(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定流量の値を示すデジタル流量信号を、当該測定流量の値を示すアナログ流量信号に変換するアナログ変換部を具備し、
前記アナログ変換部は、
予め定められた３以上の規定電圧レベルを出力可能であり、前記デジタル流量信号が示す測定流量の値に基づいて、それら規定電圧レベルのうちから２つの規定電圧レベルを選択する一方、前記デジタル流量信号が示す測定流量の値に基づいて、デューティ比を設定し、該２つの規定電圧レベルをハイレベル及びローレベルとするＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成回路と、
前記ＰＷＭ信号生成回路から出力されるＰＷＭ信号を平滑化して前記アナログ流量信号に変換する変換回路とを具備したものであることを特徴とする流量測定装置。
【請求項２】
前記ＰＷＭ信号生成回路が、隣り合う２つの規定電圧レベルを選択するものである請求項１記載の流量測定装置。
【請求項３】
前記隣り合う規定電圧レベルが、全て略等しく設定してある請求項２記載の流量測定装置。
【請求項４】
前記ＰＷＭ信号生成回路が、
前記デジタル流量信号の値に基づいて、一次ＰＷＭ信号を生成するとともに前記３以上の規定電圧レベルのうちから２つの規定電圧レベルを選択する一次ＰＷＭ信号生成回路と、
前記３以上の規定電圧レベルを出力可能であり、前記一次ＰＷＭ信号のハイレベル及びローレベルを、前記２つの規定電圧レベルに変換した前記ＰＷＭ信号たる二次ＰＷＭ信号を生成する二次ＰＷＭ信号生成回路とを具備したものであることを特徴とする請求項１記載の流量測定装置。
【請求項５】
前記ＰＷＭ信号生成回路が、前記変換回路の平滑化のための時定数の変動をパラメータとしてデューティ比を設定するものである請求項１記載の流量測定装置。
【請求項６】
前記ＰＷＭ信号生成回路が、
前記デジタル流量信号の値ｑと、前記規定電圧レベルＶ０、Ｖ１・・・、Ｖｋ・・・Ｖｎ（ｎは２以上の整数、Ｖｋ＞Ｖｋ−１）とを比較し、Ｖｊ≧ｓ・ｑ＞Ｖｊ−１となるｊ（ｊは１以上ｎ以下の整数、ｓは所定の係数）を検索し、
デューティ比が（ｓ・ｑ−Ｖｊ−１）／（Ｖｊ−Ｖｊ−１）、ローレベルがＶｊ−１、及びハイレベルがＶｊとなるＰＷＭ信号を出力するものである請求項１記載の流量測定装置。
【請求項７】
前記ＰＷＭ信号生成回路は、当該ＰＷＭ信号生成回路の出力インピーダンスと、前記変換回路の入力インピーダンスとバランスに基づいて、該ＰＷＭ信号のデューティ比を前記（ｓ・ｑ−Ｖｊ−１）／（Ｖｊ−Ｖｊ−１）からずらせた値に設定するものである請求項６記載の流量測定装置。
【請求項８】
請求項１乃至７いずれか記載の流量測定装置と、流量調整弁と、前記流量測定装置で測定された測定流量を所定の目標流量に近づけるべく前記流量調整弁を制御する制御部とを具備することを特徴とする流量制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体に用いられる気体材料や液体材料等の流体の流量を測定する流量測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近時の流量測定装置は、流量を特定するための種々のセンサ（例えば圧力、温度など）からのセンサ信号の値をＡ／Ｄ変換してデジタル化した後、それら各センサ信号の値をＣＰＵを利用したソフトウェアで演算することによって測定流量を算出するようにしてある。
【０００３】
このようにして得られた測定流量は、当然のことながらデジタル値であるが、ユーザによっては、これをアナログ信号で得たいという要請がある。
この要請に応えるべく、デジタル値をアナログ信号するには、Ｄ／Ａコンバータを使用する。
そのなかでも、ＣＰＵが標準的に有しているＰＷＭ出力機能を利用して簡易かつ安価に構成できるのが、ＰＷＭ型Ｄ／Ａコンバータである。
【０００４】
前記ＣＰＵからは測定流量を示すデジタル値に応じたデューティ比を有するＰＷＭ信号を出力することができるが、このＰＷＭ型Ｄ／Ａコンバータは、前記ＰＷＭ信号にローパスフィルタをかけて平滑化し、アナログ信号に変換するものである。
しかしながら、この方式には以下の課題がある。
【０００５】
第１に、ＰＷＭ信号をローパスフィルタに通したときの残留リップルと応答速度の問題である。リップルを低減させ、アナログ信号値を安定化させるべくローパスフィルタの時定数を大きくすると、応答速度が悪くなり、測定流量の変化が直ちにアナログ信号値の変化に反映されないという問題が生じる。このリップル低減と応答速度向上とはトレードオフの関係にあり、双方を同時に成り立たせることは、従来は難しいと考えられている。
【０００６】
第２に、ＣＰＵからのＰＷＭ出力電圧はデジタル電源電圧とデジタルコモン電圧との間で変化するところ、デジタル電源電圧及びデジタルコモン電圧は、電圧精度が低い上、ノイズ等の影響を受けて変動し易いという点である。このようにハイレベルとローレベルの電圧が不安定なＰＷＭ信号を平滑化処理したものがアナログ信号であるから、アナログ信号の値もそれに追随して不安定になり、これがボトルネックとなって高精度のアナログ出力値を得ることが難しくなる。
【０００７】
そして、上述した２つの課題は、近時の半導体プロセスなどで用いられる流量測定装置において特に顕著となってきている。なぜならば、かかる用途での流量測定装置には、微小流量や微小流量変化を測定するための精度が求められ、かつ、スループットを挙げるために応答速度が求められるからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−２７３０２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本願発明は上述した課題を一挙に解決すべくなされたものであって、流量測定装置において、前記ＰＷＭ型Ｄ／Ａコンバータが有する簡易性や安価性を犠牲にすることなく、要求される応答速度及び精度の双方を成り立たせるべくなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る流量測定装置は、測定流量の値を示すデジタル流量信号を、当該測定流量の値を示すアナログ流量信号に変換するアナログ変換部を具備し、前記アナログ変換部が、予め定められた３以上の規定電圧レベルを出力可能であり、前記デジタル流量信号が示す測定流量の値に基づいて、それら規定電圧レベルのうちから２つの規定電圧レベルを選択する一方、前記デジタル流量信号が示す測定流量の値に基づいて、デューティ比を設定し、該２つの規定電圧レベルをハイレベル及びローレベルとするＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成回路と、前記ＰＷＭ信号生成回路から出力されるＰＷＭ信号を平滑化して前記アナログ流量信号に変換する変換回路とを具備したものであることを特徴とする。
なお、ここでいうＰＷＭ信号は広義のものであって、狭義のＰＷＭ信号である一定周期のものの他、周期が変動するＰＦＭ信号も含むものとする。
【００１１】
このようなものであれば、ＰＷＭ信号におけるハイレベル及びローレベルの差が規定電圧レベルの数に応じて減少し、その変化幅が小さくなるので、残留リップル電圧もその変化幅に応じて減少する。したがって、出力応答速度を犠牲にすることなく、リップル影響を減少させることができるようになる。
【００１２】
前記規定電圧レベルが、デジタル電源電圧及デジタルコモン電圧とは別に設定されたアナログ定電圧及びアナログコモン電圧に基づいて設定されていれば、出力されるＰＷＭ信号のハイレベル及びローレベルが安定するので、より精度の高いアナログ流量信号を得ることができる。
【００１３】
前記ＰＷＭ信号生成回路が、隣り合う２つの規定電圧レベルを選択するものであれば、出力される全てのＰＷＭ信号のハイレベルとローレベルとの変化幅を小さくできるので、リップル減少という本発明の効果が顕著となる。さらに該隣り合う規定電圧レベルが、全て略等しく設定してあれば、出力される全てのＰＷＭ信号において、そのハイレベルとローレベルとの変化幅を最小にできるので、前記効果がさらに顕著となる。
【００１４】
より具体的な実施態様としては、前記ＰＷＭ信号生成回路が、前記デジタル流量信号の値に基づいて、一次ＰＷＭ信号を生成するとともに前記３以上の規定電圧レベルのうちから２つの規定電圧レベルを選択する一次ＰＷＭ信号生成回路と、前記３以上の規定電圧レベルを出力可能であり、前記一次ＰＷＭ信号のハイレベル及びローレベルを、前記２つの規定電圧レベルに変換した前記ＰＷＭ信号たる二次ＰＷＭ信号を生成する二次ＰＷＭ信号生成回路とを具備したものを挙げることができる。
【００１５】
前記ＰＷＭ信号生成回路の出力インピーダンスと前記変換回路の入力インピーダンスとのバランスによっては、変換回路の時定数が変化して、測定流量とＰＷＭ信号のデューティ比との線形性が保たれない場合が生じる。これをソフトウェア的に解決するには、前記ＰＷＭ信号生成回路が、当該ＰＷＭ信号生成回路の出力インピーダンスと前記変換回路の入力インピーダンスとバランスによって生じる、前記変換回路の平滑化のための時定数の変動をパラメータとしてデューティ比を設定するものであることが好ましい。
【００１６】
前記ＰＷＭ信号生成回路の出力インピーダンスと前記変換回路の入力インピーダンスとのバランスが保たれていたり、そうでなくとも、アナログ流量信号の精度が仕様を満たすなど条件の下、前記ＰＷＭ信号生成回路において、隣り合う規定電圧レベル及びデューティ比の設定方式を一般化すれば、以下のようになる。
【００１７】
すなわち、前記デジタル流量信号の値ｑと、前記規定電圧レベルＶ０、Ｖ１・・・、Ｖｋ・・・Ｖｎ（ｎは２以上の整数、Ｖｋ＞Ｖｋ−１）とを比較し、Ｖｊ≧ｓ・ｑ＞Ｖｊ−１となるｊ（ｊは１以上ｎ以下の整数、ｓは所定の係数）を検索し、（ｓ・ｑ−Ｖｊ−１）／（Ｖｊ−Ｖｊ−１）、ローレベルがＶｊ−１、及びハイレベルがＶｊとなるＰＷＭ信号を出力するというものである。
【００１８】
前記ＰＷＭ信号生成回路の出力インピーダンスと前記変換回路の入力インピーダンスとのバランスが十分保たれていない場合は、該ＰＷＭ信号生成回路は、当該ＰＷＭ信号生成回路の出力インピーダンスと前記変換回路の入力インピーダンスとバランスによって生じる、前記変換回路の平滑化時定数の変動に基づいて、該ＰＷＭ信号のデューティ比を前記（ｓ・ｑ−Ｖｊ−１）／（Ｖｊ−Ｖｊ−１）から偏移した値に設定するものであることが好ましい。
本発明に係る流量測定装置を流量制御装置に搭載してもかまわない。
【００１９】
また、本発明は、流量測定装置のみならず、広くデジタル−アナログ変換装置にも適用できる。その場合、本発明は、デジタル信号を受け付けて、該デジタル信号の値を示すアナログ信号に変換するアナログ変換部を具備し、前記アナログ変換部が、予め定められた３以上の規定電圧レベルを出力可能であり、前記デジタル信号が示す値に基づいて、それら規定電圧レベルのうちから２つの規定電圧レベルを選択する一方、前記デジタル信号が示す値に基づいて、デューティ比を設定し、該２つの規定電圧レベルをハイレベル及びローレベルとするＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成回路と、前記ＰＷＭ信号生成回路から出力されるＰＷＭ信号を平滑化して前記アナログ信号に変換する変換回路とを具備したものとなる。デジタル信号の値としては、流体の流量測定や流量制御に係る値、すなわち、流体の成分濃度、流体の温度、バルブの開度、流体圧力などを挙げることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、ＰＷＭ信号におけるハイレベル及びローレベルの差が規定電圧レベルの数に応じて減少し、アナログ流量信号における残留リップル電圧もそれに応じて減少するので、出力応答速度を犠牲にすることなく、精度の高いアナログ流量信号を得ることができるようになる。また、前記規定電圧レベルが、デジタル電源電圧及デジタルコモン電圧とは別に設定されたアナログ定電圧及びアナログコモン電圧に基づいて設定されていれば、出力されるＰＷＭ信号のハイレベル及びローレベルが安定するので、より精度の高いアナログ流量信号を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態における流量測定装置を示す概略図。
【図２】同実施形態におけるアナログ変換部を示す電気回路図。
【図３】同実施形態におけるアナログ変換部の動作を説明するための電気回路図。
【図４】同実施形態におけるアナログ変換部の動作を説明するための電気回路図。
【図５】同実施形態におけるアナログ変換部の動作を説明するための電気回路図。
【図６】同実施形態における一次ＰＷＭ信号、各スイッチング素子及び二次ＰＷＭ信号の変化の関連を示す波形図。
【図７】同実施形態における一次ＰＷＭ信号、各スイッチング素子及び二次ＰＷＭ信号の変化の関連を示す波形図。
【図８】同実施形態における測定流量と一次ＰＷＭ信号のデューティ比との関係を示す関係図。
【図９】同実施形態における二次ＰＷＭ信号の波形を示す波形図。
【図１０】同実施形態において、ＲＣフィルタ回路の時定数変化によって、測定流量とデューティ比とが線形関係からずれることを示すグラフ。
【図１１】同実施形態において、ＲＣフィルタ回路の時定数変化によって、測定流量とデューティ比とが線形関係からずれることを示すグラフ。
【図１２】本発明の他の実施形態におけるアナログ変換部を示す電気回路図。
【図１３】本発明のさらに他の実施形態におけるアナログ変換部を示す電気回路図。
【図１４】本発明のさらに他の実施形態におけるアナログ変換部を示す電気回路図。
【図１５】本発明のさらに他の実施形態における流量制御装置を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本実施形態の流量測定装置１００は、図１に示すように、例えば、半導体製造装置で用いられる気体材料の流量を測定するものであり、流量測定のためのセンサーを主体として構成された流量センサ本体１と、前記流量センサ本体１からのセンサ出力信号を受信してその値から測定流量を算出する情報処理装置２とを具備する。
【００２３】
前記流量センサ本体１は、流量を測定すべき気体材料が流れる内部流路Ｒ、該内部流路Ｒに設けた流体抵抗素子５２３、５２４（例えばオリフィスなど）、その前後に設けた圧力センサＰ、流体温度を測定するための温度センサＴ等を有した差圧式ものである。なお、この流量センサ本体として熱式のものやその他の形式のものを用いて構わない。
【００２４】
情報処理装置２は、ＣＰＵ、ＡＤコンバータ、メモリ等からなるデジタル／アナログ混在回路で構成されたものであり、図１に示すように、前記流量センサ本体１からの圧力や温度に係る出力信号をＡＤコンバータを介してデジタル化し、そのデジタル化した各出力信号の値に、所定のプログラムで規定された演算を施すことによって流量を算出・測定し、その測定流量の値を示すデジタル流量信号を生成する流量算出部３を備えたものである。
【００２５】
この流量算出部３は、所定のサンプリング間隔で流量を次々算出するものであり、算出された流量である測定流量は、前記メモリに出力されてその値が逐次格納されるとともに、例えば図示しない表示器にその値がデジタル表示されたり、グラフ表示されたりする。なお、前記演算式に関しては、ここでの説明は省略する。
しかして、この実施形態での情報処理装置２は、前記デジタル流量信号をアナログ流量信号に変換するアナログ変換部４をさらに具備している。
【００２６】
このアナログ変換部４は、図２に示すように、前記デジタル流量信号が示す測定流量の値に基づいてＰＷＭ信号（二次ＰＷＭ信号）を生成するＰＷＭ信号生成回路５と、前記二次ＰＷＭ信号を平滑化して前記アナログ流量信号に変換する変換回路６を具備したものである。
【００２７】
前記ＰＷＭ信号生成回路５は、前記測定流量の値によって定まるデューティ比（デューティ比設定アルゴリズムに関しては後述する。）の一次ＰＷＭ信号を生成する一次ＰＷＭ信号生成回路５１と、予め定められた３つの規定電圧レベルを有し、前記一次ＰＷＭ信号のハイレベル及びローレベルを、前記３つの規定電圧レベルのうちの選択された隣り合う２つの規定電圧レベルに変換した二次ＰＷＭ信号を生成する二次ＰＷＭ信号生成回路５２と具備したものである。
【００２８】
前記一次ＰＷＭ信号生成回路５１は、デジタル電源（電圧Ｖｄ）とデジタルコモンＣＯＭｄに接続されたデジタル回路系に属し、ここでは、所定のプログラムにしたがって動作するＣＰＵがその役割を担う。この実施形態で使用しているＣＰＵは、指定されたデューティ比のＰＷＭ信号を出力可能な第１ＰＷＭ信号出力ポート５１ａ及び第２ＰＷＭ信号出力ポート５１ｂを有しているものである。
【００２９】
そして、前述したように、前記測定流量の値によって定まるデューティ比（デューティ比設定アルゴリズムに関しては後述する。）の一次ＰＷＭ信号を生成して、いずれかのＰＷＭ信号出力ポート５１ａ、５１ｂから出力する。この一次ＰＷＭ信号のハイレベルはデジタル電源電圧Ｖｄ、ローレベルはデジタルコモンＣＯＭｄの電圧となる。なお、ＣＰＵにＰＷＭ信号出力機能がない場合、例えばアナログ三角波からＰＷＭ信号を生成するような公知の回路を利用して構わない。
【００３０】
この一次ＰＷＭ信号生成回路５１において、前記一次ＰＷＭ信号は、２つのＰＷＭ信号出力ポート５１ａ（５１ｂ）のいずれか一方からのみ出力され、他方のＰＷＭ信号出力ポート５１ｂ（５１ａ）からは、ハイ又はロー（デュ−ティ比が１００％又は０％）に固定された選択信号が出力される。この一次ＰＷＭ信号が、いずれのＰＷＭ信号出力ポート５１ａ、５１ｂから出力されるかは、測定流量の値によって定まるようにプログラムで規定してある。
【００３１】
前記二次ＰＷＭ信号生成回路５２は、アナログ回路系に属し、アナログ定電圧源（電圧Ｖｒｅｆ）とアナログコモンＣＯＭａ（電圧Ｖｃｏｍ）との間に直列に配置した一対のスイッチング素子５２１、５２２（ここでは、Ｐ型及びＮ型のＭＯＳＦＥＴ）と、これらスイッチング素子５２１、５２２間に直列に設けられて中間電圧Ｖｍ＝（Ｖｒｅｆ−Ｖｃｏｍ）／２を生成する、互いに等しい値の一対の抵抗素子５２３、５２４とを具備したものである。なお、アナログ定電圧源の電圧Ｖｒｅｆは、ここではデジタル電源電圧Ｖｄと同じかそれよりもやや小さい値に設定してあるが、それに限定されるものではない。
【００３２】
より具体的に説明すると、前記第１スイッチング素子５２１は、その第１端子（Ｐ型ＭＯＳＦＥＴのソース端子）が前記アナログ定電圧源に、その第２端子（Ｐ型ＭＯＳＦＥＴのドレイン端子）が第１抵抗素子５２３の一端に接続されているとともに、そのコントロール端子（Ｐ型ＭＯＳＦＥＴのゲート端子）が第１ＰＷＭ信号出力ポート５１ａに接続してある。
【００３３】
第２スイッチング素子５２２は、その第１端子（Ｎ型ＭＯＳＦＥＴのドレイン端子）が第２抵抗素子５２４の一端に、その第２端子（Ｎ型ＭＯＳＦＥＴのソース端子）がアナログコモンＣＯＭａに接続されているとともに、そのコントロール端子（Ｎ型ＭＯＳＦＥＴのゲート端子）が第２ＰＷＭ信号出力ポート５１ｂに接続してある。
そして、これら抵抗素子５２３、５２４を結ぶ接続線を、当該二次ＰＷＭ信号生成回路５２の出力ポート５２ａとしている。
【００３４】
かかる構成の二次ＰＷＭ信号生成回路５２において、例えば、第１スイッチング素子５２１がＯＮ（第１ＰＷＭ信号出力ポート５１ａがローレベル）、第２スイッチング素子５２２がＯＦＦ（第２ＰＷＭ信号出力ポート５１ｂがローレベル）の場合（図３参照）、前記出力ポート５２ａの電圧は、アナログ定電圧源の電圧Ｖｒｅｆとなる。
【００３５】
また、第１スイッチング素子５２１がＯＦＦ（第１ＰＷＭ信号出力ポート５１ａがハイレベル）、第２スイッチング素子５２２がＯＮ（第２ＰＷＭ信号出力ポート５１ｂがハイレベル）の場合（図４参照）、前記出力ポート５２ａの電圧は、アナログコモンＣＯＭの電圧Ｖｃｏｍとなる。
【００３６】
さらに、第１スイッチング素子５２１がＯＮ（第１ＰＷＭ信号出力ポート５１ａがローレベル）、第２スイッチング素子５２２がＯＮ（第２ＰＷＭ信号出力ポート５１ｂがハイレベル）の場合（図５参照）、前記出力ポート５２ａの電圧は、アナログ定電圧源の電圧ＶｒｅｆとアナログコモンＣＯＭの電圧Ｖｃｏｍとのちょうど中間の値Ｖｍ＝（Ｖｒｅｆ−Ｖｃｏｍ）／２となる。
【００３７】
なお、図３〜図５では、スイッチング素子５２１、５２２の記号を、図２のものより一般化して記載している。
これら３つの出力電圧（高い方から順に）Ｖｒｅｆ、Ｖｍ、Ｖｃｏｍが前述した３つの規定電圧レベルである。
【００３８】
したがって、前記一次ＰＷＭ信号生成回路５１において、第１ＰＷＭ信号出力ポート５１ａから一次ＰＷＭ信号が出力され、第２ＰＷＭ信号出力ポート５１ｂからハイレベルの選択信号が出力されると、図６に示すように、前記二次ＰＷＭ信号生成回路５２では、第２スイッチング素子５２２はＯＮ状態が維持される一方、第１スイッチング素子５２１は、一次ＰＷＭ信号のＯＮ／ＯＦＦとは反対にＯＦＦ／ＯＮするので、前記出力ポート５２ａから、周波数は一次ＰＷＭ信号と同じで、デューティ比（ハイ／ロー）は反転、ハイレベルがＶｍ、ローレベルがＶｃｏｍに変換された二次ＰＷＭ信号が出力されることとなる。
【００３９】
また、前記一次ＰＷＭ信号生成回路５１において、第２ＰＷＭ信号出力ポート５１ｂから一次ＰＷＭ信号が出力され、第１ＰＷＭ信号出力ポート５１ａからローレベルの選択信号が出力されると、図７に示すように、前記二次ＰＷＭ信号生成回路５２では、第１スイッチング素子５２１はＯＮ状態が維持される一方、第２スイッチング素子５２２は、一次ＰＷＭ信号のＯＮ／ＯＦＦに合わせてＯＮ／ＯＦＦするので、前記出力ポート５２ａから、周波数は一次ＰＷＭ信号と同じで、デューティ比（ハイ／ロー）は反転、ハイレベルがＶｒｅｆ、ローレベルがＶｍに変換された二次ＰＷＭ信号が出力されることとなる。
【００４０】
前記変換回路６は、前記二次ＰＷＭ信号を所望のレベルにまで平滑化するために必要な値を有する抵抗素子６１１及びコンデンサ６１２からなるＲＣフィルタ回路６１と、このＲＣフィルタ回路６１に接続された、出力インピーダンスを低減するためのバッファ回路６２とを具備したものである。ＲＣフィルタ回路６１の入力ポートは、前記二次ＰＷＭ信号生成回路５２における出力ポート５２ａに接続してある。
次に、該流量測定装置１００におけるアナログ変換部４の動作を説明する。
【００４１】
まず、アナログ変換部４における一次ＰＷＭ信号生成回路５１が、所定のプログラム（アルゴリズム）にしたがって動作することにより、前記デジタル流量信号を受け付け、その測定流量の値に応じた、一次ＰＷＭ信号のデューティ比を算出するとともに、その一次ＰＷＭ信号をいずれのＰＷＭ信号出力ポート５１ａ、５１ｂから出力するかを設定する。
具体的に説明する。
【００４２】
測定流量ｑが最大可能測定流量Ｑｍａｘの半分以下の場合、一次ＰＷＭ信号生成回路５１は、一次ＰＷＭ信号のデューティ比ＤＴ１を、下記式（数１）で設定する。
【００４３】
【数１】
0006484131.tif 000002
【００４４】
そして、この一次ＰＷＭ信号を前記第１ＰＷＭ信号出力ポート５１ａから出力する一方、第２ＰＷＭ信号出力ポート５１ｂからは、デューティ比を１（１００％）にしたハイレベルの選択信号を出力する。
【００４５】
この一次ＰＷＭ信号及び選択信号を受信した二次ＰＷＭ信号生成回路５２では、前述したように、第２スイッチング素子５２２はＯＮ状態が維持される一方、第１スイッチング素子５２１は、一次ＰＷＭ信号のハイ／ローによってＯＦＦ／ＯＮするので、前記出力ポート５２ａから、周波数は一次ＰＷＭ信号と同じで、デューティ比（ハイ／ロー）は反転、ハイレベルがＶｍ、ローレベルがＶｃｏｍに変換された二次ＰＷＭ信号が出力されることとなる。
【００４６】
一方、測定流量ｑが最大可能測定流量Ｑｍａｘの半分を超えている場合、一次ＰＷＭ信号生成回路５１は、一次ＰＷＭ信号のデューティ比ＤＴ１を、下記式（数２）で設定する。
【００４７】
【数２】
0006484131.tif 000003
【００４８】
そして、この一次ＰＷＭ信号を前記第２ＰＷＭ信号出力ポート５１ｂから出力する一方、第１ＰＷＭ信号出力ポート５１ａからは、デューティ比を０（０％）にしたローレベルの選択信号を出力する。
【００４９】
この一次ＰＷＭ信号及び選択信号を受信した二次ＰＷＭ信号生成回路５２では、前述したように、第１スイッチング素子５２１はＯＮ状態が維持される一方、第２スイッチング素子５２２は、一次ＰＷＭ信号のハイ／ローに合わせてＯＮ／ＯＦＦするので、前記出力ポート５２ａから、周波数は一次ＰＷＭ信号と同じで、デューティ比（ハイ／ロー）は反転し、ハイレベルがＶｒｅｆ、ローレベルがＶｍに変換された二次ＰＷＭ信号が出力されることとなる。
【００５０】
前記変換回路６は、このようにして生成された二次ＰＷＭ信号を受信し、ＲＣフィルタ回路６１によって平滑化した後、バッファ回路６２で出力インピーダンスを変換して、アナログ流量信号として出力する。
【００５１】
図８に、デジタル流量信号が示す測定流量に応じて、各ＰＷＭ信号出力ポート５１ａ、５１ｂから出力される信号のデューティ比の変化を示す。また、図９に、デジタル流量信号が示す測定流量に応じた二次ＰＷＭ信号の変化を示す。
【００５２】
しかしてこのような構成の流量測定装置１００によれば、ＰＷＭ信号の変化幅が１／２となるため、残留するリップル電圧も１／２となり、残留リップルと出力応答速度のトレードオフを１／２にすることができる。
【００５３】
また、規定電圧が、デジタル電源電圧Ｖｄ及デジタルコモン電圧とは別に設定されたアナログ定電圧Ｖｒｅｆ及びアナログコモン電圧Ｖｃｏｍに基づいて設定されているので、出力されるＰＷＭ信号のハイレベル及びローレベルが安定し、デジタル回路からの影響を避けて、精度の高いアナログ流量信号を得ることができる。
【００５４】
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
例えば、二次ＰＷＭ信号生成回路５２の出力インピーダンスに対して、ＲＣフィルタ回路６１の入力インピーダンスが（後段バッファ回路６２へのバイアス電流やコンデンサへの漏れ電流によるシフト問題や、平滑機能などの関係で）十分に大きくとれない場合、より具体的には、二次ＰＷＭ信号生成回路５２の抵抗素子５２３、５２４の値に比べ、ＲＣフィルタ回路６１の抵抗値が十分に大きくとれない場合、ＲＣフィルタ回路６１回路の時定数が変化して、図８に示すようにＰＷＭ信号のデューティ比を測定流量と線形に変化させたのでは、アナログ流量信号の値（電圧値）が、デジタル流量信号の値とずれる場合がある。
図１０、図１１にずれ量を示す。ＲＣフィルタの抵抗値が小さい図１１の方が、ずれが大きくなることがわかる。
【００５５】
そこで、これを一致させるべく、デジタル測定流量の値から、線形式ではない例えば多次関数やメモリマップによって、ＰＷＭ信号のデューティ比を定めても構わない。
【００５６】
また、図１２に示すように、二次ＰＷＭ信号生成回路５２と変換回路６との間にバッファＢを入れるなどして、二次ＰＷＭ信号生成回路５２の出力インピーダンスと変換回路６の入力インピーダンスとのバランスをとってもよい。ただし、このバッファＢの応答速度やドリフト、オフセットなどに起因してアナログ流量信号の値の精度が悪くなる場合もある。逆にいえば、バッファＢのない前記実施形態によれば、応答速度が担保でき、精度を向上できるという効果を得られることがわかる。
【００５７】
前記実施形態では、規定電圧レベルが、アナログ定電圧Ｖｒｅｆ及びアナログコモン電圧Ｖｃｏｍの他に、これを２分した中間電圧Ｖｍを設けた３つであったが、これを４以上にして構わない。
【００５８】
規定電圧レベルを４つにした具体例を図１３、規定電圧レベルを５つにした具体例を図１４にそれぞれ示す。
【００５９】
図１３において、二次ＰＷＭ信号生成回路５２は、互いに等しい抵抗値（Ｒ）を有する４つの抵抗素子と３つのスイッチング素子Ｈ、Ｍ、Ｌとを有したものである。そして、一次ＰＷＭ信号生成回路５１には、前記各スイッチング素子Ｈ、Ｍ、Ｌを制御する３つの第１ＰＷＭ信号出力ポート５１ａ、５１ｂ、５１ｃが設けられている。
【００６０】
前記一次ＰＷＭ信号生成回路５１は、所定のプログラム（アルゴリズム）にしたがって以下のように動作する。
（１）図１３の下表に示すように、デジタル測定流量が最大可能測定流量Ｑｍａｘの２／３を超えている場合、一次ＰＷＭ信号生成回路５１は、スイッチ素子ＨをＯＮ、スイッチ素子ＬをＯＦＦにするとともに、スイッチ素子Ｍを一次ＰＷＭ信号に基づいてＯＮ／ＯＦＦさせることにより、二次ＰＷＭ信号生成回路５２に、ハイレベルＶｒｅｆ、ローレベル２／３Ｖｒｅｆの二次ＰＷＭ信号を生成させる。
（２）デジタル測定流量が最大可能測定流量Ｑｍａｘの１／３〜２／３の場合、一次ＰＷＭ信号生成回路５１は、スイッチ素子ＭをＯＮにするとともにスイッチ素子Ｈ、Ｌを一次ＰＷＭ信号に基づいてＯＮ／ＯＦＦさせることにより、二次ＰＷＭ信号生成回路５２にハイレベル２／３Ｖｒｅｆ、ローレベル１／３Ｖｒｅｆ二次ＰＷＭ信号を生成させる。
（３）デジタル測定流量が最大可能測定流量Ｑｍａｘの１／３以下の場合、一次ＰＷＭ信号生成回路５１は、スイッチ素子ＨをＯＦＦ、スイッチ素子ＬをＯＮにするとともに、スイッチ素子Ｍを一次ＰＷＭ信号に基づいてＯＮ／ＯＦＦさせることにより、二次ＰＷＭ信号生成回路５２に、ハイレベル１／３Ｖｒｅｆ、ローレベルＶｃｏｍ（０）の二次ＰＷＭ信号を生成させる。
【００６１】
図１４において、二次ＰＷＭ信号生成回路５２は、互いに等しい抵抗値（２・Ｒ）を有する２つの抵抗素子と、その半分の抵抗値（Ｒ）を有する２つの抵抗素子に加え、４つのスイッチング素子Ｈ１、Ｈ２、Ｌ１、Ｌ２とを有したものである。そして、一次ＰＷＭ信号生成回路５１には、前記各スイッチング素子Ｈ１、Ｈ２、Ｌ１、Ｌ２を制御する４つの第１ＰＷＭ信号出力ポート５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄが設けられている。
【００６２】
そして、これら一次ＰＷＭ信号生成回路５１及び二次ＰＷＭ信号生成回路５２からなるＰＷＭ信号生成回路５は、下記表に示すように動作することにより、
（１）デジタル測定流量が最大可能測定流量Ｑｍａｘの３／４を超えている場合、ハイレベルＶｒｅｆ、ローレベル３／４Ｖｒｅｆの二次ＰＷＭ信号を生成する。
（２）デジタル測定流量が最大可能測定流量Ｑｍａｘの３／４〜１／２の場合、ハイレベル３／４Ｖｒｅｆ、ローレベル１／２Ｖｒｅｆ二次ＰＷＭ信号を生成する。
（３）デジタル測定流量が最大可能測定流量Ｑｍａｘの１／２〜１／４の場合、ハイレベル１／２Ｖｒｅｆ、ローレベル１／４Ｖｒｅｆ二次ＰＷＭ信号を生成する。
（４）デジタル測定流量が最大可能測定流量Ｑｍａｘの１／４以下の場合、ハイレベル１／４Ｖｒｅｆ、ローレベルＶｃｏｍ（０）の二次ＰＷＭ信号を生成する。
【００６３】
規定電圧レベル及びその数を一般化した場合のＰＷＭ信号生成回路５の機能は、以下のように整理することができる。
【００６４】
デジタル流量信号の値ｑと、前記規定電圧レベルＶ０、Ｖ１・・・、Ｖｋ・・・Ｖｎ（ｎは２以上の整数、Ｖｋ＞Ｖｋ−１）とを比較し、Ｖｊ≧ｓ・ｑ＞Ｖｊ−１となるｊ（ｊは１以上ｎ以下の整数、ｓは所定の係数）を検索し、デューティ比が（ｓ・ｑ−Ｖｊ−１）／（Ｖｊ−Ｖｊ−１）、ローレベルがＶｊ−１、及びハイレベルがＶｊとなるＰＷＭ信号を出力する。
【００６５】
このとき、デジタル流量信号の値ｑからデューティ比を求めるのに、（ｓ・ｑ−Ｖｊ−１）／（Ｖｊ−Ｖｊ−１）という線形式を用いているが、前述したようにインピーダンスの違いでずれが生じる場合、その線形式の代わりに、例えば多次関数やメモリマップによって、デューティ比を定めても構わない。
また、隣り合う規定電圧レベルの値は全て等しくしなくてもよいし、必ずしも隣り合う規定電圧レベルによって二次ＰＷＭ信号のハイレベルとローレベルとを規定しなくともよい。
【００６６】
さらに、この流量測定装置１００を用いて流量制御装置２００を構成して構わない。具体的な構成は、図１５に示すように、例えば、流量測定装置１００と、流量調整弁Ｍと、前記流量測定装置１００で測定された測定流量を所定の目標流量に近づけるべく前記流量調整弁Ｍをフィードバック制御する制御部９とを具備するものが考えられる。
【符号の説明】
【００６７】
１００・・・流量測定装置
４・・・アナログ変換部
５・・・ＰＷＭ信号生成回路
５１・・・一次ＰＷＭ信号生成回路
５２・・・二次ＰＷＭ信号生成回路
６・・・変換回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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