本發(fā)明涉及一種熱式質(zhì)量流量計(jì)中的流量的測(cè)定方法、使用該方法的熱式質(zhì)量流量計(jì)以及使用該熱式質(zhì)量流量計(jì)的熱式質(zhì)量流量控制裝置。

背景技術(shù)：

質(zhì)量流量計(jì)(Mass Flow Meter)例如廣泛使用于以下目的：對(duì)在半導(dǎo)體的制造工藝中供給到腔室內(nèi)的工藝氣體(process gas)的質(zhì)量流量進(jìn)行測(cè)定。除此以外，質(zhì)量流量計(jì)不僅如上述那樣被單獨(dú)地使用，還被用作與流量控制閥和控制電路等其它構(gòu)件一起構(gòu)成質(zhì)量流量控制裝置(Mass Flow Controller)的部件。在該技術(shù)領(lǐng)域中有各種形式的質(zhì)量流量計(jì)，但是熱式質(zhì)量流量計(jì)由于能夠通過(guò)比較簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)來(lái)準(zhǔn)確地測(cè)定流體(例如，氣體和液體)的質(zhì)量流量，因此被廣泛使用。

一般來(lái)說(shuō)，熱式質(zhì)量流量計(jì)包括：流路，流體在該流路中流動(dòng)；旁路(bypass)，其設(shè)置于流路的中途；傳感器管，其在旁路的上游側(cè)從流路分支并在旁路的下游側(cè)再次與流路合流；一對(duì)傳感器線，其卷繞于傳感器管；以及傳感器電路，其具備包括傳感器線和其它電阻元件的橋電路(例如，參照專(zhuān)利文獻(xiàn)1)。旁路對(duì)流體具有流阻，構(gòu)成為使流路中流動(dòng)的流體中的固定比例的流體分支到傳感器管。

在上述結(jié)構(gòu)中，當(dāng)通過(guò)施加規(guī)定的電壓(或流通規(guī)定的電流)來(lái)使一對(duì)傳感器線發(fā)熱時(shí)，從傳感器線產(chǎn)生的熱被傳感器管中流動(dòng)的流體奪走。其結(jié)果，傳感器管中流動(dòng)的流體被加熱。此時(shí)，上游側(cè)的傳感器線的熱被尚未被加熱的流體奪走。另一方面，下游側(cè)的傳感器線的熱被已通過(guò)上游側(cè)的傳感器線加熱的流體奪走。因此，從上游側(cè)的傳感器線奪走的熱比從下游側(cè)的傳感器線奪走的熱大。其結(jié)果，上游側(cè)的傳感器線的溫度變得比下游側(cè)的傳感器線的溫度低。因此，上游側(cè)的傳感器線的電阻值變得比下游側(cè)的傳感器線的電阻值低。傳感器管中流動(dòng)的流體的質(zhì)量流量越大，則這樣產(chǎn)生的因上游側(cè)的傳感器線與下游側(cè)的傳感器線之間的溫度差引起的電阻值之差越大。

例如能夠使用橋電路等來(lái)檢測(cè)如上所述的上游側(cè)的傳感器線的電阻值與下游側(cè)的傳感器線的電阻值之差的與流體的質(zhì)量流量相應(yīng)的變化。并且，基于這樣檢測(cè)出的傳感器線的電阻值的變化的差，能夠求出流過(guò)傳感器管的流體的質(zhì)量流量，基于流過(guò)傳感器管的流體的質(zhì)量流量，能夠求出流過(guò)流路的流體的質(zhì)量流量(詳情在后面敘述)。在本說(shuō)明書(shū)中，將熱式質(zhì)量流量計(jì)中的包括傳感器管和傳感器線的部分稱呼為“流量傳感器”。

作為傳感器管的材料，期望的是具有優(yōu)良的耐腐蝕性和機(jī)械強(qiáng)度的材料，一般來(lái)說(shuō)使用不銹鋼等金屬(即，導(dǎo)體)。另一方面，作為傳感器線的材料，當(dāng)然使用導(dǎo)體。即，一般來(lái)說(shuō)，傳感器管和傳感器線的材料均為導(dǎo)體。因而，在流量傳感器中，以防止傳感器管與傳感器線的導(dǎo)通及傳感器線之間的導(dǎo)通、以及將傳感器線固定于傳感器管等為目的，一般會(huì)在傳感器管的卷繞有傳感器線的部分和傳感器線的周?chē)渲美缬蓸?shù)脂等絕緣材料形成的覆蓋層(詳情在后面敘述)。

除此以外，為了利用流量傳感器來(lái)測(cè)定質(zhì)量流量，如上所述，需要使因通電而從傳感器線產(chǎn)生的熱被傳感器管和流過(guò)傳感器管的流體奪走。因而，期望至少介于傳感器線與傳感器管之間的覆蓋層具備良好的導(dǎo)熱性。

專(zhuān)利文獻(xiàn)1：日本特開(kāi)2009-192220號(hào)公報(bào)

專(zhuān)利文獻(xiàn)2：日本特開(kāi)平09-218065公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的問(wèn)題

如上所述，在熱式質(zhì)量流量計(jì)所具備的流量傳感器中，能夠利用以下情況來(lái)求出流過(guò)傳感器管的流體的質(zhì)量流量：被傳感器管中流動(dòng)的流體從通過(guò)被提供規(guī)定的輸入信號(hào)(即，通過(guò)被施加規(guī)定的電壓或被流通規(guī)定的電流)而發(fā)熱的傳感器線奪走的熱的量在上游側(cè)傳感器線與下游側(cè)傳感器線中不同。即，為了使用熱式質(zhì)量流量計(jì)來(lái)測(cè)定流體的質(zhì)量流量，需要對(duì)傳感器線提供規(guī)定的輸入信號(hào)來(lái)使傳感器線發(fā)熱。

但是，與如上述那樣向傳感器線提供規(guī)定的輸入信號(hào)來(lái)使傳感器線發(fā)熱相關(guān)聯(lián)地產(chǎn)生幾個(gè)問(wèn)題。具體地說(shuō)，例如存在以下?lián)鷳n：發(fā)生伴隨來(lái)自傳感器線的發(fā)熱的覆蓋層和傳感器線的隨時(shí)間的變化、流體的變質(zhì)以及熱虹吸(thermal siphoning)現(xiàn)象等，從而熱式質(zhì)量流量計(jì)變得無(wú)法準(zhǔn)確地測(cè)量流體的質(zhì)量流量(詳情在后面敘述)。

作為用于解決上述問(wèn)題的手法，可以考慮減少來(lái)自傳感器線的發(fā)熱。然而，若減少來(lái)自傳感器線的發(fā)熱，則因流體的流動(dòng)引起的上游側(cè)的傳感器線與下游側(cè)的傳感器線之間的溫度差變小，作為結(jié)果存在以下?lián)鷳n：來(lái)自傳感器電路的輸出變?nèi)醵鴻z測(cè)信號(hào)的S/N比下降，從而質(zhì)量流量的測(cè)定精度下降。

反之，為了增強(qiáng)來(lái)自傳感器電路的輸出來(lái)提高檢測(cè)信號(hào)的S/N比、從而提高質(zhì)量流量的測(cè)定精度，需要使來(lái)自傳感器線的發(fā)熱增多。然而，在該情況下，作為結(jié)果存在以下?lián)鷳n：因來(lái)自傳感器線的發(fā)熱引起的如上所述的問(wèn)題會(huì)惡化。除此以外，為了使來(lái)自傳感器線的發(fā)熱增多，需要使供給到傳感器線的電力量增大(即，使施加于傳感器線的電壓或向傳感器線流通的電流增大)，因此導(dǎo)致傳感器線中的消耗電力的增大。

另外，提出了以下技術(shù)：在將構(gòu)成橋電路的發(fā)熱用電阻體配置于流體中、利用該發(fā)熱用電阻體的散熱來(lái)探測(cè)流體的流量的熱敏式流量計(jì)中，僅在獲取檢測(cè)信號(hào)的期間向發(fā)熱用電阻體供給直流電力，由此減少發(fā)熱用電阻體中的消耗電力(例如，參照專(zhuān)利文獻(xiàn)2)。在這種流量計(jì)中，發(fā)熱用電阻體與流體直接接觸，因此從開(kāi)始向發(fā)熱用電阻體供給直流電力到達(dá)到熱平衡狀態(tài)為止所需的期間短(熱時(shí)間常數(shù)小)，能夠充分縮短向發(fā)熱用電阻體供給直流電力的期間。其結(jié)果，能夠減少發(fā)熱用電阻體中的消耗電力。

然而，在向從流體流過(guò)的流路分支的傳感器管上卷繞的傳感器線供給直流電力來(lái)使其發(fā)熱的毛細(xì)管加熱型熱式質(zhì)量流量計(jì)中，難以如上述那樣通過(guò)間歇地向傳感器線供給直流電力來(lái)減少傳感器線中的消耗電力。具體地說(shuō)，在毛細(xì)管加熱型熱式質(zhì)量流量計(jì)中，傳感器線不與流體直接接觸。即，在毛細(xì)管加熱型熱式質(zhì)量流量計(jì)中，從傳感器線產(chǎn)生的熱不僅被流體奪走，還被傳感器管奪走(熱容量大)，因此達(dá)到熱平衡狀態(tài)所需的時(shí)間長(zhǎng)(熱時(shí)間常數(shù)大)。因而，難以通過(guò)充分縮短向傳感器線供給直流電力的期間來(lái)減少傳感器線中的消耗電力。

除此以外，在毛細(xì)管加熱型熱式質(zhì)量流量計(jì)中，熱容量大、熱時(shí)間常數(shù)大，因此從停止向傳感器線供給直流電力到達(dá)到熱平衡狀態(tài)為止所需的期間也長(zhǎng)。因而，上一次傳感器線的發(fā)熱所帶來(lái)的熱歷史的影響殘存比較長(zhǎng)的期間，因此為了如上述以往技術(shù)中那樣排除熱歷史的影響，需要將不向傳感器線供給直流電力的期間設(shè)得長(zhǎng)。

即，在毛細(xì)管加熱型熱式質(zhì)量流量計(jì)中如上述以往技術(shù)那樣間歇地向傳感器線供給直流電力來(lái)測(cè)定流體的流量的情況下，需要將向傳感器線供給直流電力的期間和不向傳感器線供給直流電力的期間這兩方都設(shè)得長(zhǎng)。其結(jié)果，向傳感器線供給直流電力來(lái)獲取檢測(cè)信號(hào)的頻度變少。因而，這種測(cè)定方法不適合于期望始終監(jiān)視流體的精確流量的用途(例如，對(duì)在半導(dǎo)體的制造工藝中供給到腔室內(nèi)的流體(工藝氣體)的質(zhì)量流量進(jìn)行測(cè)定的用途等)。

如上所述，在以往技術(shù)所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)中，難以兼顧因來(lái)自傳感器線的發(fā)熱引起的各種問(wèn)題的抑制以及質(zhì)量流量的測(cè)定精度的提高。即，在本技術(shù)領(lǐng)域中，尋求一種能夠使抑制因來(lái)自傳感器線的發(fā)熱引起的各種問(wèn)題以及維持、提高質(zhì)量流量的測(cè)定精度適當(dāng)?shù)厝〉闷胶獾男录夹g(shù)。例如，尋求一種能夠在抑制測(cè)定精度的下降的同時(shí)減少來(lái)自傳感器線的發(fā)熱、或者能夠在抑制來(lái)自傳感器線的發(fā)熱的增大的同時(shí)提高測(cè)定精度的熱式質(zhì)量流量計(jì)對(duì)質(zhì)量流量的測(cè)定方法。因而，本發(fā)明的目的之一在于提供一種能夠在抑制測(cè)定精度的下降的同時(shí)減少來(lái)自傳感器線的發(fā)熱、或者能夠在抑制來(lái)自傳感器線的發(fā)熱的增大的同時(shí)提高測(cè)定精度的熱式質(zhì)量流量計(jì)對(duì)質(zhì)量流量的測(cè)定方法。

用于解決問(wèn)題的方案

本發(fā)明人經(jīng)過(guò)專(zhuān)心研究的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過(guò)在維持以發(fā)熱為目的而提供(輸入)到傳感器線的輸入信號(hào)(電信號(hào))的信號(hào)強(qiáng)度(電壓值或電流值)的同時(shí)減少通過(guò)該輸入信號(hào)而供給到傳感器線的能量(電力量)、或者在維持通過(guò)該輸入信號(hào)而供給到傳感器線的能量的同時(shí)增大該輸入信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度，能夠達(dá)成本發(fā)明的上述目的之一。具體地說(shuō)，發(fā)現(xiàn)了：通過(guò)不像以往技術(shù)所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)中那樣向傳感器線施加直流電壓(或流通直流電流)來(lái)使傳感器線發(fā)熱、而是向傳感器線提供脈沖信號(hào)(例如，脈沖電壓和脈沖電流等)作為輸入信號(hào)來(lái)使傳感器線發(fā)熱，能夠達(dá)成本發(fā)明的上述目的之一。

即，本發(fā)明涉及一種熱式質(zhì)量流量計(jì)中的流量的測(cè)定方法，所述熱式質(zhì)量流量計(jì)具備：

流路，流體在該流路中流動(dòng)；

旁路，其設(shè)置于所述流路的中途；

流量傳感器，其包括傳感器管和一對(duì)傳感器線，所述傳感器管在所述旁路的上游側(cè)從所述流路分支并在所述旁路的下游側(cè)再次與所述流路合流，所述一對(duì)傳感器線配置為不與流過(guò)所述傳感器管的流體直接接觸且能夠?qū)α鬟^(guò)所述傳感器管的流體進(jìn)行熱傳導(dǎo)；

電源，其向所述傳感器線提供用于使得從所述傳感器線發(fā)熱的輸入信號(hào)；以及

傳感器電路，其具備包括所述傳感器線的橋電路，

該熱式質(zhì)量流量計(jì)中的流量的測(cè)定方法包括：

將脈沖信號(hào)作為所述輸入信號(hào)提供到所述傳感器線，該脈沖信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度以取第一強(qiáng)度和低于所述第一強(qiáng)度的第二強(qiáng)度中的某一個(gè)值的方式隨時(shí)間而變化；

獲取作為向所述傳感器線提供所述脈沖信號(hào)的結(jié)果而從所述傳感器電路輸出的輸出信號(hào)中的、與信號(hào)強(qiáng)度為所述第一強(qiáng)度的所述輸入信號(hào)對(duì)應(yīng)且每單位時(shí)間的信號(hào)強(qiáng)度的變動(dòng)幅度為規(guī)定的閾值以下的部分的輸出信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度，來(lái)作為輸出信號(hào)強(qiáng)度；以及

基于所述輸出信號(hào)強(qiáng)度，來(lái)計(jì)算所述流體的流量。

發(fā)明的效果

根據(jù)本發(fā)明所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)中的流量的測(cè)定方法，能夠在抑制測(cè)定精度的下降的同時(shí)減少來(lái)自傳感器線的發(fā)熱、或者能夠在抑制來(lái)自傳感器線的發(fā)熱的增大的同時(shí)提高測(cè)定精度。

附圖說(shuō)明

圖1是表示包括應(yīng)用本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)中的流量的測(cè)定方法的熱式質(zhì)量流量計(jì)的熱式質(zhì)量流量控制裝置的結(jié)構(gòu)的一例的示意圖。

圖2是表示應(yīng)用本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)中的流量的測(cè)定方法的熱式質(zhì)量流量計(jì)所具備的傳感器電路的結(jié)構(gòu)的一例的示意圖。

圖3是表示流量傳感器中傳感器管上卷繞有傳感器線的部分附近的截面構(gòu)造的一例的示意圖。

圖4是表示為了將實(shí)施例所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)與比較例所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行比較而使用的傳感器電路的結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖5是分別表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)中的(a)施加于傳感器線的脈沖電壓的波形以及(b)從傳感器電路經(jīng)由運(yùn)算放大器輸出的輸出信號(hào)的波形的示意性曲線圖。

圖6是表示為了將實(shí)施例所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)與比較例所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行比較而使用的實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖7是表示實(shí)施例和比較例所涉及的各自的熱式質(zhì)量流量計(jì)中的設(shè)定流量與來(lái)自傳感器電路的輸出電壓的關(guān)系的示意性曲線圖。

具體實(shí)施方式

如前所述，在本技術(shù)領(lǐng)域中，尋求一種能夠在抑制測(cè)定精度的下降的同時(shí)減少來(lái)自傳感器線的發(fā)熱、或者能夠在抑制來(lái)自傳感器線的發(fā)熱的增大的同時(shí)提高測(cè)定精度的熱式質(zhì)量流量計(jì)對(duì)質(zhì)量流量的測(cè)定方法。

因此，本發(fā)明人經(jīng)過(guò)專(zhuān)心研究的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過(guò)在維持以發(fā)熱為目的而提供(輸入)到傳感器線的輸入信號(hào)(電信號(hào))的信號(hào)強(qiáng)度(電壓值或電流值)的同時(shí)減少通過(guò)該輸入信號(hào)而供給到傳感器線的能量(電力量)、或者在維持通過(guò)該輸入信號(hào)而供給到傳感器線的能量的同時(shí)增大該輸入信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度，能夠達(dá)成本發(fā)明的上述目的之一。具體地說(shuō)，發(fā)現(xiàn)了以下情況從而想到本發(fā)明：通過(guò)不像以往技術(shù)所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)中那樣向傳感器線施加直流電壓(或流通直流電流)來(lái)使傳感器線發(fā)熱、而是向傳感器線提供脈沖信號(hào)(例如，脈沖電壓和脈沖電流等)作為輸入信號(hào)來(lái)使傳感器線發(fā)熱，能夠達(dá)成本發(fā)明的上述目的之一。

即，本發(fā)明的第一實(shí)施方式是一種熱式質(zhì)量流量計(jì)中的流量的測(cè)定方法，所述熱式質(zhì)量流量計(jì)具備：

流路，流體在該流路中流動(dòng)；

旁路，其設(shè)置于所述流路的中途；

流量傳感器，其包括傳感器管和一對(duì)傳感器線，所述傳感器管在所述旁路的上游側(cè)從所述流路分支并在所述旁路的下游側(cè)再次與所述流路合流，所述一對(duì)傳感器線配置為不與流過(guò)所述傳感器管的流體直接接觸且能夠?qū)α鬟^(guò)所述傳感器管的流體進(jìn)行熱傳導(dǎo)；

電源，其向所述傳感器線提供用于使得從所述傳感器線發(fā)熱的輸入信號(hào)；以及

傳感器電路，其具備包括所述傳感器線的橋電路，

該熱式質(zhì)量流量計(jì)中的流量的測(cè)定方法包括：

將脈沖信號(hào)作為所述輸入信號(hào)提供到所述傳感器線，該脈沖信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度以取第一強(qiáng)度和低于所述第一強(qiáng)度的第二強(qiáng)度中的某一個(gè)值的方式隨時(shí)間而變化；

獲取作為向所述傳感器線提供所述脈沖信號(hào)的結(jié)果而從所述傳感器電路輸出的輸出信號(hào)中的、與信號(hào)強(qiáng)度為所述第一強(qiáng)度的所述輸入信號(hào)對(duì)應(yīng)且每單位時(shí)間的信號(hào)強(qiáng)度的變動(dòng)幅度為規(guī)定的閾值以下的部分的輸出信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度，來(lái)作為輸出信號(hào)強(qiáng)度；以及

基于所述輸出信號(hào)強(qiáng)度，來(lái)計(jì)算所述流體的流量。

如上所述，應(yīng)用本實(shí)施方式所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)中的流量的測(cè)定方法的熱式質(zhì)量流量計(jì)是具有在本技術(shù)領(lǐng)域周知的結(jié)構(gòu)的一般的熱式質(zhì)量流量計(jì)。具體地說(shuō)，本實(shí)施方式所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)中的流量的測(cè)定方法能夠應(yīng)用于具有如下結(jié)構(gòu)的熱式質(zhì)量流量計(jì)。

一種熱式質(zhì)量流量計(jì)，具備：

流路，流體在該流路中流動(dòng)；

旁路，其設(shè)置于所述流路的中途；

流量傳感器，其包括傳感器管和一對(duì)傳感器線，所述傳感器管在所述旁路的上游側(cè)從所述流路分支并在所述旁路的下游側(cè)再次與所述流路合流，所述一對(duì)傳感器線配置為不與流過(guò)所述傳感器管的流體直接接觸且能夠?qū)α鬟^(guò)所述傳感器管的流體進(jìn)行熱傳導(dǎo)；

電源，其向所述傳感器線提供用于使得從所述傳感器線發(fā)熱的輸入信號(hào)；以及

傳感器電路，其具備包括所述傳感器線的橋電路。

在此，對(duì)于應(yīng)用本實(shí)施方式所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)中的流量的測(cè)定方法的熱式質(zhì)量流量計(jì)的結(jié)構(gòu)的一例，下面參照附圖來(lái)詳細(xì)說(shuō)明。如前所述，圖1是表示包括應(yīng)用本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)中的流量的測(cè)定方法的熱式質(zhì)量流量計(jì)的熱式質(zhì)量流量控制裝置的結(jié)構(gòu)的一例的示意圖。并且，如前所述，圖2是表示應(yīng)用本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)中的流量的測(cè)定方法的熱式質(zhì)量流量計(jì)所具備的傳感器電路的結(jié)構(gòu)的一例的示意圖。

如圖1所示，熱式質(zhì)量流量控制裝置100包括熱式質(zhì)量流量計(jì)110、流量調(diào)節(jié)單元120以及控制單元130(相當(dāng)于后述的“第一控制部”和“第二控制部”)。熱式質(zhì)量流量計(jì)110包括：流路114，流體在該流路114中流動(dòng)；旁路115，其設(shè)置于流路114的中途；傳感器管116，其在旁路115的上游側(cè)從流路114分支并在旁路115的下游側(cè)再次與流路114合流；一對(duì)傳感器線117及118，其卷繞于傳感器管116；以及傳感器電路111，其如圖2所示那樣具備包括傳感器線117及118以及其它電阻元件117′及118′的橋電路。旁路115對(duì)流體具有流阻，構(gòu)成為使流路114中流動(dòng)的流體中的固定比例的流體分支到傳感器管116。此外，在圖1所示的結(jié)構(gòu)中，一對(duì)傳感器線117及118卷繞于傳感器管116。然而，只要從傳感器線產(chǎn)生的熱能夠傳導(dǎo)給流過(guò)傳感器管的流體，則關(guān)于傳感器線的具體配置沒(méi)有特別限定。

在上述結(jié)構(gòu)中，當(dāng)從電源113向傳感器線117及118提供(輸入)規(guī)定的輸入信號(hào)(電信號(hào))時(shí)產(chǎn)生焦耳熱，該熱被傳感器管116中流動(dòng)的流體奪走。此時(shí)，上游側(cè)的傳感器線117的熱被尚未被加熱的流體奪走，下游側(cè)的傳感器線118的熱被已通過(guò)上游側(cè)的傳感器線117加熱的流體奪走。因此，下游側(cè)的傳感器線118的溫度變得比上游側(cè)的傳感器線117的溫度高。其結(jié)果，下游側(cè)的傳感器線118的電阻變得比上游側(cè)的傳感器線117的電阻高。此外，既可以基于電壓也可以基于電流來(lái)控制以發(fā)熱為目的向傳感器線提供(輸入)的輸入信號(hào)(電信號(hào))。

這樣產(chǎn)生的因上游側(cè)的傳感器線117與下游側(cè)的傳感器線118之間的溫度差引起的電阻值之差(比)根據(jù)傳感器管116中流動(dòng)的流體的質(zhì)量流量而發(fā)生變化。其結(jié)果，傳感器電路111的點(diǎn)S與點(diǎn)C之間的電位差也根據(jù)傳感器管116中流動(dòng)的流體的質(zhì)量流量而發(fā)生變化。例如通過(guò)運(yùn)算放大器119來(lái)檢測(cè)這種電位差的變化，由此能夠測(cè)定流過(guò)傳感器管116的流體的質(zhì)量流量。進(jìn)而，能夠基于這樣測(cè)定的流過(guò)傳感器管116的流體的質(zhì)量流量來(lái)求出流過(guò)流路114的流體的質(zhì)量流量。即，熱式質(zhì)量流量控制裝置100是毛細(xì)管加熱型熱式質(zhì)量流量計(jì)。

在圖2所示的傳感器電路中，分別具有300Ω的電阻值的傳感器線117及118在點(diǎn)S處串聯(lián)連接，分別具有20kΩ的電阻值的其它電阻元件117′及118′在點(diǎn)C處串聯(lián)連接。并且，如上述那樣分別串聯(lián)連接的傳感器線117及118的兩端與其它電阻元件117′及118′的兩端分別在點(diǎn)P和點(diǎn)N處連接。即傳感器線117及118和電阻元件117′及118′構(gòu)成所謂的“惠斯通電橋(Wheatstone Bridge)”。

在測(cè)定質(zhì)量流量時(shí)，從電源113向上述點(diǎn)P與點(diǎn)N之間提供(輸入)規(guī)定的輸入信號(hào)(電信號(hào))，來(lái)從傳感器線117及118產(chǎn)生焦耳熱。并且，點(diǎn)S及點(diǎn)C分別與運(yùn)算放大器119的非反相輸入(+)及反相輸入(-)連接，作為運(yùn)算放大器119的輸出而得到對(duì)應(yīng)于點(diǎn)S與點(diǎn)C之間的電位差的信號(hào)。能夠基于這樣得到的來(lái)自運(yùn)算放大器119的輸出信號(hào)，來(lái)測(cè)定流過(guò)傳感器管116的流體的質(zhì)量流量。但是，若其它電阻元件117′及118′的電阻受到來(lái)自傳感器線117及118的發(fā)熱的影響，則無(wú)法準(zhǔn)確地測(cè)定流過(guò)傳感器管116的流體的質(zhì)量流量。因而，其它電阻元件117′及118′配置于實(shí)質(zhì)上不受來(lái)自傳感器線117及118的發(fā)熱的影響的位置和/或配置為實(shí)質(zhì)上不受來(lái)自傳感器線117及118的發(fā)熱的影響的狀態(tài)。

此外，如上所述，圖1是表示包括應(yīng)用本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)中的流量的測(cè)定方法的熱式質(zhì)量流量計(jì)的熱式質(zhì)量流量控制裝置的結(jié)構(gòu)的一例的示意圖。因而，圖1中除了如上述那樣描繪有熱式質(zhì)量流量計(jì)110以外，還描繪有流量調(diào)節(jié)單元120和控制單元130等，關(guān)于它們，在關(guān)于作為熱式質(zhì)量流量計(jì)和熱式質(zhì)量流量控制裝置的本發(fā)明的實(shí)施方式的說(shuō)明中詳細(xì)說(shuō)明，因此在此不說(shuō)明。

另外，如前所述，作為傳感器管的材料，期望的是具有優(yōu)良的耐腐蝕性和機(jī)械強(qiáng)度的材料，一般來(lái)說(shuō)使用不銹鋼等金屬(即，導(dǎo)體)。另一方面，作為傳感器線的材料，當(dāng)然使用導(dǎo)體。具體地說(shuō)，作為傳感器管的材料，例如使用以由日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JIS)規(guī)定的SUS316為代表的不銹鋼材料等具有優(yōu)良的耐腐蝕性和機(jī)械強(qiáng)度的材料。另一方面，作為傳感器線的材料，例如使用漆包線(enamel wire)等具有期望的電阻值的導(dǎo)體(例如，銅等金屬)。即，典型地說(shuō)，傳感器管和傳感器線的材料均為導(dǎo)體。

因而，當(dāng)傳感器管與傳感器線接觸、或者傳感器線之間(例如，卷繞于傳感器管的傳感器線的卷線之間等)相接觸時(shí)，傳感器線的電阻值下降。其結(jié)果，通過(guò)提供輸入信號(hào)而產(chǎn)生的來(lái)自傳感器線的發(fā)熱變得不足夠、或者流量傳感器的靈敏度下降。因此，傳感器管與傳感器線之間以及傳感器線之間需要被電絕緣。并且，還需要將傳感器線固定于傳感器管的規(guī)定的位置。

因此，如前所述，在流量傳感器中，以防止傳感器管與傳感器線的導(dǎo)通及傳感器線之間的導(dǎo)通、以及將傳感器線固定于傳感器管等為目的，在傳感器管和傳感器線的規(guī)定的部分以及傳感器線的表面等配置例如由樹(shù)脂等材料形成的覆蓋層。在此，關(guān)于覆蓋層的結(jié)構(gòu)的一例，下面參照附圖來(lái)詳細(xì)說(shuō)明。

如前所述，圖3是表示流量傳感器中傳感器管上卷繞有傳感器線的部分附近的截面構(gòu)造的一例的示意圖。即，在圖3所示的例子中，傳感器線117及118呈線圈狀地卷繞于傳感器管116，在傳感器管116和傳感器線117及118的周?chē)O(shè)置有覆蓋層112。覆蓋層112根據(jù)其位置和功能能夠分為下面示出的四個(gè)部分。

第一覆蓋層112a與傳感器管116的表面相接設(shè)置，構(gòu)成防止傳感器管116與傳感器線117及118之間的導(dǎo)通(電連接)的絕緣層。第二覆蓋層112b與傳感器線117及118的表面相接設(shè)置，構(gòu)成防止傳感器線117及118之間的導(dǎo)通的絕緣層。第三覆蓋層112c設(shè)置于被第一覆蓋層112a和第二覆蓋層112b所包圍的空間，具有將傳感器線117及118固定于傳感器管116的功能。第四覆蓋層112d設(shè)置成將傳感器管116上卷繞有傳感器線117及118的部分整體覆蓋，具有將傳感器線117及118之間相互固定的功能。在本說(shuō)明書(shū)中，將例如上述第一覆蓋層112a至第四覆蓋層112d等至少覆蓋傳感器管116上卷繞有傳感器線117及118的部分的層總稱為“覆蓋層”(112)。

另外，如上所述，為了利用流量傳感器來(lái)測(cè)定質(zhì)量流量，需要使從傳感器線產(chǎn)生的熱被傳感器管中流動(dòng)的流體奪走。因而，至少介于傳感器線與傳感器管之間的覆蓋層需要具備良好的導(dǎo)熱性。因而，作為構(gòu)成覆蓋層的材料，需要具有作為電絕緣體的功能、作為粘接劑的功能以及作為導(dǎo)熱體的功能。并且，優(yōu)選的是，能夠在傳感器管和傳感器線的表面薄薄地形成、且即使將表面形成有覆蓋層的傳感器線卷繞于傳感器管也不會(huì)發(fā)生龜裂那樣的具有足夠的撓性的材料。從這種觀點(diǎn)出發(fā)，作為以往技術(shù)所涉及的流量傳感器的覆蓋層的材料，優(yōu)選使用聚酰胺-酰亞胺或聚酰亞胺。特別是，聚酰亞胺具有極高的耐熱性，因此更為優(yōu)選。但是，如前所述，與向傳感器線提供規(guī)定的輸入信號(hào)來(lái)使傳感器線發(fā)熱相關(guān)聯(lián)地，產(chǎn)生如下面列舉那樣的幾個(gè)問(wèn)題。

首先，作為第一問(wèn)題，列舉出由從傳感器線產(chǎn)生的熱引起的構(gòu)成流量傳感器的構(gòu)件的隨時(shí)間的變化。隨時(shí)間的變化的原因大致分為兩個(gè)。一個(gè)原因是，作為構(gòu)成流量傳感器的構(gòu)件之一的傳感器線發(fā)熱而升溫，由此其內(nèi)部應(yīng)力被松弛，電阻值隨時(shí)間而發(fā)生變化。傳感器線具有因制造時(shí)的塑性加工而產(chǎn)生的內(nèi)部應(yīng)力。除此以外，傳感器線通過(guò)卷繞于傳感器管后發(fā)生塑性變形而其內(nèi)部應(yīng)力進(jìn)一步增大。這些內(nèi)部應(yīng)力由于傳感器線發(fā)熱升溫而被松弛，隨之傳感器線的電阻值發(fā)生變化。

隨時(shí)間的變化的另一個(gè)原因是，從存在于傳感器線的周?chē)母采w層作用于傳感器線的外部應(yīng)力的變動(dòng)。已知構(gòu)成覆蓋層的聚酰亞胺等樹(shù)脂材料若保持為高溫則會(huì)通過(guò)與空氣中的水分和/或氧的反應(yīng)而逐漸分解。當(dāng)像這樣覆蓋層被分解而消失時(shí)，傳感器線從覆蓋層受到的外部應(yīng)力被松弛。作為其結(jié)果，傳感器線的電阻值發(fā)生變化。

在制造熱式質(zhì)量流量計(jì)時(shí)對(duì)上游側(cè)的傳感器線117的電阻值與下游側(cè)的傳感器線118的電阻值進(jìn)行初始調(diào)整使得它們以規(guī)定的比率取得平衡。然而，當(dāng)傳感器線的電阻值由于上述的隨時(shí)間的變化而變化時(shí)，破壞了上述平衡，從而成為流量的檢測(cè)誤差的原因。有時(shí)將這種隨著時(shí)間的經(jīng)過(guò)而產(chǎn)生的流量的檢測(cè)誤差稱為“零點(diǎn)變動(dòng)”。來(lái)自傳感器線的發(fā)熱越大，在越短的期間內(nèi)快速地出現(xiàn)零點(diǎn)變動(dòng)。

接著，作為第二問(wèn)題，列舉出由從傳感器線產(chǎn)生的熱引起的流過(guò)傳感器管的流體的變質(zhì)和/或變性。在熱式質(zhì)量流量計(jì)的設(shè)置環(huán)境的溫度是室溫的情況下，傳感器線的溫度升至90℃至95℃，從傳感器線產(chǎn)生的熱的一部分被流體奪走，流體的溫度上升。根據(jù)流體的種類(lèi)不同，存在以下情況：由于此時(shí)的溫度上升而發(fā)生變質(zhì)和/或變性，難以通過(guò)熱式質(zhì)量流量計(jì)正確地測(cè)定質(zhì)量流量。

例如，氯氣(Cl₂)即使在常溫下也容易與水分等發(fā)生反應(yīng)而生成氯化合物。溫度越上升，這種氯氣的反應(yīng)性越高，因此在使用熱式質(zhì)量流量計(jì)來(lái)測(cè)定氯氣的質(zhì)量流量的情況下，期望的是，使由來(lái)自傳感器線的發(fā)熱導(dǎo)致的流體的升溫幅度盡可能小。

并且，作為第三問(wèn)題，列舉出由所謂“熱虹吸現(xiàn)象”引起的流量測(cè)定值的偏差(零點(diǎn)變動(dòng))。熱虹吸現(xiàn)象是以下現(xiàn)象：例如在傳感器管的方向?yàn)殂U直方向的結(jié)構(gòu)中，被來(lái)自傳感器線的發(fā)熱所加熱的流體在傳感器管中上升，由此例如發(fā)生流體的對(duì)流等無(wú)意的流體的流動(dòng)。當(dāng)發(fā)生這種現(xiàn)象時(shí)，例如，即使在實(shí)際上流體沒(méi)有流動(dòng)的狀況下也測(cè)定出質(zhì)量流量值。這樣，當(dāng)發(fā)生熱虹吸現(xiàn)象時(shí)，有時(shí)傳感器管中的流體的質(zhì)量流量不再準(zhǔn)確地反映流路中的流體的質(zhì)量流量。其結(jié)果，有時(shí)難以通過(guò)熱式質(zhì)量流量計(jì)來(lái)正確地測(cè)定質(zhì)量流量。

此外，在傳感器管的外部也會(huì)發(fā)生與上述同樣的現(xiàn)象。例如，存在以下情況：存在于傳感器線的周?chē)目諝獗粊?lái)自傳感器線的發(fā)熱所加熱，從而產(chǎn)生空氣的對(duì)流。在該情況下，有時(shí)也難以通過(guò)熱式質(zhì)量流量計(jì)來(lái)正確地測(cè)定質(zhì)量流量。不言而喻的是，來(lái)自傳感器線的發(fā)熱越大，則越容易發(fā)生如上所述的現(xiàn)象。

如以上那樣，例示的任一個(gè)問(wèn)題都能夠通過(guò)使來(lái)自傳感器線的發(fā)熱變少來(lái)減少和/或減輕。然而，當(dāng)使來(lái)自傳感器線的發(fā)熱變少時(shí)，如前所述，存在以下?lián)鷳n：來(lái)自傳感器電路的輸出變?nèi)醵鴻z測(cè)信號(hào)的S/N比下降，從而質(zhì)量流量的測(cè)定精度下降。

因此，本發(fā)明人經(jīng)過(guò)專(zhuān)心研究的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過(guò)不像以往技術(shù)所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)中那樣向傳感器線施加直流電壓(或流通直流電流)來(lái)使傳感器線發(fā)熱、而是向傳感器線提供脈沖信號(hào)(例如，脈沖電壓和脈沖電流等)作為輸入信號(hào)來(lái)使傳感器線發(fā)熱，能夠在抑制測(cè)定精度的下降的同時(shí)使來(lái)自傳感器線的發(fā)熱變少。

因而，本實(shí)施方式所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)中的流量的測(cè)定方法包括：在具有如上所述的結(jié)構(gòu)的熱式質(zhì)量流量計(jì)中，

將脈沖信號(hào)作為所述輸入信號(hào)提供到所述傳感器線，該脈沖信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度以取第一強(qiáng)度和低于所述第一強(qiáng)度的第二強(qiáng)度中的某一個(gè)值的方式隨時(shí)間而變化；

獲取作為向所述傳感器線提供所述脈沖信號(hào)的結(jié)果而從所述傳感器電路輸出的輸出信號(hào)中的、與信號(hào)強(qiáng)度為所述第一強(qiáng)度的所述輸入信號(hào)對(duì)應(yīng)且每單位時(shí)間的信號(hào)強(qiáng)度的變動(dòng)幅度為規(guī)定的閾值以下的部分的輸出信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度，來(lái)作為輸出信號(hào)強(qiáng)度；以及

基于所述輸出信號(hào)強(qiáng)度，來(lái)計(jì)算所述流體的流量。

如上所述，在本實(shí)施方式所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)中的流量的測(cè)定方法中，將脈沖信號(hào)作為所述輸入信號(hào)提供到所述傳感器線，該脈沖信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度以取第一強(qiáng)度和低于所述第一強(qiáng)度的第二強(qiáng)度中的某一個(gè)值的方式隨時(shí)間而變化。即，在本實(shí)施方式所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)中的流量的測(cè)定方法中，不是如以往技術(shù)所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)中那樣(連續(xù)地)向傳感器線施加直流電壓(或流通直流電流)，而是向傳感器線提供具有規(guī)定的脈寬和規(guī)定的振幅的脈沖信號(hào)。此外，既可以基于電壓也可以基于電流來(lái)控制作為以發(fā)熱為目的的輸入信號(hào)而向傳感器線提供的脈沖信號(hào)。

如上所述，在本實(shí)施方式所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)中的流量的測(cè)定方法中提供到傳感器線的輸入信號(hào)具有信號(hào)強(qiáng)度為第一強(qiáng)度的期間(第一期間)以及信號(hào)強(qiáng)度為(低于第一強(qiáng)度的)第二強(qiáng)度的期間(第二期間)。能夠?qū)⒃摰谝粡?qiáng)度設(shè)為使從傳感器線產(chǎn)生如下的熱量所需的輸入信號(hào)的強(qiáng)度：該熱量能夠使上游側(cè)的傳感器線與下游側(cè)的傳感器線之間產(chǎn)生能夠以期望的精度測(cè)定作為測(cè)定對(duì)象的流體的質(zhì)量流量的溫度差。即，在本實(shí)施方式所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)中的流量的測(cè)定方法中，能夠在第一期間中的適當(dāng)?shù)亩〞r(shí)以期望的精度測(cè)定流體的質(zhì)量流量。另一方面，第二強(qiáng)度只要如上述那樣低于第一強(qiáng)度，則可以是任意的信號(hào)強(qiáng)度，但是典型地說(shuō)能夠設(shè)為0(零)。因而，根據(jù)本實(shí)施方式所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)中的流量的測(cè)定方法，與輸入信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度固定為第一強(qiáng)度的以往技術(shù)相比，能夠減少每單位時(shí)間供給到傳感器線的能量(電力量)。作為結(jié)果，能夠減少每單位時(shí)間的來(lái)自傳感器線的發(fā)熱量，從而能夠減少因來(lái)自傳感器線的發(fā)熱引起的如上所述的各種問(wèn)題。

或者，根據(jù)本實(shí)施方式所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)中的流量的測(cè)定方法，能夠在抑制每單位時(shí)間供給到傳感器線的能量(電力量)的增大的同時(shí)、增大向傳感器線的輸入信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度(脈沖信號(hào)的振幅)。作為結(jié)果，能夠在抑制每單位時(shí)間的來(lái)自傳感器線的發(fā)熱量的增大的同時(shí)、增強(qiáng)來(lái)自傳感器電路的輸出信號(hào)來(lái)提高檢測(cè)信號(hào)的S/N比，從而能夠提高質(zhì)量流量的測(cè)定精度。

用于如上述那樣將具有規(guī)定的脈寬和規(guī)定的振幅的脈沖信號(hào)提供到傳感器線的具體方法沒(méi)有特別限定，能夠從本領(lǐng)域技術(shù)人員所周知的各種方法中適當(dāng)選擇來(lái)作為用于產(chǎn)生脈沖信號(hào)的方法。例如，通過(guò)函數(shù)發(fā)生器來(lái)生成具有規(guī)定的脈寬和規(guī)定的周期的脈沖電壓。將這樣生成的脈沖電壓施加于插入安裝在用于向傳感器線施加具有規(guī)定的電壓值的發(fā)熱用的電壓的布線上的晶體管的基極，由此能夠?qū)⒕哂幸?guī)定的脈寬和規(guī)定的振幅的脈沖電壓作為輸入信號(hào)施加到傳感器線(例如，參照?qǐng)D4)。

不過(guò)，雖然在上述例示中說(shuō)明了將具有規(guī)定的周期的脈沖電壓作為輸入信號(hào)施加到傳感器線的情況，但是只要能夠正確地檢測(cè)來(lái)自傳感器電路的輸出信號(hào)，則未必需要以規(guī)定的周期施加脈沖電壓。即，上述的第一期間的長(zhǎng)度和第二期間的長(zhǎng)度分別未必需要是固定的。此外，例如能夠基于用于檢測(cè)來(lái)自傳感器電路的輸出信號(hào)的檢測(cè)單元的結(jié)構(gòu)要素(例如，A/D轉(zhuǎn)換器和采樣保持電路(使用的情況下)等)的響應(yīng)速度等來(lái)適當(dāng)設(shè)定第一期間(例如，脈沖電壓的脈寬)和第二期間的長(zhǎng)度。

并且，在如上述例示那樣向傳感器線提供具有規(guī)定的周期的脈沖信號(hào)的情況下，例如也能夠基于用于檢測(cè)來(lái)自傳感器電路的輸出信號(hào)的檢測(cè)單元的結(jié)構(gòu)要素(例如，A/D轉(zhuǎn)換器和采樣保持電路(使用的情況下)等)的響應(yīng)速度等來(lái)適當(dāng)設(shè)定脈沖信號(hào)的周期。作為這樣設(shè)定的脈沖信號(hào)的一例，例如能夠列舉出具有0.11ms(毫秒)的脈寬、8V(或24V)的振幅以及1.0ms的周期(即，占空比＝1/9)的脈沖電壓。

并且，在本實(shí)施方式所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)中的流量的測(cè)定方法中，獲取作為向所述傳感器線提供所述脈沖信號(hào)的結(jié)果而從所述傳感器電路輸出的輸出信號(hào)中的、與信號(hào)強(qiáng)度為所述第一強(qiáng)度的所述輸入信號(hào)對(duì)應(yīng)且每單位時(shí)間的信號(hào)強(qiáng)度的變動(dòng)幅度為規(guī)定的閾值以下的部分的輸出信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度。例如，通過(guò)事先實(shí)驗(yàn)等來(lái)測(cè)定作為向傳感器線提供脈沖信號(hào)(例如，脈沖電壓)的結(jié)果的來(lái)自傳感器電路的輸出信號(hào)(例如，輸出電壓)的推移?；谠摐y(cè)定結(jié)果，預(yù)先確定與信號(hào)強(qiáng)度為第一強(qiáng)度的輸入信號(hào)對(duì)應(yīng)且每單位時(shí)間的信號(hào)強(qiáng)度的變動(dòng)幅度為規(guī)定的閾值以下(即，大致固定)的期間。能夠在這樣確定出的期間內(nèi)的特定的定時(shí)(例如，從脈沖電壓的上升起0.05ms(毫秒)后)獲取從傳感器電路輸出的輸出信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度(例如，輸出電壓的值)來(lái)作為輸出信號(hào)強(qiáng)度。

因而，在將具有規(guī)定的周期的脈沖信號(hào)作為輸入信號(hào)提供到傳感器線的情況下，也可以使獲取從傳感器電路輸出的輸出信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度來(lái)作為輸出信號(hào)強(qiáng)度的周期與作為提供到傳感器線的輸入信號(hào)的脈沖信號(hào)的周期同步。具體地說(shuō)，只要將用于檢測(cè)來(lái)自傳感器電路的輸出信號(hào)的檢測(cè)單元構(gòu)成為以下結(jié)構(gòu)即可：如上所述，在來(lái)自傳感器電路的輸出信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度大致固定的期間內(nèi)的特定的定時(shí)，獲取從傳感器電路輸出的輸出信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度來(lái)作為輸出信號(hào)強(qiáng)度。并且，例如，也可以在通向?qū)?lái)自傳感器電路的輸出信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化的A/D轉(zhuǎn)換器的輸入路徑上設(shè)置采樣保持電路，來(lái)更可靠地檢測(cè)來(lái)自傳感器電路的輸出信號(hào)。此外，例如，能夠考慮用于檢測(cè)來(lái)自傳感器電路的輸出信號(hào)的檢測(cè)單元的檢測(cè)精度和/或本實(shí)施方式所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)中的噪聲的大小等，來(lái)適當(dāng)決定作為判斷來(lái)自傳感器電路的輸出信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度是否已大致固定的判斷基準(zhǔn)的“規(guī)定的閾值”。

并且，在本實(shí)施方式所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)中的流量的測(cè)定方法中，基于所述輸出信號(hào)強(qiáng)度來(lái)計(jì)算所述流體的流量。如上所述，來(lái)自傳感器電路的輸出信號(hào)與流過(guò)傳感器管的流體的質(zhì)量流量對(duì)應(yīng)。另一方面，如前所述，旁路對(duì)流體具有流阻，構(gòu)成為使流路中流動(dòng)的流體中的固定比例的流體分支到傳感器管。因而，能夠基于該比例，根據(jù)與來(lái)自傳感器電路的輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)的流過(guò)傳感器管的流體的質(zhì)量流量來(lái)求出流過(guò)流路的流體的質(zhì)量流量。

但是，在實(shí)際的熱式質(zhì)量流量計(jì)中，在用于求出流體的質(zhì)量流量的運(yùn)算處理中，未必需要計(jì)算流過(guò)傳感器管的流體的質(zhì)量流量。例如，也能夠通過(guò)事先實(shí)驗(yàn)等來(lái)預(yù)先確定來(lái)自傳感器電路的輸出信號(hào)強(qiáng)度與流過(guò)流路的流體的質(zhì)量流量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，基于該對(duì)應(yīng)關(guān)系，根據(jù)來(lái)自傳感器電路的輸出信號(hào)強(qiáng)度來(lái)直接求出流過(guò)流路的流體的質(zhì)量流量。

例如能夠利用嵌入于熱式質(zhì)量流量計(jì)的微型計(jì)算機(jī)等電子控制裝置來(lái)進(jìn)行與如上所述的運(yùn)算處理、以及如上所述的向傳感器線的輸入信號(hào)的提供和來(lái)自傳感器電路的輸出信號(hào)的檢測(cè)有關(guān)的控制。這種電子控制裝置的詳情是本領(lǐng)域技術(shù)人員所周知的，因此省略本說(shuō)明書(shū)中的說(shuō)明。

另外，如開(kāi)頭所敘述的那樣，本發(fā)明還涉及使用此前說(shuō)明的質(zhì)量流量的測(cè)定方法的熱式質(zhì)量流量計(jì)。該熱式質(zhì)量流量計(jì)具備用于執(zhí)行上述測(cè)定方法的控制部(例如，上述電子控制裝置等)。

即，本發(fā)明的第二實(shí)施方式是一種熱式質(zhì)量流量計(jì)，該熱式質(zhì)量流量計(jì)具備：

流路，流體在該流路中流動(dòng)；

旁路，其設(shè)置于所述流路的中途；

流量傳感器，其包括傳感器管和一對(duì)傳感器線，所述傳感器管在所述旁路的上游側(cè)從所述流路分支并在所述旁路的下游側(cè)再次與所述流路合流，所述一對(duì)傳感器線配置為不與流過(guò)所述傳感器管的流體直接接觸且能夠?qū)α鬟^(guò)所述傳感器管的流體進(jìn)行熱傳導(dǎo)；

電源，其向所述傳感器線提供用于使得從所述傳感器線發(fā)熱的輸入信號(hào)；以及

傳感器電路，其具備包括所述傳感器線的橋電路，

其中，所述熱式質(zhì)量流量計(jì)還具備對(duì)所述電源和所述傳感器電路進(jìn)行控制的第一控制部，

通過(guò)由所述第一控制部執(zhí)行本發(fā)明的所述第一實(shí)施方式所涉及的方法，來(lái)計(jì)算所述流體的流量。

如上所述，本實(shí)施方式所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)是應(yīng)用本發(fā)明的所述第一實(shí)施方式所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)中的流量的測(cè)定方法的熱式質(zhì)量流量計(jì)。因而，已參照?qǐng)D1和圖2等在本發(fā)明的所述第一實(shí)施方式所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)中的流量的測(cè)定方法的說(shuō)明中敘述了熱式質(zhì)量流量計(jì)的基本結(jié)構(gòu)，因此在此不重復(fù)說(shuō)明。

不過(guò)，本實(shí)施方式所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)如上述那樣還具備對(duì)所述電源和所述傳感器電路進(jìn)行控制的第一控制部，通過(guò)由所述第一控制部執(zhí)行本發(fā)明的所述第一實(shí)施方式所涉及的方法，來(lái)計(jì)算所述流體的流量。更具體地說(shuō)，第一控制部執(zhí)行與本發(fā)明的所述第一實(shí)施方式所涉及的方法中的各種運(yùn)算處理以及作為向傳感器線的輸入信號(hào)的脈沖信號(hào)的提供和來(lái)自傳感器電路的輸出信號(hào)的檢測(cè)有關(guān)的控制。這種第一控制部例如能夠?qū)崿F(xiàn)為嵌入于熱式質(zhì)量流量計(jì)的微型計(jì)算機(jī)等電子控制裝置。此外，在前述的圖1中，第一控制部被描繪為控制單元130。

因而，根據(jù)本實(shí)施方式所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)，在提供到傳感器線的脈沖信號(hào)中信號(hào)強(qiáng)度為第一強(qiáng)度的第一期間到來(lái)后且下一個(gè)第一期間到來(lái)之前的期間(即，第二期間)，信號(hào)強(qiáng)度為低于第一強(qiáng)度的第二強(qiáng)度。例如，在輸入信號(hào)是脈沖電壓的情況下，在提供到傳感器線的脈沖電壓中，電壓值為第一強(qiáng)度(例如，8V)的第一期間與電壓值為第二強(qiáng)度(例如，0(零)V)的第二期間交替地到來(lái)。由此，即使在檢測(cè)流體的流量時(shí)向傳感器線提供的脈沖信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度(例如，脈沖電壓的振幅)相同，(由于向傳感器線的累積施加時(shí)間或累積通電時(shí)間變短，因此)也能夠減少每單位時(shí)間供給到傳感器線的能量(電力量)。作為結(jié)果，能夠減少每單位時(shí)間的來(lái)自傳感器線的發(fā)熱量，從而能夠減少因來(lái)自傳感器線的發(fā)熱引起的如上所述的各種問(wèn)題。

或者，根據(jù)本實(shí)施方式所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)，能夠在抑制每單位時(shí)間供給到傳感器線的能量(電力量)的增大的同時(shí)、增大向傳感器線的輸入信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度(例如，脈沖電壓的振幅)。作為結(jié)果，能夠在抑制每單位時(shí)間的來(lái)自傳感器線的發(fā)熱量的增大的同時(shí)、增強(qiáng)來(lái)自傳感器電路的輸出信號(hào)來(lái)提高檢測(cè)信號(hào)的S/N比，從而能夠提高質(zhì)量流量的測(cè)定精度。

另外，在以往技術(shù)所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)中，作為第一問(wèn)題，如前所述，擔(dān)心由從傳感器線產(chǎn)生的熱引起的構(gòu)成流量傳感器的構(gòu)件的隨時(shí)間的變化所引起的零點(diǎn)變動(dòng)等問(wèn)題。如前所述，在這些構(gòu)件中，對(duì)如上所述的問(wèn)題影響大的是一般由耐熱性樹(shù)脂構(gòu)成的覆蓋層。因而，本發(fā)明的所述第一實(shí)施方式所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)中的流量的測(cè)定方法在應(yīng)用于具有覆蓋層的熱式質(zhì)量流量計(jì)的情況下發(fā)揮大的效果。

因而，本發(fā)明的第三實(shí)施方式是本發(fā)明的所述第二實(shí)施方式所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)，在該熱式質(zhì)量流量計(jì)中，

所述傳感器線配置于所述傳感器管的附近，

所述熱式質(zhì)量流量計(jì)還包括覆蓋層，該覆蓋層配置于所述傳感器管的附近的配置有所述傳感器線的部分的周?chē)?/p>

已參照?qǐng)D3等在本發(fā)明的所述第一實(shí)施方式所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)中的流量的測(cè)定方法的說(shuō)明中敘述了本實(shí)施方式所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)所具備的覆蓋層的具體結(jié)構(gòu)，因此在此不重復(fù)說(shuō)明。

如上所述，由從傳感器線產(chǎn)生的熱引起的覆蓋層的隨時(shí)間的變化能夠成為熱式質(zhì)量流量計(jì)的響應(yīng)速度的下降和/或檢測(cè)誤差的增大等問(wèn)題的很大原因。在本實(shí)施方式所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)中，傳感器線配置于傳感器管的附近(例如，傳感器線卷繞于傳感器管)。在本實(shí)施方式所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)中，雖然在像這樣的傳感器管的附近的配置有傳感器線的部分的周?chē)渲糜懈采w層，但是能夠應(yīng)用本發(fā)明的所述第一實(shí)施方式所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)中的流量的測(cè)定方法。其結(jié)果，由從傳感器線產(chǎn)生的熱引起的覆蓋層的隨時(shí)間的變化得到抑制，能夠避免如上所述的問(wèn)題。

另外，如開(kāi)頭所敘述的那樣，本發(fā)明不僅涉及熱式質(zhì)量流量計(jì)中的流量的測(cè)定方法以及使用該方法的熱式質(zhì)量流量計(jì)，還涉及使用該熱式質(zhì)量流量計(jì)的熱式質(zhì)量流量控制裝置。該熱式質(zhì)量流量控制裝置基于由使用本發(fā)明所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)中的流量的測(cè)定方法的熱式質(zhì)量流量計(jì)計(jì)算的流體的流量對(duì)流量調(diào)節(jié)單元進(jìn)行控制，來(lái)使流體的流量接近目標(biāo)值。

即，本發(fā)明的第四實(shí)施方式是一種熱式質(zhì)量流量控制裝置，該熱式質(zhì)量流量控制裝置具備：

本發(fā)明的所述第二實(shí)施方式或所述第三實(shí)施方式所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)；

流量調(diào)節(jié)單元，其對(duì)流過(guò)所述流路的流體的流量進(jìn)行控制；以及

第二控制部，其對(duì)所述流量調(diào)節(jié)單元進(jìn)行控制，

其中，所述第二控制部基于由所述熱式質(zhì)量流量計(jì)計(jì)算的所述流體的流量對(duì)所述流量調(diào)節(jié)單元進(jìn)行控制，來(lái)使所述流體的流量接近目標(biāo)值。

如上所述，本實(shí)施方式所涉及的熱式質(zhì)量流量控制裝置是具備本發(fā)明的所述第二或第三實(shí)施方式所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)的熱式質(zhì)量流量控制裝置。因而，已參照?qǐng)D1至圖3等在本發(fā)明的所述第一實(shí)施方式至所述第三實(shí)施方式所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)中的流量的測(cè)定方法和使用該方法的熱式質(zhì)量流量計(jì)的說(shuō)明中敘述了熱式質(zhì)量流量計(jì)的基本結(jié)構(gòu)，因此在此不重復(fù)說(shuō)明。

如上所述，本實(shí)施方式所涉及的熱式質(zhì)量流量控制裝置除了具備熱式質(zhì)量流量計(jì)以外，還具備對(duì)流過(guò)所述流路的流體的流量進(jìn)行控制的流量調(diào)節(jié)單元以及對(duì)所述流量調(diào)節(jié)單元進(jìn)行控制的第二控制部。關(guān)于流量調(diào)節(jié)單元，只要能夠?qū)α鬟^(guò)流路的流體的流量進(jìn)行控制，則沒(méi)有特別限定。作為流量調(diào)節(jié)單元的具體例，例如能夠列舉出能夠通過(guò)致動(dòng)器來(lái)變更開(kāi)度的流量控制閥。關(guān)于第二控制部也是，只要能夠控制流量調(diào)節(jié)單元來(lái)使流過(guò)流路的流體的流量增減，則沒(méi)有特別限定。在圖1所示的例子中，熱式質(zhì)量流量控制裝置100除了具備熱式質(zhì)量流量計(jì)110以外，還具備對(duì)流過(guò)流路114的流體的流量進(jìn)行控制的流量調(diào)節(jié)單元120以及對(duì)流量調(diào)節(jié)單元120進(jìn)行控制的第二控制部(在圖1中，包含于控制單元130)。

如圖1所示，流量調(diào)節(jié)單元120包括流量控制閥121、閥口122、隔膜(diaphragm)123、致動(dòng)器124、閥驅(qū)動(dòng)電路125以及未圖示的電源等?？刂茊卧?30所包含的第二控制部基于由熱式質(zhì)量流量計(jì)110計(jì)算的流體的流量對(duì)流量調(diào)節(jié)單元120進(jìn)行控制，來(lái)使流體的流量接近目標(biāo)值。更具體地說(shuō)，控制單元130所包含的第二控制部將由熱式質(zhì)量流量計(jì)110計(jì)算的流體的流量與目標(biāo)值進(jìn)行比較，將與其結(jié)果相應(yīng)的控制信號(hào)發(fā)送到閥驅(qū)動(dòng)電路125。

例如，在流體的流量比目標(biāo)值少的情況下，第二控制部向閥驅(qū)動(dòng)電路125發(fā)送控制信號(hào)使得通過(guò)致動(dòng)器124來(lái)增加流量控制閥121的開(kāi)度從而使流體的流量增加。反之，在流體的流量比目標(biāo)值多的情況下，第二控制部向閥驅(qū)動(dòng)電路125發(fā)送控制信號(hào)使得通過(guò)致動(dòng)器124來(lái)減小流量控制閥121的開(kāi)度從而使流體的流量減少。此外，在上述說(shuō)明中說(shuō)明了基于反饋方式的流體的流量控制，但是本實(shí)施方式所涉及的熱式質(zhì)量流量控制裝置對(duì)流體的流量控制不限定于反饋方式，例如也可以通過(guò)前饋方式等其它控制方式來(lái)執(zhí)行。

除此以外，在圖1所示的實(shí)施方式所涉及的熱式質(zhì)量流量控制裝置中，第一控制部和第二控制部均包含于控制單元130。然而，這些控制部和/或其它控制部既可以全部像這樣作為一個(gè)控制單元來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以分別作為獨(dú)立的控制單元(控制部)來(lái)實(shí)現(xiàn)。或者，也可以是，這些控制部和/或其它控制部中的任一個(gè)作為一個(gè)控制單元來(lái)實(shí)現(xiàn)，剩余的控制部作為另外的控制單元匯總地實(shí)現(xiàn)、或者剩余的控制部分別作為獨(dú)立的控制單元(控制部)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

根據(jù)本實(shí)施方式所涉及的熱式質(zhì)量流量控制裝置所具備的熱式質(zhì)量流量計(jì)，如上所述，能夠減少因由從傳感器線產(chǎn)生的熱引起的構(gòu)成流量傳感器的構(gòu)件的隨時(shí)間的變化等所引起的零點(diǎn)變動(dòng)等問(wèn)題。其結(jié)果，本實(shí)施方式所涉及的熱式質(zhì)量流量控制裝置能夠長(zhǎng)期間地維持高控制精度，從而能夠發(fā)揮高可靠性。

或者，根據(jù)本實(shí)施方式所涉及的熱式質(zhì)量流量控制裝置所具備的熱式質(zhì)量流量計(jì)，如上所述，能夠在抑制每單位時(shí)間的來(lái)自傳感器線的發(fā)熱量的增大的同時(shí)、增強(qiáng)來(lái)自傳感器電路的輸出信號(hào)來(lái)使檢測(cè)信號(hào)的S/N比上升，從而能夠提高質(zhì)量流量的測(cè)定精度。其結(jié)果，本實(shí)施方式所涉及的熱式質(zhì)量流量控制裝置能夠在抑制可靠性的下降等的同時(shí)發(fā)揮更高的控制精度。

下面，針對(duì)本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施方式所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)的結(jié)構(gòu)等，時(shí)而參照附圖來(lái)進(jìn)一步詳細(xì)地說(shuō)明。但是，下面敘述的說(shuō)明只不過(guò)是以例示為目的，不應(yīng)解釋為本發(fā)明的范圍限定于下面的說(shuō)明。

實(shí)施例1

在本實(shí)施例中，將本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)(實(shí)施例)與以往技術(shù)所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)(比較例)進(jìn)行了比較，其中，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)將具有規(guī)定的脈寬和規(guī)定的振幅的脈沖電壓作為輸入信號(hào)提供到傳感器線，以往技術(shù)所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)向傳感器線(連續(xù)地)施加直流電壓。具體地說(shuō)，在使每單位時(shí)間供給到傳感器線的電力量一致的狀態(tài)下，在同一條件下對(duì)作為來(lái)自實(shí)施例和比較例所涉及的各自的熱式質(zhì)量流量計(jì)所具備的傳感器電路的輸出信號(hào)強(qiáng)度的輸出電壓進(jìn)行比較。

(1)熱式質(zhì)量流量計(jì)的結(jié)構(gòu)

實(shí)施例和比較例均制作為具有圖1所示的結(jié)構(gòu)的熱式質(zhì)量流量控制裝置。因而，已說(shuō)明過(guò)這些熱式質(zhì)量流量控制裝置的結(jié)構(gòu)，因此在此不重復(fù)說(shuō)明。此外，在實(shí)施例和比較例中，均使用鎳和鐵的合金作為傳感器線的材料，均使用前述的SUS316作為傳感器管的材料，均使用聚酰亞胺作為覆蓋層的材料。

(2)傳感器電路的結(jié)構(gòu)

在本實(shí)施例中，如上所述，在實(shí)施例所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)中向傳感器線施加脈沖電壓，在比較例所涉及的各自的熱式質(zhì)量流量計(jì)中向傳感器線施加直流電壓，在同一條件下對(duì)來(lái)自各自的熱式質(zhì)量流量計(jì)所具備的傳感器電路的輸出電壓進(jìn)行比較。因此，在本實(shí)施例中，采用了圖4所示的傳感器電路。如前所述，圖4是表示為了將實(shí)施例所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)與比較例所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行比較而使用的傳感器電路的結(jié)構(gòu)的示意圖。在圖4中，對(duì)與圖2所示的傳感器電路的結(jié)構(gòu)要素對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)要素標(biāo)注與圖2相同的標(biāo)記。

首先，在實(shí)施例所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)中，如圖4所示，在使開(kāi)關(guān)SW為OFF(斷開(kāi))的狀態(tài)下，在點(diǎn)P與點(diǎn)N之間施加24V的電壓(將點(diǎn)P側(cè)設(shè)為+12V、將點(diǎn)N側(cè)設(shè)為-12V)作為用于使傳感器線發(fā)熱的電壓。并且，向(與開(kāi)關(guān)SW并聯(lián)地)插入安裝于點(diǎn)P與傳感器線之間的晶體管的基極施加由函數(shù)發(fā)生器生成的具有0.11ms(毫秒)的脈寬和1.0ms的周期的脈沖電壓(即，占空比＝1/9)。這樣，在實(shí)施例所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)中，以1.0ms的周期向傳感器線施加具有0.11ms的脈寬和24V的振幅的脈沖電壓(參照?qǐng)D5的(a))。

另一方面，在比較例所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)中，在使開(kāi)關(guān)SW為ON(閉合)的狀態(tài)下，在點(diǎn)P與點(diǎn)N之間施加8V的電壓作為用于使傳感器線發(fā)熱的電壓。這樣，在比較例所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)中，在使開(kāi)關(guān)SW閉合的狀態(tài)下將上述8V的電壓作為直流電壓而(連續(xù)地)施加于傳感器線(即，占空比＝1/1)。

如上所述，在實(shí)施例所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)中施加于傳感器線的電壓(24V)為在比較例所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)中施加于傳感器線的電壓(8V)的3倍。另一方面，在實(shí)施例所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)中施加于傳感器線的電壓的占空比(1/9)為在比較例所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)中施加于傳感器線的電壓的占空比(1/1)的1/9。因而，在實(shí)施例所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)中每單位時(shí)間供給到傳感器線的電力量與在比較例所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)中每單位時(shí)間供給到傳感器線的電力量相等。

此外，在本實(shí)施例中，以使實(shí)驗(yàn)變得容易為目的，如上所述那樣將開(kāi)關(guān)SW插入安裝于點(diǎn)P與傳感器線117之間。由此，能夠在一個(gè)傳感器電路中進(jìn)行切換來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所涉及的作為實(shí)施例的熱式質(zhì)量流量計(jì)的動(dòng)作和以往技術(shù)所涉及的作為比較例的熱式質(zhì)量流量計(jì)的動(dòng)作。然而，這種結(jié)構(gòu)只不過(guò)是為了使實(shí)驗(yàn)變得容易而引入的，不應(yīng)解釋為這種結(jié)構(gòu)是實(shí)施本發(fā)明所必需的。

(3)實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)

接著，使用圖6所示的實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)進(jìn)行如上述那樣構(gòu)成的實(shí)施例和比較例所涉及的各自的熱式質(zhì)量流量計(jì)中的質(zhì)量流量的測(cè)量實(shí)驗(yàn)。如圖6所示，使用了氮?dú)?N₂)來(lái)作為流體。另外，從流體所流過(guò)的流路的上游側(cè)起依次串聯(lián)地配置有作為對(duì)該實(shí)驗(yàn)裝置中的流體的流量進(jìn)行控制的基準(zhǔn)的質(zhì)量流量控制裝置(基準(zhǔn)MFC)以及作為試驗(yàn)用的質(zhì)量流量控制裝置(試驗(yàn)用MFC)的實(shí)施例或比較例所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)。

在具有如上所述的結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)裝置中，基準(zhǔn)MFC的入口側(cè)的流路中的流體的壓力調(diào)節(jié)為0.2MPa，試驗(yàn)用MFC的出口側(cè)的流路中的流體的壓力設(shè)為大氣壓(出口側(cè)的流路開(kāi)放)。另外，在基準(zhǔn)MFC中，設(shè)作為流體的氮?dú)?N₂)的最大流量為3slm，對(duì)基準(zhǔn)MFC的流量調(diào)節(jié)單元(流量控制閥)進(jìn)行控制，來(lái)在該最大流量的0％、10％、30％、40％、50％、60％以及67％的設(shè)定流量下使流體流通，對(duì)各個(gè)設(shè)定流量下的由試驗(yàn)用MFC進(jìn)行的流量測(cè)定的結(jié)果進(jìn)行記錄。此時(shí)，設(shè)試驗(yàn)用MFC的流量調(diào)節(jié)單元(流量控制閥)完全打開(kāi)。即，在本實(shí)施例中，試驗(yàn)用MFC不是作為質(zhì)量流量控制裝置(MFC)、而是作為質(zhì)量流量計(jì)(MFM)進(jìn)行動(dòng)作。

在上述測(cè)量實(shí)驗(yàn)中，從實(shí)施例所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)所具備的傳感器電路經(jīng)由運(yùn)算放大器輸出的輸出信號(hào)例如呈現(xiàn)出如圖5的(b)所示的波形。在該輸出信號(hào)的波形中，在施加于傳感器線的脈沖電壓的上升和下降時(shí)識(shí)別到釘狀的波形，但是當(dāng)在脈沖電壓的上升后經(jīng)過(guò)了規(guī)定的期間時(shí)，輸出信號(hào)的波形變?yōu)槠教?大致固定)。在本實(shí)施例中，使A/D轉(zhuǎn)換器與脈沖電壓同步，對(duì)從脈沖電壓的上升起0.05ms(毫秒)后檢測(cè)出的電壓的值進(jìn)行采樣來(lái)作為輸出信號(hào)強(qiáng)度。此外，認(rèn)為上述釘狀的波形是因呈線圈狀地卷繞于傳感器管的傳感器線的電感引起的。另外，上述“大致固定”是指如前述那樣每單位時(shí)間的信號(hào)強(qiáng)度的變動(dòng)幅度為規(guī)定的閾值以下的狀態(tài)。即，雖然在圖5的(b)所示的波形中沒(méi)有描繪，但是在輸出信號(hào)的平坦部分也可能存在例如因噪聲引起的信號(hào)強(qiáng)度的略微變動(dòng)，這是不言而喻的。

另一方面，在比較例所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)中，如上述那樣向傳感器線施加直流電壓，因此從傳感器電路經(jīng)由運(yùn)算放大器輸出的輸出信號(hào)也與以往技術(shù)所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)同樣地是直流電壓。因而，在比較例所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)中，對(duì)這種作為直流電壓輸出的輸出信號(hào)的電壓值進(jìn)行采樣來(lái)作為輸出信號(hào)強(qiáng)度。

(4)測(cè)定結(jié)果

在下面的表1中列舉如上述那樣測(cè)定出的各種設(shè)定流量下的來(lái)自實(shí)施例和比較例所涉及的各熱式質(zhì)量流量計(jì)所具備的傳感器電路的輸出信號(hào)強(qiáng)度(輸出電壓值)、以及實(shí)施例中的輸出信號(hào)強(qiáng)度與比較例中的輸出信號(hào)強(qiáng)度的比(E/C)。

[表1]

表1

圖7中示出了對(duì)表1所示的來(lái)自實(shí)施例和比較例所涉及的各熱式質(zhì)量流量計(jì)所具備的傳感器電路的輸出信號(hào)強(qiáng)度(輸出電壓值)與設(shè)定流量的關(guān)系進(jìn)行繪圖而得到的曲線圖。根據(jù)表1和圖7可以明確的是，無(wú)論在實(shí)施例所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)中還是在比較例所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)中，來(lái)自傳感器電路的輸出信號(hào)強(qiáng)度均大致與設(shè)定流量成正比。另外，在任一個(gè)熱式質(zhì)量流量計(jì)中，無(wú)論輸出電壓值的大小，從傳感器電路輸出的輸出波形的平坦部分中的噪聲的振幅均固定為約0.1V。

當(dāng)對(duì)在實(shí)施例和比較例所涉及的各熱式質(zhì)量流量計(jì)中得到的輸出信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行比較時(shí)，例如，在50％(即，1.5slm)的設(shè)定流量下，實(shí)施例所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)的輸出信號(hào)強(qiáng)度為1.031V，與此相對(duì)，比較例所涉及的各熱式質(zhì)量流量計(jì)的輸出信號(hào)強(qiáng)度為0.364V。這樣，在任一個(gè)設(shè)定流量下，實(shí)施例所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)的輸出信號(hào)強(qiáng)度相對(duì)于比較例所涉及的各熱式質(zhì)量流量計(jì)的輸出信號(hào)強(qiáng)度的倍率均為與施加于傳感器線的施加電壓的倍率同等的約3倍。

(5)評(píng)價(jià)

在實(shí)施例所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)中，與比較例所涉及的各熱式質(zhì)量流量計(jì)相比，施加于傳感器線的施加電壓的大小增大至3倍，其結(jié)果，如上所述，來(lái)自傳感器電路的輸出信號(hào)強(qiáng)度也增大至約3倍。另一方面，如上所述，在任一個(gè)熱式質(zhì)量流量計(jì)中，無(wú)論輸出信號(hào)強(qiáng)度的大小，從傳感器電路輸出的輸出波形的平坦部分中的噪聲的振幅均固定為約0.1V。因而，在實(shí)施例所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)中，與比較例所涉及的各熱式質(zhì)量流量計(jì)相比，流量測(cè)定中的S/N比被改進(jìn)為約3倍。

另一方面，如前所述，在實(shí)施例所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)中每單位時(shí)間供給到傳感器線的電力量與在比較例所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)中每單位時(shí)間供給到傳感器線的電力量相等。因而，如前所述的與通過(guò)來(lái)自傳感器線的發(fā)熱對(duì)傳感器管和流體進(jìn)行加熱相伴的構(gòu)成流量傳感器的構(gòu)件的隨時(shí)間的變化等所引起的零點(diǎn)變動(dòng)等問(wèn)題至少不會(huì)惡化。即，確認(rèn)了以下情況：根據(jù)實(shí)施例所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)，能夠在抑制因構(gòu)成流量傳感器的構(gòu)件的隨時(shí)間的變化等引起的零點(diǎn)變動(dòng)等問(wèn)題的惡化的同時(shí)、增強(qiáng)來(lái)自傳感器電路的輸出信號(hào)來(lái)提高檢測(cè)信號(hào)的S/N比，從而能夠提高質(zhì)量流量的測(cè)定精度。

此外，在本實(shí)施例中，如上所述，在將供給到傳感器線的能量(電力量)維持為固定的同時(shí)、增大提供到傳感器線的輸入信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度(例如，脈沖電壓的振幅)，由此在抑制了因來(lái)自傳感器線的發(fā)熱引起的各種問(wèn)題的惡化的同時(shí)、提高了來(lái)自傳感器電路的檢測(cè)信號(hào)的S/N比，從而提高了質(zhì)量流量的測(cè)定精度。然而，也可以通過(guò)本發(fā)明來(lái)在將提供到傳感器線的輸入信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度(例如，電壓值)維持為固定的同時(shí)、減小脈沖信號(hào)的占空比來(lái)減少供給到傳感器線的能量(電力量)。在該情況下，能夠在抑制來(lái)自傳感器電路的輸出信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度的下降的同時(shí)、減少每單位時(shí)間供給到傳感器線的能量(電力量)。其結(jié)果，能夠在抑制來(lái)自傳感器電路的檢測(cè)信號(hào)的S/N比的下降來(lái)抑制質(zhì)量流量的測(cè)定精度的下降的同時(shí)、減輕因構(gòu)成流量傳感器的構(gòu)件的隨時(shí)間的變化等引起的零點(diǎn)變動(dòng)等問(wèn)題。

在上述內(nèi)容中，在想要完全地維持來(lái)自傳感器電路的輸出信號(hào)的強(qiáng)度來(lái)完全地維持質(zhì)量流量的測(cè)定精度的情況下，也可以在不失去通過(guò)減小脈沖電壓的占空比而產(chǎn)生的供給到傳感器線的供給電力的減少效果的范圍內(nèi)，增大施加到傳感器線的脈沖電壓的振幅。這樣，根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)分別適當(dāng)?shù)卣{(diào)整提供到傳感器線的脈沖信號(hào)的振幅和占空比，能夠使因來(lái)自傳感器線的發(fā)熱引起的各種問(wèn)題的程度與質(zhì)量流量的測(cè)定精度適當(dāng)?shù)厝〉闷胶狻?/p>

實(shí)施例2

在本實(shí)施例中，嘗試了在實(shí)施例1中的比較例所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)中對(duì)開(kāi)關(guān)SW進(jìn)行操作，如開(kāi)頭所敘述的那樣通過(guò)僅在獲取來(lái)自傳感器電路的輸出信號(hào)的期間向傳感器線供給直流電力來(lái)減少傳感器線中的消耗電力。因此，在實(shí)施例1中的比較例所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)中，測(cè)定了從開(kāi)始和停止向傳感器線供給電力起、到達(dá)到熱平衡狀態(tài)為止所需的期間。

上述的結(jié)果是，在上述熱式質(zhì)量流量計(jì)中，從開(kāi)始向傳感器線施加規(guī)定的直流電壓(8V)到來(lái)自傳感器電路的輸出信號(hào)的強(qiáng)度穩(wěn)定(達(dá)到熱平衡狀態(tài))為止所需的期間大致為10秒。反之，在上述熱式質(zhì)量流量計(jì)中，從停止向傳感器線施加規(guī)定的直流電壓(8V)到來(lái)自傳感器電路的輸出信號(hào)的強(qiáng)度穩(wěn)定(達(dá)到熱平衡狀態(tài))為止所需的期間也大致為10秒。

因而，在上述熱式質(zhì)量流量計(jì)中如開(kāi)頭所敘述的以往技術(shù)那樣間歇地向傳感器線供給直流電力的情況下，只能大概20秒(＝10秒+10秒)一次地測(cè)定流體的質(zhì)量流量。這種測(cè)定頻度在期望始終監(jiān)視流體的精確流量的用途(例如，對(duì)在半導(dǎo)體的制造工藝中供給到腔室內(nèi)的流體(工藝氣體)的質(zhì)量流量進(jìn)行測(cè)定的用途等)中是不足夠的，這是不言而喻的。即，若將開(kāi)頭所敘述的以往技術(shù)所涉及的方法應(yīng)用于上述熱式質(zhì)量流量計(jì)，雖然能夠減少傳感器線中的消耗電力，但是無(wú)法即時(shí)地測(cè)定流體的精確流量。

另一方面，在實(shí)施例1中的實(shí)施例(本發(fā)明)所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)中，如上述那樣以1.0ms的周期向傳感器線施加具有0.11ms的脈寬和24V的振幅的脈沖電壓。在該情況下，上述熱式質(zhì)量流量計(jì)的熱時(shí)間常數(shù)也相同，達(dá)到熱平衡狀態(tài)為止所需的期間也大致為10秒。因而，在該情況下，在達(dá)到熱平衡狀態(tài)所需的期間內(nèi)進(jìn)行約10000次(＝10秒/1.0ms)的流量測(cè)定。

并且，如實(shí)施例1中所敘述的那樣，在各個(gè)脈沖中，獲取在脈沖電壓上升后經(jīng)過(guò)規(guī)定的期間(0.05ms)后輸出信號(hào)的波形變?yōu)槠教?大致固定)時(shí)檢測(cè)出的電壓的值來(lái)作為輸出信號(hào)強(qiáng)度。即，在各個(gè)脈沖中，瞬間性且局部性地達(dá)到熱平衡狀態(tài)，以極短的周期(1.0ms)時(shí)時(shí)刻刻地測(cè)定這種熱平衡狀態(tài)下的流體的質(zhì)量流量。因而，根據(jù)本發(fā)明所涉及的熱式質(zhì)量流量計(jì)中的流量的測(cè)定方法，通過(guò)將脈沖信號(hào)作為輸入信號(hào)提供到傳感器線，能夠大致連續(xù)地測(cè)定流體的質(zhì)量流量。

除此以外，如實(shí)施例1中所敘述的那樣，通過(guò)分別地適當(dāng)調(diào)整提供到傳感器線的脈沖信號(hào)的振幅和占空比，能夠使傳感器線中的消耗電力的減少效果與質(zhì)量流量的測(cè)定精度的提高效果適當(dāng)?shù)厝〉闷胶狻?/p>

以上，以說(shuō)明本發(fā)明為目的，對(duì)具有特定的結(jié)構(gòu)的幾個(gè)實(shí)施方式進(jìn)行了說(shuō)明，但是本發(fā)明的范圍不限定于這些例示性的實(shí)施方式，也能夠在權(quán)利要求書(shū)和說(shuō)明書(shū)所記載的事項(xiàng)的范圍內(nèi)適當(dāng)加以修改，這是不言而喻的。

附圖標(biāo)記說(shuō)明

100：熱式質(zhì)量流量控制裝置；110：熱式質(zhì)量流量計(jì)；111：傳感器電路；112：覆蓋層；112a：第一覆蓋層；112b：第二覆蓋層；112c：第三覆蓋層；112d：第四覆蓋層；113：電源；114：流路；115：旁路；116：傳感器管；117及118：傳感器線；117′及118′：電阻元件；119：運(yùn)算放大器；120：流量調(diào)節(jié)單元；121：流量控制閥；122：閥口；123：隔膜；124：致動(dòng)器；125：閥驅(qū)動(dòng)電路；以及130：控制單元。