유체 고유값(N)이 가스마다 고유의 값인 것을 이용하여 가스종을 특정하고, 그 가스종에 대응하는 유량 검량선 데이터(Eq)가 사용되도록 함으로써 항상 정확한 유량이 출력되도록 하고 있다. 제3 실시 형태와 같이 구성하면, 가스종이 변환할 때마다 컨버전 팩터(CF)를 산출하지 않아도 되기 때문에, 연산 부하를 작게 하면서 가스종에 상관없이 유량의 출력 정밀도를 높일 수 있다.
다음으로 제4 실시 형태의 유체 분석 장치(101)에 대해 도 9를 참조하면서 설명한다. 또, 제4 실시 형태에서 제1 실시 형태와 대응하는 부재에는 동일한 부호를 부여하기로 한다.
제4 실시 형태의 유체 분석 장치(101)는, 유량의 출력은 행하지 않지만 제1 실시 형태와 마찬가지로 상류측 전기저항 소자(Ru) 및 하류측 전기저항 소자(Rd)를 발열시키기 위해서 인가되는 전압을 이용하여 유체 고유값(N)을 산출하는 점에서 공통하고 있다.
즉, 상기 유체 분석 장치(101)는 도 9의 (a)에 나타내는 바와 같이 유로를 형성하는 관(管)에 대해서 감겨진 상류측 전기저항 소자(Ru) 및 하류측 전기저항 소자(Rd)를 구비하는 유체 가열부(FH)와, 상기 유체 가열부(FH)에서 상기 상류측 전기저항 소자(Ru) 및 상기 하류측 전기저항 소자(Rd)를 발열시키기 위해서 인가되는 상류측 전압(Vu) 및 하류측 전압(Vd)에 근거하여 특정부(6)로 구성하고 있다.
상기 유체 가열부(FH)는, 제1 실시 형태의 열식 유량계(100)와 마찬가지로 상류측 전기저항 소자(Ru) 및 하류측 전기저항 소자(Rd)의 온도를 일정하게 유지하도록 제어하는 정온도 제어 회로를 구성하고 있다. 이 구성 및 동작에 대해서는 제1 실시 형태와 동일하므로 설명을 생략한다.
상기 특정부(6, 유체 분석부)는, 이른바 컴퓨터 등에 의해서 그 기능이 실현되는 것이며, 상기 유체 가열부(FH)로부터 출력되는 상류측 파라미터(ΔVu) 및 하류측 파라미터(ΔVd)에 근거하여 유체의 열전도율에 따른 고유의 값을 나타내는 유체 고유값(N)을 산출하고, 상기 유체 고유값(N)에 근거하여 상기 측정 대상인 유체의 종류 또는 물성을 특정하도록 구성하고 있다. 그리고, 상기 특정부(6)는 도 9의 (b)의 기능 블록도에 나타내는 바와 같이 적어도 유체 고유값 산출부(22)와, 열전도율 산출부(61)와, 대응 데이터 기억부(63)와, 유체종 특정부(62)로서의 기능을 발휘하도록 구성하고 있다.
상기 유체 고유값 산출부(22)는, 제1 실시 형태와 마찬가지로 상류측 파라미터(ΔVu)와 하류측 파라미터(ΔVd)의 비에 의해서 유체 고유값(N)을 산출하는 것이다.
상기 열전도율 산출부(61)는, 상기 유체 고유값(N)과 열전도율의 관계를 나타내는 일차식에 근거하여 상기 유체 고유값 산출부(22)에서 산출된 유체 고유값(N)에 대응하는 열전도율을 산출하는 것이다. 이 일차식은 열전도율이 기지(旣知)의 복수 종류의 유체에 대해서, 유체 고유값(N)을 실측한 결과로부터 확인하고 있다.
상기 대응 데이터 기억부(63)는, 유체종과 그 유체종의 유체 고유값(N)을 쌍으로 한 대응 데이터를 기억하는 데이터 베이스이다.
상기 유체종 특정부(62)는, 상기 유체 고유값 산출부(22)에서 산출된 유체 고유값(N)과 일치하거나, 혹은, 값이 가까운 유체종을 상기 대응 데이터 기억부(63)로부터 검색하며, 검색된 유체종을 출력하는 것이다.
이와 같이 제4 실시 형태의 유체 분석 장치(101)에 의하면, 본원 발명자들이 찾아낸 유체 고유값(N)의 특성을 이용하여 유체의 열전도율을 측정하거나, 유체의 종류를 특정하거나 하는 것이 가능해진다.
그 외의 실시 형태에 대해 설명한다.
상기 각 실시 형태에서는, 상류측 전기저항 소자 및 하류측 전기저항 소자의 온도를 일정하게 유지하도록 전압을 인가하는 정온도 방식에서 얻어지는 상류측 전압, 하류측 전압, 상류측 파라미터, 하류측 파라미터에 근거하여 유체 고유값을 산출하고 있었지만, 예를 들면 정전류 방식으로 전압을 인가했을 때에 얻어지는 상류측 전압, 하류측 전압, 상류측 파라미터, 하류측 파라미터에 근거하여 유체 고유값을 산출해도 괜찮다. 또, 상류측 전압(Vu), 하류측 전압(Vd)은, 환경 온도가 25℃ 등의 표준 상태에서는 유체가 흐르지 않은 경우에는, 각각 동일한 값을 나타내지만, 온도가 높게 되면 상류측 전압(Vu)과 하류측 전압(Vd)이 괴리(乖離)하는 경우가 있다. 이러한 상태에서는 예를 들면 도 3에 나타낸 바와 같은 상류측 파라미터(ΔVu), 하류측 파라미터(ΔVd)의 경우에는, 유체 고유값(N)의 값이 환경 온도에 의존하여 변화해 버린다. 이러한 환경 온도의 영향을 받지 않고, 유체마다 유체 고유값(N)이 대략 일정한 값으로서 산출되도록 하려면, 유체가 흐르지 않은 상태에서의 상기 상류측 전압(Vu)과 하류측 전압(Vd)이 표준 상태에서의 값이 되도록 보정하고, 그 보정된 상류측 파라미터(ΔVu+α)와, 보정된 상류측 파라미터(ΔVd+β)에 근거하여 유체 고유값(N)을 산출하도록 하면 된다. α, β에 대해서는, 예를 들면 환경 온도의 함수로서 정의해도 괜찮다. 보다 구체적으로는 α, β를 환경 온도나 환경 온도 또는 유체의 온도와 상관하는 Vu＋Vd 등의 온도 지표의 일차 함수로서 정의해 두고, 적절히 상류측 파라미터 및 하류측 파라미터를 보정할 수 있도록 하면 된다.
또, 본 발명은 상기 정온도 방식, 상기 정전류 방식으로 한정되는 것이 아니라, 상류측 전기저항 소자 및 하류측 전기저항 소자의 온도차를 일정하게 유지하도록 전압을 인가하는 저온도차 방식에서 얻어지는 상류측 전압, 하류측 전압, 상류측 파라미터, 하류측 파라미터에 근거하여 유체 고유값을 산출하도록 해도 괜찮다.
상기 제2 실시 형태에서는, 혼합 가스의 농도를 모니터링하기 위해서 상기 유체 고유값을 이용했지만, 예를 들면, 가스종의 변환을 위해서 퍼지 가스에 의해 잔류하고 있는 측정 대상인 가스를 퍼지할 때에 잔류 가스가 존재하고 있지 않은지 어떤지를 체크하는 용도로 이용해도 상관없다. 즉, 상기 유체 고유값 산출부에 의해 산출된 유체 고유값이, 퍼지 가스의 유체 고유값과 동일한 값이 된 경우에 퍼지가 완료했다고 판정하는 퍼지 판정부를 구비한 열식 유량계 또는 매스 플로우 컨트롤러라도 상관없다.
또, 농도 모니터링, 열전도율의 측정, 유체종의 판별 등은 유량 측정과 반드시 세트로 행할 필요는 없고, 상기 유체 고유값을 이용한 농도계, 열전도율계, 가스종 판정기로서 구성해도 상관없다. 유체 고유값을 이용한 측정을 행하도록 하면, 비접촉에 의해 유체의 물성 등을 특정하는 것이 가능해지므로, 예를 들면, 연료 전지 중의 가스의 농도 등도 바람직하게 측정할 수 있다.
본 발명의 열식 유량계나 유체 분석 장치로서의 기능을 컴퓨터에 발휘시키기 위한 프로그램을 기억한 프로그램 기억 매체를 이용하여, 기존의 장치에 프로그램을 인스톨하고, 그 기능을 실현시키도록 해도 상관없다. 프로그램 기억 매체로서는, CD, DVD, HDD, 플래시 메모리 등 여러가지 것을 이용해도 상관없다.
그 외, 본 발명의 취지에 반하지 않는 한에서 여러가지 변형이나 실시 형태의 조합을 행해도 상관없다.
[산업상의 이용 가능성]
본 발명을 이용하면, 열식 유량계의 구성만을 이용하여 유체종을 특정할 수 있고, 컨버전 팩터나 유량 검량선 데이터와 같은 유체종에 고유의 파라미터를 자동적으로 산출할 수 있는 고기능의 열식 유량계를 제공할 수 있다. 이러한 열식 유량계라면, 예를 들면 반도체 제조 공정 등에서 가스의 유량을 정확하게 측정 및 제어하고, 고정밀도로 제품의 제조를 행할 수 있게 된다.
100 - 열식 유량계
101 - 유체 분석 장치
200 - 매스 플로우 컨트롤러
1u - 상류측 정온도 제어 회로
1d - 하류측 정온도 제어 회로
Ru - 상류측 전기저항 소자
Rd - 하류측 전기저항 소자
2 - 유량 산출부
21 - 센서 출력 연산값 산출부
22 - 유체 고유값 산출부
23 - CF 산출부
231 - 혼합 유체 CF 산출부
24 - 유량 검량선 데이터 기억부
25 - 유량 환산부
27 - 혼합 비율 산출부
28 - 혼합 비율 검량선 데이터 기억부
29 - 유량 검량선 데이터 취득부
3 - 밸브 제어부
4 - 밸브
5 - 농도 모니터부
6 - 특정부
61 - 열전도율 산출부
62 - 유체종 특정부
63 - 대응 데이터 기억부

Claims (11)

  1. 측정 대상인 유체가 흐르는 유로와,
    상기 유로의 상류측에 마련된 상류측 전기저항 소자와,
    상기 유로의 하류측에 마련된 하류측 전기저항 소자와,
    상기 측정 대상인 유체의 유량이 변화했을 때의 상기 상류측 전기저항 소자를 발열시키기 위해서 인가되는 전압인 상류측 전압의 변화율에 관련된 값인 상류측 파라미터와, 상기 측정 대상인 유체의 유량이 변화했을 때의 상기 하류측 전기저항 소자를 발열시키기 위해서 인가되는 전압인 하류측 전압의 변화율에 관련된 값인 하류측 파라미터에 근거하여 유체의 열전도율에 따른 고유의 값을 나타내는 유체 고유값을 산출하는 유체 고유값 산출부를 구비한 것을 특징으로 하는 유체 분석 장치.
  2. 청구항 1에 기재된 유체 분석 장치가, 상기 측정 대상인 유체의 유량을 측정하는 열식 유량계이며,
    상기 상류측 전압, 상기 하류측 전압, 및 상기 유체 고유값 산출부에서 산출된 상기 유체 고유값에 근거하여 상기 측정 대상인 유체의 유량을 산출하는 유량 산출부를 구비한 것을 특징으로 하는 열식 유량계.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 상류측 전압이, 상기 상류측 전기저항 소자의 온도가 일정하게 되도록 인가되어 있고,
    상기 하류측 전압이, 상기 하류측 전기저항 소자의 온도가 일정하게 되도록 인가되어 있으며,
    상기 유체 고유값이, 상기 상류측 파라미터 및 상기 하류측 파라미터의 비(比)인 열식 유량계.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 유량 산출부가,
    상기 유체 고유값 산출부와,
    상기 상류측 전압 및 상기 하류측 전압과, 소정의 센서 출력 연산값 산출식에 근거하여 센서 출력 연산값을 산출하는 센서 출력 연산값 산출부와,
    1개의 기준 유체에 대해서, 상기 센서 출력 연산값과, 유량과의 관계를 나타내는 유량 검량선(檢量線) 데이터를 기억하는 유량 검량선 데이터 기억부와,
    상기 유체 고유값에 근거하여, 상기 측정 대상인 유체의 컨버전 팩터(conversion factor)를 산출하는 CF 산출부와,
    상기 기준 유체의 유량 검량선 데이터 및 상기 측정 대상인 유체의 컨버전 팩터에 근거하여, 상기 센서 출력 연산값 산출부에서 산출된 센서 출력 연산값을 상기 측정 대상인 유체의 유량으로 환산하는 유량 환산부로 구성되어 있는 열식 유량계.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 CF 산출부가, 상기 유체 고유값에 근거하여, 상기 기준 유체의 유량에 대한 컨버전 팩터의 변화 비율인 CF 변화 비율을 산출하고, 상기 CF 변화 비율을 기울기로 하는 유량의 일차식으로부터 상기 측정 대상인 유체의 각 유량에 대한 상기 컨버전 팩터를 산출하도록 구성되어 있는 열식 유량계.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 유량 산출부가,
    상기 유체 고유값 산출부와,
    상기 상류측 전압 및 상기 하류측 전압과, 소정의 센서 출력 연산값 산출식에 근거하여 센서 출력 연산값을 산출하는 센서 출력 연산값 산출부와,
    상기 센서 출력 연산값과, 유량과의 관계를 나타내는 유량 검량선 데이터를 복수의 유체의 열전도율마다 기억하는 유량 검량선 데이터 기억부와,
    상기 유체 고유값 산출부에서 산출된 유체 고유값에 대응하는 종류의 유체의 유량 검량선 데이터를 상기 유량 검량선 기억부로부터 취득하는 유량 검량선 데이터 취득부와,
    상기 유량 검량선 취득부에서 취득된 유량 검량선 데이터와, 상기 센서 출력 연산값 산출부에서 산출된 센서 출력 연산값에 근거하여 상기 유체의 유량을 산출하는 유량 환산부를 구비하는 열식 유량계.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 측정 대상인 유체가, 제1 유체와 제2 유체가 소정의 혼합 비율로 혼합된 유체이며,
    상기 제1 유체와 제2 유체의 혼합 비율과, 상기 측정 대상인 유체의 유체 고유값과의 관계를 나타내는 혼합 비율 검량선 데이터를 기억하는 혼합 비율 검량선 데이터 기억부와,
    상기 유체 고유값 산출부에서 산출되는 상기 측정 대상인 유체의 유체 고유값과, 상기 혼합 비율 검량선 데이터로부터 상기 혼합 비율을 산출하는 혼합 비율 산출부를 더 구비한 열식 유량계.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 혼합 비율 산출부에서 산출된 혼합 비율에 근거하여, 상기 측정 대상인 유체의 컨버전 팩터를 산출하는 혼합 유체 CF 산출부를 더 구비한 열식 유량계.
  9. 청구항 2에 기재된 열식 유량계와,
    상기 측정 대상인 유체의 유량을 제어하기 위한 밸브와,
    상기 열식 유량계에서 측정되는 측정 유량값 및 미리 정해지는 설정 유량값의 편차와, 제어 계수에 근거하여 상기 밸브의 개도(開度)를 제어하는 밸브 제어부를 구비한 매스 플로우 컨트롤러로서,
    상기 밸브 제어부가 상기 유체 고유값 산출부에서 산출되는 상기 유체 고유값에 따라 상기 제어 계수를 변경하도록 구성되어 있는 매스 플로우 컨트롤러.
  10. 청구항 1에 기재된 유체 분석 장치가, 상기 측정 대상인 유체의 종류 또는 물성에 대해 특정하는 유체 성질 특정 장치이며,
    상기 유체 고유값 산출부에서 산출되는 상기 유체 고유값에 근거하여 상기 측정 대상인 유체의 종류 또는 물성을 특정하는 특정부로서 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 유체 성질 특정 장치.
  11. 측정 대상인 유체가 흐르는 유로와, 상기 유로의 상류측에 마련된 상류측 전기저항 소자와, 상기 유로의 하류측에 마련된 하류측 전기저항 소자를 구비한 유체 분석 장치에 이용되는 유체 분석 장치용 프로그램으로서,
    상기 측정 대상인 유체의 유량이 변화했을 때의 상기 상류측 전기저항 소자를 발열시키기 위해서 인가되는 전압인 상류측 전압의 변화율에 관련된 값인 상류측 파라미터와, 상기 측정 대상인 유체의 유량이 변화했을 때의 상기 하류측 전기저항 소자를 발열시키기 위해서 인가되는 전압인 하류측 전압의 변화율에 관련된 값인 하류측 파라미터에 근거하여 유체의 열전도율에 따른 고유의 값을 나타내는 유체 고유값을 산출하는 유체 고유값 산출부로서의 기능을 컴퓨터에 발휘시키는 유체 분석 장치용 프로그램.
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