专利名称：流量传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及流体的流量传感器，特别涉及使用膜片的流量传感器。
背景技术：
作为测量流体流量的装置，一般来说，用两个压力传感器夹着节流口(ォリフィス)来计算各个压力传感器的压力，但在感应度与耐压方面会有很大的问题。也就是说，这种方式，在封住流量传感器的下游部时，由于施加较大压力，所以必须要耐压度高的压力传感器，会使感应度更降低。而且，由于使用两个传感器，故压力传感器的个体差异造成特性不同(温度、电源电压等)，会有必须频繁地进行计算后的校正或归零校正这样的问题。
对此，本发明者先前提出了例如在半导体的制造工序中所使用的超纯水及作为药液等用的流量传感器的第3184126号的专利案。这种流量传感器，由第一膜片与第二膜片划分出一次侧腔室与二次侧腔室，由旁通流路将该一次侧腔室与二次侧腔室连接，将节流口夹装于该旁通流路，用应变计来检测所述第一膜片与第二膜片所受到的压力变动而产生的位移。
在上述专利中，由于在被测定流体的流路中未设有用来检测流量的可动构件(例如叶轮或浮标等)，所以，无产生细微尘埃(颗粒)之虞，最适合用于超纯水或药液的测定，并且由于可以将流量的变化直接作成电气信号，故有着接下来的控制较容易等的较大的优点。特别是由于将节流口(部)夹装于旁通流路，所以，可任意地设定该节流口的直径，可作成微量流量检测用的极小的直径，而且，当将该节流口作为独立构件时，可根据节流口直径而将其自由更换。
在所述专利案的结构中，在测量流量的微小压力时，必须提高负载差传感器(应变计)的感应度。可是，为了提高负载差的感应度而减少其可动部厚度的话，在较高的压力误加在一次测或二次测、或流量过多成为超范围时，存在着超过负载差传感器可动部的弹性界限而产生破损或不能归零的问题。另一方面，如果提高负载差传感器的可动部的耐压强度的话，流量的差压感度变得迟钝，无法获得较大的流量计测范围的幅度变化范围，存在着节流口直径变小而无法增大腔室内的压力损失与精度变差等的问题。
发明内容
本发明，鉴于以上的状况，提供一种新型的流量传感器，其能容易测量测量微小流量的微小差压，并且能耐高压。另外，本发明提供从流体保护计测部的流量传感器的构造。
即，技术方案1的发明的流量传感器，在腔室内将两个第一及第二膜片相对配置而划分成面向所述第一膜片的一次侧腔室与面向所述第二膜片的二次侧腔室，使产生差压的流体从所述一次侧腔室经过具有节流口部的旁通流路而流通到二次侧腔室，由配置于所述第一膜片及第二膜片之间的负载差传感器，将因该第一膜片及第二膜片受到的流体的压力变动所产生的负载差检测为位移量而检测流体的流量，其特点是，对于所述膜片或负载差传感器设有位移限制构件，以使因所述膜片受到的流体的压力变动所产生的位移量不成为恒定以上的大小。
技术方案2的发明是，在技术方案1的发明中，包含有在所述腔室内固定配置有所述负载差传感器的外周框部；中心侧的中心构件；以及延伸设置在所述外周框部与中心构件之间、设有计测部的应变部，在所述负载差传感器的中心构件上安装有受到所述各膜片的压力而传递该负载的受压部。
技术方案3的发明是，在技术方案2的发明中，在所述受压部的内侧配置有所述位移限制构件。
技术方案4的发明是，在技术方案2或3的发明中，在设有所述负载差传感器的计测器的应变部外侧形成有保护膜片部。
技术方案5的发明是，在技术方案2或3的发明中，所述负载差传感器的应变部是两个相对形成，且所述计测部设在所述各应变部的内面侧。
技术方案6的发明是，在技术方案1～5的发明中，在所述流量传感器的主体机壳上设置有与所述膜片的背面侧空间连通的清洗用气体的流入部及流出部，通过清洗用气体的流通而将存在于所述膜片部的背面侧空间的流体的渗透性气体排出到外部。
技术方案7的发明是，在技术方案6的发明中，在所述清洗用气体的流出侧的配管系统，配置有用来检测气体浓度或液体泄漏的装置。
图2是流量传感器的分解立体图。
图3是在
图1的实施例中在负载差传感器上设有位移限制构件的纵剖视图。
图4是表示流量传感器的第二实施例的纵剖视图。
图5是表示流量传感器的第三实施例的纵剖视图。
图6是表示流量传感器的第四实施例的纵剖视图。
图7是表示在流量传感器具有渗透性气体排出机构的实施例的纵剖视图。
图8是表示由流量传感器测定大流量流体的实施例的概略剖视图。
图9是表示由流量传感器测定大流量流体的其它实施例的概略剖视图。
发明实施形态以下根据附图来详细说明本发明。
图1是表示本发明一实施例的流量传感器的全体纵剖视图，图2是图1的流量传感器的分解立体图，图3是在图1的实施例中在负载差传感器设置有位移限制构件的纵剖视图，图4是表示流量传感器的第二实施例的纵剖视图，图5是表示流量传感器的第三实施例的纵剖视图，图6是表示流量传感器的第四实施例的纵剖视图，图7是表示在流量传感器上具有渗透性气体排出机构的实施例的纵剖视图，图8是表示由流量传感器测定大流量流体的实施例的概略剖视图，图9是同样表示由流量传感器测定大流量流体的其它实施例的概略剖视图。
如图1～图3所示，本发明的流量传感器10，用于所述的超纯水或药液等的微量流量的测定，以两个第一及第二膜片31、32来承受流通于腔室20内的流体的压力变动，由负载差传感器50检测其负载差作为位移量来检测流体的流量。
在本发明的流量传感器10中，其特征为对于所述膜片31、膜片32(参照图1及图2)或负载差传感器50(参照图3)设有位移限制构件61、62(图1、图2)、66、67(图3)，以使因所述第一膜片31及第二膜片32受到的流体的压力变动所产生的位移量不成为恒定以上的大小。另外，位移限制构件不一定对于一次侧及二次侧两侧的流体的压力变动而设置，也可以仅相对一侧(通常是一次侧)的流体的压力变动而设置。
腔室20如图所示，由相对向配置于所述腔室20内的两个第一膜片31、第二膜片32而被划分成面向第一膜片31的一次侧腔室21；面向第二膜片32的二次侧腔室25，使产生有差压的流体从所述一次侧腔室21经过具有节流口部40的旁通流路35而流通到二次侧腔室25。腔室20形成有具有在一侧(一次侧腔室21)开口的流入口23的被测定流体的流入部22；以及具有在另一侧(二次侧腔室25)开口的流出口27的被测定流体的流出部26。
在本实施例中，第一膜片31及第二膜片32由耐蚀性佳的聚四氟乙烯(PTFE树脂)等的氟树脂形成。图中的符号33、34是用来固定第一膜片31及第二膜片32的内周压环，36、37是相同的外周压环。
在本发明中，对所述膜片31、32或负载差传感器50设置有位移限制构件61、62、66、67，以使所述第一膜片31及第二膜片32受到的流体的压力变动所产生的位移量不成为恒定以上的大小。在图1及图2的实施例中，对各膜片31、32设置有位移限制构件61、62，在图3的实施例中对各膜片31、32设置有位移限制构件66、67。而在图3中，与图1、图2共用的图号代表相同组成的构件。
首先，针对图1及图2的实施例来加以说明，这里，对膜片31、32设置位移限制构件61、62，特别在本例中，在承受各膜片31、32的压力、传递该负载的受压部71、72的内侧，设置有位移限制构件61、62。
也就是说，如技术方案2的发明所规定，在本例中，包含有可将负载差传感器50固定配置在所述腔室20内的外周框部51；中心侧的中心构件52；以及延伸在所述外周框部51与中心构件52之间、设有计测部G的应变部55，在所述负载差传感器的中心构件52上安装有受到各膜片31、32的压力而传递该负载的受压部71、72。符号53、54是用来与各受压部71、72一体地安装在负载差传感器50的中心构件52上而形成的结合凸部。
顺便说一下，实施例中的负载差传感器50是称作所谓的应变计，由软钢、不锈钢、或铝等的弹性体所构成，将在固定于腔室20的外周框部51与安装有承受各膜片31、32的压力的受压部71、72的中心构件52之间延伸的应变部55所产生的位移量，由设于该应变部55上的计测部(测量部)G而将该机械性的偏位取出作为电气信号。也就是说，将由节流口40所产生的流体的压力差检测作为施加于第一膜片31与第二膜片32的负载差值ΔP(kPa)的位移量，将该位移量的大小变换成电气信号I(mA)来计测流量(ml/min)。在本实施例中，应变部55是使用形成为薄面的十字状的构造(参照图2)，但也可以是整面状的构造。
受压部71、72，最好与膜片31、32相同，由耐蚀性佳的聚四氟乙烯(PTFE树脂)等的氟树脂形成。且如技术方案3的发明规定，将位移限制构件61、62配置在该受压部71、72的内侧，在制造上及构成上是方便的，且还成为膜片31、32的保护。符号73、74是用来安装负载差传感器50的中心构件52的结合凸部53、54的凹部。而受压部71、72也可以与膜片31、32形成为一体。
位移限制构件61、62，其功能是作为挠曲方向的挡块以使膜片31、32的位移不成为规定以上的大小，只要是能达到该功能的构造即可。在本实施例中，由金属制的环状物所构成(参照图2)，其外周缘部63、64是利用嵌装于负载差传感器50外周框部51而被固定在腔室20上。而位移限制构件也可以仅对一侧流体的压力变动进行设置。
由位移限制构件61、62限制膜片31、32位移的间隔、即挡块间隔a，是考虑差压感度或膜片31、32的弹性界限等来决定的。通常在测定到3kgf左右的负载时，膜片31、32的位移限制量、即挡块间隙a作成0.3mm左右即可，在本实施例中设定为0.5mm。
旁通流路35如图示那样，是从一次侧腔室21开口的旁通入口到所述二次侧腔室25开口的旁通出口的流路，且在该旁通流路35的途中夹装有节流口(部)40。节流口40如图所示，是可自由交换地配置为单独构件，但可根据需要而与机壳主体11形成为一体。节流口40具有规定直径的孔部41，通过将其夹装在所述旁通流路35内，而在其前后产生差压。
主体机壳11，在实施例中从与其用途的关系来看，由耐蚀性佳的聚四氟乙烯(PTFE树脂)等的氟树脂所形成，但也可以用一般的塑料或金属来形成。主体机壳11如图示那样，由对半形状的机壳构件11A及11B(若需要，设置中间块体)的组合体所构成，通过未图示的安装构件而紧固合装为一体。
在图2中，符号S1、S2是设置于负载差值50的应变部55的计测部(测量部)G的导线，通过机壳构件11的缺口12A及12B而连接到外部的电压计等的显示装置、计算机等计算处理装置或各种控制装置等。
在图3中，表示对负载差传感器50设置有位移限制构件66、67的例子。对于负载差传感器50的中心构件52，设置有由与前述同样的金属制的环状物所构成的位移限制构件66、67。图3的符号68、69代表外周缘部，该外周缘部68、69通过嵌装于负载差传感器50的外周框部51而被固定于腔室20上。另外，与前述相同，位移限制构件可以仅对一侧流体的压力变动加以设置。
对于以这种流量传感器10所测定的流体，往往存在氢氟酸、或氨水等容易穿透或渗透的流体。因此，如以下说明的图4～图6所示的流量传感器10A、10B、10C，提出了这样一种结构由前述流体的气体保护负载差传感器G。在以下的实施例中，对于图1～图3的相同组成构件，标上相同的符号而省略说明。
首先，作为技术方案4的发明的流量传感器，在设有负载差传感器的计测部的应变部的外侧形成有保护膜片。在实施例中，如图4所示的流量传感器10A，表示用保护膜片部83、87一体地结合着所述受压部81、85与位移限制构件82、86的结构。采用该结构，设置于负载差传感器50的应变部55的计测部G，利用所述受压部81、85及位移限制构件82、86之间的保护膜片部83、87，被完全地遮断勉受流通于腔室21、25的流体而可防止所述渗透气体等所产生的不良现象。另外，由于保护膜片部83、87与所述负载差传感器50的应变部55具有同样可挠性的结构，故不会妨碍来自第一膜片31及第二膜片32的压力变动的传递。
在图5所示的流量传感器10B中，其特征为所述负载差传感器主体50由位于其两侧具有保护膜片部91、96的两个轮状构件90、95所挟持。该轮状构件90、95，在对应于负载差传感器50的应变部55的位置具有保护膜片部91、96，并且在中心构件52的位置具有与该中心构件52及受压部71、72的固定部92、97。由此被安装于负载差传感器50的应变部55的计测部G，利用所述轮状构件90、95的保护膜片部91、96从腔室21、25遮断来保护两侧使其免于气体等的影响。
图6所示的流量传感器10C，涉及技术方案5的发明，其特征为所述负载差传感器的应变部是相对形成两个，而所述计测部G被设置在所述各应变部的内面侧。在实施例中，负载差传感器100由第一构件101与第二构件105的两个构件构成。该负载差传感器100，使所述第一构件101及第二构件105邻接，通过将传感器计测部G安装在各自的应变部102、106的内面侧，则可以避开来自流通于腔室21、25的流体的气体。
此外，图7所示的流量传感器D，涉及技术方案6及7的发明，在机壳主体上，设有与所述膜片部的背面侧空间110连通的清洗用气体的流入部111及流出部115，当所述渗透性气体存在于所述膜片部的背面侧空间110时，通过将其排出到外部来保护传感器计测部G使其免于气体的影响。而在该实施例中，在负载差传感器50的外周框部51的规定位置设有连通于所述清洗用气体的流入部111及流出部115的贯穿孔56。
也就是说，使清洗用气体(空气或氮气等)从清洗用气体的流入部111流入到膜片部31、32的背面侧空间110内，通过从清洗用气体的流出部115流出而将来自背面侧空间110的流体的渗透性气体排出。在该实施例中，如图所示，一次侧腔室21的膜片31与二次侧腔室22的膜片32的背面侧空间110为共用，所以来自所述清洗用气体的流入部111及流出部115的流路112及116都与负载差传感器50的外周框部51的贯穿孔56连接。当然，这些流路112及116也可与膜片部31、32的背面侧空间110直接连通。
从清洗用气体的流出部115与清洗用气体一起流出的渗透性气体，经由配管120而被送入到该流量传感器10外的规定排出对象，根据需要而经过未图示的现有处理装置将其废弃。由此，可防止作业环境的恶化或周围的空气污染等。
此外，如技术方案7的发明所规定，在所述清洗用气体的流出部115侧的配管120上也可以配置用来检测气体浓度或液体泄漏的装置125。由此，可以检测膜片部31、32的背面测空间110的渗透性气体量的位移或液体泄漏等的状态。也可以知道被控制流体的流通状况或膜片部的状态。另外，也可以使用现有检测机器作为用来检测气体浓度或液体泄漏的装置。
对于如上所述实施例的流量传感器10(10A、10B、10C、10D)，各膜片31、32受到腔室21、25中流体的压力变动，而传递到受压部71、72(81、85)。利用负载差传感器50(100)的应变部55(91、96)的传感器计测部G，将该受压部71、72(81、85)所受到的压力变动所产生的负载检测作为位移量的差值来检测出流体的流量。而在流体有很大的压力变动时，即使膜片31、32有很大的位移，通过该受压部71、72(81、85)的外周抵接于位移限制构件61、62(82、86)来限制其位移量，从而可防止大幅度地超过膜片31、32或负载传感器50(100)的计测范围能力。
在使用所述流量传感器10(10A、10B、10C、10D)、进行流体计测时，将最大计测差压设定为20KPa时，则可进行0.2KPa(20mm H2O)的计测。此时的耐压力可确保300KPa，并且流量可在50ml/min～5ml/min的范围进行计测。
即使一次侧腔室21与二次侧腔室25的差压很小，也可通过用该流量传感器10(10A、10B、10C、10D)进行计测，而可将节流口40的直径设定得较大，揭示进一步例如是半导体CMP用的悬浮液那样的容易堵塞的液体，也可连续地进行计测。此时的流量范围，可作成500ml/min～50ml/min。
在测定大流量的流体时，如图8所示的流量传感器10E，是在大直径管部131设置大直径的节流口135，由从大直径管部131分歧的小直径管部132连接到所述流量传感器10主体的一次侧腔室21，则不会妨碍流体的流动，而可效率良好地加以测定。该实施例虽是将大直径管体一体地组装在流量传感器10E内，但如图9所示，也可将所述大直径管部131作成独立的配管，并在其旁边利用小直径管部132将流量传感器10设作为旁通。
如以上图标所说明，采用本发明的流量传感器，由于是对膜片或负载差传感器设置有位移限制构件，以使所述第一膜片及第二膜片受到的流体的压力变动所产生的位移量不成为规定以上的大小，所以，既可提高流量计测的差压感度，还具有高的流体耐压。由此，可进行微小差压、即微小流量(10ml/min以下)的计测，并且也可扩大流量计测范围(10倍也很容易)。
另外，采用该发明结构，由于是把负载差传感器的计测部由腔室可靠地隔离或遮断的构造，所以，即使被计测流体是氢氟酸、氨水等容易渗透或穿透的流体，也可保护其免于渗透过来的气体等的影响。
权利要求
1.一种流量传感器，在腔室内将两个第一及第二膜片相对配置而划分成面向所述第一膜片的一次侧腔室与面向所述第二膜片的二次侧腔室，使产生差压的流体从所述一次侧腔室经过具有节流口部的旁通流路而流通到二次侧腔室，由配置于所述第一膜片及第二膜片之间的负载差传感器，将因该第一膜片及第二膜片受到流体的压力变动所产生的负载差值检测为位移量而检测流体流量，其特征为对于所述膜片或负载差传感器设置有位移限制构件，以使因所述膜片受到流体的压力变动所产生的位移量不成为规定以上的大小。
2.如权利要求1所述的流量传感器，其特征为包含有将所述负载差传感器固定配置在所示腔室内的外周框部；中心侧的中心构件；以及延伸设置在所述外周框部与中心构件之间、设有计测部的应变部，在所述负载差传感器的中心构件上安装有承受所述各膜片的压力而传递该负载的受压部。
3.如权利要求2所述的流量传感器，其特征为在所述受压部的内侧配置有所述位移限制构件。
4.如权利要求2或3所述的流量传感器，其特征为在所述设置有负载差传感器的计测部的应变部外侧形成有保护膜片部。
5.如权利要求2或3所述的流量传感器，其特征为所述负载差传感器的应变部相对形成两个，而在所述各应变部的内面侧设置有所述计测部。
6.如权利要求1、2或3所述的流量传感器，其特征为在所述流量传感器的主体机壳上，设置有与所述膜片的背面侧空间连通的清洗用气体的流入部及流出部，利用清洗用气体的流通，将存在于所述膜片部背面侧空间的流体的渗透性气体排出到外部。
7.如权利要求6所述的流量传感器，其特征为对于所述清洗用气体的流出侧的配管系统，配置有用来检测气体浓度或液体泄漏的装置。
全文摘要
一种新型的流量传感器，在腔室(20)将两个膜片(31)、(32)相对配置而划分成一次侧腔室(21)与二次侧腔室(25)，使产生差压的流体从所述一次侧腔室经过具有节流口部(40)的旁通流路(35)而流通到二次侧腔室，由抵接配置于所述第一膜片及第二膜片之间的负载差传感器(50)将因该第一膜片及第二膜片受到的流体的压力变动所产生的负载差值检测为位移量而检测流体的流量，为不使因所述第一膜片及第二膜片受到的流体的压力变动所产生的位移量成为规定以上的大小，而对所述膜片或负载差传感器设置位移限制构件(61)、(62)。采用本发明，能容易测量在测量微小流量时的微小差压，并且能耐高压。
文档编号G01F1/42GK1444018SQ0310348
公开日2003年9月24日 申请日期2003年1月30日 优先权日2002年3月12日
发明者松泽广宣, 柴田知子 申请人:先进电气工业株式会社