JPH109919A - 質量流量計 - Google Patents
質量流量計Info
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- JPH109919A JPH109919A JP8166437A JP16643796A JPH109919A JP H109919 A JPH109919 A JP H109919A JP 8166437 A JP8166437 A JP 8166437A JP 16643796 A JP16643796 A JP 16643796A JP H109919 A JPH109919 A JP H109919A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 周囲温度の変化に伴って発生する流量値の温
度ドリフトを経時的変化分を含めて完全に補正し、真の
質量流量値を出力できる質量流量計を得る。 【解決手段】 流体が流れる流体管路の上流側と下流側
にそれぞれセンサ抵抗を設け、これに周囲温度検出抵抗
と抵抗温度係数が略零の基準抵抗を直列に接続するとと
もに前記センサ抵抗の値と、前記周囲温度検出抵抗と前
記基準抵抗との和の値が常に等しくなるように制御され
た定温度差回路を有し、前記上流側センサ抵抗と前記下
流側センサ抵抗に与えられるエネルギーの差に基づい
て、前記流体の質量流量を求める質量流量計において、
出力のドリフト量を、演算機能を有する素子を用いて補
正を行う。
度ドリフトを経時的変化分を含めて完全に補正し、真の
質量流量値を出力できる質量流量計を得る。 【解決手段】 流体が流れる流体管路の上流側と下流側
にそれぞれセンサ抵抗を設け、これに周囲温度検出抵抗
と抵抗温度係数が略零の基準抵抗を直列に接続するとと
もに前記センサ抵抗の値と、前記周囲温度検出抵抗と前
記基準抵抗との和の値が常に等しくなるように制御され
た定温度差回路を有し、前記上流側センサ抵抗と前記下
流側センサ抵抗に与えられるエネルギーの差に基づい
て、前記流体の質量流量を求める質量流量計において、
出力のドリフト量を、演算機能を有する素子を用いて補
正を行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はガス等の比較的小流
量の流体の質量を精密に計測する質量流量計に関するも
のである。
量の流体の質量を精密に計測する質量流量計に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】半導体製品等を製造する場合の成膜工程
やエッチング処理工程においては、各種ガス量を一定に
制御するガス流量制御機器が主に用いられており，この
ガス流量制御機器にはガス流量を精密に測定するための
質量流量計が組み込まれている。この流量計がガス流量
を精密に検出する方式として、例えば米国特許４０１６
７５９号公報や特開平１−１５８１７５号公報に開示さ
れたような定温度差式センサが知られており現在実用化
されている。
やエッチング処理工程においては、各種ガス量を一定に
制御するガス流量制御機器が主に用いられており，この
ガス流量制御機器にはガス流量を精密に測定するための
質量流量計が組み込まれている。この流量計がガス流量
を精密に検出する方式として、例えば米国特許４０１６
７５９号公報や特開平１−１５８１７５号公報に開示さ
れたような定温度差式センサが知られており現在実用化
されている。
【０００３】この定温度差式センサは図４のような構成
になっており、ガス流体が流れる流体管路６の上下流に
一対の、ある値の抵抗温度係数を有するセンサ抵抗Ｒs
u、Ｒsdをコイル状に巻回し、このセンサ抵抗と直列に
周囲温度を検出するための、例えば白金抵抗Ｒtu、Ｒtd
や抵抗温度係数が略零の基準抵抗Ｒ30u，Ｒ30dを接続す
る。これらと抵抗Ｒ1u，Ｒ2u，Ｒ1d，Ｒ2dにより上流側
及び下流側にブリッジ回路をそれぞれ構成させるととも
に、センサ抵抗値と、周囲温度検出抵抗値及び基準抵抗
値の和が等しくなるような制御回路４、５を設け、上下
流側共、どの流量値においても常にこの関係が成り立つ
よう制御されている。この時流れる流体の質量流量は上
流側及び下流側センサ抵抗のそれぞれの電圧の差に比例
するため、この電位差を測定することにより流量を検出
することができる。
になっており、ガス流体が流れる流体管路６の上下流に
一対の、ある値の抵抗温度係数を有するセンサ抵抗Ｒs
u、Ｒsdをコイル状に巻回し、このセンサ抵抗と直列に
周囲温度を検出するための、例えば白金抵抗Ｒtu、Ｒtd
や抵抗温度係数が略零の基準抵抗Ｒ30u，Ｒ30dを接続す
る。これらと抵抗Ｒ1u，Ｒ2u，Ｒ1d，Ｒ2dにより上流側
及び下流側にブリッジ回路をそれぞれ構成させるととも
に、センサ抵抗値と、周囲温度検出抵抗値及び基準抵抗
値の和が等しくなるような制御回路４、５を設け、上下
流側共、どの流量値においても常にこの関係が成り立つ
よう制御されている。この時流れる流体の質量流量は上
流側及び下流側センサ抵抗のそれぞれの電圧の差に比例
するため、この電位差を測定することにより流量を検出
することができる。
【０００４】流体管路６中を流体が流れると上流側セン
サ抵抗ＲsuにはＩu、及び下流側センサ抵抗ＲsdにはＩd
の電流が流れ、この時上流側制御回路部４はＲsu＝（Ｒ
30u＋Ｒtu）・Ｒ2u／Ｒ1u、又下流側制御回路部５はＲs
d＝（Ｒ30d＋Ｒtd）・Ｒ1d／Ｒ2dとなるように絶えず制
御している。通常、Ｒ2u／Ｒ1u＝１、Ｒ1d／Ｒ2d＝１、
及びＲ30u＋Ｒtu＝Ｒ30d＋Ｒtdとなるように設定されて
いるため一般にＲsu＝（Ｒ30u＋Ｒtu）、Ｒsd＝（Ｒ30d
＋Ｒtd）となっている。ここでセンサ出力電圧ＶOはＶO
＝Ｒsu・Ｉu −Ｒsd・Ｉdと表されるため、上流側及び
下流側の両ブリッジ回路の相対応する電子部品の電気
的，熱的特性がそれぞれ互いに全く同一である場合、上
記の各式より流体の質量流量はＩu −Ｉdの値に比例
し、特に流量が零の場合はＩu ＝Ｉdとなりセンサ出力
電圧ＶOも零となる。
サ抵抗ＲsuにはＩu、及び下流側センサ抵抗ＲsdにはＩd
の電流が流れ、この時上流側制御回路部４はＲsu＝（Ｒ
30u＋Ｒtu）・Ｒ2u／Ｒ1u、又下流側制御回路部５はＲs
d＝（Ｒ30d＋Ｒtd）・Ｒ1d／Ｒ2dとなるように絶えず制
御している。通常、Ｒ2u／Ｒ1u＝１、Ｒ1d／Ｒ2d＝１、
及びＲ30u＋Ｒtu＝Ｒ30d＋Ｒtdとなるように設定されて
いるため一般にＲsu＝（Ｒ30u＋Ｒtu）、Ｒsd＝（Ｒ30d
＋Ｒtd）となっている。ここでセンサ出力電圧ＶOはＶO
＝Ｒsu・Ｉu −Ｒsd・Ｉdと表されるため、上流側及び
下流側の両ブリッジ回路の相対応する電子部品の電気
的，熱的特性がそれぞれ互いに全く同一である場合、上
記の各式より流体の質量流量はＩu −Ｉdの値に比例
し、特に流量が零の場合はＩu ＝Ｉdとなりセンサ出力
電圧ＶOも零となる。
【０００５】しかしながら実際には前記センサ抵抗や周
囲温度検出抵抗及びゼロ点調整用抵抗の初期抵抗値のバ
ラツキや抵抗温度係数のバラツキ等が必ず存在するため
上記各電子部品の電気的，熱的特性がそれぞれ互いに全
く同一であることは現実にはあり得ない。従ってセンサ
の出力値は真の流量値を示さず、真値とのずれが生じ、
温度ドリフトが発生する原因となっている。このドリフ
トを補正するために従来Ｒ1u,Ｒ2u,Ｒ1d,Ｒ2dの抵抗の
内のいずれかを可変とすることによりドリフト量を打ち
消すゼロ点調整の方法がとられている。しかしこの方法
ではその時点での周囲温度におけるドリフト、いわゆる
零点ドリフトのみの補正であって、周囲温度が変化した
場合には新たなドリフトが発生することになる。
囲温度検出抵抗及びゼロ点調整用抵抗の初期抵抗値のバ
ラツキや抵抗温度係数のバラツキ等が必ず存在するため
上記各電子部品の電気的，熱的特性がそれぞれ互いに全
く同一であることは現実にはあり得ない。従ってセンサ
の出力値は真の流量値を示さず、真値とのずれが生じ、
温度ドリフトが発生する原因となっている。このドリフ
トを補正するために従来Ｒ1u,Ｒ2u,Ｒ1d,Ｒ2dの抵抗の
内のいずれかを可変とすることによりドリフト量を打ち
消すゼロ点調整の方法がとられている。しかしこの方法
ではその時点での周囲温度におけるドリフト、いわゆる
零点ドリフトのみの補正であって、周囲温度が変化した
場合には新たなドリフトが発生することになる。
【０００６】このような温度ドリフトの問題を解決する
ための別の技術としては次のような方法も現在実施され
ている。つまり個々の周囲温度におけるその時点での零
点ドリフト量をあらかじめＡ／Ｄ変換器等を用いデジタ
ル量として測定しておき、該流量計に組み込まれている
メモリー機能を有する電子素子の中に初期データ値とし
て記憶しておく。又同様にＡ／Ｄ変換器等によりデジタ
ル量に変換した現在のセンサ出力の値からこの初期値
を、該流量計に組み込まれているマイクロコンピュータ
等の演算機能を用いて差し引いてやることによりデジタ
ル的にドリフト分を補正する方法もある。しかしながら
このような方法においても、流量計の各構成部品の特性
値が経時的に変化してしまった場合に発生する経時的ド
リフト分については何等補正できるものではなく、この
ような経時変化によるドリフトが一度発生してしまう
と、もはや修正の手段が存在しない為に流量の検出精度
の悪化を引き起こすことになり、流量計全体の精度の大
幅な低下の原因となっているのが現状である。
ための別の技術としては次のような方法も現在実施され
ている。つまり個々の周囲温度におけるその時点での零
点ドリフト量をあらかじめＡ／Ｄ変換器等を用いデジタ
ル量として測定しておき、該流量計に組み込まれている
メモリー機能を有する電子素子の中に初期データ値とし
て記憶しておく。又同様にＡ／Ｄ変換器等によりデジタ
ル量に変換した現在のセンサ出力の値からこの初期値
を、該流量計に組み込まれているマイクロコンピュータ
等の演算機能を用いて差し引いてやることによりデジタ
ル的にドリフト分を補正する方法もある。しかしながら
このような方法においても、流量計の各構成部品の特性
値が経時的に変化してしまった場合に発生する経時的ド
リフト分については何等補正できるものではなく、この
ような経時変化によるドリフトが一度発生してしまう
と、もはや修正の手段が存在しない為に流量の検出精度
の悪化を引き起こすことになり、流量計全体の精度の大
幅な低下の原因となっているのが現状である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】以上のように従来の質
量流量計は、構成している各部品の電気的或いは熱的特
性の経時的変化によって引き起こされるドリフトに対し
ては、補正手段が全く無いために一度発生すると精度や
信頼性の低下を余儀なくされていた。
量流量計は、構成している各部品の電気的或いは熱的特
性の経時的変化によって引き起こされるドリフトに対し
ては、補正手段が全く無いために一度発生すると精度や
信頼性の低下を余儀なくされていた。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は上記のような問
題点を解決するため、従来のドリフト補正方法のように
可変抵抗によるゼロ点調整や、初期のドリフト分をデジ
タル的に差し引くといった単純で一時的な流量補正方法
ではなく、流量計を構成する各部品の経時的に変化した
特性値情報を該流量計に内蔵されているマイクロコンピ
ュータがデジタル信号として取り込み、これらの値から
現在のドリフト量を該マイクロコンピュータが内蔵する
補正演算プログラムにより算出することによって、一時
的な流量補正のみならず、流量計の精度低下の主な原因
であるセンサ出力の経時的変化分についても完全に補正
し、真の流量信号として出力できるようにしたものであ
る。
題点を解決するため、従来のドリフト補正方法のように
可変抵抗によるゼロ点調整や、初期のドリフト分をデジ
タル的に差し引くといった単純で一時的な流量補正方法
ではなく、流量計を構成する各部品の経時的に変化した
特性値情報を該流量計に内蔵されているマイクロコンピ
ュータがデジタル信号として取り込み、これらの値から
現在のドリフト量を該マイクロコンピュータが内蔵する
補正演算プログラムにより算出することによって、一時
的な流量補正のみならず、流量計の精度低下の主な原因
であるセンサ出力の経時的変化分についても完全に補正
し、真の流量信号として出力できるようにしたものであ
る。
【０００９】すなわち、本発明は流体が流れる流体管路
の上流側に上流側センサ抵抗を設け、これに上流側周囲
温度検出抵抗と抵抗温度係数が略零の上流側基準抵抗を
直列に接続するとともに前記上流側センサ抵抗の値と、
前記上流側周囲温度検出抵抗と前記上流側基準抵抗との
和の値が常に等しくなるように制御された上流側定温度
差回路と、前記流体管路の下流側に下流側センサ抵抗を
設け、これに下流側周囲温度検出抵抗と抵抗温度係数が
略零の下流側基準抵抗を直列に接続するとともに前記下
流側センサ抵抗の値と、前記下流側周囲温度検出抵抗と
前記下流側基準抵抗との和の値が常に等しくなるように
制御された下流側定温度差回路とを有し、前記上流側セ
ンサ抵抗と前記下流側センサ抵抗に与えられるエネルギ
ーの差に基づいて、前記流体の質量流量を求めるように
した質量流量計において、各構成部材の経時的な特性値
変化により発生する出力のドリフト量を、演算機能を有
する素子を用いて補正を行うことを特徴とする質量流量
計である。
の上流側に上流側センサ抵抗を設け、これに上流側周囲
温度検出抵抗と抵抗温度係数が略零の上流側基準抵抗を
直列に接続するとともに前記上流側センサ抵抗の値と、
前記上流側周囲温度検出抵抗と前記上流側基準抵抗との
和の値が常に等しくなるように制御された上流側定温度
差回路と、前記流体管路の下流側に下流側センサ抵抗を
設け、これに下流側周囲温度検出抵抗と抵抗温度係数が
略零の下流側基準抵抗を直列に接続するとともに前記下
流側センサ抵抗の値と、前記下流側周囲温度検出抵抗と
前記下流側基準抵抗との和の値が常に等しくなるように
制御された下流側定温度差回路とを有し、前記上流側セ
ンサ抵抗と前記下流側センサ抵抗に与えられるエネルギ
ーの差に基づいて、前記流体の質量流量を求めるように
した質量流量計において、各構成部材の経時的な特性値
変化により発生する出力のドリフト量を、演算機能を有
する素子を用いて補正を行うことを特徴とする質量流量
計である。
【００１０】本発明のような構成とすることにより、従
来の技術では不可能と考えられていた、流量計の経時的
変化により発生する温度ドリフトについても完全に補正
することが可能となり、高い信頼性と精度を持つ質量流
量計とすることができる。
来の技術では不可能と考えられていた、流量計の経時的
変化により発生する温度ドリフトについても完全に補正
することが可能となり、高い信頼性と精度を持つ質量流
量計とすることができる。
【００１１】本発明の質量流量計は、予め記憶されてい
る各構成部品の初期の特性値データと、経時変化後の各
構成部品の種々の特性値データとを基に、上記マイクロ
コンピュータに内蔵されている流量値補正演算プログラ
ム群により、補正演算を行い、現在の流量計の温度ドリ
フト量を定量的に求める。そのドリフト量と現在の流量
出力値からの差分演算処理により、該質量流量計の経時
的な温度ドリフトを自動的に自己補正した真の流量信号
を出力し、該流量計の流量出力精度を大幅に向上させう
るものである。
る各構成部品の初期の特性値データと、経時変化後の各
構成部品の種々の特性値データとを基に、上記マイクロ
コンピュータに内蔵されている流量値補正演算プログラ
ム群により、補正演算を行い、現在の流量計の温度ドリ
フト量を定量的に求める。そのドリフト量と現在の流量
出力値からの差分演算処理により、該質量流量計の経時
的な温度ドリフトを自動的に自己補正した真の流量信号
を出力し、該流量計の流量出力精度を大幅に向上させう
るものである。
【００１２】
【発明の実施例の形態】以下本発明の実施例について図
１をもとに詳細に説明する。本発明の質量流量計の構成
は図１に示すマイクロコンピュータ部１１、上流側制御
回路部８、下流側制御回路部９、流体管路１０、上流側
センサ抵抗Ｒsu，上流側周囲温度検出抵抗Ｒtu，下流側
センサ抵抗Ｒsd、下流側周囲温度検出抵抗Ｒtd、上流側
基準抵抗Ｒ30u，下流側基準抵抗Ｒ30d、上流側ブリッジ
抵抗Ｒ1u,Ｒ2u，下流側ブリッジ抵抗Ｒ1d,Ｒ2d、Ａ／Ｄ
コンバータ１２、Ｄ／Ａコンバータ１３、マイクロコン
ピュータ１１及び該マイクロコンピュータに内蔵する流
量値補正演算プログラム群よりなる。
１をもとに詳細に説明する。本発明の質量流量計の構成
は図１に示すマイクロコンピュータ部１１、上流側制御
回路部８、下流側制御回路部９、流体管路１０、上流側
センサ抵抗Ｒsu，上流側周囲温度検出抵抗Ｒtu，下流側
センサ抵抗Ｒsd、下流側周囲温度検出抵抗Ｒtd、上流側
基準抵抗Ｒ30u，下流側基準抵抗Ｒ30d、上流側ブリッジ
抵抗Ｒ1u,Ｒ2u，下流側ブリッジ抵抗Ｒ1d,Ｒ2d、Ａ／Ｄ
コンバータ１２、Ｄ／Ａコンバータ１３、マイクロコン
ピュータ１１及び該マイクロコンピュータに内蔵する流
量値補正演算プログラム群よりなる。
【００１３】流体が流体管路１０中を流れると、上流側
センサ抵抗ＲsuにはＩu、及び下流側センサ抵抗Ｒsdに
はＩdの電流が流れる。この時センサ出力電圧ＶOはＶO
＝ＲsuＩu−ＲsdＩdとなり、上流側及び下流側の両ブリ
ッジ回路間の対応する各電子部品の電気的，熱的特性が
それぞれ互いに全く同一である場合、流体の質量流量は
Ｉu−Ｉdの値に比例する。この出力電圧は概して微小で
あるため、所定の電圧になるようにセンサ出力増幅回路
部７により増幅されるとともに、Ａ／Ｄ変換部１２によ
りデジタル信号に変換された後、マイクロコンピュータ
１１に入力される。又同様に上流側及び下流側の周囲温
度検出抵抗の端子電圧及び上流側及び下流側の基準抵抗
の端子電圧もそれぞれＡ／Ｄ変換部によりデジタル信号
に変換された後マイクロコンピュータに入力される。該
マイクロコンピュータは入力された各信号を基に以下に
示す演算処理により各構成部品の経時的ドリフト分を補
正した現在の質量流量信号ＶOを自動的に算出する。但
しこの演算の中で用いた記号の意味は以下の通りであ
る。
センサ抵抗ＲsuにはＩu、及び下流側センサ抵抗Ｒsdに
はＩdの電流が流れる。この時センサ出力電圧ＶOはＶO
＝ＲsuＩu−ＲsdＩdとなり、上流側及び下流側の両ブリ
ッジ回路間の対応する各電子部品の電気的，熱的特性が
それぞれ互いに全く同一である場合、流体の質量流量は
Ｉu−Ｉdの値に比例する。この出力電圧は概して微小で
あるため、所定の電圧になるようにセンサ出力増幅回路
部７により増幅されるとともに、Ａ／Ｄ変換部１２によ
りデジタル信号に変換された後、マイクロコンピュータ
１１に入力される。又同様に上流側及び下流側の周囲温
度検出抵抗の端子電圧及び上流側及び下流側の基準抵抗
の端子電圧もそれぞれＡ／Ｄ変換部によりデジタル信号
に変換された後マイクロコンピュータに入力される。該
マイクロコンピュータは入力された各信号を基に以下に
示す演算処理により各構成部品の経時的ドリフト分を補
正した現在の質量流量信号ＶOを自動的に算出する。但
しこの演算の中で用いた記号の意味は以下の通りであ
る。
【００１４】Ｒsuは上流側センサ抵抗，Ｒtuは上流側周
囲温度検出抵抗、Ｒsdは下流側センサ抵抗、Ｒtdは下流
側周囲温度検出抵抗、Ｔsuは上流側センサ抵抗温度、Ｔ
tuは上流側周囲温度検出抵抗温度、Ｔsdは下流側センサ
抵抗温度、Ｔtdは下流側周囲温度検出抵抗温度、Ｉuは
上流側電流、Ｉdは下流側電流、Ｐsuは上流側センサ抵
抗への入力、Ｐtuは上流側周囲温度検出抵抗への入力、
Ｐsdは下流側センサ抵抗への入力、Ｐtdは下流側周囲温
度検出抵抗への入力、Ｃsuは上流側センサ抵抗の熱放散
係数、Ｃtuは上流側周囲温度検出抵抗の熱放散係数、Ｃ
sdは下流側センサ抵抗の熱放散係数、Ｃtdは下流側周囲
温度検出抵抗の熱放散係数、αsuは上流側センサ抵抗の
第１次抵抗温度係数、αtuは上流側周囲温度検出抵抗の
第１次抵抗温度係数、αsdは下流側センサ抵抗の第１次
抵抗温度係数、αtdは下流側周囲温度検出抵抗の第１次
抵抗温度係数、βsuは上流側センサ抵抗の第２次抵抗温
度係数、βtuは上流側周囲温度検出抵抗の第２次抵抗温
度係数、βsdは下流側センサ抵抗の第２次抵抗温度係
数、βtdは下流側周囲温度検出抵抗の第２次抵抗温度係
数、ＲsouはＴsou（℃）における上流側センサ抵抗、Ｒ
touはＴtou（℃）における上流側周囲温度検出抵抗、Ｒ
sodはＴsod（℃）における下流側センサ抵抗、Ｒtodは
Ｔtod（℃）における下流側周囲温度検出抵抗、Ｒs25u
はＴs25u（℃）における上流側センサ抵抗、Ｒt25uはＴ
t25u（℃）における上流側周囲温度検出抵抗、Ｒs25dは
Ｔs25d（℃）における下流側センサ抵抗、Ｒt25dはＴt2
5d（℃）における下流側周囲温度検出抵抗、Ｒs50uはＴ
s50u（℃）における上流側センサ抵抗、Ｒt50uはＴt50u
（℃）における上流側周囲温度検出抵抗、Ｒs50dはＴs5
0d（℃）における下流側センサ抵抗、Ｒt50dはＴt50d
（℃）における下流側周囲温度検出抵抗、Ｒ30uは上流
側基準抵抗、Ｒ30dは下流側基準抵抗、Ｔaは周囲温度、
Ｎは上流側０点調整用抵抗値比、Ｍは下流側０点調整用
抵抗値比Ｒ1u、Ｒ2uは上流側ブリッジ抵抗、Ｒ1d,Ｒ2d
は下流側ブリッジ抵抗、Ｖsuは上流側センサ抵抗の端子
電圧、Ｖtuは上流側周囲温度検出抵抗の端子電圧、Ｖsd
は下流側センサ抵抗の端子電圧、Ｖtdは下流側周囲温度
検出抵抗の端子電圧、Ｖuは上流側センサ出力、Ｖdは下
流側センサ出力、ＶOはセンサ出力電圧である。
囲温度検出抵抗、Ｒsdは下流側センサ抵抗、Ｒtdは下流
側周囲温度検出抵抗、Ｔsuは上流側センサ抵抗温度、Ｔ
tuは上流側周囲温度検出抵抗温度、Ｔsdは下流側センサ
抵抗温度、Ｔtdは下流側周囲温度検出抵抗温度、Ｉuは
上流側電流、Ｉdは下流側電流、Ｐsuは上流側センサ抵
抗への入力、Ｐtuは上流側周囲温度検出抵抗への入力、
Ｐsdは下流側センサ抵抗への入力、Ｐtdは下流側周囲温
度検出抵抗への入力、Ｃsuは上流側センサ抵抗の熱放散
係数、Ｃtuは上流側周囲温度検出抵抗の熱放散係数、Ｃ
sdは下流側センサ抵抗の熱放散係数、Ｃtdは下流側周囲
温度検出抵抗の熱放散係数、αsuは上流側センサ抵抗の
第１次抵抗温度係数、αtuは上流側周囲温度検出抵抗の
第１次抵抗温度係数、αsdは下流側センサ抵抗の第１次
抵抗温度係数、αtdは下流側周囲温度検出抵抗の第１次
抵抗温度係数、βsuは上流側センサ抵抗の第２次抵抗温
度係数、βtuは上流側周囲温度検出抵抗の第２次抵抗温
度係数、βsdは下流側センサ抵抗の第２次抵抗温度係
数、βtdは下流側周囲温度検出抵抗の第２次抵抗温度係
数、ＲsouはＴsou（℃）における上流側センサ抵抗、Ｒ
touはＴtou（℃）における上流側周囲温度検出抵抗、Ｒ
sodはＴsod（℃）における下流側センサ抵抗、Ｒtodは
Ｔtod（℃）における下流側周囲温度検出抵抗、Ｒs25u
はＴs25u（℃）における上流側センサ抵抗、Ｒt25uはＴ
t25u（℃）における上流側周囲温度検出抵抗、Ｒs25dは
Ｔs25d（℃）における下流側センサ抵抗、Ｒt25dはＴt2
5d（℃）における下流側周囲温度検出抵抗、Ｒs50uはＴ
s50u（℃）における上流側センサ抵抗、Ｒt50uはＴt50u
（℃）における上流側周囲温度検出抵抗、Ｒs50dはＴs5
0d（℃）における下流側センサ抵抗、Ｒt50dはＴt50d
（℃）における下流側周囲温度検出抵抗、Ｒ30uは上流
側基準抵抗、Ｒ30dは下流側基準抵抗、Ｔaは周囲温度、
Ｎは上流側０点調整用抵抗値比、Ｍは下流側０点調整用
抵抗値比Ｒ1u、Ｒ2uは上流側ブリッジ抵抗、Ｒ1d,Ｒ2d
は下流側ブリッジ抵抗、Ｖsuは上流側センサ抵抗の端子
電圧、Ｖtuは上流側周囲温度検出抵抗の端子電圧、Ｖsd
は下流側センサ抵抗の端子電圧、Ｖtdは下流側周囲温度
検出抵抗の端子電圧、Ｖuは上流側センサ出力、Ｖdは下
流側センサ出力、ＶOはセンサ出力電圧である。
【００１５】センサ出力電圧ＶOを算出するための電気
的及び熱的状態方程式は以下のようになる。 Ｐsu＝Ｃsu（Ｔsu−Ｔa）、 Ｐsu＝ＲsuＩu2 、 Ｒsu＝Ｒsou（１＋αsu（Ｔsu−Ｔsou）＋βsu（Ｔsu-
Ｔsou）2） Ｐtu＝Ｃtu（Ｔtu−Ｔa）、 Ｐtu＝ＲtuＩu2 、 Ｒtu＝Ｒtou（１＋αtu（Ｔtu−Ｔtou）＋βtu（Ｔtu-
Ｔtou）2） Ｐsd＝Ｃsd（Ｔsd−Ｔa）、 Ｐsd＝ＲsdＩd2 、 Ｒsd＝Ｒsod（１＋αsd（Ｔsd−Ｔsod）＋βsd（Ｔsd-
Ｔsod）2） Ｐtd＝Ｃtd（Ｔtd−Ｔa）、 Ｐtd＝ＲtdＩd2 、 Ｒtd＝Ｒtod（１＋αtd（Ｔtd−Ｔtod）＋βtd（Ｔtd-
Ｔtod）2） Ｒsu＝Ｎ（Ｒ30u＋Ｒtu）、 Ｒsd＝Ｍ（Ｒ30d＋Ｒtd）、 Ｎ＝Ｒ2u／Ｒ1u 、Ｍ＝Ｒ2d／Ｒ1d 、 Ｖu＝ＲsuＩu 、 Ｖd＝ＲsdＩd 、 ＶO＝Ｖu−Ｖd 、
的及び熱的状態方程式は以下のようになる。 Ｐsu＝Ｃsu（Ｔsu−Ｔa）、 Ｐsu＝ＲsuＩu2 、 Ｒsu＝Ｒsou（１＋αsu（Ｔsu−Ｔsou）＋βsu（Ｔsu-
Ｔsou）2） Ｐtu＝Ｃtu（Ｔtu−Ｔa）、 Ｐtu＝ＲtuＩu2 、 Ｒtu＝Ｒtou（１＋αtu（Ｔtu−Ｔtou）＋βtu（Ｔtu-
Ｔtou）2） Ｐsd＝Ｃsd（Ｔsd−Ｔa）、 Ｐsd＝ＲsdＩd2 、 Ｒsd＝Ｒsod（１＋αsd（Ｔsd−Ｔsod）＋βsd（Ｔsd-
Ｔsod）2） Ｐtd＝Ｃtd（Ｔtd−Ｔa）、 Ｐtd＝ＲtdＩd2 、 Ｒtd＝Ｒtod（１＋αtd（Ｔtd−Ｔtod）＋βtd（Ｔtd-
Ｔtod）2） Ｒsu＝Ｎ（Ｒ30u＋Ｒtu）、 Ｒsd＝Ｍ（Ｒ30d＋Ｒtd）、 Ｎ＝Ｒ2u／Ｒ1u 、Ｍ＝Ｒ2d／Ｒ1d 、 Ｖu＝ＲsuＩu 、 Ｖd＝ＲsdＩd 、 ＶO＝Ｖu−Ｖd 、
【００１６】またαsu，βsu，αtu，βtu，αsd，βs
d，αtd，βtd，Ｃsu，Ｃtu，Ｃsd，Ｃtdの値は次式の
ようになる。 αsu＝（（Ｒs50u−Ｒs25u）Ｔs25uＴs50u−Ｒsou（Ｔs
50u−Ｔs25u）（Ｔs50u＋Ｔs25u）−（Ｒs50uＴs25u−
Ｒs25uＴs50u）（Ｔs25u＋Ｔs50u））÷（ＲsouＴs25u
Ｔs50u（Ｔs50u−Ｔs25u）） αtu＝（（Ｒt50u−Ｒt25u）Ｔt25uＴt50u−Ｒtou（Ｔt
50u−Ｔt25u）（Ｔt50u＋Ｔt25u）−（Ｒt50uＴt25u−
Ｒt25uＴt50u）（Ｔt25u＋Ｔt50u））÷（ＲtouＴt25u
Ｔt50u（Ｔt50u−Ｔt25u）） βsu＝（Ｒsou（Ｔs50u−Ｔs25u）＋Ｒs50uＴs25u−Ｒs
25uＴs50u）÷（ＲsouＴs25uＴs50u（Ｔs50u−Ｔs25
u）） βtu＝（Ｒtou（Ｔt50u−Ｔt25u）＋Ｒt50uＴt25u−Ｒt
25uＴt50u）÷（ＲtouＴt25uＴt50u（Ｔt50u−Ｔt25
u））
d，αtd，βtd，Ｃsu，Ｃtu，Ｃsd，Ｃtdの値は次式の
ようになる。 αsu＝（（Ｒs50u−Ｒs25u）Ｔs25uＴs50u−Ｒsou（Ｔs
50u−Ｔs25u）（Ｔs50u＋Ｔs25u）−（Ｒs50uＴs25u−
Ｒs25uＴs50u）（Ｔs25u＋Ｔs50u））÷（ＲsouＴs25u
Ｔs50u（Ｔs50u−Ｔs25u）） αtu＝（（Ｒt50u−Ｒt25u）Ｔt25uＴt50u−Ｒtou（Ｔt
50u−Ｔt25u）（Ｔt50u＋Ｔt25u）−（Ｒt50uＴt25u−
Ｒt25uＴt50u）（Ｔt25u＋Ｔt50u））÷（ＲtouＴt25u
Ｔt50u（Ｔt50u−Ｔt25u）） βsu＝（Ｒsou（Ｔs50u−Ｔs25u）＋Ｒs50uＴs25u−Ｒs
25uＴs50u）÷（ＲsouＴs25uＴs50u（Ｔs50u−Ｔs25
u）） βtu＝（Ｒtou（Ｔt50u−Ｔt25u）＋Ｒt50uＴt25u−Ｒt
25uＴt50u）÷（ＲtouＴt25uＴt50u（Ｔt50u−Ｔt25
u））
【００１７】αsd＝（（Ｒs50d−Ｒs25d）Ｔs25dＴs50d
−Ｒsod（Ｔs50d−Ｔs25d）（Ｔs50d＋Ｔs25d）−（Ｒs
50dＴs25d−Ｒs25dＴs50d）（Ｔs25d＋Ｔs50d））÷
（ＲsodＴs25dＴs50d（Ｔs50d−Ｔs25d）） αtd＝（（Ｒt50d−Ｒt25d）Ｔt25dＴt50d−Ｒtod（Ｔt
50d−Ｔt25d）（Ｔt50d＋Ｔt25d）−（Ｒt50dＴt25d−
Ｒt25dＴt50d）（Ｔt25d＋Ｔt50d））÷（ＲtodＴt25d
Ｔt50d（Ｔt50d−Ｔt25d）） βsd＝（Ｒsod（Ｔs50d−Ｔs25d）＋Ｒs50dＴs25d−Ｒs
25dＴs50d）÷（ＲsodＴs25dＴs50d（Ｔs50d−Ｔs25
d）） βtd＝（Ｒtod（Ｔt50d−Ｔt25d）＋Ｒt50dＴt25d−Ｒt
25dＴt50d）÷（ＲtodＴt25dＴt50d（Ｔt50d−Ｔt25
d））
−Ｒsod（Ｔs50d−Ｔs25d）（Ｔs50d＋Ｔs25d）−（Ｒs
50dＴs25d−Ｒs25dＴs50d）（Ｔs25d＋Ｔs50d））÷
（ＲsodＴs25dＴs50d（Ｔs50d−Ｔs25d）） αtd＝（（Ｒt50d−Ｒt25d）Ｔt25dＴt50d−Ｒtod（Ｔt
50d−Ｔt25d）（Ｔt50d＋Ｔt25d）−（Ｒt50dＴt25d−
Ｒt25dＴt50d）（Ｔt25d＋Ｔt50d））÷（ＲtodＴt25d
Ｔt50d（Ｔt50d−Ｔt25d）） βsd＝（Ｒsod（Ｔs50d−Ｔs25d）＋Ｒs50dＴs25d−Ｒs
25dＴs50d）÷（ＲsodＴs25dＴs50d（Ｔs50d−Ｔs25
d）） βtd＝（Ｒtod（Ｔt50d−Ｔt25d）＋Ｒt50dＴt25d−Ｒt
25dＴt50d）÷（ＲtodＴt25dＴt50d（Ｔt50d−Ｔt25
d））
【００１８】Ｃsu＝ＲsuＩu2／（Ｔsu＝（−αsu／２β
su）±（αsu2／４βsu2＋（Ｒsu−Ｒsou）／Ｒsouβs
u）1/2−Ｔa） Ｃsd＝ＲsdＩd2／（Ｔsd＝（−αsd／２βsd）±（αsd
2／４βsd2＋（Ｒsd−Ｒsod）／Ｒsouβsd）1/2−Ｔa） Ｃtu＝ＲtuＩu2／（Ｔtu＝（−αtu／２βtu）±（αtu
2／４βtu2＋（Ｒtu−Ｒtou）／Ｒtouβtu）1/2−Ｔa） Ｃtd＝ＲtdＩd2／（Ｔtd＝（−αtd／２βtd）±（αtd
2／４βtd2＋（Ｒtd−Ｒtod）／Ｒsouβtd）1/2−Ｔa）
su）±（αsu2／４βsu2＋（Ｒsu−Ｒsou）／Ｒsouβs
u）1/2−Ｔa） Ｃsd＝ＲsdＩd2／（Ｔsd＝（−αsd／２βsd）±（αsd
2／４βsd2＋（Ｒsd−Ｒsod）／Ｒsouβsd）1/2−Ｔa） Ｃtu＝ＲtuＩu2／（Ｔtu＝（−αtu／２βtu）±（αtu
2／４βtu2＋（Ｒtu−Ｒtou）／Ｒtouβtu）1/2−Ｔa） Ｃtd＝ＲtdＩd2／（Ｔtd＝（−αtd／２βtd）±（αtd
2／４βtd2＋（Ｒtd−Ｒtod）／Ｒsouβtd）1/2−Ｔa）
【００１９】これらの値を用い上記方程式を解くことに
より、出力ＶOは次式によって表される。 ＶO =（ＣsuＲsu（（−αsu／２βsu）±（（αsu2／４
βsu2）＋（Ｒsu−Ｒsou）／（Ｒsouβsu））1/2−Ｔ
a））1/2−（ＣsdＲsd（（−αsd／２βsd）±（（αsd
2／４βsd2）＋（Ｒsd−Ｒsod）／（Ｒsodβsd））1/2
−Ｔa））1/2 但し式中Ｒsu及びＲsdの値は次式の方程式の解であり、
また±符号はαsu，βsu，αtu，βtu，αsd，βsd，α
td，βtd，の値を吟味して決定できる。 Ｒsu／（Ｒsu／Ｎ−Ｒ30u）＝（Ｃsu／Ｃtu）（−αsu
／２βsu）＊（（αsu2／４βsu2）＋（Ｒsu−Ｒsou）
／Ｒsouβsu）1/2−Ｔa）／（（−αtu／２βtu）
（（αtu2／４βtu2）＋（Ｒtu−Ｒtou）／Ｒtouβtu）
1/2−Ｔa） Ｒsd／（Ｒsd／Ｎ−Ｒ30d）＝（Ｃsd／Ｃtd）（−αsd
／２βsd）（（αsd2／４βsd2）＋（Ｒsd−Ｒsod）／
Ｒsodβsd）1/2−Ｔa）／（（−αtd／２βtd）（（αt
d2／４βtd2）＋（Ｒtd−Ｒtod）／Ｒtodβtd）1/2−Ｔ
a）
より、出力ＶOは次式によって表される。 ＶO =（ＣsuＲsu（（−αsu／２βsu）±（（αsu2／４
βsu2）＋（Ｒsu−Ｒsou）／（Ｒsouβsu））1/2−Ｔ
a））1/2−（ＣsdＲsd（（−αsd／２βsd）±（（αsd
2／４βsd2）＋（Ｒsd−Ｒsod）／（Ｒsodβsd））1/2
−Ｔa））1/2 但し式中Ｒsu及びＲsdの値は次式の方程式の解であり、
また±符号はαsu，βsu，αtu，βtu，αsd，βsd，α
td，βtd，の値を吟味して決定できる。 Ｒsu／（Ｒsu／Ｎ−Ｒ30u）＝（Ｃsu／Ｃtu）（−αsu
／２βsu）＊（（αsu2／４βsu2）＋（Ｒsu−Ｒsou）
／Ｒsouβsu）1/2−Ｔa）／（（−αtu／２βtu）
（（αtu2／４βtu2）＋（Ｒtu−Ｒtou）／Ｒtouβtu）
1/2−Ｔa） Ｒsd／（Ｒsd／Ｎ−Ｒ30d）＝（Ｃsd／Ｃtd）（−αsd
／２βsd）（（αsd2／４βsd2）＋（Ｒsd−Ｒsod）／
Ｒsodβsd）1/2−Ｔa）／（（−αtd／２βtd）（（αt
d2／４βtd2）＋（Ｒtd−Ｒtod）／Ｒtodβtd）1/2−Ｔ
a）
【００２０】上記は高次の方程式であるため直接根を求
めることは現実的に不可能である。従って本発明におい
ては流量計内蔵のマイクロコンピュータ１１により数値
解法を用いて解く。該マイクロコンピュータは、温度検
出抵抗の値より現在の周囲温度を算出するとともに、そ
の温度における前記方程式の数値解を内蔵の演算プログ
ラム群により算出する。
めることは現実的に不可能である。従って本発明におい
ては流量計内蔵のマイクロコンピュータ１１により数値
解法を用いて解く。該マイクロコンピュータは、温度検
出抵抗の値より現在の周囲温度を算出するとともに、そ
の温度における前記方程式の数値解を内蔵の演算プログ
ラム群により算出する。
【００２１】今仮にその出力値をＶ2とし、同様に構成
部品が経時的変化を生じる前の初期特性値を基にした出
力値を該演算処理により算出しその値を Ｖ1とする
と、現在の温度におけるドリフト量ＤはＤ＝Ｖ2−Ｖ1と
して求めることができる。このように該マイクロコンピ
ュータによる上記演算処理により求めたドリフト量と各
周囲温度における該センサの実際に測定したドリフト量
との比較例を図３と図４に示す。ここで求める流量出力
値ＶRは、実際の流量出力値ＶCからこのドリフト量Ｄの
値を差し引いたものであり、この出力ＶRが前記説明の
如く各構成部品の経時的変化による温度ドリフト量をす
べて自動的に補正した真の流量出力値となる。但し上記
のような複雑な方程式をすべて逐次解いて最終的な解を
求めることは現在のマイクロコンピュータの演算速度に
は自ずと限界が存在するため現実的には非常に困難な問
題となる。
部品が経時的変化を生じる前の初期特性値を基にした出
力値を該演算処理により算出しその値を Ｖ1とする
と、現在の温度におけるドリフト量ＤはＤ＝Ｖ2−Ｖ1と
して求めることができる。このように該マイクロコンピ
ュータによる上記演算処理により求めたドリフト量と各
周囲温度における該センサの実際に測定したドリフト量
との比較例を図３と図４に示す。ここで求める流量出力
値ＶRは、実際の流量出力値ＶCからこのドリフト量Ｄの
値を差し引いたものであり、この出力ＶRが前記説明の
如く各構成部品の経時的変化による温度ドリフト量をす
べて自動的に補正した真の流量出力値となる。但し上記
のような複雑な方程式をすべて逐次解いて最終的な解を
求めることは現在のマイクロコンピュータの演算速度に
は自ずと限界が存在するため現実的には非常に困難な問
題となる。
【００２２】しかしながら本方式センサの各要素におけ
る経時的な特性値の変化を考えてみると、実際には高々
このような短時間のスパンにおいては、この各要素の特
性値というものはほとんど変化を生じるものでもないた
め、ここで逐次高速で演算する必要も全くない。そこで
実際の演算は該流量計の非動作時等の空き時間を利用し
て実行しおき、その結果算出されたドリフト量Ｄは該マ
イクロコンピュータ内に記憶させておき、真の流量値を
出力する際逐次利用するという方法も可能となる。
る経時的な特性値の変化を考えてみると、実際には高々
このような短時間のスパンにおいては、この各要素の特
性値というものはほとんど変化を生じるものでもないた
め、ここで逐次高速で演算する必要も全くない。そこで
実際の演算は該流量計の非動作時等の空き時間を利用し
て実行しおき、その結果算出されたドリフト量Ｄは該マ
イクロコンピュータ内に記憶させておき、真の流量値を
出力する際逐次利用するという方法も可能となる。
【００２３】
【発明の効果】以上の説明のように本発明の流量計にお
いては周囲温度の変化に伴って発生する流量値の温度ド
リフトを経時的変化分を含めて完全に補正する事が可能
となり、真の質量流量値を出力できるようになる。
いては周囲温度の変化に伴って発生する流量値の温度ド
リフトを経時的変化分を含めて完全に補正する事が可能
となり、真の質量流量値を出力できるようになる。
【図１】本発明の質量流量センサの構成部品を示す図で
ある。
ある。
【図２】実際のドリフト量と演算により求めたドリフト
量との比較例１である。
量との比較例１である。
【図３】実際のドリフト量と演算により求めたドリフト
量との比較例２である。
量との比較例２である。
【図４】従来の質量流量センサの構成部品を示す図であ
る。
る。
Ｒsu 上流側センサ抵抗、 Ｒtu 上流側周囲温度検出
抵抗、Ｒsd 下流側センサ抵抗、 Ｒtd 下流側周囲温
度検出抵抗、Ｒ30u 上流側基準抵抗、 Ｒ30d 下流側
基準抵抗、Ｒ1u、Ｒ2u 上流側ブリッジ抵抗、 Ｒ1d,
Ｒ2d 下流側ブリッジ抵抗、３,７ センサ出力増幅回
路部、 ４,８ 上流側電流制御回路部、５,９ 下流側
電流制御回路部、 ６,１０ 流体管路、１１ マイク
ロコンピュータ、 １２ Ａ／Ｄコンバータ、１３ Ｄ
／Ａコンバータ、
抵抗、Ｒsd 下流側センサ抵抗、 Ｒtd 下流側周囲温
度検出抵抗、Ｒ30u 上流側基準抵抗、 Ｒ30d 下流側
基準抵抗、Ｒ1u、Ｒ2u 上流側ブリッジ抵抗、 Ｒ1d,
Ｒ2d 下流側ブリッジ抵抗、３,７ センサ出力増幅回
路部、 ４,８ 上流側電流制御回路部、５,９ 下流側
電流制御回路部、 ６,１０ 流体管路、１１ マイク
ロコンピュータ、 １２ Ａ／Ｄコンバータ、１３ Ｄ
／Ａコンバータ、
Claims (1)
- 【請求項１】 流体が流れる流体管路の上流側に上流側
センサ抵抗を設け、これに上流側周囲温度検出抵抗と抵
抗温度係数が略零の上流側基準抵抗を直列に接続すると
ともに前記上流側センサ抵抗の値と、前記上流側周囲温
度検出抵抗と前記上流側基準抵抗との和の値が常に等し
くなるように制御された上流側定温度差回路と、前記流
体管路の下流側に下流側センサ抵抗を設け、これに下流
側周囲温度検出抵抗と抵抗温度係数が略零の下流側基準
抵抗を直列に接続するとともに前記下流側センサ抵抗の
値と、前記下流側周囲温度検出抵抗と前記下流側基準抵
抗との和の値が常に等しくなるように制御された下流側
定温度差回路とを有し、前記上流側センサ抵抗と前記下
流側センサ抵抗に与えられるエネルギーの差に基づい
て、前記流体の質量流量を求めるようにした質量流量計
において、各構成部材の経時的な特性値変化により発生
する出力のドリフト量を、演算機能を有する素子を用い
て補正を行うことを特徴とする質量流量計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8166437A JPH109919A (ja) | 1996-06-26 | 1996-06-26 | 質量流量計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8166437A JPH109919A (ja) | 1996-06-26 | 1996-06-26 | 質量流量計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH109919A true JPH109919A (ja) | 1998-01-16 |
Family
ID=15831397
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8166437A Pending JPH109919A (ja) | 1996-06-26 | 1996-06-26 | 質量流量計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH109919A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6871538B2 (en) | 2002-11-15 | 2005-03-29 | Omron Corporation | Flow sensor and flow rate measuring method |
| WO2011040327A1 (ja) * | 2009-09-30 | 2011-04-07 | 株式会社堀場エステック | 流量センサ |
-
1996
- 1996-06-26 JP JP8166437A patent/JPH109919A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6871538B2 (en) | 2002-11-15 | 2005-03-29 | Omron Corporation | Flow sensor and flow rate measuring method |
| WO2011040327A1 (ja) * | 2009-09-30 | 2011-04-07 | 株式会社堀場エステック | 流量センサ |
| JP5629212B2 (ja) * | 2009-09-30 | 2014-11-19 | 株式会社堀場エステック | 流量センサ |
| US9026383B2 (en) | 2009-09-30 | 2015-05-05 | Horiba Stec, Co., Ltd. | Flow rate sensor |
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