KR101225488B1

KR101225488B1 - 열 질량 유동 제어기

Info

Publication number: KR101225488B1
Application number: KR1020047007828A
Authority: KR
Inventors: 제시 앰브로시나; 이사오 스즈키; 알리 사지이
Original assignee: 엠케이에스 인스트루먼츠 인코포레이티드
Priority date: 2001-12-21
Filing date: 2002-11-20
Publication date: 2013-01-23
Also published as: GB0408389D0; GB2398645B; US20030115949A1; US6779394B2; DE10297602T5; WO2003058180A1; TWI265397B; JP2005514613A; GB2398645A; DE10297602B4; JP4537067B2; TW200306468A; KR20040070179A

Abstract

열 질량 유동 제어기(100)는 센서 조립체(102), 밸브 조립체(104), 그리고, 질량 유동 제어기 하우징(108)을 포함한다. 열접지부(148)는, 상기 열접지부(148)의 단면을 제한하여, 상기 질량 유동 제어기 하우징(108)과 센서 조립체(102)사이의 열전도 경로를 제한한다. 그리고, 이것은 외부에서 부가된 상기 센서 조립체내의 열 변화를 실질적으로 제거한다. 상기 제어기(100)는 또한, 상기 밸브 조립체로부터 상기 센서 조립체로부터 멀리, 경로를 따라 열 에너지를 전도시키는 열 분산 구성요소를 포함한다.

열 질량 유동, 제어기, 센서, 접지부

Description

열 질량 유동 제어기{THERMAL MASS FLOW CONTROLLER}

발명자가 Jesse Ambrosina, Isao Suzuki 인 "질량 유동 제어기의 열 차단 방법 및 장치"(대리인 등록 번호. MKS-92)와, 발명자가 Jesse Ambrosina, Ali Shajji인 "질량 유동 제어장치의 열 분산 방법 및 장치"(대리인 등록 번호. MKS-93)의 특허출원은 본 출원과 같이 동일한 양수자에게 양도되었으며, 같은 날에 출원되었으며, 그들 전체는 참고자료로서 제공될 수 있을 것이다.

본 발명은 질량 유동 측정 장치에 관한 것으로, 특히 상세히 하면, 질량 유동 센서 상에 다르게 부과되는 열의 변화를 본질적으로 제거하는 질량유동 센서 하우징에 관한 것이다.

모세관 열 질량 유동 센서는, 관 벽으로부터 얇은 관에서의 유체유동을 전달하는 열전달이 유체의 질량 유량과 상기 유체 온도와 벽온도의 차이 및 상기 유체의 비열에 따라 결정된다는 사실을 이용한다. 질량 유량 제어기는 다양한 질량 유동 센서 배치를 구비한다. 예를 들어, 상기 배치의 하나의 형태는, 상기 센서관에 접하며 열 전도체의 두 개 이상의 저항요소를 가진 스테인레스 유동관을 포함한다. 저항요소는 일반적으로 높은 저항 온도 계수를 가진 재료로 이루어진다. 상기 구성요소들의 각각은 히터 또는 감지기, 또는 양쪽의 기능을 모두 수행한다. 상기 구성요소의 하나 이상은, 상기 관을 통하여 유체 유동으로 열을 전달하는 전기적 유동에서 에너지를 공급받는다. 상기 히터가 직류를 공급받으면, 상기 구성요소의 온도 차이로부터 상기 관을 통하는 유체의 질량 유량이 얻어진다. 유체의 질량유량은, 또한 일정한 온도 분포를 유지하기 위하여 상기 히터를 통과하는 전류를 다양하게 함으로써 얻어질 수 있다.

이와 같은 열 질량 유동 센서는 질량 유동 제어기에 장착된다. 이 질량유동 제어기는 제어기의 바이패스관으로부터의 유체를 상기 모세관(센서관으로도 기재됨)으로 제공한다. 질량 유동 측정은 상기 저항요소의 유체 온도효과에 따라 달라지기 때문에, 저항요소와 분리된 외부의 다른 온도는 질량 유량의 측정에 오차를 만들 수 있다. 불행하게도, 열 질량 유동 센서는, 외부 열 변화가 있는 환경에서 작동된다. 예를 들어, 열 질량 유동 센서는, 그것이 작동하는 때 중요한 전력을 분산시키는 밸브 코일에 근접하여 작동된다. 밸브코일의 작동으로부터 생성된 열은, 질량 유동 제어기 하우징에 의하여 제공되는 것과 같은 열전도 경로를 통하여 질량 유동 센서에 전달된다. 전달된 열은 상기 질량 유동 센서 하우징 상의 온도변화를 발생시키며, 상기 하우징은 교대로 상기 센서의 저항요소상에 외부 온도 변화를 발생시킨다. 그래서, 질량 유동 측정기의 오차를 발생시킨다.

발생된 온도 변화를 외부에서 본질적으로 제거하는 질량 유동 센서는 매우 바람직하다.

본 발명에 따른 질량 유동 센서에서, 질량 유동 센서 하우징은 기초 판넬을 통하여 질량 유동 제어기에 장착된다. 질량 유동 센서는, 질량 유동 센서 하우징 내에서 소정의 축을 따라 형성되어 있는 질량 유동 센서관을 포함한다. 이 기본 판넬은, 센서 하우징과 일체로 형성되거나, 다양한 장착수단, 예를 들어 나사홀 및 볼트, 등을 통하여 센서 하우징에 장착된다. 이 기초 판넬은, 질량 유동 제어기와 센서 사이에 열경로를 제공하여, 센서와 제어기 하우징을 실질적으로 동일한 평균온도로 유지하도록 한다. 또한, 기초 판넬에 의하여 제공된 열 경로는, 질량 유동 제어 하우징과 열전도 접촉함으로써 질량 유동 센서 하우징에 바람직하지 않게 부가되는 온도 변화를 제거하거나, 감소시키도록 형성된다.

본 실시예에서, 센서 하우징은 질량 유동 센서 하우징과 질량유동 제어기 하우징 사이에 열접지부를 설치한다. 상기 열접지부는, 센서 하우징의 단면 발면(foot print) 보다 상당히 적은 단면을 특징으로 한다. 열접지부의 단면은 원형, 사각형 또는 다른 기하학적 모양을 가진다. 열접지부는, 질량 유동 센서 하우징과 질량유동 제어기 하우징의 평균 온도를 동일하게 유지하는 열 경로를 제공한다. 또한, 상기 열접지부는, 유동 센서관의 중간부에 일치하는 상기 센서 하우징의 영역 내에 위치한다. 상기 열접지부에 의하여 형성된 열 경로는 센서 하우징과 질량 유동 제어기 하우징의 평균 온도를 실질적으로 동일하게 유지하는데 충분하다.

질량 유동 제어기 하우징의 평균온도의 변화와 질량 유동 센서 하우징의 평균 온도의 관련 변화 사이에 허용 가능한 지연시간은 질량 유동 감지의 정확성에 영향을 미치는 설계 사양이다. 허용가능 지연 시간(주어진 온도 변화에 대하여)이 주어진면, 일치하는 열 유동 형상이 계산된다. 열 유동 형상은, 열 접지 재료에 대하여 요구되는 단면 영역 및 열 전도도를 결정하는데 사용된다. 상기 유동 센서 하우징을 가로지르는 열 변화의 설정 가능성을 최소화하기 위하여, 열접지부의 단면 영역은 최소화된다. 즉, 알루미늄과 같은 간단한 구조의 재료에 있어서, 열접지부의 단면 영역은 열 질량 유동 센서 하우징과 열 질량 유동 제어기 하우징 사이의 온도 차이를 감소시킬 수 있을 정도로는 넓어야 하나, 상기 열접지부의 단면 영역은 열접지부의 단면을 가로지르는 열 변화의 생성을 방지할 수 있을 정도로 좁아야 한다.

설명된 실시예에서, 질량 유동 센서 하우징은 사각 단면을 가지는 열접지부를 포함한다. 이 열접지부는 유동 센서관의 축과 직교하는 방향으로 형성되고, 센서관 입구 및 출구 사이의 중간 부분에 위치한다. 본 발명에 따른 질량 유동 센서 하우징은 차등 전류 열 질량 유동 변환기와 같은 질량 유동 센서를 사용하는데 특별히 적합하다. 열접지부는, 질량 유동 센서에 관련하여 열접지부 위치의 비교적 쉬운 조절을 가능하게 하는 방법으로 형성된다. 이러한 실시예에서, 질량 유동 센서의 위치는 질량 유동 센서의 열 클램프의 효과를 "제거"하도록 조절된다.

또한, 본 발명에 따른 질량 유동 제어기는, 센서 조립체, 밸브 조립체, 상기 밸브 및 센서 조립체들이 장착된 질량 유동 제어기 하우징을 포함한다. 열 전달 구성요소는 밸브 조립체 및 센서 조립체로부터 멀리 열을 전도하여, 제어되지 않은 상기 센서 조립체로의 열 공급을 감소시킨다. 도시된 일실시예에서는, 질량 유동 제어기는, 상기 센서 및 밸브 조립체들을 실질적으로 감싸는 열 전도 인클로져(enclosure)를 포함한다. 열 전도 구성요소는 상기 밸브 조립체와 접촉하는 열전도체를 만들고, 밸브 조립체를 실질적으로 포위하며, 이와 동시에, 상기 인클로져와 실질적인 열 전도 접촉을 한다.

상기 인클로져를 포함하지 않는 일실시예에서는, 상기 열 전도 구성요소는 하나이상의 표면상의 구조물을 포함한다. 상기 구조물은 밸브 조립체안으로부터 열에너지의 분산을 가속화하는 것이다. 이러한 구조물은 센서 조립체에 맞닿지 않는 열전도 구성요소의 하나이상의 외부 표면상에 위치한 핀을 포함한다. 열전도 구성요소는 알루미늄과 같은 고온 전도 재료로 이루어진다. 일실시예에서, 열 전도 구성요소는 밸브 조립체와 일체로 형성된다. 다시 말하면, 본 실시예에서는, 밸브 조립체의 외벽이, 열에너지를 질량 유동 제어기 센서 조립체로부터 멀리 전도하도록 형성된다.

도면을 첨부하여 설명한 다음의 바람직한 실시예를 읽어보면, 본 기재의 여러 장점은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 더욱더 명확하게 될 것이다. 설명 의 편의를 위하여 도면의 구성요소는 원래의 크기대로 그리지 않았다.

도 1은, 질량 유동 센서 조립체와 질량 유동 제어기 하우징 사이의 열접지부를 구비하는 본 발명에 따른 질량 유동 제어기의 단면도이다.

도 2는 질량 유동 제어 밸브 조립체와 열 전도 질량 유동 제어 인클로져 사이에 열전도 경로를 제공하는 탈열기를 설치한 본 발명에 따른 질량 유동 제어기의 단면도이다.

도 3은 질량 유동 센서 조립체와 질량 유동 제어기 하우징 사이의 열접지부와, 질량 유동 제어 밸브 조립체와 열 전도 질량 유동 제어 인클로져 사이에 열전도 경로를 제공하는 탈열기를 이용하는 본 발명에 따른 질량 유동 제어기의 단면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 질량 유량 센서 조립체의 부분 단면도 및 부분 개념 블록 다이어그램이다.

도 5는 본 발명에 따른 질량 유량 제어기의 외부 사시도이다.

도 6은 본 발명에 따른 질량 유동 제어기 조립체의 외부 사시도이다.

도 7은 열 전도 인클로져를 포함하는 본 발명의 원리에 따른 질량 유량 제어기의 사시도이다.

본 발명에 따른 질량 유동 제어기는 질량유동 센서 조립체와 밸브 조립체를 포함한다. 도시된 실시예에서, 질량 유동 센서 조립체는 질량 유동 제어기 하우징에 장착되고, 열접지부는 질량 유동 센서 조립체와 질량 유동 제어기 하우징 사이에 배치된다. 상기 열접지부는 상기 질량 유동 제어기 하우징과 질량 유동 센서 사이의 열 변화를 실질적으로 최소화하도록 형성된다. 또한, 열접지부는 상기 질량 유동 센서를 따라 외부로 부가되는 열 변화를 최소화하도록 형성된다. 열접지부의 단면은 원형, 사각형, 또는 다른 기하학적인 모양을 가진다. 열접지부는, 질량 유동 제어기 하우징과 질량 유동 센서 하우징의 전체적인 평균온도를 실질적으로 동일한 정도로 유지하는데 충분한 열 경로를 제공한다. 또한, 열접지부는 상기 유동 센서관의 중간부에 일치하는 센서 하우징의 영역에 위치한다. 도시된 질량 유동 제어기의 밸브 조립체는 질량 유동 제어기 하우징에 장착되고, 탈열기를 포함한다. 상기 탈열기는 상기 밸브 조립체 하우징에 장착되고, 주변 대기로의 저온 저항 경로를 제공하여, 밸브 조립체 내의 밸브의 작동을 통하여 발생된 열을 분산시킨다.

도 1의 단면도는 본 발명의 원리에 따른 질량 유동 제어기의 주 구성요소를 도시한다. 질량 유동 제어기(100)는 열 질량 유동 센서 조립체(102)와 밸브 조립체(104)를 포함한다. 밸브 조립체(104)는 질량 유동 제어기 하우징(108)에 연결되어 가스의 유량을 제어한다. 상기 가스의 유량은, 도 4에 관련하여 일반적으로 설명된 질량 유동 센서 회로에 의하여 발생된 제어 신호에 따라 제어된다. 상기 질량 유동 제어기(100)는 측정된 가스의 유동이 도입되는 입구(106)를 포함한다. 프로세스(process) 가스는 입구(106)를 통하여 질량 유동 제어기로 들어오고, 밸브 개구(110)를 통하여 바이패스관(112)로 이송된다. 상기 밸브(114)는, 공정 적용 중에 프로세스 가스의 측정량을 상기 입구(106)로 정확하게 유입시키고, 상기 제어기를 통과하여 배출구(116)로 배출시키는 관련 회로 및 질량 유동 센서의 제어에 의하여 작동된다. 상기 공정 적용은 일체화된 회로 제조법에 적용된 것과 유사하다. 상기 바이패스관(112)은 입구(106)에 연결되어 증기 가스를 받아들여서 이송한다.

층류 구성요소(118)는 상기 바이패스관(112) 내에 남아 있고, 상기 열 질량 유동 센서(102)를 가로지르는 압력 강하를 제공한다. 그리고, 이 층류 구성요소는 상기 열 질량 유동 센서(102)의 센서관(120)을 통하여 가스의 일부를 움직이게 한다. 이 질량 유동 센서는 상기 제어기(100)를 통과하는 가스의 유량을 감지하는 회로를 포함하고, 상기 밸브 조립체(114)의 작동을 제어한다. 질량 유동 센서 조립체(102)는, 바이패스관(112)의 경계를 형성하는 질량 유동 제어기의 벽(122)에 장착된다. 벽(122)의 입구(124) 및 출구(126)는 질량 유동 제어기(100)를 통하여 이송하는 가스에 대하여 질량 유동 센서 조립체(102)로의 접근 통로를 제공한다. 본 실시예에서, 질량 유동 센서 조립체(102)는 벽(122)에 부착되기 위한 기초 판넬(128)을 포함한다. 이 기초 판넬(128)은, 나사홈 및 볼트 조합에 의하여 벽 및 센서 조립체의 잔류부에 부착된다. 센서관의 입력 다리(130) 및 출력다리(132)는 기초판넬(128)의 입구(134) 및 출구(136) 각각을 통하여 연장되며, 질량 유동 제어기 벽(122)의 구멍(124, 126)을 통하여 연장된다.

상기 질량 유동 센서 조립체는 정상부(138) 및 바닥부(140)를 포함한다. 결합시에, 상기 정상부와 바닥부는, 실질적으로 동일한 온도에서 센서관 활성 영역(즉, 센서관과의 열접촉하는 저항요소의 극한에 의하여 정의되는 영역)의 양측 끝단을 지지하는 열 클램프(141)를 형성한다. 열 클램프는 또한 센서관(120)의 활성 영역 주위의 챔버(142)를 형성한다. 즉, 상기 챔버 내의 질량 유동 센서관의 조각은, 열 교환을 하는 상태로, 히터 또는 감지기, 또는 양 쪽 모두로서 기능을 하는 두 개 이상의 저항요소(144,146)를 구비한다. 하나 이상의 저항요소는, 상기 튜브(120)를 통하여 유체가 흐르는 경우, 상기 유체로 열을 제공하는 전류로부터 구동력을 얻는다.

상기 열 클램프(141)는, 일반적으로 센서관의 열전도율에 비하여 높은 열전도율에 의하여 특징되는 재료로 만들어지고, 상기 저항요소(144)의 하류 센서관 일부 및 상기 저항요소(146)의 상류 방향의 센서관 일부와 양호한 열전도 접촉을 가진다. 상기 열 클램프는 상기 저항요소(144,146) 및 센서관(120)을 감싸고 보호한다. 부가하여, 상기 열 클램프(141)는 주위의 온도 또는 그 근처에서 접촉하는 상기 센서관의 부분을 열적으로 고정시킨다. 온도 차이에 의한 일분의 오차마저도 제거하기 위하여, 상기 센서관은 열 클램프내로 이동되어, 두 개의 코일 저항 사이의 어떠한 차이도 상기 센서관을 통한 유체 유동에 의하여 이루어지도록 한다.(외부환경으로부터 코일상에 부가된 온도 변화가 아닌) 본 발명에 따르면, 상기 센서관을 둘러 싸고 있는 챔버, 설명된 실시예에서의 열 클램프는 열접지부(148)을 통하여 질량 유동 제어기와 접촉한다. 상기 열접지부는, 도시한 바와 같이, 열 클램프(141)와 기본 판넬의 사이 및/또는 기본 판넬(128)과 제어기 하우징 벽(122)의 사이에 형성된다. 상기 열접지부는 제어기 하우징 벽 또는 기초 판넬, 또는 열 클램프에 일체화된다. 양자 택일로, 열접지부가 분리되어 형성된 열 전도 구성요소가 될 수도 있다.

도 2에 도시된 실시예에서, 탈열기(150)는 열교환이 양호한 상태로, 밸브 조립체(104)의 하우징(152)과 결합된다. 밸브(114)의 작동 중에 솔레노이드에 의하여 분산된 전력은 상당한 양의 열을 발생시킨다. 이 열은 질량 유동 제어기 하우징(108)을 통하여 이동되고, 상기 센서 조립체(102)의 외부 온도 변화를 부가한다. 상기 센서 저항요소 144,146상에 부가된 이러한 외부 온도 변화는 상기 센서관을 지나가는 질량 유동의 결정에 있어서 오차를 생성할 수 있다. 즉, 열 질량 유동 센서는 상기 센서관(120)을 통한 유체 유동의 경향에 따라 온도 분포를 결정하여, 상기 센서관(120)을 통한 유체유동의 질량을 측정하기 때문에, 외부에서 가해진 열 변화는 잘못된 측정을 하게 된다. 본 실시예에서, 탈열기(150)는 실질적으로 상기 밸브 조립체(152)를 감싸고, 상기 몸체(152)로부터 열을 멀리 전도시킨다.

상기 탈열기(150)가 대기로 개방되어 있는 본 실시예에서, 핀(미도시)과 같은 형상이 탈열기에 추가되어 밸브조립체의 몸체(152) 및 센서 조립체(102)로부터 멀리 열전달 하는 것을 향상시킨다. 즉, 핀들은 센서 조립체(102)와는 접촉하지 않고, 탈열기(150)의 하나이상의 측면에 부가되어 센서 조립체(102) 및 밸브조립체(104)의 양 센서로부터 멀리 대류 및 복사의 열전달을 증가시킨다. 도 5,7에 관련하여 도시된 일실시예에서, 탈열기(150)는 연장되어 제어기 하우징과 열 전도접촉을 한다. 이 제어기 하우징은 상기 센서(102) 및 밸브(104)를 감싼다. 본 실시예에서, 부드러운 표면의 탈열기(150)는 제어기 하우징과 큰 표면 접촉을 제공하고, 이에 의하여 밸브 조립체(104)로부터 열을 분산하는 더 많은 열전도 경로를 제공한다. 도 3에 설명된 실시예에 표현된 본 발명에 따른 질량 유동 제어기는, 탈열기(150) 및 열 접지(148)를 구비하여, 상기 질량 유동 센서(102)의 작동을 다른 방법으로 약화시키는 열 변화를 본질적으로 제거한다.

도 4는 본 발명에 따른 질량 유동 센서의 실시예를 더 상세하게 설명한다. 바이패스관(112), 층류 구성요소(118), 상류 저항요소(146) 및 하류 저항요소는 전술하였다. 정상부(138)와 바닥부(140)를 포함하는 열 클램프(141)의 배치 및 센서관과의 열교환이 여기에서 더 상세히 설명된다. 상기 센서관(120)의 파선은, 관이 실질적으로 감싸여지고, 그 작동 조각의 일단에서 그 전체의 환경을 둘러싸는 열클램프(141)와 열 전도 전달된다는 것을 지적하는 것이다. 상기 센서관의 작동 조각은, 상기 열클램프의 상부 다리(154)와 하부 다리(156) 사이에 배치된 센서관의 조각으로 설명된 목적을 위하여 정의된다.

상기 바이패스관(112)의 일단(119)은 입구를 정의하고, 바이패스관(112)의 타단은 출구(121)를 정의하며, 유체가 화살표에 의하여 표시된 하류 방향인 입구로부터 출구로 흐르도록 한다. 층류 요소(118)는, 관을 통하여 흐르는 유체를 제한하는 바이패스관 내에 배치된다. 센서관의 상류 종단은, 입구와 층류구성요소 사이에 서 바이패스관과 연결되어 있다. 센서관의 하류 종단은, 층류구성요소와 출구 사이에서 바이패스관과 연결되고, 입구로부터 출구로 흐르는 유체의 총량의 고정된 일부가 센서관을 통하여 흐른다. 상기 센서관은 모세관으로 이루어지고, 유체의 열전도율보다 비교적 높은 열전도율을 가지는 스틸과 같은 재료로 만들어진다.

저항요소(144,146)의 각각은, 센서관(120)의 각각의 부분의 주위에 감겨지는 열감지 저항 컨덕터를 포함한다. 컨덕터들의 연속적인 회전은 그 전의 회전에 가깝게 형성된다. 저항요소의 각각은, 상기 센서관(120)의 각각의 부분을 따라 축AX1방향으로 연장된다. 상기 AX1축은 상기 센서관(120)의 작동 조각에 의하여 정의된다. 하류 저항요소(144)는 상기 저항요소(146)의 하류측에 형성된다. 이 요소는 서로 인접하거나, 작은 차이를 가지고 떨어져 있어 편의성을 향상시키고, 상기 관의 중앙에서 전기적으로 연결된다. 각 저항요소는, 그 온도에 따라 변화하는 전기 저항을 제공한다. 각 저항요소의 온도는 저항 컨덕터를 통하는 전류 및 센서관 내부의 질량 유동량에 따라 변화한다. 이와 같은 방법으로, 저항요소의 각각은 히터 및 센서로서 작동한다. 즉, 상기 저항요소는 상기 저항요소를 통하는 전류기능으로 열을 발생시키는 히터로서 작용을 하며, 동시에, 상기 저항요소는 센서로서도 작용한다. 이 센서는 상기 저항요소의 온도가 전기 저항에 따라 측정되도록 한다. 상기 질량 유동 센서(102)는, 일반적으로 휘스톤 브리지에서의 전기 회로의 다양한 변형 중 어느 것을 이용하여 상기 저항요소(146,144)에 에너지를 제공함으로써, 상기 저항요소의 저항변화에 따른 온도 및 상기 관(120)을 통과하는 유체의 유량을 측정한다. 이와 같은 목적을 위하여 이용되는 회로는, 예를 들어, Hinkle et al에서 발간된 미국 특허 5,461,913호, 스즈키에서 발간된 미국 특허 5,410,912호 및 양자 전체를 참고로 결합시킨 것에 의하여 발표된 것이다.

작동 중에, 유체는 입구(119)로부터 출구(121)까지 흐르며, 유체의 일부는 제한적인 층류 구성요소(118)를 통하여 흐른다. 상기 잔류 유체는 센서관(120)을 통하여 유동한다. 상기 회로(미도시)는 전류가 저항요소(144,146)를 통하여 흐르게 함으로써, 상기 저항요소(144,146)는 열을 발생시키고, 센서관 및 상기 센서관(120)을 통하여 흐르는 유체에 열을 제공한다. 유체가 하류 저항요소(144)에 의하여 둘러싸인 센서관의 부분에 도달하기 전에 상류 저항요소(146)가 유체로 열을 전달하기 때문에, 상기 유체는 하류 저항요소로부터 열을 멀리 전도시키는 것보다 더 많은 열을 상기 상류 저항요소(146)로부터 멀리 전도시킨다. 두 개의 저항요소로부터 멀리 전도되는 열 질량에서의 차이는, 상기 센서관 내의 유체 유량에 비례한다. 확대하면, 상기 차이는, 상기 입구로부터 출구를 통하는 질량 유동 제어기를 통과하는 질량 유량에 비례한다. 상기 회로는 상기 각각의 전기 저항을 감지하여 이 차이를 측정하고, 상기 센서관을 통하여 흐르는 질량 유동비를 나타내는 출력 신호를 발생시킨다.

기초 판넬(122)은 센서 조립체에 일체화 되거나, 나사홈 및 볼트 등과 같은 다양한 장착수단을 통하여 상기 조립체에 장착될 수 있다. 기초판넬(122)은 상기 센서 조립체(102) 및 질량 유동 제어기(100)의 잔류분 사이에 열 경로를 제공하고, 이것에 의하여 센서 조립체(102)의 평균 온도 및 동일 평균온도에서의 질량 유동 제어기의 잔류분을 유지하도록 설정된다. 부가하여, 열접지부(148)를 이용함으로써, 상기 기본 판넬에 의하여 제공되는 열 경로는, 질량 유동 제어기 하우징과의 열 전도 접촉을 통하여 질량 유동 센서 조립체 상에 바람직하지 않게 부가되는 열 변화를 제거 또는 감소하도록 형성된다.

특히, 열접지부(148)는, 상기 센서 조립체(102)의 단면 넓이보다 상당히 적은 단면 영역을 특징으로 한다. 열접지부의 단면 영역은 원형 또는, 사각형, 도는 다른 기하학적인 모양을 가진다. 열접지부는, 질량 유동 센서 조립체와 질량 유동 제어기의 잔류분의 전체 평균 온도를 동일한 정도로 충분히 유지시키는 열 경로를 제공한다.

도시된 실시예에서, 열접지부(148)는, 센서관(120)의 축AX1와 직교방향으로 형성되며, 상기 유동 센서관(120)의 중간부와 실질적으로 결합되는 센서 조립체의 영역에 위치한다. 상기 위치는, 상기 센서관(120)상에 부가되는 열 변화가 없도록 선택된다. 그러나, 다른 위치 배열들도 본 발명의 관점안에서 생각될 수 있다. 예를 들어, 전체로 참조된, Jr. 매기니스에 의하여 등록된 미국 특허 5,693,880호에 자세하게 기재된 바와 같이, 열 유동 센서의 정확성은, 열 클램프 다리(156,154)에 대한 관/저항 구성요소 조립체의 위치에 민감하다. 본 실시예에서는, 열 평형의 노력으로 센서관을 바꾸기보다, 상기 열접지부(148)는, 미국 특허 5,693,880호에서 논의된 바와 같이, 열 클램프에 관한 위치 결과에 인하여 발생하는 작은 차이점을 제거하도록 위치된다. 이러한 조화를 맞추기 위하여, 열접지부(148)는, 상기 접지의 장착을 열 클램프 또는 기초 판넬(128)의 하부 영역(140)으로 슬라이딩시키는 하나 이상의 슬롯을 포함한다.

질량 유동 제어기의 잔류부로서 실질적으로 동일한 평균온도에서, 상기 센서 조립체의 평균온도를 지키는 경우, 열접지부의 효과의 하나의 측정은, 상기 제어기의 평균 온도 변화와 상기 질량 유동 센서 조립체의 관련 평균온도 변화 사이의 지연 시간이다. 허용 가능한 지연 시간은, 질량 유동 감지의 정확성에 영향을 주는 설계 사양이다. 가능한 지연 시간(주어진 온도 변화에 대한)이 주어지면, 관련 열 유동 형상이 계산된다. 이 열 유동 형상은, 열접지부 재료에 요구되는 단면 영역 및 열 전도도를 결정하는데 이용된다. 열 센서 하우징을 가로지르는 열 변화의 발생의 가능성을 감소시키기 위하여, 열접지부의 단면 영역은 최소화된다. 다시 말하면, 알루미늄과 같은 간단한 구조의 재료에 있어서, 열접지부의 단면 영역은, 상기 열 질량 유동 제어기 하우징과 열 질량 유동 센서 조립체 사이의 온도 차이를 제거하기에 충분하도록 넓으나, 또한, 열접지부의 단면을 가로지르는 열 변화의 발생을 방지하도록 충분히 작기도 하다. 설명된 실시예에서, 상기 센서 조립체와 열접지부의 단면적의 비는 적어도 2 대 1이다.

도 5의 사시도는 상술한 바와 같은 밸브 조립체 및 센서 조립체의 외부 모양을 제공한다. 상기 밸브 조립체는, 밸브 조립체(152) 사이의 본질적인 열 경로를 제공하도록 형성된 탈열기(150)를 포함한다. 이 탈열기(150) 및 외부 커버는 도 7과 관련하여 설명된다. 입구(106) 및 출구(116)는 상술한 바와 같다. 센서 조립체(102)는 정상부(138) 및 바닥부(140)의 열 클램프 요소를 포함한다. 이 열 클램프 요소는 상기 기초 판넬(128)을 통하여 제어기 조립체의 벽에 장착된다. 기초 판넬(128)은 볼트(160)로 위치가 고정된다. 질량 유동 제어 전자장치(미도시)는 금속 플랜지(162)로 제어기에 장착된다. 탈열기(150)의 외부 표면은 제어기를 둘러싸는 내부표면과 열전도 접촉을 한다. 본 실시예에서, 적어도 세 개의 탈열기 외부 표면은 열 전도 인클로져와 열전도 접촉한다. 상기 탈열기의 세 외표면은 도 7의 설명에서 명확히 나타내어진다.

도 6의 사시도는 센서 조립체(102)의 좀더 상세화된 외부 형상을 제공한다. 본 실시예에서, 열접지부(148)는 사각 단면으로 형성되며, 센서관의 축과 직교하며, 기초 판넬(128)에 형성된다. 도 7의 사시도는 본 발명에 따른 질량 유동 제어 조립체의 형상을 설명한다. 본 발명은 상술한 바와 같이, 열 전도 인클로져(164)가 밸브 조립체와 센서 조립체를 감싼다. 상기 밸브 조립체와 열전도 접촉하는 탈열기는, 또한 상기 인클로져(164)와 열 접촉을 한다. 상기 인클로져는 핀들과 같은 특징을 종합하여, 인클로져의 내부와 외부 사이의 열교환을 가속화 시킨다.

본 발명의 특별한 실시예가 도시되고, 설명되었다. 이것에서 이 분야의 기술을 가진 자는 무한한 변화와 모방을 할 수 있을 것이다. 따라서, 첨부된 청구범위는 본 발명의 진정한 개념 및 관점 안에서 일어나는 모든 변화 및 변형을 포함한다.

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유체 입구와, 유체 출구, 및 상기 유체 입구와 상기 유체 출구 사이에 배치되는 바이패스관을 포함하는 열 질량 유동 제어기 하우징;

상기 바이패스관을 통한 유체의 유동을 측정하며, 상기 열 질량 유동 제어기 하우징에 장착되는 열 질량 유동 센서 조립체;

상기 바이패스관을 통하는 유체의 유동을 제어하며, 상기 열 질량 유동 제어기 하우징에 장착되는 밸브 조립체; 및

상기 열 질량 유동 센서 조립체와 상기 열 질량 유동 제어기 하우징 사이에 배치되는 열접지부;를 구비하고,

상기 열 질량 유동 센서 조립체는, 질량 유동 센서관을 감싸는 센서 하우징과, 상기 열 질량 유동 제어기 하우징에 장착되는 장착부를 포함하고,

상기 열접지부는 상기 센서 하우징의 단면 발면보다 적은 단면적을 갖고; 상기 열접지부는 상기 센서 하우징과 상기 장착부 사이에 장착되며; 상기 열 질량 유동 센서 조립체는 상기 열접지부에 장착되고; 상기 열접지부는 상기 열 질량 유동 제어기 하우징에 장착되는 열 질량 유동 제어기.
제22항에 있어서,

상기 밸브 조립체와 열적으로 연결되어 상기 밸브 조립체로부터 열 에너지를 전도하는 탈열기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 열 질량 유동 제어기.
제23항에 있어서,

상기 탈열기는 실질적으로 상기 밸브 조립체를 감싸는 매스(mass)를 포함하는 열 질량 유동 제어기.
제24항에 있어서,

상기 밸브 조립체는 상기 유체 입구에 가까운 상기 열 질량 유동 제어기 하우징에 설치되는 열 질량 유동 제어기.
제25항에 있어서,

상기 열 질량 유동 센서 조립체는 상기 유체 출구에 가깝게 설치되는 열 질량 유동 제어기.
제24항에 있어서,

상기 매스의 더 큰 부분은 상기 열 질량 유동 센서 조립체의 맞은 편 상기 밸브 조립체의 일측에 배치되는 열 질량 유동 제어기.
제26항에 있어서,

상기 매스의 더 큰 부분은 상기 열 질량 유동 센서 조립체의 맞은 편 상기 밸브 조립체의 일측에 배치되는 열 질량 유동 제어기.
제24항에 있어서,

상기 탈열기는 상기 밸브 조립체로부터 열 에너지의 전도를 가속하며, 상기 탈열기의 표면에 설치되는 핀을 포함하는 열 질량 유동 제어기.
제24항에 있어서,

상기 열 질량 유동 센서 조립체와 상기 밸브 조립체를 감싸고 상기 열 질량 유동 제어기 하우징에 장착되는 인클로져를 더 구비하고, 상기 인클로져는 상기 탈열기로부터 상기 인클로져를 통한 상기 인클로져의 외부 영역까지 열전도경로를 형성하는 상기 탈열기와 접촉하는 열 질량 유동 제어기.
제26항에 있어서,

상기 열 질량 유동 센서 조립체와 상기 밸브 조립체를 감싸고 상기 열 질량 유동 제어기 하우징에 장착되는 인클로져를 더 구비하고, 상기 인클로져는 상기 탈열기로부터 상기 인클로져를 통한 상기 인클로져의 외부 영역까지 열전도경로를 형성하는 상기 탈열기와 접촉하는 열 질량 유동 제어기.
제29항에 있어서,

상기 밸브 조립체로부터 열 에너지가 상기 열 질량 유동 센서 조립체로부터 멀리 전도되도록 상기 핀은 상기 탈열기에 위치되는 열 질량 유동 제어기.
제27항에 있어서,

상기 밸브 조립체로부터 열 에너지가 상기 열 질량 유동 센서 조립체로부터 멀리 전도되도록 상기 매스의 더 큰 부분은 상기 탈열기에 위치되는 열 질량 유동 제어기.
제23항에 있어서,

상기 센서 하우징은 제1차원을 갖고, 상기 열접지부는 상기 제1차원의 중간에 가까운 상기 장착부에 상기 센서 하우징을 장착시키는 열 질량 유동 제어기.
제34항에 있어서,

상기 제1차원은 길이 차원(longitudinal dimension)인 열 질량 유동 제어기.
제35항에 있어서,

상기 센서 하우징은 상기 질량 유동 센서관을 둘러 싸는 챔버를 형성하는 열 질량 유동 제어기.
제34항에 있어서,

상기 열접지부는 상기 센서 하우징의 상기 제1차원과 같은 평면에서 폭 차원(width dimension)을 갖고, 상기 열접지부의 상기 폭 차원은 상기 센서 하우징의 상기 제1차원보다 작은 열 질량 유동 제어기.
제35항에 있어서,

상기 열접지부는 상기 센서 하우징의 상기 길이 차원과 같은 평면에서 폭 차원(width dimension)을 갖고, 상기 열접지부의 상기 폭 차원은 상기 센서 하우징의 상기 길이 차원보다 작은 열 질량 유동 제어기.
제36항에 있어서,

상기 질량 유동 센서관의 상기 작동부는 상기 질량 유동 센서관 주위로 감겨진 제1, 제2저항 코일을 포함하고, 상기 제1저항 코일의 중간과 상기 열접지부 사이의 거리는 상기 제2저항 코일의 중간과 상기 열접지부 사이의 거리와 실질적으로 같은 열 질량 유동 제어기.