(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定流体を一方向に流通する合成樹脂管から成る測定管と、該測定管の所定の位置を離隔的に保持する磁気保持部と、前記測定管に振動を与える加振駆動部と、前記測定管の往き管と戻り管の２個所において前記測定管の変位を検出する変位検出部と、前記測定管の外側に配置する光学的温度検知素子とを有するコリオリ式質量流量計であって、前記磁気保持部は、前記測定管に付設した磁気作用体に対して、磁気吸引力を作用させて前記測定管を離隔的に保持すると共に、前記測定管は透明又は半透明とし、前記光学的温度検知素子と前記測定管内の測定流体とを共役とするレンズ光学系とを備え、前記測定管内の前記測定流体を遠隔的に測温することを特徴とするコリオリ式質量流量計。
【請求項２】
前記光学的温度検知素子は赤外線検知素子としたことを特徴とする請求項１に記載のコリオリ式質量流量計。
【請求項３】
前記レンズ光学系の光路内に波長選択フィルタを配置したことを特徴とする請求項１又は２に記載のコリオリ式質量流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流量を測定すると共に測定管内の流体温度を外部から検出するコリオリ式質量流量計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造装置などにおいては、例えばコリオリ式質量流量計が用いられることがある。コリオリ式質量流量計とは、速度Ｖで回転振動系の回転中心に向かう、又は回転中心から離れる質量ｍの質点に働くコリオリ力が、質量ｍと速度Ｖの積に比例することから、コリオリ力を測定して質量流量を求める方式の流量計である。
【０００３】
コリオリ式質量流量計は差圧式、電磁式、容積式などの流量計と比較すると、直接的に質量流量が得られること、摩耗などを起こす機械的可動部分がないこと、保守性に優れていること、そして原理上、測定管の振動数の計測から密度が計測できることなどの数々の優れた特長を有している。
【０００４】
例えば、特許文献１には図５に示すように、Ｕ字形測定管を用いたコリオリ式質量流量計が開示されている。測定管は１本のＵ字形測定管１で構成され、取付フランジ２ａ、２ｂを介して固定された点を中心にして、片持ち梁状のＵ字形測定管１は加振した共振周波数で上下に振動を繰り返えす。この測定管１内に流入した測定流体は、入口からＵ字の曲がり部に向かって流れる際に、測定管１に対する速度によりコリオリ力が生じ、測定管１に歪を与え、曲管部から出口に向かって流れる際は、コリオリ力により逆方向の歪を与え振動となる。
【０００５】
測定管１のＵ字形を成す先端には振動子３が設けられ、曲がり部の両側の測定管１には変位検出センサ４ａ、４ｂがそれぞれ取り付けられている。
【０００６】
測定管１に測定流体を流し、振動子３を駆動し測定管１を加振する。振動子３の振動方向の角速度ω、測定流体の流速νとすると、Ｆｃ＝−２ｍω×νのコリオリ力が働き、このコリオリ力Ｆｃに比例した振動の振幅を変位検出センサ４ａ、４ｂで検出し、演算を行えば質量流量が測定できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平３−４１３１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このコリオリ式質量流量計では、測定管１が測定流体の温度によって温められたり冷やされると、弾性係数が変化して、測定管１の共振振動数やねじれ面が微妙に変わり流量測定値に影響を与えるので、この流量測定値を補正するために測定流体を測温することが好ましい。
【０００９】
本発明の目的は、流量を測定すると共に、測定管に接触することなく測定管の内部の測定流体を測温可能なコリオリ式質量流量計を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するための本発明に係るコリオリ式質量流量計は、測定流体を一方向に流通する合成樹脂管から成る測定管と、該測定管の所定の位置を離隔的に保持する磁気保持部と、前記測定管に振動を与える加振駆動部と、前記測定管の往き管と戻り管の２個所において前記測定管の変位を検出する変位検出部と、前記測定管の外側に配置する光学的温度検知素子とを有するコリオリ式質量流量計であって、前記磁気保持部は、前記測定管に付設した磁気作用体に対して、磁気吸引力を作用させて前記測定管を離隔的に保持すると共に、前記測定管は透明又は半透明とし、前記光学的温度検知素子と前記測定管内の測定流体とを共役とするレンズ光学系とを備え、前記測定管内の前記測定流体を遠隔的に測温することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るコリオリ式質量流量計によれば、流量測定と共に、測定管の外側から遠隔的に測定管内の流体を測温できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例のコリオリ式質量流量計の斜視図である。
【図２】側面図である。
【図３】要部の拡大構成図である。
【図４】温度測定部の構成図である。
【図５】従来例のコリオリ式質量流量計の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明を図１〜図４に図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
図１は実施例のコリオリ式質量流量計の斜視図、図２は側面図である。このコリオリ式質量流量計は主として、測定流体を一方向に流通する測定管１１と、測定管１１の所定の位置を離隔的にかつ弾性的に保持する磁気保持部１２と、測定管１１を加振する加振駆動部１３と、測定管１１の変位を検出する変位検出部１４と、測定管１１内の測定流体を測温する温度測定部１５と、これらの機構に対し検出信号、制御信号を入出力し、測定流体の流量を演算する図示しない演算制御部とから成っている。
【００１４】
測定管１１は透明又は半透明の合成樹脂管の例えばフッ素樹脂管から成り、直径が例えば３．２ｍｍで、中央部にＵ字状の曲管部１１ａを有しており、曲管部１１ａには金属管又は合成樹脂管、好ましくは金属管から成る補強管１１ｂが被着されている。なお、測定流体が腐蝕性を有していなければ、測定管１１はフッ素樹脂管でなくとも通常の合成樹脂管であってもよい。しかし、測定管１１は補強管１１ｂを含めて振動を十分に伝達可能とする硬度の弾性係数を有し、柔軟でないことが必要である。測定管１１の径は１例であり、任意の径の測定管１１を使用できることは勿論である。
【００１５】
このように、補強管１１ｂによって曲管部１１ａを被覆することにより、合成樹脂製の測定管１１であっても、曲管部１１ａが変形する虞れはなく保形が可能である。
【００１６】
測定管１１の曲管部１１ａを境界とする往き管１１ｃと戻り管１１ｄの平行な２個所は、基板１６上に配置されたハウジング１７に挟着されることにより、測定管１１は保持されている。従って、これらの固定位置よりも曲管部１１ａ側の測定管１１は、機械的な支持部がない自由端とされている。
【００１７】
図３に示す要部の拡大構成図のように、曲管部１１ａ上の補強管１１ｂには、合成樹脂製の第１の磁性体ホルダ１１ｅが付加され、この先端には磁気作用体１１ｆとして、磁極面を前方に向けた永久磁石、又は鉄、コバルト、ニッケル、これらの合金などの強磁性体が埋め込まれている。
【００１８】
第１の磁性体ホルダ１１ｅに対向した離隔位置に、磁気保持部１２の合成樹脂製の第２の磁性体ホルダ１２ａが基板１６上に設けられている。磁気保持部１２は測定管１１を保持したハウジング１７と基板１６を介して連結しているが、基板１６では他の部材を介して連結していてもよい。第２の磁性体ホルダ１２ａには、第１の磁性体ホルダ１１ｅ中の永久磁石又は強磁性体から成る磁気作用体１１ｆと対向して、強力な例えばネオジム磁石などから成り、磁極面を磁気作用体１１ｆに向けた永久磁石１２ｂが配置されている。磁気作用体１１ｆが永久磁石の場合には、対向する磁極同士は異極とされ、つまりＳ極とＮ極が対向するようにされている。従って、第２の磁性体ホルダ１２ａの永久磁石１２ｂは、磁気作用体１１ｆを磁気吸引力により強力に吸引することにより、測定管１１の曲管部１１ａの位置を離隔的に所定位置に弾性的に保持するという磁気保持部１２の役割を果している。
【００１９】
このように、実施例の補強管１１ｂにより被覆された曲管部１１ａは、第２の磁性体ホルダ１２ａ側に強く引き寄せられる。従って、この状態で測定管１１内に測定流体を流入しても、曲管部１１ａが測定流体の重みで垂れ下がり位置が変化することなく弾性的に保持され、また補強管１１ｂにより曲管部１１ａが変形することが防止される。
【００２０】
なお、第２の磁性体ホルダ１２ａにおいては、永久磁石１２ｂの代りに、電磁コイルを用いて磁気作用体１１ｆを吸引することもできる。また、第１の磁性体ホルダ１１ｅには永久磁石から成る磁気作用体１１ｆを取り付け、第２の磁性体ホルダ１２ａには強磁性体を配置し、磁気作用体１１ｆの永久磁石から生ずる磁束により第２の磁性体ホルダ１２ａの強磁性体に磁気吸引力を作用させることも可能である。
【００２１】
また、第１の磁性体ホルダ１１ｅの下側には、加振駆動部１３の一部として機能する加振体１３ａとして、永久磁石が磁極面を下方向に向けて取り付けられている。加振体１３ａの下方の基板１６上には、電磁石である電磁コイル１３ｂが配置され、加振体１３ａと共働して作用する加振駆動部１３とされている。なお、加振体１３ａは永久磁石以外にも、鉄、コバルト、ニッケル、これらの合金から成る強磁性体であってもよい。
【００２２】
電磁コイル１３ｂの鉄心１３ｃに巻回したコイル１３ｄに電流の方向を切換ながら通電し、鉄心１３ｃの端部から発生する磁束の方向を切換えることにより、加振体１３ａに対し磁気吸引力、磁気反発力を交互に繰り返して作用し、加振体１３ａ、磁性体ホルダ１１ｅを介して測定管１１に非接触で所定の振動を加振する。
【００２３】
なお、この振動は測定管１１の左右対称の中心位置に加えることが好ましい。また、振動数は測定管１１中に測定流体を充満した状態における測定管１の共振周波数、或いはその整数倍とされ、通常はオートチューニングより求められた数１０〜数１００Ｈｚであり、測定管１１の弾性係数、形状、測定流体の種類によって異なる。
【００２４】
なお、加振駆動部１３による加振量は微少であるので、測定管１１が磁気保持部１２により保持されていても、測定管１１を加振することができる。なお、加振駆動部１３には電磁コイル１３ｂ以外の他の加振駆動機構を使用することも可能である。
【００２５】
流量測定中の測定管１１の加振による変位の大きさ、つまりコリオリ力を測定するために、測定管１１の平行部分の往き管１１ｃ、戻り管１１ｄの２個所には、光センサによる変位検出部１４が配置されている。測定管１１には光反射部１４ａがそれぞれ取り付けられ、光反射部１４ａの下方の基板１６上には、送受光部１４ｂがそれぞれ配置されている。
【００２６】
この変位検出部１４では、送受光部１４ｂからの光ビームを光反射部１４ａに向けて送光し、その反射光を送受光部１４ｂで受光して、反射光の位置ずれを検出する。この位置ずれにより送受光部１４ｂから光反射部１４ａまでの距離、つまりそれぞれの送受光部１４ｂからの往き管１１ｃと戻り管１１ｄへの距離をそれぞれ測定し、往き管１１ｃと戻り管１１ｄにおけるコリオリ力によるねじれ量に相当する量を演算制御部で時間差検出により求める。そして、これらの検出量を基に流量を求めるが、その演算方式等は公知なのでその説明は省略する。
【００２７】
なお、この変位検出部１４は位置ずれ検出方式により距離を測定しているが、ぼけ検出方式、光干渉方式等により距離を検出してもよい。また、光検出方式の代りに、例えば電磁式の変位検出器等に代えることもできる。しかし、光検出方式は測定管１１に対して力を作用することがないので、微小なコリオリ力に影響を与えることがなく、精度の良い流量測定ができる。
【００２８】
また、測定管１１の下方の基板１６上には、測定管１１の外側から測定管１１内の流体温度を測温する流量計の流体温度測定装置である温度測定部１５が配置されている。図４は温度測定部１５で使用される赤外線放射温度計の構成図を示し、温度測定部１５はレンズ光学系１５ａと温度検知素子１５ｂとを有している。レンズ光学系１５ａは測定管１１の内部の測定流体と赤外線検知素子である光学的温度検知素子１５ｂとを共役としている。従って、測定管１１の内部の流体の温度に依存する赤外線は透明又は半透明の測定管１１を通過して、レンズ光学系１５ａの光路内に配置された図示しない波長選択フィルタを介して温度検知素子１５ｂで検知され、遠隔的に測定流体の測温がなされる。
【００２９】
この測温は測定管１１に接触することなく遠隔的になされるので、測定管１１に生ずるコリオリ力に影響を与えることがなく、精度の良い流量測定に寄与できる。なお、実施例においては、このコリオリ式質量流量計をカバーで覆って内部を暗室としているので、周囲の外光が測温における外乱となることはない。
【００３０】
実施例においては、測定管１１は水平に配置しているが、鉛直方向に配置してコリオリ力を検出することもできる。
【００３１】
なお、本明細書における上下とは、図面に対しての方向であり、必ずしも実際の装置における上下とは限らない。
【符号の説明】
【００３２】
１１  測定管
１１ａ  曲管部
１１ｂ  補強管
１１ｃ  往き管
１１ｄ  戻り管
１１ｅ  第１の磁性体ホルダ
１１ｆ  磁気作用体
１２  磁気保持部
１２ａ  第２の磁性体ホルダ
１２ｂ  永久磁石
１３  加振駆動部
１３ａ  加振体
１３ｂ  電磁コイル
１４  変位検出部
１４ａ  光反射部
１４ｂ  送受光部
１５  温度測定部
１５ａ  レンズ光学系
１５ｂ  温度検知素子
１６  基板
１７  ハウジング
【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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