特許 5969760 熱式流量センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5969760

(24)【登録日】2016年7月15日

(45)【発行日】2016年8月17日

(54)【発明の名称】熱式流量センサ

(51)【国際特許分類】

   G01F 1/698 20060101AFI20160804BHJP

   G01F 1/69 20060101ALI20160804BHJP

【ＦＩ】

   G01F1/698 A

   G01F1/69 A

【請求項の数】4

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2011-286701(P2011-286701)

(22)【出願日】2011年12月27日

(65)【公開番号】特開2013-134231(P2013-134231A)

(43)【公開日】2013年7月8日

【審査請求日】2014年12月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】000127961

【氏名又は名称】株式会社堀場エステック

(74)【代理人】

【識別番号】100121441

【弁理士】

【氏名又は名称】西村 竜平

(74)【代理人】

【識別番号】100113468

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 明子

(74)【代理人】

【識別番号】100154704

【弁理士】

【氏名又は名称】齊藤 真大

(72)【発明者】

【氏名】岡野 浩之

(72)【発明者】

【氏名】白井 隆

【審査官】 山下 雅人

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１１−２０１７９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１６９６５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平７−１９８４３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平５−１５７６０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３４０９６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／０４０３２７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００１−３０４９３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３４０９６３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｆ １／６８ − １／６９９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

流体である処理用ガスが流れるメイン流路及び当該メイン流路から分岐して前記流体を分流させて前記流体の流量を検出する流量検出機構が設けられるセンサ流路を備えており、
前記流量検出機構が、前記センサ流路を形成するセンサ流路管に巻回された発熱抵抗線からなる上流側コイル及び下流側コイルを有し、
前記上流側コイル及び前記下流側コイルにより前記センサ流路に生じる温度分布のピーク位置が、前記センサ流路における前記上流側コイル及び前記下流側コイルの間の中央位置よりも前記上流側コイル側にあることを特徴とする熱式流量センサ。

【請求項2】

流体である処理用ガスが流れるメイン流路及び当該メイン流路から分岐して前記流体を分流させて前記流体の流量を検出する流量検出機構が設けられるセンサ流路を備えており、
前記流量検出機構が、前記センサ流路を形成するセンサ流路管に巻回された発熱抵抗線からなる上流側コイル及び下流側コイルを有し、
前記上流側コイルの加熱温度が前記下流側コイルの加熱温度よりも高く設定されていることを特徴とする熱式流量センサ。

【請求項3】

流体である処理用ガスが流れるメイン流路及び当該メイン流路から分岐して前記流体を分流させて前記流体の流量を検出する流量検出機構が設けられるセンサ流路を備えており、
前記流量検出機構が、前記センサ流路を形成するセンサ流路管に巻回された発熱抵抗線からなる上流側コイル及び下流側コイルを有し、
前記上流側コイルの巻線幅が、前記下流側コイルの巻線幅よりも長くなるように構成されていることを特徴とする熱式流量センサ。

【請求項4】

前記上流側コイルを含むブリッジ回路を有する上流側定温度制御回路と、前記下流側コイルを含むブリッジ回路を有する下流側定温度制御回路とを有する請求項１乃至３の何れかに記載の熱式流量センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱式流量センサに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来の熱式流量センサとしては、特許文献１に示すように、流体が流れるメイン流路及び当該メイン流路から分岐して前記流体を分流させて前記流体の流量を検出する流量検出機構が設けられたセンサ流路を備えたものがある。

【0003】

そして、前記流量検出機構としては、図１０に示すように、センサ流路を形成するセンサ流路管に、温度に応じて抵抗値が変化する発熱抵抗体からなる上流側コイル及び下流側コイルを互いに独立して設けるとともに、上流側コイルを含むブリッジ回路を有する上流側定温度制御回路と、下流側コイルを含むブリッジ回路を有する下流側定温度制御回路とを設けたものがある。そして、これら定温度制御回路によって前記上流側コイル及び下流側コイルの温度を常に相等しく且つ一定となるように制御し、上流側定温度制御回路の出力電圧をＶｕ、下流側定温度制御回路の出力電圧をＶｄとして、例えば（Ｖｕ−Ｖｄ）／（Ｖｕ＋Ｖｄ）又は（Ｖｕ−Ｖｄ）なる式に基づいて流量Ｑを算出するように構成されている。

【0004】

つまりこの熱式流量センサは、センサ流路に流体が流れると、上流側コイルは流体によって熱を奪われることにより、上流側コイルを一定温度に保つための電力が増加して上流側定温度制御回路の出力電圧Ｖｕが大きくなる。一方、下流側コイルは流体から熱を与えられることにより、下流側コイルを一定温度に保つための電力が減少して下流側定温度制御回路の出力電圧Ｖｄが小さくなる。

【0005】

ところで、熱伝導率の良いガス（例えばＨｅ、Ｈ_２等）は、センサ流路の上流側コイルで奪った熱量をセンサ流路の下流側コイルに効率良く伝えるため、センサ流路を流れる流体の流量に対する熱式流量センサの流量出力特性の直線性は比較的優れている。

【0006】

しかしながら、熱伝導率の悪いガス（例えばＳＦ_６、ＣＦ_４等）は、センサ流路の上流側コイルから奪った熱量をセンサ流路の下流側コイルへ伝える熱伝達の効率が悪く、センサ流路を流れる流体の流量に対する熱式流量センサの流量出力特性の直線性が悪い。特に、センサ流路を流れる流体の流量が増加するに連れて、下流側定温度制御回路の出力電圧Ｖｄが飽和傾向となり、直線性が悪化するという問題がある。この直線性の悪化の程度は各熱式流量センサ毎に異なるため、標準の熱式流量センサの検量線を用いて各熱式流量センサの検量線を補正する場合には、一点補正により例えば検量線のスパン補正を正確に行うことが難しいという問題がある。つまり、各熱式流量センサにおける検量線の直線性が保たれていないため、一点補正を行ったとしても、その一点以外の部分における補正の精度が悪く、その結果、実ガス流量の測定精度が悪化してしまうという問題がある。

【0007】

なお、上記の問題は定温度制御方式の熱式流量センサだけでなく、図１１に示すように、上流側コイル及び下流側コイルを直列に接続して構成されたブリッジ回路と、当該ブリッジ回路に定電流を流す定電流回路とを有する定電流制御方式の熱式流量センサにおいても同様である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２００９−３００４０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

そこで本発明は、上記問題点を解決すべくなされたものであり、熱式流量センサの流量出力特性の直線性を改善して実ガス流量の測定精度を向上することをその主たる課題とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

すなわち本発明に係る熱式流量センサは、流体である処理用ガスが流れるメイン流路及び当該メイン流路から分岐して前記流体を分流させて前記流体の流量を検出する流量検出機構が設けられるセンサ流路を備えており、前記流量検出機構が、前記センサ流路を形成するセンサ流路管に巻回された発熱抵抗線からなる上流側コイル及び下流側コイルを有し、前記上流側コイル及び前記下流側コイルにより前記センサ流路に生じる温度分布のピーク位置が、前記センサ流路における前記上流側コイル及び前記下流側コイルの間の中央位置よりも前記上流側コイル側にあることを特徴とする。なお、上流側コイル及び下流側コイルの間の中央位置とは、上流側コイル及び下流側コイルが隙間を開けて配置されている場合には当該隙間の中間位置、つまり上流側コイルの下流側端と下流側コイルの上流側端との中間位置であり、上流側コイル及び下流側コイルが密着して配置されている場合には当該密着位置、つまり上流側コイルの下流側端（下流側コイルの上流側端）である。

【0011】

このようなものであれば、上流側コイル及び下流側コイルにより生じる温度分布のピーク位置が上流側コイル及び下流側コイルの間の中央位置よりも上流側コイル側にあることから、センサ流路の上流側で流体に奪われる熱量を増やすことにより、センサ流路の下流側コイルに伝わる熱量を増加させることができる。これにより、下流側コイルにより得られる出力の直線性を改善することができ、熱式流量センサの流量出力特性の直線性を改善して実ガス流量の測定精度を向上することができる。なお、本発明では、センサ流路を構成するセンサ流路管に発熱抵抗線からなる上流側コイル及び下流側コイルを巻回しているので、センサ流路を流れる流体とコイルとの間での熱伝達を容易にすることができ、本発明の効果を一層優れたものとすることができる。

【0012】

前記上流側コイルの温度が前記下流側コイルの温度よりも高く設定されていることが望ましい。このように構成することで、センサ流路管に巻回される上流側コイル及び下流側コイルの構成を変更することなく、それら上流側コイル及び下流側コイルを含むブリッジ回路の固定抵抗の抵抗値を変更するだけで、上流側コイル及び下流側コイルによりに生じる温度分布のピーク位置を、上流側コイル及び下流側コイルの間の中央位置よりも上流側コイル側とすることができる。

【0013】

前記上流側コイルの巻線幅が、前記下流側コイルの巻線幅よりも長くなるように構成されていることが望ましい。このように構成することで、上流側コイル及び下流側コイルを含むブリッジ回路の回路構成を変更することなく、センサ流路管に巻回される上流側コイル及び下流側コイルの巻線幅を調整するだけで、上流側コイル及び下流側コイルによりに生じる温度分布のピーク位置を、上流側コイル及び下流側コイルの間の中央位置よりも上流側コイル側とすることができる。

【0014】

前記上流側コイルを含むブリッジ回路を有する上流側定温度制御回路と、前記下流側コイルを含むブリッジ回路を有する下流側定温度制御回路とを有することが望ましい。このように上流側コイル及び下流側コイルを定温度制御するものであれば、センサ流路を流れる流体を一定温度条件化で測定することができ、コンバージョンファクタ（ガス種換算係数：Ｃ_Ｆ値）の温度変動を考慮する必要が無いので、実ガス流量値を精度よく得ることができる。

【発明の効果】

【0015】

このように構成した本発明によれば、上流側コイル及び下流側コイルによりセンサ流路に生じる温度分布のピーク位置を、センサ流路における上流側コイル及び下流側コイルの間の中央位置よりも上流側コイル側としているので、熱式流量センサの流量出力特性の直線性を改善して実ガス流量の測定精度を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の一実施形態に係る熱式流量センサの模式的構成図。

【図2】同実施形態における定温度制御方式の回路構成を示す図。

【図3】同実施形態の上流側コイル及び下流側コイルによる温度分布を示す図（（ａ）上流側コイル温度＝下流側コイル温度、（ｂ）上流側コイル温度＞下流側コイル温度）。

【図4】同実施形態における定電流制御方式の回路構成を示す図。

【図5】定温度制御方式におけるセンサ流量と各定温度制御回路から出力される出力電圧との関係を示す図。

【図6】定温度制御方式におけるセンサ流量とセンサ出力の直線性との関係を示す図。

【図7】定温度制御方式における流量と各ブリッジ回路での消費電力との関係を示す図。

【図8】変形実施形態に係る熱式流量センサの回路構成を示す図。

【図9】本発明の熱式流量センサを用いたマスフローコントローラの構成を示す図。

【図10】従来の定温度方式の回路構成を示す図。

【図11】従来の定電流方式の回路構成を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下に、本発明に係る熱式流量センサの一実施形態について、図面を参照して説明する。

【0018】

本実施形態に係る熱式流量センサ１００は、例えば半導体製造プロセスに用いられる熱式質量流量センサであり、図１に示すように、流体である試料ガス（例えばＳＦ_６等の半導体処理用ガス）Ｇが流れるメイン流路２と、このメイン流路２から分岐して試料ガスＧを分流させて試料ガスＧの流量を検出するためのセンサ流路３と、試料ガスＧの流量を検出する流量検出機構４と、メイン流路２におけるセンサ流路３の分岐点Ｐと合流点Ｑの間に設けられ、複数の内部流路５１を有する抵抗体としての層流素子５とを備える。なお、層流素子５は、メイン流路２及びセンサ流路３の分流比が所定の設計値となるようにするものであり、定流量特性を有するバイパス素子等の抵抗部材から構成されている。この層流素子５としては、複数本の細管を外管の内部に挿入して形成したもの、又は多数の貫通孔を形成した薄い円板を複数枚積層して形成したもの等を用いることができる。

【0019】

メイン流路２は、流体導入ポート２０１及び流体導出ポート２０２を有する概略直管状のメイン流路管２００により形成されている。

【0020】

センサ流路３は、メイン流路管２００に設けられた概略逆Ｕ字形状をなす中空細管であるセンサ流路管３００により形成されている。本実施形態のセンサ流路管３００は、ステンレス等の金属製のものであるが、他の素材を用いて形成することができる。そしてセンサ流路３は、メイン流路２を流れる試料ガスＧの流量を検出するための流量検出機構４が設けられる直線状の測定路３１を有する。

【0021】

流量検出機構４は、センサ流路３に分流した流量を検出するためのセンサ部４１と、当該センサ部４１からの出力信号を取得してメイン流路２を流れる試料ガスＧの少なくとも質量流量を算出する流量算出部４２とを備えている。

【0022】

センサ部４１は、測定路３１の上流側においてセンサ流路管３００の外周面に発熱抵抗線を巻き付けてなる上流側コイル４１１と、測定路３１の下流側においてセンサ流路管３００の外周面に発熱抵抗線を巻き付けてなる下流側コイル４１２とを備えている。この上流側コイル４１１及び下流側コイル４１２は、温度の変化にともなって電気抵抗値が増減する発熱抵抗線から形成されており、いずれも測定路３１を形成する中空細管３００の直管部の外周面に巻き付けられている。なお、センサ部４１を発熱抵抗線からなる上流側コイル４１１及び下流側コイル４１２から構成しているので、加熱手段と温度検出手段とを１つの部材により構成でき熱式流量センサの構成を簡略化することができる。

【0023】

流量算出部４２は、前記上流側コイル４１１及び下流側コイル４１２が構成の一部とされた電気回路であり、ブリッジ回路、増幅回路及び補正回路等を備えている。そして、流量算出部４２は、試料ガスＧの瞬時流量をセンサ部４１１、４１２によって電気信号（電圧値）として検出してセンサ流路３中の流量を算出するとともに、メイン流路２とセンサ流路３との分流比に基づいて、メイン流路２中の試料ガスＧの流量を算出して、その算出流量に応じたセンサ出力信号（流量測定信号）を出力するものである。具体的な流量算出部４２の回路構成は、定温度制御方式のものと、定電流制御方式のものとで異なる。

【0024】

定温度制御方式の流量算出部４２は、図２に示すように、上流側コイル４１１及び下流側コイル４１２を温度を常に相等しく且つ一定となるように制御する上流側定温度制御回路ＴＣ１及び下流側定温度制御回路ＴＣ２を有する。

【0025】

上流側定温度制御回路ＴＣ１は、上流側コイル４１１及び当該上流側コイル４１１の温度設定用抵抗１０１を直列に接続し、２つの固定抵抗１０２、１０３を直列に接続して、これらを並列接続してなる上流側ブリッジ回路ＢＣ１と、上流側コイル４１１及び温度設定用抵抗１０１の接続点の電位及び２つの固定抵抗１０２、１０３の接続点の電位の差（Ｖｕ）を上流側ブリッジ回路ＢＣ１にフィードバックして上流側ブリッジ回路ＢＣ１の平衡に保つようにするとともに、出力端子からそれらの電位差（Ｖｕ）を出力するオペアンプを有する制御回路ＣＣ１とを有する。

【0026】

また、下流側定温度制御回路ＴＣ２は、下流側コイル４１２及び当該下流側コイル４１２の温度設定用抵抗１０４を直列に接続し、２つの固定抵抗１０５、１０６を直列に接続して、これらを並列接続してなる下流側ブリッジ回路ＢＣ２と、下流側コイル４１２及び温度設定用抵抗１０４の接続点の電位及び２つの固定抵抗１０５、１０６の接続点の電位の差（Ｖｄ）を下流側ブリッジ回路ＢＣ２にフィードバックして下流側ブリッジ回路ＢＣ２の平衡に保つようにするとともに、出力端子からそれらの電位差（Ｖｄ）を出力するオペアンプを有する制御回路ＣＣ２とを有する。

【0027】

ここで上流側コイル４１１及び下流側コイル４１２は、同じ抵抗温度係数の材料を用いて構成されている。そして、上流側コイル４１１は、制御回路ＣＣ１により、温度設定用抵抗１０１と同抵抗値となるようにフィードバック制御される。また、下流側コイル４１２は、制御回路ＣＣ２により、温度設定用抵抗１０４と同抵抗値となるようにフィードバック制御される。

【0028】

そして、流量算出部４２は、前記上流側定温度制御回路ＴＣ１から出力された出力電圧（Ｖｕ）と下流側定温度制御回路ＴＣ２から出力された出力電圧（Ｖｄ）との差（Ｖｕ−Ｖｄ）を増幅等してセンサ出力信号（流量測定信号）として出力する。

【0029】

そして本実施形態の熱式流量センサ１００は、図３（ｂ）に示すように、少なくともセンサ流路にガスが流れていない状態において、上流側コイル４１１及び下流側コイル４１２によりセンサ流路３に生じる温度分布のピーク位置が、センサ流路３における上流側コイル４１１及び下流側コイル４１２の間の中央位置Ｘよりも上流側コイル４１１側となるように構成されている。具体的には、上流側コイル４１１の温度が下流側コイル４１２の温度よりも高く設定されており、上流側コイル４１１の発熱量が下流側コイル４１２の発熱量よりも多い。なお、上流側コイル４１１の温度が下流側コイル４１２の温度よりも高く設定されていることから、センサ流路３にガスが流れていない状態において（Ｖｕ−Ｖｄ）はゼロではない。ここで、上流側コイル４１１の温度が、５℃以上下流側コイル４１２よりも高温であることが好ましく、より好ましくは、１０℃〜２０℃下流側コイル４１２よりも高温であることが良い。この場合、上流側コイル４１１の巻線幅（Ｌ）と下流側コイル４１２の巻線幅（Ｌ）とは同一である。なお、図３（ａ）は、従来の定温度制御方式において上流側コイル及び下流側コイルの温度を相等しくした場合のセンサ流路３に生じる温度分布を示している。

【0030】

上記定温度制御方式の回路構成においては、上流側コイル４１１の温度設定抵抗１０１の抵抗値及び下流側コイル４１２の温度設定抵抗１０４の抵抗値を選択することによって、上流側コイル４１１の温度及び下流側コイル４１２の温度を調整することができる。例えば、上流側コイル４１１の温度設定抵抗１０１の抵抗値を、下流側コイル４１２の温度設定抵抗１０４の抵抗値よりも高い抵抗値に設定すれば、下流側コイル４１２よりも上流側コイル４１１の方が高い抵抗値となり、すなわち、上流側コイル４１１の温度の方が下流側コイル４１２の温度よりも高くなり、温度分布が図３（ｂ）となる。

【0031】

次に、定電流制御方式の流量算出部４２の回路構成を図４に示す。
この定電流制御方式のものにおいては、上流側コイル４１１及び下流側コイル４１２を直列に接続し、２つの固定抵抗１０７、１０８を直列に接続して、これらを並列接続してなるブリッジ回路ＢＣ３と当該ブリッジ回路ＢＣ３に所定の一定電流を供給する例えばオペアンプやトランジスタを用いた制御回路ＣＣ３と、上流側コイル４１１及び下流側コイル４１２の接続点の電位及び２つの固定抵抗１０７、１０８の接続点の電位の差を出力するオペアンプを有する電位差検出回路ＶＤとを有する。なお、上流側コイル４１１及び下流側コイル４１２は、同じ抵抗温度係数である材料を用いて構成されている。

【0032】

ここで本実施形態の構成としては、図４に示すように、下流側コイル４１２に固定抵抗１０９を並列に接続して、上流側コイル４１１に流れる電流値を下流側コイル４１２に流れる電流値よりも大きくして、上流側コイル４１１を下流側コイル４１２よりも高温にしている。なお、固定抵抗１０９を並列に接続しない場合には、センサ流路３に流体が流れない状態において、ブリッジ回路ＢＣに一定電流を流すと、上流側コイル４１１及び下流側コイル４１２は同抵抗値となる。

【0033】

その他、固定抵抗１０９を下流側コイル４１２に並列接続する他、固定抵抗１０７、１０８の抵抗値の比を調整することにより、上流側コイル４１１及び下流側コイル４１２の抵抗値の比を調整することで、上流側コイル４１１を下流側コイル４１２よりも高温にすることができる。

【0034】

次に、上記の定温度制御方式の熱式流量センサ１００を用いたセンサ特性データを図５〜図７に示す。なお、以下のデータは、熱式流量センサにＳＦ_６を流した場合の結果である。

【0035】

図５（ａ）は、従来の熱式流量センサ（図１０参照）のセンサ特性、つまり、上流側コイル及び下流側コイルの温度を同じ（８０度）にした場合におけるセンサ流量［％Ｆ．Ｓ．］に対する上流側ブリッジ回路の出力電圧値（Ｖｕ）及び下流側ブリッジ回路の出力電圧値（Ｖｄ）の出力特性を示す図である。図５（ｂ）は、上流側コイルの温度（９０度）を下流側コイルの温度（８０度）よりも高くした場合におけるセンサ流量［％Ｆ．Ｓ．］に対する上流側ブリッジ回路の出力電圧値（Ｖｕ）及び下流側ブリッジ回路の出力電圧値（Ｖｄ）の出力特性を示す図である。なお、センサ流量とは、センサ流路に流れる流体の流量である。

【0036】

図５（ａ）から分かるように、センサ流量が増大するに連れて、具体的には５０％Ｆ．Ｓ．以上において下流側ブリッジ回路の出力電圧値（Ｖｄ）が飽和傾向にあり、１００％Ｆ．Ｓ．において上流側ブリッジ回路の出力電圧値（Ｖｕ）と下流側ブリッジ回路の出力電圧値（Ｖｄ）との間に対称性が無い。これは、センサ流路を流れる流体が上流側コイルから奪った熱量に対して、当該流体が下流側コイルに与えた熱量が小さいためである。一方、図５（ｂ）から分かるように、センサ流量が増大しても、上流側ブリッジ回路の出力電圧値（Ｖｕ）及び下流側ブリッジ回路の出力電圧値（Ｖｄ）はともに直線的に変化しており、１００％Ｆ．Ｓ．において上流側ブリッジ回路の出力電圧値（Ｖｕ）及び下流側ブリッジ回路の出力電圧値（Ｖｄ）はともに約０．８９［Ｖ］であり、対称となっている。これは、センサ流路を流れる流体が上流側コイルから奪った熱量と、当該流体が下流側コイルに与えた熱量とがほぼ等しいためである。

【0037】

上記図５（ａ）、（ｂ）における各出力電圧値から得られる質量流量センサのセンサ流量［％Ｆ．Ｓ．］に対するセンサ出力［％Ｆ．Ｓ．］の直線性を図６に示す。なお、センサ出力とは、熱式流量センサから出力される熱式流量センサに流入する流体の流量である。この図６において、上流側コイル及び下流側コイルを共に８０℃にした場合に比べて、上流側コイルを９０℃、下流側コイルを８０℃とした場合の方が、直線性が５０％以上向上していることが分かる。

【0038】

また、上記図５（ａ）、（ｂ）における、各流量に対する上流側コイルを含むブリッジ回路での消費電力と下流側コイルを含むブリッジ回路での消費電力を図７に示す。この図７から分かるように、下流側コイルを含むブリッジ回路においては、上流側コイル及び下流側コイルを同一温度（８０度）に加熱した場合に比べて、上流側コイルを９０度、下流側コイルを８０度とした場合の方が、下流側コイルを含むブリッジ回路での消費電力の減少（変化量）が、上流側コイルを含むブリッジ回路の増加（変化量）よりも顕著になっており、上流側コイルにより奪われた熱量が下流側コイルに効果的に伝わっていることが分かる。

【0039】

このように構成した本実施形態の熱式流量センサ１００によれば、上流側コイル４１１及び下流側コイル４１２により生じる温度分布のピーク位置が上流側コイル４１１及び下流側コイル４１２の間の中央位置Ｘよりも上流側コイル４１１側にあることから、センサ流路３の上流側で流体に奪われる熱量を増やすことによりセンサ流路３の下流側にある下流側コイル４１２に伝わる熱量を増加させることができる。これにより、下流側コイル４１２からの出力の直線性を改善することができ、流量出力特性の直線性を改善して実ガス流量の測定精度を向上することができる。本実施形態により、例えば流速が速いガスや熱伝導率の悪いガスを測定する場合であっても、温度分布のピーク位置が上流側コイル４１１側にあることから、当該ピーク位置が下流側コイル４１２側に行き過ぎることにより生じるセンサ出力の飽和が生じるまでの範囲を大きく取ることができ直線性を向上させることができる。つまり、上流側コイル４１１側にあるピーク位置は流体の流量が大きくなるに連れて中央位置に移動する。そして、さらにピーク位置は、流体の流量が大きくなるに連れて、中央位置からセンサ出力が飽和する下流側コイル側に移動する。このように、本実施形態では、流量ゼロの状態において温度分布のピーク位置が従来の熱式流量センサの位置（中央位置）よりも上流側に偏っているので、その分センサ出力を飽和しにくくすることができる。

【0040】

また、本実施形態では、センサ流路３を構成する中空細管であるセンサ流路管３００の全周に発熱抵抗線からなる上流側コイル４１１及び下流側コイル４１２を巻回しているので、センサ流路３の全周から熱交換でき、センサ流路３を流れる少量の流体とコイル４１１、４１２との間での熱伝達を容易にすることができ、本実施形態の効果を一層優れたものとすることができる。また、センサ流路管３００に巻回する上流側コイル４１１及び下流側コイル４１２の巻数や幅を増やすことにより、センサ流路３を流れる流体と熱交換する領域を大きく取ることができる。

【0041】

また、定温度制御方式の熱式流量センサ１００とした場合には、上流側コイル４１１及び下流側コイル４１２を定温度制御することから、流量出力特性の直線性を改善しながらも、センサ流路３を流れる流体を一定温度条件化で測定することができ、コンバージョンファクタ（ガス種換算係数：Ｃ_Ｆ値）の温度変動を考慮する必要が無いので、実ガス流量値を一層精度よく得ることができる。

【0042】

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、図８に示すように、上流側コイル４１１の巻線幅（Ｌｕ）が、下流側コイル４１２の巻線幅（Ｌｄ）よりも長くなるように構成したものであっても良い。このような構成によっても、上流側コイル４１１及び下流側コイル４１２によりに生じる温度分布のピーク位置を、上流側コイル４１１及び下流側コイル４１２の間の中央位置Ｘよりも上流側コイル４１１側とすることができる。なお、上流側コイル４１１及び下流側コイル４１２の巻線平均温度は同一であるが、図８の破線に示すように、各コイル４１１、４１２それぞれの温度分布を合わせると、温度分布のピーク位置が中央位置Ｘよりも上流側コイル４１１側となる。

【0043】

また前記実施形態の質量流量センサ１００をマスフローコントローラＺに用いても良い。この場合、低真空領域において高精度且つ高感度に流量を測定することができるため、非常に高精度な流量制御を実現し得るマスフローコントローラＺを提供することができる。

【0044】

この質量流量センサ１００を組み込むマスフローコントローラＺの具体的態様としては、例えば、図９に示すように、前記実施形態の質量流量センサ１００と、メイン流路２の合流点ＭＰより下流側に設けた流量制御バルブＺ１と、質量流量センサ１００の出力する流量測定信号の示す信号値（測定流量値）及び入力手段（図示しない）により入力される流量設定信号の示す目標流量である設定流量値に基づいて流量制御バルブＺ１の弁開度を制御する弁制御部Ｚ２と、を具備する。

【0045】

また、上流側コイル及び下流側コイル間に若干の隙間を設けているが、隙間の無い構成とすることもできる。なお、上流側コイル及び下流側コイルを隙間を開けて配置する場合には、上流側コイル及び下流側コイルによりセンサ流路３に生じる温度分布のピークが１つとなるように近接させて配置することが望ましい。

【0046】

さらに、前記実施形態では、上流側コイル及び下流側コイルを同じ抵抗温度係数を有する材料から構成しているが、異なる抵抗温度係数を有する材料から構成することによって、上流側コイルを下流側コイルよりも高温となるように構成しても良い。また、上流側コイルの巻線幅を下流側コイルの巻線幅よりも小さくした場合であっても、上流側コイルの加熱温度を下流側コイルの加熱温度よりも高温にすることで、センサ流路に生じる温度分布のピーク位置を上流側コイル側としても良い。また、上流側コイルの加熱温度を下流側コイルの加熱温度よりも低温とした場合であっても、上流側コイルの巻線幅を下流側コイルの巻線幅よりも長くすることで、センサ流路に生じる温度分布のピーク位置を上流側コイル側としても良い。その他、センサ流路に生じる温度分布のピーク位置を上流側コイル側となるように、上流側コイル及び下流側コイルの巻線幅及び加熱温度を種々設定することができる。なおこの場合、所望の測定精度となるように上流側コイル及び下流側コイルの巻線幅及び加熱温度を種々設定する。

【0047】

その上、流量算出部４２が、上流側コイルに流す電流をオンオフ制御するとともに、下流側コイルに流す電流をオンオフ制御するものであり、上流側コイルのオンオフ制御におけるデューティ比を下流側コイルのオンオフ制御におけるデューティ比よりも大きくすることにより、上流側コイルの温度を下流側コイルの温度よりも高く設定するものであっても良い。

【0048】

前記実施形態の質量流量センサ及びマスフローコントローラを半導体製造プロセス以外にも用いることができる。

【0049】

また、前記実施形態の他に、液体等の流体の流量を検出する熱式流量センサに適用することもできる。

【0050】

その他、前述した実施形態や変形実施形態の一部又は全部を適宜組み合わせてよいし、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

【符号の説明】

【0051】

１００・・・熱式流量センサ
２・・・メイン流路
２００・・・メイン流路管
３・・・センサ流路
３００・・・センサ流路管
４・・・流量検出機構
４１１・・・上流側コイル
４１２・・・下流側コイル
ＢＣ１、ＢＣ２・・・ブリッジ回路
ＣＣ１、ＣＣ２・・・制御回路
ＢＣ３・・・ブリッジ回路
ＣＣ３・・・制御回路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】