KR100974515B1 - 열식 유량계 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 쌍방향의 유량 검지가 가능함과 동시에, 출력 특성을 선형으로 할 수 있으며, 또한 응답성을 손상하지 않고 안정한 출력을 얻을 수 있는 열식 유량계에 관한 것이다. 열식 유량계(1)에 있어서, 바디(41)에 형성된 유로 공간(44)에 마련되고, 주유로(M)과 센서 유로(S)의 사이에 메시부(51M)가 배치되도록 메시판(51)을 조합한 적층체를 장착하여, 주유로(M)를 구성한다. 그리고, 측정 칩(11)에 상류 온도 검출 저항체(R1), 하류 온도 검출 저항체(R2), 발열 저항체(Rt) 및 유체 온도 검출 저항체(Rt)를 마련하고, 전기 회로에 의해, 발열 저항체(Rh)와 유체 온도 검출 저항체(Rt)가 일정의 온도차가 되도록 제어하며, 상류 온도 검출 저항체(R1)와 하류 온도 검출 저항체(R2)의 온도차에 기초하여 피측정 유체의 유량을 측정한다.

유량계, 온도 검출 저항체, 발열 저항체

Description

열식 유량계{THERMAL FLOWMETER}

본 발명은, 저항체(열선)를 사용하여 유량을 계측하는 열식 유량계에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 쌍방향으로 피측정 유체의 유량을 양호하게 계측할 수 있는 열식 유량계에 관한 것이다.

종래, 반도체 칩 설치 시의 조작에서는 진공 흡착이 사용되고, 그 흡착의 확인은, 압력 센서를 이용하였다. 그러나 근래에는, 반도체 칩이 점점 작아지고 있다. 이를 위해, 예를 들면 0.5mm²의 칩에서는, 직경이 0.5mm 또는 0.3mm의 흡착 오리피스(노즐)가 사용된다. 그 결과, 도 30에 도시한 바와 같이, 흡착 시와 비흡착 시에 오리피스 내의 압력에 거의 차이가 나타나지 않고, 압력 센서에서는 흡착 확인을 할 수 없게 되었다. 이러한 상태에서, 오리피스를 흐르는 공기의 유량을 검출하는 것에 의해, 흡착 확인을 하는 것이 제안된다. 또한, 도 30은, 노즐 직경이 0.3mm 에서 직경압력이 -70kPa 의 경우의 압력 센서의 출력예를 나타내는 것도 있다.

그런데, 본 출원인은, 흡착 확인에 사용되기 적당한 열식 유량계를 특허출원 2000-368801에 제안하였다. 그리고, 상기한 조건에서 흡착 확인을 실시한 결과를 도 31에 도시한다. 도 31로부터 명확한 것처럼, 상기 열식 교환계를 사용하면, 압력 센서로는 힘든 흡착 확인을 실시할 수 있다.

그러나, 본 출원인이 특허 2000-368801에서 제안한 열식 유량계에서는, 도 32에 도시한 바와 같이, 진공 정도가 높아짐에 따라 압력 특성이 악화되며, 정확한 흡착 확인을 할 수 없게 되었다, 또한, 상기 열식 유량계의 출력 특성은, 도 33에 도시된 바와 같고, 피측정 유체의 흐르는 방향에 관계 없이 동일한 값이 출력되기 때문에, 흐름의 방향을 검출할 수 없는 문제도 있었다. 이러한 쌍방향의 유량 검지가 불가능하면, 흡착 확인은 가능하지만, 유출의 확인이 불가능하게 되었다. 흡착 시와 유출 시에는, 유체가 역방향으로 흐르게 되기 때문이다. 또한, 도 32, 도33은, 모두 풀스케일(full-scale) 유량을 1L/분 으로 한 경우의 출력이다.

여기서, 유량계를 사용하여 흡착 및 유출의 확인을 실시하기 때문에, 쌍방향의 유량을 검출할 수 있는 유량계가 필요하게 된다. 그리고, 이러한 쌍방향의 유량 검지가 가능한 유량계로서는, 예를 들면, 특개 2002-5717 호 공보에 기재된 것이 있다. 그러나, 특개 2002-5717호 공보에 기재된 유량계에서는, 도 34에 도시된 바와 같이, 출력 특성이 선형(linear)이 되지 않는 문제가 있었다. 이러한 출력 특성이 선형이지 않으면, 노즐의 방해를 관리하는 것이 어렵게 되었다. 또한, 출력 특성을 선형이 되기 위해서는, 예를 들면, 특개 2001-165734호 공보에 기재된 바와 같이, 연산회로를 이용하면 가능하지만, 그러한 연산회로를 별도로 마련할 필요가 있어 비용상 불리하게 된다.

또한, 특개 2002-5717호 공보에 기재된 유량계에서는, 도 35에 도시된 바와 같이, 난류의 영향에 의해 출력이 불안정하게 되는 문제도 있었다. 출력이 불안정하게 되면, 흡착 확인의 역치를 낮게 설정하지 않으면 안된다. 그러나, 흡착 확인에 있어서는 미소의 유량 변화를 검지하기 때문에, 역치를 낮게 설정하면, 정상 상태에서 흡착되지 않고 정상 흡착 시의 유량보다도 작게 되는 경우에서도, 정상으로 흡착되는 것으로 판단된다. 즉, 흡착 확인을 확실하게 실시할 수 없다. 또한, 항상 일정의 누출량을 확보하기 때문에 반도체 칩을 흡착하는 콜레트 타입(collet type)의 노즐을 이용한 경우에는, 흡착 확인을 실시하는 것이 불가능하였다. 또한, 이러한 출력의 변동은, 전기적인 필터를 사용하는 것에 의해 해소될 수 있지만, 응답성이 손상되어 바람직하지 않다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 쌍방향의 유량 검지가 가능하며, 동시에 출력 특성을 선형으로 할 수 있으며, 또한 응답성을 손상하지 않고 안정한 출력을 얻을 수 있는 열식 유량계를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따른 열식 유량계는, 유량을 계측하기 위한 저항체가 가설된 센서 유로 외에, 센서 유로에 대한 바이패스(bypass) 유로를 구비한 열식 유량계에 있어서, 바이패스 유로는, 저항체를 이용한 계측 원리를 실시하기 위한 전기 회로에 접속한 전기 회로용 전극이 표면에 마련된 기판을, 측면 개구부를 구비한 유체 유로가 형성된 바디에 대하여, 에칭 가공한 박판을 여러 장 적층한 적층체를 이용하고, 측면 개구부를 막아 밀착시키는 것에 의해 형성되며, 센서 유로는, 저항체와 그 저항체에 접속한 저항체용 전극이 마련된 측정 칩 을, 저항체용 전극과 전기 회로용 전극을 접착하여 기판에 장착하는 것에 의해, 측정 칩 또는 기판의 적어도 하나에 마련된 홈에 의해 형성되며, 측정칩에는, 흐름의 방향 상류 측에 마련된 상류 온도 검출 저항체와, 흐름의 방향 하류 측에 마련된 하류 온도 검출 저항체와, 상류 온도 검출 저항체와 하류 온도 검출 저항체와의 사이에 마련되며, 상류 온도 검출 저항체와 하류 온도 검출 저항체를 가열한 발열 저항체와, 피측정 유체의 온도를 검출하는 유체 온도 검출 저항체를 구비하고, 전기 회로에 의해, 발연 저항체와 유체 온도 검출 저항체가 일정의 온도차가 있도록 제어하며, 상류 온도 검출 저항체와 하류 온도 검출 저항체의 온도차에 기초하고 피측정 유체의 유량이 측정되는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 명세서에 대한 「측면 개구부」는, 바디의 측면(다시 말해, 입출력 포트가 개방되지 않은 면)에 있어서 기판이 장착된 면에 개방된 개구부를 의미한다.

상기 열식 유량계에서, 유량계에 유입된 피측정 유체는, 저항체가 가설된 센서 유로와, 센서 유로에 대한 바이패스 유로로 분리되어 흐른다. 그리고, 저항체를 이용한 계측 원리에 기초하고, 센서 유로를 흐르는 피측정 유체의 유량, 더 나아가서는 열식 유량계의 내부를 흐르는 피측정 유체의 유량이 측정된다. 구체적으로는, 전기 회로에 의해, 발열 저항체와 유체 온도 검출 저항체가 일정의 온도차가 되도록 제어하고, 상류 온도 검출 저항체와 하류 온도 검출 저항체의 온도차에 기초하고 피측정 유체의 유량이 측정된다. 이 때문에, 순방향 흐름의 경우에는 출력이 증가하고, 역방향의 흐름의 경우에는 출력이 감소한다. 따라서, 피측정 유체의 흐름의 방향을 검지할 수 있게 된다.

또한, 바이패스 유로는, 저항체를 이용한 계측 원리를 실시하기 위한 전기 회로에 접속하는 전기 회로용 전극이 표면에 마련된 기판을, 측면 개구부를 구비한 유체 유로가 형성된 바디에 대하여, 에칭 가공한 박판을 여러장 적층한 적층체를 이용하여, 측면 개구부를 막도록 하여 밀착시키는 것에 의해 형성되기 때문에, 적층체의 구성(각각의 박판의 조합)을 변경하여 바이패스 유로의 단면적을 변화시킬 수 있다. 그리고, 바이패스 유로의 단면적이 변화하면, 센서 유로와 바이패스 유로로 분리하여 흐르는 피측정 유체의 비율(바이패스비)이 변화한다. 따라서, 적층체의 구성을 변동함에 따라, 최적의 측정 범위를 설정할 수 있기 때문에, 별도의 연산 회로를 구비하지 않아도 선형의 출력 특성을 얻을 수 있다.

바이패스비를 변경하는 경우에, 적층체를, 박판의 양단에 개구부가 형성되는 것과 함께, 중앙에 홈이 형성된 홈부 양단 개구판을 이용하여 메시(mesh)판을 적층한 것이면 된다. 더욱이, 적층체에, 박판의 양단에 개구부가 형성된 양단 개구판을 포함하여도 좋다. 이들에 의해, 바이패스 유로의 단면적을 감소시킬 수 있고, 바이패스비를 변경할 수 있다.

그리고, 본 발명에 따른 열식 유량계에 있어서, 적층체에, 박판의 양단에 메시가 형성된 메시판이 포함되는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에 따른 열식 유량계에 있어서, 적층체는, 박판의 테두리부를 구비하며 그외의 부분을 개방시킨 스페이서(spacer)를 이용하여 메시판을 적층한 것이 바람직하다.

메시가 형성된 메시판을 포함하는 적층체를 형성함에 따라, 상당히 유량이 조절된 피측정 유체를, 센서 유로에 유입될 수 있기 때문이다. 왜냐하면, 피측정 유체는, 메시를 통과하는 것에 의해, 유동의 장애가 감소하기 때문이다. 따라서, 적층체에는 여러 장의 메시판을 포함하면 좋다. 그리고, 이러한 경우에는, 각각의 메시판을 직접 겹치게 하는 것보다도, 소정의 간격을 두고 겹치게 하는 것이 좋다. 보다 큰 정류효과를 얻을 수 있기 때문이다. 이 때문에, 메시판은, 스페이서를 이용하여 적층하는 것이 바람직하다.

이렇게 함으로써, 본 발명에 따른 열식 유량계에서, 센서 유로를 흐르는 피측정 유체의 유동을 조절할 수 있기 때문에, 상당히 안정한 출력을 얻을 수 있다. 또한, 전기적인 필터를 이용하지 않기 때문에, 응답성이 손상되지 않는다.

도 1은, 제 1 실시예에 따른 열식 유량계(풀스케일 유량 5L/분)의 개략 구성도이다.

도 2는, 바디의 평면도이다.

도 3은, 도 2에 도시한 A-A선에 대한 단면도이다.

도 4는, 도 1에 도시한 적층체의 분해 사시도이다.

도 5A는, 메시판을 도시한 평면도이다.

도 5B는, 도 5A에 도시한 A-A선에 대한 단면도이다.

도 6은, 도 5의 메시부의 확대도이다.

도 7A는, 스페이서를 도시한 평면도이다.

도 7B는, 도 7A에 도시한 A-A선에 대한 단면도이다.

도 8은, 센서 기판의 사시도이다.

도 9는, 측정칩의 평면도이다.

도 10은, 정온도차 회로의 회로도이다.

도 11은, 출력회로의 회로도이다.

도 12는, 다른 형태에 따른 열식 유량계(풀스케일 유량 1L/분)의 개략 구성도이다.

도 13은, 도 12에 도시한 적층체의 분해 사시도이다.

도 14A는, 양단 개구판을 도시한 평면도이다.

도 14B는, 도 14A에 도시한 A-A선에 대한 단면도이다.

도 15A는, 홈부 양단 개구판을 도시한 평면도이다.

도 15B는, 도 15A에 도시한 A-A선에 대한 단면도이다.

도 15C는, 도 15A에 도시한 B-B선에 대한 단면도이다.

도 16은, 제 1 실시예에 따른 열식 유량계의 출력 특성을 도시한 도이다.

도 17은, 다른 형태에 따른 열식 유량계의 출력 특성을 도시한 도이다.

도 18은, 제 1 실시예에 따른 열식 유량계의 시간에 대한 출력 특성을 도시한 도이다.

도 19는, 다른 형태에 따른 열식 유량계의 압력 특성을 설명하기 위한 도이다.

도 20은, 제 2 실시예에 따른 열식 유량계의 개략 구성도이다.

도 21은, 바디의 평면도이다.

도 22는, 도 20에 도시한 적층체의 구성도이다.

도 23A는, 양단 개구판을 도시한 평면도이다.

도 23B는, 도 23A에 도시한 A-A선에 대한 단면도이다.

도 24A는, 홈부 양단 개구판을 도시한 평면도이다.

도 24B는, 도 24A에 도시한 A-A선에 대한 단면도이다.

도 24C는, 도 24A에 도시한 B-B선에 대한 단면도이다.

도 25A는, 제 1 스페이서를 도시한 평면도이다.

도 25B는, 도 25A에 도시한 A-A선에 대한 단면도이다.

도 26A는, 제 1 메시판을 도시한 평면도이다.

도 26B는, 도 26A에 도시한 A-A선에 대한 단면도이다.

도 26C는, 도 26A에 도시한 B-B선에 대한 단면도이다.

도 27A는, 제 2 스페이서를 도시한 평면도이다.

도 27B는, 도 27A에 도시한 A-A선에 대한 단면도이다.

도 28A는, 제 2 메시판을 도시한 평면도이다.

도 28B는, 도 28A에 도시한 A-A선에 대한 단면도이다.

도 29A는, 중앙 개구판을 도시한 평면도이다.

도 29B는, 도 29A에 도시한 A-A선에 대한 단면도이다.

도 30은, 직경이 작은 노즐을 사용한 경우에 대한 비흡착 시와 흡착 시의 압력 변화를 도시한 도이다.

도 31은, 직경이 작은 노즐을 사용한 경우에 대한 비흡착 시와 흡착 시의 유량 변화를 도시한 도이다.

도 32는, 쌍방향 검지가 불가능한 종래의 열식 유량계의 압력 특성을 설명하기 위한 도이다.

도 33은, 쌍방향 검지가 불가능한 종래의 열식 유량계의 출력 특성을 도시한 도이다.

도 34는, 쌍방향 검지가 가능한 종래의 열식 유량계의 출력 특성을 도시한 도이다.

도 35는, 쌍방향 검지가 가능한 종래의 열식 유량계의 시간에 대한 출력 특성을 도시한 도이다.

이하, 본 발명의 열식 유량계를 구체화한 가장 바람직한 실시예에 따른 도면에 기초하여 상세히 설명한다. 본 실시예에 따른 열식 유량계는, 고속 응답성, 고감도, 선형인 출력 특성 및 쌍방향 검지가 요구되는 유량계측, 예를 들면 반도체 칩 설치 시의 조작에 따른 흡착 및 유출의 확인 등에 사용하기에 적당한 것이다.

(제 1 실시예)

먼저, 제 1 실시예에 대해 설명한다. 여기서, 제 1 실시예에 따른 열식 유량계의 개략 구성도를 도 1에 도시한다. 도 1은, 열식 유량계 1을 도시한 단면도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 열식 유량계 1은, 바디 41과 센서 기판 21과 적층체 50을 구비한다. 그리고, 적층체 50이 바디 41의 유로 공간 44에 장착된 상태로, 센서 기판 21이 시일 패킹(seal packing) 48을 통해 나사 고정으로 밀착시킨다. 이에 의해, 센서 유로 S 및 센서 유로 S에 대한 바이패스 유로인 주유 로 M이 형성된다.

바디 41은, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 직방체 형상이며, 좌우 대칭으로 구성된다. 또한, 도 2는, 바디 41을 도시한 평면도이다. 도 3은, 도 2에 도시한 A-A선에 따른 단면도이다. 상기 바디 41에는, 양단면에 입구 포트 42와 출구 포트 46이 형성된다. 그리고, 입구 포트 42로부터 바디 중앙으로 향하여 입구 유로 43이 형성되며, 동일하게 출구 포트 46으로부터 바디 중앙으로 향하여 출구 유로 45가 형성된다. 또한, 입구 유로 43 및 출구 유로 45는, 주유로 M의 하방에 형성된다. 즉, 입구 유로 43 및 출구 유로 45는 주유로 M에 대하여, 동일 직선 상에는 배치되지 않는다.

또한, 바디 41 상부에는, 주유로 M 및 센서 유로 S를 형성하기 위한 유로 공간 44가 형성된다. 상기 유로 공간 44의 횡단면은, 장방형의 양단변(短邊)을 원호 형상(반원)으로 하며, 그 중앙부에 원호 형상의 볼록부 44C가 형성된다. 볼록부 44C는, 적층체 50(각각의 박판)의 위치 결정을 하기 위한 것이다. 그리고, 유로 공간 44의 하단의 일부가 입구 유로 43 및 출구 유로 45에 연통된다. 즉, 입구 유로 43과 출구 유로 45가 각각 90도로 굴곡한 L자형 부분 43A 및 45A를 통해 유로 공간 44에 연통된다. 더욱이, 유로 공간 44의 외주를 따라 바디 41의 상면에는, 시일 패킹 48을 장착하기 위한 홈 49가 형성된다.

적층체 50은, 도 4에 도시한 바와 같이, 2종류의 박판을 합계 11장 적층한 것이다. 또한, 도 4는, 적층체 50의 구조를 도시한 분해 사시도이다. 상기 적층체 50은, 아래에서부터 순서대로, 메시판 51, 스페이서 52, 52, 52, 메시판 51, 스페 이서 52, 52, 메시판 51, 스페이서 52, 52 및 메시판 51이 적층되어 접착된 것이다. 이들 메시판 51 및 스페이서 52는, 모두 두께가 0.5mm 이하이며, 에칭에 의해 각 형상의 가공(마이크로머쉬닝(micromachining) 가공)이 이루어 진다. 그리고, 상기 투영 형상은 유로 공간 44의 횡단면 형상과 동일하게 된다. 이에 의해, 적층체 50이 유로 공간 44에 간격 없이 장착되도록 한다.

그리고, 이러한 조합의 적층체 50을 유로 공간 44에 장착함으로써, 열식 유량계 1의 풀스케일 유량이 5L/분 이 된다. 즉, 적층체 50을 구성하는 박판의 형상(조합)을 변경함으로써, 주유로 M의 단면적이 변화하여 피측정 유체의 바이패스비가 변하기 때문에, 임의의 유량 범위를 설정할 수 있다. 또한, 풀스케일 유량을 변경한 예(풀스케일 유량 1L/분)에 대해서는 후술한다.

여기서, 각각의 박판에 대해 설명한다. 먼저, 메시판 51에 대해, 도 5a, 도 5b 및 도 6을 이용하여 설명한다. 또한, 도 5a는 메시판 51을 도시한 평면도이며, 도 5b는 도 5a에 도시한 A-A선에 따른 단면도이다. 도 6은, 메시판 51의 메시부 51M의 확대도이다. 메시판 51은, 도 5a 및 도 5b에 도시한 바와 같이, 그 양단에 메시부 51M이 형성된 두께가 0.3mm 의 박판이다. 메시부 51M은, 직경 4mm의 원형상이며, 도 6에 도시한 바와 같이, 메시를 구성하는 홀(직경 0.2mm)의 중심 사이의 거리가 모두 0.27mm가 되도록 형성된다. 즉, 각 홀의 중심이 정삼각형의 각 정점이 되도록 홀이 형성된다. 또한, 메시부 51M의 두께는, 도 5b에 도시한 바와 같이 다른 부분보다도 얇으며, 그 두께는, 0.05∼0.1mm 가 된다.

다음으로, 스페이서 52에 대해, 도 7a 및 도 7b를 이용하여 설명한다. 또한, 도 7a는, 스페이서 52를 도시한 평면도이며, 도 7b는 도 7a에 도시한 A-A선에 따른 단면도이다. 스페이서 52는, 도 7에 도시한 바와 같이, 외주부 52b를 남기도록 에칭 가공된 것이다. 이에 의해, 스페이스 52에는, 개구부 61이 형성된다. 또한 스페이서 52의 두께는, 0.5mm이다.

여기서, 도 1로 돌아가서, 상기한 메시판 51 및 스페이서 52를 조합시키고, 도 4에 도시한 바와 같이 적층하여 접착한 적층체 50을 유로 공간 44에 장착함으로써, 주유로 M이 형성된다. 보다 상세히 설명하면, 스페이서 52의 개구부 61에 의해 주유로 M이 형성된다. 또한, 메시판 51에 마련된 메시부 51M과, 스페이서 52에 마련된 개구부 61에 의해, 연락 유로 5, 6이 형성된다. 연락 유로 5는, 입구 유로 43과 주유로 M 및 센서 유로 S를 연통시킨 것이며, 연락 유로 6은, 출구 유로 45와 주유로 M 및 센서 유로 S를 연통시킨 것이다.

그리고, 주유로 M과 센서 유로 S의 사이에, 메시부 51M이 3층 배치된다. 각각의 메시부 51M의 간격은, 2장의 스페이서 52의 두께분(0.01mm)으로 된다. 이에 의해, 유동이 조절된 피측정 유체를, 센서 유로 S에 유입될 수 있도록 한다. 피측정 유체는, 각 메시부 51M을 통과하는 때마다, 유동의 장애를 감소시키기 때문이다. 더욱이. L자형부분 43A, 45A와 유로 공간 44(주유로 M)의 연통부에도 메시부 51M이 배치된다.

일방, 센서 기판 21은, 측정 유량을 전기 신호로서 출력한다. 이를 위해 센서 기판 21에는, 도 8에 도시한 바와 같이, 베이스로써 프린트 기판 22 표면측(바디 41로의 장착면측)에 있어서, 그 중앙부에 홈 23이 가공된다. 그리고, 이러한 홈 23의 양측에, 전기 회로용 전극 24, 25, 26, 27, 28, 29가 마련된다. 일방, 프린트 기판 22의 이면 측에는, 전기 소자 31, 32, 33, 34 등으로 구성된 전기 회로가 마련된다(도 1 참조). 그리고, 프린트 기판 22의 중앙에, 전기 회로용 전극 24∼29가 전기 소자 31∼34 등으로 구성된 전기 회로와 접속된다. 더욱이, 프린트 기판 22의 표면 측에는, 후술한 바와 같이, 측정 칩 11이 설치된다.

여기서, 측정 칩 11에 대해서, 도 9를 이용하여 설명한다. 또한, 도 9는, 측정 칩 11을 도시한 평면도이다. 측정 칩 11은, 도 9에 도시한 바와 같이, 실리콘 칩 12에 대하여, 반도체 마이크로머쉬닝의 가공 기수을 실시한 것이며, 이 때, 칩 중앙에 홈 13이 가공되는 한편, 저항체(열선)용 전극 14, 15, 16, 17, 18, 19가 칩 양단에 마련된다.

또한, 이 때, 상류 온도 검출 저항체 R1이, 저항체용 전극 15, 17로부터 연장되는 것과 함께 홈 13 상에 가설된다. 더욱이, 하류 온도 검출 저항체 R2가, 저항체용 전극 17, 19으로부터 연장되는 것과 함께 홈 13 상에 가설된다. 더욱이 또한, 발연 저항체 Rh가, 상류 온도 검출 저항체 R1와 하류 온도 검출 저항체 R2의 사이에, 저항체용 전극 16, 18로부터 연장되는 것과 함께 홈 13 상에 가설된다. 또한, 측정 칩 11에 있어서는, 센서 유로 S의 순방향 상류측에 유체 온도 검출 저항체 Rt가, 저항체용 전극 14, 16으로부터 연장된다.

그리고, 측정 칩 11의 열선용 전극 14, 15, 16, 17, 18, 19를, 센서 기판 21의 전기 회로용 전극 24, 25, 26, 27, 28, 29(도 8 참조)의 각각과, 솔더 리플로우(solder reflow) 또는 도전성 접착제 등으로 접합하는 것에 의해, 측정 칩 11을 센 서 기판 21에 설치한다. 따라서, 측정 칩 11이 센서 기판 21에 설치되면, 측정 칩 11에 마련된 유체 온도 검출 저항체 Rt, 상류 온도 검출 저항체 R1, 하류 온도 검출 저항체 R2 및 발열 저항체 Rh는, 측정 칩 11의 저항체용 전극 14∼19와, 센서 기판 21의 전기 회로용 전극 24∼29(도 8 참조)를 이용하여, 센서 기판 21의 이면 측에 마련된 전기 회로에 접속된다. 이에 의해, 도 10에 도시한 정온도차 회로와, 도 11에 도시한 출력 회로가 구성된다.

여기서, 도 10에 대한 정온도차 회로는, 발열 저항체 Rh를, 유체 온도 검출 저항체 Rt로 검출된 유체 온도와 일정의 온도차를 가지도록 제어하기 위한 회로이다. 또한, 도 10에 도시한 출력 회로는, 상술 온도 검출 저항체 R1과 하류 온도 검출 저항체 R2의 온도차에 상당한 전압값을 출력하기 위한 회로이다. 이러한 출력 회로에서는, 상류 온도 검출 저항체 R1과 하류 온도 검출 저항체 R2가 직렬로 접속되며, 정전압 Vc가 인가되도록 한다. 그리고, 상류 온도 검출 저항체 R1과 하류 온도 검출 저항체 R2와의 중점 전위 Vout이 측정 신호로서 출력되도록 한다.

또한, 측정 칩 11이 센서 기판 21에 설치되면, 측정 칩 11의 홈 13은, 센서 기판 21의 홈 23과 중합한다. 따라서, 도 1에 도시한 바와 같이, 측정 칩 11이 설치된 센서 기판 21을, 바디 41에 대하여, 적층체 50 및 시일 패킹 48을 이용하여 밀착하면, 바디 41의 유로 공간 44에 있어서, 센서 기판 21과 측정 칩 11의 사이에, 측정 칩 11의 홈 13과 센서 기판 21의 홈 23 등으로 된 가늘고 긴 형상의 센서 회로 S가 형성된다. 따라서, 센서 유로 S에서는, 유체 온도 검출 저항체 Rt, 상류 온도 검출 저항체 R1, 하류 온도 검출 저항체 R2 및 발열 저항체 Rh가 다리와 같이 마련된다.

이어서, 풀스케일 유량을 1L/분 으로 한 경우에 대해 설명한다. 풀스케일 유량이 1L/분 의 열식 유량계의 개략 구성을 도 12에 도시한다. 도 12는, 열식 유량계 1A를 도시한 단면도이다. 도 12에 도시한 바와 같이, 열식 유량계 1A는, 열식 유량계 1과 거의 동일한 구성을 가지지만, 유로 공간 44에 적층체 50 대신에 적층체 50A가 장착된 점에서 차이가 있다. 즉, 열식 유량계 1A에는, 주유로 M의 단면적을 적게 하기 위한 적층체 50A가 유로 공간 44에 장착된다. 이 때문에, 열식 유량계 1과 다른 점을 중심으로 설명하고, 열식 유량계 1과 동일한 구성에 대해서는, 동일 부호를 부여하여 그 설명을 적당히 생략한다.

그러면, 적층체 50A에 대해서, 도 13을 이용하여 설명한다. 또한, 도 13은, 적층체 50A의 구조를 도시한 분해 사시도이다. 적층체 50A는, 도 13에 도시한 바와 같이, 3종류의 박판을 합계 11장 적층한 것이다. 즉, 아래에서부터 차례로, 메시판 51, 양단 개구판 53, 홈부 양단 개구판 56, 메시판 51, 홈부 양단 개구판 56, 56, 메시판 51, 홈부 양단 개구판 56, 56, 56 및 메시판 51이 적층된다. 즉, 적층체 50A는, 적층체 50에 대한 스페이서 52의 대신에, 양단 개구판 53과 홈부 양단 개구판 56을 이용한 것이다.

여기서, 양단 개구판 53에 대해서, 도 14a 및 도 14b를 이용하여 설명한다. 또한, 도 14a는 양단 개구판 53을 도시한 평면도이고, 도 14b는 도 14a에 도시한 A-A선에 따른 단면도이다. 양단 개구판 53은, 도 14a 및 도 14b에 도시한 바와 같이, 외주부 53B와 중앙부 53D를 남기도록 에칭 가공된다. 이에 의해, 양단 개구판 53에는, 그 양단에 개구부 63이 형성된다. 또한, 양단 개구판 53의 두께는, 0.5mm이다.

또한, 홈부 양단 개구판 56에 대해서, 도 15a∼도 15c를 이용하여 설명한다. 또한, 도 15a는 홈부 양단 개구판 56을 도시한 평면도이며, 도 15b는 도 15a에 도시한 A-A선에 따른 단면도이고, 도 15c는 도 15a에 도시한 B-B선에 따른 단면도이다. 홈부 양단 개구판 56은, 도 15에 도시한 바와 같이, 외주부 56B와 중앙부 56D를 남기고, 중앙부 56D에 홈 56E가 형성되도록 에칭 가공된 것이다. 즉, 홈부 양단 개구판 56은, 양단 개구판 53의 중앙부 53D(도 14a 참조)에 홈 56E를 마련한다. 그리고, 중앙부 56D에는, 편면에 3개의 홈 56E가 형성된다. 상기 홈 56E의 깊이는, 0.35mm이며, 홈 55E의 폭은 1.1mm이다. 그리고, 인접한 홈의 간격은 0.2mm이다. 또한, 홈부 양단 개구판 56의 두께는, 0.5mm이다.

상기 메시판 51, 양단 개구판 53 및 홈부 양단 개구판 56을, 도 13에 도시한 바와 같이 적층하여 접착한 적층체 50A를 바디 41에 형성된 유로 공간 44에 장착함으로써, 도 12에 도시한 바와 같이, 양단 개구판 53의 중앙부 53D 및 홈부 양단 개구판 56의 중앙부 56D에 의해, 주유로 M의 단면적이 감소한다. 이에 의해, 피측정 유체의 바이패스비가 변하고 풀스케일 유량이 1L/분 이 된다. 따라서, 적층체의 구성을 변경함으로써, 임의의 유량 범위를 설정할 수 있다.

다음으로, 상기한 구성을 가지는 열식 유량계 1, 1A의 작용에 대해 설명한다. 열식 유량계 1, 1A에 있어서, 순방향의 유동의 경우에는, 입구 포트 42를 이용하여 입구 유로 43으로 유입된 피측정 유체는, 유로 공간 44에서, 주유로 M으로 유 입되는 것과, 센서 유로 S로 유입되는 것으로 분리되어 흐른다. 그리고, 주유로 M 및 센서 유로 S로부터 유출한 피측정 유체는, 합류하여, 출구 유로 45를 이용하여 출구 포트 46으로부터 바디 41의 외부로 유출한다.

일방, 역방향의 유동의 경우에는, 출구 포트 46을 이용하여 출구 유로 45로 유입된 피측정 유체는, 유로 공간 44에서, 주유로 M으로 유입되는 것과, 센서 유로 S로 유입되는 것으로 분리하여 흐른다. 그리고, 주유로 M 및 센서 유로 S로부터 유출한 피측정 유체는, 합류하여, 입구 유로 43을 이용하여 입구 포트 42로부터 바디 41의 외부로 유출한다.

여기서, 피측정 유체가 순방향 또는 역방향 중의 방향으로 흘러도, 센서 유로 S로 유입되는 피측정 유체는, 적층체 50 또는 50A 내의 3층의 메시부 51M을 통과한 후에, 센서 유로 S에 유입된다. 따라서, 상당한 유동이 조절된 상태의 피측정 유체가, 센서 유로 S를 흐르게 된다.

그리고, 센서 유로 S를 흐르는 피측정 유체는, 센서 유로 S에 교설된 발열 저항체 Rh로부터 열을 빼앗는다. 그렇게 되면, 센서 기판 21의 이면 측에 마련된 전기 회로(도 10에 도시한 정온도차 회로)에 의해, 유체 온도 검출 저항체 Rt와 발연 저항체 Rh가 일정의 온도차가 되도록 제어된다.

또한, 센서 기판 21의 이면 측에 마련된 전기 회로(도 11에 도시한 출력 회로)에 의해, 직렬로 접속된 정전압 Vc가 인가된 상류 온도 검출 저항체 R1과 하류 온도 검출 저항체 R2의 중점 전위 Vout이 측정 신호로서 출력된다. 이 때, 피측정 유체가 순방향의 흐름의 경우에는, 상류 온도 검출 저항체 R1의 온도(저항치)가 저 하하고, 하류 온도 검출 저항체 R2의 온도(저항치)가 증가하기 때문에, 중점 전위 Vout이 증가한다. 일방, 피측정 유체가 역방향의 흐름의 경우에는, 상류 온도 검출 저항체 R1의 온도(저항치)가 증가하고, 하류 온도 검출 저항체 R2의 온도(저항치)가 저하하기 때문에, 중점 전위 Vout은 저하한다. 이 때문에, 피측정 유체의 흐름 방향을 검지할 수 있다.

이 때의 출력의 일례를, 도 16, 도 17에 도시한다. 도 16, 17은, 유량과 출력 전압의 관계를 도시한 것이다. 도 16의 그래프는, 열식 유량계 1에서의 출력을 도시한 것이다. 도 17의 그래프는, 열식 유량계 1A에서의 출력을 도시한 것이다.

도 16, 도 17에서 명확히 알 수 있듯이, 피측정 유체가 순방향으로 흐르는 경우에는, 유량이 커짐에 따라 출력이 커진다. 역으로, 피측정 유체가 역방향으로 흐르는 경우에는, 유량이 커짐에 따라 출력이 작아진다. 이에 의해, 열식 유량계 1, 1A에 의하면, 피측정 유체의 흐름의 방향을 검출할 수 있다.

또한, 열식 유량계 1, 1A의 출력 특성과 함께, 종래의 열식 유량계(특개 2002-5717호 공보에 기재된 것)의 출력 특성(도 34)에 비해, 직선성이 대폭으로 개선됨을 알 수 있다. 즉, 열식 유량계 1, 1A에 의하면, 선형의 출력 특성을 얻을 수 있다. 이는, 주유로 M을 적층체 50, 50A에 의해 구성하여, 각 측정 범위에 최적의 바이패스비를 설정하기 때문이다. 이에 의해, 열식 유량계 1, 1A에 의하면, 피측정 유체의 유량을 쌍방향으로 정확하게 계측할 수 있다. 이에 의해, 노즐의 방해의 관리를 양호하게 할 수 있다.

또한, 열식 유량계 1의 다른 출력례를 도 18에 도시한다. 도 18은, 시간과 출력 전압과의 관계를 도시한 것이다. 도 18에서 명확하게 알 수 있듯이, 열식 유량계 1의 출력은, 종래의 열식 유량계(특개 2002-5717호 공보에 기재된 것)의 출력(도 35)과 비교하여, 흔들림이 적고 안정한 것임을 알 수 있다. 즉, 열식 유량계 1에 의하면, 출력의 진동폭이 적고 상당히 안정한 출력을 얻을 수 있기 때문이다. 그리고, 전기적 필터를 이용하지 않기 때문에, 응답성이 손상되지 않는다.

여기서, 상기 진동폭의 출력치에 대한 비율을 노이즈로 정의한다면, 종래의 열식 유량계에 대한 노이즈가 「±39.5(%FS)」인 것에 비해, 제 1 실시예에 대한 열식 유량계 1에 대한 노이즈는 「±0.7(%FS)」이다. 즉, 열식 유량계 1A에 의하면, 노이즈를 약 1/50로 할 수 있다. 이는, 상기한 바와 같이 센서 회로 S를 흐르는 피측정 유체의 흐름이 상당히 조절되기 때문이다.

이에 의해, 열식 유량계 1에 의하면, 안정한 출력을 얻을 수 있기 때문에. 흡착 확인의 역치를 높게 설정할 수 있다. 이에 의해, 양호하게 흡착 확인을 실시할 수 있다. 또한, 콜레트 타입의 노즐을 이용한 경우에 있어서도, 흡착 확인을 실시할 수 있다.

또한, 여기서는 열식 유량계 1에 대항 서술하였지만, 열식 유량계 1보다도 풀스케일 유량이 적은 열식 유량계 1A에서도 동일한 경과가 얻어짐을 말할 나위가 없다. 왜냐하면, 측정 유량이 적게 되면, 출력의 변화가 적게 되기 때문이다.

또한, 열식 유량계 1A의 다른 출력예를 도 19에 도시한다. 도 19는, 압력을 변화시킨 때의 출력을 도시한 것이다. 도 19에서 명확하게 알 수 있듯이, 열식 유량계 1A는, 종래의 열식 유량계(특원 2000-368801호에 기재된 것)와 비교하면, 압 력 특성이 좋음을 알 수 있다. 즉, 열식 유량계 1A에 의하면, 압력이 변화하여도, 출력이 드리프트 하지 않고 항상 정확한 유량을 계측할 수 있기 때문이다. 또한, 열식 유량계 1에서도 동일한 결과가 얻어진다.

이와 같이 압력 특성이 좋게 되는 것은, 다음의 이유 때문이다. 즉, 종래 방식(특원 2000-368801)에서는, 발열 저항체 Rh와 유체의 열 교환 그 자체를 출력하기 때문에, 압력 변화 즉 기체의 밀도가 변화하면 출력이 변하게 되었다. 반면에, 열식 유량계 1A에서는, 압력이 변화하는 경우, 발열 저항체 Rh와 유체의 열 교환은 변화하지만, 상류 온도 검출 저항체 R1과 하류 온도 검출 저항체 R2의 저항치가 동일하도록 변화하기 때문에, 상류 온도 검출 저항체 R1와 하류 온도 검출 저항체 R2의 중간 전위 Vout은 변화하지 않는다. 따라서, 압력이 변화하여도 출력에 영향이 나타나지 않게 된다.

이와 같이 열식 유량계 1, 1A는, 쌍방향의 유량계측이 가능하고, 또한 응답성(약 20msec)을 손상하지 않고 측정 출력이 상당히 안정적이다. 이 때문에, 열식 유량계 1, 1A를 반도체 칩 설치 시의 조작에 대한 진공 흡착의 흡착 및 유출의 확인에 이용하는 경우, 흡착 및 유출을 정확하게 판단할 수 있다. 왜냐하면, 흡착 사와 비흡착 시에 대한 오리피스 내의 유량을 한번에 정확 또는 안정하게 측정할 수 있기 때문이다. 따라서, 흡착 및 유출 확인에 열식 유량계 1, 1A를 이용하는 것에 의해, 실제로는 흡착함에도 불고하고, 흡착하지 않은 것으로 오판단되지 않고 흡착 확인을 정확하게 실시할 수 있는 것과 함께, 유출의 확인도 실시할 수 있다. 이에 의해, 최근, 소형화 추세의 반도체 칩(예를 들면, 0.5mm²)의 설치 시에 대한 조작 작업을 매우 효율적으로 실시할 수 있다.

이상, 상세하게 설명한 바와 같이 본 실시예에 관한 열식 유량계 1, 1A에 의하면, 바디 41에 형성된 유로 공간 44에 적층체 50, 50A를 장착하여, 주유로 M을 구성함으로써, 피측정 유체의 최적의 바이패스비를 설정할 수 있기 때문에, 선형의 출력 특성을 얻을 수 있다. 또한, 적층체 50,50A에는, 주유로 M과 센서 유로 S와의 사이에 배치된 3층의 메시부 51M이 구비된다. 이에 의해, 센서 유로 S에 유입된 피측정 유체의 흐름이 조절된다. 따라서, 매우 안정한 출력을 얻을 수 있다. 더욱이, 측정 칩 11에 상류 온도 검출 저항체 R1, 하류 온도 검출 저항체 R2, 발열 저항체 Rt 및 유체 온도 검출 저항체 Rt를 마련하고, 전기 회로에 의해, 발열 저항체 Rh와 유체 온도 검출 저항체 Rt가 일정의 온도차가 되도록 제어하고, 상류 온도 검출 저항체 R1과 하류 온도 검출 저항체 R2와의 온도차에 기초하여 피측정 유체의 유량을 측정한다. 이에 의해, 쌍방향의 유량 검지가 가능하다.

(제 2 실시예)

다음으로, 제 2 실시예에 대해 설명한다. 그러면, 제 2 실시예에 대한 열식 유량계의 개략 구성도를 도 20에 도시한다. 도 20에 도시한 바와 같이. 제 2의 실시예에 따른 열식 유량계 101은, 제 1 의 실시예에 따른 열식 유량계 1과 기본적인 구성을 동일하게 한 것이지만, 더욱 소형화를 위해 바디의 형상을 다르게 한다. 이 에 따라, 적층체를 구성하는 각각의 박판의 형상도 다르게 한다. 이 때문에, 이하의 설명에서는, 제 1 실시예와 다른 점을 중심으로 설명하며, 제 1 의 실시예와 동일한 점에 대해서는 동부호를 부여하여 적당히 설명을 생략한다.

먼저, 바디에 관한 도 20 및 도 21을 참조하여 설명한다. 또한, 도 21은 바디의 평면도이다. 상기 바디 141은, 도 21에 도시한 바와 같이, 크게 구분하여 피측정 유체가 흐르는 주유로 M과 센서 유로 S 등이 형성된 유량 측정부 141A와, 증폭 회로 등의 전기 부품을 수납하기 위한 전기 부품 수납부 141B로 구성된다. 또한, 바디 141의 깊이(피측정 유체의 흐름 방향과 직교하는 방향에서의 깊이)는, 제 1 실시예에 대한 바디 44와 거의 동일하다.

여기서, 본 발명의 특징 부분은, 유량 측정부 141A에 있으므로, 이 부분에 대해 상세히 설명한다. 상기 유량 측정부 141A에는, 도 20에 도시한 바와 같이, 제 1 실시예에 따른 바디 41과 다르고, 바디 자체에는 L자형 부분 43A, 45A가 형성되지 않고, 입구 유로 43과 출구 유로 45가 유로 공간 144에 직접 연통된다. 보다 상세하게 설명하면, 입구 유로 43 및 출구 유로 45 모두, 유로 공간 144의 측면 중앙부에 직접 연통된다. 이와 같이, 입구 유로 43 및 출구 유로 45를 형성함으로써, 제 1 실시예에 비해 높이를 작게 할 수 있다. 이에 의해, 열식 유량계 101은, 더욱 소형화를 가능하게 된다.

또한, L자형 부분이 존재하지 않으면, 유량계에 유입된 피측정 유체의 입사각에 따른 출력 특성에의 영향이 커진다. 따라서, 본 실시예에서는, 후술하는 적층체 150에 따라 유로 공간 144 내에 L자형 부분 143A, 145A를 형성한다. 이에 의해, L자형 부분 143A, 145A에 대해 유량계에 유입되는 피측정 유체의 흐름을 방해하고, 강제적으로 흐름의 방향을 변화하여, 센서 회로 S에는 입사각의 영향을 거의 받지 않는 피측정 유체를 흐르게 할 수 있도록 한다.

그리고, 유로 공간 144의 횡단면은, 도 21에 도시한 바와 같이, 장방형의 양 단변(短邊)을 원호 형상(반원)으로 하며, 장변(長邊)의 중앙부의 일방에 원호 형상의 볼록부 144C가 형성되고, 타방에 평탄한 형상의 볼록부 144D가 형성된다. 볼록부 144C, 144D는, 적층체 150(각 박판 151∼157)의 위치 결정을 하기 위한 것이다. 또한, 유로 공간 144의 상면부에는, 시일 패킹 148의 위치 결정을 위한 4개의 볼록부 149A, 149B, 149C, 149D 가 형성된다.

이어서, 상기의 유로 공간 144에 장착된 적층체 150에 대해 설명한다. 상기 적층체 150은, 도 22에 도시한 바와 같이, 7종류의 박판을 합계 13장 적층한 것이다. 또한, 도 22는, 적층체 150의 적층 순서를 도시한 도이다. 상기 적층체 150은, 아래에서부터 순서대로, 양단 개구판 151, 151, 홈부 양단 개구판 152, 제 1 스페이서 153, 제 1 메시판 154, 제 2 스페이서 155, 제 1 메시판 154, 제 2 스페이서 155, 제 1 메시판 154, 제 2 스페이서 155, 제 1 메시판 154, 제 2 메시판 156 및 중앙 개구판 157 이 적층되어 접착된 것이다. 이 각 박판 151∼157은, 두께 0.3mm 정도의 것이며, 에칭에 의해 각 형상의 가공(마이크로머쉬닝 가공)이 된 것이다. 그리고, 그 투영 형상은 유로 공간 144의 횡단면 형상과 거의 동일하게 된다. 이에 의해, 적층체 150이 유로 공간 144에 간격 없이 장착되도록 한다.

여기서, 각각의 박판에 대해 설명한다. 먼저, 양단 개구판 151에 대해, 도 23A 및 도 23B를 이용하여 설명한다. 또한, 도 23A는 양단 개구판 53을 도시한 평면도이고, 도 23B는 도 23A에 도시한 A-A선에 따른 단면도이다. 양단 개구판 151은, 도 23A 및 도 23B에 도시한 바와 같이, 외주부 151B와 중앙부 151D를 남기도록 에칭 가공된 것이다. 이에 의해, 양단 개구판 151에는, 그 양단에 개구판 161, 162가 형성된다.

또한, 홈부 양단 개구판 152에 대해, 도 24A∼도 24C를 이용하여 설명한다. 더욱이, 도 24A는 홈부 양단 개구판 152를 도시한 평면도이며, 도 24B는 도 24A에 도시한 A-A선에 따른 단면도이고, 도 24C는 도 24A에 도시한 B-B선에 따른 단면도이다. 홈부 양단 개구판 152는, 도 24A 및 도 24B에 도시한 바와 같이, 외주부 152B와 중앙부 152D를 남기고, 중앙부 152D에 홈 152E가 형성되도록 에칭 가공된 것이다. 즉, 홈부 양단 개구판 152는, 양단 개구판 151의 중앙부 151D(도 23A 참조)에 홈 152E를 마련한 것이다. 그리고, 중앙부 152D에는, 편면에 3개의 홈 152E가 형성된다. 상기 홈 152E의 깊이는 0.1mm이며, 홈 55E의 폭은 1.4mm이다. 그리고, 인접한 홈의 간격은 0.425mm가 된다. 또한, 홈부 양단 개구판 152에도, 도 24A 및 도 24C에 도시한 바와 같이, 개구부 161, 162가 형성된다.

또한, 제 1 스페이서 153에 대해서, 도 25A 및 도 25B를 이용하여 설명한다. 더욱이 도 25A는 제 1 스페이서 153을 도시한 평면도이고, 도 25B는 도 25A에 도시한 A-A선에 따른 단면도이다. 제 1 스페이서 153은, 도 25A 및 도 25B에 도시한 바와 같이, 외주부 153B를 남기도록 에칭 가공된 것이다. 이에 의해, 제 1 스페이서 52에는, 개구부 163이 형성된다.

또한, 제 1 메시판 154에 대해, 도 26A∼26C를 이용하여 설명한다. 더욱이, 도 26A는 제 1 메시판 154를 도시한 평면도이고, 도 26B는 도 26A에 도시한 A-A선에 따른 단면도이며, 도 26C는 도 26A에 도시한 B-B선에 따른 단면도이다. 제 1 메시판 154는, 도 26A 및 도 26B에 도시한 바와 같이, 외주부 154B와 중앙부 154D와 차폐부 154C를 남기고, 중앙부 154D에 홈 152E가 형성되는 동시에, 중앙부 154D와 차폐부 154C의 사이의 메시부 154M이 형성되도록 에칭 가공된 것이다. 그리고, 외주부 154B는, 양단의 원호 부분의 일부도 에칭 가공에 의해 컷아웃(cut-out)이 형성된다. 이러한 컷아웃을 형성하는 이유는, 적층체 150을 유로 공간 144에 장착한 때에, 그 컷아웃 부분이 입구 유로 43 및 출구 유로 45의 연통부에 위치하기 때문이다. 또한, 제 1 메시판 154에는, 도 26A 및 도 26C에 도시한 바와 같이, 차폐부 154C를 사이에 두고 메시부 154M의 외측에, 개구부 164, 165가 형성된다. 또한, 메시부 154M의 구성은, 메시부 51M과 동일하다.

또한, 제 2 스페이서 155에 대해, 도 27A 및 도 27B를 이용하여 설명한다. 더욱이, 도 27A는 제 2 스페이서 1544를 도시한 평면도이고, 도 27B는 도 26A에 도시한 A-A선에 따른 단면도이다. 제 2 스페이서 155는, 도 27A 및 도 27B에 도시한 바와 같이, 외주부 155B와 차폐부 155C가 형성되도록 에칭 가공된 것이다. 즉, 제 1 메시판 154의 중앙부 154D 및 메시판 154M(도 26A 참조)을 구비하지 않은 것이다. 이에 의해, 개구부 166이 새로 형성된다. 또한, 제 2 스페이서 155에도, 도 27A 및 도 27B에 도시한 바와 같이, 개구부 164, 165가 형성된다.

또한, 제 2 메시판 156에 대해, 도 28A 및 도 28B를 이용하여 설명한다. 더 욱이, 도 28A는 제 2 메시판 156을 도시한 평면도이고, 도 28B는 도 28A에 도시한 A-A선에 따른 단면도이다. 제 2 메시판 156은, 도 28A 및 도 28B에 도시한 바와 같이, 중앙부 156D를 사이에 두고 양측에 메시판 156M이 형성되도록 에칭 가구된 것이다. 또한, 메시부 156M의 구성도, 메시부 51M과 동일하다.

마지막으로, 중앙 개구판 157에 대해, 도 29A 및 도 29B를 이용하여 설명한다. 더욱이, 도 29A는 중앙 개구판 157을 도시한 평면도이고, 도 29B는 도 29A에 도시한 A-A선에 따른 단면도이다. 중앙 개구판 157은, 도 29A 및 도 29B에 도시한 바와 같이, 중앙에 거의 장방 형상의 개구부 167이 형성되도록 에칭 가공된 것이다.

여기서, 도 20으로 돌아가서, 상기한 각 박판 151∼157을 조합하여 적층하고 접착한 적층체 150을 유로 공간 144에 장착하는 것에 의해, L형 부분 143A, 145A, 연락 유로 105, 106 및 주유로 M이 형성된다. 보다 상세하게 설명하면, L형 부분 143A는, 제 1 메시판 154의 개구부 164와 차폐부 154C 및 제 2 스페이서 155의 개구부 164와 차폐부 155C에 의해 형성된다. 또한, L형 부분 145A는, 제 1 메시판 154의 개구부 165와 차폐부 154C 및 제 2 스페이서 155의 개구부 165와 차폐부 155C에 의해 형성된다. 또한, 주유로 M은, 제 1 메시판 154의 홈 154E 및 제 2 스페이서 155의 개구부 166에 의해 형성된다.

또한, 연락 유로 105는, 양단 개구판 151의 개구부 161, 홈부 양단 개구판 152의 개구부 161, 제 1 스페이서 153의 개구부 163, 제 1 메시판 154의 메시부 154M, 제 2 스페이서 155의 개구부 166, 제 2 메시판 156의 메시부 156M 및 중앙 개구판 157의 개구부 167에 의해 형성된다. 또한, 연락 유로 106은, 양단 개구판 151의 개구부 162, 홈부 양단 개구판 152의 개구부 162, 제 1 스페이서 153의 개구부 163, 제 1 메시판 154의 메시부 154M, 제 2 스페이서 155의 개구부 166, 제 2 메시판 156의 메시부 156M 및 중앙 개구판 157의 개구부 167에 의해 형성된다. 또한, 연락 유로 105는, L자형 부분 143A와 주유로 M 및 센서 유로 S를 연통시킨 것이고, 연락 유로 106은, L자형 부분 145A와 주유로 M 및 센서 유로 S를 연통시킨 것이다.

그리고, 연락 유로 105 및 106 중, 주유로 M과 센서 유로 S와의 사이에, 4층의 메시부 154M과 1층의 메시부 156M이 배치된다. 즉, 주유로 M과 센서 유로 S와의 사이에는, 합계 5층의 메시부가 배치되는 것이다. 이에 의해, 흐름이 조절된 피측정 유체가, 센서 유로 S로 유입될 수 있도록 된다. 피측정 유체는, 각 메시부 154M 및 156M을 통과할 때마다, 흐름의 장애를 감소시키기 때문이다.

다음으로, 상기한 구성을 가지는 열식 유량계 101의 작용에 대해 설명한다. 열식 유량계 101에 있어서, 순방향의 흐름의 경우에는, 입구 유로 43으로 유입된 피측정 유체는, 유로 공간 144에서, 주유로 M으로 유입되는 것과, 센서 유로 S로 유입되는 것으로 분리되어 흐른다. 그리고, 주유로 M 및 센서 유로 S로부터 유출한 피측정 유체는, 합류하여, 출구 유로 45로부터 바디 141의 외부로 유출된다.

일방, 역방향의 흐름의 경우에는, 출구 유로 45로 유입된 피측정 유체는, 유로 공간 144에서, 주유로 M으로 유입되는 것과, 센서 유로 S로 유입되는 것으로 분리하여 흐른다. 그리고, 주유로 M 및 센서 유로 S로부터 유출한 피측정 유체는, 합 류하여, 입구 유로 43으로부터 바디 141의 외부로 유출된다. 또한, 열식 유량계 101에 있어서도, 적층체 150을 구성하는 각 박판 151∼157의 조합과 형상을 변경하는 것에 의해, 제 1 실시예와 동일한 바이패스비를 임의로 변경할 수 있다.

여기서, 피측정 유체가 순방향 또는 역방향의 어느 한 방향으로 흘러도, 센서 유로 S로 유입된 피측정 유체는, 적층체 150의 5층의 메시부(4층의 메시부 154M과 1층의 메시부 156M)를 통과한 후에, 센서 유로 S로 유입된다. 따라서, 흐름이 많이 조절된 상태의 피측정 유체가 센서 유로 S를 흐르게 된다.

그리고, 센서 유로 S를 흐르는 피측정 유체는, 센서 유로 S에 가설된 발열 저항체 Rh로부터 열을 빼앗는다. 이렇게 하면, 센서 기판 21의 이면 측에 마련된 전기 회로(도 10에 도시한 정온도차 회로)에 의해, 유체 온도 검출 저항체 Rt와 발열 저항체 Rh가 일정의 온도차가 되도록 제어된다.

또한, 센서 기판 21의 이면 측에 마련된 전기 회로(도 11에 도시한 출력 회로)에 의해, 직렬로 접속된 정전압 Vc가 인가된 상류 온도 검출 저항체 R1과 하류 온도 검출 저항체 R2의 중점 전위 Vout가 측정 신호로서 출력된다. 이 때, 피측정 유체가 순방향의 흐름의 경우에는, 상류 온도 검출 저항체 R1의 온도(저항치)가 저하하고, 하류 온도 검출 저항체 R2의 온도(저항치)가 증가하기 때문에, 중점 전위 Vout이 증가한다. 일방, 피측정 유체가 역방향의 흐름의 경우에는, 상류 온도 검출 저항체 R1의 온도(저항치)가 증가하고, 하류 온도 검출 저항체 R2의 온도(저항치)가 저하하기 때문에, 중점 전위 Vout은 저하한다. 이 때문에, 피측정 유체의 흐름 방향을 검지할 수 있다.

그리고, 열식 유량계 101에서도, 제 1 실시예에 따른 열식 유량계 1, 1A와 동일하게, 선형의 출력 특성을 얻을 수 있는 동시에, 출력의 진동폭이 적고 매우 안정한 출력을 얻을 수 있었다. 또한, 피측정 유체의 압력이 변화하는 때에 있어서도, 출력이 드리프트하지 않고 항상 정확한 유량을 계측할 수 있었다. 이와 같이, 열식 유량계 101에 의하면, 더욱 소형화가 가능하며, 쌍방향의 유량 검지가 가능한 한편, 출력 특성을 선형으로 할 수 있고, 동시에 응답성을 손상하지 않고 안정한 출력을 얻을 수 있다.

이상, 상세히 설명한 바와 같이 제 2 실시예에 따른 열식 유량계 101에 의하면, 입구 유로 43 및 출구 유로 45와 유로 공간 144를 직접 연통되고, 유로 공간 144 내에 장착한 적층체 150에 있어서, L자형 부분 143A, 145A, 연락 유로 105, 106 및 주유로 M을 구성한다. 이에 의해, 높이 방향의 길이가 작아지고, 더욱 소형화가 가능하다. 그리고, 열식 유량계 101에서는, 적층체 150을 구성하는 각 박판 151∼157의 조합을 변경함으로써, 피측정 유체의 최적의 바이패스비를 설정할 수 있기 때문에, 선형의 출력 특성을 얻을 수 있다. 또한, 적층체 150에는, 주유로 M과 센서 유로 S의 사이에 배치된 4층의 메시부 154M 및 1층의 메시부 156이 구비된다. 이에 의해, 센서 유로 S에 유입된 피측정 유체의 흐름이 조절된다. 따라서, 매우 안정한 출력을 얻을 수 있다. 더욱이, 측정 칩 11에 상류 온도 검출 저항체 R1, 하류 온도 검출 저항체 R2, 발열 저항체 Rt 및 유체 온도 검출 저항체 Rt를 마련하고, 전기 회로에 의해, 발열 저항체 Rh와 유체 온도 검출 저항체 Rt가 일정한 온도차가 되도록 제어하며, 상류 온도 검출 저항체 R1과 하류 온도 검출 저항체 R2의 온도차에 기초하여 피측정 유체의 유량을 측정한다. 이에 의해, 쌍방향의 유량 검출이 가능하다.

또한, 상기한 실시예는 간단한 예시에 지나지 않으며, 본 발명을 전혀 한정하지 않으며, 그 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 개량, 변화가 가능하다. 예를 들면, 상기한 실시예에 있어서는, 적층체로서 3종류의 것을 예시하고 있지만, 이에 한하지 않고, 각 박판 51, 52, 53, 56 또는 151∼156을 임의로 조합하여 적층체를 구성하는 것도 가능하다.

이상 설명한 본 발명에 따른 열식 유량계에 의하면, 유량을 계측하기 위한 저항체가 가설된 센서 유로 외에, 상기 센서 유로에 대한 바이패스 유로를 구비한 열식 유량계에 있어서, 바이패스 유로를, 저항체를 이용한 계측 원리를 실시하기 위한 전기 회로에 접속하는 전기 회로용 전극이 표면에 마련된 기판을, 측면 개구부를 구비한 유체 유로가 형성된 바디에 접하고, 에칭 가공한 박판을 여러장 적층한 적층체를 이용하여, 측면 개구부를 막아 밀착시키므로써 형성되며, 센서 유로를 저항체와 그 저항체에 접속하는 저항체용 전극이 마련된 측정 칩을, 저항체용 전극과 전기 회로용 전극을 접착하여 기판에 설치하는 것에 의해, 측정 칩 또는 기판을 작게 하는 한편 일방에 마련된 홈에 의해 형성되어, 측정 칩에, 흐름의 방향 상류 측에 마련한 상류 온도 검출 저항체와, 흐름 방향 하류 측에 마련된 하류 온도 검출 저항체와, 상류 온도 검출 저항체와 하류 온도 검출 저항체의 사이에 마련되며, 상류 온도 검출 저항체와 하류 온도 검출 저항체를 가열하는 발열 저항체와, 피측 정 유체의 온도를 검출하는 유체 온도 검출 저항체를 구비하여, 전기 회로에 의해, 발열 저항체와 유체 온도 검출 저항체가 일정의 온도차가 되도록 제어하고, 상류 온도 검출 저항체와 하류 온도 검출 저항체의 온도차에 기초하여 유체 유량을 측정하기 때문에, 쌍방향의 유량 검지가 가능함과 동시에, 출력 특성을 선형으로 할 수 있고, 동시에 응답성을 손상하지 않고 안정한 출력을 얻을 수 있다.

Claims (10)

1. 유량을 계측하기 위한 저항체가 가설된 센서 유로 외에, 상기 센서 유로에 대한 바이패스 유로를 구비한 열식 유량계에 있어서,

   다수의, 개구를 가지는, 박판을 적층하여, 적층체 내부에서 유체를 상기 센서 유로와 상기 바이패스 유로로 분기시키는 적층체를 가지며,

   상기 박판의 두께를 0.5mm 이하로 하고, 상기 박판은 에칭 가공에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 열식 유량계.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 적층체는, 상기 개구의 면적이 다른 박판을 포함하는 것을 특징으로 하는 열식 유량계.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 적층체는, 상기 개구가 메시(mesh)인 박판을 포함하는 것을 특징으로 하는 열식 유량계.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 개구가 메시인 박판은 소정 두께의 스페이서를 통해 적층되는 것을 특징으로 하는 열식 유량계.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 바이패스 유로는 유체의 흐름을 조절하는 유로를 가지는 것을 특징으로 하는 열식 유량계.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 유체의 흐름을 조절하는 유로는 구멍으로 이루어진 것을 특징으로 하는 열식 유량계.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 구멍은 상기 박판에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 열식 유량계.
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