JP4364334B2

JP4364334B2 - Mass flow meter flow rate detection mechanism

Info

Publication number: JP4364334B2
Application number: JP02343199A
Authority: JP
Inventors: 桂一郎山本; 喜弘谷口
Original assignee: Horiba Stec Co Ltd
Current assignee: Horiba Stec Co Ltd
Priority date: 1999-02-01
Filing date: 1999-02-01
Publication date: 2009-11-18
Anticipated expiration: 2019-02-01
Also published as: JP2000221066A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マスフローメータの流量検出機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりマスフローメータの流量検出機構においては、ガス流路に層流を得るように構成されており、その構成としてはエッチングプレートを用いるかあるいは特公昭５９−４１１２６号公報記載のように、バイパス部に複数本の毛細管を用いるものがある。
【０００３】
また、図７に示すように、特公平６−７８９２６号公報記載の流量検出機構は、ガスの流量を検出するにあたって、先ず流路１Ｐよりガスを導入し、流量絞り弁２Ｐとハウジング３Ｐに形成された孔のテーパ状内周面４Ｐとの間にガスを流すことで、ガスの流れを層流としていた。そして、層流をなしているテーパ状内周面４Ｐの部分に設けた流入口ポート５Ｐからガスの一部を分流してセンサ流路Ｐ₁に導入し、流出口ポート６Ｐより流出させて、流入口ポート５Ｐより下流側の前記周面４Ｐ、流路７Ｐを介し流量制御部へと流通させていた。
【０００４】
つまり、テーパ状内周面４Ｐと流量絞り弁２Ｐとの間がセンサ入口部分までの助走区間となって層流部分を得ていた。一方、ガスの残部については、前記内周面４Ｐと流量絞り弁２Ｐとの間と、流路７Ｐを介して流量制御部へと流通させていた。なお、前記内周面４Ｐと流量絞り弁２Ｐとの間に形成される層流部分のうち、両矢印Ｐ₂に示す前記流入口ポート５Ｐから流出口ポート６Ｐまでの間は前記センサ流路に対するバイパス流路である。
【０００５】
また、米国特許第５，０９９，８８１号に記載のマスフローコントローラの流量検出機構は、図８に示すように、流路１Ｐ’より導入されたガスを、プラグ２Ｐ’とホルダ３Ｐ’とで一部がテーパ状に形成された環状の通路４Ｐ’に流すことにより、ガスの流れを層流としている。そして、環状の通路４Ｐ’の途中に設けた貫通孔５Ｐ’からガスの一部を分流させ、これを注入口６Ｐ’からセンサ部７Ｐ’へ導入するセンサ流路Ｐ₁を形成している。つまり、センサ流路Ｐ₁を流れるガスの流量をセンサ部７Ｐ’により測定し、注出口８Ｐ’から前記通路４Ｐ’の下流側に注出して流路９Ｐ’を介し流量制御部へと流通させていた。なお、ガスの残部については、両矢印Ｐ₂に示す部分の環状の通路４Ｐ’（バイパス流路Ｐ₂），流路９Ｐ’を介して流量制御部へと流通させている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記した従来の流量検出機構は何れも、流量絞り弁２Ｐやプラグ２Ｐ’によって、テーパ状内周面４Ｐや環状の通路４Ｐ’に安定した層流を形成して圧力分布を一定にし、この安定した層流が形成されている部分から流量測定用の流路を分流することが、測定値を安定させるために極めて重要な要素となっており、それだけ流量検出機構の製造に高精度を要求するものとなっていた。
【０００７】
例えば、図７に示した例においては、流量絞り弁２Ｐの中心軸と、流路１Ｐの中心軸とを正確に合わせて安定した層流を得るために、流量絞り弁２Ｐをネジ８Ｐに螺合していた。ところが、この構成は部品点数が多くなり、それだけ加工にコストがかかる欠点を有するだけでなく、流量絞り弁２Ｐを回動する際にネジ８Ｐとの摩擦により金属粉が生じる等の不都合があった。これは、特に半導体製造過程に用いるガスのように、純度が要求されるガスを流通するような場合のガス流量測定には不適切であった。
【０００８】
図８に示した例においては、プラグ２Ｐ’の中心軸と流路１Ｐ’の中心軸とを合わせるために、まずプラグ２Ｐ’の基本形状を旋盤で切削した後に、極めて煩雑な製作工程によりプラグ２Ｐ’を流路１Ｐ’に固定する必要があった。すなわち、上述した各従来の技術には、流量検出機構の製造に手間と費用がかかるという問題があった。
【０００９】
また、前記図７，８に示したいずれの場合にも、センサ流路Ｐ₁とバイパス流路Ｐ₂が分流するときや合流するときに、拡大図に示すように両流路Ｐ₁，Ｐ₂を流れるガスＧ₁，Ｇ₂が互いに垂直方向になるように屈曲して流れるので、この部分のガスの流れに乱れを生じさせる原因となり、測定値がこの圧力変動の影響を受けやすくなることは避けられなかった。
【００１０】
そして、上述した例のように分流により流量測定を行う場合、バイパス流路Ｐ₂を流れるガスの流れを安定させるために、バイパス流路Ｐ₂を長くすることが、より安定した直線性のよい測定を行うために重要であるが、上述した構造ではバイパス流路Ｐ₂の全長が流入口ポート５Ｐと流出口ポート６Ｐの間隔および注入口６Ｐ’と抽出口８Ｐ’の間隔に完全に依存していた。つまり、バイパス流路Ｐ₂の全長はセンサ流路Ｐ₁の形状によって一定の長さ内に限定されていた。
【００１１】
このような点から、上記各例は何れも、約２５ｍｍ程度の長さの流量絞り弁２Ｐ，プラグ２Ｐ’を用いることしか行えずバイパス流路Ｐ₂を長くすることもできなかった。すなわち、ガスの流れを安定させた状態で流量測定できる流量は低く制限されており、実質的に２０Ｌ／ｓ程度の流量を精度良く流すことが限界であった。これより大流量のガスを精度良く流すためには、流量検出機構の全体形状を大きくする必要があり、それだけ製造コストを引き上げる原因となると共に、マスフローコントローラの全体的な大きさを規格外の大きさにする必要が生じていた。
【００１２】
さらに、上述の構成では、センサ流路Ｐ₁に流れるガスＧ₁と、バイパス流路Ｐ₂を流れるガスＧ₂を分流するための極めて重要な役割を流量絞り弁２Ｐやプラグ２Ｐ’が果たすので、この流量絞り弁２Ｐやプラグ２Ｐ’の形状が正確な測定を行なう上で肝要であった。したがって、これらの部材２Ｐ，２Ｐ’の形や大きさをガスの分流比を変えるとともに直線性を保つことができるような部材２Ｐ，２Ｐ’を形成することが極めて困難であった。
【００１３】
加えて、図８に示すようなチャンバー１２Ｐ’は、そのようなその容積で圧力変動を吸収するものであるから、流路中にガス溜まり部分１４Ｐ’を生じさせており、ガスを切り換えた時のガスの置換特性を悪くする原因となっていた。
【００１４】
本発明は、上述した点を考慮に入れてなされたものであって、センサ部の入口側の圧力が変化しても安定した層流が得られ、かつ、ガスの置換特性の大幅な向上ができ、コンパクトで直線性に優れたマスフローメータの流量検出機構を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のマスフローメータの流量検出機構は、ほぼ円筒形状のホルダを挿入可能な孔およびこの孔内の離れた２点に連通する２つのガス流通孔を備えたブロックと、これら２つのガス流通孔にわたって設けられたセンサ流路管と、前記ホルダ内に挿入される抵抗物とからなり、前記ホルダの両端の外周部にそれぞれ前記２つのガス流通孔に連通連結される溝部が形成され、孔内に流入したガスが一方の溝部、ガス流通孔を介してセンサ流通管に流入し、他方のガス流通孔、溝部を介して流出するセンサ流路と、ホルダ内部の抵抗物により形成されるバイパス流路とに分かれて流通し、
さらに、前記流入したガスがその流動方向をほとんど変えることなくその一部のガスが上流側溝部に流入し該上流側溝部によって層流を形成し、前記センサ流路を流通したガスが下流側溝部によって層流を形成し、前記センサ流路と前記バイパス流路を流通した各ガスの合流部分においても前記各ガスの流れはほぼ平行になっていることを特徴としている。
【００１６】
したがって、本発明によればホルダによってガス流通孔を設けた部分に溝部を形成しているので、この溝部によりガスの層流を形成してガスの助走区間を得て、圧力分布を緩和させることができる。そして、溝部を流れるガスが、バイパス流路を流れるガスと平行するように流れるので、分流時にも合流時にもガスの流れに乱れを生じさせることがなくスムーズに流れる。すなわち、それだけ直線性を良くすることができる。
【００１７】
また、ガス流通孔に流れるガスの流量は、抵抗物の上流側と下流側の差圧に基づいて流量を測定できる。したがって、抵抗物によって制限されるバイパス流路のガスの流れが層流になる必要がなく、少々の乱れが生じても測定結果に悪影響を及ぼすことがなくなるので、バイパス流路に大きな乱流を生じさせないものであれば、抵抗物の形状を自由に変更可能である。つまり、常に安定した測定を行うことができるマスフローメータの流量検出機構を安価にて提供できる。
【００１８】
さらに、抵抗物の構造を簡素化することにより、マスフローメータの流量検出機構の清掃などのメンテナンスを容易にすると共に、凹凸を少なくすることにより接触面積を少なくし、ガスの溜まりを少なくして置換特性を向上することが可能となり、かつ、流通ガスに金属粉のような不純物を混入させる心配もなくなる。また、センサ流路側のガス置換特性についても、ホルダ自身がガス流路となっているので、ガスが停滞する場所がなく良好である。
【００１９】
また、前記ガス流通孔がセンサ流路管に比べてやや太く形成しており、この部分において圧力変動をより確実に吸収できる。
また、前記溝部がホルダの外径を小さくして形成した環状の外径縮小部分である場合には、溝部の形成を容易に行うことができるとともに、溝部を環状にすることにより助走距離を長くすることが可能となる。すなわち、測定結果の直線性をさらに向上することができる。
【００２０】
前記ホルダの両端に設けた溝部の形状が同形状であるときは、マスフローメータの流量検出機構を流れるガスの流れが双方向であっても、より正確にその流量を測定することができる。なお、溝部の形状がホルダの両端で同形状でなくても、本発明のマスフローメータの流量検出機構は従来の構成に比べると逆方向に流れるガスの流れを精度良く測定できる。
【００２１】
前記バイパス流路の全長を２つのガス流通孔の間隔よりも長くした場合には、センサ流路管の間隔を変えることなく、バイパス流路を長くすることができ、大流量でもより安定した測定を行うことができる。また、センサ流路管の間隔が短くてよいので、コンパクトでありながら精度のよいマスフローメータを形成することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１はマスフローメータの流量検出機構１の断面図であり、図２は前記流量検出機構１の分解斜視図である。
【００２３】
図１，２に示すように、本発明のマスフローメータの流量検出機構１は、流量検出機構の本体を形成するブロック２と、このブロック２に形成された孔Ｈに送入されるホルダ３と、前記孔Ｈ内の離れた２点に連通するように開設しているガス流通孔２ａ，２ｂにわたって設けられたセンサ流路管４と、前記ホルダ３内に挿入される抵抗物５とからなる。
【００２４】
前記ガス流通孔２ａ，２ｂは既存のセンサ流路管４の幅Ｗに合わせて、例えば孔Ｈに対して垂直に切削して形成されている。すなわち、ブロック２の構造を簡単にすることで、製造コストを削減することができる。なお、ガス流通孔２ａ，２ｂを図示末広がりに切削して、ガス流通孔２ａ，２ｂの孔Ｈに連通する開孔間隔を調節することも可能である。
【００２５】
前記ホルダ３はほぼ円筒形状であり、その両端部の外周には外形縮小部分を設けることにより、ホルダ３と孔Ｈとの間に環状の溝部３ａ，３ｂを形成している。また、前記センサ流路管４上には例えば熱式センサ４ｓを形成しており、センサ流路管４を流れるガスの流量を測定することができる。
【００２６】
前記抵抗物５はその形状を限定するものではないが、例えばホルダ３の全長にわたって設けられたものであり、多数のキャピラリ管ｃを束ねてなる整流素子である。すなわち、本例では抵抗物５によって小さな抵抗を与えるように構成している。なお、抵抗物５による抵抗を変更するためには、抵抗物５およびホルダ３の内周面の形状を任意に変更可能である。このとき、抵抗物５はその上流側と下流側に圧力差を生じさせるものであればよく、その形状はガスの流れに大きな乱れを生じさせるようなものでない限り、どのような形状であってもよい。
【００２７】
前記構成のマスフローメータの流量検出機構１は孔Ｈ内に流入したガスＧ₀を二つの流路に分けて流通させる。すなわち、一部のガスＧ₁は前記ホルダ３の一端側に設けた（一方の）溝部３ａおよびこれに連通連結されるガス流通孔２ａを介してセンサ流路管４に流入し、他方のガス流通孔２ｂ、溝部３ｂを介して流出するセンサ流路Ｐ₁を流通する。また残りのガスＧ₂はホルダ３内の抵抗物５によって形成されたバイパス流路Ｐ₂を流通して下流側に流れる。
【００２８】
すなわち、前記孔Ｈ内に流入したガスＧ₀は、その流動方向をほとんど変えることなく、その一部のガスＧ₁がスムーズに溝部３ａに流入し、溝部３ａによって層流を形成する。したがって、ガスＧ₁，Ｇ₂の分流部分においてガスの流れに乱れを生じさせることがないので、測定値を安定させることができると共に、ホルダ３の上流部分にすでに圧力分布がある場合にも、溝部３ａによって得られる層流で圧力変動を吸収することができる。
【００２９】
同様に、ガスＧ₁，Ｇ₂の合流部分においても各ガスＧ₁，Ｇ₂の流れはほぼ平行しており、スムーズに合流するので、この部分に乱れを生じさせることがないと共に、少々の圧力分布は溝部３ｂによって形成される層流で吸収することができる。すなわち、それだけ直線性を良くすることができる。また、ガス流通孔２ａ，２ｂはセンサ流路管４に比べてやや太く形成しており、この部分において圧力変動をより確実に吸収できるようにしている。
【００３０】
また、溝部３ａ，３ｂによって十分の効果を得ることができる場合には、ガス流通孔２ａ，２ｂを細くすることによりガス置換特性を向上させることも可能である。さらに、本発明におけるガス流通孔２ａ，２ｂを省略する変形も容易に考えられる。
【００３１】
また、前記溝部３ａ，３ｂによる緩衝はバッファの容積によって行われるものではなく、層流が生み出すガスの助走区間Ｒによって行われるので、図８に示した従来例のように、溜まり部分１４Ｐ’を形成することがない。つまり、ガスＧの置換特性が良くなる。
【００３２】
一方、バイパス流路Ｐ₂を流れるガスＧ₂は、その流動方向を変えることなく抵抗物５内に流入し下流側に流通する。そして、バイパス流路Ｐ₂の上流側の圧力Ｐａは、下流側の圧力Ｐｂに比べて、バイパス流路Ｐ₂の抵抗と流量に比例する分だけ高くなる。従って、前記センサ流路Ｐ₁に前記圧力Ｐａ，Ｐｂの差に比例する流量のガスＧ₁を正確に流すことが可能となり、測定値が主流の流速による圧力変動の影響を受けない。言い換えるなら、センサ流路Ｐ₁とバイパス流路Ｐ₂に流れるガス流量の比を、一次側圧力、流量に関わらず一定にすることができる。
【００３３】
また、このバイパス流路Ｐ₂の全長Ｌは、ホルダ３および抵抗物５の長さを変えることにより、センサ流路管４の幅Ｗに関係なく自在に変更可能であり、バイパス流路Ｐ₂を流れるガスＧ₂の流れに大幅な乱れを生じさせない程度の長さにすることが可能である。
【００３４】
すなわち、上記構成のマスフローメータの流量検出機構１を用いることにより、センサ流路管４の幅Ｗに関係なくバイパス流路Ｐの長さＬを長くすることができるので、大流量でも安定した流量比でガスＧ₁，Ｇ₂を分流することができ、測定値の直線性を飛躍的に向上することができる。
【００３５】
また、センサ流路管４の幅Ｗを変える必要がないので既存のセンサ４ｓを用いて精度のよいマスフローメータの流量検出機構１を形成することが可能となる。そして、マスフローメータの流量検出機構１の全体の大きさを変えることなく大流量測定を行うことができるので、装置の小型化にも寄与する。
【００３６】
さらに、前記溝部３ａ，３ｂの形状はその大きさ（外径）が若干異なっても、互いに対象となる同形状であるので、ガスＧの流れを一方向に限定する必要がない。つまり、上記構成のマスフローメータの流量検出機構１はたとえガスが逆流することがあったとしても、センサ流路Ｐ₁とバイパス流路Ｐ₂を流れるガスＧ₁，Ｇ₂の比率を一定に保つことができる。すなわち、たとえ逆流が生じてもその流量を正確に図ることが可能となり、流れ方向の指定の必要のないマスフローメータの流量検出機構１を形成することができる。
【００３７】
図３は本発明のマスフローメータの流量検出機構１の変形例を示す図である。図３において、図１，２と同じ符号を付した部材は同一または同等の部材であるので、その詳細な説明を省略する。
【００３８】
図３において、３ｃ，３ｄはホルダ３の両端の外周部を、ホルダ３の長手方向に切削してなる溝部である。これらの溝部３ｃ，３ｄはホルダ３を孔Ｈに挿入した状態で前記ガス流通孔２ａ，２ｂに連通する位置に切削している。そして、この溝部３ｃ，３ｄによってセンサ流路Ｐ₁の上流端と下流端にガスＧ₁の助走区間Ｒを形成している。
【００３９】
すなわち、本発明はホルダ３の両端に設ける溝部の形状を環状にすることに限定するものではなく、センサ流路Ｐ₁の上流端と下流端にガスＧ₁の助走区間Ｒを形成できるものであれば、その形状を問うものではない。なお、本例の場合も溝部３ｃ，３ｄの形状が同一形状であるので、ガスＧ₁の流れる方向に全く関係なく、同じ比率でガスＧ₁，Ｇ₂を分流することが可能となる。
【００４０】
なお、上記各例においては、抵抗物５の形状の例としてキャピラリ管ｃを示しているが、本発明はこれに限られるものでないことは言うまでもない。図４〜６は本発明のマスフローメータの流量検出機構１に用いることができる抵抗物５の例として幾つかの実施例を簡単に示す。
【００４１】
図４に示す抵抗物５は、テーパ面６ａを有するピン６と、このテーパ面６ａに平行に形成されたホルダ３の内周面３ｅとからなる。また、前記ピン６はその外周部分に設けた断面ほゞＣ字状のスプリング留め具６ｂによってホルダ３内に固定されている。
【００４２】
したがって、本例の抵抗物５はピン６の位置を変えることにより、バイパス流路Ｐ₂の抵抗を変えることが可能となるので、複数の抵抗物５を用意することなく流量の測定範囲を変更することが可能となる。また、抵抗物５はこれによって形成されるバイパス流路Ｐ₂によって大幅な乱流が生じることがない程度のものであればよいので、従来のようにピン６の中心位置を正確に合わせる必要はなく、それだけ、製作コストを引き下げることができる。
【００４３】
また、抵抗物５の構成をシンプルにすることにより、抵抗物５の形状が簡素であればある程抵抗物５によるガス溜まりや金属粉の発生を避けることができるとともに、洗浄などのメンテナンス作業をより容易に行うことができるようになる。
【００４４】
図５に示す抵抗物７は多数の孔７ａをエッチングしてなるエッチングプレートによって形成している。本例のように構成することにより、バイパス流路Ｐ₂の抵抗を正確に設定することが可能となる。
【００４５】
図６に示す抵抗物８は断面ほゞＤ字状に切削された切断面８ａを有するピンである。本例のように構成することにより、バイパス流路Ｐ₂を流れる流量がごく微量であるときにも正確に分流して流量測定を行うことができるマスフローメータの流量検出機構１を構成することが可能となる。
【００４６】
以上に例示したように本発明は抵抗物の形状を限定するものではなく、種々に変更可能であり、大幅な乱れを生じさせるものでなければ、どのような形状のものであってもよいので、抵抗物５の構造に伴ったそれぞれの機能に極めて容易に組み合わせることができる。
【００４７】
そして、上述した各実施例に示す構成により、バイパス流路Ｐ₂の全長が長くすると共に、ガスＧ₁，Ｇ₂の流れに乱れがなく、ガスＧ₀の置換特性がよいマスフローメータの流量検出機構１をコンパクトに形成することができる。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のマスフローメータの流量検出機構によれば、溝部によりガスの層流を形成してガスの助走区間を得るので、圧力分布を緩和させることができる。そして、溝部を流れるガスが、バイパス流路を流れるガスと平行するように流れるので、分流時にも合流時にもガスの流れに乱れを生じさせることがなくスムーズに流れ、それだけ測定値の直線性を良くすることができる。
【００４９】
また、ホルダに挿入される抵抗物の形状を自由に変更可能である。つまり、常に安定した測定を行うことができるマスフローメータの流量検出機構を安価にて提供すると共に、清掃などのメンテナンスを容易にすると共に、凹凸を少なくすることにより接触面積を少なくし、ガスの溜まりを少なくして置換特性を向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のマスフローメータの流量検出機構の一例を示す断面図である。
【図２】前記マスフローメータの流量検出機構の要部を透視した斜視図である。
【図３】前記マスフローメータの流量検出機構の別の例を示す図である。
【図４】前記抵抗物の変形例を示す断面図である。
【図５】前記抵抗物の別の変形例を示す断面図である。
【図６】前記抵抗物のさらに異なる変形例を示す断面図である。
【図７】従来のマスフローメータの流量検出機構の構成を示す一部断面図である。
【図８】別の従来のマスフローコントローラの流量検出機構の断面図である。
【符号の説明】
１…マスフローメータの流量検出機構、２…ブロック、２ａ，２ｂ…ガス流通孔、３…ホルダ、３ａ，３ｂ…溝部、４…センサ流路管、５，６，７，８…抵抗物、Ｈ…孔、Ｌ…バイパス流路の全長、Ｐ₁…センサ流路、Ｐ₂…バイパス流路、Ｗ…ガス流通孔の間隔。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a flow rate detection mechanism for a mass flow meter.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a mass flow meter flow rate detection mechanism is configured to obtain a laminar flow in a gas flow path. As the configuration, an etching plate is used, or as described in Japanese Patent Publication No. 59-41126, a bypass unit. Some use a plurality of capillaries.
[0003]
As shown in FIG. 7, the flow rate detection mechanism described in Japanese Examined Patent Publication No. 6-78926 first introduces gas from the flow path 1P and detects the flow rate of the gas and forms it in the flow restrictor 2P and the housing 3P. The gas flow was made laminar by flowing the gas between the tapered inner peripheral surface 4P of the hole formed. Then, by introducing the sensor flow path P ₁ to divert part of the gas from the inlet port 5P provided in the portion of the tapered inner peripheral surface 4P which forms a laminar flow, by the outflow from the outlet port 6P, It was made to distribute | circulate to the flow volume control part via the said peripheral surface 4P and flow path 7P of the downstream from the inflow port 5P.
[0004]
That is, a laminar flow portion was obtained between the tapered inner peripheral surface 4P and the flow restrictor 2P as a running section to the sensor inlet portion. On the other hand, the remaining part of the gas is circulated between the inner peripheral surface 4P and the flow restrictor 2P and to the flow rate control unit via the flow path 7P. Among the laminar portion that is formed between the inner peripheral surface 4P and flow restrictor 2P, until outlet port 6P from said inlet port 5P shown in both arrows P ₂ are relative to the sensor flow path It is a bypass flow path.
[0005]
Further, as shown in FIG. 8, the flow rate detection mechanism of the mass flow controller described in US Pat. No. 5,099,881 allows the gas introduced from the flow path 1P ′ to be integrated between the plug 2P ′ and the holder 3P ′. The flow of the gas is made laminar by flowing through an annular passage 4P ′ having a tapered portion. Then, the 'holes 5P provided in the middle of the' annular passage 4P divert part of the gas, to form a sensor flow path P ₁ to introduce this 'from the sensor unit 7P' inlet 6P into. In other words, the flow rate of the gas flowing through the sensor flow path P ₁ is measured by the sensor unit 7P ′, poured out from the spout 8P ′ to the downstream side of the passage 4P ′, and circulated to the flow rate control unit via the flow path 9P ′. It was. As for the remainder of the gas, the annular passage 4P parts shown in both arrows P ₂ '(bypass passage P _2), the flow path 9P' is allowed to flow to the flow control unit via the.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, all of the conventional flow rate detection mechanisms described above form a stable laminar flow on the tapered inner peripheral surface 4P and the annular passage 4P ′ by the flow rate restrictor 2P and the plug 2P ′ to make the pressure distribution constant, Dividing the flow rate measurement flow path from the part where this stable laminar flow is formed is an extremely important factor for stabilizing the measured value, and that is why high accuracy is required for the production of the flow rate detection mechanism. It was what was required.
[0007]
For example, in the example shown in FIG. 7, in order to obtain a stable laminar flow by accurately matching the central axis of the flow restrictor 2P and the central axis of the flow path 1P, the flow restrictor 2P is screwed onto the screw 8P. It matched. However, this configuration has not only the disadvantage that the number of parts is increased and the processing is costly, but also there is a disadvantage that metal powder is generated due to friction with the screw 8P when the flow restrictor 2P is rotated. . This is inadequate for measuring the gas flow rate particularly when a gas requiring purity such as a gas used in a semiconductor manufacturing process is circulated.
[0008]
In the example shown in FIG. 8, in order to align the central axis of the plug 2P ′ with the central axis of the flow path 1P ′, the basic shape of the plug 2P ′ is first cut with a lathe and then plugged by an extremely complicated manufacturing process. It was necessary to fix 2P ′ to the flow path 1P ′. That is, each of the conventional techniques described above has a problem that it takes time and money to manufacture the flow rate detection mechanism.
[0009]
In both cases shown in FIGS. 7 and 8, when the sensor flow path P ₁ and the bypass flow path P ₂ are divided or merged, as shown in the enlarged view, both flow paths P ₁ , P _Since the gas G ₁ and G ₂ flowing through ₂ bend and flow so as to be perpendicular to each other, this may cause disturbance in the gas flow in this part, and the measured value is easily affected by this pressure fluctuation. Was inevitable.
[0010]
Then, when performing flow measurement by diversion as in the example described above, in order to stabilize the flow of gas flowing through the bypass passage P _2, to lengthen the bypass passage P ₂ is good more stable linearity Although important for the measurement, in the above-described structure, the total length of the bypass flow path P ₂ completely depends on the distance between the inlet port 5P and the outlet port 6P and the distance between the inlet 6P ′ and the outlet 8P ′. It was. That is, the total length of the bypass flow path P ₂ is limited to a certain length by the shape of the sensor flow path P ₁ .
[0011]
From this point, in each of the above examples, only the flow restrictor 2P and the plug 2P ′ having a length of about 25 mm can be used, and the bypass flow path P ₂ cannot be lengthened. That is, the flow rate at which the flow rate can be measured in a state where the gas flow is stabilized is limited to be low, and it is the limit to flow a flow rate of about 20 L / s with high accuracy. In order to flow a gas with a larger flow rate with higher accuracy, it is necessary to increase the overall shape of the flow rate detection mechanism, which increases the manufacturing cost and makes the overall size of the mass flow controller larger than the standard. There was a need to make it.
[0012]
Furthermore, in the above configuration, the gas G ₁ flowing through the sensor flow path P _1, since the throttle valve 2P or plug 2P 'plays flow a pivotal role for diverting gas G ₂ flowing through the bypass passage P ₂ The shapes of the flow restrictor 2P and the plug 2P ′ are important for accurate measurement. Therefore, it has been extremely difficult to form the members 2P and 2P ′ that can change the gas diversion ratio and maintain the linearity of the shapes and sizes of these members 2P and 2P ′.
[0013]
In addition, since the chamber 12P ′ as shown in FIG. 8 absorbs the pressure fluctuation with such a volume, a gas reservoir portion 14P ′ is generated in the flow path, and the gas is switched. This is a cause of deteriorating the gas replacement characteristics.
[0014]
The present invention has been made in consideration of the above-described points. A stable laminar flow can be obtained even when the pressure on the inlet side of the sensor section changes, and the gas replacement characteristics can be greatly improved. An object of the present invention is to provide a mass flow meter flow detection mechanism that is compact and excellent in linearity.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a flow rate detection mechanism of a mass flow meter of the present invention is a block having a hole into which a substantially cylindrical holder can be inserted and two gas flow holes communicating with two points distant from the hole. And a sensor channel tube provided over these two gas flow holes, and a resistor inserted into the holder, and are connected to the two gas flow holes at outer peripheral portions at both ends of the holder, respectively. that the groove is formed, the groove gas flowing is one in the hole flows into the sensor flow tube through the gas distributing holes, the other gas flow hole, a sensor flow path flowing through the groove, the inner holder Divided into a bypass flow path formed by resistors,
Further, the inflowing gas hardly changes its flow direction, and a part of the gas flows into the upstream groove portion to form a laminar flow by the upstream groove portion, and the gas flowing through the sensor flow path becomes the downstream groove portion. A laminar flow is formed by the gas flow, and the flow of each gas is substantially parallel even at the confluence portion of each gas flowing through the sensor flow path and the bypass flow path .
[0016]
Therefore, according to the present invention, the groove portion is formed in the portion where the gas flow hole is provided by the holder, so that the laminar flow of gas is formed by this groove portion to obtain the gas running section, and the pressure distribution is relaxed. Can do. Since the gas flowing through the groove flows in parallel with the gas flowing through the bypass flow path, the gas flows smoothly without being disturbed at the time of branching or at the time of merging. That is, the linearity can be improved accordingly.
[0017]
Further, the flow rate of the gas flowing through the gas flow hole can be measured based on the differential pressure between the upstream side and the downstream side of the resistor. Therefore, the gas flow in the bypass channel that is restricted by the resistor does not need to be laminar, and even if a little turbulence occurs, the measurement result is not adversely affected. If it is not generated, the shape of the resistor can be freely changed. That is, a mass flow meter flow rate detection mechanism capable of always performing stable measurement can be provided at low cost.
[0018]
In addition, by simplifying the structure of the resistor, maintenance such as cleaning of the mass flow meter's flow rate detection mechanism is facilitated, and by reducing unevenness, the contact area is reduced and gas accumulation is reduced to replace. The characteristics can be improved, and there is no need to worry about impurities such as metal powder being mixed into the circulating gas. Also, the gas replacement characteristics on the sensor flow path side are good because the holder itself is a gas flow path and there is no place for gas to stagnate.
[0019]
Further, the gas flow hole is formed to be slightly thicker than the sensor channel tube, and pressure fluctuation can be absorbed more reliably in this portion.
Further, when the groove portion is an annular outer diameter reduced portion formed by reducing the outer diameter of the holder, the groove portion can be easily formed, and the running distance is increased by making the groove portion annular. It becomes possible to do. That is, the linearity of the measurement result can be further improved.
[0020]
When the groove portions provided at both ends of the holder have the same shape, the flow rate can be measured more accurately even if the gas flow through the flow rate detection mechanism of the mass flow meter is bidirectional. Even if the shape of the groove is not the same at both ends of the holder, the flow rate detection mechanism of the mass flow meter of the present invention can accurately measure the flow of gas flowing in the opposite direction compared to the conventional configuration.
[0021]
When the total length of the bypass channel is longer than the interval between the two gas flow holes, the bypass channel can be lengthened without changing the interval between the sensor channel tubes, and more stable measurement is possible even at large flow rates. It can be performed. In addition, since the interval between the sensor flow path tubes may be short, it is possible to form an accurate mass flow meter while being compact.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of the flow rate detection mechanism 1 of the mass flow meter, and FIG. 2 is an exploded perspective view of the flow rate detection mechanism 1.
[0023]
As shown in FIGS. 1 and 2, the flow rate detection mechanism 1 of the mass flow meter of the present invention includes a block 2 that forms a main body of the flow rate detection mechanism, and a holder 3 that is fed into a hole H formed in the block 2. The sensor channel pipe 4 provided over the gas flow holes 2 a and 2 b opened so as to communicate with two distant points in the hole H, and the resistor 5 inserted into the holder 3. .
[0024]
The gas flow holes 2 a and 2 b are formed by cutting perpendicularly to the hole H, for example, in accordance with the width W of the existing sensor flow path pipe 4. That is, the manufacturing cost can be reduced by simplifying the structure of the block 2. In addition, it is also possible to cut the gas flow holes 2a and 2b so as to widen at the end of the figure, and to adjust the opening interval communicating with the hole H of the gas flow holes 2a and 2b.
[0025]
The holder 3 has a substantially cylindrical shape, and annular groove portions 3a and 3b are formed between the holder 3 and the hole H by providing an outer reduced portion on the outer periphery of both ends thereof. Further, for example, a thermal sensor 4s is formed on the sensor flow path tube 4, and the flow rate of the gas flowing through the sensor flow path pipe 4 can be measured.
[0026]
Although the shape of the resistor 5 is not limited, for example, the resistor 5 is provided over the entire length of the holder 3 and is a rectifying element formed by bundling a large number of capillary tubes c. That is, in this example, the resistor 5 is configured to give a small resistance. In addition, in order to change resistance by the resistor 5, the shape of the inner peripheral surface of the resistor 5 and the holder 3 can be changed arbitrarily. At this time, the resistor 5 only needs to generate a pressure difference between the upstream side and the downstream side, and the shape of the resistor 5 is any shape as long as it does not cause a large disturbance in the gas flow. Also good.
[0027]
The mass flow meter detection mechanism 1 of the mass flow meter having the above configuration distributes the gas G ₀ flowing into the hole H into two flow paths. That is, a part of the gas G ₁ flows into the sensor channel pipe 4 via the (one) groove 3a provided on one end of the holder 3 and the gas flow hole 2a connected to the one, and the other gas It flows through the sensor flow path P ₁ that flows out through the flow hole 2b and the groove 3b. The remaining gas G ₂ flows through the bypass channel P ₂ formed by the resistor 5 in the holder 3 and flows downstream.
[0028]
That is, the gas G _{0 that} has flowed into the hole H hardly flows in the flow direction, and a part of the gas G ₁ flows smoothly into the groove portion 3a, thereby forming a laminar flow by the groove portion 3a. Accordingly, since the gas flow is not disturbed in the diverted portions of the gases G ₁ and G ₂ , the measured value can be stabilized, and even when the pressure distribution is already present in the upstream portion of the holder 3, Pressure fluctuations can be absorbed by the laminar flow obtained by the grooves 3a.
[0029]
Similarly, in the merging portion of the gas G _1, G ₂ are in parallel almost in the flow the gas G _1, G _2, since merge smoothly with never disturbing in this part, the slightly The pressure distribution can be absorbed by a laminar flow formed by the groove 3b. That is, the linearity can be improved accordingly. Further, the gas flow holes 2a and 2b are formed to be slightly thicker than the sensor flow channel pipe 4, and the pressure fluctuation can be absorbed more reliably in this portion.
[0030]
Further, in the case where a sufficient effect can be obtained by the grooves 3a and 3b, it is possible to improve the gas replacement characteristics by making the gas flow holes 2a and 2b thinner. Furthermore, the deformation | transformation which abbreviate | omits the gas distribution holes 2a and 2b in this invention can also be considered easily.
[0031]
Further, the buffering by the grooves 3a and 3b is not performed by the volume of the buffer, but is performed by the gas running section R generated by the laminar flow. Therefore, as in the conventional example shown in FIG. There is no formation. That is, the replacement characteristics of the gas G are improved.
[0032]
On the other hand, the gas G ₂ flowing through the bypass channel P ₂ flows into the resistor 5 without changing its flow direction and flows downstream. Then, the pressure Pa upstream of the bypass passage P _2, compared to the pressure Pb downstream, by an amount proportional to the resistance and the flow rate of the bypass flow passage P ₂ increases. Therefore, the gas G ₁ having a flow rate proportional to the difference between the pressures Pa and Pb can be accurately flowed through the sensor flow path P ₁ , and the measured value is not affected by pressure fluctuation due to the main flow velocity. In other words, the ratio of the gas flow rate flowing through the sensor flow path P ₁ and the bypass flow path P ₂ can be made constant regardless of the primary pressure and flow rate.
[0033]
Further, the overall length L of the bypass flow passage P _2, by changing the length of the holder 3 and the resistance material 5 is freely changeable regardless of the breadth W of the sensor flow pipe 4, a bypass flow passage P ₂ It is possible to make the length of the gas G ₂ flowing so that it does not cause a significant disturbance.
[0034]
That is, by using the mass flow meter flow rate detection mechanism 1 having the above-described configuration, the length L of the bypass flow path P can be increased regardless of the width W of the sensor flow path pipe 4, so that the flow rate is stable even at a large flow rate. The gases G ₁ and G ₂ can be shunted by the ratio, and the linearity of the measured value can be dramatically improved.
[0035]
In addition, since it is not necessary to change the width W of the sensor passage tube 4, it is possible to form the mass flow meter flow detection mechanism 1 with high accuracy using the existing sensor 4s. And since a large flow rate measurement can be performed without changing the whole size of the flow rate detection mechanism 1 of the mass flow meter, it contributes to miniaturization of the apparatus.
[0036]
Furthermore, even if the sizes (outer diameters) of the grooves 3a and 3b are slightly different, it is not necessary to limit the flow of the gas G in one direction because they are the same shape as the object. That is, the flow rate detection mechanism 1 of the mass flow meter configured as described above keeps the ratio of the gases G ₁ and G ₂ flowing through the sensor flow path P ₁ and the bypass flow path P ₂ constant even if the gas flows backward. be able to. That is, even if a reverse flow occurs, the flow rate can be accurately measured, and the flow rate detection mechanism 1 of the mass flow meter that does not require designation of the flow direction can be formed.
[0037]
FIG. 3 is a view showing a modification of the flow rate detection mechanism 1 of the mass flow meter of the present invention. 3, members denoted by the same reference numerals as those in FIGS. 1 and 2 are the same or equivalent members, and thus detailed description thereof is omitted.
[0038]
In FIG. 3, 3 c and 3 d are groove portions formed by cutting the outer peripheral portions at both ends of the holder 3 in the longitudinal direction of the holder 3. These groove portions 3c, 3d are cut at positions where they communicate with the gas flow holes 2a, 2b with the holder 3 inserted into the holes H. The groove sections 3c and 3d form a running section R of the gas G ₁ at the upstream end and the downstream end of the sensor flow path P ₁ .
[0039]
That is, the present invention is not limited to the annular shape of the groove portions provided at both ends of the holder 3, and the gas G ₁ running section R can be formed at the upstream end and the downstream end of the sensor flow path P _1. If there is, it does not ask the shape. In the case of this example as well, since the grooves 3c and 3d have the same shape, the gases G ₁ and G ₂ can be shunted at the same ratio regardless of the direction in which the gas G ₁ flows.
[0040]
In each of the above examples, the capillary tube c is shown as an example of the shape of the resistor 5, but it goes without saying that the present invention is not limited to this. 4 to 6 briefly show some examples of the resistor 5 that can be used in the flow rate detection mechanism 1 of the mass flow meter of the present invention.
[0041]
The resistor 5 shown in FIG. 4 includes a pin 6 having a tapered surface 6a and an inner peripheral surface 3e of the holder 3 formed in parallel to the tapered surface 6a. The pin 6 is fixed in the holder 3 by a spring fastener 6b having a substantially C-shaped cross section provided on the outer peripheral portion thereof.
[0042]
Therefore, the resistor 5 of this example can change the resistance of the bypass flow path P ₂ by changing the position of the pin 6, so that the flow rate measurement range can be changed without preparing a plurality of resistors 5. It becomes possible to do. Further, the resistor 5 only needs to have a level that does not cause a significant turbulent flow due to the bypass flow path P ₂ formed thereby, so that it is not necessary to accurately align the center position of the pin 6 as in the prior art. Not only that, but the production cost can be reduced.
[0043]
Further, by simplifying the structure of the resistor 5, the simpler the shape of the resistor 5, the more the gas can be prevented from being collected by the resistor 5 and the generation of metal powder, and maintenance work such as cleaning can be performed. It becomes possible to carry out more easily.
[0044]
The resistor 7 shown in FIG. 5 is formed by an etching plate formed by etching a large number of holes 7a. By configuring as in this example, the resistance of the bypass flow path P ₂ can be set accurately.
[0045]
The resistor 8 shown in FIG. 6 is a pin having a cut surface 8a cut into a substantially D-shaped cross section. By configuring as in this example, it is possible to configure the mass flow meter flow rate detection mechanism 1 that can accurately measure the flow rate even when the flow rate flowing through the bypass flow path P ₂ is very small. It becomes possible.
[0046]
As illustrated above, the present invention does not limit the shape of the resistor, and can be variously modified and may be of any shape as long as it does not cause significant disturbance. It can be combined with the respective functions associated with the structure of the resistor 5 very easily.
[0047]
With the configuration shown in each of the above-described embodiments, the total length of the bypass passage P ₂ is increased, the flow of the gases G ₁ and G ₂ is not disturbed, and the flow rate detection of the mass flow meter with good replacement characteristics of the gas G ₀ is achieved. The mechanism 1 can be formed compactly.
[0048]
【The invention's effect】
As described above, according to the mass flow meter of the flow rate detection mechanism of the present invention, since obtaining the entrance region of the gas to form a laminar flow of the gas by the grooves, it is possible to relieve the pressure distribution. Since the gas flowing in the groove flows in parallel with the gas flowing in the bypass flow path, the gas flows smoothly without causing disturbance in the gas flow at the time of branching or merging, and the linearity of the measured value is accordingly increased. Can be better.
[0049]
Moreover, the shape of the resistor inserted in the holder can be freely changed. In other words, a mass flow meter flow detection mechanism that can always perform stable measurement is provided at low cost, and maintenance such as cleaning is facilitated, and the contact area is reduced by reducing the unevenness, resulting in gas accumulation. Thus, it is possible to improve the substitution characteristics.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a flow rate detection mechanism of a mass flow meter of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view illustrating a main part of a flow rate detection mechanism of the mass flow meter.
FIG. 3 is a diagram showing another example of a flow rate detection mechanism of the mass flow meter.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a modification of the resistor.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing another modification of the resistor.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing still another modified example of the resistor.
FIG. 7 is a partial cross-sectional view showing a configuration of a flow rate detection mechanism of a conventional mass flow meter.
FIG. 8 is a cross-sectional view of a flow rate detection mechanism of another conventional mass flow controller.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Mass flow meter flow rate detection mechanism, 2 ... Block, 2a, 2b ... Gas flow hole, 3 ... Holder, 3a, 3b ... Groove, 4 ... Sensor channel tube, 5, 6, 7, 8 ... Resistor, H ... hole, L ... full length of bypass flow path, P ₁ ... sensor flow path, P ₂ ... bypass flow path, W ... interval of gas flow holes.

Claims

ほぼ円筒形状のホルダを挿入可能な孔およびこの孔内の離れた２点に連通する２つのガス流通孔を備えたブロックと、これら２つのガス流通孔にわたって設けられたセンサ流路管と、前記ホルダ内に挿入される抵抗物とからなり、前記ホルダの両端の外周部にそれぞれ前記２つのガス流通孔に連通連結される溝部が形成され、孔内に流入したガスが一方の溝部、ガス流通孔を介してセンサ流通管に流入し、他方のガス流通孔、溝部を介して流出するセンサ流路と、ホルダ内部の抵抗物により形成されるバイパス流路とに分かれて流通し、
さらに、前記流入したガスがその流動方向をほとんど変えることなくその一部のガスが上流側溝部に流入し該上流側溝部によって層流を形成し、前記センサ流路を流通したガスが下流側溝部によって層流を形成し、前記センサ流路と前記バイパス流路を流通した各ガスの合流部分においても前記各ガスの流れはほぼ平行になっていることを特徴とするマスフローメータの流量検出機構。A block having a hole into which a substantially cylindrical holder can be inserted and two gas flow holes communicating with two distant points in the hole; a sensor flow path pipe provided across the two gas flow holes; Grooves are formed in the outer periphery of both ends of the holder, and are connected to the two gas flow holes, respectively, so that the gas flowing into the holes is one groove, gas flow Flows into the sensor flow pipe through the hole, and flows separately through the other gas flow hole, the sensor flow path that flows out through the groove, and a bypass flow path formed by a resistor inside the holder,
Further, the inflowing gas hardly changes its flow direction, and a part of the gas flows into the upstream groove portion to form a laminar flow by the upstream groove portion, and the gas flowing through the sensor flow path becomes the downstream groove portion. A flow rate detection mechanism for a mass flow meter, characterized in that a laminar flow is formed by the gas flow and the flow of each gas is substantially parallel even at the joining portion of each gas flowing through the sensor flow path and the bypass flow path .

前記ガス流通孔がセンサ流路管に比べてやや太く形成していることを特徴とする請求項１に記載のマスフローメータの流量検出機構。。The mass flow meter flow rate detection mechanism according to claim 1, wherein the gas flow hole is formed to be slightly thicker than the sensor flow path tube . .

前記溝部がホルダの外径を小さくして形成した環状の外径縮小部分であることを特徴とする請求項１または２に記載のマスフローメータの流量検出機構。The flow rate detection mechanism for a mass flow meter according to claim 1 or 2, wherein the groove portion is an annular outer diameter reduced portion formed by reducing the outer diameter of the holder .

前記ホルダの両端に設けた溝部の形状が同形状である請求項１〜３の何れかに記載のマスフローメータの流量検出機構。The flow rate detection mechanism for a mass flow meter according to any one of claims 1 to 3, wherein the groove portions provided at both ends of the holder have the same shape .