(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端側が圧力源に接続され、他端に流量コントローラが接続される第１流路管と、
一端側が圧力源に接続され、他端が第１流路管に接続されるとともに、その流路内に試験対象の流量計が直列に接続される接続ポートを有する第２流路管と、
前記圧力源から第１流路管への気体の供給と、前記圧力源から第２流路管への気体の供給とをそれぞれ遮断するとともに、第１流路管と第２流路管とを前記接続ポートの上流側で分離する遮断手段と、
を有することを特徴とする流量標準器。
【請求項２】
一端側が圧力源に接続され、他端に流量コントローラが接続される第１流路管と、
一端側が圧力源に接続され、他端が第１流路管に接続されるとともに、その流路内に試験対象の流量計が直列に接続される接続ポートを有する第２流路管と、
前記圧力源から第１流路管への気体の供給と、前記圧力源から第２流路管への気体の供給とをそれぞれ遮断するとともに、第１流路管と第２流路管とを前記接続ポートの上流側で分離する遮断手段と、
前記接続ポートの下流側で流量標準器内容積を変化させる手段と、
を有することを特徴とする流量標準器。
【請求項３】
請求項１又は２に記載される流量標準器を用いて、
圧力源から流量標準器内に気体を供給して該流量標準器内を圧力平衡とした後、
前記遮断手段により圧力源からの気体の供給を遮断し、
前記流量標準器の前記遮断手段よりも下流側の内容積ｃと
前記流量標準器の前記遮断手段と前記接続ポートとの流路間における第２流路管内の内容積ａと、
流量コントローラから流量標準器外に排出される気体の流量Ｘ１とから、
下記式（１）
Ｘ２  ＝  Ｘ１  ×  ａ／ｃ          ・・・式（１）
により試験対象の流量計の流量Ｘ２を値付けする流量の校正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体流量計や流量コントローラの流量値を校正する際に用いられる流量標準器及びこれを用いる流量校正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体産業や環境計測、化学分析などの分野における微小流量の気体の取扱いの増加により、微小流量を測定する流量計や、微小流量を制御する流量コントローラが多く用いられるようになってきている。これに伴い、微小流量を精度良く校正することができる校正装置が求められている。
【０００３】
従来、流量計の校正は、基準体積管を用いる方法や石けん膜を用いる方法が知られているが、これらの方法では微小流量を精度良く校正することはできない。
【０００４】
流量が５ｍＬ／ｍｉｎ未満（乾燥空気）の微小流量を校正する方法としては、非特許文献１等に記載される質量法が知られている。質量法は、槽内に一定流量で気体を導入し、槽の質量変化から流量を求める。しかし、微小流量を対象とする場合、槽の質量を大きく変化させるのに長時間を要する。そのため、校正に要する時間が長い。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】日本機械学会論文集（Ｂ編）、６５巻６３０号（１９９９−２）Ｐ．６７７〜６８３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、微小流量を測定する流量計を、短時間で精度良く校正することのできる流量標準器を提供することを目的とする。また、この流量標準器を用いて流量計を校正する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、圧力源から流量コントローラを備える流量標準器内に圧縮気体を充填した後、圧力源と流量標準器とを遮断することに想到した。これにより圧力源から遮断された流量標準器内を、試験対象の流量計の上流側から下流側に向って、微小な流量の気体の流れを正確に発生させることができることを見出した。そして、この微小な流量は、流量コントローラにより発生させる流量標準器全体の流量に、流量計の上流側の容積と流量標準器全体の容積との比を乗じることにより正確に算出できるため、微小な流量の流量計等の校正に用いることができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
上記目的を達成する本発明は、以下に記載するものである。
【０００９】
〔１〕
一端側が圧力源に接続され、他端に流量コントローラが接続される第１流路管と、
一端側が圧力源に接続され、他端が第１流路管に接続されるとともに、その流路内に試験対象の流量計が直列に接続される接続ポートを有する第２流路管と、
前記圧力源から第１流路管への気体の供給と、前記圧力源から第２流路管への気体の供給とをそれぞれ遮断するとともに、第１流路管と第２流路管とを前記接続ポートの上流側で分離する遮断手段と、
を有することを特徴とする流量標準器。
【００１０】
〔２〕
一端側が圧力源に接続され、他端に流量コントローラが接続される第１流路管と、
一端側が圧力源に接続され、他端が第１流路管に接続されるとともに、その流路内に試験対象の流量計が直列に接続される接続ポートを有する第２流路管と、
前記圧力源から第１流路管への気体の供給と、前記圧力源から第２流路管への気体の供給とをそれぞれ遮断するとともに、第１流路管と第２流路管とを前記接続ポートの上流側で分離する遮断手段と、
前記接続ポートの下流側で流量標準器内容積を変化させる手段と、
を有することを特徴とする流量標準器。
【００１１】
〔３〕
〔１〕又は〔２〕に記載される流量標準器を用いて、
圧力源から前記流量標準器内に気体を供給して前記流量標準器内を圧力平衡とした後、
前記遮断手段により圧力源からの気体の供給を遮断し、
前記流量標準器の前記遮断手段よりも下流側の内容積ｃと
前記流量標準器の前記遮断手段と前記接続ポートとの流路間における第２流路管内の内容積ａと、
流量コントローラから流量標準器外に排出される気体の流量Ｘ１とから、
下記式（１）
Ｘ２  ＝  Ｘ１  ×  ａ／ｃ          ・・・式（１）
により試験対象の流量計に流れる流量Ｘ２を値付けする流量の校正方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の流量標準器（以下、「本流量標準器」ともいう）を用いて行う流量の校正方法によれば、微小流量の校正を正確に且つ極めて短時間に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、第１実施形態による本流量標準器の構成図である。
【図２】図２は、第２実施形態による本流量標準器の構成図である。
【図３】図３は、第１実施形態による本流量標準器の他の構成例を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、２つの実施形態を挙げて本発明を詳細に説明する。なお、本説明において気体の体積は、全て標準状態（０℃、１気圧）における体積として記載する。
【００１５】
〈第１実施形態〉
本発明の第１の実施形態は、内容積が固定された流量標準器内に気体を供給して、試験対象の流量計を校正する流量標準器である。先ず、図１を参照して本発明の第１実施形態の流量標準器の構成について説明した上で、この流量標準器の動作について説明する。
【００１６】
（１）第１実施形態の流量標準器の構成
図１は、第１実施形態による流量標準器の構成図である。図１中、１００は流量標準器である（試験対象である流量計４０を除く）。この標準器１００の上流側には、圧力源１１、レギュレータ１５、圧力計１９が順次連結されている。図１中、１１は上流側に設けられた圧力源であり、配管１３によりレギュレータ１５の入口側と接続されている。レギュレータ１５の出口側には、配管１７の一端が接続されている。配管１７の他端は、圧力計１９と接続されている。圧力計１９には、配管２１の一端が接続されている。配管２１の他端側は、２本に分岐して、第１開閉バルブ２３の入口側と、第２開閉バルブ３１の入口側と、にそれぞれ並列に接続されている。
【００１７】
第１開閉バルブ２３の出口側には、第１流路管２５の一端が接続されている。第１流路管２５の他端側は、流量コントローラ２７の吸気側に接続されている。流量コントローラ２７の排気側は開放されている。
【００１８】
第２開閉バルブ３１の出口側には、第２流路管３３ａの一端が接続されている。第２気体供給管３３ａの他端側は接続ポート３５ａを構成している。接続ポート３５ａには、試験対象である流量計４０の入口側が接続される。流量計４０の出口側は第２流路管３３ｂの一端である接続ポート３５ｂに接続される。第２流路管３３ｂの他端は、第１流路管２５の流路に接続されている。
【００１９】
第１開閉バルブは、圧力源から第１流路管への気体の供給を遮断する手段である。また、第２開閉バルブは、圧力源から第２流路管への気体の供給を遮断する手段である。
【００２０】
（２）第１実施形態の流量標準器の動作
先ず、試験対象の流量計４０が、接続ポート３５ａ、３５ｂに気密に取り付けられる。次いで、第１開閉バルブ２３と第２開閉バルブ３１とが開かれて、圧力源１１から流量標準器１００内に圧縮気体が供給される。圧力源１１から供給される圧縮気体は、配管１３を介してレギュレータ１５に送られて一定の圧力に調圧されている。レギュレータ１５から送出される圧縮気体は、配管１７、圧力計１９を経由して、配管２１に送られる。上述の通り、第１開閉バルブ２３と第２開閉バルブ３１は開いており、圧縮気体が流通可能となっている。圧縮気体は、第１開閉バルブ２３と第２開閉バルブ３１とを経由して、第１流路管２５、第２流路管３３ａ、３３ｂに送られる。第１流路管２５と第２流路管３３ａ、３３ｂに送られた圧縮気体は、流量コントローラ２７により流量標準器１００の外部に一定流量で排出されている。
【００２１】
本流量標準器内の圧力が所定圧力（レギュレータ１５により調圧される圧力）に達したら、第１開閉バルブ２３と第２開閉バルブ３１とが略同時に閉じられる。略同時とは１０秒以内の間隔であり、好ましくは５秒以内、より好ましくは１秒以内をいう。
【００２２】
第１開閉バルブ２３と第２開閉バルブ３１とが閉じられた後も、本流量標準器１００内の圧縮気体は流量コントローラ２７を通って本流量標準器１００の外部に一定流量で排出される。このときの本流量標準器１００内の気体の移動を、
本流量標準器１００内の流路を流量計４０の上流側、即ち第２開閉バルブ３１と流量計４０との流路間における第２気体供給管３３ａ部分（図中の矢印Ａ間であり、以下この部分を「Ａ部分」ともいい、この内容積をａとする。）と、
流量計４０の下流側、即ち流量計４０と第１気体供給管２５との流路間の第２気体供給管３３ｂ部分及び第１気体供給管２５（図中の矢印Ｂ間であり、以下この部分を「Ｂ部分」ともいい、この内容積をｂとする。）と、
に分けて説明する。
【００２３】
なお、第１開閉バルブ２３及び第２開閉バルブ３１の下流側の内容積をｃとする。即ちａ＋ｂ＝ｃである。
【００２４】
流量コントローラ２７によって本流量標準器１００内の気体が本流量標準器１００外に排出されると、本流量標準器１００内の気体は上流側から下流側に移動する。即ち、図１中、Ａ部分の気体はＢ部分へと移動する。この気体の移動によって流量計４０は流量Ｘ２を示す。試験対象である流量計４０の流量Ｘ２は未知である。一方、流量コントローラ２７によって本流量標準器１００内の気体が本流量標準器１００外に排出される流量Ｘ１は既知である。従って、流量Ｘ２は流量Ｘ１に容積比ａ／ｃを乗じることにより求めることができる。即ち、下記式（１）
Ｘ２  ＝  Ｘ１  ×  ａ／ｃ      ・・・（１）
により求めることができる。
【００２５】
流量Ｘ１は既知であり、従来の校正方法により正確に校正することができる流量である（例えば、５ｍＬ／ｍｉｎ．以上）されている。このＸ１を基準として容積比ａ／ｃを乗じることにより、例えば５ｍＬ／ｍｉｎ未満の微小な流量Ｘ２の値付けを行うことができる。
【００２６】
流量コントローラ２７の流量を変化させることにより、複数の微小流量を値付けすることができる。
【００２７】
試験対象である流量計４０の内容積がａ、ｂに対して無視できない内容積を持つ場合には、流量計４０の計測部の前後の内容積をａ及びｂにそれぞれ算入する。具体的には、流量計４０が差圧流量計の場合、差圧発生部位の前容積をａに、後容積をｂに算入する。
【００２８】
〈第２実施形態〉
本発明の第２の実施形態は、内容積を変化させることができる流量標準器内に気体を供給して、試験対象の流量計を校正する流量標準器である。先ず、図２を参照して本発明の第２実施形態の流量標準器の構成について説明した上で、この流量標準器の動作について説明する。
【００２９】
（１）第２実施形態の流量標準器の構成
図２は、第２実施形態による流量標準器の構成図である。図２中、２００は流量標準器である（試験対象である流量計４０を除く）。この標準器２００の第１流路管２５には、内容積変更手段２６が接続されている。その他の部分は、第１実施形態による流量標準器１００と同様であるので、同じ構成には同じ符号を付してその説明を省略する。
【００３０】
（２）第２実施形態の流量標準器の動作
第１実施形態の動作と同様であるが、内容積変更手段２６がＢ部分に含まれる。
これにより、容積比ａ／ｃを自在に変更することができる。そのため、幅広いレンジの流量の値付けを行うことができる。
【００３１】
〈遮断手段〉
遮断手段としては公知の開閉バルブを用いることができる。例えば、電磁弁や空圧弁が挙げられる。
【００３２】
遮断手段として２つの開閉バルブを用いる場合、第１開閉バルブと第２開閉バルブとは、略同時に閉じられるように構成されている。ここで略同時とは、バルブを閉じる際に図１におけるＡ部分とＢ部分との間に圧力差が生じない程度をいう。具体的には１０秒以内の間隔であり、好ましくは５秒以内、より好ましくは１秒以内をいう。
【００３３】
第１開閉バルブと第２開閉バルブとは一体として形成されていても良い。例えば、図３に示すロータリーバルブ２４を用いて構成することもできる。このロータリーバルブによれば、圧力源から第１流路管への気体の供給と、圧力源から第２流路管への気体の供給とを略同時にそれぞれ遮断することができる。
【００３４】
〈圧力源、レギュレータ〉
圧力源としては、コンプレッサーやガスボンベが挙げられる。流量標準器内に導入する圧縮気体の圧力は、レギュレータ等によって調節される。流量標準器内に導入する圧縮気体の圧力は、流量コントローラ２７の上限圧力以下である。流量標準器内に導入する圧縮気体は、空気や不活性ガスが挙げられる。
【００３５】
〈接続ポート〉
接続ポート２７は、試験対象である流量計４０と気密に接続される構造であれば、どのような構造であっても良い。
【００３６】
〈第１流路管、第２流路管、その他の配管〉
第１流路管、第２流路管、その他の配管は容易に内容積が変化しない材質で構成されることを要する。材質としては、ステンレスやブラスが好ましい。
【００３７】
〈流量コントローラ〉
流量コントローラは、流量を正確に制御できるものであれば良い。このような流量コントローラは広く市販されているものを用いれば良い。国家標準により校正された流量コントローラや音速ノズルであることが好ましい。また、流量コントローラはその内容積が実質的に無視できる程度に小さいことが好ましい。内容積が実質的に無視できない場合には、その内容積をｂに算入する。
【００３８】
〈内容積変更手段〉
内容積変更手段は、第１流路管に接続され、Ｂ部分の内容積ｂを変化させるために用いられる。内容積変更手段は、気密かつ剛性が高く、内容積の変化しないタンク等で構成される。このような内容積変更手段としては、内容積が既知の体積管を脱着させる方法が例示される。更には、複数の内容積変更手段をそれぞれバルブを介して第１流路管に接続しておき、任意の内容積変更手段を選択使用するように構成してもよい。
【００３９】
〈その他〉
第１流路管には、排気バルブを設けても良い。排気バルブを設けることにより、本流量標準器内を直ちに常圧に戻すことができる。
【符号の説明】
【００４０】
１００、２００、３００・・・流量標準器
１１・・・圧力源
１３、１７・・・配管
１５・・・レギュレータ
１９・・・圧力計
２３・・・第１開閉バルブ
２４・・・ロータリーバルブ
２５・・・第１流路管
２６・・・内容積変更手段
２７・・・流量コントローラ
３１・・・第２開閉バルブ
３３ａ、３３ｂ・・・第２流路管
３５ａ、３５ｂ・・・接続ポート
４０・・・流量計
【図１】
0005525374.tif 000002
【図２】
0005525374.tif 000003
【図３】
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