KR101174270B1 - Measurement System and Methods of Pumping Speed of Vacuum Pumps Using Sonic Nozzles - Google Patents

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Abstract

본 발명은 소닉 노즐을 이용한 진공 펌프의 배기속도 측정장치 및 방법에 관한 것으로, 본 발명의 목적은 넓은 진공도 범위에서 이전보다 향상된 측정 불확도를 제공하는 측정결과를 얻을 수 있는, 소닉노즐을 이용한 진공펌프의 배기속도 측정장치 및 그 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 소닉노즐을 이용한 진공펌프의 배기속도 측정장치는, 진공펌프(200)의 배기속도를 측정하는 측정장치(100)에 있어서, 압력조절부(110)를 통해 압력이 조절된 작동기체가 유입되는 제1챔버(120); 상기 제1챔버(120)에 연결되어 상기 제1챔버(120)로부터 작동기체를 유입받아 초킹(choking) 현상을 이용하여 정상상태(steady state)의 유량으로 작동기체를 배출하는 소닉 노즐부(130); 상기 소닉 노즐부(130)로부터 배출되는 작동기체의 유량을 조절하는 제1밸브부(140); 상기 제1밸브부(140)를 통과한 작동기체가 유입되는 제2챔버(150); 제2챔버(150)로부터 배출되는 작동기체의 유동 개폐를 조절하는 제2밸브부(160); 상기 제1챔버(120) 내의 작동기체의 물리량(입력,온도)들을 측정하는 감지부(170); 상기 감지부(170)에서 측정된 값을 사용하여 상기 진공펌프(200)의 배기속도를 산출하는 계산부(180); 를 포함하여 이루어지며,
상기 제2밸브부(160)가 상기 진공펌프(200)에 연결되어 작동기체가 상기 진공펌프(200)를 통해 배기되되, 상기 감지부(170)에서 감지된 상기 제1챔버(120) 내의 작동기체의 압력(P1) 및 온도(T1) 및 상기 제2챔버(150) 내의 작동기체의 압력(P2) 및 온도(T2)를 사용하여 상기 진공펌프(200)의 배기속도를 산출하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to an apparatus and method for measuring the exhaust velocity of a vacuum pump using a sonic nozzle, and an object of the present invention is to obtain a measurement result that provides improved measurement uncertainty over a wide vacuum range, and thus, a vacuum pump using a sonic nozzle. An exhaust velocity measuring apparatus and a method thereof are provided.
In the apparatus 100 for measuring the exhaust velocity of a vacuum pump using the sonic nozzle of the present invention, in the measuring apparatus 100 for measuring the exhaust velocity of the vacuum pump 200, an operating gas whose pressure is controlled through the pressure regulating unit 110 is provided. A first chamber 120 introduced; Sonic nozzle unit 130 is connected to the first chamber 120 to receive the working gas from the first chamber 120 to discharge the working gas at a steady state flow rate by using a choking phenomenon. ); A first valve part 140 for adjusting a flow rate of the working gas discharged from the sonic nozzle part 130; A second chamber 150 into which the working gas that has passed through the first valve part 140 flows; A second valve part 160 for controlling the opening and closing of the working gas discharged from the second chamber 150; A sensing unit 170 for measuring physical quantities (input, temperature) of an operating gas in the first chamber 120; A calculation unit 180 for calculating an exhaust speed of the vacuum pump 200 using the value measured by the detection unit 170; And,
The second valve unit 160 is connected to the vacuum pump 200 so that the operating gas is exhausted through the vacuum pump 200, the operation in the first chamber 120 sensed by the sensing unit 170 The exhaust velocity of the vacuum pump 200 is calculated using the pressure P 1 and the temperature T 1 of the gas and the pressure P 2 and the temperature T 2 of the working gas in the second chamber 150. Characterized in that.

Figure R1020100016835
Figure R1020100016835

Description

소닉 노즐을 이용한 진공펌프의 배기속도 측정 장치 및 방법 {Measurement System and Methods of Pumping Speed of Vacuum Pumps Using Sonic Nozzles}{Measurement System and Methods of Pumping Speed of Vacuum Pumps Using Sonic Nozzles}

본 발명은 소닉 노즐을 이용한 진공 펌프의 배기속도 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and a method for measuring the exhaust velocity of a vacuum pump using a sonic nozzle.

일반적으로 진공 펌프의 배기속도(pumping speed or volume flow rate)를 측정하기 위해서, 쓰루풋 방식(throughput method) 또는 오리피스 방식(orifice method)이 국제표준 방식으로 소개되어 있다(ISO 21360). 이러한 방식들은 현장에서 사용되고 있기는 하지만, 진공펌프의 성능과 특성에 대한 정확한 측정을 수행하는 정밀 측정기관에서는 위의 표준방식들의 측정 불확도가 상대적으로 높기 때문에 비록 ISO 표준이라고는 하나 상술한 방식들은 실제 낮은 사용빈도를 보이고 있다.In general, in order to measure the pumping speed or volume flow rate of the vacuum pump, a throughput method or an orifice method is introduced as an international standard method (ISO 21360). Although these methods are used in the field, the above mentioned methods, although referred to as ISO standards, are relatively high in precision measurement organizations that perform accurate measurements on the performance and characteristics of vacuum pumps. Low frequency of use

실예로 국내 표준기관에서는 정적법(constant volume method) 또는 정압법(constant pressure method) 등의 방법을 사용하여 진공 펌프의 배기속도를 보다 정확하게 측정하고 있다. 이러한 방식들을 이용하여 상술한 ISO 표준방식에 비해 개선된 측정 불확도로 진공 펌프의 배기속도와 성능평가를 수행하고 있다.
For example, the domestic standard organization more accurately measures the exhaust velocity of a vacuum pump using a method such as a constant volume method or a constant pressure method. Using these methods, evacuation speed and performance evaluation of the vacuum pump are performed with improved measurement uncertainty compared to the ISO standard described above.

정밀측정기관에서 사용되는 진공 펌프의 배기속도 측정방법 중 하나인 정적법의 원리에 대하여 간략히 설명한다. 도 1은 정적법을 사용한 측정장치의 한 실시예를 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 특성을 측정하고자 하는 시험용 펌프(Test Pump)에 대형 챔버(875 Liter Flow Chamber)를 연결하고, 조절 밸브(Rough Control) 및 미세 조절 밸브(Fine Control)를 사용하여 상기 대형 챔버로부터 상기 시험용 펌프로 유입되는 유량을 측정함으로써 진공펌프의 배기속도를 계측할 수 있다.Briefly, the principle of the static method, which is one of the methods for measuring the exhaust velocity of a vacuum pump used in a precision measuring engine, is briefly described. 1 shows an embodiment of a measuring device using the static method. As shown, a large chamber (875 Liter Flow Chamber) is connected to a test pump whose properties are to be measured, and from the large chamber using a rough control and a fine control valve. The exhaust velocity of the vacuum pump can be measured by measuring the flow rate flowing into the test pump.

상술한 바와 같이, 이러한 정적법 방식은 현재 진공펌프의 배기속도 측정표준 방법인 쓰루풋 방식 또는 오리피스 방식에 비해서 측정 불확도가 상대적으로 낮기 때문에 정밀측정기관에서 사용되고 있다. 그러나 정적법 방식 역시 다음과 같은 문제점들을 가지고 있다.As described above, such a static method is currently used in precision measurement engines because the measurement uncertainty is relatively low compared to the throughput method or the orifice method, which is a standard method for measuring the exhaust velocity of a vacuum pump. However, the static method also has the following problems.

먼저, 도 1의 실시예에 나타나 있는 바와 같이 875리터 급의 대형 챔버를 필요로 하기 때문에, 제작 비용이 매우 높아진다. 특히 이러한 대형 챔버의 밀폐를 보장하기 위해서 그 구조나 설계 역시 난해해지게 되며, 이 역시 제작 비용의 상승으로 이어지게 된다. 또한, 이러한 대형 챔버는 이동이 불가능하기 때문에 배기속도 측정을 위해서는 시험용 펌프를 (대형 챔버를 포함하는) 측정 장치가 있는 곳으로 이송해 와야만 한다는 문제점이 있어, 일반적인 산업 현장에서 사용하는데 어려움이 있다.First, as shown in the embodiment of Fig. 1, a large chamber of 875 liter class is required, so the manufacturing cost is very high. In particular, in order to ensure the sealing of such a large chamber, its structure and design also become difficult, which also leads to an increase in manufacturing cost. In addition, since such a large chamber is not movable, there is a problem that a test pump must be transferred to a measuring device (including a large chamber) in order to measure the exhaust velocity, which is difficult to use in a general industrial site. .

뿐만 아니라, 종래의 정적법의 경우 0.1% 이하의 정밀한 체적을 측정하기에는 어려움이 있어, 아직도 충분한 정확도를 얻을 수 없다는 문제가 여전히 남아 있다. 또한, 진공 펌프의 흡입 압력의 범위가 10 mbar 이상인 가스 부하가 상대적으로 높은 경우, 레이놀즈수(Reynolds number)의 증가로 인하여 정상유동(steady flow)을 재현하기가 어려워 측정 불확도를 증가시키는 원인이 된다.
In addition, in the conventional static method, it is difficult to measure a precise volume of 0.1% or less, and there still remains a problem that sufficient accuracy cannot be obtained. In addition, when a gas load having a suction pressure range of 10 mbar or more is relatively high, it is difficult to reproduce steady flow due to an increase in the Reynolds number, which increases measurement uncertainty. .

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 다양하게 넓은 압력범위에서 높은 정확도를 가지는 측정결과를 얻을 수 있는, 소닉 노즐을 이용한 진공 펌프의 배기속도 측정장치 및 방법을 제공함에 있다.
Accordingly, the present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, the object of the present invention is to obtain a measurement result having a high accuracy in a wide range of pressure range, of the vacuum pump using a sonic nozzle An exhaust velocity measuring apparatus and method are provided.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 소닉 노즐을 이용한 진공 펌프의 배기속도 측정장치는, 진공펌프(200)의 배기속도를 측정하는 측정장치(100)에 있어서, 압력조절부(110)를 통해 압력이 조절된 작동 기체가 유입되는 제1챔버(120); 상기 제1챔버(120)에 연결되어 상기 제1챔버(120)로부터 작동 기체를 유입받아 초킹(choking) 현상을 이용하여 일정 유량으로 작동 기체를 배출하는 소닉 노즐부(130); 상기 소닉 노즐부(130)로부터 배출되는 작동 기체의 압력을 조절하는 제1밸브부(140); 상기 제1밸브부(140)를 통과한 작동 기체가 유입되는 제2챔버(150); 제2챔버(150)로부터 배출되는 작동 기체의 개폐를 조절하는 제2밸브부(160); 상기 제1챔버(120) 내의 작동 기체의 물리량들을 측정하는 감지부(170); 상기 감지부(170)에서 측정된 값을 사용하여 상기 진공펌프(200)의 배기속도를 산출하는 계산부(180); 를 포함하여 이루어지며,Exhaust speed measuring apparatus for a vacuum pump using the sonic nozzle of the present invention for achieving the above object, in the measuring device 100 for measuring the exhaust speed of the vacuum pump 200, pressure regulator 110 A first chamber 120 through which the pressure-regulated working gas is introduced; A sonic nozzle unit 130 connected to the first chamber 120 to receive the working gas from the first chamber 120 and to discharge the working gas at a constant flow rate by using a choking phenomenon; A first valve part 140 for adjusting a pressure of a working gas discharged from the sonic nozzle part 130; A second chamber 150 into which the working gas that has passed through the first valve part 140 is introduced; A second valve part 160 for controlling opening and closing of the working gas discharged from the second chamber 150; A sensing unit 170 measuring physical quantities of the working gas in the first chamber 120; A calculation unit 180 for calculating an exhaust speed of the vacuum pump 200 using the value measured by the detection unit 170; And,

상기 제2밸브부(160)가 상기 진공펌프(200)에 연결되어 작동 기체가 상기 진공펌프(200)를 통해 배기되며, 상기 감지부(170)에서 감지된 상기 제1챔버(120) 내의 작동 기체의 압력(P1) 및 온도(T1) 및 상기 제2챔버(150) 내의 작동 기체의 압력(P2) 및 온도(T2)를 사용하여 상기 진공펌프(200)의 배기속도를 산출하는 것을 특징으로 한다.The second valve unit 160 is connected to the vacuum pump 200 so that a working gas is exhausted through the vacuum pump 200, and the operation in the first chamber 120 sensed by the sensing unit 170 is performed. The exhaust velocity of the vacuum pump 200 is calculated using the pressure P 1 and the temperature T 1 of the gas and the pressure P 2 and the temperature T 2 of the working gas in the second chamber 150. Characterized in that.

이 때, 상기 측정장치는 하기의 수학식을 사용하여 상기 진공펌프(200)의 배기속도 QV를 산출하고, 이를 이용하여 상기 진공펌프(200)의 배기속도를 측정하는 것을 특징으로 한다.At this time, the measuring device calculates the exhaust velocity Q V of the vacuum pump 200 by using the following equation, characterized in that for measuring the exhaust velocity of the vacuum pump 200.

Figure 112010012207816-pat00001
Figure 112010012207816-pat00001

위 식에서 Q M (mass flow rate)과 ρ는 질량유속과 작동기체의 밀도를 각각 나타내며, Q M 은 아래의 식으로 나타난다.In the above equation, Q M (mass flow rate) and ρ represent the mass flow rate and the working gas density, respectively, and Q M is represented by the following equation.

Figure 112010012207816-pat00002
Figure 112010012207816-pat00002

상기 식에서 Cd는 유출계수(coefficient of discharge)이고, A는 소닉노즐의 목 단면적이고, C*는 1차원 유동에서의 임계유량 함수(critical flow function)이고, R은 기체상수이고, T와 P는 온도와 압력을 각각 나타낸다. 소닉노즐의 유출계수 Cd는 아래의 식으로 결정되며,Where C d is the coefficient of discharge, A is the neck cross section of the sonic nozzle, C * is the critical flow function in one-dimensional flow, R is the gas constant, T and P Denotes temperature and pressure, respectively. Emission coefficient C d of the sonic nozzle is determined by the following equation,

Figure 112010012207816-pat00003
Figure 112010012207816-pat00003

{a, b, c}는 소닉노즐의 교정으로 결정되는 상수들이며, Re는 레이놀즈 수(Reynolds number)를 나타내며 다음 식에 의하여 결정되며,{a, b, c} are constants determined by the calibration of the sonic nozzle, Re represents Reynolds number and is determined by the following equation,

Figure 112010012207816-pat00004
Figure 112010012207816-pat00004

d는 소닉노즐의 목 직경이고, μ는 작동 기체의 동점성계수(dynamic viscosity coefficient)이다.d is the neck diameter of the sonic nozzle and μ is the dynamic viscosity coefficient of the working gas.

또한, 상기 압력 조절부(110)는 적어도 하나 이상의 니들밸브(111)(112)가 병렬로 연결되어 이루어지며, 상기 니들밸브(111)(112)가 두 개 이상 구비될 경우 각각의 상기 니들밸브(111)(112)의 유량조절 범위가 서로 다르게 형성되어, 측정하고자 하는 유량범위에 따라 상기 니들밸브(111)(112)가 선택적으로 사용하는 것을 특징으로 한다.In addition, the pressure control unit 110 is made of at least one needle valve 111, 112 are connected in parallel, each of the needle valve when two or more needle valve 111, 112 is provided Since the flow rate control range of the 111 and 112 is different from each other, the needle valves 111 and 112 are selectively used according to the flow rate range to be measured.

또한, 상기 제1챔버(120)는 상기 제1챔버(120) 내의 작동 기체의 압력(P1)을 측정하는 제1CDG(171)를 구비하는 것을 특징으로 한다.In addition, the first chamber 120 is characterized in that it comprises a first CDG (171) for measuring the pressure (P 1 ) of the working gas in the first chamber (120).

또한, 상기 제1챔버(120)는 상기 감지부(170)와 연결되는 유로 상에 감지부측 밸브(121)를 설치하는 것을 특징으로 한다.In addition, the first chamber 120 is characterized in that for installing the sensing unit side valve 121 on the flow path connected to the sensing unit 170.

또한, 상기 소닉 노즐부(130)는 적어도 하나 이상의 소닉노즐(131)(132)이 병렬로 연결되어 이루어지며, 상기 소닉노즐(131)(132)에는 노즐 개폐밸브(141)(142)가 직렬로 연결 구비되고, 상기 소닉노즐(131)(132)이 두 개 이상 구비될 경우 각각의 상기 소닉노즐(131)(132)의 최대 배출유량이 서로 다르게 형성되어, 측정하고자 하는 유량범위에 따라 상기 노즐 개폐밸브(141)(142)가 선택적으로 개폐됨으로써 상기 소닉노즐(131)(132)이 선택적으로 개방되는 것을 특징으로 한다.In addition, the sonic nozzle unit 130 is formed by connecting at least one sonic nozzle (131, 132) in parallel, the nozzle opening and closing valves (141, 142) in series with the sonic nozzle (131, 132) When the sonic nozzles 131 and 132 are provided in two or more, the maximum discharge flow rates of the sonic nozzles 131 and 132 are formed differently, and according to the flow range to be measured. The nozzle opening and closing valves 141 and 142 are selectively opened and closed, so that the sonic nozzles 131 and 132 are selectively opened.

또한, 상기 제1밸브부(140)는 상기 제2챔버(150)와 직접 연결되어 상기 제1챔버(120)로부터 상기 소닉 노즐부(130)를 통과하여 유입되는 작동기체의 압력을 조절하는 챔버 간 밸브(143)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In addition, the first valve unit 140 is directly connected to the second chamber 150 to control the pressure of the working gas flowing through the sonic nozzle unit 130 from the first chamber 120 It is characterized by including the liver valve 143.

또한, 상기 제2챔버(150)는 상기 제2챔버(150) 내의 작동기체의 압력(P2)을 측정하는 제2CDG(172)를 구비하는 것을 특징으로 한다.In addition, the second chamber 150 is characterized in that it comprises a second CDG (172) for measuring the pressure (P 2 ) of the working gas in the second chamber (150).

또한, 상기 측정 장치(100)는 상기 제1챔버(120) 내의 작동 기체의 압력을 보다 신속히 조절하도록, 대기압 또는 원하는 압력의 설정이 가능한 압력 설정장치, 상기 제1챔버(120)의 일측, 상기 진공 펌프(200)와 각각 연결되는 3방향 밸브(122)를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In addition, the measuring device 100 is a pressure setting device capable of setting the atmospheric pressure or the desired pressure to more quickly adjust the pressure of the working gas in the first chamber 120, one side of the first chamber 120, the It is characterized in that it further comprises a three-way valve 122 connected to the vacuum pump 200, respectively.

또한, 상기 측정 장치(100)는 상기 소닉 노즐부(130)의 이물질을 제거하거나 또는 상기 소닉 노즐부(130)의 누출(leakage)을 감지하도록, 상기 노즐 개폐 밸브(141)(142) 및 상기 챔버 간 밸브(143)를 연결하는 유로와, 상기 3방향 밸브(122) 및 상기 진공 펌프(200)를 연결하는 유로를 서로 연결하는 보조 유로가 구비되며, 상기 보조 유로 상에 보조밸브(123)가 구비되는 것을 특징으로 한다.In addition, the measuring device 100 to remove the foreign matter of the sonic nozzle unit 130 or to detect the leakage (leakage) of the sonic nozzle unit 130, the nozzle opening and closing valve 141, 142 and the A flow path for connecting the valves 143 between the chambers, and an auxiliary flow path for connecting the flow path for connecting the three-way valve 122 and the vacuum pump 200 with each other, the auxiliary valve 123 on the auxiliary flow path Characterized in that is provided.

또한, 상기 작동기체는 질소 또는 건조 공기로 구성되는 것을 특징으로 한다.
In addition, the working gas is characterized in that consisting of nitrogen or dry air.

또한, 본 발명의 소닉 노즐을 이용한 진공펌프의 배기속도 측정방법은, 상술한 바와 같은 측정장치(100)를 사용하는 소닉노즐을 이용한 진공펌프의 배기속도 측정방법에 있어서, a) 상기 측정장치(100)가 초기화되는 준비단계; 및 b) 상기 측정장치(100)에 의하여 상기 진공펌프(200)의 배기속도가 산출되는 측정단계; 를 포함하여 이루어지되, 상기 a) 준비단계는 a1) 상기 제1밸브부(140)가 폐쇄되고, 상기 진공펌프(200)가 작동되는 단계; a2) 상기 제2챔버(150)가 진공화되는 단계; 를 포함하여 이루어지고,In addition, a method of measuring the exhaust velocity of a vacuum pump using the sonic nozzle of the present invention, in the method of measuring the exhaust velocity of a vacuum pump using a sonic nozzle using the measuring device 100 as described above, a) the measuring device ( A preparation step in which 100) is initialized; And b) a measuring step of calculating the exhaust speed of the vacuum pump 200 by the measuring device 100; It comprises a, wherein the step a) the preparation step is a1) the first valve unit 140 is closed, the step of operating the vacuum pump 200; a2) evacuating the second chamber (150); Including,

상기 b) 측정단계는 b1) 상기 제1밸브부(140)가 개방되는 단계; b2) 상기 압력조절부(110)가 조절되어 상기 제1챔버(120) 내로 유입되는 작동기체의 유량이 조절됨으로써 상기 제2챔버(150) 내의 작동기체의 압력(P2)이 원하는 압력으로 설정되는 단계; b3) 상기 제2챔버(150) 내의 작동기체의 압력(P2)이 정상상태(steady state)가 되면, 상기 감지부(170)에 의하여 상기 제1챔버(120) 내의 작동기체의 압력(P1) 및 온도(T1) 및 상기 제2챔버(150) 내의 작동기체의 압력(P2) 및 온도(T2)가 측정되는 단계; b4) 상기 계산부(180)에 의하여 상기 진공펌프(200)의 배기속도를 산출하는 단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.B) measuring step b1) opening the first valve unit 140; b2) The pressure control unit 110 is adjusted to adjust the flow rate of the working gas flowing into the first chamber 120, so that the pressure P 2 of the working gas in the second chamber 150 is set to a desired pressure. Becoming; b3) When the pressure P 2 of the working gas in the second chamber 150 reaches a steady state, the pressure P of the working gas in the first chamber 120 is detected by the sensing unit 170. 1 ) and measuring the temperature (T 1 ) and the pressure (P 2 ) and temperature (T 2 ) of the working gas in the second chamber (150); b4) calculating the exhaust velocity of the vacuum pump 200 by the calculator 180; And a control unit.

이 때, 상기 b) 측정단계는 상기 b2) 단계에서의 상기 제2챔버(150) 내의 작동 기체의 압력(P2)이 재설정된 후 상기 b2) 내지 b4) 단계가 순차적으로 반복 수행되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.
In this case, the b) measuring step is performed by repeating the steps b2) to b4 after the pressure (P 2 ) of the working gas in the second chamber 150 in step b2) is reset. It features.

또는, 본 발명의 소닉노즐을 이용한 진공펌프의 배기속도 측정방법은, 상술한 바와 같은 측정장치(100)를 사용하는 소닉노즐을 이용한 진공펌프의 배기속도 측정 방법에 있어서, a) 상기 측정장치(100)가 초기화되는 준비단계; 및 b) 상기 측정장치(100)에 의하여 상기 진공펌프(200)의 배기속도가 산출되는 측정단계; 를 포함하여 이루어지되, 상기 a) 준비단계는 a01) 상기 제1밸브부(140), 상기 감지부측 밸브(121), 상기 3방향 밸브(122), 상기 보조밸브(123), 상기 노즐 개폐밸브(141)(142)가 폐쇄되고, 상기 진공펌프(200)가 작동되는 단계; a02) 상기 진 펌프(200)에 의하여 상기 제2챔버(150)가 진공화되는 단계; a03) 상기 a02) 단계 이후, 상기 제2챔버(150)의 진공화 정도가 상기 터보 분자펌프(151)의 작동범위 내로 들어오면, 상기 터보 분자펌프(151)에 의하여 상기 제2챔버(150)가 진공화되는 단계; a04) 상기 제2CDG(172)에 의해 영점 조정이 수행되는 단계; a05) 상기 터보 분자펌프(151)의 작동이 멈추는 단계; 를 포함하여 이루어지고,Alternatively, the method for measuring the exhaust velocity of a vacuum pump using the sonic nozzle of the present invention is a method for measuring the exhaust velocity of a vacuum pump using the sonic nozzle using the measuring apparatus 100 as described above, a) the measuring device ( A preparation step in which 100) is initialized; And b) a measuring step of calculating the exhaust speed of the vacuum pump 200 by the measuring device 100; Wherein, the a) preparation step is a01) the first valve unit 140, the detection unit side valve 121, the three-way valve 122, the auxiliary valve 123, the nozzle opening and closing valve (141) 142 is closed, the vacuum pump 200 is operated; a02) evacuating the second chamber (150) by the gin pump (200); a03) After the step a02), if the degree of vacuumization of the second chamber 150 is within the operating range of the turbo molecular pump 151, the second chamber 150 by the turbo molecular pump 151 Is evacuated; a04) performing zero adjustment by the second CDG 172; a05) stopping the operation of the turbo molecular pump 151; Including,

상기 b) 측정단계는 b01) 상기 챔버 간 밸브(143)가 개방되는 단계; b02) 상기 노즐 개폐 밸브(141)(142) 중 하나가 개방되어 상기 소닉노즐(131)(132) 중 하나가 선택적으로 개방되는 단계; b03) 상기 니들밸브(111)(112) 중 하나가 선택적으로 개방 및 조절되어 상기 제1챔버(120) 내로 유입되는 작동기체의 유량이 조절됨으로써 상기 제2챔버(150) 내의 작동 기체의 압력(P2)이 원하는 압력으로 설정되는 단계; b04) 상기 제2챔버(150) 내의 작동기체의 압력(P2)이 정상상태(steady state)가 되면, 상기 감지부(170)에 의하여 상기 제1챔버(120) 내의 작동기체의 압력(P1) 및 온도(T1) 및 상기 제2챔버(150) 내의 작동기체의 압력(P2) 및 온도(T2)가 측정되는 단계; b05) 상기 계산부(180)에 의하여 상기 진공펌프(200)의 배기속도가 산출되는 단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.B) measuring step b01) the valve between the chamber 143 is opened; b02) opening one of the nozzle opening / closing valves (141) (142) to selectively open one of the sonic nozzles (131) (132); b03) One of the needle valves 111 and 112 is selectively opened and adjusted so that the flow rate of the working gas flowing into the first chamber 120 is adjusted so that the pressure of the working gas in the second chamber 150 P 2 ) is set to the desired pressure; b04) When the pressure P 2 of the working gas in the second chamber 150 is in a steady state, the pressure P of the working gas in the first chamber 120 is detected by the sensing unit 170. 1 ) and measuring the temperature (T 1 ) and the pressure (P 2 ) and temperature (T 2 ) of the working gas in the second chamber (150); b05) calculating the exhaust velocity of the vacuum pump 200 by the calculation unit 180; And a control unit.

이 때, 상기 a) 단계는 a12) 상기 a01) 단계와 상기 a02) 단계 사이에, 상기 3방향 밸브(122)의 제1챔버(150) 측 및 상기 진공펌프(200) 측이 개방되어 상기 제1챔버(120)가 진공화되는 단계; 를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.At this time, the step a) is a12) between the step a01) and the step a02), the first chamber 150 side and the vacuum pump 200 side of the three-way valve 122 is opened to the The first chamber 120 is evacuated; And further comprising:

또한, 상기 측정방법은 상기 b) 측정단계 이후에, 상기 3방향 밸브(122)의 모든 측이 개방되어 상기 제1챔버(120) 및 상기 제2챔버(150)의 내부 압력이 대기압(P0) 또는 원하는 압력(Pd)으로 설정되는 단계; 를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In addition, in the measuring method, after the measuring step b), all sides of the three-way valve 122 are opened so that the internal pressures of the first chamber 120 and the second chamber 150 are atmospheric pressure (P 0). ) Or set to a desired pressure P d ; Characterized in that further comprises.

또한, 상기 측정방법은 상기 a) 준비단계 이전에, 상기 보조밸브(123)가 개방되어 상기 소닉 노즐부(120)의 이물질을 제거하거나, 또는 상기 소닉 노즐부(130)의 누출(leakage)을 감지하는 단계; 를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In addition, in the measuring method, before the a) preparation step, the auxiliary valve 123 is opened to remove foreign substances in the sonic nozzle unit 120 or to prevent leakage of the sonic nozzle unit 130. Sensing; And further comprising:

또한, 상기 b) 측정단계는 상기 b03) 단계에서의 상기 제2챔버(150) 내의 작동 기체의 압력(P2)이 재설정된 후 상기 b3) 내지 b5) 단계가 순차적으로 반복 수행되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.
In addition, the b) measuring step is characterized in that the steps b3) to b5) is sequentially performed after the pressure (P 2 ) of the working gas in the second chamber 150 in step b03) is reset. It is done.

종래에 진공펌프의 배기속도 측정방법의 표준으로 사용되어 왔던 쓰루풋 방식 또는 오리피스 방식은 측정 불확도가 상대적으로 높기 때문에, 보다 정확한 측정과 분석을 수행하는 정밀측정 기관에서는 진공펌프의 배기속도 측정을 위해 정적법 또는 정압법을 사용하고 있다. The throughput or orifice method, which has been used as a standard for evaluating the evacuation speed of vacuum pumps, has a relatively high measurement uncertainty. Law or static pressure method.

그러나 본 발명에 의하면, 구체적으로는 종래의 정적법의 경우 측정 불확도가 10% 정도였으나, 본 발명에 의하면 측정 불확도를 1 % 이하로 구현할 수 있기 때문에 기존의 정적법에 비해 보다 개선된 측정 불확도를 제공할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, however, the measurement uncertainty was about 10% in the case of the conventional static method. However, since the measurement uncertainty can be realized to 1% or less, the measurement uncertainty is improved compared to the conventional static method. There is an effect that can be provided.

또한 본 발명에 의하면, 종래의 정적법 등의 경우 특정 흡입 압력범위에서는 측정 불확도가 증가되어지는 등의 문제가 있었던 것과는 달리, 매우 넓은 압력 범위에서 향상된 측정 불확도를 가지는 결과를 얻을 수 있는 효과를 제공하는 장점을 제공한다. In addition, according to the present invention, in contrast to the conventional static method, there is a problem that the measurement uncertainty is increased in a specific suction pressure range, it provides an effect that can obtain a result having improved measurement uncertainty in a very wide pressure range It provides an advantage.

더불어, 본 발명의 장치 및 방법은 정상유동을 쉽게 만들고 또한 유지할 수 있어 측정과정의 재현성이 종래에 비해 월등히 높다는 장점이 있으며, 이에 따라 더욱 개선된 측정 불확도를 얻을 수 있는 효과가 있다.In addition, the apparatus and method of the present invention has the advantage that the normal flow can be easily made and maintained, so that the reproducibility of the measurement process is much higher than in the prior art, and thus, an improved measurement uncertainty can be obtained.

뿐만 아니라, 종래의 정적법에 의한 장치가 대형 챔버를 필요로 하기 때문에 장치의 이동성이 전혀 보장되지 않고 또한 제작비용이 매우 높았던 것과는 달리, 본 발명의 장치는 이보다 훨씬 부피가 작아 이동성이 높고 또한 이와 더불어 제작비용을 크게 절감할 수 있는 효과가 있다. 물론 이에 따라, 본 발명에 의하면 실제 산업 현장에 저렴한 비용으로 본 발명의 장치를 설치할 수 있게 되며, 현장에서도 높은 정확도의 진공펌프 배기속도를 측정할 수 있다는 큰 장점이 있다.
In addition, unlike the conventional static method, since the apparatus requires a large chamber, the mobility of the apparatus is not guaranteed at all and the manufacturing cost is very high, the apparatus of the present invention is much smaller and more mobile than this. In addition, there is an effect that can significantly reduce the production cost. Of course, according to the present invention, it is possible to install the apparatus of the present invention at a low cost in the actual industrial site, there is a big advantage that can be measured in the vacuum pump exhaust speed of high accuracy in the field.

도 1은 정적법을 사용한 진공펌프의 배기속도 측정장치의 구성.
도 2는 본 발명의 배기속도 측정장치의 원리.
도 3은 본 발명의 배기속도 측정장치의 실시예.1 is a configuration of a device for measuring the exhaust velocity of a vacuum pump using the static method.
2 is a principle of the exhaust velocity measuring apparatus of the present invention.
Figure 3 is an embodiment of the exhaust velocity measuring apparatus of the present invention.

이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 소닉노즐을 이용한 진공펌프의 배기속도 측정장치 및 방법을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
Hereinafter, an apparatus and a method for measuring the exhaust velocity of a vacuum pump using a sonic nozzle according to the present invention having the configuration as described above will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 진공 펌프의 배기속도 측정장치의 원리를 설명하도록 본 발명의 측정장치를 간략하게 도시한 것이다. 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명의 측정장치는 기본적으로 제1챔버(120), 소닉 노즐부(130), 제1밸브부(140), 제2챔버(150), 제2밸브부(160)가 순차적으로 연결되어 구성된다. 도 2에는 직접적인 원리에 관계되는 부품만을 표시하여 도 2에서는 생략되어 있으나, 물론 실제적으로는 본 발명의 측정장치(100)에는 작동기체의 압력, 온도 등을 측정하는 감지부(170) 및 이 값들을 이용하여 배기속도를 산출해 내는 계산부(180)가 포함되어 이루어지게 된다. 이하에서 각 부 및 본 발명의 배기속도 측정장치의 원리에 대하여 보다 상세히 설명한다.Figure 2 shows the measuring device of the present invention briefly to explain the principle of the exhaust speed measuring device of the vacuum pump of the present invention. As shown in FIG. 2, the measuring apparatus of the present invention basically includes a first chamber 120, a sonic nozzle unit 130, a first valve unit 140, a second chamber 150, and a second valve unit. 160 is configured to be connected in sequence. In FIG. 2, only components related to the direct principle are shown and omitted in FIG. 2, but of course, in the measuring device 100 of the present invention, a sensing unit 170 and a value for measuring a pressure, a temperature, and the like of an operating gas are actually used. The calculation unit 180 that calculates the exhaust velocity by using them is included. Hereinafter, each part and the principle of the exhaust velocity measuring apparatus of the present invention will be described in more detail.

먼저 준비단계에서, 상기 제2밸브부(160)가 연결된 진공펌프(200)를 구동시켜 두어 상기 제1챔버(120) 및 상기 제2챔버(150) 내부가 진공이 되게 한다. 상기 제1챔버(120) 및 상기 제2챔버(150) 내부가 진공이 되면, 이제 상기 제1챔버(120)에 도시된 바와 같이 압력조절부(110)를 통해 적절하게 압력이 조절된 질소 또는 건조 공기 등과 같은 작동기체를 유입한다. 그러면 상기 소닉 노즐부(130)을 통해 작동기체가 배출되게 되는데, 이 때 상기 소닉 노즐부(130)에서는 초킹(choking) 현상이 일어나게 된다.First, in the preparation step, the vacuum pump 200 to which the second valve unit 160 is connected is driven so that the inside of the first chamber 120 and the second chamber 150 become a vacuum. When the inside of the first chamber 120 and the second chamber 150 is a vacuum, as shown in the first chamber 120, the nitrogen is properly adjusted through the pressure control unit 110 or It introduces working gas such as dry air. Then, the working gas is discharged through the sonic nozzle unit 130. At this time, a choking phenomenon occurs in the sonic nozzle unit 130.

초킹 현상이란 간략히 설명하면 다음과 같다. 일반적으로 어떤 유로 내를 유동하는 유체의 유량은 유속과 유로 단면적의 곱으로 나타난다. 따라서 상기 유로를 통해 일정한 유량의 유체가 유동하고 있을 경우, 유로가 좁아질수록(즉 유로 단면적이 작아질수록) 유속은 증가하게 된다. 그런데, 이 때 노즐과 같이 출구 단면적이 매우 좁은 유로에서 유속이 음속이되며 음속 이상으로 증가하지 않는다. 이와 같이 유속이 음속으로 고정되게 되는 현상을 초킹 현상이라 한다. 초킹이 일어나게 되면 출구압력을 아무리 감소하더라도 유속이 음속으로 고정되어 있기 때문에 유량이 증가하지 않는 일정유속을 유지하게 된다.The choking phenomenon is briefly described as follows. Generally, the flow rate of a fluid flowing in a flow path is expressed as the product of the flow rate and the flow cross section. Therefore, when a constant flow rate of fluid flows through the flow path, the narrower the flow path (that is, the smaller the flow passage cross-sectional area), the higher the flow rate. However, at this time, the flow velocity becomes the speed of sound in the flow path with a very narrow outlet cross section like the nozzle and does not increase above the speed of sound. The phenomenon in which the flow velocity is fixed at the speed of sound is called a choking phenomenon. When choking occurs, no matter how much the outlet pressure is reduced, the flow rate is fixed at the speed of sound so it maintains a constant flow rate without increasing the flow rate.

본 발명은 작동기체가 상기 소닉 노즐부(130)을 통과하는 과정에서 초킹이 일어나도록 함으로써 작동기체의 유속이 음속으로 일정하게 고정되도록 한다. 일반적으로 유체의 유동을 제어함에 있어서 유속이나 유량을 일정하게 고정하여 안정화시키는 것은 상당히 어려운 작업이며, 정확한 제어를 위해서는 다양한 물리량을 측정하고 이에 따라 다양한 제어 동작을 수행해야 하는 어려움이 수반되었다. 그러나 본 발명에서는, 상기 소닉 노즐부(130)에서 발생되는 초킹 현상을 이용하여 작동기체의 유속이 자동적으로 음속으로 고정되게 함으로써, 매우 용이하게 안정적으로 일정 유속을 얻을 수 있게 된다.According to the present invention, the choke occurs in the process of passing the working gas through the sonic nozzle unit 130 so that the flow rate of the working gas is fixed at the speed of sound. In general, in controlling the flow of a fluid, it is a very difficult task to stabilize and stabilize a flow rate or a flow rate constantly. For accurate control, it is difficult to measure various physical quantities and perform various control operations accordingly. However, in the present invention, by using the choking phenomenon generated in the sonic nozzle unit 130, the flow rate of the working gas is automatically fixed to the sound speed, it is possible to obtain a constant flow rate very easily and stably.

이와 같이 상기 소닉 노즐부(130)에서의 유속이 일정하게 유지되는 정상상태(steady state)가 되면, 상기 제1챔버(120) 및 상기 제2챔버(150)에서의 압력 및 온도 값만을 이용하여 상기 진공 펌프(200)에서의 배기속도를 높은 정확도로 산출해 낼 수 있다. 이에 대하여 이하에서 보다 상세히 설명한다.As such, when the flow velocity in the sonic nozzle unit 130 becomes a steady state, the pressure and temperature values of the first chamber 120 and the second chamber 150 are used only. The exhaust speed in the vacuum pump 200 can be calculated with high accuracy. This will be described in more detail below.

상기 제1챔버(120) 내의 작동기체의 압력 및 온도를 각각 P1, T1이라 하고, 상기 제2챔버(150) 내의 작동기체의 압력 및 온도를 각각 P2, T2라고 한다. 상기 소닉 노즐부(130)에서 초킹으로 인하여 유속이 일정하게 고정 유지되면 (상기 소닉 노즐부(130)의 출구 단면적 역시 상수값이기 때문에) 당연히 상기 소닉 노즐부(130)을 통과하는 작동 기체의 유량 역시 일정하게 고정 유지되게 된다. 이 때 상기 소닉 노즐부(130)을 통과하는 작동기체의 질량유량을 QM이라 하면, QM은 하기의 수학식 1과 같이 산출된다.The first chamber respectively, as P 1, T 1, the pressure and temperature of the working gas in the 120, and the pressure and temperature of the working gas in the second chamber 150 as each of P 2, T 2. When the flow rate is kept constant due to choking in the sonic nozzle unit 130 (since the outlet cross-sectional area of the sonic nozzle unit 130 is also a constant value), of course, the flow rate of the working gas passing through the sonic nozzle unit 130 It will also remain constant. At this time, if the mass flow rate of the working gas passing through the sonic nozzle unit 130 is Q M , Q M is calculated as in Equation 1 below.

Figure 112010012207816-pat00005
Figure 112010012207816-pat00005

여기에서 Cd는 유출계수(coefficient of discharge), A는 소닉노즐의 목 단면적, C*는 1차원 유동에서의 임계 유량함수(critical flow function), R은 기체상수이다. 여기에서, 유출계수 Cd는 하기의 수학식 2를 이용하여 산출 가능하다. 하기의 수학식 2가 유도된 기술적 배경은 기 발표된 논문 "Step-down procedure of sonic nozzle calibration at low Reynolds number"(J.M. Lim, B.H. Yun, S. Jang, K.A. Park, ASME Fluid Engineering Conference, Florida, 2008)에 상세히 설명되어 있는 바, 여기에서는 이에 대한 설명은 생략한다.Where C d is the coefficient of discharge, A is the neck cross-sectional area of the sonic nozzle, C * is the critical flow function in one-dimensional flow, and R is the gas constant. Here, the outflow coefficient C d can be calculated using Equation 2 below. The technical background to which Equation 2 is derived is described in the previously published paper "Step-down procedure of sonic nozzle calibration at low Reynolds number" (JM Lim, BH Yun, S. Jang, KA Park, ASME Fluid Engineering Conference, Florida, 2008), the description thereof is omitted here.

Figure 112010012207816-pat00006
Figure 112010012207816-pat00006

여기에서, {a, b, c}는 사용 소닉노즐의 교정으로 결정되는 상수이고, Re는 레이놀즈 수(Reynolds number)이며 하기의 수학식 3과 같이 계산된다. Here, {a, b, c} is a constant determined by the calibration of the sonic nozzle used, Re is a Reynolds number and is calculated as in Equation 3 below.

Figure 112010012207816-pat00007
Figure 112010012207816-pat00007

위 식에서 d는 노즐의 목 직경이며, μ는 작동기체의 동점성계수(dynamic viscosity coefficient)이다.Where d is the neck diameter of the nozzle and μ is the dynamic viscosity coefficient of the working gas.

상기 수학식 1 내지 수학식 3을 종합하여 정리하면, P1과 T1 값은 측정에 의해 얻을 수 있는 값이므로, QM 하나의 미지수에 대한 방정식을 얻을 수 있다. 따라서 P1, T1 값을 측정하여 이를 풀면 QM 값을 구할 수 있게 된다.Summarizing the above Equations 1 to 3, since P 1 and T 1 values are values obtained by measurement, equations for an unknown one of Q M can be obtained. Therefore, by measuring P 1 and T 1 values and solving them, Q M values can be obtained.

이 때, 상기 제2챔버(150) 내의 작동기체의 밀도 ρ는 상기 제2챔버(150) 내의 작동기체의 압력(P2) 및 온도(T2)의 함수로 나타난다. 따라서 상기 제2챔버(150)에 연결되어 있는 상기 진공펌프(200)의 배기속도를 QV라 하면, QV는 하기의 수학식 4와 같이 산출된다.At this time, the density p of the working gas in the second chamber 150 is represented as a function of the pressure P 2 and the temperature T 2 of the working gas in the second chamber 150. Therefore, when the exhaust velocity of the vacuum pump 200 connected to the second chamber 150 is Q V , Q V is calculated as in Equation 4 below.

Figure 112010012207816-pat00008
Figure 112010012207816-pat00008

상술한 바와 같이 QM 값은 미리 산출할 수 있으며, P2, T2 값을 측정하면 작동 기체의 밀도 ρ 값 역시 쉽게 산출해 낼 수 있다. 따라서 QM와 ρ 값을 산출함으로써 QV 값 역시 상기 수학식 4를 통해 산출할 수 있다. 여기에서, 상기 수학식 1 내지 3을 정리한 QM에 대한 방정식의 설명에서 언급한 바와 같이, QM에 대한 방정식을 풀기 위해서는 P1, T1 값만 측정하면 된다. 또한, QM에 대한 방정식을 풀어냄으로써 QM 값을 얻은 뒤에는, 이제 P2, T2 값만 측정하면 수학식 5를 풀어냄으로써 QV 값을 얻을 수 있다. 즉, 본 발명의 측정 장치에서는 P1, T1, P2, T2를 측정함으로써 QV를 산출할 수 있게 되는 것이다.
As described above, the Q M value can be calculated in advance, and by measuring the P 2 and T 2 values, the density ρ value of the working gas can also be easily calculated. Therefore, the Q V value may also be calculated through Equation 4 by calculating the Q M and ρ values. Here, as mentioned in the description of the equation for Q M summarizing Equations 1 to 3, only P 1 and T 1 values need to be measured to solve the equation for Q M. Further, after obtained the Q value M naemeurosseo solve the equation for Q M, now P 2, T 2 measured value it is possible to obtain a Q value V naemeurosseo solve the equation (5). That is, in the measuring apparatus of the present invention, Q V can be calculated by measuring P 1 , T 1 , P 2 , and T 2 .

도 3은 본 발명에 의한 측정 장치의 실시 예이다. 도 3은 도 2에 도시된 측정 장치의 기본 요소들을 포함하되, 여기에 실제 측정에 있어서 보다 정확도를 높이거나 또는 측정과정을 용이하게 해 줄 수 있는 여러 부품들이 추가 구비되어 이루어진다. 이하에서 각 부에 대하여 보다 상세히 설명한다.3 is an embodiment of a measuring device according to the present invention. FIG. 3 includes the basic elements of the measuring device shown in FIG. 2, with the addition of several components which may increase the accuracy or facilitate the measurement process in actual measurement. Hereinafter, each part will be described in more detail.

먼저, 기본적으로 도 2에서와 같이 도 3의 실시 예에서, 압력 조절부(110) - 제1챔버(120) - 소닉 노즐부(130) - 제1밸브부(140) - 제2챔버(150) - 제2밸브부(160) - 진공 펌프(200)가 순차적으로 연결되는 구성은 동일하다.First, basically, in the embodiment of FIG. 3 as in FIG. 2, the pressure adjusting unit 110-the first chamber 120-the sonic nozzle unit 130-the first valve unit 140-the second chamber 150 ) The second valve unit 160-the vacuum pump 200 is connected in the same configuration.

이 때, 상기 압력 조절부(110)는 적어도 하나 이상의 니들밸브(111)(112)가 병렬로 연결되어 이루어지는 것이 바람직하다. 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 상기 니들밸브(111)(112)가 두 개 이상 구비될 경우, 각각의 상기 니들밸브(111)(112)의 유량조절 가능 범위가 서로 다르게 구성하여, 측정하고자 하는 유량범위에 따라 상기 니들밸브(111)(112)가 선택적으로 개폐되도록 함으로써, 압력조절 작업을 용이하게 수행할 수 있다.
At this time, the pressure adjusting unit 110 is preferably at least one needle valve 111, 112 is connected in parallel. As illustrated in FIG. 3, when two or more needle valves 111 and 112 are provided, flow rate controllable ranges of the needle valves 111 and 112 are different from each other and are to be measured. The needle valves 111 and 112 are selectively opened and closed according to the flow rate range, so that pressure adjustment can be easily performed.

상기 제1챔버(120)는 상기 제1챔버(120) 내의 작동기체의 압력(P1)을 측정하는 제1CDG(121)를 구비하는 것이 바람직하다. CDG(capacitance diaphragm gauge)란 용적형 격막식 게이지를 말한다. 또한, 상기 제1챔버(120)는 상기 감지부(170)와 연결되는 유로 상에 구비되는 감지부측 밸브(121)가 구비되도록 하는 것이 바람직하다.The first chamber 120 preferably includes a first CDG 121 for measuring the pressure P 1 of the working gas in the first chamber 120. Capacitance diaphragm gauge (CDG) refers to a volumetric diaphragm gauge. In addition, the first chamber 120 may be provided with a sensing unit side valve 121 provided on a flow path connected to the sensing unit 170.

상기 소닉 노즐부(130)는 적어도 하나 이상의 소닉노즐(131)(132)이 병렬로 연결되어 이루어지며, 상기 소닉노즐(131)(132)에는 노즐 개폐 밸브(141)(142)가 직렬로 연결 구비되도록 하는 것이 바람직하다. 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 상기 소닉노즐(131)(132)이 두 개 이상 구비될 경우, 각각의 상기 소닉노즐(131)(132)의 최대 유출량이 서로 다르게 형성되어, 측정하고자 하는 유량범위에 따라 상기 노즐 개폐 밸브(141)(142)가 선택적으로 개폐됨으로써 상기 소닉노즐(131)(132)이 선택적으로 개방되도록 함으로써, 측정하고자 하는 유량범위에 따라 소닉노즐을 선택하여 측정의 효율성을 높일 수 있다.The sonic nozzle unit 130 is formed by connecting at least one sonic nozzle 131 and 132 in parallel, and the nozzle opening / closing valves 141 and 142 are connected in series to the sonic nozzle 131 and 132. It is desirable to be provided. As illustrated in FIG. 3, when two or more sonic nozzles 131 and 132 are provided, a maximum flow rate of each of the sonic nozzles 131 and 132 is formed differently so that a flow range to be measured The nozzle opening and closing valves 141 and 142 are selectively opened and closed so that the sonic nozzles 131 and 132 are selectively opened, thereby selecting the sonic nozzles according to the flow rate to be measured to increase the measurement efficiency. Can be.

상기 제1밸브부(140)는 상기 제2챔버(150)와 직접 연결되어 상기 제1챔버(120)로부터 상기 소닉 노즐부(130)를 통과하여 유입되는 작동기체의 압력을 조절하는 챔버 간 밸브(143)를 포함하여 이루어진다. 상기 제1밸브부(140)는 상기 소닉 노즐(131)(132)에 구비되는 노즐 개폐밸브(141)(142)들을 포함할 수 있다.The first valve unit 140 is directly connected to the second chamber 150, an inter-chamber valve for controlling the pressure of the working gas introduced through the sonic nozzle unit 130 from the first chamber 120. 143 is made. The first valve unit 140 may include nozzle open / close valves 141 and 142 provided in the sonic nozzles 131 and 132.

상기 제2챔버(150)는 상기 제2챔버(150) 내의 작동기체의 압력(P2)을 측정하는 제2CDG(172)를 구비하는 것이 바람직하다. 특히, 상기 제2CDG(172)는 상기 제2챔버(150)의 압력을 영점 조절하는데 유용하게 사용될 수 있다. 또한, 상기 제2챔버(150)는 필요 시 상기 제2챔버(150) 내를 신속히 진공화하는 터보 분자펌프(151)를 구비하는 것이 바람직하다.The second chamber 150 preferably includes a second CDG 172 that measures the pressure P 2 of the working gas in the second chamber 150. In particular, the second CDG 172 may be usefully used for zeroing the pressure of the second chamber 150. In addition, the second chamber 150 preferably includes a turbo molecular pump 151 for rapidly evacuating the inside of the second chamber 150 when necessary.

또한, 상기 측정장치(100)는 압력 조건을 대기압 또는 원하는 압력으로 설정할 수 있는, 즉 대기압 또는 원하는 압력의 설정이 가능한 압력 설정장치, 상기 제1챔버(120)의 일측, 상기 진공펌프(200)와 각각 연결되는 3방향 밸브(122)를 더 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 3방향 밸브(122)에 의하면, 상기 제1챔버(120) 내의 작동기체의 압력을 보다 신속히 조절할 수 있게 된다. 즉 상기 3방향 밸브(122)의 개폐에 따라, 측정 전에 미리, 직접 진공펌프(200)를 이용하여 상기 제1챔버(120) 내를 진공화시키거나(상기 3방향 밸브(122)의 제1챔버(150) 측 및 진공 펌프(200) 측이 개방), 또는 측정이 끝난 이후 상기 제1챔버(120) 및 상기 제2챔버(150)의 내부압력을 대기압(P0) 또는 원하는 압력(Pd)으로 신속하게 설정(상기 3방향 밸브(122)의 모든 측이 개방)할 수 있다.In addition, the measuring device 100 is a pressure setting device that can set the pressure conditions to atmospheric pressure or the desired pressure, that is, the atmospheric pressure or the desired pressure can be set, one side of the first chamber 120, the vacuum pump 200 It is preferable that further comprises a three-way valve 122 is connected to each. According to the three-way valve 122, it is possible to more quickly adjust the pressure of the working gas in the first chamber (120). That is, according to the opening and closing of the three-way valve 122, before the measurement, the inside of the first chamber 120 is vacuumed using the direct vacuum pump 200 or the first of the three-way valve 122 The chamber 150 side and the vacuum pump 200 side open, or after the measurement is completed, the internal pressure of the first chamber 120 and the second chamber 150 is set to atmospheric pressure (P 0 ) or desired pressure (P). d ) can be set quickly (all sides of the three-way valve 122 is open).

또한, 상기 측정장치(100)는 상기 노즐 개폐밸브(141)(142) 및 상기 챔버 간 밸브(143)를 연결하는 유로와, 상기 3방향 밸브(122) 및 상기 진공펌프(200)를 연결하는 유로를 서로 연결하는 보조 유로가 구비되며, 상기 보조 유로 상에 보조밸브(123)가 구비되도록 하는 것이 바람직하다. 상기 보조밸브(123)는 측정 전에 상기 소닉 노즐부(130)의 이물질을 제거하거나, 또는 상기 소닉 노즐부(130)의 누출(leakage) 여부를 감지하는 데도 사용된다.
In addition, the measuring device 100 connects the flow path for connecting the nozzle on / off valves 141 and 142 and the valve 143 between the chambers, and the three-way valve 122 and the vacuum pump 200. An auxiliary flow path for connecting the flow path to each other is provided, and it is preferable that the auxiliary valve 123 is provided on the auxiliary flow path. The auxiliary valve 123 may also be used to remove foreign substances from the sonic nozzle unit 130 or to detect whether the sonic nozzle unit 130 is leaked before measurement.

이제, 본 발명의 측정장치(100)를 사용하여 진공펌프(200)의 배기속도를 측정하는 방법에 대하여 보다 상세히 설명한다.Now, the method of measuring the exhaust velocity of the vacuum pump 200 using the measuring device 100 of the present invention will be described in more detail.

본 발명의 측정방법은 크게 a) 준비단계 및 b) 측정단계로 이루어지게 된다. 상기 a) 준비단계에서는 상기 측정장치(100)가 초기화되며, 상기 b) 측정단계에서는 상기 측정장치(100)에 의하여 상기 진공펌프(200)의 배기속도를 산출되게 된다.The measuring method of the present invention largely consists of a) preparation step and b) measurement step. In the a) preparation step, the measuring device 100 is initialized, and in the b) measuring step, the exhaust speed of the vacuum pump 200 is calculated by the measuring device 100.

먼저 도 2에 도시된 바와 같은, 가장 기본적인 형태의 측정장치(100)에서의 측정방법을 설명한다. 상기 a) 준비단계는, a1) 상기 제1밸브부(140)가 폐쇄되고, 상기 진공펌프(200)가 작동되는 단계; a2) 상기 제2챔버(150)가 진공화되는 단계; 를 포함하여 이루어진다. 즉 준비단계에서 일단 상기 제2챔버(150)가 진공화되어 초기화가 이루어지게 된다. 다음으로, 상기 b) 측정단계는 다음과 같이 이루어진다. 먼저 b1) 상기 제1밸브부(140)가 개방된 후, b2) 상기 압력조절부(110)가 조절되어 상기 제1챔버(120) 내로 유입되는 작동기체의 유량이 조절됨으로써 상기 제2챔버(150) 내의 작동기체의 압력(P2)이 원하는 압력으로 설정된다. 이제, b3) 상기 제2챔버(150) 내의 작동기체의 압력(P2)이 정상상태(steady state)가 되면, 상기 감지부(170)에 의하여 상기 제1챔버(120) 내의 작동기체의 압력(P1) 및 온도(T1) 및 상기 제2챔버(150) 내의 작동기체의 압력(P2) 및 온도(T2)가 측정된다. 마지막으로, b4) 상기 계산부(180)에 의하여 상기 진공펌프(200)의 배기속도를 산출하게 된다.First, as shown in FIG. 2, the measuring method in the most basic form of the measuring device 100 will be described. The a) preparation step, a1) the first valve unit 140 is closed, the step of operating the vacuum pump 200; a2) evacuating the second chamber (150); It is made, including. That is, in the preparation step, the second chamber 150 is first vacuumed and initialized. Next, the b) measuring step is performed as follows. First, after b1) the first valve unit 140 is opened, b2) the pressure regulating unit 110 is adjusted so that the flow rate of the working gas flowing into the first chamber 120 is adjusted so that the second chamber ( The pressure P 2 of the working gas in 150 is set to the desired pressure. Now, b3) when the pressure P 2 of the working gas in the second chamber 150 is in a steady state, the pressure of the working gas in the first chamber 120 is detected by the sensing unit 170. P 1 and temperature T 1 and the pressure P 2 and the temperature T 2 of the working gas in the second chamber 150 are measured. Finally, b4) by the calculation unit 180 to calculate the exhaust speed of the vacuum pump 200.

이 때, 상기 b2) 단계에서의 상기 제2챔버(150) 내의 작동기체의 압력(P2)이 원하는 값으로 설정한 후 상기 b2) 내지 b4) 단계가 순차적으로 반복 수행하여, 다양한 P2에 대하여 상기 진동펌프(200)의 배기속도 QV 값을 측정하게 된다.At this time, after setting the pressure (P 2 ) of the working gas in the second chamber 150 in the step b2) to a desired value, the steps b2) to b4) are repeatedly performed in sequence to provide various P 2 . The exhaust velocity Q V of the vibration pump 200 is measured.

도 3에 도시되어 있는 바와 같은 실시예와 같이 구성된 본 발명의 측정장치(100)에서의 측정방법 역시 상술한 측정방법과 기본적으로는 동일하다. 다만 도 3의 실시예의 측정장치들은 보다 정확하고 용이한 측정을 위한 부품들이 더 구비되어 있음으로써, 도 2에 도시된 측정장치의 측정방법에는 없는 단계들을 더 포함하게 된다.The measuring method in the measuring device 100 of the present invention configured as shown in FIG. 3 is also basically the same as the measuring method described above. However, since the measuring apparatus of the embodiment of FIG. 3 further includes components for more accurate and easier measurement, the measuring apparatus of FIG. 2 further includes steps not included in the measuring method of the measuring apparatus shown in FIG. 2.

도 3에 도시된 측정장치(100)에서의 측정방법에서, 상기 a) 준비단계는 다음과 같이 이루어진다. 먼저 a01) 상기 제1밸브부(140), 상기 감지부측 밸브(121), 상기 3방향 밸브(122), 상기 보조밸브(123), 상기 노즐 개폐밸브(141)(142)가 폐쇄되고, 상기 진공펌프(200)가 작동된다. (상기 a01) 단계는 상기 a1) 단계에 대응될 수 있다.) 이에 따라 a02) 상기 진공 펌프(200)에 의하여 상기 제2챔버(150)가 진공화되게 된다. 이 때, a03) 상기 a02) 단계 이후, 상기 제2챔버(150)의 진공도가 상기 터보 분자 펌프(151)의 작동범위 내로 들어오면, 상기 터보 분자 펌프(151)에 의하여 상기 제2챔버(150)가 진공화되고, a04) 상기 제2CDG(172)에 의해 영점 조정이 수행됨으로써, 상기 제2챔버(150) 내의 진공도가 보다 정확히 맞추어질 수 있게 된다. 이와 같이 영점조정이 수행된 뒤에는 a05) 상기 터보 분자펌프(151)의 작동이 멈추게 된다. (상기 a02) 내지 a05) 단계는 상기 a2) 단계에 대응될 수 있다.)In the measuring method in the measuring device 100 shown in Figure 3, the a) preparation step is performed as follows. First, a01) the first valve unit 140, the sensing unit side valve 121, the three-way valve 122, the auxiliary valve 123, the nozzle on-off valve 141, 142 is closed, The vacuum pump 200 is operated. (Step a01) may correspond to step a1). Accordingly, a02) the second chamber 150 is evacuated by the vacuum pump 200. At this time, after the a03) step a02), if the vacuum degree of the second chamber 150 is within the operating range of the turbo molecular pump 151, the second chamber 150 by the turbo molecular pump 151 ) Is evacuated, and a04) zero adjustment is performed by the second CDG 172, so that the degree of vacuum in the second chamber 150 can be more accurately adjusted. After the zero adjustment is performed as described above, the operation of the turbo molecular pump 151 is stopped. Steps a02 to a05 may correspond to step a2).

다음으로, 상기 b) 측정단계는 다음과 같이 이루어진다. 먼저 b01) 상기 챔버 간 밸브(143)가 개방된다. (상기 b01) 단계는 상기 b1) 단계에 대응될 수 있다.) 다음으로, b02) 상기 노즐 개폐밸브(141)(142) 중 하나가 개방되어 상기 소닉 노즐(131)(132) 중 하나가 선택적으로 개방되고, b03) 상기 니들밸브(111)(112) 중 하나가 선택적으로 개방 및 조절되어 상기 제1챔버(120) 내로 유입되는 작동기체의 유량이 조절됨으로써 상기 제2챔버(150) 내의 작동기체의 압력(P2)이 원하는 압력으로 설정된다. (상기 b02) 및 b03) 단계는 상기 b2) 단계에 대응될 수 있다.)Next, the b) measuring step is performed as follows. First, b01) the interchamber valve 143 is opened. (Step b01) may correspond to step b1). Next, one of the nozzle opening / closing valves 141 and 142 is opened so that one of the sonic nozzles 131 and 132 is selectively selected. B03) one of the needle valves 111 and 112 is selectively opened and adjusted so that the flow rate of the working gas flowing into the first chamber 120 is adjusted to operate in the second chamber 150. The pressure P 2 of the gas is set to the desired pressure. Steps b02 and b03 may correspond to step b2).

다음으로 b04) 상기 제2챔버(150) 내의 작동기체의 압력(P2)이 정상상태(steady state)가 되면, 상기 감지부(170)에 의하여 상기 제1챔버(120) 내의 작동 기체의 압력(P1) 및 온도(T1) 및 상기 제2챔버(150) 내의 작동기체의 압력(P2) 및 온도(T2)가 측정되며, (상기 b04) 단계는 상기 b3) 단계에 대응될 수 있다.) 마지막으로 b05) 상기 계산부(180)에 의하여 상기 진공펌프(200)의 배기속도가 산출된다. (상기 b05) 단계는 상기 b4) 단계에 대응될 수 있다.)Next, when the pressure P 2 of the working gas in the second chamber 150 is in a steady state, the pressure of the working gas in the first chamber 120 is detected by the sensing unit 170. (P 1 ) and the temperature (T 1 ) and the pressure (P 2 ) and temperature (T 2 ) of the working gas in the second chamber 150 is measured, the step (b04) is to correspond to the step b3) Finally, b05) the evacuation speed of the vacuum pump 200 is calculated by the calculation unit 180. (Step b05) may correspond to step b4).)

이 때에도 도 2의 측정장치를 이용한 측정방법에서와 유사하게, 상기 b) 측정단계는, 상기 b2) 단계에서의 상기 제2챔버(150) 내의 작동기체의 압력(P2)이 재설정된 후 상기 b2) 내지 b4) 단계가 순차적으로 반복 수행되어 이루어짐으로써, 다양한 P2에 대하여 상기 진공펌프(200)의 배기속도 QV 값을 산출해 낼 수 있다.In this case, similarly to the measuring method using the measuring apparatus of FIG. 2, the measuring step b) may be performed after the pressure P 2 of the operating gas in the second chamber 150 is reset in step b2). By performing the steps b2) to b4) repeatedly, the exhaust velocity Q V of the vacuum pump 200 can be calculated for various P 2 .

또한, 도 3의 측정장치를 이용한 측정방법에서는, 상기 a) 단계는 a12) 상기 a01) 단계와 상기 a02) 단계사이에, 상기 3방향 밸브(122)의 제1챔버(150) 측 및 상기 진공펌프(200) 측이 개방되어 상기 제1챔버(120)가 진공화되는 단계; 를 더 포함하여 이루어질 수 있다.In addition, in the measuring method using the measuring apparatus of FIG. 3, the step a) is performed between a12) the a01) step and the a02) step, the first chamber 150 side of the three-way valve 122 and the vacuum. Opening the pump (200) side to evacuate the first chamber (120); It may be made to include more.

또한, 도 3의 측정장치를 이용한 측정방법에서는, 상기 b) 측정단계 이후에, 상기 3방향 밸브(122)를 개방하여 상기 제1챔버(120) 및 상기 제2챔버(150)의 내부 압력이 대기압(P0) 또는 원하는 압력(Pd)으로 설정되는 단계; 를 더 포함하여 이루어질 수 있다.In addition, in the measuring method using the measuring apparatus of FIG. 3, after the b) measuring step, the three-way valve 122 is opened to increase internal pressures of the first chamber 120 and the second chamber 150. Setting to atmospheric pressure (P 0 ) or desired pressure (P d ); It may be made to include more.

또한, 도 3의 측정장치를 이용한 측정방법에서는, 상기 a) 준비단계 이전에, 상기 보조밸브(123)가 개방되어 상기 소닉 노즐부(120)의 이물질을 제거하거나, 또는 상기 소닉 노즐부(130)의 누출(leakage)을 감지하는 단계; 를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
In addition, in the measuring method using the measuring apparatus of FIG. 3, before the a) preparation step, the auxiliary valve 123 is opened to remove foreign substances from the sonic nozzle unit 120 or the sonic nozzle unit 130. Detecting a leak of e); It may be made to include more.

도 4는 본 발명의 측정장치를 이용하여 진공펌프의 배기속도를 측정한 결과를 도시하고 있다. 도 4(A)는 제1챔버와 제2챔버의 압력 P1 및 P2 값의 측정결과를, 도 4(B)는 제1챔버에서 측정된 압력 P1 및 온도 T1 값으로부터 산출된 질량유속(mass flow rate) QM 의 산출결과를, 도 4(C)는 측정된 P1, T1, P2, T2 값으로부터 작동기체 밀도 ρ 값의 산출 결과를, 마지막으로 도 4(D)는 상기 측정결과들을 이용하여 진공펌프의 배기속도 QV 값의 산출결과를 그래프로 각각 도시하고 있다.Figure 4 shows the results of measuring the exhaust velocity of the vacuum pump using the measuring device of the present invention. 4 (A) shows the measurement results of the pressure P 1 and P 2 values of the first chamber and the second chamber, and FIG. 4 (B) shows the mass calculated from the pressure P 1 and temperature T 1 values measured in the first chamber. flow rate (mass flow rate) the calculation results of Q M, Fig. 4 (C) is the measured P 1, T 1, P 2, the calculation result of the working gas density ρ value from the T 2 values, and finally, Fig. 4 (D ) Shows the results of the calculation of the exhaust velocity Q V value of the vacuum pump using the above measurement results, respectively.

본 발명의 측정장치는, 특히 도 3과 같이 구성될 경우, 소닉 노즐의 작동범위나 압력 조절부의 유량조절 등을 통해, 매우 넓은 압력범위에 대하여 전 범위에 걸쳐 상대적으로 개선된 측정불확도로 진공펌프의 배기속도 QV 값을 산출할 수 있다.
The measuring device of the present invention, in particular, when configured as shown in Figure 3, through the operating range of the sonic nozzle or the flow rate control of the pressure control, the vacuum pump with a relatively improved measurement uncertainty over the entire range over a very wide pressure range The exhaust velocity Q V value can be calculated.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It goes without saying that various modifications can be made.

100: (본 발명의) 측정 장치
110: 압력조절부 111, 112: 니들 밸브
120: 제1챔버 121: 감지부측 밸브
122: 3방향 밸브 123: 보조 밸브
130: 소닉 노즐부 131, 132: 소닉 노즐
140: 제1밸브부 141, 142: 노즐 개폐 밸브
143: 챔버 간 밸브
150: 제2챔버 151: 터보 분자 펌프
160: 제2밸브부 170: 감지부
171: 제1CDG 172: 제2CDG
180: 계산부 200: 진공 펌프100: measuring device (of the present invention)
110: pressure regulator 111, 112: needle valve
120: first chamber 121: sensing unit side valve
122: three-way valve 123: auxiliary valve
130: Sonic nozzle unit 131, 132: Sonic nozzle
140: first valve unit 141, 142: nozzle opening and closing valve
143: interchamber valve
150: second chamber 151: turbomolecular pump
160: second valve unit 170: detection unit
171: first CDG 172: second CDG
180: calculation unit 200: vacuum pump

Claims (18)

진공펌프(200)의 배기속도를 측정하는 측정장치(100)에 있어서,
압력조절부(110)를 통해 압력이 조절된 작동 기체가 유입되어 그 내부의 압력이 10-3 내지 104 mbar 범위 내의 진공 수준이 유지되도록 형성되는 제1챔버(120);
상기 제1챔버(120)에 연결되어 상기 제1챔버(120)로부터 작동 기체를 유입받아 초킹(choking) 현상을 이용하여 정상상태의 작동기체를 배출하는 소닉 노즐부(130);
상기 소닉 노즐부(130)로부터 배출되는 작동기체의 유량을 조절하는 제1밸브부(140);
상기 제1밸브부(140)를 통과한 작동 기체가 유입되는 제2챔버(150);
제2챔버(150)로부터 배출되는 작동기체의 유량을 조절하며, 작동기체가 상기 진공펌프(200)를 통해 배기되도록 상기 진공펌프(200)에 연결되는 제2밸브부(160);
상기 제1챔버(120) 내의 작동 기체의 물리량들을 측정하는 감지부(170);
상기 감지부(170)에서 감지된 상기 제1챔버(120) 내의 작동기체의 압력(P1) 및 온도(T1) 및 상기 제2챔버(150) 내의 작동기체의 압력(P2) 및 온도(T2)를 사용하여 상기 진공 펌프(200)의 배기속도를 산출하는 계산부(180);
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 소닉노즐을 이용한 진공 펌프의 배기속도 측정장치.
In the measuring device 100 for measuring the exhaust speed of the vacuum pump 200,
A first chamber 120 through which the pressure-regulated working gas is introduced so that the pressure therein is maintained at a vacuum level within a range of 10 −3 to 10 4 mbar;
A sonic nozzle unit 130 connected to the first chamber 120 to receive the working gas from the first chamber 120 and to discharge the working gas in a steady state by using a choking phenomenon;
A first valve part 140 for adjusting a flow rate of the working gas discharged from the sonic nozzle part 130;
A second chamber 150 into which the working gas that has passed through the first valve part 140 is introduced;
A second valve part 160 which controls the flow rate of the working gas discharged from the second chamber 150 and is connected to the vacuum pump 200 such that the working gas is exhausted through the vacuum pump 200;
A sensing unit 170 measuring physical quantities of the working gas in the first chamber 120;
Pressure P 1 and temperature T 1 of the working gas in the first chamber 120 sensed by the sensing unit 170 and pressure P 2 and temperature of the working gas in the second chamber 150. A calculation unit 180 for calculating an exhaust speed of the vacuum pump 200 using T 2 ;
Exhaust speed measuring apparatus of a vacuum pump using a sonic nozzle, characterized in that comprises a.
제 1항에 있어서, 상기 측정장치는
하기의 수학식을 사용하여 상기 진공펌프(200)의 배기속도 QV를 산출하고, 이를 이용하여 상기 진공펌프(200)의 배기속도를 측정하는 것을 특징으로 하는 소닉 노즐을 이용한 진공펌프의 배기속도 측정장치.
Figure 112010012207816-pat00009

(위 식에서 QM(mass flow rate)과 ρ는 질량유속과 작동기체의 밀도를 각각 나타내며, QM은 아래의 식으로 나타난다.
Figure 112010012207816-pat00010

상기 식에서 Cd는 유출계수(coefficient of discharge)이고, A는 소닉노즐의 단면적이고, C*는 1차원 유동에서의 임계유량 함수(critical flow function)이고, R은 기체상수이고, T와 P는 온도와 압력을 나타낸다. 소닉노즐의 유출계수 Cd는 아래의 식으로 결정되며,
Figure 112010012207816-pat00011

{a, b, c}는 소닉노즐의 교정으로 결정되는 상수들이며, Re는 레이놀즈 수를 나타내며 다음 식에 의하여 결정되며,
Figure 112010012207816-pat00012

d는 소닉노즐의 목 직경이고, μ는 작동 기체의 동점성계수(dynamic viscosity coefficient)이다.)
The method of claim 1, wherein the measuring device
Using the formula to calculate the Q V exhaust speed of the vacuum pump 200, and by using this, the exhaust rate of a vacuum pump using a sonic nozzle, characterized in that to measure the exhaust rate of the vacuum pump 200 of the Measuring device.
Figure 112010012207816-pat00009

Where Q M (mass flow rate) and ρ represent the mass flow rate and the density of the working gas, respectively, and Q M is given by
Figure 112010012207816-pat00010

Where C d is the coefficient of discharge, A is the cross-section of the sonic nozzle, C * is the critical flow function in one-dimensional flow, R is the gas constant, and T and P are Indicate temperature and pressure. Emission coefficient C d of the sonic nozzle is determined by the following equation,
Figure 112010012207816-pat00011

{a, b, c} are constants determined by the calibration of the sonic nozzle, Re represents Reynolds number and is determined by the following equation,
Figure 112010012207816-pat00012

d is the neck diameter of the sonic nozzle and μ is the dynamic viscosity coefficient of the working gas.)
제 1항에 있어서, 상기 압력 조절부(110)는
적어도 하나 이상의 니들밸브(111)(112)가 병렬로 연결되어 이루어지며, 상기 니들밸브(111)(112)가 두 개 이상 구비될 경우 각각의 상기 니들밸브(111)(112)의 유량조절 범위가 서로 다르게 형성되어, 측정하고자 하는 유량범위에 따라 상기 니들밸브(111)(112)가 선택적으로 개폐되는 것을 특징으로 하는 소닉노즐을 이용한 진공펌프의 배기속도 측정장치.
The method of claim 1, wherein the pressure adjusting unit 110
At least one needle valve 111 and 112 are connected in parallel, and when two or more needle valves 111 and 112 are provided, a flow rate control range of each of the needle valves 111 and 112 is provided. Is differently formed, the needle valve 111, 112 according to the flow rate to be measured, the exhaust speed measuring apparatus of the vacuum pump using a sonic nozzle, characterized in that the opening and closing selectively.
제 1항에 있어서, 상기 제1챔버(120)는
상기 제1챔버(120) 내의 작동기체의 압력(P1)을 측정하는 제1CDG(171)를 구비하는 것을 특징으로 하는 소닉노즐을 이용한 진공펌프의 배기속도 측정장치.
The method of claim 1, wherein the first chamber 120
And a first CDG (171) for measuring the pressure (P 1 ) of the working gas in the first chamber (120).
제 1항에 있어서, 상기 제1챔버(120)는
상기 감지부(170)와 연결되는 유로 상에 구비되는 감지부측 밸브(121)를 구비하는 것을 특징으로 하는 소닉노즐을 이용한 진공펌프의 배기속도 측정장치.
The method of claim 1, wherein the first chamber 120
Exhaust speed measuring apparatus of a vacuum pump using a sonic nozzle, characterized in that it comprises a sensing side valve 121 is provided on the flow path connected to the sensing unit 170.
제 1항에 있어서, 상기 소닉 노즐부(130)는
적어도 하나 이상의 소닉노즐(131)(132)이 병렬로 연결되어 이루어지며,
상기 소닉노즐(131)(132)에는 노즐 개폐밸브(141)(142)가 직렬로 연결 구비되고,
상기 소닉노즐(131)(132)이 두 개 이상 구비될 경우 각각의 상기 소닉노즐(131)(132)의 최대 배출 유량이 서로 다르게 형성되어, 측정하고자 하는 유량 범위에 따라 상기 노즐 개폐밸브(141)(142)가 선택적으로 개폐됨으로써 상기 소닉노즐(131)(132)이 선택적으로 개방되는 것을 특징으로 하는 소닉노즐을 이용한 진공펌프의 배기속도 측정장치.
The method of claim 1, wherein the sonic nozzle unit 130
At least one sonic nozzle (131, 132) is made in parallel is made,
The sonic nozzle 131, 132 is provided with a nozzle opening and closing valve 141, 142 connected in series,
When two or more sonic nozzles 131 and 132 are provided, the maximum discharge flow rates of the sonic nozzles 131 and 132 are different from each other, and the nozzle opening / closing valve 141 according to the flow rate range to be measured. And (142) are selectively opened and closed, so that the sonic nozzle (131, 132) is selectively opened, the exhaust speed measuring apparatus of the vacuum pump using the sonic nozzle.
제 1항에 있어서, 상기 제1밸브부(140)는
상기 제2챔버(150)와 직접 연결되어 상기 제1챔버(120)로부터 상기 소닉노즐부(130)를 통과하여 유입되는 작동기체의 유량을 조절하는 챔버 간 밸브(143)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 소닉노즐을 이용한 진공펌프의 배기속도 측정장치.
The method of claim 1, wherein the first valve unit 140
And an interchamber valve 143 connected directly to the second chamber 150 to adjust the flow rate of the working gas flowing through the sonic nozzle unit 130 from the first chamber 120. Exhaust speed measuring device for vacuum pump using sonic nozzle.
제 1항에 있어서, 상기 제2챔버(150)는
상기 제2챔버(150) 내의 작동기체의 압력(P2)을 측정하는 제2CDG(172)를 구비하는 것을 특징으로 하는 소닉노즐을 이용한 진공펌프의 배기속도 측정장치.
The method of claim 1, wherein the second chamber 150 is
And a second CDG (172) for measuring the pressure (P 2 ) of the working gas in the second chamber (150).
제 1항에 있어서, 상기 측정장치(100)는
상기 제1챔버(120) 내의 작동기체의 압력을 조절하도록, 대기압 또는 원하는 압력의 설정이 가능한 압력 설정장치, 상기 제1챔버(120)의 일측, 상기 진공 펌프(200)와 각각 연결되는 3방향 밸브(122)를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 소닉노즐을 이용한 진공펌프의 배기속도 측정장치.
The method of claim 1, wherein the measuring device 100
A pressure setting device capable of setting atmospheric pressure or a desired pressure to adjust the pressure of the working gas in the first chamber 120, one side of the first chamber 120, and three directions connected to the vacuum pump 200, respectively. Exhaust speed measuring apparatus for a vacuum pump using a sonic nozzle, characterized in that it further comprises a valve (122).
제 1항에 있어서, 상기 측정장치(100)는
상기 소닉 노즐부(130)의 이물질을 제거하거나 또는 상기 소닉 노즐부(130)의 누출(leakage)을 감지하도록, 상기 소닉 노즐(130) 및 상기 제2챔버(150)를 연결하는 유로와, 상기 제1챔버(120) 및 상기 진공 펌프(200)를 연결하는 유로를 서로 연결하는 보조 유로가 구비되며, 상기 보조 유로 상에 보조 밸브(123)가 구비되는 것을 특징으로 하는 소닉노즐을 이용한 진공펌프의 배기속도 측정장치.
The method of claim 1, wherein the measuring device 100
A flow path connecting the sonic nozzle 130 and the second chamber 150 to remove foreign substances from the sonic nozzle unit 130 or to detect a leakage of the sonic nozzle unit 130; An auxiliary flow path is provided to connect the first chamber 120 and the flow path connecting the vacuum pump 200 to each other, and the auxiliary valve 123 is provided on the auxiliary flow path. Exhaust velocity measuring device.
제 1항에 있어서, 상기 작동기체는
질소 또는 건조 공기로 구성되는 것을 특징으로 하는 소닉 노즐을 이용한 진공 펌프의 배기속도 측정장치.
The method of claim 1, wherein the actuator is
Exhaust speed measuring apparatus for a vacuum pump using a sonic nozzle, characterized in that consisting of nitrogen or dry air.
제 1항에 의한 측정 장치(100)를 사용하는 소닉노즐을 이용한 진공펌프의 배기속도 측정방법에 있어서,
a) 상기 측정장치(100)가 초기화되는 준비단계; 및 b) 상기 측정장치(100)에 의하여 상기 진공펌프(200)의 배기속도가 산출되는 측정단계; 를 포함하여 이루어지되,
상기 a) 준비단계는
a1) 상기 제1밸브부(140)가 폐쇄되고, 상기 진공펌프(200)가 작동되는 단계;
a2) 상기 제2챔버(150)가 진공화되는 단계;
를 포함하여 이루어지고,
상기 b) 측정단계는
b1) 상기 제1밸브부(140)가 개방되는 단계;
b2) 상기 압력조절부(110)가 조절되어 상기 제1챔버(120) 내로 유입되는 작동 기체의 유량이 조절됨으로써 상기 제2챔버(150) 내의 작동기체의 압력(P2)이 원하는 압력으로 설정되는 단계;
b3) 상기 제2챔버(150) 내의 작동기체의 압력(P2)이 정상상태(steady state)가 되면, 상기 감지부(170)에 의하여 상기 제1챔버(120) 내의 작동기체의 압력(P1) 및 온도(T1) 및 상기 제2챔버(150) 내의 작동기체의 압력(P2) 및 온도(T2)가 측정되는 단계;
b4) 상기 계산부(180)에 의하여 상기 진공펌프(200)의 배기속도가 산출되는 단계;
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 소닉노즐을 이용한 진공펌프의 배기속도 측정방법.
In the exhaust gas measuring method of the vacuum pump using the sonic nozzle using the measuring apparatus 100 according to claim 1,
a) a preparation step in which the measuring device 100 is initialized; And b) a measuring step of calculating the exhaust speed of the vacuum pump 200 by the measuring device 100; , ≪ / RTI >
The a) preparation step
a1) closing the first valve unit 140 and operating the vacuum pump 200;
a2) evacuating the second chamber (150);
, ≪ / RTI >
B) the measuring step is
b1) opening the first valve unit 140;
b2) the pressure control unit 110 is adjusted so that the flow rate of the working gas flowing into the first chamber 120 is adjusted so that the pressure P 2 of the working gas in the second chamber 150 is set to a desired pressure. Becoming;
b3) When the pressure P 2 of the working gas in the second chamber 150 reaches a steady state, the pressure P of the working gas in the first chamber 120 is detected by the sensing unit 170. 1 ) and measuring the temperature (T 1 ) and the pressure (P 2 ) and temperature (T 2 ) of the working gas in the second chamber (150);
b4) calculating the exhaust velocity of the vacuum pump 200 by the calculator 180;
Exhaust speed measurement method of a vacuum pump using a sonic nozzle, characterized in that comprises a.
제 12항에 있어서, 상기 b) 측정단계는
상기 b2) 단계에서의 상기 제2챔버(150) 내의 작동 기체의 압력(P2)이 재설정된 후 상기 b2) 내지 b4) 단계가 순차적으로 반복 수행되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 소닉노즐을 이용한 진공펌프의 배기속도 측정방법.
The method of claim 12, wherein b) measuring
The vacuum pump using the sonic nozzle, characterized in that the steps b2) to b4) is sequentially performed after the pressure (P 2 ) of the working gas in the second chamber 150 is reset in step b2) Method for measuring exhaust velocity
제 1항 내지 제 11항 중 선택되는 어느 한 항에 의한 측정장치(100)를 사용하는 소닉노즐을 이용한 진공펌프의 배기속도 측정방법에 있어서,
a) 상기 측정 장치(100)가 초기화되는 준비단계; 및 b) 상기 측정장치(100)에 의하여 상기 진공펌프(200)의 배기속도가 산출되는 측정단계; 를 포함하여 이루어지되,
상기 a) 준비단계는
a01) 상기 제1밸브부(140), 감지부측 밸브(121), 3방향 밸브(122), 보조밸브(123), 노즐 개폐밸브(141)(142)가 폐쇄되고, 상기 진공펌프(200)가 작동되는 단계;
a02) 상기 진공펌프(200)에 의하여 상기 제2챔버(150)가 진공화되는 단계;
a03) 상기 a02) 단계 이후, 상기 제2챔버(150)의 진공화 정도가 터보 분자 펌프(151)의 작동범위 내로 들어오면, 상기 터보 분자 펌프(151)에 의하여 상기 제2챔버(150)가 진공화되는 단계;
a04) 제2CDG(172)에 의해 영점 조정이 수행되는 단계;
a05) 상기 터보 분자 펌프(151)의 작동이 멈추는 단계;
를 포함하여 이루어지고,
상기 b) 측정단계는
b01) 챔버 간 밸브(143)가 개방되는 단계;
b02) 상기 노즐 개폐밸브(141)(142) 중 하나가 개방되어 소닉노즐(131)(132) 중 하나가 선택적으로 개방되는 단계;
b03) 니들밸브(111)(112) 중 하나가 선택적으로 개방 및 조절되어 상기 제1챔버(120) 내로 유입되는 작동기체의 유량이 조절됨으로써 상기 제2챔버(150) 내의 작동기체의 압력(P2)이 원하는 압력으로 설정되는 단계;
b04) 상기 제2챔버(150) 내의 작동기체의 압력(P2)이 정상상태(steady state)가 되면, 상기 감지부(170)에 의하여 상기 제1챔버(120) 내의 작동기체의 압력(P1) 및 온도(T1) 및 상기 제2챔버(150) 내의 작동 기체의 압력(P2) 및 온도(T2)가 측정되는 단계;
b05) 상기 계산부(180)에 의하여 상기 진공 펌프(200)의 배기속도가 산출되는 단계;
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 소닉 노즐을 이용한 진공펌프의 배기속도 측정방법.
In the method for measuring the exhaust velocity of a vacuum pump using a sonic nozzle using the measuring device 100 according to any one of claims 1 to 11,
a) a preparation step in which the measuring device 100 is initialized; And b) a measuring step of calculating the exhaust speed of the vacuum pump 200 by the measuring device 100; , ≪ / RTI >
The a) preparation step
a01) The first valve unit 140, the sensing unit side valve 121, the three-way valve 122, the auxiliary valve 123, the nozzle opening and closing valve 141, 142 is closed, the vacuum pump 200 Operating step;
a02) evacuating the second chamber (150) by the vacuum pump (200);
a03) After the step a02), if the degree of vacuumization of the second chamber 150 is within the operating range of the turbo molecular pump 151, the second chamber 150 is moved by the turbo molecular pump 151. Evacuating;
a04) performing zero adjustment by the second CDG 172;
a05) stopping the operation of the turbomolecular pump (151);
, ≪ / RTI >
B) the measuring step is
b01) the interchamber valve 143 is opened;
b02) one of the nozzle opening and closing valves (141, 142) is opened to selectively open one of the sonic nozzles (131, 132);
b03) One of the needle valves 111 and 112 is selectively opened and adjusted so that the flow rate of the working gas flowing into the first chamber 120 is adjusted so that the pressure P2 of the working gas in the second chamber 150 is adjusted. ) Is set to the desired pressure;
b04) When the pressure P2 of the working gas in the second chamber 150 reaches a steady state, the pressure P1 of the working gas in the first chamber 120 is detected by the sensing unit 170. And measuring temperature (T1) and pressure (P2) and temperature (T2) of the working gas in the second chamber (150);
b05) calculating the exhaust velocity of the vacuum pump 200 by the calculation unit 180;
Exhaust speed measurement method of a vacuum pump using a sonic nozzle, characterized in that comprises a.
제 14항에 있어서, 상기 a) 단계는
a12) 상기 a01) 단계와 상기 a02) 단계 사이에, 상기 3방향 밸브(122)의 제1챔버(150) 측 및 상기 진공펌프(200) 측이 개방되어 상기 제1챔버(120)가 진공화되는 단계;
를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 소닉노즐을 이용한 진공펌프의 배기속도 측정방법.
The method of claim 14, wherein step a)
a12) Between the step a01) and the step a02), the first chamber 150 side and the vacuum pump 200 side of the three-way valve 122 are opened to evacuate the first chamber 120. Becoming;
Method for measuring the exhaust velocity of a vacuum pump using a sonic nozzle, characterized in that further comprises.
제 14항에 있어서, 상기 측정방법은
상기 b) 측정 단계 이후에, 상기 3방향 밸브(122)를 개방하여 상기 제1챔버(120) 및 상기 제2챔버(150)의 내부 압력이 대기압(P0) 또는 원하는 압력(Pd)으로 설정되는 단계;
를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 소닉노즐을 이용한 진공펌프의 배기속도 측정방법.
The method of claim 14, wherein the measuring method
After the measuring step b), the three-way valve 122 is opened so that the internal pressure of the first chamber 120 and the second chamber 150 is changed to atmospheric pressure P 0 or a desired pressure P d . Setting step;
Method for measuring the exhaust velocity of a vacuum pump using a sonic nozzle, characterized in that further comprises.
제 14항에 있어서, 상기 측정방법은
상기 a) 준비 단계 이전에, 상기 보조밸브(123)가 개방되어 상기 소닉 노즐부(120)의 이물질을 제거하거나, 또는 상기 소닉 노즐부(130)의 누출(leakage)을 감지하는 단계;
를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 소닉노즐을 이용한 진공펌프의 배기속도 측정방법.
The method of claim 14, wherein the measuring method
Before the a) preparation step, the auxiliary valve 123 is opened to remove foreign substances in the sonic nozzle unit 120, or to detect the leakage of the sonic nozzle unit (130);
Method for measuring the exhaust velocity of a vacuum pump using a sonic nozzle, characterized in that further comprises.
제 14항에 있어서, 상기 b) 측정단계는
상기 b03) 단계에서의 상기 제2챔버(150) 내의 작동기체의 압력(P2)이 재설정된 후 상기 b03) 내지 b05) 단계가 순차적으로 반복 수행되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 소닉노즐을 이용한 진공펌프의 배기속도 측정방법.The method of claim 14, wherein b) measuring step
After the pressure (P2) of the working gas in the second chamber 150 is reset in step b03), the steps b03) to b05) are sequentially performed in a vacuum pump using a sonic nozzle. How to measure exhaust speed.
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