KR101380800B1 - 수직 설치형 질량유량센서 - Google Patents

수직 설치형 질량유량센서 Download PDF

Info

Publication number
KR101380800B1
KR101380800B1 KR1020087013536A KR20087013536A KR101380800B1 KR 101380800 B1 KR101380800 B1 KR 101380800B1 KR 1020087013536 A KR1020087013536 A KR 1020087013536A KR 20087013536 A KR20087013536 A KR 20087013536A KR 101380800 B1 KR101380800 B1 KR 101380800B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
sensor tube
mass flow
fluid
conduit
thermal
Prior art date
Application number
KR1020087013536A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20080072039A (ko
Inventor
준후아 딩
마이클 엘바씨
카베 에이치 자카르
Original Assignee
엠케이에스 인스트루먼츠 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엠케이에스 인스트루먼츠 인코포레이티드 filed Critical 엠케이에스 인스트루먼츠 인코포레이티드
Publication of KR20080072039A publication Critical patent/KR20080072039A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101380800B1 publication Critical patent/KR101380800B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/68—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/68—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
    • G01F1/684—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow
    • G01F1/6847—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow where sensing or heating elements are not disturbing the fluid flow, e.g. elements mounted outside the flow duct
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F5/00—Measuring a proportion of the volume flow
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D7/00—Control of flow
    • G05D7/06—Control of flow characterised by the use of electric means
    • G05D7/0617—Control of flow characterised by the use of electric means specially adapted for fluid materials
    • G05D7/0629—Control of flow characterised by the use of electric means specially adapted for fluid materials characterised by the type of regulator means
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D7/00—Control of flow
    • G05D7/06—Control of flow characterised by the use of electric means
    • G05D7/0617—Control of flow characterised by the use of electric means specially adapted for fluid materials
    • G05D7/0629—Control of flow characterised by the use of electric means specially adapted for fluid materials characterised by the type of regulator means
    • G05D7/0635—Control of flow characterised by the use of electric means specially adapted for fluid materials characterised by the type of regulator means by action on throttling means

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Measuring Volume Flow (AREA)

Abstract

유체의 유량을 측정하기 위한 열 질량유량계는 유체를 수용하도록 구성되고, 입구와 출구 사이에서 주유로를 형성하는 도관을 포함한다. 상기 도관은 센서 수용면에 의해 적어도 부분적으로 경계를 갖는다. 열 센서 튜브는 상기 센서 수용면에 대하여 상기 주유로 및 상기 센서 수용면 모두에 실질적으로 직교하는 방향으로 설치되는 열 센싱부를 구비한다. 상기 도관 내의 유체가 상기 주유로를 따라 수직 방향으로 흐르도록 상기 열 질량유량계가 수직 방향으로 설치되는 경우, 상기 센서 튜브의 열 센싱부 내의 유체는 상기 센서 튜브가 가열될 경우 열 사이포닝을 실질적으로 방지하기 위하여 수평 방향으로 흐른다.
열질량유량계, 열사이포닝, 도관, 센서튜브, 열센싱부, 수직방향, 수평방향

Description

수직 설치형 질량유량센서{VERTICAL MOUNT MASS FLOW SENSOR}
질량유량 컨트롤러(MFC: Mass Flow Controller)에서의 열 사이포닝(thermal siphoning)은 가열된 유량센서와 바이패스 간의 자유 대류에 의하여 발생하는 가스의 연속적인 순환으로 칭해질 수 있다. 열 사이포닝은 실제 출력 유량이 제로인 경우라도, 제로 포인트 드리프트(zero point drift)와 유사한 유량에 대한 비-제로(non-zero) 출력 신호를 발생할 수 있다. 몇몇 MFC 디자인에서, 열 사이포닝 영향은 질량유량 컨트롤러가 수직으로 장착되는 경우에 더 쉽게 발생할 수 있으며, 유량이 제어되는 유체의 분자량과 압력에 비례하여 변화할 수 있다.
열 사이포닝은 질량유량 컨트롤러에서의 제로 포인트 교정의 변위를 일으키는 것에 부가하여, 질량유량 컨트롤러의 질량유량계의 스팬(span)이나 동적 범위(dynamic range)에서의 교정 변위를 일으킬 수 있다.
열 질량유량 컨트롤러가 수직으로 설치되는 경우에서 열 사이포닝 영향을 방지하거나 감소시킬 수 있고, 수직 흐름 형의 열 질량유량계에 대한 제로변화 열 질량유량 센서를 제공할 수 있는 방법 및 시스템이 요구된다.
유체의 유량을 측정하기 위한 열 질량유량계는 유체를 수용하도록 구성되며, 입구와 출구 사이에서 주유로(primary flow path)를 형성하는 도관을 포함한다. 상기 도관은 센서 수용면에 의하여 적어도 부분적으로 경계를 갖는다. 열 센서 튜브의 열 센싱부는 센서 수용면에 대하여 상기 주유로 및 상기 센서 수용면 모두에 실질적으로 직교하는 방향으로 설치된다. 상기 도관 내의 유체가 상기 주유로를 따라 수직 방향으로 흐르도록 상기 열 질량유량계가 수직 방향으로 설치되는 경우, 상기 센서 튜브의 열 센싱부 내의 유체는 상기 센서 튜브가 가열될 경우 열 사이포닝을 실질적으로 방지하기 위하여 수평 방향으로 흐른다.
유체의 유량을 제어하기 위한 열 질량유량 컨트롤러는 유체를 수용하도록 구성되며, 입구와 출구 사이에서 주유로를 형성하는 도관을 포함할 수 있다. 상기 도관은 센서 수용면에 의하여 부분적으로 경계를 구비할 수 있다. 상기 열 질량유량 컨트롤러는 상기 센서 수용면에 대하여 상기 주유로 및 상기 센서 수용면 모두에 실질적으로 직교하는 방향으로 설치되는 열 센싱부를 구비하는 열 센서 튜브를 더 포함할 수 있다. 상기 열 질량유량 컨트롤러는 상기 센서 튜브가 가열되고, 상기 가열된 센서 튜브 내에서 유체가 흐를 때, 상기 센서 튜브의 열 센싱부를 따르는 적어도 두 위치 사이에서 온도차를 측정하도록 구성되는 온도 측정 시스템을 더 포함할 수 있다. 상기 열 질량유량 컨트롤러는 상기 도관의 입구로 흘러들어오는 유체의 흐름과 상기 도관의 출구로 흘러나가는 유체의 흐름을 조절하여 상기 출구로부터의 유체가 요구되는 유량으로 흐르도록 하는 제어 밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 주유로를 따르는 수직 방향으로 도관 내의 유체가 흐르도록 상기 열 질량유량계가 실질적으로 수직 방향으로 설치되는 경우, 상기 센서 튜브의 열 센싱부의 유체는 상기 센서 튜브가 가열될 때 열 사이포닝 영향을 실질적으로 방지하도록 수평 방향으로 흐를 수 있다.
유체의 유량을 제어하기 위한 질량유량 컨트롤러에서 열 사이포닝을 방지하기 위한 방법을 제안한다. 상기 질량유량 컨트롤러는 열 센싱부를 구비하는 열 센서 튜브를 포함하며, 유체를 수용하도록 구성되는 도관을 더 포함한다. 상기 도관은 입구와 출구 사이에서 주유로를 형성하며, 센서 수용면에 의하여 부분적으로 경계를 갖는다. 상기 방법은 상기 주유로 및 상기 센서 수용면 모두에 실질적으로 직교하는 방향으로 상기 열 센서 튜브의 열 센싱부를 설치하는 것을 포함한다. 상기 도관 내의 유체가 상기 주유로를 따라 수직 방향으로 흐르도록 상기 질량유량 컨트롤러가 수직 방향으로 설치되는 경우, 상기 센서 튜브의 열 센싱부 내의 유체는 상기 센서 튜브가 가열될 때 열 사이포닝을 실질적으로 방지하기 위하여 수평 방향을 따라 흐를 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 열 질량유량 컨트롤러의 동작 및 열 사이포닝의 현상을 개략적으로 나타내는 도면.
도 2는 MFC에서 열 질량유량 미터의 메인 흐름 바디의 주유로와 센서 수용면 에 직교하는 방향으로 열 센서 튜브가 설치되는 열 MFC를 나타내는 도면.
도 3은 유체가 흐름 바디 내에서 수직으로 흐르고, 센서 튜브를 통해 수평으로 흐르도록 수직으로 설치되는 도 2의 열 MFC를 나타내는 도면.
질량유량 컨트롤러가 수직으로 설치되는 경우, 열 질량유량 컨트롤러에서 열 사이포닝을 실질적으로 방지하기 위한 시스템 및 방법을 설명한다.
도 1a 및 도 1b는 유체의 질량유량을 측정하고 제어하는 일반적인 열 MFC의 동작을 개략적으로 나타내며, 도 1b에 나타낸 바와 같이 MFC가 수직으로 설치되는 경우에서 발생할 수 있는 열 사이포닝을 나타낸 것이다. 도 1a는 수평으로 설치되는 MFC를 나타내고 있는 반면, 도 1b는 도 1a에 나타낸 MFC와 동일하지만 수직으로 설치되는 열 MFC를 나타낸 것이다. 개괄적으로, 열 MFC는 유체의 열 특성을 이용하고, 유체가 가열된 센서 튜브를 통해 흐름에 따라 그 가열된 센서 튜브의 온도 변화를 모니터함으로써 유체의 질량 유량을 측정할 수 있다. 열 MFC는 전형적으로 유체의 질량 유량을 실제로 측정하는 열 질량유량계 및 측정된 흐름이 요구되는 흐름 설정 포인트와 동일하도록 유체의 유량을 조절하는 (밸브 및 밸브의 동작을 제어하는 전기제어회로를 구비하는) 제어 어셈블리를 포함할 수 있다. 일반적으로, 열 MFC는 가스나 증기의 유체의 유량을 측정할 수 있지만, 가스와 증기 이외 유체의 질량유량을 측정할 수도 있다.
도 1a을 참조해 보면, 상기 열 MFC(100)는 열 질량유량 센서 어셈블리(110); 유량이 측정되고/제어될 유체를 입구(122)에서 수용하도록 구성되는 도관(120) 또는 흐름 바디; 및 상기 도관(120) 내의 바이패스(130)를 포함할 수 있다. 상기 열 MFC(100)는 밸브(140) 및 상기 도관(120)의 출구(123)로부터 유체의 제어된 흐름을 제공하는 방식으로 상기 밸브(140)의 동작을 제어하는 컨트롤러(150)를 더 포함할 수 있다.
상기 도관(120) 또는 흐름 바디는 주유로(primary flow path) 또는 채널(channel)(124)을 형성할 수 있고, 센서 수용벽 또는 센서 수용면(170)에 의해 적어도 부분적으로 경계를 갖는다. 도면에 나타낸 실시예에서, 상기 센서 수용면(170)은 상기 주유로(124)에 실질적으로 평행하게 이루어진 것으로 나타내고 있다. 상기 도관(120)의 입구(122)를 통해 MFC로 도입되는 유체의 대부분은 상기 주유로(124)를 통해 진행될 수 있다. 상대적으로 적은 양의 유체는 바이패스(130)에 의해 열 질량유량 센서 어셈블리(110)로 전환될 수 있고, 상기 바이패스(130)의 하류에서 상기 주유로(124)로 다시 유입될 수 있다. 상기 바이패스(130)는 질량유량 흐름 어셈블리를 통해 유입하는 유체의 상대적으로 적은 부분을 작동시키도록 상기 주유로(124)를 가로질러 압력 강하를 제공하는 압력 강하 바이패스로 이루어질 수 있다. 상기 센서 튜브(200)의 입구 및 출구는 상기 주유로(124)의 입구 및 출구와 일치될 수 있고, 이에 따라 상기 바이패스(130)를 가로지르는 압력 강하는 상기 센서 튜브(200)를 가로지르는 압력 강하와 동일하게 이루어질 수 있다.
상기 열 질량유량 센서 어셈블리(110)는 도관(120) 경계의 적어도 일부분을 형성하는 상기 센서 수용면(170)에 부착될 수 있다. 상기 열 질량유량 센서 어셈블 리(110)는 유입 유체의 전환 부분이 센서 튜브(200)의 입구(230)와 출구(240) 사이에서 그 센서 튜브 내로 흐르도록 구성되는 열 센서 튜브(200); 상기 센서 튜브를 가열하도록 구성되는 센서튜브 히터; 및 튜브를 따르는 둘 이상의 위치 사이에서의 온도차를 측정하도록 구성되는 온도 측정 시스템을 포함할 수 있다. 상기 센서 튜브(200)는 얇은 벽을 가지며 작은 직경의 캐필러리 튜브로 이루어질 수 있고, 스테인레스 스틸로 이루어질 수 있지만, 다른 사이즈, 다른 구성 및 다른 재료의 센서 튜브(200)가 이용될 수 있다.
상기 센서 튜브(200)는 열 센싱부(210)를 포함할 수 있으며, 도 1a에서는 주유로에 대하여 수평 병렬로 배치되는 것으로 나타내고 있으며, 도 1a에 나타낸 두 개의 레그(leg)(212)는 수직으로 되도록 배치된다. 한 쌍의 저항 부재(250, 251)는 열 센싱부(210)를 따르는 다른 위치에서 튜브(200)의 열 센싱부(210)와 열 접촉하게 배치될 수 있으며, 센서 튜브 히터 및 온도측정 시스템의 일부분 모두의 기능을 가질 수 있다. 도 1a에 나타낸 바와 같이, 상기 저항 부재(250, 251)는 튜브의 열 센싱부(210)를 따르는 두 위치, 하나는 상류(250) 위치이고 다른 하나는 하류(251) 위치에서 튜브(200) 둘레에 감기는 저항 코일로 이루어질 수 있다. 상기 센서 튜브(200)는 저항 부재에 전류를 인가함으로써 가열될 수 있고, 이에 따라 튜브에 대한 히터로서 기능을 가질 수 있다.
상기 가열된 센서 튜브를 통해 센서 튜브의 입구로 유체가 실질적으로 일정한 비율로 도입됨에 따라, 상류 저항 부재(250)에 비하여 하류 저항 부재(251)에 많은 열이 전달될 수 있다. 상기 상류 코일(250)은 흐르는 유체에 의해 그 유체에 대한 열의 일부의 소실로 인해 유체 흐름에 의해 냉각될 수 있고, 상기 하류 코일(251)은 흐르는 유체에 부여되는 일부의 열이 부여됨으로써 가열될 수 있다. 그 결과, 두 부재 사이에서 온도차(△T)가 생성할 수 있고, 상기 센서 튜브를 통해 흐르는 다수의 유체 분자(즉, 유체의 질량)의 측정을 제공할 수 있다. 각 저항 부재의 저항에서의 변화는 온도차를 판정하기 위하여 측정될 수 있으며, 그 결과 유체의 질량 유량의 함수로서 질량유량계로부터 출력 신호를 발생시킨다.
상기 열 센서튜브가 어떤 지향성을 갖고 설치되는 경우, 특히 수평 방향 이외의 방향으로 열 센싱부(210)가 지향되면 될수록, 상기 센서 튜브가 가열됨으로써 센서 튜브 내측에서 나타나는 열 구배(thermal gradient)에 의해 발생하는 열 사이포닝이 발생할 수 있다. 후술하겠지만, 열 사이포닝은 제어 밸브가 도 1b에 나타낸 바와 같이 완전히 밀폐되는 경우라도 수직으로 설치되는 MFC에서 발생할 수 있다.
상기 가열된 센서 튜브로부터 가스로 열이 전달됨에 따라, 상기 가열된 센서 튜브 내측의 가스의 온도는 상승할 수 있고, 가스의 밀도는 감소할 수 있다. 상기 바이패스 영역에서 차갑고 밀도가 더 높은 가스는 중력에 의해 강제로 낙하하게 된다. 다시 말해서, 이는 상기 가열된 센서 튜브 내에서의 뜨겁고 가벼운 가스가 강제로 상승하게 된다. 이러한 현상은 자연 대류로서 말할 수 있다. 상기 바이패스 영역이 충분히 차가워지면, 상기 가열된 센서 튜브로부터 상승하는 뜨거운 가스는 다시 차가워져 낙하하게 된다. 그러므로 출력 흐름이 제로가 되도록 제어 밸브가 완전히 폐쇄되는 경우라도, 통상 열 사이포닝으로 칭해지는 상기 MFC 내측에서 가스의 연속적인 순환이 발생할 수 있다.
열 사이포닝은 제로에서 변화(shift)를 발생시킬 수도 있다. 즉, 영 출력(null output)을 비-제로(non-zero) 신호로 변화시킬 수도 있다. 또한, 열 사이포닝은 스팬 또는 동적 범위에서 변위를 일으킬 수도 있다. 즉, 의도하는 최대 유량에 이르기까지 질량유량계의 관련 측정 범위에 의해 커버되는 유량에서 변위를 일으킬 수 있다. 그 결과, 실제 흐름 측정은 입구 압력의 함수와 유체의 특징(nature)의 함수로 될 수 있다. 제로 및 스팬(동적 범위)에서의 상기 열 사이포닝 영향은 입구 압력 및 가스 밀도의 증가와 함께 증가할 수 있다.
열 사이포닝에 영향을 미치는 주요 인자는 가스 밀도, 상기 센서 튜브 직경 및 상기 가열되는 센서 튜브의 배치 자세(attitude)를 포함할 수 있다. 가스 밀도는 내재적 특성이고, 이에 따라 열 사이포닝 영향을 감소시키기 위하여 조작될 수 없다. 상기 MFC에서 센서 튜브의 내부 직경을 작게 하는 것은 대체로 열 사이포닝의 영향을 감소시킬 수 있지만, 이러한 작은 직경을 갖는 튜브는 제작이 어렵고 실용적이지 못할 수 있고, MFC 디자인의 동적 범위를 제한할 수 있다. 따라서, 상기 가열되는 센서 튜브의 자세가 MFC 내측에서 열 사이포닝을 감소시키기 위하여 조절되는 기준의 바람직한 선택으로 될 수 있다.
상기 MFC가 도 1a에 나타낸 바와 같이 수평으로 설치되는 경우, 자연 대류력이 제로섬(zero sum)으로 되기 때문에, 열 사이포닝은 나타나지 않을 수 있다. 상기 센서 튜브의 수평영역(210)은 대류력을 발생하지 않으며, 두 개의 수직 레그(212)에 의해 발생하는 대류력은 상쇄될 수 있어, 부력(buoyancy force)의 합계는 결국 제로로 될 수 있다.
상기 MFC가 도 1b에 나타낸 바와 같이 90도 회전되어 수직으로 설치되는 경우, 센서 레그(212)는 더 이상 어떠한 대류력도 발생하지 않을 수 있다. 그러나 히터 코일을 포함하는 열 센싱부(210)는, 그 열 센싱부(210)가 수평이 아닌 수직으로 지향되기 때문에, 대류력을 발생시킬 수 있다. 상기 바이패스는 가열되지 않기 때문에, 그에서는 반대 대류가 이루어지지 않아 열 사이포닝이 발생할 수 있다.
도 2는 열 질량유량 컨트롤러가 수직으로 설치될 경우, 열 사이포닝을 실질적으로 제거할 수 있도록 설계되는 열 질량유량 컨트롤러(300)의 일 실시예를 나타낸 것이다. 도 1a 및 도 1b와 동일한 참조 번호는, 열 센서가 주유로 및 바이패스를 포함하는 흐름 바디에 대하여 설치되거나 지향되는 방향을 제외하고는, 도 1a 및 도 1b에 나타낸 MFC(100)와 동일한 상기 MFC(300)의 모든 서브 구성요소(sub-part)에 대해서 사용된다. 아래에서 더 설명되는 바와 같이, 도 2에서, 상기 열 센서 튜브는 상기 주유로 및 상기 센서 수용면에 실질적으로 수직이거나 직교하는 방향으로 설치되거나 지향된다.
상기 MFC(300)의 도면에 나타낸 실시예에서, 상기 열 센서 튜브는 상기 열 센싱부(210)가 주유로(124) 및 센싱 수용면(170) 모두에 실질적으로 직교하도록 상기 도관(주유로를 형성하는)에 대하여 방향 305로 설치된다(도면에 나타낸 실시예에서 후자는 주유로(124)에 실질적으로 평행함). 다음의 도 3과 관련하여 설명하는 바와 같이, 상기 열 센서 튜브의 장착 구성은 상기 MFC가 수직으로 설치되는 경우, 상기 가열된 센서 튜브 내측의 유체의 자연 대류에 의하여 발생하는 열 사이포닝을 최소화하거나 실질적으로 제거한다.
도 2에 나타낸 실시예에서, 상기 주유로(124)와 상기 센서 센싱부(170)에 실질적으로 직교하는 방향(305)으로 상기 센서 튜브를 지지하는 지지 부재(310)가 제공된다. 상기 지지 부재(310)는 지지 브라켓으로 이루어질 수 있으며, 예를 들면 상기 센서 튜브 어셈블리를 상기 도관에 고정하도록 구성될 수 있다. 상기 지지 부재(310)는 유체가 상기 센서 튜브를 통과하고, 상기 바이패스(130)의 하류 측 주유로(124)로 재유입되도록 하는 구멍을 구비할 수 있다.
도 3은 도 2에 나타낸 것과 동일하지만, 수직으로 설치되는, 즉 수직 흐름 열 MFC를 나타내는 열 질량유량 컨트롤러(400)를 나타낸 것이다. 상기 도면에 나타낸 수직 흐름 열 MFC에서, 유입 유체(측정되는 유량을 갖는)는 흐름 바디 또는 도관 내에서 도관의 상부로부터 도관의 하부로 수직으로 흐른다.
도 3에서 알 수 있듯이, 상기 도관 내의 유체가 주유로를 따라 수직 방향으로 흐르도록 상기 열 MFC가 수직으로 설치되는 경우, 상기 센서 튜브의 열 센싱부(210) 내에서 흐르는 유체는 수평적으로 체류할 수 있다. 상기 센서 튜브의 열 센싱부(210)(즉, 히터 코일을 갖는 영역)는 수평적으로 지향하게 되고, 이에 따라 대류력을 발생하지 않고, 대류력은 센서 튜브 채널의 두 레그에 의하여 발생한다. 이와 같이 대류에 의해 발생하는 열 사이포닝은 최소화되거나 실질적으로 제거될 수 있다.
도 3에 나타낸 열 MFC는, 센서 튜브가 주유로를 가로지르고, 흐름 바디 또는 도관의 센서 수용면에 평행하게 장착되는 MFC에 비하여, 더 작은 풋프린트(footprint)를 구비할 수 있다. 이러한 이유로, 도 1a, 도 1b 및 도 3에 나타낸 실시예의 도관(120)은 모두 호환성이 있고, 확실한 제작 이점을 제공한다. 일 실시예에서, 상기 열 MFC는 약 1.2인치 이하의 폭을 구비할 수 있다.
도 3에 나타낸 열 MFC는 대기중보다 낮은 가스를 전달하는데 필요한 낮은 압력 강하를 제공하기 위하여 요구될 수 있는 큰 구경의 흐름 센서에서 열 사이포닝 영향을 감소시키거나 최소화하는데 이용될 수 있다. 예를 들면, 약 10토르(Torr) 보틀 압력(bottle pressure) 이하에서의 가스 전달 및 약 1000 토르보다 큰 풀 보틀(full bottle)에서의 동일 유량의 정확한 전달은 일반적으로 넓은 구경의 센서를 필요로 할 수 있다. 넓은 구경의 열 센서가 대체로 뛰어난 동작을 하지만, 열 사이포닝 영향으로 인하여 장착 자세에 대하여 민감하게 된다. 상기 주유로 및 상기 센서 수용면 모두에 직교하는 방향으로의 상기 센서 튜브의 수직 설치는, 이러한 열 MFC가 수직으로 설치되는 경우, 풋프린트를 증가시킬 필요없이 열 사이포닝 문제를 최소화할 수 있다.
종합해 보면, 풋프린트를 증가시킬 필요없이, 열 MFC가 수직으로 설치되는 경우에서 열 사이포닝 영향을 현저히 감소하는 시스템 및 방법을 설명하였다.
몇몇 실시예는 수직으로 설치되는 MFC에서 열 사이포닝을 실질적으로 제거하는 장치 및 방법을 설명하였지만, 이들 실시예에서 내재하는 개념은 다른 실시예에서도 마찬가지로 이용될 수 있음을 알 수 있다. 본 발명의 보호는 다음의 청구범위에서만 한정된다.
이들 청구범위에서, 단칭으로 부재를 칭하는 것은 특별히 규정하지 않는 한 "하나 및 하나만"을 의미하는 것이 아니며, "하나 이상"일 수 있다. 본 기술분야에 서의 당업자에게 공지되거나 공지될, 본 상세한 설명에 걸쳐 설명된 여러 실시예의 부재들에 동등한 모든 구성 및 기능들은 본 출원에 참조로서 명백히 통합되고, 청구범위에 의해서 포함되는 것이다. 또한, 이러한 설명이 청구범위에서 명백히 열거되는지 여부에 관계없이, 본 출원에서 설명된 어떠한 것도 공중에 전용되는 것을 의도하는 것은 아니다. 구성 요소가 "하기 위한 수단" 문구를 이용하여 명백히 열거하거나, 방법 청구범위의 경우에서 "하기 위한 단계" 문구를 이용하여 명확히 열거하지 않는 한, 청구범위 구성 요소는 35 U.S.C.§112, 6항의 규정으로 해석되지 않는다.

Claims (22)

  1. 유체의 유량을 측정하기 위한 열 질량유량계로서,
    유체를 수용하도록 구성되고, 입구와 출구 사이에서 주유로를 형성하며, 센서 수용면에 의하여 부분적으로 경계를 갖는 도관; 및
    상기 센서 수용면에 대하여 상기 주유로 및 상기 센서 수용면 모두에 실질적으로 직교하는 방향으로 설치되는 열 센싱부를 구비하는 열 센서 튜브
    를 포함하며,
    상기 도관 내의 유체가 상기 주유로를 따라 수직 방향으로 흐르도록 상기 열 질량유량계가 수직 방향으로 설치되는 경우, 상기 센서 튜브의 열 센싱부 내의 유체는 상기 센서 튜브가 가열될 경우 열 사이포닝을 실질적으로 방지하기 위하여 수평 방향으로 흐르고, 상기 주유로로부터 상기 열 센싱부로의 유로는 실질적으로 수평인
    열 질량유량계.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 도관 내에 바이패스를 더 포함하며,
    상기 바이패스는 유체의 일부가 상기 센서 튜브의 입구 단으로 전환하기 위하여 상기 도관의 입구로 유입하는 유체의 흐름을 제한하도록 구성되는
    열 질량유량계.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 바이패스는 상기 센서 튜브에 걸쳐 압력차를 발생시키도록 구성되는 압력 강하 바이패스를 포함하는
    열 질량유량계.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 도관의 입구에서의 압력은 4 토르(Torr) 내지 1200 토르 사이인
    열 질량유량계.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 센서 수용면에 실질적으로 직교하는 방향으로 상기 센서 튜브를 지지하고, 상기 센서 튜브를 상기 도관에 고정하도록 구성되는 지지 부재를 더 포함하는
    열 질량유량계.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 지지 부재는 하나 이상의 구멍을 포함하고,
    상기 구멍은 유체가 상기 센서 튜브를 통해 흐르도록 하고, 상기 바이패스에 대해 하류측 위치에서 상기 주유로로 재유입되도록 구성되는
    열 질량유량계.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 센서 튜브가 가열되고, 상기 가열된 센서 튜브 내에서 유체가 흐를 때, 상기 센서 튜브의 열 센싱부를 따르는 적어도 두 위치 사이에서 온도차를 측정하도록 구성되는 온도 측정 시스템을 더 포함하는
    열 질량유량계.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 온도 측정 시스템은
    온도 함수로서 변화하는 저항을 각각 구비하는 한 쌍의 열 감응 저항 부재; 및
    각각의 상기 열 감응 저항 부재의 저항을 측정함으로써 각각의 상기 열 감응 저항 부재의 온도를 결정하도록 구성되는 장치
    를 포함하는 열 질량유량계.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 센서 튜브의 적어도 일부분을 가열하도록 구성되는 히터를 더 포함하는
    열 질량유량계.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 히터는 전류가 인가될 경우 상기 센서 튜브의 열 센싱부를 저항 가열하도록 구성되는 한 쌍의 히팅 코일을 포함하는
    열 질량유량계.
  11. 유체의 유량을 제어하기 위한 열 질량유량 컨트롤러로서,
    유체를 수용하도록 구성되고, 입구와 출구 사이에서 주유로를 형성하며, 센서 수용면에 의하여 부분적으로 경계를 갖는 도관;
    상기 센서 수용면에 대하여 상기 주유로 및 상기 센서 수용면 모두에 실질적으로 직교하는 방향으로 설치되는 열 센싱부를 구비하는 열 센서 튜브;
    상기 센서 튜브가 가열되고, 상기 가열된 센서 튜브 내에서 유체가 흐를 때, 상기 센서 튜브의 열 센싱부를 따르는 적어도 두 위치 사이에서 온도차를 측정하도록 구성되는 온도 측정 시스템; 및
    상기 도관의 입구로 흘러들어오는 유체의 흐름과 상기 도관의 출구로 흘러나가는 유체의 흐름을 조절하여 상기 출구로부터의 유체가 요구되는 유량으로 흐르도록 하는 제어 밸브
    를 포함하며,
    상기 주유로를 따르는 수직 방향으로 도관 내의 유체가 흐르도록 상기 열 질량유량계가 실질적으로 수직 방향으로 설치되는 경우, 상기 센서 튜브의 열 센싱부의 유체는 상기 센서 튜브가 가열될 때 열 사이포닝 영향을 실질적으로 방지하도록 수평 방향으로 흐르고, 상기 주유로로부터 상기 열 센싱부로의 유로는 실질적으로 수평인
    열 질량유량 컨트롤러.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 도관 내에 바이패스를 더 포함하며,
    상기 바이패스는 유체의 일부가 상기 센서 튜브의 입구 단으로 전환하기 위하여 상기 도관의 입구로 유입하는 유체의 흐름을 제한하도록 구성되는
    열 질량유량 컨트롤러.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 바이패스는 상기 센서 튜브에 걸쳐 압력차를 발생시키도록 구성되는 압력 강하 바이패스를 포함하는
    열 질량유량 컨트롤러.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 도관의 입구에서의 압력은 4 토르(Torr) 내지 1200 토르 사이인
    열 질량유량 컨트롤러.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 열 질량유량 컨트롤러의 폭은 1.2인치 이하인
    열 질량유량 컨트롤러.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 센서 수용면과 상기 주유로에 실질적으로 직교하는 방향으로 상기 센서 튜브를 지지하도록 구성되는 지지 부재를 더 포함하는
    열 질량유량 컨트롤러.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 지지 부재는 하나 이상의 구멍을 포함하고,
    상기 구멍은 유체가 상기 센서 튜브를 통해 흐르도록 하고, 상기 바이패스에 대해 하류측 위치에서 상기 주유로로 재유입되도록 구성되는
    열 질량유량 컨트롤러.
  18. 열 센싱부를 구비하는 열 센서 튜브 및 유체를 수용하도록 구성되고, 입구와 출구 사이에서 주유로를 형성하며, 센서 수용면에 의하여 부분적으로 경계를 갖는 도관을 포함하며, 유체의 유량을 제어하는 질량유량 컨트롤러에서의 열 사이포닝을 방지하기 위한 방법으로서,
    상기 주유로 및 상기 센서 수용면 모두에 실질적으로 직교하는 방향으로 상기 센서 수용면에 대하여 상기 열 센서 튜브의 열 센싱부를 설치하는 것을 포함하며,
    상기 도관 내의 유체가 상기 주유로를 따라 수직 방향으로 흐르도록 상기 질량유량 컨트롤러가 수직 방향으로 설치되는 경우, 상기 센서 튜브의 열 센싱부 내의 유체는 상기 센서 튜브가 가열될 때 열 사이포닝을 실질적으로 방지하기 위하여 수평 방향을 따라 흐르고, 상기 주유로로부터 상기 열 센싱부로의 유로는 실질적으로 수평인
    방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 센서 튜브를 실질적으로 수직하는 방향으로 지지 부재로 지지하는 것을 더 포함하는
    방법.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 센서 튜브의 열 센싱부는 대류력을 발생하지 않고, 상기 센서 튜브의 2개의 레그에 의해 발생되는 상기 대류력은 상쇄되는,
    열 질량유량계.
  21. 제11항에 있어서,
    상기 센서 튜브의 열 센싱부는 대류력을 발생하지 않고, 상기 센서 튜브의 2개의 레그에 의해 발생되는 상기 대류력은 상쇄되는,
    열 질량유량 컨트롤러.
  22. 제18항에 있어서,
    상기 센서 튜브의 열 센싱부는 대류력을 발생하지 않고, 상기 센서 튜브의 2개의 레그에 의해 발생되는 상기 대류력은 상쇄되는,
    방법.
KR1020087013536A 2005-11-22 2006-11-03 수직 설치형 질량유량센서 KR101380800B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/284,452 US7296465B2 (en) 2005-11-22 2005-11-22 Vertical mount mass flow sensor
US11/284,452 2005-11-22
PCT/US2006/043013 WO2007061608A2 (en) 2005-11-22 2006-11-03 Vertical mount mass flow sensor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20080072039A KR20080072039A (ko) 2008-08-05
KR101380800B1 true KR101380800B1 (ko) 2014-04-04

Family

ID=37963959

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020087013536A KR101380800B1 (ko) 2005-11-22 2006-11-03 수직 설치형 질량유량센서

Country Status (7)

Country Link
US (1) US7296465B2 (ko)
JP (3) JP2009516853A (ko)
KR (1) KR101380800B1 (ko)
DE (1) DE112006002995B4 (ko)
GB (1) GB2446116B (ko)
TW (1) TWI408344B (ko)
WO (1) WO2007061608A2 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101820050B1 (ko) * 2016-08-19 2018-01-19 주식회사 유엔지니어링 온도차를 이용한 하수관 유량 측정 장치

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7651263B2 (en) * 2007-03-01 2010-01-26 Advanced Energy Industries, Inc. Method and apparatus for measuring the temperature of a gas in a mass flow controller
US7826986B2 (en) * 2008-09-26 2010-11-02 Advanced Energy Industries, Inc. Method and system for operating a mass flow controller
US7971480B2 (en) * 2008-10-13 2011-07-05 Hitachi Metals, Ltd. Mass flow controller having a first pair of thermal sensing elements opposing a second pair of thermal sensing elements
US8499786B2 (en) * 2010-04-09 2013-08-06 Hitachi Metals, Ltd Mass flow controller with enhanced operating range
US8504311B2 (en) 2010-04-09 2013-08-06 Hitachi Metals, Ltd. Method and mass flow controller for enhanced operating range
DE202011109511U1 (de) * 2011-12-23 2012-02-02 Bürkert Werke GmbH Massendurchflussmess- oder -regelgerät
US9471066B2 (en) 2012-01-20 2016-10-18 Mks Instruments, Inc. System for and method of providing pressure insensitive self verifying mass flow controller
US9846074B2 (en) 2012-01-20 2017-12-19 Mks Instruments, Inc. System for and method of monitoring flow through mass flow controllers in real time
US9557744B2 (en) 2012-01-20 2017-01-31 Mks Instruments, Inc. System for and method of monitoring flow through mass flow controllers in real time
US10031005B2 (en) 2012-09-25 2018-07-24 Mks Instruments, Inc. Method and apparatus for self verification of pressure-based mass flow controllers
SG11201507088YA (en) * 2013-03-08 2015-10-29 Fujikin Kk Fluid control apparatus and thermal sensor installation structure with respect to fluid control apparatus
US9476517B2 (en) * 2014-02-28 2016-10-25 Mks Instruments, Inc. Pilot valve structures and mass flow controllers
CN110244780A (zh) * 2014-03-11 2019-09-17 Mks 仪器公司 用于实时监测穿过质量流量控制器的流量的系统以及方法
US9151647B1 (en) * 2014-04-01 2015-10-06 Ya-Ping Huang Vertical flow meter equipped
US10139259B2 (en) * 2014-12-05 2018-11-27 General Electric Company System and method for metering gas based on amplitude and/or temporal characteristics of an electrical signal
JP6172475B2 (ja) * 2015-02-18 2017-08-02 Smc株式会社 熱式フローセンサ
JP6651323B2 (ja) * 2015-10-02 2020-02-19 サーパス工業株式会社 流量調整装置
TWI598286B (zh) * 2016-06-29 2017-09-11 立錡科技股份有限公司 流體配送器、流體配送控制裝置以及流體配送異常監控裝置
KR102101068B1 (ko) 2017-12-11 2020-04-14 조북룡 통합 분석기에 의한 질량 유량 최적화 제어 시스템

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04115125A (ja) * 1990-09-05 1992-04-16 Anritsu Corp 熱流量センサ
US5279154A (en) * 1990-06-14 1994-01-18 Unit Instruments, Inc. Thermal mass flow sensor
JP2000512756A (ja) 1996-06-14 2000-09-26 エムケイエス・インストゥルメンツ・インコーポレーテッド 質量流量計に使用されるテーパ状ヒータ密度関数を有するヒータ
JP2003501614A (ja) 1999-06-09 2003-01-14 コグニス コーポレーション 冷媒システムの性能を向上させる方法

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4100801A (en) 1976-02-09 1978-07-18 Tylan Corporation Mass flow sensing system
JP2582961B2 (ja) * 1991-06-13 1997-02-19 日本エム・ケー・エス株式会社 流量センサのバイパスユニット
US6044701A (en) 1992-10-16 2000-04-04 Unit Instruments, Inc. Thermal mass flow controller having orthogonal thermal mass flow sensor
WO1994009344A1 (en) * 1992-10-16 1994-04-28 Unit Instruments, Inc. Thermal mass flow controller having orthogonal thermal mass flow sensor
JP2589318Y2 (ja) * 1993-04-24 1999-01-27 株式会社エステック マスフローメータおよびマスフローコントローラ
JP3266707B2 (ja) * 1993-07-10 2002-03-18 株式会社エステック 質量流量センサ
JP2802246B2 (ja) * 1995-06-29 1998-09-24 久 高橋 遅れ補償機能付流量制御弁
US5763774A (en) * 1996-08-01 1998-06-09 Millipore Corporation Fluid flow meter with reduced orientation sensitivity
US5824894A (en) * 1997-05-07 1998-10-20 Mks Instruments, Inc. Mass flowmeter and laminar flow elements for use therein
US6038921A (en) * 1997-10-15 2000-03-21 Mcmillan Company Mass flow sensor system for fast temperature sensing responses
US6062077A (en) * 1997-10-17 2000-05-16 Azima; Faramarz Techniques for making and using a sensing assembly for a mass flow controller
JP4368432B2 (ja) * 1997-12-02 2009-11-18 株式会社堀場エステック 質量流量センサ並びにこれを用いるマスフローメータおよびマスフローコントローラ
US6595049B1 (en) 1999-06-18 2003-07-22 Mks Instruments, Inc. Thermal mass flow sensor with improved sensitivity and response time
US6668641B2 (en) * 2001-12-21 2003-12-30 Mks Instruments, Inc. Apparatus and method for thermal dissipation in a thermal mass flow sensor
US6779394B2 (en) * 2001-12-21 2004-08-24 Mks Instruments, Inc. Apparatus and method for thermal management of a mass flow controller
KR20050031109A (ko) * 2002-07-19 2005-04-01 셀레리티 그룹 아이엔씨 질량 유량 제어기 내의 압력 보상을 위한 방법 및 장치
US7120542B2 (en) * 2004-03-30 2006-10-10 Mks Instruments, Inc. Flow monitoring system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5279154A (en) * 1990-06-14 1994-01-18 Unit Instruments, Inc. Thermal mass flow sensor
JPH04115125A (ja) * 1990-09-05 1992-04-16 Anritsu Corp 熱流量センサ
JP2000512756A (ja) 1996-06-14 2000-09-26 エムケイエス・インストゥルメンツ・インコーポレーテッド 質量流量計に使用されるテーパ状ヒータ密度関数を有するヒータ
JP2003501614A (ja) 1999-06-09 2003-01-14 コグニス コーポレーション 冷媒システムの性能を向上させる方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101820050B1 (ko) * 2016-08-19 2018-01-19 주식회사 유엔지니어링 온도차를 이용한 하수관 유량 측정 장치

Also Published As

Publication number Publication date
JP2015057618A (ja) 2015-03-26
JP6163245B2 (ja) 2017-07-12
WO2007061608A2 (en) 2007-05-31
DE112006002995B4 (de) 2019-08-08
WO2007061608A3 (en) 2007-07-12
TWI408344B (zh) 2013-09-11
US20070113641A1 (en) 2007-05-24
GB2446116B (en) 2010-09-29
DE112006002995T5 (de) 2008-10-09
KR20080072039A (ko) 2008-08-05
JP2009516853A (ja) 2009-04-23
TW200736582A (en) 2007-10-01
GB2446116A (en) 2008-07-30
JP2017040668A (ja) 2017-02-23
US7296465B2 (en) 2007-11-20
GB0811056D0 (en) 2008-07-23
WO2007061608A9 (en) 2007-09-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101380800B1 (ko) 수직 설치형 질량유량센서
KR101303653B1 (ko) 유체의 유량을 제어하기 위한 열 질량유량 컨트롤러 및 열 질량유량 컨트롤러에서 열 사이포닝을 보상하기 위한 방법
US6487904B1 (en) Method and sensor for mass flow measurement using probe heat conduction
JP2015057618A5 (ko)
US4947889A (en) Method of measuring flow rate and flow meter for use in said method as well as apparatus for controlling flow rate of liquid using said flow meter
TWI472729B (zh) 質量流量控制器及操作該控制器的方法
KR20070036786A (ko) 자세 독립식 유동 장치 시스템과 방법
KR101225488B1 (ko) 열 질량 유동 제어기
JP4034379B2 (ja) 流量計
KR101824866B1 (ko) 열식 마이크로 유량계 및 이를 이용한 유량측정방법
JP2005514612A (ja) 熱質量流量センサの熱隔離のための装置及び方法
KR102437647B1 (ko) 가연성 가스와 연소 공기를 혼합하기 위한 장치와 방법, 이것이 구비된 온수 설비, 대응하는 열식 질량 유량 센서, 및 가스 유동의 질량 유량을 측정하기 위한 방법
US7509880B2 (en) Fluid flow meter body with high immunity to inlet/outlet flow disturbances
JP2005514614A (ja) 熱質量流量センサにおける熱放散のための装置及び方法
US11125595B2 (en) Flow rate measurement device and embedded gas meter
JP3864165B2 (ja) 熱式流量計
EP3734233B1 (en) Fluid sensing apparatus
JPH0735590A (ja) 質量流量計
JPH11237268A (ja) 感熱式流量計
JPH0422822A (ja) 熱式流量計

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170317

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180309

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190314

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200313

Year of fee payment: 7