(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の流量を制御する熱式質量流量コントローラであって、
前記流体を受けるように構成されている導管と、
前記流体が前記導管内を通過する際に、前記流体の圧力を測定するように構成されている圧力センサと、
前記流体の周囲温度を測定するように構成されている温度センサと、
前記流体の流速を表す出力を発生するように構成されている熱センサであって、前記熱センサの出力は電圧出力から成る、熱センサと、
前記熱センサからの出力、前記圧力センサによって測定した圧力、および前記温度センサによって測定した温度を監視し、熱吸引によって起こる前記熱センサの出力のずれを補償し、前記導管内における流体の流量を調節するように構成されている制御システムと、
を備え、
前記熱センサは、加熱すると、前記流体が当該加熱されたセンサ内を通過する際に温度差を発生するように構成されており、前記温度差を測定するように構成されている温度測定システム、及び、管状外形を有する熱センサ管を含み、かつ、前記熱センサは、前記測定した温度差を前記電圧出力に変換するように構成されており、
前記制御システムは、流体流がゼロのときの電圧出力を表すゼロ流量電圧Ｖｚｅと、流体流が最大目盛のときの電圧出力を表す最大目盛流量電圧Ｖｆｓとによって前記熱センサを較正するように構成されており、
ＶｚｅおよびＶｆｓは、前記圧力センサによって測定する圧力と、前記温度センサによって測定する温度との既知の経験的関数であり、
ＶｚｅおよびＶｆｓは、更に、前記測定した圧力および温度に依存するグラスホフ数Ｇｒの既知の経験的関数であり、
前記グラスホフ数Ｇｒは、次の式で示され、
【数１】
0005517455.tif 000012
ここで、ｇは重力定数であり、
αは、前記流体の気体熱体積膨張係数であり、
Ｔａは、前記温度センサによって測定した周囲温度であり、
Ｔは、前記流体の温度であり、Ｔａに依存し、
ｄは、前記熱センサ管の直径であり、
Ｍは、前記流体の気体分子重量であり、
Ｐは、前記圧力センサによって測定した圧力であり、
μは、前記流体の粘度であり、
Ｒは、普遍的ガス法則定数である、
ことを特徴とする熱式質量流量コントローラ。
【請求項２】
請求項１記載の熱式質量流量コントローラにおいて、
ＶｚｅおよびＶｆｓは、更に、主流路に対する前記熱センサ管の方位に依存することを特徴とする熱式質量流量コントローラ。
【請求項３】
請求項２記載の熱式質量流量コントローラにおいて、
前記熱センサ管の方位は、パラメータPosによって表され、
ここで、ＶｚｅおよびＶｆｓは、既知の経験的関数ｆｚｅ（Ｐ，Ｔａ，α，μ，Ｍ，Pos）およびｆｆｓ（Ｐ，Ｔａ，α，μ，Ｍ，Pos）によってそれぞれ表されることを特徴とする熱式質量流量コントローラ。
【請求項４】
請求項３記載の熱式質量流量コントローラにおいて、
前記制御システムは、更に、対応する流速０，．．．，Ｑ０，．．．，およびＱｆｓ０における前記出力電圧の複数の較正値Ｖｚｅ０，．．．Ｖ０，．．．Ｖｆｓ０を計算し格納することによって、較正圧力Ｐ０、較正周囲温度Ｔ０、および較正方位Pos０において、前記熱センサ出力を較正するように構成されており、
前記制御システムは、更に、前記複数の格納した較正値に基づいて、熱吸引によって起こる前記熱センサ出力のずれを補償するように構成されていることを特徴とする熱式質量流量コントローラ。
【請求項５】
請求項４記載の熱式質量流量コントローラにおいて、前記制御システムは、更に、熱吸引によって起こる前記シフトを補償するために、内挿補間を実行するように構成されていることを特徴とする熱式質量流量コントローラ。
【請求項６】
請求項５記載の熱式質量流量コントローラにおいて、前記内挿補間は、線形補間および非線形補間の内少なくとも１つから成ることを特徴とする熱式質量流量コントローラ。
【請求項７】
請求項４記載の熱式質量流量コントローラにおいて、
前記制御システムは、更に、熱吸引を補償した熱センサの電圧出力Ｖ１を計算するために、圧力、温度、および出力電圧のそれぞれの測定値Ｐ１、ＴＶ１、およびＶ１において、前記既知の経験的関数ｆｚｅ（Ｐ，Ｔａ，α，μ，Ｍ，Pos）およびｆｆｓ（Ｐ，Ｔａ，α，μ，Ｍ，Pos）を用いて、ゼロ流量電圧Ｖｚｅ１および最大目盛電圧Ｖｆｓ１を計算するように構成されており、
前記制御システムは、更に、前記複数の格納した較正値を検索して前記計算したＶ１’に基づいて対応する流速を求めることによって、熱吸引を補償した流速を判定するように構成されていることを特徴とする熱式質量流量コントローラ。
【請求項８】
請求項７記載の熱式質量流量コントローラにおいて、
前記制御システムは、線形補間を実行することにより、熱吸引によって起こるずれを補償するように構成されており、
前記制御システムは、以下の式を用いて、Ｖｚｅ１、Ｖｆｓ１に関してＶ１’を計算するように構成されていることを特徴とする熱式質量流量コントローラ。
【数２】
0005517455.tif 000013
【請求項９】
請求項１記載の熱式質量流量コントローラにおいて、前記圧力センサは、前記温度センサに比較して、上流側に位置することを特徴とする熱式質量流量コントローラ。
【請求項１０】
請求項１記載の熱式質量流量コントローラにおいて、前記圧力センサは、前記温度センサに比較して、下流側に位置することを特徴とする熱式質量流量コントローラ。
【請求項１１】
請求項１記載の熱式質量流量コントローラであって、更に、前記導管内にバイパスを備えており、該バイパスは、流体の一部を前記熱センサの入力端に向けて方向転換させるように、前記導管の入口に入る流体の流れを制限するように構成されていることを特徴とする熱式質量流量コントローラ。
【請求項１２】
請求項１１記載の熱式質量流量コントローラにおいて、前記バイパスは、前記熱センサ間に圧力差を発生するように構成されている圧力降下バイパスから成ることを特徴とする熱式質量流量コントローラ。
【請求項１３】
請求項１記載の熱式質量流量コントローラにおいて、前記温度測定システムは、
１対の感熱抵抗性エレメントであって、各々、当該エレメントの温度の関数として変動する抵抗を有する、感熱抵抗性エレメントと、
各エレメントの抵抗を測定することにより、前記エレメントの各々の温度を判定するように構成されている測定回路と、
を備えていることを特徴とする熱式質量流量コントローラ。
【請求項１４】
請求項１記載の熱式質量流量コントローラであって、更に、前記熱センサの少なくとも一部を加熱するように構成されているヒータを備えていることを特徴とする熱式質量流量コントローラ。
【請求項１５】
請求項１４記載の熱式質量流量コントローラにおいて、前記ヒータは、電流を供給すると、前記センサの熱検知部を抵抗的に加熱するように構成されている１対の加熱コイルを備えていることを特徴とする熱式質量流量コントローラ。
【請求項１６】
流体の流量を制御する熱式質量流量コントローラにおいて熱吸引を補償する方法であって、前記熱式質量流量コントローラは、前記導管の入口および出口の間において前記流体の流動を可能にするように構成されている導管と、前記流体の流速を表す出力を発生するように構成されている熱センサとを含み、
前記流体の圧力および前記流体の周囲温度の測定値を監視する動作と、
熱吸引によって起こる前記熱センサの出力のずれを検出する動作と、
前記検出したずれを補償するように、前記導管の入口に流入し前記導管の出口から流出する前記流体の流量を調節する動作と、
を備え、
前記流体の流量を調節する動作は、
流体流がゼロのときの電圧出力を表すゼロ流量電圧Ｖｚｅと、流体流が最大目盛のときの電圧出力を表す最大目盛流量電圧Ｖｆｓとによって前記熱センサを較正する動作であって、ＶｚｅおよびＶｆｓは、前記圧力の測定値と、前記周囲温度の測定値との既知の経験的関数であり、前記熱センサの出力は、対応する流速０，．．．，Ｑ０，．．．，及びＱｆｓ０における前記出力電圧の複数の較正値Ｖｚｅ０，．．．Ｖ０，．．．Ｖｆｓ０を計算し格納し、前記複数の格納した較正値に基づいて熱吸引によって起こる前記熱センサ出力のずれを補償することによって、較正圧力Ｐ０、較正周囲温度Ｔ０、および較正方位Pos０において較正され、ゼロ流量電圧Ｖｚｅおよび最大目盛流量電圧Ｖｆｓは、圧力、温度、および出力電圧のそれぞれの測定値Ｐ１、Ｔ１、およびＶ１において、熱吸引を補償した熱センサ電圧出力Ｖ１’を計算するために、既知の経験的関数ｆｚｅ（Ｐ，Ｔａ，α，μ，Ｍ，Pos）およびｆｆｓ（Ｐ，Ｔａ，α，μ，Ｍ，Pos）を用いて計算される、動作と、
前記複数の格納した較正値を検索して前記計算したＶ１’に基づいて対応する流速を求めることによって、熱吸引を補償した流速を判定する動作と、
を含み、ここで、
Ｐは、前記流体の圧力であり、
Ｔａは、前記流体の周囲温度であり、
αは、前記流体の気体熱体積膨張係数であり、
μは、前記流体の粘度であり、
Ｍは、前記流体の気体分子重量であり、
Posは、前記熱式質量流量コントローラの取付姿勢、又は、前記熱センサの方位である、
ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
質量流量コントローラ（ＭＦＣ）における熱吸引(thermal siphoning)は、加熱された熱式流量センサとバイパスとの間における自由滞留によって生ずる連続的な気体の循環と言うことができる。熱吸引の結果、実際の出力流速がゼロである場合でも、流速がゼロでない出力信号が発生する可能性があり、ゼロ点ドリフトと似ている。ＭＦＣの設計の中には、質量流量コントローラを垂直に設置すると熱吸引効果が一層発生し易くなる場合があり、流速を制御しようとしている流体の分子重量および圧力に比例して変動する虞れがある。
【０００２】
質量流量コントローラにおけるゼロ点較正がずれる原因となることに加えて、熱吸引は、質量流量コントローラの質量流量メータのスパン即ちダイナミック・レンジの較正ずれも起こす虞れがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
熱式質量流量コントローラにおける熱吸引効果を低減する、またはこれを補償する方法およびシステムが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
流体の流量を制御する熱式質量流量コントローラは、流体を受けるように構成されている導管と、流体が導管内を通過する際に、流体の圧力を測定するように構成されている圧力センサと、流体の周囲温度を測定するように構成されている温度センサと、流体の流速を表す出力を発生するように構成されている熱センサとを含む。熱式質量流量コントローラは、更に、熱センサからの出力、圧力センサによって測定した圧力、および温度センサによって測定した周囲温度を監視し、熱吸引によって起こる熱センサの出力のずれを補償するように、導管内における流体の流量を規制するように構成されている制御システムを含む。
【０００５】
熱式質量流量コントローラにおいて熱吸引を補償する方法について記載する。熱式質量流量コントローラは、導管の入口および出口の間において流体の流動を可能にするように構成されている導管と、流体の流速を表す出力を発生するように構成されている熱センサとを含む。本方法は、流体の圧力および流体の周囲温度の測定値を監視する動作と、熱吸引によって起こる熱センサの出力のずれを検出する動作と、検出したずれを補償するように、導管の入口に流入し導管の出口から流出する流体の流量を規制する動作とを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
熱式質量流量コントローラにおける熱吸引を大幅に低減する、またはこれを補償するシステムおよび方法について記載する。
【０００７】
図１Ａおよび図１Ｂは、流体の質量流速を測定し制御する典型的な熱式ＭＦＣの動作を模式的に示し、更に図１Ｂに示すようにＭＦＣを垂直に取り付けたときに発生する可能性がある熱吸引も示す。図１Ａは、水平に取り付けた熱式ＭＦＣを示し、一方図１Ｂは、図１Ａに示すＭＦＣと同じ熱式ＭＦＣを示すが、垂直に取り付けられている。全体像では、熱式ＭＦＣは、流体の熱特性を用いて、流体が流れてセンサを通過する際における加熱センサの温度変化を監視することによって、流体の質量流速を測定することができる。熱式ＭＦＣは、通例、実際には流体の質量流速を測定する熱式質量流量計と、測定流量が所望の流量設定点に等しくなるように、流体の流速を規制する制御アセンブリ（弁と、弁の作動を制御する電子制御回路とを含む）とを含めばよい。通例、熱ＭＦＣは、気体および蒸気の質量流速を測定すると考えられるが、気体および蒸気以外の流体の流速も測定することができる。
【０００８】
図１Ａを参照すると、熱式ＭＦＣ１００は、熱式質量流量センサ・アセンブリ１１０、流速を測定／制御する流体を入口１２２において受けるように構成されている導管または流動本体(flow body)、および導管１２０内部にあるバイパス１３０を含むことができる。更に、熱式ＭＦＣ１００は、弁１４０、および導管１２０の出口１２３からの流体の流れを制御して供給するように、弁１４０の動作を制御する制御システム１５０を含むことができる。
【０００９】
導管１２０または流動本体は、主流路即ちチャネル１２４を規定することができ、少なくとも部分的に、センサ受容壁即ちセンサ受容面１７０と接している。図示する実施形態では、センサ受容面１７０は、主流路１２４と実質的に平行となって示されている。導管１２０の入口１２２を通ってＭＦＣに導入される流体の大部分は、主流路１２４を通過することができる。比較的少量の流体が、バイパス１３０によって流れを変えられ、熱式質量流量センサ・アセンブリ１１０を通過することができ、バイパス１３０の下流で主流路１２４に再度入ることができる。バイパス１３０は、圧力降下バイパスとし、主流路１２４間に圧力低下を発生し、流入する流体に作用して、比較的少量が熱式質量流量アセンブリを通過するようにするとよい。センサ管２００の入口および出口は、主流路１２４の入口および出口と一致するとよく、したがって、バイパス１３０間の圧力降下は、センサ管２００間の圧力降下と同一となることができる。
【００１０】
熱式質量流量センサ・アセンブリ１１０は、導管１２０の境界の少なくとも一部を形成するセンサ受容面１７０に取り付けることができる。熱式質量流量センサ・アセンブリ１１０は、流入する流体の方向転換した部分を、センサ２００の入口２３０および出口２４０間にある熱センサ内に流入させるように構成されている熱センサ２００、センサ管を加熱するように構成されているセンサ・ヒータ、およびセンサに沿った２箇所以上の場所の間で温度差を測定するように構成されている温度測定システムを含むことができる。通例、熱センサ２００は、センサ管としてもよい。センサ管２００は、壁が薄く、小径の毛細管とすればよく、ステンレス鋼で作ればよいが、センサ管２００には異なるサイズ、外形、および材料も用いることができる。
【００１１】
センサ管２００は、図１Ａでは主流路に対して平行に水平方向に配置されて示されている熱検知部２１０、および図１Ａでは垂直に示されている２本の脚部２１２を含むことができる。１対の抵抗性エレメント２５０および２５１が、熱検知部２１０に沿った異なる場所において、管２００の熱検知部２１０と熱的に接触するように配置することができ、センサ管ヒータおよび温度測定システムの一部の双方として機能することができる。図１Ａに示すように、抵抗性エレメント２５０および２５１は、抵抗性コイルとするとよく、これらは管の熱検知部２１０に沿った２箇所の場所、即ち、一方は上流側（２５０）、他方は下流側（２５１）において管２００の周囲に巻回されている。センサ管２００は、電流を抵抗性エレメントに印加することによって加熱することができる。このように、抵抗性エレメントは、管のヒータとして機能することができる。
【００１２】
センサ管の入口に導入した流体が、実質的一定の流速で、加熱されたセンサ管を通過するに連れて、上流側エレメント２５０に比較して、下流側抵抗性エレメント２５１には増々多くの熱を移転させることができる。上流側のコイル２５０は、流体流によって冷却され、その熱の一部を、傍らを流れる流体に与えることができ、下流側コイル２５１は、加熱され、流体流に与えられたこの熱の一部を取り込むことができる。その結果、このようにして温度差ΔＴを２つのエレメント間に生じさせることができ、センサ管を通過する流体の分子数（即ち、流体の質量）の尺度を提供することができる。温度差によって生ずる抵抗性エレメントの各々の抵抗変化を測定すると、温度差を判定することができ、その結果、流体の質量流速の関数として、質量流量計から出力信号が得られる。この出力信号は電圧信号とするとよいが、他の種類の信号も、熱式流量センサの出力には用いることができる。
【００１３】
熱センサ管をある方位で取り付ける場合、特に、水平方向以外の方向に熱センサ部２１０を向ける程、センサ管が加熱されるに連れてセンサ管内部で発生する熱勾配が原因となって、熱吸引が発生する可能性がある。以下に説明するように、熱吸引は、図１Ｂに示すように制御弁が完全に閉鎖している場合であっても、垂直に取り付けたＭＦＣには発生する可能性がある。
【００１４】
加熱されたセンサ管の表面から気体に熱が移転するにつれて、加熱されたセンサ管内部にある気体の温度が上昇し、気体の密度が減少すると考えられる。バイパス区域内にある、冷たく密度が高い気体は、重力によって下降させられると考えられる。一方、これによって、加熱されたセンサ管内にある熱く軽い気体は上昇させられると考えられる。バイパス区域が十分に冷たい場合、加熱されたセンサ管から上昇する熱い気体は再度冷却し下降する。このように、ＭＦＣ内部における気体の連続的な循環は、一般には熱吸引と呼ばれており、出力流がゼロとなるべく制御弁を完全に閉じても、発生する。
【００１５】
図１Ａに示すように、ＭＦＣを水平に取り付けると、対流力を合わせると０になると考えられるので、熱吸引は見られない。センサ管の水平区間２１０は、対流力を発生せず、２本の垂直脚部２１２が発生する対流力が相殺するので、浮力の合計はゼロになると考えられる。
【００１６】
図１Ｂに示すように、ＭＦＣを９０度回転させて垂直に取り付けると、センサ脚部２１２はもはや対流力を発生することはできない。しかしながら、熱検知部２１０がヒータ・コイルを内蔵しており、この状態では対流力を発生すると考えられる。何故なら、この場合熱検知部２１０は、水平ではなく、垂直に向けられているからである。バイパスが加熱されないので、対流の対立(convective opposition)がなく、熱吸引は発生しないと考えられる。
【００１７】
一般に、熱吸引は、熱センサ出力信号におけるずれの原因となる虞れがある。熱吸引は、ゼロのずれを起こす、即ち、無出力を非ゼロ信号にずらす虞れがある。また、熱吸引は、スパンまたはダイナミック・レンジ、即ち、意図する最大流速までの質量流量計の関連する測定範囲がカバーする流速のずれを起こす虞れもある。その結果、実際の流量測定値は、流体の入口圧力および性質の関数とはならない場合がある。ゼロおよびスパン（ダイナミック・レンジ）に対する熱吸引の効果は、入口圧力および気体密度が高い程、大きくなると考えられる。
【００１８】
熱吸引は、グラスホフ数（Ｇｒ）によって支配されると考えられる。通例、グラスホフ数は、熱吸引問題の激しさを測定するために用いることができる。グラスホフ数は、浮力の粘性力の二乗に対する比であり、一般に、センサ管周囲における自由流体熱移転を表すことができる。
【００１９】
具体的には、流体が気体である一実施形態では、グラスホフ数Ｇｒ（次元はない）は以下の式で示すことができる。
【００２０】
【数３】
0005517455.tif 000002
【００２１】
ここで、
ｇ＝重力定数
ρ＝気体密度
α＝気体熱体積膨張係数
Ｔ＝気体温度
Ｔａ＝周囲温度
ｄ＝センサ管の内径、および
μ＝気体粘度
である。
【００２２】
式（１）から分かるように、熱吸引に影響を及ぼす主要な要因には、気体密度、およびセンサ管の直径が含まれると考えられる。式（１）は、ＭＦＣにおけるセンサ管の内径を短くすれば、一般に熱吸引の効果が低減できることを示すが、このような小さな直径を有する管を製造することは難しく実用的でない場合もあり、更にＭＦＣの設計のダイナミック・レンジを狭める可能性がある。ＭＦＣの取付姿勢は、熱吸引に大きな効果があるが、この効果はグラスホフ数の対象にはならない。
【００２３】
理想気体法則を用いると、密度ρは、次の式で示される。
【００２４】
【数４】
0005517455.tif 000003
【００２５】
ここで、Ｍは気体分子重量、Ｐは気体の圧力、そしてＲはガス法則定数である。式（２）を式（１）に代入すると、次の式が得られる。
【００２６】
【数５】
0005517455.tif 000004
【００２７】
式（３）において、Ｒ、ｄ、およびｇは定数であり、α、μ、およびＭは所与の気体について既知であり、周囲温度Ｔａは温度センサによって測定し、ＴはＴａに依存し、気体圧力Ｐは圧力センサによって測定する。つまり、グラスホフ数が決定される。
【００２８】
熱式流量センサのゼロ流量電圧信号Ｖｚｅおよび最大範囲流量電圧信号Ｖｆｓは、以下のように、グラスホフ数およびＭＦＣ取付姿勢／位置を用いる数学的モデルによって決定することができる。
【００２９】
【数６】
0005517455.tif 000005
【００３０】
【数７】
0005517455.tif 000006
【００３１】
式（４）および式（５）において、PosはＭＦＣ取付姿勢またはセンサ管の方位を示すフラグである。式（４）および式（５）は、更に、次のように一般化することができる。
【００３２】
【数８】
0005517455.tif 000007
【００３３】
【数９】
0005517455.tif 000008
【００３４】
前述の式（６）および式（７）において、Ｐは圧力センサによって測定することができ、Ｔａは温度センサによって測定することができ、α、μ、Ｍは気体特性であり、Posは、所定の係数(factor)である。言い換えると、式（６）および式（７）は、ＶｚｅおよびＶｆｓが、測定した圧力および測定した周囲温度の既知の経験的関数であることを示す。
【００３５】
熱式ＭＦＣは、所定の固定圧力Ｐ０、固定周囲温度Ｔａ０、および固定位置Pos０によって較正することができる。つまり、熱センサ出力電圧対流速の較正表は、次のように作成することができる。
【００３６】
【表１】
0005517455.tif 000009
【００３７】
上の表において、熱センサ電圧Ｖ０は、較正圧力Ｐ０、較正周囲温度Ｔａ０、および較正位置Pos０における流量Ｑ０に対応する。
【００３８】
較正表は、制御システムに保存し、後の時点における流量較正に用いることができる。入口圧力、周囲温度、およびＭＦＣ取付位置が変化しない場合、較正表は変化せず、熱式流量センサの電圧出力に基づいて、流速を判定するために直接用いることができる。しかしながら、入口圧力および／または周囲温度および／またはＭＦＣ取付位置が変化した場合、熱式流量センサの電圧出力は、熱吸引のためにずれる可能性がある。これが発生した場合、較正表はもはや正確でない、即ち、有効でないと考えられる。ＶｚｅおよびＶｆｓは式（６）および式（７）にしたがって変化する、即ち、ずれることは分かっているので、熱吸引効果によって起こる熱式流量センサの電圧出力のずれを補償することができる。
【００３９】
熱式流量センサの電圧出力に対する単純な線形補償は、次のように定式化することができる。
【００４０】
１．入口圧力がＰ１、周囲温度がＴ１、新しいＭＦＣ取付位置がPos１、そして熱式流量センサの出力電圧がＶ１であると仮定する。
【００４１】
２．ゼロ流量電圧をＶｚｅ１、最大目盛流量電圧をＶｆｓ１として、式（６）および式（７）にしたがって計算する。
【００４２】
３．以下の式（８）または式（９）を用いて、熱吸引を補償した熱センサ出力電圧Ｖ１’を計算する。
【００４３】
【数１０】
0005517455.tif 000010
すなわち
【００４４】
【数１１】
0005517455.tif 000011
【００４５】
４．較正表を検索して、補償熱センサ電圧出力Ｖ１’に基づいて、対応する流速を見つける。
【００４６】
以上の補償方法は、線形および非線形双方の方法を含み、式（６）および式（７）に基づいて、熱式流量センサ電圧出力に対する熱吸引の効果を補償するために用いることができる多くの補償方法の１つに過ぎない。式（１）から式（９）を用いることによって、そして入口圧力、周囲温度、およびＭＦＣ取付位置に対する観察を用いることによって、熱吸引によって起こる熱式流量センサの電圧出力のずれを著しく低減する、または補償することができる。即ち、ＭＦＣの中に、圧力および周囲／入口温度を測定する圧力センサおよび温度センサを含ませることによって、熱式ＭＦＣを垂直に取り付けると、特に大口径の熱式質量流量センサでは、熱吸引効果を大幅に低減することができる。制御システムは、熱吸引によって起こる熱式流量センサの電圧出力を大幅に低減するまたは補償するような方策で流体の流量を規制するように、圧力および温度測定値を監視するように較正することができる。
【００４７】
図２Ａは、圧力センサおよび温度センサを熱式ＭＦＣ上に含ませることによって、そして圧力および温度測定値を監視して、熱吸引効果を大幅に低減することによって、熱吸引によって起こる熱式流量センサの出力信号のずれを大幅に低減するまたは補償するように設計した熱式ＭＦＣ３００を示す。
【００４８】
全体像では、熱式ＭＦＣ３００は、熱式質量流量センサ３１０、入口３２２において、流速を測定／制御している流体を受けるように構成されており、流体が流出する出口３２３を有する導管３２０、および導管３２０内部にあるバイパス３３０を含む。熱式ＭＦＣ３００は、更に、弁３４０、ならびに導管３２０の入口３２２に流入し出口３２３から流出する流体の流量を規制するように弁３４０の動作を制御する制御システム３７０も含む。熱式流量センサ管は、ゼロ流量電圧信号Ｖｚｅおよび最大メモリ電圧信号Ｖｆｓを有することができ、入口流体圧力、入口流体温度、および加熱した流量センサ管の方位の関数とすることができる。
【００４９】
熱式ＭＦＣ３００は、更に、温度測定システム３６０、圧力センサ３８０、および温度センサ３９０も含む。温度測定システム３６０は、加熱した流量センサ管に沿った２箇所以上の場所間における温度差を測定するように構成されている。圧力センサ３８０は、流体が主流路に沿って流れる際に、流体の圧力Ｐを測定するように構成されている。温度センサ３９０は、流体の周囲温度Ｔａを測定するように構成されている。熱式流量センサは、測定した温度差を電圧出力信号Ｖに変換するように構成することができ、電圧出力信号を検出するように構成されている電圧検出器を含むことができる。
【００５０】
熱式流量センサによる流速測定、圧力センサによる圧力測定、および温度センサによる温度測定に応答して、制御システム３７０は、導管３２０の入口に流入し出口から流出する流体の流量を規制し、熱式流量センサの電圧出力において検出されるずれを実質的に排除するまたは補償できるように構成されている。
【００５１】
圧力センサ３８０は、熱式流量センサ３１０の下流側または上流側のいずれにも取り付けることができる。図２Ｂは、圧力センサ３８０および温度センサ３９０が熱式ＭＦＣ上に取り付けられ、圧力センサ３８０が熱式流量センサ３１０の下流側に位置する熱式ＭＦＣを示す。
【００５２】
要約すると、入口圧力および周囲温度情報を用いて熱式流量センサの出力信号のずれを補償することによって、熱式質量流量コントローラにおける熱吸引効果を大幅に低減するシステムおよび方法について説明した。
【００５３】
以上、ＭＦＣにおいて熱吸引を実質的に排除する装置および方法のある種の実施形態について説明したが、これらの実施形態において暗示される概念は、他の実施形態においても同様に用いられることは言うまでもない。本願の保護は、以下に続く特許請求の範囲のみに限定される。
【００５４】
これらの特許請求の範囲において、単数とした要素に言及する場合、具体的にそのように述べられていない限り、「１つのみ」を意味することを意図しているのではなく、「１つ以上」を意味するものとする。本開示全体を通じて記載されている種々の実施形態の要素と構造的および機能的に等価であり、当業者には周知であるまたは今後周知になる要素は、ここで引用したことにより、明示的に本願にも含まれるものとし、特許請求の範囲に包含されることを意図する。更に、ここに開示したいずれもが、かかる開示が明示的に特許請求の範囲に明記されているか否かには係わらず、公衆(the public)に献呈されることは意図していない。いずれの請求項の要素も、当該要素が「するための手段」という句を用いて明示的に明記されていなければ、または方法の請求項の場合、当該要素が「するためのステップ」という句を用いて明記されていなければ、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１２、第６節の規程にしたがって解釈しないこととする。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１Ａ】図１Ａは、熱式質量流量コントローラの動作、および熱吸引減少を模式的に示す。
【図１Ｂ】図１Ｂは、熱式質量流量コントローラの動作、および熱吸引減少を模式的に示す。
【図２Ａ】図２Ａは、熱式ＭＦＣを示し、熱吸引効果を低減するために、熱式ＭＦＣ上に圧力センサおよび温度センサを取り付けている。圧力センサは、熱式流量センサの上流側に取り付けられている。
【図２Ｂ】図２Ｂは、熱式ＭＦＣを示し、熱吸引効果を低減するために、熱式ＭＦＣ上に圧力センサおよび温度センサを取り付けている。圧力センサは、熱式流量センサの下流側に取り付けられている。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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