KR101368735B1 - 유량 제한기를 구비한 질량유량 검증기 - Google Patents

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엠케이에스 인스트루먼츠 인코포레이티드
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Abstract

본 발명에 따른 장치에 의해 유체의 유량의 측정을 검증하는 유량 검증기는 유량 제한기의 상류측 구성요소에 대하여 대략 영향을 받지 않게 하여 유량 검증을 도와주는 유량 제한기를 포함한다. 상기 유량 검증기는 장치로부터 유체의 흐름을 수용하는 용기 및 상기 용기 내에서 유체의 압력을 측정하기 위한 압력 센서를 포함한다. 출구밸브는 용기에서 유출되는 유체의 유량을 조정한다. 상기 유량 제한기는 장치로부터 용기로의 입구를 통해 흐르는 유체의 흐름 경로를 따라, 상기 용기의 상류측 및 상기 용기에 인접하게 위치된다. 상기 유량 제한기는 흐름 경로에서 충격을 유도하기 위하여 상기 흐름 경로를 따라 유체의 흐름을 제한하며, 상기 유량 제한기의 상류측 구성요소에 대하여 대략 영향을 받지 않게 하여 유량 검증을 도와주는데 충분한 시간 주기 동안 상기 충격을 유지한다.
Figure R1020077024526
유량 검증기, 유량 제한기, 용기, 압력변환기, 압력 센서, 온도 센서.

Description

유량 제한기를 구비한 질량유량 검증기{MASS FLOW VERIFIER WITH FLOW RESTRICTOR}
본 발명은 유량 제한기를 구비한 질량유량 검증기에 관한 것이다.
다수의 고정밀 측정시스템은 가공공정에서 이용될 수 있다. 이러한 고정밀 측정시스템은 질량유량 제어기(MFC; Mass Flow Controller)와 질량유량 계량기(MFM; Mass Flow Meter)를 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
질량유량 제어기나 질량유량 계량기의 정확성을 테스트하거나 검증할 필요가 있다. 질량유량 제어기나 질량유량 계량기의 정확성을 검증하기 위한 한 방법은 상승률 유량검증기(ROR(Rate-of-Rise) flow verifier)를 통해서 하는 것이다. 전형적인 상승률 유량검증기는 체적부, 압력변환기, 두개의 차단밸브를 포함하고, 상기 두개의 차단밸브는 상류측과 하류측에 각각 하나씩 설치된다. 상기 밸브는 아이들링 동안에 폐쇄될 수 있고, 또한 상기 밸브는 작동이 시작되는 경우에 유량 검증기를 통해 질량유량 제어기(MFC)(또는 질량유량 계량기(MFM))로부터 유체가 흐르도록 개방될 수 있다. 유체의 흐름이 안정되는 경우에 상기 하류측 밸브는 폐쇄될 수 있 고, 그 결과 상기 체적부에서 압력의 상승이 시작될 수 있다. 상기 압력변환기는 압력 상승을 측정한다. 이러한 측정은 유량을 계산하는데 이용될 수 있고, 이에 의하여 상기 상승률 유량검증기(ROR flow verifier)의 성능은 입증될 수 있다.
상기 질량유량 제어기와 상승률 유량검증기 사이의 흐름 경로에서의 연결 체적부에서 측정 에러가 발생될 수도 있고, 상기 연결 체적부는 상승률 유량검증기로부터 상류측에 위치되는 외부 플럼빙(external plumbing) 같은 것 일 수 있다. 상기 질량유량 제어기(MFC)(또는 질량유량 계량기(MFM))로부터의 유체가 플럼빙 또는 다른 타입의 연결 체적부를 통해 흐름 경로를 따라 질량유량 제어기로부터 흐르기 때문에, 발생하는 압력 강하의 측정이 상기 압력변환기에 의한 압력 측정에서 부정확할 수 있다.
그러므로, 상기 질량유량 검증기의 상류측에 위치되는 플럼빙이나 다른 구성요소가 유량 검증과정의 정확성에 영향을 미치지 않도록 할 수 있는 효과적인 시스템 및 방법이 필요하다.
따라서, 본 발명은 유량 제한기를 구비한 질량유량 검증기에 관한 것으로, 구체적으로 질량유량 검증기에 의한 유량 검증과정에서 유량 제한기의 상류측에서의 임의의 요인에 의한 발생을 효과적으로 차단할 수 있는 유량 제한기를 포함하는 질량유량 검증기를 제공한다.
본 발명에 따른 장치에 의해 유체의 유량의 측정을 검증하는 유량 검증기는 상기 장치로부터 유체의 흐름을 수용하는 용기; 및 상기 용기 내에서 유체의 압력을 측정하기 위한 압력 센서를 포함한다. 유량 제한기는 상기 장치로부터 용기로의 입구를 통해 흐르는 유체의 흐름 경로를 따라, 상기 용기의 상류측 및 상기 용기에 인접하게 위치된다. 상기 유량 제한기는 흐름 경로에서 충격(shock)을 유도하기 위하여 상기 흐름 경로를 따라 유체의 흐름을 제한하도록 이루어진다. 상기 유량 제한기는 유량 제한기의 상류측 구성요소에 대하여 대략 영향을 받지 않게 하여 유량 검증을 도와주는데 충분한 시간 주기 동안 상기 충격을 유지하도록 더 구성된다.
본 발명에 따른 장치는 유량의 측정의 질량 유량 검증기에 의한 유체의 유량의 검증에 영향을 주는 것을 외부 구성요소가 방지하기 위한 것이다. 상기 외부 구성요소는 질량유량 검증기로부터 상류측에 위치된다. 상기 장치는 질량유량 제어기로부터 용기로의 유체의 흐름 경로를 따라, 상기 용기의 상류측 및 상기 용기에 인접하게 위치되는 유량 제한기를 포함한다. 상기 유량 제한기는 흐름 경로에서 충격을 유도하기 위하여 상기 흐름 경로를 따라 유체의 흐름을 제한하도록 이루어진다. 상기 유량 제한기는 상류측의 외부 구성요소에 대하여 대략 영향을 받지 않게 하여 유량 검증을 도와주는데 충분한 시간 주기 동안 상기 충격을 유지하도록 더 구성된다.
본 발명에 따른 장치에 의해 유체의 유량의 측정을 검증하는 방법은 용기의 출구밸브의 개방이 유지되는 동안에 상기 유체가 장치로부터 용기로 흐름 경로를 따라 흐르게 하고, 상기 용기로 유입되는 유체의 유량 및 상기 용기 내의 유체의 압력이 정상 상태에 도달되게 하는 것을 포함한다. 상기 방법은 유체의 압력의 상승이 용기 내에서 시작되도록 상기 용기의 출구밸브를 폐쇄하는 것을 포함한다. 상기 방법은 용기의 상류측 및 상기 용기에 인접하게 흐름 경로를 따르는 위치에서, 충격을 유도하기 위하여 유체의 흐름을 제한하는 것을 더 포함한다. 상기 충격은 용기와 상기 위치의 상류측 구성요소 사이에서 대부분의 유체 속도가 초음속이 되게 함으로써 유도된다. 상기 충격은 시간 주기 동안 유지되며, 상기 시간 주기 동안에 상기 용기 내에서 유체의 압력의 상승률을 측정하고, 상기 측정된 압력의 상승률을 상기 유체의 유량을 계산하는데 이용된다.
도1은 본 발명의 일실시예에 따른 조정가능한 유량 제한기를 갖는 상승률 질량유량 검증기를 포함하는 가스전달 시스템의 블럭도이다.
도2a는 유체의 유량이 검증된 유체의 최대 마하수를 나타낸 그래프이다.
도2b는 도2a에 나타낸 마하수에서 대응하는 유체의 유량을 나타낸 그래프이다.
도3은 도1에 나타낸 질량유량 검증기에 의한 검증과정 동안에 다른 시간에서의 압력 프로파일을 나타낸 그래프이다.
전술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 실시예를 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시 예를 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 질량유량 검증기는 질량유량 검증기에 의한 유량 검증과정에서 유량 제한기의 상류측에서의 임의의 요인에 의한 발생을 효과적으로 차단할 수 있는 유량 제한기를 포함한다.
도1은 본 발명의 일실시예에 따른 조정가능한 유량 제한기(120)를 포함하는 질량유량 검증기(MFV; Mass Flow Verifier)(100)의 블럭도이다. 후술할 바와 같이, 상기 유량 제한기(120)는 임의의 외부 체적부 및/또는 유량 제한기(120)의 상류측에서의 외적인 요인으로 인한 발생에 대하여 대략 영향을 받지 않게 하여 질량유량 검증기(100)에 의한 질량유량 검증을 도와준다.
상기 질량유량 검증기(100)는 둘러싸여진 체적부인 용기(vessel)(110)를 포함하고, 상기 용기(110)는 용기(110)의 입구(미도시)에서 테스트되는 장치(130)로부터 유체의 흐름을 수용하도록 이루어진다. 상기 용기(110)는 공지된 체적(부)(V)을 갖는다. 상기 장치(130)는 일반적으로 유체의 유량을 측정하는 질량유량 제어기(MFC; Mass Flow Controller) 또는 질량유량 계량기(MFM; Mass Flow Meter)일 수 있다. 상기 베슬에서 유출되는 유체의 흐름(유량)을 하류측 출구밸브(140)가 조절한다. 본 실시예에서의 유량 제한기(120) 자체가 조정가능한 입구밸브로서 작용하는 경우에도, 상기 질량유량 제어기(130)로부터 베슬(110)로 흐르는 유체의 유량(흐름)을 차단하는 상류측 입구밸브(미도시)가 선택적으로 포함될 수 있다. 상기 질량유량 검증기(100)는 베슬(110) 내에서 유체의 압력을 측정하기 위한 압력 센서(115) 및 상기 베슬(110) 내에서 유체의 온도를 측정하기 위한 온도 센서(125)를 더 포함한다.
도1에 나타낸 본 실시예에서, 상기 질량유량 검증기(100)에 의해 테스트되는 장치는 단일의 질량유량 제어기(130)로 나타냈지만, 다른 실시예에서는 복수의 질량유량 제어기가 질량유량 검증기(100)에 연결되어 테스트될 수 있다. 상기 복수의 질량유량 제어기는, 예를 들어 "120 출원"에서 나타낸 바와 같은 가스 매니폴드를 통해 질량유량 검증기(100)에 연결될 수 있다. 여기에서, 상기 "120 출원"은 본 출원인에 의해 2005년 3월 23일자에 미국에 출원되어 계류중인 제11/0990,120호를 나타낸 것으로, 상기 출원의 전체는 본 명세서에 참조로서 통합된다.
상기 질량유량 검증기(100)에 제어기(160)가 연결된다. 상기 제어기(160)는 질량유량 제어기(130)의 본래(in-situ)의 성능 검증을 제어하고, 상기 입구밸브와 출구밸브의 작동을 제어한다. 상기 질량유량 검증기(100)의 일실시예에서, 상기 제어기(160)는 유체가 공지된 체적부로 흐르게 하고 시간 간격 동안에 압력 상승을 측정함으로써 상기 유체의 유량이 결정되는 "상승률(Rate-of-Rise)" 기술인 유량 검증 기술을 구현할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 테스트되는 질량유량 제어기(130)는 질량유량 검증기(100)에 연결될 수 있다. 아이들링 동안, 상기 질량유량 검증기로부터 질량유량 제어기(130)로의 유체의 흐름은 차단된다. 상기 질량유량 검증기(100)의 검증 작동이 시작되는 경우, 상기 입구밸브와 출구밸브(140)는 개방되고, 이에 따라 유체는 질량유량 제어기(130)로부터 질량유량 검증기(100)로 흐른다. 상기 질량유량 제어기에 유량 설정포인트가 제공될 수 있다. 초기의 기간 동안, 상기 질량유량 제어 기(130)로부터의 유체의 유량과 상기 베슬(110) 내에서의 유체의 압력은 정상 상태에 도달된다.
정상 상태가 도달되는 경우, 상기 출구밸브(140)는 폐쇄되고, 이에 따라 상기 유체의 압력은 베슬(110) 내에서 높아지기 시작한다. 상기 제어기는 베슬(110) 내에서 압력 센서(115)로부터의 압력 측정을 받아서 시간의 주기 동안에 압력의 상승률(즉, 압력의 시간 미분 또는 변화율)을 결정한다. 예를 들면, 상기 베슬(110) 내에서의 온도 및 압력 측정은 전체의 시간 주기에 걸쳐서 소정 시간 간격을 두고 표시될 수 있다. 하나의 예시적인 실시예에서, 상기 소정 시간 간격은 각각 약 0.0025초일 수 있고, 전체의 시간 주기는 약 0.1초 내지 0.3초의 범위일 수 있다. 상기 질량유량 검증기(100)의 다른 실시예에서, 다른 시간 간격 및 다른 전체의 시간 주기가 이용될 수도 있다. 상기 시간 주기의 끝에서, 상기 출구밸브(140)는 베슬(110)에서 유출되는 유체가 (예를 들면, 진공펌프 또는 다른 타입의 배기장치나 출력장치 같은) 배기장치로 흐르도록 개방된다.
유체 온도로 나눈 유체 압력의 시간 미분인 상승률(△(P/T)/△t)은 베슬(110)의 공지된 체적(부) 내에서의 온도와 압력의 측정에 기초하여 계산될 수 있다. 이와 같이 산출된 상승률(△(P/T)/△t)에 기초하여, 상기 질량유량 제어기(130)에 의해 생성되는 유량이 결정 및 검증될 수 있고, 이에 따라 상기 질량유량 제어기(130)는 적절하게 조정(캘리브레이팅)될 수 있다.
다음의 식을 이용하여 유량(Q)이 제어기에 의해 계산된다:
Q = (VTSTP/PSTP)(△(P/T)/△t)
여기에서, V는 베슬(110)의 소정 체적이고, TSTP는 표준 온도(0℃ 또는 273.15K)이고, PSTP는 표준 압력(1atm 또는 101.325kPa)이고, △(P/T)/△t는 베슬 온도로 나눈 베슬 압력의 시간 미분이며, 상기 온도와 압력은 압력 센서 및 온도 센서에 의해 압력 측정 및 온도 측정을 통해 얻어진다.
측정 에러는 외부 플럼빙(plumbing) 및 다른 연결 구성요소 같은, 질량유량 제어기와 질량유량 검증기 사이에 위치되는 외부 체적(부)에서 발생할 수 있다. 상기 외부 체적부는 일반적으로 질량유량 제어기와 질량유량 검증기 사이의 유체의 흐름 경로에서 질량유량 검증기의 상류측에 위치된다. 상기 질량유량 제어기와 질량유량 검증기(100) 사이에 위치되는 "외부 체적(부)(135)"의 일예를 도1에 나타낸다. 상기 외부 체적부의 예로는 외부 플럼빙, 오리피스, 및 다른 체적부를 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 유체가 외부 체적부(135)를 통해 질량유량 제어기로부터 흐르는 경우, 상기 질량유량 검증기(100)의 상류측의 외부 체적부에서 압력 강하가 발생한다. 이러한 압력 강하로 인하여, 흐르는 유체가 질량유량 검증기(100)의 체적-캘리브레이트 베슬(volume-calibrated vessel)(110) 내에 비해, 상류측의 외부 체적부에서 큰 밀도를 갖게 된다. 이와 같은 상류측의 외부 체적부에서의 고밀도는 질량유량 검증기(100)의 체적-캘리브레이트 챔버(110)에서 부정확한 압력 측정을 발생시키고, 이에 의하여 가스 유량이 유량 검증기에 의해 검출될 때에 에러가 발생한다. 상류측 플럼빙에 대하여 상세하며 정확한 정보 및 타입이 필 요한 경우, 큰 외부 체적부에 대처하기 위하여 시간 소비적인 설정 캘리브레이션(time-consuming setup calibration)이 필요할 수 있다.
외부 플럼빙 같은 외부 체적부에 의해 발생되는 전술한 바와 같은 부정확성을 방지하기 위해서, 상기 베슬(110)의 상류측에 유량 제한기(120)가 설치된다. 본 실시예에서, 상기 유량 제한기(120)는 유체의 흐름 경로에서의 충격을 유도함으로써(발생시킴으로써) 임의의 외부 체적부 또는 유량 제한기의 상류측에서의 다른 요인으로 인한 발생에 대하여 대략 영향을 받지 않게 하여 상기 질량유량 검증기(100)에 의한 질량유량 검증을 도와준다. 상기 출구밸브가 폐쇄된 후, 상기 유체의 압력은 베슬 내에서 높아지기 시작한다. 상기 유량 제한기는 검증과정을 수행하기에 충분한 시간 주기 동안 충격을 유지한다.
상기 유량 제한기는 대부분의 유체 속도가 초음속이 되게 하는 임의의 구성요소일 수 있다. 상기 유량 제한기는 모세관, 다공성 플러그, 오리피스, 노즐, 및 조절가능한 밸브를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 노즐은 주문제작 노즐일 수 있다.
상기 유량 제한기는 방사 매개체(diffusive media)를 포함할 수 있다. 상기 방사 매개체는 압력 센서의 응답 시간보다 대략 큰 매개체의 축방향 길이에 따른 방사 시간 계수를 갖는다. 상기 방사 매개체는 상류측의 외부 체적부(예를 들면, 플럼빙)에 대한 모든 정보를 차단할 수 있다.
일실시예에서, 상기 유량 제한기는 조절가능한 유량 제한기일 수 있다. 본 실시예에서, 상기 유체 흐름의 제한은 하나 이상의 팩터에 의해 조정될 수 있다. 이러한 팩터는 유체의 유량(율), 유체의 분자량, 및 유체의 비열비를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 유량 제한기는 용기와 유량 제한기의 상류측에서의 요소 사이에서 대부분의 유체 속도가 초음속이 되게 함으로써 충격을 유도한다. 후술할 바와 같이, 대부분의 유체 속도가 시간 주기 동안에 초음속을 유지하는 한, 상기 제어기에 의해 유량 검증이 수행되는 시간 주기 동안에 상기 용기로 유입되는 유체의 유량은 대략 일정하게 된다.
유량 검증을 수행하는데, 즉 압력의 상승률을 측정하고 이로부터 유체 유량을 산출하는데 필요한 시간 주기는 충격에 걸쳐서 완전한 비압축성의 나비에르 스토크(Navier-Stokes) 방정식을 적분함으로써 알 수 있고, 이는 다음과 같다:
t = (V/At)[(γ+1)/c] - (Pi/PSTP)(VTSTP/QT)
여기에서, t는 시간 주기이고;
V는 용기의 체적이고;
c는 충격파의 상류측에서의 음속이고;
At는 유량 제한기의 단면적이고;
γ는 가스의 비열비이고;
Pi는 시간 주기의 시작시의 용기 내의 초기 압력이고;
PSTP는 표준 압력이고;
TSTP는 표준 온도이고;
Q는 용기로 유입되는 유체의 체적 유량이고;
T는 용기 내에서의 유체의 온도이다.
전술한 식은 일반적으로 모세관, 오리피스, 다공성 플러그, 조절가능한 밸브, 또는 노즐을 포함(그러나, 이에 한정되는 것은 아님)하는 유량 구성요소나 다른 타입의 외부 체적부에서 유효하다.
초음속 흐름(v>c)에서 열역학적 변수가 점프하는 경우에 유체 흐름 경로에서 충격이 발생하고, 상기 흐름은 소수의 평균적인 자유 경로만을 가로지르는 아음속으로 된다. 후술할 도2a 및 도2b에 나타낸 바와 같이, 상기 흐름이 질량유량 검증기(100)와 상류측의 플럼빙(또는 다른 외부 체적부) 사이에서 아음속이 아닌 경우, 상기 질량유량 검증기(10)로 유입되는 유량은 일정하다.
도2a는 질량유량 검증기(100)를 이용하여 유체의 유량이 검증된 유체의 최대 마하수를 시간에 대하여 나타낸 그래프이고, 도2b는 도2a에 나타낸 마하수에서 대응하는 유체의 유량을 시간에 대하여 나타낸 그래프이다. 양 그래프는 완전한 유체의 동역학적 상황에서 발생한다. 도2a 및 도2b에 나타낸 바와 같이, 상기 유량 요소에서의 최대 마하수가 1보다 큰 경우, 상기 질량유량 검증기(100)로 유입되는 유체의 유량은 일정하다. 양 그래프에서 도면 부호 200으로 나타낸 바와 같이, 상기 최대 마하수가 1보다 작은 경우, 상기 질량유량 검증기(100)로 유입되는 유체의 유량은 낮아지기 시작한다. 유량 검증을 수행하는데 이용가능한 시간의 양은 도2b에 서 도면 부호 220으로 나타낸 바와 같은 시간 간격으로 주어진다.
도3은 도1에 나타낸 질량유량 검증기에 의한 검증과정 또는 캘리브레이션 동안에 다른 시간에서의 압력 프로파일을 공간 좌표(x)의 함수로 나타낸 그래프이다. 상기 공간 좌표(x)는 상류측의 외부 체적부(135), 유량 제한기(120), 및 용기(110)의 공간적인 차원을 각각 나타낸다. 유체의 마하수가 1보다 크면 시작되는 충격파가 x=0.1m에 위치되는 것으로 도시되어 있다. 도3에서 도면 부호 310으로 나타낸 바와 같이 시간 간격이 0 < t < t*인 동안에, 상기 질량유량 검증기(100)는 상류측의 외부 체적부에 대하여 영향을 받지 않는다. 그러므로, 이 시간 간격 동안에 상기 유량 검증 작동이 수행된다. 도3에 나타낸 바와 같이, (도3에서 도면 부호 320으로 나타낸 바와 같이) t > t*인 경우, 상기 질량유량 검증기는 상류측 외부 요소에 대하여 영향을 받고(외부 요소에 대하여 민감하고), 이에 의하여 부정확성이 야기된다. 시간 간격이 0 < t < t*인 동안에 유량 검증이 수행되는 경우, 전술한 바와 같이 유량 제한기의 이용에 의하여 이러한 부정확성이 방지된다.
작동에 있어서, 질량유량 제어기 또는 질량유량 계량기에 의한 유체의 유량 측정을 검증하는데 본 발명에 따른 방법이 이용된다. 검증 작동이 시작되는 경우, 상기 용기의 출구밸브의 개방이 계속 유지되는 동안에 상기 유체는 질량유량 제어기로부터 질량유량 검증기의 용기로의 흐름 경로를 따라 흐르게 된다. 초기의 기간 동안, 상기 용기로 유입되는 유체의 유량과 상기 용기 내에서의 유체의 압력은 정상 상태에 도달된다. 이때, 상기 용기의 출구밸브는 폐쇄되고, 이에 따라 상기 유체의 압력이 용기 내에서 높아지기 시작한다. 상기 용기의 상류측 및 상기 용기에 인접한 경로에 따른 위치에서, 유량 제한기는 유체의 흐름을 제한하는데 이용되고, 이에 따라 충격을 유도한다(발생시킨다). 상기 유량 제한기는 상류측 플럼빙(또는 다른 외부 체적부)과 용기의 사이에서 대부분의 유체의 속도가 초음속이 되게 함으로써 충격을 발생시킨다. 상기 유량 제한기는 검증과정을 수행하기에 충분한 시간 주기 동안 충격을 유지한다. 상기 용기 내에서 유체 압력의 상승률은 시간 주기 동안에 측정된다. 이와 같이 측정된 압력의 상승률은 유체의 유량(율)을 계산하는데 이용된다.
본 실시예에서의 질량유량 검증기는 외부 체적부에 대하여 대략 영향을 받지 않게 하여 유량 검증을 도와주는 유량 제한기를 구비하는 것으로 나타내었지만, 본 실시예에 포함된 개념은 다른 실시예에서도 이용될 수 있다. 본 명세서에서 구체적으로 "하나 이상"으로 나타내지 않는 한, 기술된 구성요소는 "하나 및 하나만"을 의미하는 것은 아니다. 이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

Claims (35)

  1. 장치에 의해 유체의 유량의 측정을 검증하는 유량 검증기로서,
    상기 장치로부터 유체의 흐름을 수용하는 용기;
    상기 용기 내에서 유체의 압력을 측정하기 위한 압력 센서; 및
    상기 장치로부터 용기로의 유체의 흐름 경로를 따라 위치되며 상기 용기의 상류측 및 상기 용기에 인접하게 위치되는 유량 제한기
    를 포함하고,
    상기 유량 제한기는 흐름 경로에서 충격(shock)을 유도하기 위하여 상기 흐름 경로를 따라 유체의 흐름을 제한하도록 이루어지고, 상기 유량 제한기의 상류측 구성요소에 대하여 영향을 받지 않게 하여 유량 검증을 도와주는데 충분한 시간 주기 동안 상기 충격을 유지하도록 하는 것을 더 포함하며,
    상기 유량 제한기는 용기와 유량 제한기의 상류측 구성요소 사이에서 유체 속도가 초음속이 되게 함으로써 충격을 유도하도록 구성되는,
    유량 검증기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유량 제한기는 상기 시간 주기 동안에 상기 용기로 유입되는 유체의 유량이 일정하도록 상기 시간 주기 동안에 유체 속도가 초음속을 지속하는 것을 더 포함하는
    유량 검증기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 용기의 출구에서 유출되는 유체의 유량을 조정하기 위한 출구밸브를 더 포함하고,
    상기 용기 내에서 유체의 압력의 상승이 시작되도록 상기 용기로 유입되는 유체의 유량이 정상 상태에 도달되고 상기 출구밸브가 폐쇄된 후, 상기 유량 제한기는 충격을 유도하는 것을 더 포함하는
    유량 검증기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유량 제한기는 모세관, 다공성 플러그, 오리피스, 조절가능한 밸브, 및 노즐 중 적어도 하나를 포함하는
    유량 검증기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 유량 제한기는 하나 이상의 팩터에 기초하여 유체 흐름의 제한을 조정 할 수 있는 조절가능한 유량 제한기로 이루어지는
    유량 검증기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 하나 이상의 팩터는
    상기 용기로 유입되는 유체의 유량;
    상기 유체의 분자량; 및
    상기 유체의 비열비를 포함하는
    유량 검증기.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 용기 내에서 유체의 온도를 측정하기 위한 온도 센서; 및
    상기 출구밸브를 제어하기 위한 제어기
    를 더 포함하고,
    상기 제어기는, 상기 출구밸브를 폐쇄한 후에 상기 시간 주기 동안에 용기 내에서 유체의 압력의 상승률을 측정하며 상기 장치로부터 유체의 유량을 계산하기 위하여 측정된 상승률을 이용하여, 상기 장치에 의한 유체의 유량의 측정을 검증하는 것을 더 포함하는
    유량 검증기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어기는
    Q = (V/T)(TSTP/PSTP)(△P/△t)
    을 포함하는 식을 이용하여 상기 장치로부터 유체의 유량을 계산하는 것을 더 포함하고,
    여기에서, V는 용기의 체적이고, T는 용기 내에서 유체의 온도이고, TSTP는 0℃ 및 273.15K로 정의되는 표준 온도이고, PSTP는 1atm으로 정의되는 표준 압력이고, (△P/△t)는 시간 간격 동안에 유체 압력의 상승률인
    유량 검증기.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 시간 주기는
    t = (V/At)[(γ+1)/c] - (Pi/PSTP)(VTSTP/QT)인
    식에 의해 산출되고,
    여기에서, t는 시간 주기이고;
    V는 용기의 체적이고;
    c는 충격파의 상류측에서의 음속이고;
    At는 유량 제한기의 단면적이고;
    γ는 가스의 비열비이고;
    Pi는 시간 주기의 시작시의 용기 내의 초기 압력이고;
    PSTP는 표준 압력이고;
    TSTP는 표준 온도이고;
    Q는 용기로 유입되는 유체의 체적 유량이고;
    T는 용기 내에서의 유체의 온도인
    유량 검증기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 장치는 질량유량 제어기(MFC) 및 질량유량 계량기(MFM) 중 적어도 하나를 포함하는
    유량 검증기.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 유량 제한기의 상류측 구성요소는
    외부 플럼빙 구성요소;
    외부 체적부; 및
    오리피스 중 적어도 하나를 포함하는
    유량 검증기.
  12. 유량 검증기로부터 상류에 위치되는 외부 구성요소가 상기 유량 검증기에 의한 유체의 유량의 검증에 영향을 주는 것을 방지하기 위한 장치에 있어서,
    상기 유량 검증기는 질량유량 제어기로부터 유체의 흐름을 수용하는 용기, 및 상기 용기에서 유출되는 유체의 유량을 제어하는 출구밸브를 포함하고,
    상기 장치는,
    상기 질량유량 제어기로부터 용기로의 유체의 흐름 경로를 따라 위치되며 상기 용기의 상류측 및 상기 용기에 인접하게 위치되는 유량 제한기
    를 포함하고,
    상기 용기 내에서 유체의 압력이 상승하도록 상기 용기로 유입되는 유체의 유량이 정상 상태에 도달되고 상기 출구밸브가 폐쇄된 후, 상기 유량 제한기는 흐름 경로에서 충격을 유도하기 위하여 상기 흐름 경로를 따라 유체의 흐름을 제한하도록 이루어지고,
    상기 유량 제한기는 외부 구성요소에 대하여 영향을 받지 않게 하여 유량 검증을 도와주는데 충분한 시간 주기 동안 상기 충격을 유지하도록 하는 것을 더 포함하며,
    상기 유량 제한기는, 상기 유량 제한기의 상류에 위치된 상기 외부 요소와 용기 사이에서 유체 속도가 초음속이 되게 함으로써 충격을 유도하도록 구성되는,
    장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 유량 제한기는 모세관, 다공성 플러그, 오리피스, 조절가능한 밸브, 및 노즐 중 적어도 하나를 포함하는
    장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 유량 제한기는 하나 이상의 팩터에 기초하여 유체 흐름의 제한을 조정할 수 있는 조절가능한 유량 제한기로 이루어지고;
    상기 하나 이상의 팩터는 입구로 유입되는 유체의 유량, 상기 유체의 분자량, 및 상기 유체의 비열비를 포함하는
    장치.
  15. 장치에 의해 유체의 유량의 측정을 검증하는 방법으로서,
    용기의 출구밸브의 개방이 유지되는 동안, 상기 유체가 장치로부터 용기로 흐름 경로를 따라 흐르게 하고;
    상기 용기로 유입되는 유체의 유량 및 상기 용기 내의 유체의 압력이 정상 상태에 도달되게 하고;
    상기 유체의 압력의 상승이 용기 내에서 시작되도록 상기 용기의 출구밸브를 폐쇄하고;
    상기 용기의 상류측 및 상기 용기에 인접하게 흐름 경로를 따르는 위치에서, 상기 용기와 상기 위치의 상류측 구성요소 사이에서 유체 속도가 초음속이 되게 함으로써 충격을 유도하기 위하여 유체의 흐름을 제한하며, 상기 충격을 시간 주기 동안 유지하고;
    상기 시간 주기 동안에 상기 용기 내에서 유체의 압력의 상승률을 측정하고, 상기 측정된 압력의 상승률을 상기 유체의 유량을 계산하는데 이용하는
    유체의 유량의 측정을 검증하는 방법.
  16. 피시험 장치(DUT)의 본래의 검증을 위한 유량 검증기로서,
    피시험 장치에 연결가능한 입구;
    상기 피시험 장치와 유량 검증기를 통해 가스를 인출하기 위한 진공펌프에 연결가능한 출구;
    소정 체적을 갖는 용기;
    상기 용기에 입구를 연결하는 방사 매개체;
    상기 용기로부터 출구로의 흐름을 제어하기 위하여 상기 출구에 용기를 연결하는 출구밸브;
    상기 용기 내에서부터 온도 측정을 제공하기 위하여 상기 용기에 작동가능하게 연결되는 적어도 하나의 온도 센서; 및
    상기 용기 내에서부터 압력 측정을 제공하기 위하여 상기 용기에 작동가능하게 연결되는 압력변환기
    를 포함하는 유량 검증기.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 방사 매개체는 모세관을 포함하는
    유량 검증기.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 방사 매개체는 다공성 플러그를 포함하는
    유량 검증기.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 방사 매개체는 직렬로 연결되어 위치되는 복수의 유량 제한기를 포함하는
    유량 검증기.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 온도 센서는 상기 용기 내에서부터 평균적인 온도 측정을 제공하는데 적합한 두개 이상의 온도 센서로 이루어지는
    유량 검증기.
  21. 제16항에 있어서,
    상기 온도 센서, 압력 센서, 및 밸브에 연결되며 타이머를 구비한 제어기를 더 포함하고,
    상기 질량유량 검증기가 피시험 장치와 진공펌프 사이에 연결되는 경우, 상기 진공펌프가 작동되며 상기 피시험 장치에 유량 설정포인트가 제공되고,
    상기 제어기는
    상기 밸브를 개방하고;
    상기 용기 내에서의 유량 및 압력이 정상 상태에 도달되게 하고;
    상기 밸브를 폐쇄하여 상기 용기의 소정 체적 내에서 시간 t=0에서의 온도 및 압력 측정(T, P)을 나타내고;
    상기 용기의 소정 체적 내에서 시간 t=N이 될 때까지 소정 간격을 두고 온도 및 압력 측정(T, P)을 나타내고;
    시간 t=0에서 t=N까지 상기 용기의 소정 체적 내에서의 온도 및 압력 측정에 기초하여, 상기 용기 온도로 나눈 용기 압력의 시간 미분(△(P/T)/△t)을 계산하고;
    시간 t=0에서 t=N까지 상기 용기의 소정 체적 내에서의 온도 및 압력의 시간 미분에 기초하여 상기 피시험 장치에 의해 생성되는 유량을 계산하도록 프로그램되는
    유량 검증기.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 제어기는 유량 계산 단계를 여러번 반복하고 상기 여러번의 반복을 통해 피시험 장치에 의해 생성되는 평균적인 유량을 계산하도록 더 프로그램되는
    유량 검증기.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 유량(Q)은
    Q = ( V vessel T STP / P STP )(△(P/T)/△t)
    를 이용하여 제어기에 의해 계산되고,
    여기에서, V vessel 는 용기의 소정 체적이고, T STP 는 0℃(273.15K)의 표준 온도이고, P STP 는 1atm(101.325kPa로 정의됨)의 표준 압력이고, △(P/T)/△t는 시간 t=0에서 t=N까지 상기 용기의 소정 체적 내에서의 온도 및 압력 측정에 기초하여 용기 온도로 나눈 용기 압력의 시간 미분인
    유량 검증기.
  24. 제16항에 있어서,
    상기 용기의 소정 체적은 20cc보다 작은
    유량 검증기.
  25. 제16항에 있어서,
    상기 입구와 출구 사이에서 상기 방사 매개체, 용기, 및 출구밸브와 평행하게 연결되는 바이패스 밸브를 더 포함하는
    유량 검증기.
  26. 피시험 장치의 본래의 검증을 위한 방법으로서,
    상기 피시험 장치와 진공펌프 사이에 소정 체적을 갖는 용기를 연결하고;
    상기 용기와 피시험 장치 사이에 유량을 방사시키고;
    상기 피시험 장치와 용기를 통해 가스가 인출되도록 상기 진공펌프를 작동시키고;
    상기 용기 내에서의 유량 및 압력이 정상 상태에 도달하도록 상기 피시험 장치에 유량 설정포인트가 제공되고;
    상기 용기와 진공펌프 사이에서의 유량을 정지시키고;
    상기 용기의 소정 체적 내에서 시간 t=0에서의 온도 및 압력 측정(T, P)을 나타내고;
    상기 용기의 소정 체적 내에서 시간 t=N이 될 때까지 소정 간격을 두고 온도 및 압력 측정(T, P)을 나타내고;
    시간 t=0에서 t=N까지 상기 용기의 소정 체적 내에서의 온도 및 압력 측정에 기초하여, 상기 용기 온도로 나눈 용기 압력의 시간 미분(△(P/T)/△t)을 계산하고;
    시간 t=0에서 t=N까지 상기 용기의 소정 체적 내에서의 온도 및 압력의 시간 미분에 기초하여 상기 피시험 장치에 의해 생성되는 유량을 계산하는
    피시험 장치의 본래의 검증을 위한 방법.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 유량 계산 단계는 여러번 반복되고, 상기 피시험 장치에 의해 생성되는 평균적인 유량이 상기의 여러번의 반복을 통해 계산되는
    피시험 장치의 본래의 검증을 위한 방법.
  28. 제26항에 있어서,
    상기 유량(Q)은
    Q = ( V vessel T STP / P STP )(△(P/T)/△t)
    를 이용하여 계산되고,
    여기에서, V vessel 는 용기의 소정 체적이고, T STP 는 0℃(273.15K)의 표준 온도이고, P STP 는 1atm(101.325kPa로 정의됨)의 표준 압력이고, △(P/T)/△t는 시간 t=0에서 t=N까지 상기 용기의 소정 체적 내에서의 온도 및 압력 측정에 기초하여 용기 온도로 나눈 용기 압력의 시간 미분인
    피시험 장치의 본래의 검증을 위한 방법.
  29. 제26항에 있어서,
    상기 용기의 소정 체적은 20cc보다 작은
    피시험 장치의 본래의 검증을 위한 방법.
  30. 제26항에 있어서,
    상기 용기와 피시험 장치 사이의 유량은 모세관을 이용하여 방사되는
    피시험 장치의 본래의 검증을 위한 방법.
  31. 제26항에 있어서,
    상기 용기와 피시험 장치 사이의 유량은 다공성 플러그를 이용하여 방사되는
    피시험 장치의 본래의 검증을 위한 방법.
  32. 제26항에 있어서,
    상기 용기와 피시험 장치 사이의 유량은 직렬로 연결되어 위치되는 복수의 유량 제한기를 이용하여 방사되는
    피시험 장치의 본래의 검증을 위한 방법.
  33. 제26항에 있어서,
    상기 용기 내에서부터의 온도 측정은 용기의 소정 체적 내의 다수의 위치에서 동시에 온도를 측정하여 산출되는 평균적인 온도 측정으로 이루어지는
    피시험 장치의 본래의 검증을 위한 방법.
  34. 피시험 장치(DUT)의 본래의 검증을 위한 유량 검증기로서,
    피시험 장치에 연결가능한 입구;
    상기 피시험 장치와 유량 검증기를 통해 가스를 인출하기 위한 진공펌프에 연결가능한 출구;
    상기 입구에 연결되며 소정 체적을 갖는 용기;
    상기 용기로부터 출구로의 흐름을 제어하기 위하여 상기 출구에 용기를 연결하는 출구밸브;
    상기 용기 내에서부터 온도 측정을 제공하기 위하여 상기 용기에 작동가능하게 연결되는 적어도 하나의 온도 센서;
    상기 용기 내에서부터 압력 측정을 제공하기 위하여 상기 용기에 작동가능하게 연결되는 압력변환기; 및
    상기 온도 센서, 압력 센서, 및 밸브에 연결되며 타이머를 구비한 제어기
    를 포함하고,
    상기 유량 검증기가 피시험 장치와 진공펌프 사이에 연결되는 경우, 상기 진공펌프가 작동되며 상기 피시험 장치에 유량 설정포인트가 제공되고,
    상기 제어기는
    상기 밸브를 개방하고;
    상기 용기 내에서의 유량 및 압력이 정상 상태에 도달되게 하고;
    상기 밸브를 폐쇄하여 상기 용기의 소정 체적 내에서 시간 t=0에서의 온도 및 압력 측정(T, P)을 나타내고;
    상기 용기의 소정 체적 내에서 시간 t=N이 될 때까지 소정 간격을 두고 온도 및 압력 측정(T, P)을 나타내고;
    시간 t=0에서 t=N까지 상기 용기의 소정 체적 내에서의 온도 및 압력 측정에 기초하여, 상기 용기 온도로 나눈 용기 압력의 시간 미분(△(P/T)/△t)을 계산하고;
    시간 t=0에서 t=N까지 상기 용기의 소정 체적 내에서의 온도 및 압력의 시간 미분에 기초하여 상기 피시험 장치에 의해 생성되는 유량을 계산하도록 프로그램되고;
    상기 유량(Q)은
    Q = (VvesselTSTP/PSTP)(△(P/T)/△t)
    를 이용하여 계산되고,
    여기에서, Vvessel 는 용기의 소정 체적이고, TSTP 는 0℃(273.15K)의 표준 온도이고, PSTP 는 1atm(101.325kPa로 정의됨)의 표준 압력이고, △(P/T)/△t는 시간 t=0에서 t=N까지 상기 용기의 소정 체적 내에서의 온도 및 압력 측정에 기초하여 용기 온도로 나눈 용기 압력의 시간 미분인
    유량 검증기.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 용기를 상기 입구에 모세관에 의해 연결시키는
    유량 검증기.
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