流量计制造技术

本发明专利技术公开了一种流量计，其可以以高测量精度测量流体的小流量，尺寸小，可处理各种类型的试剂，且容易制造，成本低。所述流量计包括：壳体，其具有增大部分，并垂直布置；浮子，其封闭在所述壳体的增大部分中，且至少部分具有检测表面，所述检测表面从下面流过而进入壳体中以及向上流入壳体中的流体向上推；以及至少一个位移传感器，其设置在壳体的增大部分的外面，用于通过使浮子的检测表面磁化而检测浮子的轴向位移。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于测量流体小流量的流量计，尤其是涉及一种用于测量半导体制造设备中的流体的小流量的流量计，该半导体制造设备用于制造例如具有精细互连结构的半导体器件。
技术介绍
作为用来测量流体例如气体或液体流量的装置，公知的一种流量计具有设置在壳体中的加热元件，并通过测量所述加热元件的温度来测量流体的流量，该加热元件的温度随着壳体中流动的流体流量而变化还已知一种流量计，其包括设置在由透光材料制成的壳体的一侧上的多个发光二极管(LED)、设置在壳体相对一侧上且与所述LED面对的多个受光光电二极管、以及设置在壳体内且由遮光材料制成的浮子，所述流量计通过检测由于浮子挡住光而不能从LED处接收光的受光光电管的位置来检测浮子的位置(例如参见日本专利公开No.H2-388162)。又一种公知的流量计包括由遮光材料制成的浮子，该浮子位于由透光材料制成的壳体内；多个沿着壳体设置的图像传感单元，每个传感元件都包括光学透镜和图像传感器，用于通过将图像传感单元的多个图像范围进行组合来识别壳体的有效图像范围，该流量计基于图像传感单元发出的电信号输出来检测浮子的位置(例如参见日本专利公开No.2001-221666)。还公知一种类似流量计，其使用透镜和CCD线传感器将浮子的一维图像投影到线传感器上，并根据图像位置来检测浮子的位置(例如参见日本专利公开No.2001-221666)。另外，还公知一种流量计，其包括具有永磁体的浮子、壳体、以及设置在壳体外面的多个磁传感器，该流量计通过用多个磁传感器之一检测浮子的永磁体的磁力来检测浮子的位置(例如参见日本专利公开No.H11-190644)。
技术实现思路
在使用由例如微机械加工成的加热元件的传统流量计中，加热元件暴露于流体中。因而，当处理腐蚀性流体时，它们必须要用保护材料罩住以保护加热元件。在这种情况下，由于保护膜的热传导性，在测量流体的小流量时，测量精度不高，且响应速度也变得相当慢，从而使得很难测量流体的小流量。在具有设在壳体外面用于检测浮子位置的光学或磁传感器的传统流量计中，要增强测量精度，零件数量就会增多，这会使得组装困难，且组件尺寸大，成本高。另外，具有光学传感器的流量计需要使用透光壳体，因而对制造壳体的材料有限制。另外，这种流量计很难处理有些种类的流体。本专利技术正是为了克服上述现有技术中的缺陷，因而本专利技术的目的在于提供一种高可靠性的流量计，其可以以很高的测量精度来测量流体的小流量，且尺寸小，可以处理各种化学流体，且容易制造，制造成本低。为了实现上述目的，本专利技术提供一种流量计，包括壳体，其具有增大部分，并垂直布置；浮子，其封闭在所述壳体的增大部分中，且至少部分具有检测表面，所述浮子被从下面流进壳体并在壳体中向上流动的流体向上推；以及至少一个位移传感器，其设置在壳体的增大部分的外面，用于通过使浮子的检测表面磁化而检测浮子的轴向位移。根据本专利技术的流量计，垂直壳体中流体的向上流动在位于封闭壳体增大部分中的浮子上施加一个向上的压力，浮子在此压力和其自身重量的平衡作用下，悬浮并静止于与流量计中流动的流体流量相对应的一个位置。由于浮子至少部分地具有磁性检测表面，故可用设在壳体增大部分外面的位移传感器例如感应型位移传感器或涡流型位移传感器以高分辨率来精确检测浮子的轴向位置(位移)。位移传感器的优选示例为尺寸很小的传感器，其包括铁氧体磁芯和缠绕在该磁芯上的线圈，并具有可检测约1μm量级的位移的很高的分辨率，使用这种位移传感器可以在即使流量计尺寸做成很小使浮子冲程(垂直方向上的可移动范围)例如约为2mm时，也可以具有很高的测量精度。另外，这种位移传感器具有较高的抗冲击性、高可靠性，且制造成本低。本专利技术还提供一种流量计的壳体，其具有增大部分并垂直布置，从而允许流体从下面流入壳体并在壳体中向上流动，所述增大部分外面设有至少一个位移传感器。本专利技术还提供一种浮子，其至少部分具有检测表面，并封闭在壳体的增大部分中，所述浮子在所述增大部分中被从下面流入壳体并在壳体中向上流动的流体向上推。本专利技术的流量计用位移传感器例如感应型位移传感器或涡流型位移传感器来检测浮子的轴向位移。这使得可以对流体的小流量进行高精度测量，减小了流量计尺寸，且降低了流量计制造成本。另外，流量计的壳体和浮子可以由金属材料制成，从而即使在腐蚀性环境中也可以以高精度来稳定测量流体的小流量。此外，流量计可以不用精细加工技术例如微机械来制造，而是用传统技术来制造。因此，可以以很低的成本来制造具有牢固结构的流量计。附图说明图1A是根据本专利技术第一实施例的流量计的垂直剖视图，图1B是沿图1A的线B-B截取的剖视图，图1C是位移传感器的垂直剖视图，图1D是位移传感器的平面图。图2A示出在壳体中没有流体流动时壳体中浮子的状态的剖视图，图2B示出在壳体中有流体流动时壳体中浮子的状态的剖视图，图2C示出在壳体中的流量增加时浮子状态的剖视图。图3示出了对于具有不同比重的浮子而言，所测得的流体流量和浮子轴向位移之间的关系图。图4为根据本专利技术第二实施例的流量计的垂直剖视图。图5为根据本专利技术第三实施例的流量计的垂直剖视图。图6为根据图5所示第三实施例的流量计的变化例的垂直剖视图。具体实施例方式下面参考附图描述本专利技术的优选实施例，在附图中，具有相同操作或功能的元件使用相同的参考号，且不对其进行重复描述。图1A和图1B示出了根据本专利技术第一实施例的流量计10，图1C和图1D示出了该流量计10中所用的位移传感器15。所述流量计10包括具有增大部分12且垂直布置的壳体11、以及封闭在增大部分12中的浮子13。感应型位移传感器15设在壳体11的增大部分12外面，用于测量浮子13的轴向位移。壳体11由例如不锈钢制成，浮子13具有由高导磁性材料(强磁性铁镍合金)制成的检测表面13a。位移传感器15通过壳体11使检测表面13a(磁性表面)磁化，并根据感应系数的变化来测量检测表面(磁性表面)13的轴向位移。具体而言，浮子13上端和下端具有截头圆锥形部分，它们由强磁性铁镍合金、高导磁材料制成，各相应表面用作检测表面13a，浮子13还具有由非磁性铝材料制成且位于所述两个截头圆锥形部分之间的圆柱形部分13b。圆柱形部分13b的直径例如约为20mm，高度例如约为30mm。此实施例中的浮子比重设为约2，从而其在作为测量对象的静止流体(例如水)中下沉。通过调整较重的强磁性铁镍合金和较轻的铝之间的比率以及浮子13中空心部分的比例，可使浮子13的比重设为适当的值，这取决于要测量的流体类型、流量等。如图1C和图1D所示，位移传感器15例如包括铁氧体磁芯15a和缠绕在该铁氧体磁芯15a上的线圈15b。线圈15b的端部与一个图中未示出的传感放大器相连，可获得一个传感器输出。铁氧体磁芯15a的尺寸很小，例如直径不大于几mm，高度不大于2-3mm。因此，流量计10的尺寸，即壳体11的增大部分12的尺寸与位移传感器15的尺寸总和，可几乎与壳体11的增大部分12的尺寸一样。另外，感应型位移传感器15可以通过不锈钢壳体11以无接触的方式测量检测表面即测量物体的位移，其分辨率达到1μm量级。在此实施例中，在增大部分12上端侧上周向规则间隔布置有三个感应型位移传感器15，在下端侧上周向规则间隔布置有三个感应型本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种流量计，包括：壳体，其具有增大部分，并垂直布置；浮子，其封闭在所述壳体的增大部分中，且至少部分具有检测表面，所述浮子被从下面流进壳体并在壳体中向上流动的流体向上推；以及至少一个位移传感器，其设置在壳体的增大部分的 外面，用于通过使浮子的检测表面磁化而检测浮子的轴向位移。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：河岛浩康，小神野宏明，臼井克明，中泽敏治，
申请(专利权)人：株式会社荏原制作所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]