专利名称：流量测量装置和流量控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及根据压力测量例如半导体加工中使用的材料气体等的流量的流量测量装置以及使用了该流量测量装置的流量控制装置。
背景技术：
所述种类的流量测量装置和流量控制装置，通过设置流体阻力部件，根据该流体阻力部件前后的压力来计算出流量(在半导体加工等中，当如在下游连接有真空室时等那样下游压力低的情况下，仅使用上游的压力就可以高精度计算出流量)。公知的有下述的装置形成作为集成块的一个共通的主体单元，并在该主体单元上安装所述流体阻力部件和压力传感器，从而形成一体，在所述集成块的内部例如形成有流路。
为了更准确地计算出流量，还需要流体的温度。例如，如果是使用电阻元件类型的压力传感器，由于电阻元件的电阻值因温度发生变化，所以测量值会出现误差，因此通过测量压力传感器的温度，可以测量到误差得到补偿的准确的压力。此外，因为流体温度会对粘性等造成影响，所以如果知道流体阻力部件中的流体温度，则可以更准确地计算出流量。因此，例如如图13所示，以往将温度传感器安装在主体单元上，将温度传感器表示的温度看作所述流体阻力部件和压力传感器的温度来计算出所述流量。另一方面，近年来在追求设备紧凑化和简单化的情况下，安装在流量测量装置或流量控制装置的前后的开关阀等，从气动式改变为电磁式，且配置得更加接近。现有技术文献专利文献专利文献I :日本实用新型公开公报实开平2-55123号可是，根据本发明人专心研究的结果发现，由于从电磁式开关阀等通电时发出的热量，如果将所述开关阀配置在流量测量装置或流量控制装置附近，则压力传感器和流体阻力部件的温度随时间变动，而且在各处会产生温度不同的现象。这时，如果还按照以往那样在一处测量温度，则该温度就不一定表示实际的压力传感器中的温度或流体阻力部件中的温度，从而存在会导致产生测量误差的问题。然而如果单纯地增加温度传感器，又会导致不能满足紧凑化等的要求。
发明内容
鉴于本发明人首次发现的所述问题，本发明的主要目的在于提供一种流量测量装置和流量控制装置，能够提高流量测量精度而不会损害紧凑性。S卩，本发明提供一种流量测量装置，其包括流体阻力部件，流过测量的对象流体；上游压力传感器，包括感压面，所述流体阻力部件的上游的对象流体导向该感压面，所述上游压力传感器能分别或同时在压力测量模式和温度测量模式下进行动作，在所述压力测量模式下，所述上游压力传感器能根据以与该感压面的变形联动而变形的方式设置的电阻元件的电阻值的变化测量所述对象流体的压力，在所述温度测量模式下，所述上游压力传感器能根据所述电阻元件因温度产生的电阻值的变化测量该压力传感器的温度；温度检测部件，配置于能测量流过所述流体阻力部件的对象流体的温度的位置；以及流量计算部，至少根据在所述压力测量模式下测量到的上游流路的压力、所述流体阻力部件的压力一流量特性、在所述温度测量模式下测量到的上游压力传感器的温度和由所述温度检测部件测量到的所述流体阻力部件中的对象流体的温度，计算出所述对象流体的流量。还可以在流量计算部的计算参数中使用所述流体阻力部件所具有的压力一流量特性。本发明的流量测量装置包括流体阻力部件，流过测量的对象流体；上游压力传感器，包括感压面，所述流体阻力部件的上游的对象流体导向该感压面，所述上游压力传感器能根据以与该感压面的变形联动而变形的方式设置的电阻元件的电阻值的变化测量所述对象流体的压力，并且能根据所述电阻元件因温度产生的电阻值的变化测量该压力传感器的温度；温度检测部件，配置于能测量流过所述流体阻力部件的对象流体的温度的位置；以及流量计算部，至少根据由所述上游压力传感器测量到的上游流路的压力、所述流体阻 力部件的压力一流量特性、由所述上游压力传感器测量到的上游压力传感器的温度及由所述温度检测部件测量到的所述流体阻力部件中的对象流体的温度，计算出所述对象流体的流量。按照所述的流量测量装置，即使假设因从电磁式开关阀等通电时发出的热量，压力传感器和流体阻力部件的温度随时间变动且各处的温度不同，也由于单独地测量压力传感器的温度和流过流体阻力部件的对象流体的温度，并将各测量温度作为计算对象流体的流量时的计算参数，因此能计算出极高精度的流量。此外，由于将用于测量压力的电阻元件作为测量压力传感器的温度的部件共用，所以不会损害紧凑性。优选的是，测量对象流体的温度的所述温度检测部件设置在流体阻力部件的附近。作为能够特别显著地发挥本发明的效果的结构，优选的是，所述流量测量装置还包括主体单元，所述主体单元具有长边方向，在该主体单元中形成有流过所述对象流体的内部流路，所述流体阻力部件以切断所述内部流路的方式安装在所述主体单元上，并且所述上游压力传感器以所述感压面与部件安装面大体垂直且所述感压面与所述长边方向大体平行的方式安装在所述部件安装面上，所述部件安装面被设定为是所述主体单元的与所述长边方向平行的面。按照所述结构，由于感压面竖起，与将感压面放倒的结构相比，感压面远离设置有流体阻力部件的内部流路，所以流体阻力部件与感压面的温度差往往变大，在以往那样用一个温度传感器的测量误差变大，但是按照本发明，能可靠地降低所述误差，从而能够以高精度测量流量。为了使温度检测部件尽可能接近流体阻力部件并维持紧凑性，优选的是，所述流体阻力部件嵌入凹部，该凹部开口于所述主体单元的部件安装面，所述上游压力传感器包括主体构件，在该主体构件的内部形成有所述感压面，通过所述主体构件密封所述凹部的开口，并且所述温度检测部件内置于所述主体构件的开口密封面的正上方。
此外，优选的是，本发明的所述流体阻力部件使对象流体以层流状态流动。下游的压力传感器如果具备同样的功能，则也能进行更准确的流量测量。具体而言，所述流量测量装置还包括下游压力传感器，该下游压力传感器包括感压面，所述流体阻力部件的下游的对象流体导向该感压面，所述下游压力传感器能分别或同时在压力测量模式和温度测量模式下进行动作，在所述压力测量模式下，所述下游压力传感器能根据以与该感压面的变形联动而变形的方式设置的电阻元件的电阻值的变化测量所述流体阻力部件的下游流路的压力，在所述温度测量模式下，所述下游压力传感器能根据所述电阻元件因温度产生的电阻值的变化测量该压力传感器的温度，所述流量计算部根据在所述压力测量模式下测量到的下游流路的压力和在所述温度测量模式下测量到的下游压力传感器的温度，计算出所述对象流体的流量。此外，本发明还提供一种利用了本发明的流量测量装置的流量控制装置。按照如上所述的本发明，在差压式流量测量装置和利用了该差压式流量测量装置的流量控制装置中，可以提高流量测量精度而不会损害紧凑性。
图I是本发明的一个实施方式的流量控制装置的流体回路图。图2是与图I为相同实施方式的流量控制装置的整体立体图。图3是表示与图I为相同实施方式的流量控制装置的内部结构的纵剖视图。图4是与图I为相同实施方式的流量控制装置的俯视图。图5是表示与图I为相同实施方式的压力传感器的内部结构的横剖视图。图6是与图I为相同实施方式的流量控制装置的分解立体图。图7是表示与图I为相同实施方式的流量调节阀的内部结构的局部剖视图。图8是表示与图I为相同实施方式的流量调节阀的内部结构的局部剖视图。图9是表示与图I为相同实施方式的将流体阻力部件收容在凹部中的状态下的内部结构的局部剖视图。图10是表示与图I为相同实施方式的将电阻元件粘贴在感压面上的状态下的图。图11是与图I为相同实施方式的电阻元件的连接等价电路图。图12是表示本发明其他实施方式的压力传感器的内部结构的局部剖视图。图13是表示以往的流量控制装置的整体立体图。附图标记说明100…流量控制装置10…流量测量装置I…主体单元Ia…内部流路21…上游压力传感器22…下游压力传感器2b I…感压面3…流体阻力部件6…控制电路
具体实施例方式下面参照
本发明的一个实施方式。本实施方式的流量控制装置100安装在例如气体面板上，构成半导体制造装置的材料供给管道的一部分，如图I的流体回路图、图2的整体立体图所示，流量控制装置100包括主体单元I，具有内部流路Ia,在该内部流路Ia中流过作为流量控制对象的流体；流量调节阀4，设置在所述内部流路Ia上；流量测量装置10，设置在比所述流量调节阀4更靠下游，测量流过所述内部流路Ia的流体的质量流量；以及控制电路6，控制所述流量调节阀4，从而使所述流量测量装置10测量到的测量流量成为预定的目标流量。以下具体说明各部分。如图2所示，主体单元I为呈细长的长方体形状的例如金属制部件。所述主体单元I的与长边方向平行的一个面被设定为部件安装面1C，只在该部件安装面Ic上安装有所述流量调节阀4和压力传感器21、22等部件。此外，与所述安装面Ic相反一侧的面作为用于将该主体单元I固定在面板等上的固定面。另外，主体单元I的与长边方向平行的其他 两个面(以下称侧面)不安装任何部件，因此多个主体单元I可以以侧面之间贴紧或接近的方式配置。内部流路Ia从主体单元I的长边方向的一端部向另一端部延伸，更具体而言，如图3所示，内部流路Ia的流体导入口 Id和流体导出口 le，分别开口于所述主体单元I的与长边方向垂直的两端面。而且，从与所述部件安装面Ic垂直的方向观察时(以下也称俯视)，流体与长边方向大体平行地流动。如图3、图6、图7所示，流量调节阀4为柱状部件，包括阀座构件42和阀体构件41，垂直安装在所述部件安装面Ic的流体导入口 Id—侧的一端部上。所述流量调节阀4的最大宽度尺寸被设定为小于所述部件安装面Ic的宽度尺寸(与长边方向垂直的方向的尺寸)或与所述部件安装面Ic的宽度尺寸相同，如图4所示，在所述流量调节阀4安装在主体单元I上的状态下，流量调节阀4在宽度方向上不从主体单元I突出。如图6、图7等所示,构成所述流量调节阀4的构件中,所述阀座构件42为大体柱状构件，其顶面中央部突出形成有圆环状的座面42a。此外，流体导入通道42b和流体导出通道42c贯穿所述阀座构件42，流体导入通道42b的一端开口于该阀座构件42的顶面中央部(具体为阀座面42a的内侧)，并且其另一端开口于该阀座构件42的底面中央部。流体导出通道42c的一端开口于该阀座构件42的顶面周向边缘部(更具体而言为比阀座面42a更靠外侧)，并且另一端开口于该阀座构件42的底面周向边缘部。所述阀座构件42嵌入有底凹部If，该有底凹部If开口于所述部件安装面Ic的一端部。所述有底凹部If设置在切断所述内部流路Ia的位置上。具体而言，被切断的内部流路Ia中的上游内部流路Ia (I)的末端开口于该有底凹部If的底面中央部，下游内部流路Ia (2)的始端开口于该有底凹部If的底部侧周面。通过所述结构，在阀座构件42嵌入有底凹部If的状态下，所述流体导入通道42b的另一端通过密封构件SL2与开口于有底凹部If中央的上游内部流路Ia(I)的末端连通，此外，由于阀座构件42从底面周向边缘部到侧周面底部与有底凹部If的内周面之间存在间隙，所以所述流体导出通道42c的另一端与所述下游内部流路Ia (2)的始端连通。
另一方面，如图3、图7、图8所示，所述阀体构件41包括箱体411，内部为气密状态；以及层叠压电元件412，呈柱状，收容在所述箱体411的内部。箱体411包括呈长筒状的壳体411a ;薄板状的隔板构件411b，气密地堵塞所述壳体411a的一端面，能弹性变形；以及堵塞构件411c，气密地堵塞所述壳体411a的另一端面。壳体411a包括块体状的一端侧部件411a. 1，以覆盖所述有底凹部If的方式安装在部件安装面Ic上；以及圆筒状的另一端侧部件411a. 2，与所述一端侧部件411a. I连接。如图7所示，隔板构件411b为能弹性变形的薄板，在中央具有向内侧突出的突起411b. I,隔板构件411b与所述一端侧部件411a. I 一体成形。 如图8所示，堵塞构件411c包括呈圆板状的构件主体411c. 1，以堵塞壳体411a的另一端面的方式安装；作为进退杆的调整螺钉411c. 2，与贯穿所述构件主体411c. I中央的内螺纹孔螺纹连接；以及气密保持构件411c. 3，以包围螺纹连接部分的方式安装在构件主体411c. I的内侧的面上。另外，所述构件主体411c. I为所谓的密封结构，被压电元件驱动用的端子T以气密的方式贯穿。所述气密保持构件411c. 3包括筒状的波纹管部411c. 31，能够在轴向上弹性伸缩；以及柱状构件411c. 32，与所述波纹管部411c. 31的底部气密连接。所述柱状构件411c. 32介于调整螺钉411c. 2和层叠压电元件412之间，通过使调整螺钉411c. 2通过螺纹前进或后退，并通过柱状构件411c. 32，可以调节层叠压电元件412在轴向上的位置。另外，柱状构件411c. 32的前端面与层叠压电元件412的基端面接触。此外，通过借助密封构件SLl将所述壳体411a的一端面安装到主体单元I的部件安装面Ic上，以该一端面密封形成在主体单元I上的所述有底凹部If的开口，并且使阀座面42a与隔板构件411b相对，通过所述压电兀件412的伸缩，使隔板构件411b与阀座面42a的间隔距离发生改变，所述隔板构件411b发挥作为阀体41a的功能。如图I所示,流量测量装置10包括流体阻力部件3,设置在内部流路Ia上；一对压力传感器21、22，用于分别测量所述流体阻力部件3a的上游和下游的流体压力；以及作为流体计算部的流量计算电路9，用于计算出流过所述流体阻力部件3的对象气体的流量。以下具体说明各部分。如图6、图9所示，所述流体阻力部件3为将多个矩形状薄板31 35层叠而成的长方体状部件，由于所述流体阻力部件3构成为使流过该流体阻力部件3的内部的流体以层流状态流动，所以也可以将流体阻力部件3称为层流阻力元件。如图6所示，在所述流体阻力部件3的各薄板上或一部分薄板上设有通孔3b和狭缝3d，通孔3b在层叠时相互重合从而在层叠方向上形成贯通的连接通道3c，狭缝3d的内侧端与所述连接通道3c连通，狭缝3d的外侧端开口于与长边方向垂直的侧面，在层叠所述薄板31 35时，由狭缝3d形成阻力流路3a。按照该结构，通过使狭缝3d的形状和个数不同可以调节流路阻力。另一方面，如图3、图5、图6、图9所示，在主体单元I的部件安装面Ic的长边方向中央部，以切断内部流路Ia的方式设有矩形的凹部lh。而且设计为所述流体阻力部件3以宽度方向无间隙、且在主体单元I的长边方向上存在间隙的方式嵌入所述凹部lh。此外，被所述凹部Ih切断的内部流路Ia中的上游内部流路Ia (2)的末端开口于所述凹部Ih的底面中央，并且下游内部流路la (3)的始端开口于有底凹部Ih的长边方向的底面边缘部。在所述流体阻力部件3嵌入凹部Ih的状态下，所述连接通道3c的底侧的一端通过密封构件SL3与上游内部流路Ia (2)的末端连接，阻力流路3a的外侧端与下游内部流路Ia (3)的始端连通。即，上游内部流路Ia (2)通过连接通道3c和阻力流路3a，与下游内部流路Ia (3)连接。如图2 图6等所示，压力传感器21、22包括呈扁平形状的主体构件2A ;以及内置于所述主体构件2A内的压力检测用的电阻元件2B。此外，将所述扁平的主体构件2A以下述方式安装在所述部件安装面Ic上主体构件2A的面板部(扁平面)与部件安装面Ic垂直且与主体单元I的长边方向大体平行，即俯视为与流体的流动方向大体平行。此外，如图4等所示，压力传感器21、22的厚度尺寸设定为小于部件安装面Ic的宽度方向尺寸或与部件安装面Ic的宽度方向尺寸相同，安装状态下的压力传感器21、22不会在宽度方向上从王体单兀I关出。如图5所示，所述主体构件2A内形成有呈薄圆板状的流体填充室2b，由弹性变 形的隔板壁2A1形成与所述面板部平行的一个面2bl ；以及流体导入通道2c，连通所述流体填充室2b和压力导入口 2al。所述压力导入口 2al开口于与主体单元I相对的安装面2a。流体导入通道2c开口于流体填充室2b的侧面，即开口于与所述一个面2bl垂直的面，并且流体导入通道2c的延伸方向设定为与所述一个面2b I平行或相对于所述一个面2bl略微倾斜。在此，如图5、图10所示，所述电阻元件2B采用四个等价元件，并列粘贴在所述隔板壁2A1的背面，但不限于此，也可以采用贴在表面和背面等已知的各种粘贴方法。所述四个电阻元件2B例如如图11的等效电路图所示，以构成电桥电路的方式连接，所述电阻元件2B中的正中间的两个电阻元件2B (2)、电阻元件2B (3)为电桥电路中的相对的电阻。此外，如相同的图所示，在电桥电路中相邻的电阻元件2B的连接点中处于对角位置的连接点T1、T2上，从另外设置的固定电流源I流通有一定的电流，将处于另一方的对角位置的连接点Τ3、Τ4间的电压作为压力指示电压Vp取出。另外，取出或输出所述压力指示电压时为压力测量模式。按照所述的结构，由于在没有压力作用的状态下，作为感压面的所述一个面2b I不变形，所以电桥电路保持平衡，压力指示电压为0，而当感压面2bl受到流体压力后产生变形时，由于例如电阻元件2B (2)、2B (3)伸长后其电阻值相应地增加，并且电阻元件2B
(1)、2B (4)缩短后其电阻值相应地减小，所以电桥电路的平衡被破坏，产生与变形对应的压力指示电压Vp。但是，即使在相同压力下，所述压力指示电压Vp也会因温度而变化。这是由于电阻元件2B的电阻值也因温度而变化。因此，在所述实施方式中，也可以利用所述电桥电路来测量温度。具体而言，利用电阻元件2B的阻力值因温度而变化，取出固定电流源所连接的连接点间的电压作为温度指示电压Vt。即，所述温度指示电压Vt间接表示电阻元件2B的在Tl、T2间观察时的合成电阻值，由于该合成电阻值根据温度变化，所以温度指示电压Vt成为表示温度的值。此外，取出或输出所述温度指示电压时为温度测量模式。由于所述合成电阻值基本与压力无关，因此可以与压力无关地独立测量温度。另外，作为具体的电阻元件，可以使用由娃等形成的MEMS (Micro ElectroMechanical Systems,微机电系统)或压电元件等,从温度测量功能的观点出发优选MEMS。但是，所述一对压力传感器21、22中，上游压力传感器21安装在主体单元I的部件安装面Ic的长边方向的中央部，下游压力传感器22安装在所述部件安装面Ic的长边方向的另一端部。特别是通过安装在主体单元I上，所述上游压力传感器21的安装面2a通过环状密封构件SL4将所述凹部Ih的开口气密密封，并且所述上游压力传感器21将凹部Ih内的流体阻力部件3按压夹持在其与凹部Ih的底面之间。由此，流体阻力部件3不需要专用的盖等密封，因此能够减少部件数量并能促进组装简单化，从而可以实现降低成本。此外，在所述状态下，流体阻力部件3的连接通道3c与上游压力传感器21的压力导入口 2al连接，比阻力流路3a更靠上游的内部流路Ia (2)通过所述连接通道3c与上游压力传感器21连通。
另一方面，比阻力流路3a更靠下游的内部流路Ia (3)，沿主体单元I的长边方向延伸到达流体导出口 le，并且通过在中途分支的分支流路li，内部流路Ia (3)与下游压力传感器22的压力导入口 2al连接。另外，在所述实施方式中，设置有温度检测部件8，该温度检测部件8用于测量流过所述流体阻力部件3的流体的温度。所述温度检测部件8例如为热敏电阻或测温电阻体等，所述温度检测部件8被埋入所述上游压力传感器21的主体构件2A中。更具体而言，如图9、图3所示，所述温度检测部件8被埋入所述主体构件2A的距安装面2a隔开薄壁W(厚度O. Imm左右)的位置，所述温度检测部件8隔着薄壁W与流体阻力部件3相对配置。所述流量计算电路9在物理上由CPU、存储器、I/O通道，A/D转换器，D/A转换器以及其他的模拟或数字电路等构成，在此，所述流量计算电路9收容于图2所示的罩体7内，该罩体7以覆盖压力传感器21、22和流量调节阀4的方式安装在主体单元I上，所述流量计算电路9也可以不附带在罩体7和主体单元I上，而与罩体7和主体单元I分开设置流量计算电路9。另外，图2未表示流量计算电路9。所述流量计算电路9与所述压力传感器21、22和温度检测部件8电连接，可以接收所述压力指示电压Vp、温度指示电压Vt和来自温度检测部件8的温度测量值。此外，按照存储在所述存储器中的程序，通过使CPU及其外围设备协同动作，所述流量计算电路9发挥下述功能。S卩，分别取得从压力传感器21、22输出的压力指示电压Vp后计算出修正前压力值，并且取得温度指示电压Vt后计算出压力传感器的温度，用压力传感器的温度对所述修正前压力值进行修正，计算出作为最终结果的压力。另外，作为最终结果的压力也可以根据压力指示电压Vp和温度指示电压Vt直接求出。以下为具体示例。首先，根据温度指示电压Vt求出温度T。例如按照以下的规定的关系式求出。T = e (Vt)e为规定的函数(例如为一次式)接着，通过拟合(7 ^ r ^ >々'')等求出在温度Tl下使压力变化时真实的压力P和压力指示电压Vp的关系式。P (T1) = f (Vp, a1； b1； C1, d1；…)
f为规定的函数(例如三次式)^ 屯，…为通过拟合等得到的规定的系数在多个(例如η个)温度下进行所述测量，得到以下的式子。P (Tk) = f (Vp, ak, bk, ck, dk,…)k为I n的整数接着，将ai an (= a)表示为以温度T为参数的函数g (T)0所述函数g为例如T的多次式。a = g (T) 同样地分别由温度的函数h (T), i (T), j (T)......确定h bn, C1 cn, (I1
dnj ****** οS卩，压力P可以通过以压力指示电压Vp和温度指示电压Vt为参数的函数k来表
/Jn οP = f (Vp, g (T), h (T), i (T), j (T)…)=k (Vp, Vt)所以，根据如上所述求出的函数k以及压力指示电压Vp和温度指示电压Vt就能计算出压力P。接着，根据如上所述计算出的上游的压力和下游的压力、存储在存储器中的流体阻力部件3所具有的压力一流量特性和来自温度检测部件8的温度测量值，可以计算出流过所述流体阻力部件的流量，即流过内部流路Ia的流量。具体而言,在流动为层流时,根据Hagen Poiseuille (哈根_泊肃叶)的定律(公式1)，管路亦即流体阻力部件的两端产生的压力差与体积流量成比例，其比例系数包含流体的粘性系数。另外，这里所述的压力一流量特性是指例如由下述公式(I)中的r和L规定的系数。Q=Ji · r " 4 · Δp/ (8 nL)…公式(I)其中，r :流体阻力部件的流路半径η :流体的粘性系数L :流体阻力部件的流路长度Λ P:压力差由于粘性系数依存于流体温度亦即来自所述温度检测部件8的温度测量值，所以利用所述温度测量值能求出准确的粘性系数，并能计算出体积流量(或在其上乘以密度的
质量流量)。此外，也可以预先通过实验求出例如多个温度、多个压力下的各流量并存储在存储器中，根据所述实验值通过拟合等对在实际测量到的温度和压力下的流量进行修正后计
算出流量。控制电路6在物理上与所述流量计算电路9设置在同一基板上，与所述流量计算电路9共用CPU、存储器、I/O通道、A/D转换器、D/A转换器、其他的模拟或数字电路。此外，按照存储在存储器中的程序，通过使CPU及其外围设备协同动作，所述控制电路6控制所述流量调节阀4，将所述流量计算电路9计算出的内部流路Ia的流体流量调节为从外部指示的设定流量。
具体而言，如果从操作者或外部其他设备赋予了设定流量，则所述控制电路6计算出所述设定流量与所述流量计算电路9计算出的流量的偏差，根据该偏差，向流量调节阀4输出使所述层叠压电元件412伸缩的指令信号，从而使所述计算出的流量接近设定流量。由此，使阀座面42a和阀体41a的间隔距离发生变动，来调节流过所述流量调节阀4的流体，亦即调节流过所述内部流路Ia的流体的流量。按照所述的结构，即使假设由于从电磁式开关阀等通电时发出的热量，压力传感器21、22和流体阻力部件3的温度随时间变化，且各处的温度不同，也可以通过对压力传感器21、22的温度和流过流体阻力部件3的对象流体的温度进行单独测量，并将各测量温度作为对象流体的流量计算中的计算参数，因此能以极高的精度计算出流量。此外，由于将测量压力的电阻元件2B作为测量压力传感器21、22的温度的部件共用，所以不会损害紧凑性、亦即不会使宽度变宽。特别是在所述实施方式中，将压力传感器21、22的感压面2bl相对于安装面2a 垂直竖起，并且以在俯视时使流体的流动方向与感压面2bl平行的方式将所述压力传感器2U22在部件安装面Ic上串联安装，从而在使感压面2bl成为大面积且维持高灵敏度的同时，使宽度方向的尺寸减小、且在俯视下呈细长形状。因此，与感压面放倒的结构相比，压力传感器21、22远离设置有流体阻力部件3的内部流路la，导致流体阻力部件3与感压面2bI的温度差往往变大。但是，按照本实施方式，如上所述，由于单独测量压力传感器21、22的温度和流过流体阻力部件3的对象流体的温度，所以能够可靠地降低所述误差，进行高精度的流量测量。此外，由于将温度检测部件8埋入密封流体阻力部件3的上游压力传感器21的主体构件2A中，并使温度检测部件8尽可能接近流体阻力部件3，所以能更准确地检测对象流体的温度。此外，因为将所述埋入位置设定在所述主体构件2A的所谓的无效空间，所以不会损害紧凑性。作为其他的附属效果如下所述由于流量调节阀4和流体阻力部件3排列设置在主体单元I的所述部件安装面Ic上，所以能够尽可能地降低连接两者之间的内部流路Ia的容积。因此，能够减小流量的检测与流量的控制的时间偏差，可以大幅改善流量控制装置100的控制响应性。此外，就流量调节阀4而言，由于隔板构件411b兼具有作为将压电元件412气密密封在壳体411a中的密封构件的功能以及作为调节流量的阀体的功能，所以能够减少部件数量，可以实现小型化和节省空间。此外，在壳体411a的一端面一体成形有隔板构件411b，并且在壳体411a的另一端面上设有气密保持构件411c. 3，所以能确保壳体内的气密性。此外，由于通过所述气密保持构件411c. 3，利用调整螺钉411c. 2可以按压压电元件412或使压电元件412伸长，所以可以保持壳体内的气密性，并且可以调整压电元件412的位置。另外，本发明不限于所述实施方式。例如，由于和下游压力传感器相比，上游压力传感器的压力测量值对流量测量精度的影响大，所以也可以仅使上游压力传感器处于温度测量模式，通过温度修正计算出压力值。流量和压力一流量特性也可以不通过理论公式而根据实验等确定，当流体阻力部件是临界喷嘴等的情况下，也可以仅根据上游压力传感器的压力测量值计算出流量。此外，不仅可以利用压力差，也可以利用(上游压力的η次方)-(下游压力的η次方)、(下游压力的m次方)* (上游压力-下游压力)的k次方、或所述的组合等，根据在实际设备上可以进行拟合的各种公式和值等计算出流量。如图12所示，在压力传感器21、22中，可以不在接触对象流体的隔板壁2A1 (感压面2bl)上直接粘贴电阻元件，而是使所述隔板壁2A1的位移通过非压缩性流体FD传导到第二隔板2A2上，并在所述第二隔板2A2上粘贴电阻元件2B。按照该结构，电阻元件2B不易受对象流体的温度变化的影响，能够进行更高精度的测量。电阻元件2B还可以粘贴在非压缩性流体FD —侧。流量测量装置也可以单独构成。根据情况，也可以省略上游压力传感器，而仅包括下游压力传感器。另外，可以将多个主体单元的侧面(与长边方向平行的面)彼此贴紧或接近配置，由此使多个流路并联。
此外，在不脱离本发明主旨的范围内可以进行各种变形。
权利要求
1.ー种流量測量装置，其特征在于包括 流体阻力部件，流过测量的对象流体； 上游压カ传感器，包括感压面，所述流体阻力部件的上游的对象流体导向该感压面，所述上游压カ传感器能根据以与该感压面的变形联动而变形的方式设置的电阻元件的电阻值的变化測量所述对象流体的压力，并且能根据所述电阻元件因温度产生的电阻值的变化測量该压カ传感器的温度；温度检测部件，配置于能测量流过所述流体阻力部件的对象流体的温度的位置；以及流量计算部，至少根据由所述上游压カ传感器测量到的上游流路的压力、所述流体阻力部件的压カー流量特性、由所述上游压カ传感器测量到的上游压カ传感器的温度及由所述温度检测部件測量到的所述流体阻力部件中的对象流体的温度，计算出所述对象流体的流量。
2.根据权利要求I所述的流量測量装置，其特征在于，所述温度检测部件设置在所述流体阻力部件的附近。
3.根据权利要求I所述的流量測量装置，其特征在干， 所述流量测量装置还包括主体单元，所述主体单元具有长边方向，在该主体单元中形成有流过所述对象流体的内部流路， 所述流体阻力部件以切断所述内部流路的方式安装在所述主体単元上，并且所述上游压カ传感器以所述感压面与部件安装面大体垂直且所述感压面与所述长边方向大体平行的方式安装在所述部件安装面上，所述部件安装面被设定为是所述主体単元的与所述长边方向平行的面。
4.根据权利要求3所述的流量測量装置，其特征在干， 所述流体阻力部件嵌入凹部，该凹部开ロ于所述主体単元的所述部件安装面， 所述上游压カ传感器包括主体构件，在该主体构件的内部形成有所述感压面， 通过所述主体构件密封所述凹部的开ロ，并且所述温度检测部件内置于所述主体构件的开ロ密封面的正上方。
5.根据权利要求I所述的流量測量装置，其特征在于，所述流体阻力部件使所述对象流体以层流状态流动。
6.根据权利要求I所述的流量測量装置，其特征在干， 所述流量測量装置还包括下游压カ传感器，该下游压カ传感器包括感压面，所述流体阻力部件的下游的对象流体导向该感压面，所述下游压カ传感器能根据以与该感压面的变形联动而变形的方式设置的电阻元件的电阻值的变化测量所述流体阻力部件的下游流路的压力，并且能根据所述电阻元件因温度产生的电阻值的变化测量该压カ传感器的温度，所述流量计算部根据所述下游压カ传感器測量到的下游流路的压カ和下游压カ传感器的温度，计算出所述对象流体的流量。
7.ー种流量控制装置，其特征在于包括 权利要求3或4所述的流量測量装置； 流量调节阀，安装在所述主体単元上；以及 控制电路，控制所述流量调节阀，使得由所述流量測量装置測量到的測量流量变成预定的目标流量。
全文摘要
本发明提供流量测量装置(10)和流量控制装置(100)，能提高流量测量精度而不损害紧凑性。流量测量装置(10)包括流过测量对象流体的流体阻力部件(3)；上游压力传感器(21)，能依对象流体导向的感压面上粘贴的电阻元件(2B)的电阻值的变化测量流体阻力部件(3)的上游压力，且能依电阻元件(2B)因温度产生的电阻值的变化测量所述感压面的温度；温度检测部件(8)，配置于能测量流过流体阻力部件(3)的对象流体的温度的位置；以及流量计算部(9)，至少根据由上游压力传感器(21)测量到的上游流路的压力、所述流体阻力部件的压力—流量特性、由上游压力传感器(21)测量到的压力传感器的温度和由温度检测部件(8)测量到的流体阻力部件(3)中的对象流体的温度，计算出该对象流体的流量。
文档编号G05D7/06GK102829828SQ20121020048
公开日2012年12月19日 申请日期2012年6月14日 优先权日2011年6月17日
发明者安田忠弘, 高仓洋 申请人:株式会社堀场Stec