JPH01318925A

JPH01318925A - マスフローコントローラ

Info

Publication number: JPH01318925A
Application number: JP63152674A
Authority: JP
Inventors: Tadahiro Omi; 忠弘大見; Hiroshi Mihira; 博三平; Kiyoshi Sato; 清志佐藤
Original assignee: Stec KK
Current assignee: Stec KK
Priority date: 1988-06-20
Filing date: 1988-06-20
Publication date: 1989-12-25
Anticipated expiration: 2013-10-22
Also published as: US4921005A; JP2814379B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、基体に形成された流体入口と流体出口との間
に、流体流量を測定するマスフローメータ部と、流体？
ＪＬ量を制御する流体制御部とを設けてなるマスフロー
コントローラの改良に関する。

〔従来の技術〕

従来のマスフローコントローラの法体制？１１部（制御
弁）は、例えば第５図に示すように、基体５１に形成さ
れた流体人口５２と流体出口５３との間に弁座５４を設
けると共に、先端部５５Ａが円錐台形に形成された弁体
５５を例えばサーマル方式の弁体駆動部５６によって駆
動し、弁座５４に形成された弁口５７の開度を適宜調節
するように構成されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記構成のマスフローコントローラにお
いては、弁体５５の先端部５５Ａが円錐台形であるため
、これを、弁口５７から流体が漏れないように弁ロ５７
壁面に密着させることができず、従って、極めて小流！
領域における制御に限界があり、下限は最大制御流量の
精々数％程度にとどまり、例えば最大制御流量の０．１
％といった微小流量領域の制御を行うことができなかっ
た。

ところで、マスフローコントローラにおいては、仮に微
小流量領域の制御が可能になったとしても、流体流量を
測定するマスフローメータ部におけるノイズレベルが高
いと、微小ｉ１　Ｉ　ｆｉｌ域の制御を精度よく行うこ
とができない。

而して、従来のマスフローコントローラのマスフローメ
ーク部においては、流体が流れる導管に互いに独立して
巻段された２つの抵抗体をそれぞれ一定の温度に保持す
るための電力の差に基づいて、導管内を流れる流体の質
量流量を検出するようにしているが、従来のマスフロー
コントローラにおいては、前記抵抗体に流す電流の方向
が明確に規定されていなかったため、抵抗体間の相互電
磁誘導作用によりノイズレベルの高い出力信号、つまり
、Ｓ／Ｎ比がよくない出力信号しか得られなかった。マ
スフローコントローラとして実用上問題がないレベルま
でノイズを低減する社は、信号処理部にノイズフィルタ
を設ければよいが、このようにすると制御応答性が損な
われてしまう。

本発明は、上述の事柄に留意してなされたもので、その
目的とするところは、制御範囲を微小流量領域にまで拡
げ、かつ、その制御を高速で行えるようにしたマスフロ
ーコントローラを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上述の目的を達成するため、本発明に係るマスフローコ
ントローラは、流体制御１部に設けられる流量制御部材
の流量制御部分を鏡面仕上げすると共に、前記マスフロ
ーメータ部における導管に巻段された２つの抵抗体にそ
れぞれ生ずる磁界の向きが前記導管内を流れる流体の方
向と逆になるように、前記各抵抗体に電流を流すように
している。

〔作用〕

上記構成によれば、流量制御部材の流量制御部分が鏡面
仕上げされているから、微小流量領域における流量制御
が高精度に行え、しかも、マスフローメータ部における
導管に巻段された２つの抵抗体にそれぞれ生ずる磁界の
向きが前記導管内を流れる流体の方向と逆になるように
、前記各抵抗体に電流を流すようにしているので、ノイ
ズフィルタを用いなくてもノイズの影響がない出力信号
を得ることができ、従って、高速応答性をもって制御す
ることができるので、上記目的は完全に達成される。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を、図面を参照しながら説明す
る。

第１図は所謂ノルマルオーブンタイプのマスフローコン
トローラの一例を示し、同図において、１は基体、２．
３は基一体１に形成された流体入口。

流体出口である。４は流体人口２と流体出口３との間に
形成される流体流路で、マスフローメータ部５と流体制
御部６とが設けである。尚、図示する例においては、マ
スフローメータ部５が流体制御部６よりも上流側に設け
であるが、この配置を逆にしてもよい。

前記マスフローメータ部５は、流体流路４に臨むように
開設された測定流路人ロアと測定流路出口８との間を接
続する例えば薄肉毛細管よりなる導管９に例えば熱式質
量流量上ンサよりなる抵抗体１０ｕ、　１０ｄ　（以下
、第１抵抗体１０ｕ、第２抵抗体１０ｄという）を巻回
してなるものである。

第２図は前記第１抵抗体１０ｕ、第２抵抗体１０ｄに対
してそれぞれ電力を供給する回路の一例を示し、図示す
る例においては、第１抵抗体１０ｕ、第２抵抗体１０ｄ
は、流体Ｆが流れる導管９に対して互いに逆方向にしか
も互いに独立した状態に巻段されている。第１抵抗体１
０ｕ、第２抵抗体１０ｄは例えば鉄・ニッケル合金等温
度係数の大なる温度感応抵抗線よりなり、導管９内を流
れる流体Ｆの流量の僅かな変化をも検知するべく構成し
である。

１１、１２は第１抵抗体１０ｕ、第２抵抗体１０ｄをそ
れぞれ後述するブリッジ回路１７．２２の構成要素とし
て含む定温度制御回路（以下、第１定温度制御回路１１
、第２定温度制御回路１２という）で、これら第１定温
度制御回路１１、第２定温度制御回路１２は互いに同一
の部品より構成されており、第１抵抗体１０ｕと第２抵
抗体１０ｄとの温度が常に所定の温度で相等しくなるよ
うに制御するものである。

即ち、第１定温度制御回路１１は第１抵抗体１０ｕとこ
の第１抵抗体ＬＯｕの温度設定用抵抗１３とブリッジ抵
抗１４．１５とからなるブリッジ回路１６と、制御回路
１７とを備えている。又、第２定温度制御回路１２は第
２抵抗体１０ｄとこの第２抵抗体１０ｄの温度設定用抵
抗１Ｂとブリッジ抵抗１９．２０と可変抵抗２１とから
なるブリッジ回路２２と、制御回路２３とを備えている
。尚、可変抵抗２１は導管９における流体Ｆの流量がゼ
ロのとき、ブリッジ回路１６．２２のそれぞれの出力が
互いに等しくなるように調整するものである。又、抵抗
１３．１４．１５．１Ｂ、　１９．２０゜２１は第１抵
抗体１０ｕ、第２抵抗体１０ｄに比べて温度係数が十分
小さくしである。

そして、上記第１抵抗体１０ｕ、第２抵抗体１０ｄは、
第１定温度制御回路１１、第２定温度制御回路１２によ
ってそれぞれ供給される電流Ｔｕ、’１．が流れること
によって第１抵抗体１０ｕ、第２抵抗体１０ｄにそれぞ
れ発生する磁界Φ、、Φ４の向きが導管９内を流れる流
体Ｆの向きと逆になるように（第３図（Ａ）参照）、前
記第１定温度制御回路１１、第２定温度制御回路１２に
それぞれ接続しである。

２４、２５はそれぞれ加算回路、減算回路であり、ブリ
ッジ回路１６．２２の出力点２６．２７にそれぞれ出力
される電位Ｐ＋、Ｐｇをそれぞれ入力とし、前者２４か
らは加算出力としてＰ１＋Ｐｚが、又、後者２５からは
減算出力としてＰ＋　　　Ｐｚがそれぞれ出力される。

２８は除算回路であり、加算回路２４及び減算回路から
の出力を入力とし、除算出力として（ＰＩ　　Ｆ！　）
／（ＰＩ　＋ｐ、）を出力する。そして、この出力（Ｐ
＋　−Ｐｇ　）／（Ｐ＋　＋Ｐｇ　）は、導管９内を流
れる流体Ｆの質量流量に比例しているので、これに適宜
の定数を乗することにより、導管９内を流れる流体Ｆの
質量流量を得ることができる。尚、２９は出力端子であ
る。

再び、第１図に戻り、３０は流体流路４に形成された定
分流比特性を有するバイパス部である。

そして、前記流体制御部６は次のように構成されている
。即ち、前記バイパス部３０よりも下流側の流体流路４
に弁口３１を備えた弁座３２が設けられると共に、弁口
３１の開度を調節する弁体３３がその弁頭部３３Ａを弁
口３１に近接した状態で設けられている。この弁体３３
は弁体ガイド部３４内を上下方向に移動し得るように、
しかも、通常時、弁座３２との間に若干の隙間が形成さ
れるように、金属製のダイヤフラム３５によって保持さ
れている。

更に、前記弁座３２及び弁体３３（これらを総称して流
量制御部材という）の相対向する部分、つまり、流量制
御部分３２ａ、　３３ａはそれぞれ鏡面仕上げによって
極めて平滑な平面（Ｒ，□がｏ、ｓｐａ以下）に形成さ
れている。

３６は弁体３３を所定の方向に駆動する弁体駆動部で、
例えば複数の圧電素子を積層してなるピエゾスタックよ
りなる。この弁体駆動部３６は弁ブロック３７に螺着さ
れた筒状カバ一体３８内に収容され、所定の直流電圧を
印加することによりその出力部が下方に変位し、これに
よって弁体３３が下降し、弁口３１の開度が変化するの
である。

尚、第１図において、３９〜４５は・シール部材として
のステンレス製の０リングである。

而して、上記構成のマスフローコントローラにおいて、
流量制御部材３２．３３の流量制御部分３２ａ。

３３ａが鏡面仕上げされているので、弁口３１の開度調
節をサブミクロン乃至ミクロンオーダーで行うことがで
き、それだけ小さい制御分解能を得ることができるから
、極めて小流＊Ｈ域において精度よく流量制御すること
ができる。

一方、マスフローメータ部５においては、導管９に巻段
された２つの抵抗体１０ｕ、　１０ｄにそれぞれ生ずる
磁界Φ１．Φ４の向きが導管９内を流れる流体Ｆの方向
と逆になるように、抵抗体１０ｕ、　１０ｄに電流１−
、Ｉａを流すようにしているので、第４図（Ａ）に示す
ように、ノイズレベルが極めて低い出力信号Ｋを得るこ
とができる。従って、従来のマスフローコントローラと
異なり、ノイズフィルタを用いなくても電圧変動が小さ
いノイズレベルが極めて低い出力を得ることができるの
で、微小流量領域においても、高速応答性をもって制御
することができるのである。

尚、ここで、第３図及び第４図について説明すると、第
３図（Ａ）　〜（Ｄ）は２つの抵抗体１０ｕ、　１０ｄ
に電流１．、Ｉ、を供給する場合における供給方向と、
前記電流＋ｕ、１．によって各抵抗体１０ｕ。

１０ｄに生じる磁界Φ１．Φ、の向きと、導管９内を流
れる流体Ｆの方向を示し、そのうち、（Ｂ）〜（Ｄ）は
比較例を示す。又、第４図（Ａ）〜（Ｄ）は前記第３図
（Ａ）〜（Ｄ）の各場合における出力信号の波形図を示
し、そのうち、（Ｂ）〜（Ｄ）は比較例を示す、これら
の図から、比較例においては、ノイズレベルが橿めて高
いことが判る。

本発明は、上述の実施例に限られるものではなく、例え
ば抵抗体１０ｕ、　１０ｄを導管９に対して上記図示側
以外の方向に巻回してもよく、又、弁体駆動部３６はサ
ーマル駆動方式等積々のもので構成することができる。

更に、ノルマルクローズタイプのマスフローコントロー
ラにも適用すること力（できる。

〔発明の効果］以上説明したように、本発明に係るマスフローコントロ
ーラは、流体制御部に設けられる流量制御部材の流量制
御部分を鏡面仕上げすると共に、前記マスフローメータ
部における導管に巻段された２つの抵抗体にそれぞれ生
ずる磁界の向きが前記導管内を流れる流体の方向と逆に
なるように、前記各抵抗体に電流を流すようにしてｐｚ
るので、例えば最大制御流量の０．１％といった微小流
量領域に゛おいても精度よく、しかも、高速応答性をも
って制御することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るマスフローコントロー
ラを示す継断面図、第２図は抵抗体に電力を供給する回
路の一例を示すブロック図である。第３図（Ａ）〜（Ｄ）は２つの抵抗体に電流を供給する
場合における電流供給方向と前記電流によって各抵抗体
に生じる磁界の向きと導管内を流れる流体の方向とを示
す説明図、第４図（Ａ）〜（Ｄ）は出力波形図である。第５図は従来技術を説明するための断面図である。ｌ・・・基体、２・・・流体入口、３・・・流体出口、
５・・・マスフローメータ部、６・・・法体制ｉ１１部
、９・・・導管、１０ｕ、　１０ｄ・・・抵抗体、３２
・・・弁座（流量制御部材）、３３・・・弁体（流量制
御部材）、３２ａ、　３３ａ・・・流量制御部分、Ｆ・
・・流体、１．．１．・・・電流、Φ１．Φ４・・・磁
界。（Ａ）（Ｃ）Ｉｕ　　　　Ｉｄ３図（Ｂ）（Ｄ）Ｉｕ　　Ｉｄ第４図（Ａ）（Ｃ）（Ｂ）（Ｄ）

Claims

【特許請求の範囲】

基体に形成された流体入口と流体出口との間に、流体流
量を測定するマスフローメータ部と、流体流量を制御す
る流体制御部とを設けてなるマスフローコントローラに
おいて、前記流体制御部に設けられる流量制御部材の流
量制御部分を鏡面仕上げすると共に、前記マスフローメ
ータ部における導管に巻段された２つの抵抗体にそれぞ
れ生ずる磁界の向きが前記導管内を流れる流体の方向と
逆になるように、前記各抵抗体に電流を流すようにした
ことを特徴とするマスフローコントローラ。