KR100319797B1 - 기체유량제어시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면 다수의 유량범위에서 각각의 유량범위에 적합한 방식으로 제어하는 제어기를 갖는 유량제어시스템과, 그 제어시스템을 구동하기 위한 방법이 제공된다.

유량제어 시스템은 유체 통로에 설치되며, 설정된 유량으로 유체가 유동하도록 제어한다. 유량제어 시스템은 상기 유체 통로의 통과가 허용되는 유량의 범위를 설정하기 위한 유량범위 설정장치와, 상기 유체 통로를 통과하는 유량과 대응하는 신호를 발생시키는 감지 장치와, 상기 유체 통로를 통과하는 유량을 조절하기 위한 유량조절기와, 상기 감지장치의 출력신호를 처리하여 유량을 연산하고, 연산된 유량을 사전 설정된 유량 설정값과 비교하여 상기 유량조절기를 제어하는 신호를 발생시키는 제어기를 포함한다. 상기 유량범위 설정장치는 다수의 유량범위 중 상기 유량 설정값에 대응하는 유량범위를 설정하며, 상기 제어기는 상기 설정된 유량범위에 대응하여 상기 감지장치의 출력신호를 처리하여 유량을 연산한다.

Description

기체 유량 제어시스템{SYSTEM FOR CONTROLLING FLOW RATE OF GAS}

본 발명은 유동하는 기체의 유량을 제어하기 위한 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 기체가 흐를 수 있는 허용 유량의 범위를 조절할 수 있으며, 유량범위내의 사전 설정된 유량(Set Point, 설정 유량값, 유량 설정값)으로 기체를 공급할 수 있도록 유량을 미세하게 제어할 수 있게 하여 정밀한 유량제어가 가능하도록 한 제어 시스템에 관한 것이다.

기체의 유량제어시스템은 여러 산업분야에서 사용한다. 예를 들면, 액화천연가스의 공급장치에서 필요하다. 반도체의 웨이퍼를 가공하기 위한 원료가스의 공급도 정밀하게 제어하여야 하므로 유량제어시스템을 채택한다. 다른 한편으로, 이종의 기체를 항상 일정한 유량비로 혼합하여야 할 때에는 각각의 기체가 항상 일정한 유량을 유지하면서 공급되어야 한다. 따라서, 유량제어시스템은 필수적이다.

한편, 이종의 기체를 혼합하되 가끔 그 혼합비를 변화시키면서 혼합할 필요도 있다. 그 외에도 이제까지 일정하게 공급되던 유량과는 다른 유량으로 공급해야 할 일이 많다. 즉 설정 유량값을 변화시켜야 할 때가 있다.

통상, 설정 유량값의 변화가 작다면, 유량제어시스템에 있는 밸브만을 제어 조절하면 유량을 제어할 수 있다. 그러나, 통과 허용 유량의 범위가 큰 유량제어시스템에서 아주 작은 설정 유량값에 맞추어 정밀하게 유량을 제어하는 것은 곤란하다. 그럴 경우에는 전체 유량제어시스템을 유량범위가 작은(즉, 통과 허용 유량의 크기가 작은) 시스템으로 교체해 주어야 하는 불편이 있다. 따라서, 유량제어시스템의 유량범위(통과하는 최대 허용 유량)를 크게 조절하는 것이 가능한 유량제어시스템을 구성하는 것이 필요하다.

다른 한편으로, 설정 유량값에 맞추어 기체를 공급하도록 밸브를 제어하는 제어기는 우수한 제어특성을 구비해야 한다. 어느 하나의 유량범위에만 맞추어 제어기를 구성하면, 다른 유량범위에서는 오차가 나기 쉽다. 따라서, 설정 유량값이 어떤 범위에 있든 정밀한 제어가 가능한 제어기가 요구된다.

따라서, 본 발명의 목적은 설정 유량값에 따라 유동 허용 유량의 범위를 변화시킬 수 있는 유량범위 설정장치를 갖는 유량제어시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 다수의 유량범위에서 각각의 유량범위에 적합한 방식으로 제어하는 제어기를 갖는 유량제어시스템과, 그 제어시스템을 구동하기 위한 방법을 제공하는 것이다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유량 제어시스템의 사시도

도2는 도1에 도시한 제어시스템이 구비한 유량범위 설정장치의 부분 절단 사시도

도3의 (a)는 도2에 도시한 조절봉의 사시도

도3의 (b)는 도2에 도시한 조절봉의 단면도

도4는 도1에 도시한 조절기에서 사용하는 스프링의 단면도

도5는 도1의 제어시스템에 구비된 제어기의 구성을 도시한 블록도

도6은 도1의 제어시스템의 제어기에 의한 제어 과정을 도시한 유통도

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10:유량 제어시스템 12:유량범위 설정장치

14:유량조절기 16:제어기

32:베이스 34:조절봉

36:압축스프링 38:위치 고정장치

70:몸통 72:머리

74:목부 100:감지부

102:스위칭부 104:AD 컨버터

106:프로세서 108:제1 신호출력부

110:제2 신호출력부 112:유량범위선택스위치

이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 유체 통로에 설치되며, 설정된 유량으로 유체가 유동하도록 제어하는 유량제어시스템으로서,

상기 유체 통로를 지나도록 허용하는 유량의 범위를 설정하기 위한 유량범위 설정장치와,

상기 유체 통로를 통과하는 유량을 조절하기 위한 유량조절기와,

상기 유체 통로를 통과하는 유량을 감지하여 출력신호를 발생시키고, 이 출력신호를 처리하여 유량을 연산하고, 연산된 현재의 유량을 유량 설정값과 비교하여 상기 유량조절기를 제어하는 신호를 발생시키는 제어기를 포함하며,

상기 제어기는

상기 유체 통로를 통과하는 유량과 대응하는 신호를 발생시키는 감지 장치와,

상기 감지장치의 출력신호를 디지털신호를 변환하는 AD컨버터와,

상기 유량범위 설정장치에 의해 설정될 수 있는 각각의 유량범위에 대하여 감지장치의 출력신호와 실제 유량 사이의 관계에 대한 데이터베이스가 저장된 메모리장치와,

상기 메모리에 저장된 데이터베이스를 참조하여 상기 디지털 출력신호를 처리하여 현재의 유량을 연산하고 이를 유량 설정값과 비교하여 상기 유량조절기를 제어하기 위한 디지털신호를 발생시키는 프로세서와,

상기 프로세서로부터 출력되는 디지털 출력 제어신호를 아날로그신호로 변환하는 DA컨버터를 구비함으로써,

상기 유량범위 설정장치가 다수의 유량범위 중 상기 유량 설정값에 대응하는 유량범위를 설정하였을 때, 상기 제어기는 상기 설정된 유량범위에 해당하는 데이터베이스의 데이터값을 참조하여 상기 감지장치의 출력신호로부터 현재의 유량을 연산하고 이를 설정 유량값과 비교하여 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는유량 제어시스템을 제공한다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 공급되는 유체의 유량을 설정값으로 제어하기 위한 유량 제어시스템에 사용하며, 유체의 통로에 설치되는 유량범위 설정장치로서,

그 내부에 턱이 마련되어 있는 관통구멍이 형성되어 있는 베이스와,

상기 베이스의 관통구멍의 한쪽에 끼워지는 몸통과, 상기 몸통과 연결되고 상기 관통구멍의 내면과의 사이에 유체 유동 공간을 형성하는 목부와, 상기 목부와 연결되고 상기 턱과 대향하는 머리부를 구비하며, 상기 몸통의 단부로부터 상기 목부까지 연장되어 상기 목부와 상기 베이스의 관통구멍의 내면사이에 형성되는 유체 유동 공간과 연결되는 구멍이 형성되어 있으며, 상기 베이스의 관통구멍 내에서 길이방향으로 이동할 수 있는 조절봉과,

상기 조절봉을 일정한 위치에서 고정하기 위한 고정장치와,

상기 베이스의 턱과 상기 조절봉의 머리사이에 형성되는 유체 유동 공간의 크기를 상기 조절봉의 길이방향 이동에 따라 조절하는 통로크기 조절부재를 포함함으로써,

상기 조절봉 몸통의 구멍, 목부와 관통구멍 내면 사이의 유동공간, 상기 머리부와 상기 턱 사이의 공간 및 관통구멍이 연결되어 유체경로가 마련되며, 상기 조절봉을 관통구멍의 길이방향을 따라 이동시킨 후 상기 고정장치로 고정하면 상기 통로크기 조절부재에 의해 유량범위가 설정되는 것을 특징으로 하는 유량범위 설정장치가 제공된다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 유체 통로에 설치되며, 상기 유체 통로를 지나는 유량범위를 설정하기 위한 유량범위 설정장치와, 상기 유체 통로를 통과하는 유량을 조절하기 위한 유량조절기와, 제어기(감지장치와, AD 컨버터와, 상기 유량범위 설정장치에 의해 설정될 수 있는 각각의 유량범위에 대하여 감지장치의 출력신호와 실제 유량사이의 관계에 대한 데이터베이스가 저장된 메모리장치와, 프로세서와, DA 컨버터를 구비함)가 구비된 유량제어시스템을 이용하여 사전 설정된 유량으로 유체가 공급되도록 제어하기 위하여,

상기 감지장치의 출력신호 및 상기 유량범위 설정장치에서 설정한 유량범위와, 그 유량범위 내의 유량 설정값을 획득하는 단계와,

상기 DA 컨버터에서 상기 감지장치의 출력신호를 디지털 출력신호로 변환하는 단계와,

상기 메모리의 데이터베이스로부터 상기 유량범위 설정장치에 의해 설정된 유량범위에 해당하는 데이터를 획득하는 단계와,

상기 데이터를 참조하여 상기 출력신호로부터 현재의 유량을 연산하는 단계와,

상기 연산된 유량과 유량 설정값을 비교하는 단계와,

상기 연산된 유량과 상기 유량 설정값의 차이가 사전 설정된 값보다 큰 경우 상기 유량 조절기를 제어하기 위한 디지털 제어 신호를 발생시키는 단계와,

상기 DA 컨버터에서 상기 제어신호를 아날로그신호를 변환하는 단계와,

상기 제어신호를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어방법이제공된다.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기체 유량 제어시스템(10)은 유량범위 설정장치(12)와 유량조절기(14)와 제어기(16)를 구비한다. 유량범위 설정장치(12)는 가스가 흐르는 통로에 설치된다. 유량범위 설정장치(12)의 상류측 통로에는 연결구(17)를 통하여 유량조절기(14)가 설치된다. 유량범위 설정장치(12)의 하류측에는 연결구(18)를 통하여 관(20)이 연결되어 있다. 유량조절기(14)는 연결구(22)를 통하여 가스 공급관(24)과 연결된다.

제어기(16)는 공급되는 기체의 유량을 감지하고 이에 따라 유량조절기(14)에 제어신호를 보낸다. 도1의 실시예에서는 제어기(16)는 유량범위 설정장치(12)의 상측에 부착된다. 제어기(16)의 각종 회로장치는 하우징(26) 내에 수용된다. 하우징(26)의 개방된 부분에는 유량범위설정스위치(28)와 커넥터(30)가 있다. 유량조절기(14)로는 솔레노이드 밸브를 사용하는 것이 바람직하다. 솔레노이드 밸브의 단속시간을 조절함으로써 유량이 조절된다.

도2를 참조하면, 유량범위 설정장치(12)는 베이스(32)와, 조절봉(34)과, 압축스프링(36)과 조절봉(34)의 위치 고정장치(38)를 구비한다. 베이스(32)에는 길이방향의 관통구멍(40)을 갖는다. 관통구멍(40)은 상류측에 있는 작은 지름부(42)와 하류측의 큰 지름부(44)로 이루어진다. 작은 지름부(42)와 큰 지름부(44) 사이에는 턱(46)이 형성된다. 턱(46)에 인접한 위치의 작은 지름부(42)로부터 분기되어 상측으로 연장되는 제1분기구멍(48)이 있다. 턱(46)에 인접한 위치의 큰 지름부(44)로부터 분기되어 상측으로 연장되는 제2분기구멍(49)이 있다. 제1분기구멍(48)과 제2분기구멍(49)은 베이스(32) 외부에 위치한 감지용 튜브(sensing tube; 50)를 통하여 연결된다. 유량감지 튜브(50)는 튜브지지판(52)을 통하여 베이스(32)에 고정된다. 유량감지 튜브(50)에는 후술하는 발열용 감온소자인 제1코일(54)과 검출용 감온소자인 제2코일(56)이 부착된다. 제1코일(54)은 튜브(50)의 상류측 위치에 제2코일(56)은 하류측 위치에 부착된다.

베이스(32)의 하류측에는 위치 고정장치(38)가 설치된다. 위치고정장치(38)는 고정구(58)를 구비한다. 고정구(58)는 베이스(32)에 고정된다. 고정구(58)에는 내측 구멍(60)이 형성된다. 내측구멍(60)은 상기 관통구멍(38)의 큰 지름부(44)와 그 지름이 동일하거나 크다. 고정구(58)의 상측에는 상단으로부터 상기 내측구멍(60)까지 연장되는 고정용 구멍을 갖는다. 고정용 구멍에는 나사산이 형성되어 있다. 상기 고정용 구멍에는 고정용 볼트(64)가 삽입된다.

도2를 참조하면, 길다란 조절봉(34)은 상기 고정구(58)의 내측구멍(60)과 베이스(32)의 관통구멍(40)을 통하여 큰 지름부(44)에 삽입된다. 조절봉(34)은 관통구멍(40) 내에서 길이방향으로 이동이 가능하다. 조절봉(34)은 몸통(70)과 머리(72)와 목부(74)로 이루어진다.

몸통(70)은 단면이 원형이다. 그 지름은 상기 관통구멍(40)의 큰 지름부(44)내에서 미끄럼 이동이 가능한 크기이다. 몸통에는 조절봉(34)의 위치를 설정하고 조절봉(34)을 고정하기 위한 홈(76)이 있다. 홈(76)의 개수는 유량범위 설정장치를 통과가 허용되는 유량의 범위를 몇 단계로 할 것인가에 의해 정해진다.예를 들어, 최대유량이 각각 분당 10, 100, 250, 500, 1000cc가 되도록 유량범위를 조정할 경우, 고정 홈은 5개 필요하다. 그러나, 본 발명은 5단계의 유량범위나, 상기 예를 들어 기재한 유량범위를 갖는 제어시스템에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 100, 1000, 2500, 5000, 10000cc/분의 유량범위를 가질 수도 있고, 4단계 또는 6단계의 유량범위를 가질 수도 있다. 즉, 유량범위의 숫자와 각 유량범위마다의 최대유량의 크기는 필요에 따라 다르게 할 수도 있다.

조절봉(34)의 몸통(70)에는 환상의 홈(78)이 나란히 3개 마련된다(도3 참조). 이 홈(78)에는 밀봉링(80)이 끼워진다. 몸통(70)으로부터 잘록한 목부(74)가 연장된다. 목부(74)와 관통구멍(40)의 큰 지름부(44) 내면 사이에는 기체가 유동할 공간이 형성되어 있다. 목부(74)의 끝부분에는 머리부(72)가 연결된다. 머리부(72)는 목부(74)에 인접한 스프링지지판(80)과 상기 지지판에 부착된 원추형 흐름 유도부(82)로 이루어진다. 스프링 지지판(80)은 관통구멍(40)의 큰 지름부(44)보다 그 지름이 작아 관통구멍(40)의 큰 지름부(44)의 벽과 지지판(80) 사이에 기체가 원활하게 유동할 수 있다. 스프링(36)은 조절봉(34)의 지지판(80)과 관통구멍(40)의 턱(46) 사이에 끼워진다. 연결구와 스프링지지판 등 유체 통로를 연결해주는 부분에는 밀봉을 위한 밀봉링이 배치된다.

도3에 도시한 바와 같이, 조절봉(34)은 몸통(70)의 말단으로부터 목부(74)까지 길이방향으로 연장되는 구멍(84)을 갖는다. 상기 구멍(84)은 목부(74)에서 방사상으로 목부(74)의 외측면까지 반경방향으로 연장되는 다수의 구멍(86)과 연결된다. 따라서 유체통로가 형성된다. 길이방향구멍(84)의 끝부분에는 나사산이 형성되어 있다. 상기 나사산이 형성된 곳에서 연결구(18)가 나사와 결합한다. 결국 조절봉(34)의 길이방향 구멍(84)은 하류측의 기체 공급관과 연결된다.

도4에 도시한 바와 같이, 스프링(36)은 단면이 사각형인 선재로 제작되는 것이 바람직하다. 스프링(36)의 내경은 상기 조절봉(34)의 머리부(72)에 있는 원추형 흐름 유도부(82)가 삽입되는 정도의 크기이다.

도5를 참조하면, 제어기는 감지부(100)와, 스위칭부(102)와, AD 컨버터(104)와, 프로세서(106)와, 제1 신호출력부(108)와 제2 신호출력부(110)와 유량범위선택스위치(112)를 구비한다. 제어기는 커넥터(30)의 각 단자(113)를 통하여 외부로 신호를 내보내고 외부의 신호를 받아들인다.

먼저 감지부(100)는 휘스톤브리지회로(114)와 비교전압발생기(116)와 차동증폭기(118)를 구비한다. 휘스톤브리지회로(114)는 상기 베이스(32)의 감지용 튜브(50)를 감싸는 제1코일(54)과 제2코일(56)과 제1저항(124)과 제2저항(126)으로 구성된다. 제1코일(54)은 튜브(50)의 상류측을 감싸며, 제2코일(56)은 튜브의 하류측을 감싼다. 제1코일(54) 및 제2코일(56)은 온도에 따라 그 저항값이 변화한다. 제1코일(54) 및 제2코일(56)은 백금선으로 이루어지는 것이 바람직하다. 제1코일(54)의 한 단자는 제1저항(124)과 연결되고 다른 단자는 제2코일(56)의 한 단자와 연결된다. 제2코일(56)의 다른 단자는 제2저항(126)과 연결된다. 제1저항(124)과 제2저항(126)의 나머지 단자는 서로 연결된다. 비교전압발생기(116)는 제1코일(54)과 제1저항(124) 사이에 연결된다. 차동증폭기(118)의 한 입력단자는 제1코일(54)과 제2코일(56) 사이에 연결되고, 다른 입력단자는 제1저항(124)과 제2저항(126) 사이에 연결된다. 제2코일(56)과 제2저항(124) 사이의 연결부는 접지된다.

차동증폭기(118)는 스위칭부(102)와 연결되어 제1코일(54)이 있는 위치와 제2코일(56)이 있는 위치 사이의 온도차에 의해 발생하는 출력신호를 보낸다. 또한, 차동증폭기(118)의 출력을 외부로 보내기 위해 차동증폭기(118)는 커넥터단자(113)와 연결된다. 스위칭부(102)는 프로세서(106)와 연결되어 유량 계측을 하여야 할 시기에 대한 디지털 제어신호와 유량 설정값(set point)을 입력받아야 하는 시기에 대한 제어신호를 받을 수 있다. 이러한 신호에 따라, 스위칭부(102)는 유량 설정값과 차동증폭기(118)의 출력 신호를 AD 컨버터(104)로 보낸다. AD 컨버터(104)는 차동증폭기(118)의 출력신호를 디지털 신호로 변환한다. 스위칭부(102)는 커넥터단자(113)를 통하여 외부로부터 설정유량값을 전달받는다.

프로세서(106)는 원칩 마이크로 프로세서로 메모리를 구비한다. 상기 메모리에는 후술하는 제어방법의 소프트웨어루틴과 데이터를 저장하기 위한 것이다. 메모리에는 또한, 각 유량범위에 맞는 리니어리티 데이터베이스(linearity database)가 미리 저장되어 있다. 리니어리티 데이터베이스는 감지부(100)와 유량범위 조절장치(12)의 특성을 고려하여 작성된다. 프로세서에서는 입력된 유량 설정값과 감지부의 출력 신호의 데이터를 처리하여 현재의 유량을 연산 출력한다. 또, 프로세서는 현재의 유량값과 설정값을 비교하여 유량 조절기에 보낼 데이터를 출력한다. 프로세서에는 유량범위 선택 스위치(112)가 연결된다.

제1신호출력부(108)와 제2 신호출력부(110)가 프로세서와 연결된다. 제1신호출력부(108)는 데이터래치부(data latch ;128)와 DA 컨버터(130)와 전압전류 증폭기(132)를 구비한다. 데이터래치부(128)는 프로세서와 연결되어 프로세서로부터 나오는 출력 데이터를 래치(latch)한다. DA 컨버터(130)는 래치된 데이터를 아날로그 신호로 바꾸어 준다. 아날로그 신호는 증폭기(132)에서 증폭되어 커넥터단자(113)를 통하여 유량조절기(14)로 전달된다.

제2신호출력부(110)는 데이터래치부(134)와 DA 컨버터(136)를 구비한다. 데이터래치부(134)는 프로세서(106)와 연결되어 프로세서(106)로부터 나오는 데이터를 래치한다. DA 컨버터(136)는 래치된 데이터를 아날로그 신호로 바꾸어 준다. 아날로그 신호는 커넥터단자(113)를 통하여 외부로 전달되어 적절한 표시장치로 현재의 유량을 표시할 수 있다.

이하, 도2, 도4, 도6, 도7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 유량제어시스템의 작용에 대해 설명한다.

먼저 도2를 참조하면, 유량범위 설정장치(12)의 상류측으로부터 기체가 공급된다. 공급된 기체는 관통구멍(40)의 작은 지름부(42)와, 스프링(36)과, 관통구멍(40)의 큰 지름부(44)의 내면과 조절봉(34)의 머리(72) 사이의 공간을 통과한다. 이어서 조절봉(34) 내부와 연결된 조절봉의 반경방향 구멍(86)들을 통하여 조절봉 내부로 들어간다. 이어서 조절봉(34)내의 길이방향 구멍(84)과 연결구와 하류측 관을 통해 기체가 유동한다.

도2에서는 유량범위 설정장치(12)를 최대로 통과할 수 있는 유량이 가장 작게 설정된 것으로 도시되어 있다. 이 때, 조절봉(34)과 관통구멍(40)의 턱(46) 사이에 끼워진 스프링(36)은 가장 많이 압축된 상태이다. 따라서 스프링(36)의 인접하는 선 사이의 간격 즉 피치가 작아지고, 기체가 흐를 수 있는 최대량이 작다. 유량범위를 설정하는 방법은 다음과 같다.

먼저, 고정볼트(64)를 회전시켜 고정볼트(64)의 단부와 고정홈(76) 사이의 결합을 해제한다. 조절봉(34)을 원하는 위치로 이동시킨다. 그 후 고정볼트(64)를 죄어 조절봉(34)을 고정한다. 통과하는 기체의 유량범위는 턱(46)과 조절봉(34) 사이의 간격을 조절하여 이루어진다. 턱(46)과 조절봉(34) 사이의 간격이 벌어지면 끼여 있는 스프링(36)의 피치, 즉 스프링(36)의 인접하는 선 사이의 간격이 커져 많은 양을 기체가 통과할 수 있다. 반면, 턱(46)과 조절봉(34) 사이의 간격이 작아지면 끼여 있는 스프링(36)의 피치가 작아져 적은 양만이 기체를 통과할 수 있다. 도2에서는 유량범위를 5단계로 조정할 수 있다. 조절봉(34)을 이동시켜 유량범위를 조절함과 함께, 유량범위선택스위치(112)를 이에 맞게 설정한다(도1 및 도5 참조). 선택스위치(112)는 예를 들면, 최대 유량을 10cc/분이 되도록 조절봉을 이동시켰을 때에는 모든 선택스위치를 OFF로 하며, 100cc/분일 때는 1번 스위치를 ON으로 하며, 250cc/분일 때는 2번 스위치를 ON으로 하며, 500cc/s일 때는 3번 스위치를 ON으로 하며, 1000cc/s일 때는 4번 스위치를 ON으로 한다.

도5 및 도6을 참조하여 제어기(16)가 일정한 유량 설정값에 맞는 유량을 유지하게 하는 작용에 대하여 설명한다. 감지튜브(50)에는 유량과 비례하여 기체가통과한다. 제1코일(54)과 제2코일(56)에 전압을 걸어주면 제1코일(54)에서 열이 발생하고 이것이 기체에 전달되어 기체온도가 상승한다. 그러면, 제1코일(54)이 감긴 부분의 기체의 온도와 제2코일(56)이 감긴 부분의 기체의 온도차가 코일(54, 56)의 저항값 차이가 나타난다. 이것이 휘스톤브리지(114)와 차동증폭기(118)를 통하여 아날로그 신호로 출력된다.

스위칭부(102), AD컨버터(104), 제1신호출력기(108), 제2신호출력기(110)는 프로세서(106)에서 전달하는 제어신호에 의해 제어된다. 프로세서(106)에서 이들을 제어하기 위한 소프트웨어 루틴은 다음과 같다.

도6을 참조하면, 프로세서(106)는 먼저 유량 설정값, 즉 사전 설정된 유량값과, 현재의 감지부(100)에서 출력된 신호를 획득하여 이를 프로세서(106)의 메모리에 저장한다. 이를 자세히 살펴본다. 프로세서(106)는 감지부(100)로부터 정해진 유량값 즉 세트 포인트를 읽을 수 있도록 신호를 스위칭부(102)로 보낸다. 그 후 프로세서(106)는 AD 컨버터(104)의 입력 아날로그 신호를 디지털 신호로 바꾸고 이를 읽기 위한 제어신호를 스위칭부(102)로 보낸다. AD 컨버터(104)를 통하여 입력된 사전 설정된 유량값은 프로세서(106)의 메모리에 저장된다. 스위칭부(102)에는 다시 세트 포인트 값을 읽지 못하도록 제어신호를 보낸다. 그리고 현재 온도차에 따라 감지부(100)에서 발생하는 아날로그 신호를 읽을 수 있도록 제어신호를 스위칭부(102)에 보낸다. 프로세서(106)는 감지부(100)로부터 AD 컨버터(104)를 거쳐 입력된 데이터를 읽고 이를 프로세서(106)의 메모리에 저장한다.

그 다음으로 프로세서(106)는 유량 범위 설정이 어떠한지 선택 스위치(112)의 상태를 확인한다. 그리고 프로세서(106)는 메모리로부터 설정된 유량 범위에 해당하는 리니어리티 데이터를 읽어 온 후, 유량을 구하기 위한 연산을 수행한다. 연산된 현재의 유량은 프로세서(106)의 메모리에 저장한다.

메모리에 입력된 유량데이터는 출력을 위해 제2출력부(110)로 보낸다. 그리고 측정된 유량데이터와 설정값을 비교한다. 그 차이가 사전 설정된 범위 예를 들면, 1%를 초과한 경우에는 저장된 연산 결과에 따라 PID 제어(PID control)에 의한 유량조절기(14)를 구동하는 데이터를 발생시켜 이를 제1출력부(108)로 보낸다. 그 후 프로세서(106)는 처음 상태로 돌아간다. 유량과 세트포인트 값의 차이가 사전 설정된 값 예를 들면, 1% 이하인 경우에는 프로세서(106)는 처음 상태로 돌아간다.

제1출력부(108)에 도달한 제어데이터는 제1출력부(108)의 데이터래치장치(128)에서 데이터가 래치되고 DA컨버터(130)에서 아날로그 신호로 변환된다. 그리고 증폭기(132)에서 증폭된 후 커넥터(113)를 통하여 유량 조절기(14)에 전달된다.

제2출력부(110)에 유량데이터는 데이터래치장치(134)에서 데이터가 래치되고 DA컨버터(136)에서 아날로그 신호로 변환된다. 그리고 커넥터 단자(113)를 통하여 출력장치에 전달되어 출력된다.

이상 본 발명을 상기 실시예를 통하여 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예로만 제한되는 것은 아니다.

다른 실시예에서는 유량범위 설정장치에서 조절봉의 위치를 조정하고 조절봉을 고정하기 위해 다른 수단을 사용할 수도 있다. 예를 들면, 조절봉의 몸통에 길이방향으로 연장되는 홈과 원주방향으로 연장되는 다수의 홈을 교대로 형성하고, 고정구에는 일단부가 상기 홈에 삽입되는 길이 만큼 연장되는 고정핀을 구비하게 할 수도 있다. 이러한 구성에서는 조절봉을 회전시켜 고정핀이 길이방향 홈에 위치할 때에는 조절봉의 길이방향 이동이 가능하고, 고정핀이 원주방향 홈에 있을 때는 조절봉의 위치가 고정된다. 이와 같이, 조절봉의 길이방향 이동을 허용하고 조절봉이 사전 설정된 위치에 고정하는 고정수단을 갖는 것이라면 본 발명의 유량 제어기에 적용할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에서는 베이스와 조절봉 사이에 위치감지 센서를 설치할 수도 있다. 이 위치감지센서의 출력을 프로세서를 전달하도록 연결한다. 이러한 구성으로 하는 경우, 조절봉을 이동하여 고정하는 것만으로도 설정된 유량범위에 대한 정보를 프로세서로 전달할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에서는 단면이 사각형인 선으로 형성한 스프링 대신에 단면이 원형이나 삼각형 등의 다른 다각형 단면을 갖는 선재로 형성할 수도 있다.

본 발명의 유량제어시스템에서 사용하는 감지용 튜브의 위치는 반드시 유량범위 설정장치에 부착 설치하는 것만을 요구하지는 않는다. 상기 튜브는 기체가 유동하는 통로 어디에도 설치할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에서는 감지용 튜브에 열을 공급하는 코일을 별도로 구비할 수 있다. 열공급코일을 상기 제1코일과 제2코일 사이에 설치한다. 이때, 제1코일과 제2코일은 감온코일로서 기능한다.

위에서 설명한 실시예에서는 현재의 유량이 유량설정값과 차이가 있을 때,유량을 미세조절하기 위한 유량조절기로서 솔레노이드 밸브를 사용하고 이를 제어하기 위해 PID 제어방식을 사용하나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 유량의 미세조절이 가능한 장치 또는 밸브와 그에 맞는 제어방식이라면 본 발명의 제어시스템에 적용할 수 있다.

본 발명의 제어기를 갖는 유량제어시스템에 사용하기 위한 유량범위 설정장치를 위에서 든 실시예를 통하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 통과할 수 있는 기체의 유량의 범위 즉, 최대 유량을 다수의 단계로 나누고 이 다수의 유량범위를 하나를 선택적으로 설정할 수 있다면, 본 발명의 제어 시스템에 사용하는 유량범위 설정장치로 사용할 수 있다.

한편 본 발명의 제어시스템은 여러 종류의 기체를 정밀하게 혼합하기 위해 사용할 수 있다. 기체를 혼합하기 위해 기체통로가 합류되는 지점과 각각의 기체의 소스탱크 사이에 유량제어 시스템을 설치하면, 기체의 혼합비를 정밀하게 제어할 수 있다.

본 발명의 구성에 따르면, 유량 설정값이 변화하여도 그 설정값을 정밀하게 제어할 수 있는 유량범위를 갖는 다른 제어시스템으로 제어시스템 전체를 교체하지 않아도 된다. 따라서 다양한 유량 설정값에 용이하게 대응할 수 있다. 결국, 여러 종류의 기체를 혼합할 때, 그 혼합비를 정밀하게 제어할 수 있다.

Claims (7)

1. 공급되는 유체의 유량을 설정값으로 제어하기 위한 유량 제어시스템에 사용하며, 유체의 통로에 설치되는 유량범위 설정장치로서,

   그 내부에 턱이 마련되어 있는 관통구멍이 형성되어 있는 베이스와,

   상기 베이스의 관통구멍의 한쪽에 끼워지는 몸통과, 상기 몸통과 연결되고 상기 관통구멍의 내면과의 사이에 유체 유동 공간을 형성하는 목부와, 상기 목부와 연결되고 상기 턱과 대향하는 머리부를 구비하며, 상기 몸통의 단부로부터 상기 목부까지 연장되어 상기 목부와 상기 베이스의 관통구멍의 내면사이에 형성되는 유체 유동 공간과 연결되는 구멍이 형성되어 있으며, 상기 베이스의 관통구멍 내에서 길이방향으로 이동할 수 있는 조절봉과,

   상기 조절봉을 일정한 위치에서 고정하기 위한 고정장치와,

   상기 베이스의 턱과 상기 조절봉의 머리사이에 형성되는 유체 유동 공간의 크기를 상기 조절봉의 길이방향 이동에 따라 조절하는 통로크기 조절부재를 포함함으로써,

   상기 조절봉 몸통의 구멍, 목부와 관통구멍 내면 사이의 유동공간, 상기 머리부와 상기 턱 사이의 공간 및 관통구멍이 연결되어 유체경로가 마련되며, 상기 조절봉을 관통구멍의 길이방향을 따라 이동시킨 후 상기 고정장치로 고정하면 상기 통로크기 조절부재에 의해 유량범위가 설정되는 것을 특징으로 하는 유량범위 설정장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 통로크기 조절부재는 압축 코일 스프링으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유량범위 설정장치.
3. 유체 통로에 설치되며, 설정된 유량으로 유체가 유동하도록 제어하는 유량제어시스템으로서,

   상기 유체 통로를 지나도록 허용하는 유량의 범위를 설정하기 위한 유량범위 설정장치와,

   상기 유체 통로를 통과하는 유량을 조절하기 위한 유량조절기와,

   상기 유체 통로를 통과하는 유량을 감지하여 출력신호를 발생시키고, 이 출력신호를 처리하여 유량을 연산하고, 연산된 현재의 유량을 유량 설정값과 비교하여 상기 유량조절기를 제어하는 신호를 발생시키는 제어기를 포함하며,

   상기 제어기는

   상기 유체 통로를 통과하는 유량과 대응하는 신호를 발생시키는 감지 장치와,

   상기 감지장치의 출력신호를 디지털신호를 변환하는 AD컨버터와,

   상기 유량범위 설정장치에 의해 설정될 수 있는 각각의 유량범위에 대하여 감지장치의 출력신호와 실제 유량 사이의 관계에 대한 데이터베이스가 저장된 메모리장치와,

   상기 메모리에 저장된 데이터베이스를 참조하여 상기 디지털 출력신호를 처리하여 현재의 유량을 연산하고 이를 유량 설정값과 비교하여 상기 유량조절기를 제어하기 위한 디지털신호를 발생시키는 프로세서와,

   상기 프로세서로부터 출력되는 디지털 출력 제어신호를 아날로그신호로 변환하는 DA컨버터를 구비함으로써,

   상기 유량범위 설정장치가 다수의 유량범위 중 상기 유량 설정값에 대응하는 유량범위를 설정하였을 때, 상기 제어기는 상기 설정된 유량범위에 해당하는 데이터베이스의 데이터값을 참조하여 상기 감지장치의 출력신호로부터 현재의 유량을 연산하고 이를 설정 유량값과 비교하여 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 유량 제어시스템.
4. 제3항에 있어서, 상기 유량범위 설정장치는,

   그 내부에 턱이 마련된 관통구멍이 형성되어 있는 베이스와,

   상기 베이스의 관통구멍의 한쪽에 끼워지는 몸통과, 상기 몸통과 연결되고 상기 관통구멍의 내면과의 사이에 유체 유동 공간을 형성하는 목부와, 상기 목부와 연결되고 상기 턱과 대향하는 머리부를 구비하며, 상기 몸통의 단부로부터 상기 목부까지 연장되어 상기 목부와 상기 베이스의 관통구멍의 내면사이에 형성되는 유체 유동 공간과 연결되는 구멍이 형성되어 있으며, 상기 베이스의 관통구멍 내에서 길이방향으로 이동할 수 있는 조절봉과,

   상기 조절봉을 일정한 위치에서 고정하기 위한 고정장치와,

   상기 베이스의 턱과 상기 조절봉의 머리사이에 형성되는 유체 유동 공간의크기를 상기 조절봉의 길이방향 이동에 따라 조절하는 통로크기 조절부재를 포함함으로써,

   상기 조절봉 몸통의 구멍, 목부와 관통구멍 내면 사이의 유동공간, 상기 머리부와 상기 턱 사이의 공간 및 관통구멍이 연결되어 유체경로가 마련되며, 상기 조절봉을 관통구멍의 길이방향을 따라 이동시킨 후 상기 고정장치로 고정하면 상기 통로크기 조절부재에 의해 유량범위가 설정되는

   것을 특징으로 하는 유량 제어 시스템.
5. 제3항에 있어서, 상기 감지장치는 상기 유체 유동 통로에서 분기되는 감지용 튜브와, 상기 튜브의 상류측 위치에 설치된 제1 감온 소자와, 상기 튜브의 하류측 위치에 설치된 제2 감온 소자와, 상기 제2감온 소자의 상류에 설치되어 상기 감지용 튜브를 통과하여 유체를 가열하는 가열장치를 구비하며, 상기 제1 및 제2 감온소자에서 획득되는 온도의 차이에 대응하는 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 유량제어 시스템.
6. 제3항부터 제5항까지의 청구항 중 어느 하나의 항에 있어서,

   상기 메모리에는 상기 AD 컨버터로부터 전달된 데이터를 처리하고 유량조절기를 제어하기 위한 데이터를 연산하는 프로그램이 저장되어 있으며, 상기 데이터베이스는 리니어리티 데이터베이스인 것을 특징으로 하는 유량제어 시스템.
7. 유체 통로에 설치되며, 상기 유체 통로를 지나는 유량범위를 설정하기 위한 유량범위 설정장치와, 상기 유체 통로를 통과하는 유량을 조절하기 위한 유량조절기와, 제어기(감지장치와, AD 컨버터와, 상기 유량범위 설정장치에 의해 설정될 수 있는 각각의 유량범위에 대하여 감지장치의 출력신호와 실제 유량사이의 관계에 대한 데이터베이스가 저장된 메모리장치와, 프로세서와, DA 컨버터를 구비함)가 구비된 유량제어시스템을 이용하여 사전 설정된 유량으로 유체가 공급되도록 제어하기 위하여,

   상기 감지장치의 출력신호 및 상기 유량범위 설정장치에서 설정한 유량범위와, 그 유량범위 내의 유량 설정값을 획득하는 단계와,

   상기 DA 컨버터에서 상기 감지장치의 출력신호를 디지털 출력신호로 변환하는 단계와,

   상기 메모리의 데이터베이스로부터 상기 유량범위 설정장치에 의해 설정된 유량범위에 해당하는 데이터를 획득하는 단계와,

   상기 데이터를 참조하여 상기 출력신호로부터 현재의 유량을 연산하는 단계와,

   상기 연산된 유량과 유량 설정값을 비교하는 단계와,

   상기 연산된 유량과 상기 유량 설정값의 차이가 사전 설정된 값보다 큰 경우 상기 유량 조절기를 제어하기 위한 디지털 제어 신호를 발생시키는 단계와,

   상기 DA 컨버터에서 상기 제어신호를 아날로그신호를 변환하는 단계와,

   상기 제어신호를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어방법.