JPS5890124A - 気体流量測定方法 - Google Patents

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】 本発明は気体流量を測定する方法と装置に関する。

さらに詳しく言えば、気体の質量流量を制御する買置流
量制御装置を較正する方法と装置に関する。

半導体の製造装置および分析装置に経ける処（１） これらの装置に使用する気体の流量は１０ｃＣＺ分〜１
０ｔ／分と極めて微小流量であり１通常、テーパ管と浮
子を用いた面積流量計、流れの中にヒータを付加し上流
と下流の温度差を測定して質量を測定する熱式マスフロ
メータ、流量を一定に保持する制御バルブとマスフロメ
ータヲ組み合わせたマスフロコントローラが使用されて
いる。

本説明では、峙て熱式マスフロコントローラを例にと＃
）説明する。

第１図は熱式マスフロコントローラの基本的構成図であ
る。

１は気体が流れる管、２は気体の入力口、３は気体の出
力口、４け管１の外周にコイル状になったヒータ、５は
気体の上流側コイル、６は下流側コイル、７は気体の制
御パルプ、８は抵抗検出回路、９は流量設定回路、　　
１０は比較回路、１１は制闘バルブ７の駆動回路、１２
は流量表示器、１３はマスフロメータである。

コイル５．６は管の外周にまかれ、管内部の気ｒす） 体温度を抵抗値の変化として検出する。

入力口２から入力さ詑た気体は上流側コイル５でその温
度を検出ｔ／　ｌ下流側コイル６にょ如ヒータ４で加熱
された気体の温度を検出する。

この上流側コイル５で検出された温度と下流側コイル６
で検出された温度との差は、管を流れる流体の質量に比
例することを応用したものである。

抵抗検出回路８でコイル５．６の抵抗値を検出増幅し、
流量表示器１２にその時の流量が表示される。これがマ
スフロメータ１３である。一方、抵抗検出回路８の出力
は比較回路１０１７Ｃお込て流量設定回路９と比較され
、設定流量になるように駆動回路１１を経て制御パルプ
７を制御する。

一方、この熱式マスフロコントローラを較正する基準器
には、予め満杯にしたタンクから流出しだ液体の流量を
測定して試験流量計の指示値と比較するタンク方式、ピ
ストンを一定（Ｄ速さで移動させるピストン式ガスプル
ーバ方式’４もめるが、１１／分以下の微小流ｔＫは石
鹸膜プルーバ方式が多く用いられている。

第２図は石鹸膜プルーバの構造図である。

１５は気体の入力口、１６は較正される熱式マスフロコ
ントローラ、１７１ｄガラス容器、１８ハガラス容器１
７に溶着されたガラス管、１９は第１の標線、２０は第
２の標線、２１はゴムのう。

２２は石鹸水である。

気体を入力口１５から入力すると気体はマスフロコント
ローラ１６によシ制御さルて、一定流量の気体がガラス
管］８を流れて大気に流出する。ゴムのう２１を絞ると
石１瞼水２２の泡がガラス管１Ｂの下面【達しガラス管
１８に石鹸膜が形成され、気体のｔＡしれにそってガラ
ス管１８を上昇するの該石鹸膜が第１の標線１９から第
２の標線２０に到達するまでの時間を測定し、その間の
容積から流量を算出する。

この方式の場合、明瞭な石鹸膜を１枚だけ作成すること
が困難であり、何回もゴムのう２１を絞る必要がある。

また、５ｔ／分以上の流量を測定しようとするとガラス
管１８の直径が大きくなり９石鹸膜の作成が一層困難に
なるばかりでなく１石鹸膜のゆらぎが発生して測定精度
が著しく悪くなるという欠陥がある。

測定できないという欠陥がある。

石鹸膜の代りに、ガラス管との間を水銀でシールした浮
子を使用した基準器が近年開発された０ しかし、この水銀シール式基準器はアマルガムを作９易
く、そのアマルガムによりガラス管との摩擦が変化する
ので減量の誤差を生じ易いという欠陥がある。さらに、
浮子とガラス管とのギｆｒプが周囲温度の変化によるわ
ずかの・ｇの熱収縮で浮子のスムーズな移動ができなく
なるし、逆に熱膨張でギ〒ツブが広くなると水銀がおち
てしまい、シールの役目を果さなくなる等環境の温度変
化に非常に弱いと−う欠陥がある０ （５） また９人体に有害な水銀を使用する点も大きな欠陥であ
るし、浮子が降下してからでないと次の測定ができない
ので作業能率が悪いという欠陥もある。

本発明は上記欠陥を除去した新規な発明であって、その
目的ｔよ （１）気体の流量測定を高精度で行う方法と装置１を提
供すること。

（２）気体流量測定を乾式で行う方法と装置を提供する
こと。

（３）微小流量から大流量まで測定可能々流量測定方法
と装置を提供すること。

（４）経時変化のない流量測定方法と装置を提供するこ
と。

（５）流電較正の自動化が可能な流量測定方法と装置を
提供すること。

（６）繰り返し測定が敏速に行うことのできる流量の測
定方法と装置を提供することであり、ミ殖呑積傘容器と
圧力測定手段と計時手段とを備え所定時間間隔における
前記各（ｃ　　） 器内の圧力を測定することによりて達成される。

以下１本発明を図面により詳細に説明する。

第３図は本発明になる流量測定装置の構成図である。

２９は流量測定装置、３０は較正される熱式マスフロコ
ントローラ、３１は容器、３２は圧力計。

３３はバルブ、３４は演算制御回路、３５は表示器。

３６は気体の入力口、３７は気体の流出口、３８は容器
３１の容積記憶回路、３９は計時回路、４０はマスフロ
コントローラ３０の流量指示計である。

気体は入力口３６から入力されてマスフロコントローラ
３０で一定流量になるよう制御され、容器３１に導入さ
れる。測定開始前はバルブ３３は開で流出口３７から流
出される４゜ 測定開始与件時にバルブ３３を閉としその時の容器３１
の圧力Ｐを圧力計３２で読み、計時回路３９を作動して
一定時間を秒後に再度圧力計３２で容器３１内の圧力Ｐ
を読みとる。測定を終了するとバルブ３３を開にして容
器３１の気体を流出口３７から流出させる。

容器３１の容積を■とするとボイルシャルルの法則によ
シ　　　　ＰＶ＝ｎＲＴ 定中容積変化のな込容器を使用することによシＱ＝考二
ｐｉ、却　　、６ｏ−■ 會■争 Ｐｓ　　　　　Ｔ　　　　　　　　を 但し、Ｔ；測定時の温度、Ｐｓ；標準圧。

ＴＳ；標準温度 ｎｌ；Ｒ測定時の容器中の気体モル数 ｎｚ　；　Ｐ２測定時の容器中の気体モル数ＴにＴｓ、
Ｐ日＝１気圧　とすると Ｑ＝（Ｐｚ　　Ｐ＋）・■・並　　　　　　■を 従って、容器３１の容積■を予め測定して容積記憶回路
３８にセットしておけば測定開始時と終了時の圧力Ｐ１
とＰｌおよびその間の時間ｔを測定すれば質量流１ｔＱ
が得られる。この質量流量を演算制御回路３４で計算し
表示器：４５に表示する。

表示器３５の指示値とマスフロコントローラ３゜の流量
指示計４０の指示値とを比較して較正を行う。

本実施例において圧力計３２には容量結合型のステンレ
スダイヤフラム式絶対圧測定の圧力計を使用すれば腐蝕
性ガスでも使用可能で、−！た。誤差０．１チ以下の精
度のよい圧力測定が可能である。

容積記憶回路３８に設定する容ＳＶは容器３１だけの容
積ばかりでなくバルブ３３までの配管容積、圧力計３２
までの配管容積、マスフロコントローラ３０の制御バル
ブから容器３１までの配管容積を含めることにより、精
度の高込流量測定が可能となる。

上記説明では測定開始時に容器３１の圧力Ｐ１を測定し
だが本発明はこれに限定されるものではなく　Ｐｌを測
定してバルブ３３を開にした後圧力Ｐ１を測定すること
によっても１本発明を実施できることは明らかである。

今、容器３１と配管の容積を含む全容積Ｖを１．２ｔ、
測定時間を３０秒、測定開始前の容器３１内の絶対圧を
１気圧、測定終了時の容器３１内の絶対圧を２気圧とす
れば１分間に流れる質量流量Ｑは式（参より Ｑ＝（２−１）Ｘ］、２Ｘ皿 ０ −２．４１７分 となる。

壕だ、上記説明ではＰｌは大気圧の場合について述べた
が９本発明（ｒ：ｆ、Ｐ＋が大気圧であることに限定さ
れなり０即ち、バルブ３３を閉として一定時間経過して
からＰｌを測定し、さらにｔ秒後にＰｌを測定すること
によっても式■は成立するので、全く同様にして流量測
定が可能である。

以上の説明からも明らかなように９本発明によれば容積
■をかえることにより容易に流量レンジを変えることも
可能である。

また１本発明によれば機械的に動作する部分がなく、ガ
ラス管を使用する必要もないので堅牢で耐久性がよく、
さらにバルブ３３を開にすれば容器３１内の圧力は直ち
に大気圧になるので。

操り返しテストが迅速に行われるという効果もある。

容器３１．および配管材料にステンレススチールまたは
塩化ビニールを使用すれば、接ガス部は全て耐蝕性とな
り、水溶性の気体でも腐蝕性の強Ａ気体でも測定可能で
ある。

まだ１本発明の流量測定装置は乾式なので。

汚れ等による流量誤差を発生することもなく精度の高い
測定が可能である。

上記説明では流量測定装置に演算制御回路３４゜表示器
３５．容積記憶回路；３８．計時回路３９を含む場合に
ついて述べだが９本発明はこれに限定されるものではな
く、圧力ｐｌ、　Ｐｚ、容積Ｖをもとに電卓等を用いて
手計算によりても本発明を実施できることは明らかであ
る。

また、上記説明ではマスフロコントローラカ熱式の場合
について述べたが９本発明はこれに限定されるものでは
なく質量を測定する流量計であればすべて本発明を実施
できることは明らかである。

以上説明したように本発明如よれば、芝定春積今容器と
圧力測定手段と計時手段とにより乾式の流量測定が可能
なので、すべての気体について精度よく質量流量を測定
することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は熱式マスフロコントローラの基本的構成図、第
２図は石鹸膜プルーバの構造図、第３図は本発明になる
流量測定装置の構成図である０ １は気体が流れる管、　２．１５．３６は気体の入力口
、３は気体の出力口、４はヒータ、５は上流側コイル、
６は下流側コイル、７は制御パルプ。 ８は抵抗検出回路、９は流量設定回路、　１０は比較回
路、１１は駆動回路、１２は流量表示器、１３はマスフ
ロメータ、　１６？−を熱式マス７０コントローラ、１
７はガラス容器、１８はガラス管、１９は＠１の標線、
２０は第２の標線、２１はゴムのり。 ２２は石鹸水、２９は流量測定装置、　３０は熱式マス
フロコントローラ、３１は容器、３２は圧力計。 ３３はバルブ、３４は演算制御回路、３５は表示器。 ３７は気体の流出口、３８は容積記憶回路、３９は計時
回路、　４０は流量指示計である 特許出願人　　　　シグマ技術工業株式会社代表者　神
　１）　　薫 （１３） 脅２０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　　　　　’傘容器と圧力測定手段と計時手段とを
   備え所定時間間隔における前記容器内の圧力を測定して
   気体の質量流量を測定する方法。 ２、　　＝全呑墳傘容器と圧力測定手段と計時手段と前
   記容器の容積を記憶する手段と演算制御手段とからなる
   気体流量測定装置。