[发明专利]流量测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用超声波的流量测量装置，尤其涉及一种非接触性地测量流过用于半导体制造装置等的细管内部的流体的流速的装置。

背景技术

以往，作为使用超声波的流量测量装置公知有如下的被称为传播速度差式超声波流量计的流量计：在流过管路的流体内传播超声波，通过从流的上游至下游的超声波传播速度与从下游至上游的超声波传播速度之差，求出流体的速度，并根据该流体的速度对流过管路的流体的流量进行计测。

但是，在使用超声波的上述流量测量装置中，没有恰当地进行关于用于在管中传播的波的理论性分析，因此其优化很困难。

本发明的发明者们在对于流过管内的流体的流速与由超声波发送单元激发的导波的传播速度之间的关系进行研究后得出以下看法，即，流体的流速变化时，对于在管中传播的导波的传播速度存在影响，并且目前还在继续研究中。

另外，在本说明书中“导波”是指在板、棒、管等具有边界的介质中沿长度方向传播的超声波。

此外，本发明的申请人们对于使用导波的流量测量装置的发明到目前为止正在进行以下申请：日本特愿2006-109218（参考日本特开2007-298275号公报。以下，称作“现有技术1”。）以及日本特愿2007-280888（参考日本特开2009-109299号公报。以下，称作“现有技术2”。）。

现有技术1对于在充满了静水的管中传播的波是导波这一内容进行了验证，同时提出了一种具有控制∕分析装置的流量测量装置，该流量测量装置在流过流体的管的外面隔开距离L设置2个超声波振子，将所述2个超声波振子中的一个作为发送单元，另一个作为接收单元并使它们相互动作，并根据通过超声波振子的驱动使管与内部流体作为一个介质被激发的导波在相距间隔L的超声波收发单元之间从上游向下游传播的传播时间T1与从下游向上游传播时的传播时间T2之间的传播时间差，求出流体的流速。

此外，现有技术2是对现有技术1的流量测量装置的改进，提出了一种具有控制∕分析装置并使用超声波的流量测量装置，其中，该流量测量装置是在流过流体的管的外面隔开距离L设置2个超声波振子，将所述2个超声波振子中的一个作为发送单元，另一个作为接收单元并使它们相互动作，并根据通过超声波振子的驱动使管与内部流体作为一个介质被激发的导波在相距间隔L的超声波收发单元之间从上游向下游传播时的传播时间T1与从下游向上游传播时的传播时间T2之间的传播时间差，求出流体的流速，该流量测量装置的特征在于，使用在流体的纵波声速附近相位速度的变化量变小的模式的导波。

另一方面，已知有非专利文献1和2进行了在充满静水的管中传播的导波的分析。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007-298275号公报

专利文献2：日本特开2009-109299号公报

非专利文献

非专利文献1：佐藤治道、メキシムレベデフ、明渡純：Proc．Symp．Ultrason．Electron．26(2005)443．

非专利文献2：佐藤治道他、JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS，45-5B(2006)pp．4573-4576

发明内容

发明要解决的课题

虽然现有技术1和现有技术2是使用导波的流量测量装置，但是存在以下的问题。

（1）虽然示出了使用在流体的纵波声速附近相位速度的变化量变小的模式的导波，但是，并没有具体地示出选定哪个频率，此外，即便假设使超声波收发单元按所选定的频率振荡，实际上也存在压电元件的个体差异或管的个体差异、电子电路的特性等，难以使所选定的频率与超声波收发单元振荡的频率一致。

（2）同时检测多个频率的导波而生成“拍频”，由于温度的影响等在频率的峰值错开时，该“拍频”的波形形状发生变化，对流量测量造成不良影响。

（3）流体流通的管径变小时，超声波收发单元的径也变小，能够注入的能量变小。此外，流体流通的管径变大时，流速变小，流速灵敏度下降。

本发明鉴于现有技术中的问题而提出，本发明的目的在于，提供如下的流量测量装置：通过优化超声波频率而能够计测作为群速度的峰值的频率的导波（最初传播来的波），而且通过使从超声波收发单元注入的能量增大并提高接收灵敏度，以及通过提高流速灵敏度，改善了测量精度。

用于解决课题的手段