KR101508498B1 - Mass flow controller with motor driving circuit - Google Patents

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Abstract

본 발명에서는 유입구 측에 설치되며 측정된 유체의 실제 흐름의 량을 전기적 신호로 변환하여 출력하는 유량측정센서와, 유출구 측에 설치되는 오리피스와, 회전력을 공급하는 모터축을 구비하는 모터와, 상측 내경은 상기 모터축의 외경과 벨로우즈로 연결되는 커플링과, 상측 외경이 상기 커플링의 하층 내경과 벨로우즈로 연결되는 밸브시트 연결축과, 상기 밸브시트 연결축의 상기 커플링과 연결되는 반대 단부에 일체로 설치되며 판형 고무를 구비하는 밸브시트와, 밸브시트 연결축의 외경에 연결되는 브라켓트를 포함하고, 밸브시트 연결축의 외경과 상기 브라켓트의 내경에는 볼스크류가 구비되는 것을 특징으로 하는 모터 구동 전자회로와 스텝핑 또는 D.C 모터를 갖는 유체 정밀 질량 유량제어장치가 제공된다. 본 발명에 따른 유체 정밀 질량 유량제어장치는 오리피스의 구멍을 일정하게 개폐하여 낮은 압력에서도 유량 편차 없이 안정적으로 많은 유량을 흘릴 수 있고, 오리피스의 내경 크기도 자유롭게 선택하여 교체할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, there is provided a flow rate measuring apparatus comprising a flow rate measuring sensor provided on an inlet side and converting an actual flow amount of a measured fluid into an electric signal and outputting the measured value, a motor having an orifice provided on an outlet side, A valve seat connecting shaft having an upper outer diameter connected to a lower inner diameter of the coupling by a bellows and an opposite end connected to the coupling of the valve seat connecting shaft integrally with the bellows, And a bracket connected to an outer diameter of the valve seat connecting shaft, wherein a ball screw is provided on an outer diameter of the valve seat connecting shaft and an inner diameter of the bracket, Or a fluid precision mass flow control device having a DC motor. The apparatus for accurately controlling the flow rate of the fluid according to the present invention can open and close a hole of the orifice uniformly so that a large amount of flow can be stably flowed even at a low pressure without fluctuating the flow rate and the inner diameter of the orifice can be freely selected and replaced.

Description

모터 구동 회로를 갖는 유체 정밀 질량 유량제어장치{MASS FLOW CONTROLLER WITH MOTOR DRIVING CIRCUIT}MASS FLOW CONTROLLER WITH MOTOR DRIVING CIRCUIT WITH MOTOR DRIVE CIRCUIT

본 발명은 기체 또는 액체 상태의 유체를 사전에 정해진 유량 설정 값과 실제 측정값을 비교하여 이종 간의 유체를 정해진 비율로 혼합하고, 또한 사전 설정된 유량 값과의 편차 없이 공급될 수 있도록 정밀 제어하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a device for precisely controlling a gas or a liquid state fluid so as to be able to be supplied without any deviation from a predetermined flow rate value by mixing a heterogeneous fluid at a predetermined ratio by comparing a predetermined flow rate set value with an actual measured value .

유체 정밀 질량 유량제어장치는 기체 또는 액체 상태의 유체를 솔레노이드 밸브의 온/오프 동작으로 유량을 제어하여 공급하는 장치이다.The fluid precision mass flow controller is a device for controlling the flow rate of the gas or liquid fluid by on / off operation of the solenoid valve.

도 1은 종래 솔레노이드 밸브로 제어하는 유체 정밀 질량 유량제어장치의 구조를 나타내는 대략적인 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 유체가 통과하는 공급 라인의 유입구(21)에 유체 흐름량을 측정하는 센서(10)가 위치하여 유량을 감지하며, 감지된 유체 흐름의 량을 전기적 신호로 변환하여 유량 측정 회로(11)로 보내어 진다. 그리고 유량 측정 회로(11)는 사용자에 의해 결정된 설정 값을 솔레노이드 밸브의 작동 회로(12)로 전달되며, 유체의 유량 제어는 솔레노이드 밸브(13)의 스위치(20) 온/오프 동작으로 제어된다.1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a fluid precision mass flow rate control apparatus which is controlled by a conventional solenoid valve. As shown in FIG. 1, a sensor 10 for measuring the amount of fluid flow is positioned at an inlet 21 of a supply line through which a fluid passes and detects the flow rate. The amount of the sensed fluid flow is converted into an electrical signal, And is sent to the circuit 11. Then, the flow rate measuring circuit 11 transfers the set value determined by the user to the operating circuit 12 of the solenoid valve, and the flow rate control of the fluid is controlled by the on / off operation of the switch 20 of the solenoid valve 13.

도 2는 솔레노이드 밸브의 내부 구조를 도시한 단면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이 솔레노이드 밸브는 도 1에서처럼 솔레노이드 밸브 작동 회로에서 전기적 신호를 받아 작동된 스위치는 온/오프 동작으로 솔레노이드 코일(13a)로 전류량을 인가하게 된다. 인가된 전류량은 솔레노이드 코일(13a)을 통해 밸브 내부에 위치하는 플런저(14)를 진동시키며, 이때 플런저는 상,하로 동작하게 된다. 그리고 유체의 유량 제어는 플런저(14)와 플런저 하부에 연결된 밸브시트(15)와의 사이에 위치한 스프링(16)의 탄성 한도 내에서 밸브시트(15)가 들어 올려지는 정도에 따라 오리피스 내경(19)으로 흐르는 유량을 조절하기 때문에 공급되는 유량의 범위가 저압에서는 많은 유량을 흘릴 수가 없다.2 is a sectional view showing the internal structure of the solenoid valve. As shown in FIG. 2, the solenoid valve receives an electrical signal from the solenoid valve operating circuit as shown in FIG. 1, and the operated switch applies an amount of current to the solenoid coil 13a by an on / off operation. The amount of applied current causes the plunger 14 located inside the valve to vibrate through the solenoid coil 13a, at which time the plunger will operate up and down. The flow rate of the fluid is controlled by the degree of lift of the valve seat 15 within the elastic limit of the spring 16 located between the plunger 14 and the valve seat 15 connected to the lower portion of the plunger. The flow rate of the supplied gas can not flow at a low pressure.

많은 유량의 유체를 공급하기 위해서는 유입되는 유체의 압력이 높아야 하며 오리피스(18)의 내경도 커져야 하는데, 오리피스의 내경(19)이 아무리 커져도 오리피스(18)와 밸브시트(15) 간의 간격(17)이 적어서 많은 유량을 흘릴 수 없고, 솔레노이드 밸브는 동작시 플런저(14)의 진동과 소음이 발생 되며, 플런저(14)를 제조 가공할 때 플런저 각 각의 가공 치수가 틀려 가공 편차에 의한 유량 편차가 발생 되기 때문에 솔레노이드 밸브를 적용하여 정밀한 유량을 제어하기가 불가능하다. 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 저압에서의 많은 유량을 오차 없이 공급할 수 있는 정밀한 제어 시스템이 요구되어 왔다.The pressure of the fluid to be introduced must be high and the inner diameter of the orifice 18 must be large so that the gap 17 between the orifice 18 and the valve seat 15 can be increased even if the inner diameter 19 of the orifice becomes large. And the solenoid valve generates vibrations and noise of the plunger 14 during operation. When the plunger 14 is manufactured and machined, the machining dimensions of the plunger angles are different from each other, It is impossible to control a precise flow rate by applying a solenoid valve. In order to solve the above problems, a precise control system capable of supplying a large amount of flow at low pressure without error has been required.

특허문헌 1: 한국 특허공개번호 제10-2009-0063891 (2009.06.18. 공개)Patent Document 1: Korean Patent Publication No. 10-2009-0063891 (published Jun. 18, 2009)

본 발명은 종래 솔레노이드 밸브 작동 회로에서의 전기적 신호를 온/오프 동작만으로 유체 흐름의 량을 조절하는 유체 정밀 질량 유량제어장치로 플런저의 제조 과정과 밸브 구조 등에서 발생 되는 가공편차, 스프링의 탄성을 이용함으로 인한 밸브시트와 오리피스의 작동 간격의 한계, 오리피스 내경의 변경, 유체의 압력 및 밸브의 조립, 그리고 구동 조건의 변화로 플런저의 진동과 소음이 발생하는 문제점을 해결하고자 하는 것이다.The present invention relates to a fluid precise mass flow rate control device that controls the amount of fluid flow by only turning on / off an electrical signal in a conventional solenoid valve actuation circuit, and utilizes machining variations generated in the plunger and the valve structure, The vibration of the plunger and the noise caused by the change of the operating space of the valve seat and the orifice, the change of the inner diameter of the orifice, the assembly of the fluid pressure and the valve, and the driving condition are solved.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 광범위한 구동조건 변화에 유동적으로 대응하는 스텝핑 또는 D.C 모터가 장착된 모터 구동식 밸브를 포함하고, 사전에 정해진 유량 설정 값과 실제 측정값을 비교하여 이종 간의 유체를 정해진 비율로 혼합하고, 또한 사전 설정된 유량 값에 대해 편차 없이 공급할 수 있게 제어하는 신호를 발생시키는 유체 정밀 질량 유량제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the above-mentioned problems, there is a motor-driven valve equipped with a stepping or DC motor corresponding to a wide range of driving condition changes, and a predetermined flow rate set value is compared with an actual measured value, And to generate a signal for controlling the flow rate of the fluid to be supplied without any variation with respect to the predetermined flow rate value.

본 발명의 상기 목적은 유체 흐름의 량을 정밀하게 제어하는 모터 구동 전자회로를 갖는 유체 정밀 질량 유량제어장치에 있어서, 유입구 측에 설치되며 측정된 유체의 실제 흐름의 량을 전기적 신호로 변환하여 출력하는 유량측정센서와, 유출구 측에 설치되는 오리피스와, 회전력을 공급하는 모터축을 구비하는 모터와, 상측 내경은 상기 모터축의 외경과 벨로우즈로 연결되는 커플링과, 상측 외경이 상기 커플링의 하층 내경과 베로즈로 연결되는 밸브시트 연결축과, 밸브시트 연결축의 상기 커플링과 연결되는 반대 단부에 일체로 설치되며 판형 고무를 구비하는 밸브시트와, 밸브시트 연결축의 외경에 연결되는 브라켓트를 포함하고, 밸브시트 연결축의 외경과 상기 브라켓트의 내경에는 볼스크류가 구비되는 것을 특징으로 하는 모터 구동 전자회로와 스텝핑 또는 D.C 모터를 갖는 유체 정밀 질량 유량제어장치에 의해서 달성 가능하다.
The above object of the present invention is achieved by a fluid precision mass flow controller having a motor drive electronic circuit for precisely controlling an amount of a fluid flow, the apparatus comprising: A motor having a motor shaft for supplying a rotational force; an upper inner diameter of the coupling being connected to the outer diameter of the motor shaft by a bellows; an upper outer diameter of the lower inner diameter of the coupling And a bracket connected to an outer diameter of the valve seat connecting shaft, wherein the valve seat connecting shaft is integrally formed at an opposite end of the valve seat connecting shaft which is connected to the coupling, And a ball screw is provided on an outer diameter of the valve seat connecting shaft and an inner diameter of the bracket. And it can be achieved by stepping or fluid micro-mass flow control device having a DC motor.

본 발명에 따른 일 실시예의 모터 구동회로와 유량 측정회로가 연계된 모터 구동식 유체 정밀 질량 유량제어장치에 의하면, 모터의 회전 운동을 볼 스크류가 장착된 밸브시트 연결축을 직선 운동으로 변환하고, 이동 거리를 정량적으로 위치를 수치 제어하여 밸브시트 연결축 하단부에 위치하는 판형 고무가 내장된 밸브시트로 오리피스의 구멍을 일정하게 개폐하여 낮은 압력에서도 유량 편차 없이 안정적으로 많은 유량을 흘릴 수 있고, 오리피스의 내경 크기도 자유롭게 선택하여 교체할 수 있어, 폭 넓은 범위의 유량 설정이 가능하게 되었으며, 유량 감지회로, 유량 측정회로, 유량 비교회로, 모터 구동회로를 하나의 전자회로 기판에 통합 구성하여 소형화와 간편하면서도 광범위한 영역의 유량을 정밀하게 제어할 수 있게 되었다.According to the motor-driven fluid precise mass flow rate control device in which the motor drive circuit and the flow rate measurement circuit of the embodiment of the present invention are linked, the rotational motion of the motor is converted into linear motion of the valve seat connection shaft on which the ball screw is mounted, The valve seat with the plate rubber located at the bottom of the connecting shaft of the valve seat by numerical control of the position quantitatively and the opening of the orifice can be constantly opened and closed so that a large amount of flow can be stably flowed at a low pressure without fluctuating the flow rate. It is possible to set a wide range of flow rate by freely selecting and replacing the inner diameter size. It is possible to integrate flow sensing circuit, flow measuring circuit, flow rate comparing circuit and motor driving circuit on one electronic circuit board, But it is possible to precisely control the flow rate in a wide area.

도 1은 솔레노이드 밸브가 장착된 종래의 유체 정밀 질량 유량제어장치의 구조를 나타내는 개략적인 단면도.
도 2는 종래 솔레노이드 밸브의 내부 구조를 도시한 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 모터 구동회로와 유량 측정회로가 연계된 모터 구동식 유체 정밀 질량 유량제어장치의 구조를 나타내는 개략적인 대표 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 유체 정밀 질량 유량제어장치의 전기적 제어 신호 전달 체계를 도시한 회로도.
도 5는 본 발명에 따른 일 실시예의 통합 전자회로 제어기의 제어방식을 도시한 개략적인 그래표.
도 6a는 본 발명에 따른 무 접점 위치 감지센서(190)를 내장한 스텝핑 또는 D.C 모터(120)와 일체의 구조로 구성된 모터 구동식 밸브(200) 장치의 개략적인 구조를 도시한 단면도이다. 도 6b는 본 발명에 따른 모터 구동식 밸브 내부의 동작 구조를 도시한 단면 확대도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a schematic sectional view showing the structure of a conventional fluid precision mass flow rate control apparatus equipped with a solenoid valve. Fig.
2 is a sectional view showing the internal structure of a conventional solenoid valve.
3 is a schematic representative cross-sectional view showing a structure of a motor-driven fluid precision mass flow controller in which a motor driving circuit and a flow rate measuring circuit according to the present invention are associated.
4 is a circuit diagram showing an electrical control signal delivery system of a fluid flow control apparatus according to the present invention.
5 is a schematic diagram showing a control method of an integrated electronic circuit controller according to an embodiment of the present invention;
6A is a cross-sectional view illustrating a schematic structure of a motor-driven valve 200 apparatus having a structure integrated with a stepping or DC motor 120 incorporating a solid-state position sensing sensor 190 according to the present invention. FIG. 6B is an enlarged cross-sectional view showing an operation structure inside the motor-driven valve according to the present invention; FIG.

이하에서, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예, 장점 및 특징에 대하여 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, preferred embodiments, advantages and features of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 3은 본 발명에 따른 일 실시예의 통합 전자회로 제어기와 모터 구동식 밸브를 포함한 유체 정밀 질량 유량제어장치의 개략적인 단면도를 도시한 것이다. 통합 전자회로 제어기(110)는 일체의 케이스 내에 프로그램의 초기화 기능, 영점 조절 기능 및 0.01g~수 백Kg/Min의 선택적 유량 데이터 값 설정이 가능한 유량 설정회로(110a), 모터 구동회로(110b), 유량 미분 제어회로(Differential 제어)(110c)와 상기의 회로에 종속된 유량 비례 적분 제어회로(Proportional Integral 제어)(110d), 외부 입력 커넥터(110e), 프로그램 입력 장치(110f)를 포함하여 일체형 구조의 전자회로 기판에 구성된다.3 shows a schematic cross-sectional view of a fluid precision mass flow controller including an integrated electronic circuit controller and a motor-actuated valve in accordance with an embodiment of the present invention. The integrated electronic circuit controller 110 includes a flow setting circuit 110a, a motor driving circuit 110b, and a microcomputer 110b. The flow setting circuit 110a is capable of initializing a program, setting a zero point, and setting an optional flow rate data value of 0.01g to several hundreds of Kg / , A flow rate differential control circuit (differential control) 110c, a flow rate proportional integral control circuit 110d, an external input connector 110e and a program input device 110f, Structure of the electronic circuit board.

통합 전자회로 제어기에는 상기 일체형 구조의 전자회로 기판 외에 유체의 유입구(210)에 직결되는 유량 측정센서(100)가 일체의 케이스 내에 별도로 위치하여 구성된다.In the integrated electronic circuit controller, in addition to the above-described integrated circuit board, the flow rate measuring sensor 100 directly connected to the fluid inlet 210 is separately disposed in the case.

모터 구동식 밸브(200)는 무 접점 위치 감지센서(190)를 내장한 스텝핑 또는 D.C 모터(120)와 일체의 구조로 구성되어 유체의 유출구(220)에 직결되어 유체의 유량을 미세 제어하는 구조체로 구성되어있다.The motor-operated valve 200 is a structure integrally formed with a stepping or DC motor 120 incorporating a solid-state position sensing sensor 190, and is directly connected to the fluid outlet 220 to control the flow rate of the fluid finely .

도 4는 본 발명에 따른 일 실시예의 유체 정밀 질량 유량제어장치에 대한 전기적 제어 신호 전달 체계를 도시한 회로도이다. 유체 정밀 질량 유량제어장치는 도 3에 도시된 바와 같이 유체의 유입구(210)에 위치하는 유량 측정센서(100)와 통합 전자회로 제어기(110), 그리고 유체의 유출구(220)에 위치하는 무 접점 위치 감지센서(190)를 내장한 스텝핑 또는 D.C 모터(120)와 일체의 구조로 구성된 모터 구동식 밸브(200) 장치로 구성되어있다.FIG. 4 is a circuit diagram showing an electrical control signal delivery system for a fluid flow control apparatus according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. The fluid precision mass flow controller includes a flow measurement sensor 100 and an integrated electronic circuit controller 110 located at an inlet 210 of the fluid as shown in FIG. And a motor-driven valve 200 device constructed integrally with the stepping or DC motor 120 in which the position sensing sensor 190 is incorporated.

유량 측정센서(100)는 유체 유입구(210)에 직결되어, 0.01g ~ 수 백Kg/Min으로 통과하는 유체의 유량(230)을 측정하며, 측정된 유체의 실제 흐름 량을 전기적 신호로 변환하여 통합 전자회로 제어기(110)의 유량 설정회로(110a)로 보내어진다.The flow rate measuring sensor 100 is directly connected to the fluid inlet 210 to measure a flow rate 230 of the fluid passing from 0.01 g to several hundred Kg / Min, converts the actual flow rate of the measured fluid into an electrical signal And is sent to the flow rate setting circuit 110a of the integrated electronic circuit controller 110.

유량 설정회로(110a)는 유량 측정센서(100)에서 전기적 신호로 변환되어 출력된 유량의 실제 흐름값과 프로그램 입력장치(110f)를 통해 사전에 설정된 유량값을 미분 제어회로(Differential제어)(110c)와 비례 적분 제어회로(Proportional Integral제어)(110d))와 연계하여 비교하고, 그 차이값이 사전 설정값의 ±1% 범위 이내이면 모터 구동회로(110b)로 보내어진다.The flow rate setting circuit 110a sets the actual flow value of the flow rate converted and converted into the electrical signal in the flow rate measurement sensor 100 and the flow rate value preset through the program input device 110f to the differential control circuit 110c ) And the proportional integral control circuit (Proportional Integral control) 110d), and is sent to the motor driving circuit 110b when the difference is within the range of ± 1% of the preset value.

모터 구동회로(110b)는 유량 측정센서(100)으로부터 나오는 유량값을 명령값과 비교하여 출력된 전기적 신호를 받아 스텝핑 또는 D.C 모터(120)에 전원을 공급하고, 무 접점 위치 감지센서(190)는 모터 구동회로(110b)로부터 입력되는 전기적 신호를 스텝핑 또는 D.C 모터(120)의 회전수 또는 회전량의 절대 위치를 설정하기 위한 제어신호를 생성하며, 스텝핑 또는 D.C 모터(120)는 무 접점 위치 감지센서(190)로부터 입력되는 제어신호에 따라 회전수 또는 회전량의 절대 위치가 설정되어 일식으로 결합된 모터 구동식 밸브(200)를 개폐 동작시켜 유량의 흐름량을 미세 조절한다.The motor driving circuit 110b compares the flow rate value output from the flow rate measuring sensor 100 with a command value and receives an output electrical signal to supply power to the stepping or DC motor 120, The stepping or DC motor 120 generates a control signal for stepping the electric signal inputted from the motor driving circuit 110b or setting the absolute position of the rotation number or the rotation amount of the DC motor 120, The absolute position of the rotation number or the rotation amount is set according to the control signal inputted from the detection sensor 190, and the motor-driven valve 200 coupled with the solar type is opened and closed to finely control the flow amount of the flow amount.

또한 무 접점 위치 감지센서(190)는 스텝핑 또는 D.C 모터(120)의 회전수와 회전량이 제어된 출력 수치를 유량 설정회로(110a)로 되돌려(feed back)주며, 유량 설정회로(110a)는 유량 측정센서에 의해 반복 측정된 흐름의 량과 사전 설정값과 비교하여 차이값이 정밀도 ±1% 범위를 초과하게 되면 무 접점 위치 감지센서(190)로부터 되돌려(feed back) 출력되어온 제어 수치를 미분 제어회로(Differential제어)(110c)와 비례 적분 제어회로(Proportional Integral제어)(110d)에 의해 다시 절대 위치값을 산출하게 되고, 그렇게 재산출된 설정값을 전기적 신호로 변환하여, 모터 구동회로(110b)로 출력되며, 프로그램 입력 장치(110d)를 통해 사전에 설정된 유량값의 정밀도 ±1% 범위 이내로 제어될 때까지 모터 구동회로(110b)는 자동 반복하여 스텝핑 또는 D.C 모터(120)를 회전시켜, 회전수와 회전량의 절대 위치를 제어하고, 제어된 스텝핑 또는 D.C 모터(120)는 일식으로 결합된 모터 구동식 밸브(200)를 개폐 동작시켜 유량의 흐름량을 미세 조절한다.
The contactless position detecting sensor 190 feeds back the output value of the stepping or DC motor 120 whose rotational speed and rotational amount are controlled to the flow rate setting circuit 110a and the flow rate setting circuit 110a sets the flow rate When the difference between the flow amount repeatedly measured by the measurement sensor and the preset value exceeds the accuracy ± 1% range, the control value output from the contactless position detecting sensor 190 is fed back, The absolute position value is calculated again by a circuit (differential control) 110c and a proportional integral control circuit (110d), and the thus re-calculated set value is converted into an electric signal, And the motor driving circuit 110b automatically repeats stepping or rotating the DC motor 120 until the flow rate value is controlled within the range of ± 1% of the preset flow rate value through the program input device 110d, Revolutions and times Control the absolute position of the volume, and a controlled stepping or DC motor 120 by opening and closing the motor-operated valve 200 coupled to Japanese and minor adjustments to the flow rate of the flow rate.

도 5는 본 발명에 따른 일 실시예의 통합 전자회로 제어기의 제어방식을 도시한 개략적인 그래표이다. 도 5에서는 '산출값 A'는 사전 설정값의 100%로 제어된 이론적인 산출값을 나타내고, '산출값 B'는 유량 비례 적분(Proportional Integral)제어회로에서 사전에 설정된 유량값과 실제 흐름값의 비교 산출된 값이 동일한 출력값으로 산출되어 모터 구동식 밸브를 제어시키는 소요 시간을 나타내고, '산출값 C'는 유량 미분(Differential)제어회로의 산출값으로 모터 구동식 밸브(200)가 무 접점위치 감지센서의 제어신호보다 우선적으로 동작하는 소요 시간을 나타내며, '산출값 D'는 유량 비례 적분 미분(Proportional Integral Differential) 제어회로에서 산출된 값을 무 접점 위치 감지센서(190)로 출력되어 모터 구동식 밸브(200)가 정상적으로 제어되는 실제 소요 시간을 표시한다. 5 is a schematic diagram showing a control method of an integrated electronic circuit controller according to an embodiment of the present invention. In FIG. 5, the 'output value A' represents a theoretical output value controlled to 100% of the preset value, and the 'output value B' represents the flow value previously set in the proportional integral control circuit and the actual flow value And the calculated value C 'is a calculated value of the differential differential control circuit, which indicates that the motor-driven valve 200 is a non-contact type The calculated value D 'is a value calculated by the proportional integral differential control circuit and outputted to the contactless position detecting sensor 190, Indicating the actual time required for the drive valve 200 to be normally controlled.

도 5를 참조하여 통합 전자회로 제어기(110)의 프로그램 입력장치(110f)를 통해 사전에 설정된 유량값(도 5에서 '사전 설정값'으로 표기됨)과 유량 측정센서(100)에서 전기적 신호로 변환되어 출력된 유량의 실제 흐름값을 유량 설정회로(110a)와 유량 비례 적분 미분(Proportional Integral Differential제어)(110c,110d)제어회로가 연계하여 비교하고 사전에 설정된 유량값의 정밀도 ±1% 범위 이내로 제어된 절대 위치 값을 산출하여 모터 구동회로(110b)로 출력하게 된다. 그러나 실제로 유량 비례 적분 미분(Proportional Integral Differential) 제어회로에서 산출된 값을 무 접점 위치 감지센서(190)로 출력되어 모터 구동식 밸브(200)가 제어되는 실제 시간은 도 5 그래프의 응답 D를 참조하면 반응시간 약 35~40Sec이다.5, a flow rate value (indicated as a 'preset value' in FIG. 5) and a flow rate measurement signal from the flow rate measurement sensor 100 via the program input device 110f of the integrated electronic circuit controller 110 The actual flow value of the converted flow rate is compared with the control circuit of the flow rate setting circuit 110a and the flow rate proportional integral differential control 110c and 110d and the accuracy of the preset flow rate value is within ± 1% And outputs the calculated absolute position value to the motor driving circuit 110b. However, the actual time at which the motor-driven valve 200 is controlled by outputting the value calculated by the proportional integral differential control circuit to the solid-state position sensor 190 is referred to as a response D in the graph of FIG. 5 The reaction time is about 35 ~ 40 sec.

그러나 본 발명에 따른 일 실시예의 유량 비례 적분 미분(Proportional Integral Differential제어)(110c,110d)제어회로는 유체 정밀 질량 유량제어장치의 반응 속도를 빠르게 하기 위해 1차적으로 산출된 값에 대해 산출값을 미분 제어회로(Differential제어)(110c)에서 도 5 그래프의 응답 C처럼 유량 산출값의 안정되는 제어 반응시간(≤3Sec) 대비 80%이상, 0.5sec이하 속도로 무 접점 위치 감지센서(190)의 제어 신호보다 우선적으로 모터 구동식 밸브(200)로 전기적 신호를 출력하여 제어한 후 2차의 비례 적분(Proportional Integral)(110d) 제어회로에서 사전에 설정된 유량값과 실제 흐름값의 비교 산출된 값이 동일한 출력값으로 모터 구동식 밸브(200)를 구동하여 도 5 그래프의 응답 B처럼 정밀도 ±1% 범위 이내의 유량을 1Sec 이내로 제어하는 회로로 구성되었다.However, the flow rate proportional integral differential control (110c, 110d) control circuit of the embodiment of the present invention controls the flow rate of the fluid precursor mass flow rate control device so that the calculated value is calculated for the first calculated value (Differential control) 110c of the contactless position detecting sensor 190 at a speed of 80% or more and 0.5sec or less relative to the stable control reaction time (? 3sec) of the flow rate calculated value as the response C of FIG. The electric signal is output to the motor-driven valve 200 prior to the control signal, and then the proportional integral (110d) control circuit of the second order compares the calculated flow value with the actual flow value The motor-driven valve 200 is driven with the same output value to control the flow rate within a range of accuracy of 1% within 1 sec as the response B in the graph of FIG.

도 6a는 본 발명에 따른 일 실시예의 무 접점 위치 감지센서(190)를 내장한 스텝핑 또는 D.C 모터(120)와 일체의 구조로 구성된 모터 구동식 밸브(200) 장치의 구조를 도시한 단면도이고, 도 6b는 모터 구동식 밸브(200) 내부의 동작 구조를 도시한 확대도이다.6A is a cross-sectional view showing the structure of a motor-driven valve 200 apparatus having a structure integrated with a stepping or DC motor 120 incorporating a solid-state position sensing sensor 190 according to an embodiment of the present invention, 6B is an enlarged view showing an operation structure inside the motor-driven valve 200. As shown in Fig.

무 접점 위치 감지센서(190)를 내장한 스텝핑 또는 D.C 모터(120)와 일체의 구조로 구성된 모터 구동식 밸브(200) 장치는 도 6a와 도 6b를 참조하면 스텝핑 또는 D.C 모터(120)를 중심으로 상측에 모터의 회전수와 회전량을 자석과 전자회로로 절대 위치를 감지하는 무 접점 위치 감지센서(190)가 위치하고, 모터의 하측으로는 모터축(121)이 위치한다. 모터축의 외경은 벨로우즈(131)로 연결된 커플링(130)의 상측 내경과 연결되고, 벨로우즈(131)로 연결된 커플링(130)의 하측 내경에는 밸브시트 연결축 상측 외경과 연결된다. 밸브시트 연결축(140)의 나머지 외경은 브라켓트(160)의 내경에 관통 연결된다. 밸브시트 연결축(140) 외경과 브라켓트(160) 내경은 나사 결합 또는 볼 스크류 결합으로 연결된다. 여기서 나사 결합 또는 볼 스크류 결합 연결된다는 것은 예를 들어 밸브시트 연결축(140) 외경에는 숫나사산/암나사홈이 형성되는 이와 대응되는 브라켓트(160) 내경에는 암나사홈/숫나사산이 형성되는 방식을 의미한다. 이러한 밸브시트 연결축(140)과 브라켓트(160)은 피치(pitch)가 0.1mm ~ 10mm의 한 줄 또는 다 줄 구조를 가지는 나사 결합 또는 볼 스크류(141) 결합되도록 구성하였다. 판형 고무(171)가 말단부에 내장된 밸브시트(170)는 밸브시트 연결축(140)의 하측에 연결 조립되어 진 일체의 구성품으로 되어있다.Referring to FIGS. 6A and 6B, the motor-driven valve 200 apparatus having a structure in which a stepping or non-contact position sensing sensor 190 is integrated or integrated with the DC motor 120, A contactless position sensor 190 for sensing the absolute position of the motor with the magnet and the electronic circuit is located on the upper side and the motor shaft 121 is positioned on the lower side of the motor. The outer diameter of the motor shaft is connected to the upper inner diameter of the coupling 130 connected to the bellows 131 and connected to the lower inner diameter of the coupling 130 connected to the bellows 131. The remaining outer diameter of the valve seat connecting shaft 140 is connected to the inner diameter of the bracket 160. The outer diameter of the valve seat connecting shaft 140 and the inner diameter of the bracket 160 are connected by screw connection or ball screw connection. Here, the screw connection or the ball screw connection is referred to as a method in which a male screw thread / male thread groove is formed on the outer diameter of the valve seat connecting shaft 140 and a female screw groove / male screw thread is formed on the inner diameter of the corresponding bracket 160 . The valve seat connecting shaft 140 and the bracket 160 are configured to have a single screw or a ball screw 141 having a single row or multi row structure having a pitch of 0.1 mm to 10 mm. The valve seat 170 in which the plate rubber 171 is embedded in the distal end portion is an integral component connected and assembled to the lower side of the valve seat connecting shaft 140.

스텝핑 또는 D.C 모터(120)의 모터축(121)과 일체를 가지는 커플링(130), 벨로우즈(140), 밸브시트 연결축(140)은 모터축(121)의 회전에 의해 모터축(121)과 동일한 방향으로 회전하게 된다.The coupling 130, the bellows 140 and the valve seat connecting shaft 140 integrally formed with the motor shaft 121 of the stepping or DC motor 120 are connected to the motor shaft 121 by the rotation of the motor shaft 121, As shown in Fig.

유량의 흐름량을 제어하기 위한 밸브의 구조 특성상 개폐 동작이 상,하 직선 운동으로 변환되어야한다.Because of the structure of the valve to control the flow rate of the flow rate, the opening and closing operation must be converted into an upward and downward linear motion.

모터(120)의 회전운동을 상/하 동작 운동으로 전환하기 위해 볼 스크류 결합 또는 나사 결합을 사용하였다. 밸브시트 연결축(140)의 외경부에 피치(pitch)가 0.1mm ~ 10mm의 한 줄 또는 다 줄 구조(142)를 가지는 나사 결합(150) 또는 볼스크류(141)를 형성하고, 대응되는 브라켓트(160) 내경부에는 피치(pitch)가 0.1mm ~ 10mm의 한 줄 또는 다 줄의 동일한 구조로 형성되는 나사 결합(150) 또는 볼 스크류(141)를 형성하였다. 또한 브라켓트(160)의 내/외경부에는 유체의 누설 방지용 오링(161)을 내장하였다. 이러한 방식으로 나사 결합 또는 볼 스크류 결합되는 밸브시트 연결축(140)과 브라켓트(160)를 조립 구성하여, 밸브시트 연결축(140)을 진동과 소음 없이 상/하 동작 운동으로 전환하였고, 안정되게 상,하 동작 운동하는 밸브시트 연결축(140)은 하부에 판형 고무(171)가 내장된 밸브시트(170)를 동일한 방향으로 동작하게 하였다.A ball screw coupling or a screw coupling is used to convert the rotational motion of the motor 120 into the upward / downward motion. A screw connection 150 or a ball screw 141 having a single row or multi-row structure 142 having a pitch of 0.1 mm to 10 mm is formed in the outer diameter portion of the valve seat connecting shaft 140, (150) or a ball screw (141) having the same structure as a single row or multiple rows having a pitch of 0.1 mm to 10 mm is formed on the inside of the ball screw (160). In addition, an O-ring 161 for preventing fluid leakage is built in the inside / outside diameter portion of the bracket 160. In this manner, the valve seat connecting shaft 140 and the bracket 160, which are screwed or ballscrewed, are assembled to convert the valve seat connecting shaft 140 into upward / downward movement motion without vibration and noise, The valve seat connecting shaft 140, which moves up and down, operates the valve seat 170 in which the plate rubber 171 is embedded, in the same direction.

판형 고무(171)가 내장된 밸브시트(170)는 밸브 하측의 오리피스(180) 중앙부에 위치하는 오리피스 내경(181)과의 간격(172)을 안정적이고 부드러운 동작으로 0~15mm 이내로 개폐되어 유체 흐름의 량을 정밀도 ±1%이내로 제어하는 것이 가능하게 되었다.The valve seat 170 in which the plate rubber 171 is embedded is opened and closed within a range of 0 to 15 mm by stable and smooth movement of the gap 172 with the orifice inner diameter 181 located at the center of the orifice 180 on the lower side of the valve, Can be controlled within a precision of +/- 1%.

또한 유체의 기종과 1g ~ 수 백Kg/Min의 범위 내에서의 많은 유량을 공급시 오리피스(180)도 사전 설정된 규격화된 오리피스 내경의 크기(182)를 선택하여 교체 사용할 수 있는 구조로 구성되었다. 모터 구동식 밸브에 내장된 오리피스 내경의 크기를 교체할 경우 유체의 기종과 작동 조건의 변화에 따라 유동적으로 선택할 수 있게 된다.In addition, the orifice 180 has a structure in which a predetermined standardized orifice inner diameter (182) can be selected and replaced when supplying a large flow rate within a range of 1 g to several hundreds of kg / min and a fluid type. When the size of the internal diameter of the orifice built in the motor-driven valve is changed, the fluid can be selected flexibly in accordance with the fluid type and operating conditions.

상기에서 본 발명의 바람직한 실시예가 특정 용어들을 사용하여 설명 및 도시되었지만 그러한 용어는 오로지 본 발명을 명확히 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 실시예 및 기술된 용어는 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터이탈되지 않고서 여러가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같은 변형된 실시예들은 본 발명의 사상 및 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 본 발명의 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.
While the preferred embodiments of the present invention have been described and illustrated above using specific terms, such terms are used only for the purpose of clarifying the invention, and it is to be understood that the embodiment It will be obvious that various changes and modifications can be made without departing from the spirit and scope of the invention. Such modified embodiments should not be understood individually from the spirit and scope of the present invention, but should be regarded as being within the scope of the claims of the present invention.

10: 종래 유체 흐름량 측정센서 11: 종래 유량 측정회로
12: 종래 솔레노이드 밸브 작동회로 13: 종래 솔레노이드 밸브
13a: 종래 솔레노이드 코일 14: 종래 플런저
15: 종래 밸브시트 16: 종래 스프링
17: 종래 밸브시트와 오리피스의 간격 18: 종래 오리피스
19: 종래 오리피스 내경
20: 종래 솔레노이드 밸브 온/오프 스위치
21: 종래 유체 유입구
100: 본 발명의 실시예에 따른 유량 측정센서
110: 본 발명의 실시예에 따른 통합 전자회로 제어기
110a: 본 발명의 실시예에 따른 유량 설정회로
110b: 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동회로
110c: 본 발명의 실시예에 따른 유량 미분 제어회로(Differential제어)
110d: 본 발명의 실시예에 따른 유량 비례적분 제어회로(Proportional Integral제어)
110e: 본 발명의 실시예에 따른 외부 입력 커넥터
110f: 본 발명의 실시예에 따른 프로그램 입력 장치
120: 본 발명의 실시예에 따른 스텝핑 또는 D.C 모터
121: 본 발명의 실시예에 따른 모터축
130: 본 발명의 실시예에 따른 커플링
131: 본 발명의 실시예에 따른 벨로우즈
140: 본 발명의 실시예에 따른 밸브시트 연결축
141: 본 발명의 실시예에 따른 나사 또는 볼 스크류
142: 본 발명의 실시예에 따른 밸브시트 연결축의 한 줄 또는 다 줄 구조를 가지는 나사 또는 볼 스크류의 피치(Pitch)
150: 본 발명의 실시예에 따른 밸브시트 연결축과 브라켓트의 나사 결합
160: 본 발명의 실시예에 따른 브라켓트
161: 본 발명의 실시예에 따른 누설방지용 오링
170: 본 발명의 실시예에 따른 밸브시트
171: 본 발명의 실시예에 따른 판형 고무
172: 본 발명의 실시예에 따른 밸브시트와 오리피스의 개폐 간격
180: 본 발명의 실시예에 따른 오리피스
181: 본 발명의 실시예에 따른 오리피스 내경
182: 본 발명의 실시예에 따른 오리피스 내경 크기
190: 본 발명의 실시예에 따른 무접점 위치 감지센서
200: 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동식 밸브
210: 유체(기체 또는 액체) 유입구
220: 유체(기체 또는 액체) 유출구
230: 유체의 유량(기체 또는 액체)10: Conventional fluid flow measurement sensor 11: Conventional flow measurement circuit
12: conventional solenoid valve operating circuit 13: conventional solenoid valve
13a: Conventional solenoid coil 14: Conventional plunger
15: Conventional valve seat 16: Conventional spring
17: Conventional interval between valve seat and orifice 18: Conventional orifice
19: Conventional orifice inner diameter
20: Conventional solenoid valve on / off switch
21: Conventional fluid inlet
100: A flow measurement sensor according to an embodiment of the present invention
110: Integrated electronic circuit controller according to an embodiment of the present invention
110a: Flow rate setting circuit according to the embodiment of the present invention
110b: motor driving circuit according to the embodiment of the present invention
110c: a flow differential control circuit (differential control) according to an embodiment of the present invention;
110d: Proportional Integral control circuit according to an embodiment of the present invention;
110e: an external input connector according to an embodiment of the present invention
110f: a program input device according to the embodiment of the present invention
120: Stepping or DC motor according to an embodiment of the present invention
121: motor shaft according to the embodiment of the present invention
130: Coupling according to an embodiment of the present invention
131: A bellows according to an embodiment of the present invention
140: valve seat connecting shaft according to the embodiment of the present invention
141: a screw or a ball screw according to an embodiment of the present invention
142: Pitch of a screw or a ball screw having a one-row or multi-row structure of a valve seat connecting shaft according to an embodiment of the present invention;
150: Screw connection of the valve seat connection shaft and the bracket according to the embodiment of the present invention
160: Bracket according to an embodiment of the present invention
161: O-ring for leakage prevention according to the embodiment of the present invention
170: A valve seat according to an embodiment of the present invention
171: Plate rubber according to the embodiment of the present invention
172: opening / closing interval of valve seat and orifice according to the embodiment of the present invention
180: Orifice according to an embodiment of the present invention
181: Orifice inner diameter according to the embodiment of the present invention
182: Orifice inner diameter size according to an embodiment of the present invention
190: a contactless position sensing sensor according to an embodiment of the present invention
200: motor-driven valve according to the embodiment of the present invention
210: fluid (gas or liquid) inlet
220: fluid (gas or liquid) outlet
230: Fluid flow rate (gas or liquid)

Claims (6)

유체 흐름의 량을 정밀하게 제어하는 모터 구동 전자회로를 갖는 유체 정밀 질량 유량제어장치에 있어서,
유입구 측에 설치되며 측정된 유체의 실제 흐름의 량을 전기적 신호로 변환하여 출력하는 유량측정센서와,
유출구 측에 설치되는 오리피스와,
회전력을 공급하는 모터축을 구비하는 모터와,
상측 내경은 상기 모터축의 외경과 연결되는 상측 커플링과, 상측 커플링과 연결되는 벨로우즈와, 상기 벨로우즈와 연결되는 하측 커플링을 포함하는 커플링과,
상측 외경이 상기 하측 커플링의 내경과 연결되는 밸브시트 연결축과,
상기 밸브시트 연결축의 상기 커플링과 연결되는 반대 단부에 일체로 설치되며 판형 고무를 구비하는 밸브시트와,
상기 밸브시트 연결축의 외경의 상하 수직 움직임을 가이드하는 브라켓트를 포함하고,
상기 밸브시트 연결축의 외경과 상기 브라켓트의 내경은 모터의 회전 동작을 상하 왕복 동작으로 변환시키는 나사 결합 또는 볼 스크류 결합되는 것을 특징으로 하는 모터 구동 전자회로와 스텝핑 또는 D.C 모터를 갖는 유체 정밀 질량 유량제어장치.
What is claimed is: 1. A fluid precision mass flow controller having a motor drive electronic circuit for precisely controlling an amount of a fluid flow,
A flow rate measuring sensor installed on the inlet side and converting an actual flow amount of the measured fluid into an electrical signal and outputting the electrical signal,
An orifice provided on the outlet side,
A motor having a motor shaft for supplying rotational force,
An upper inner diameter of which is connected to an outer diameter of the motor shaft, a bellows connected to the upper coupling, and a lower coupling connected to the bellows,
A valve seat connecting shaft having an upper outer diameter connected to an inner diameter of the lower coupling,
A valve seat integral with the opposite end of the valve seat connecting shaft, the valve seat being connected to the coupling,
And a bracket for guiding vertical movement of an outer diameter of the valve seat connecting shaft,
Wherein an outer diameter of the valve seat connecting shaft and an inner diameter of the bracket are coupled by a screw or a ball screw for converting a rotating operation of the motor into a vertical reciprocating operation. Device.
제 1항에 있어서,
상기 모터를 구동하기 위해 자석과 전자회로에 의해 모터의 회전수 또는 회전량의 절대 위치를 감지하고, 밸브시트의 절대 위치를 설정하여 모터 구동회로를 작동시키며, 상기 모터의 회전수 또는 회전량의 절대 위치를 피드백시키는 무 접점 감지 센서와,
상기 유량측정센서로부터 입력되는 전기적 신호와, 상기 무 접점 감지 센서로부터 입력되는 회전수 또는 회전량과, 기 설정된 유체 흐름량을 비교한 후 모터를 구동시키기 위한 전기적 신호를 출력하는 통합 전자 회로 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 전자회로와 스텝핑 또는 D.C 모터를 갖는 유체 정밀 질량 유량제어장치.
The method according to claim 1,
The absolute position of the motor is detected by the magnet and the electronic circuit to drive the motor, and the absolute position of the valve seat is set to operate the motor drive circuit. The motor rotation speed or the rotation amount A contactless sensor for feeding back the absolute position,
An integrated electronic circuit controller for outputting an electrical signal for driving the motor after comparing an electric signal input from the flow rate sensor, a rotation number or a rotation amount input from the contactlessness sensor, and a predetermined fluid flow rate And a stepping or DC motor. 2. The fluid flow control device according to claim 1,
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 오리피스와 상기 밸브시트에 구비되는 판형 고무 사이 간격은 0~15mm 범위 내에서 조절되는 것을 특징으로 하는 모터 구동 전자회로와 스텝핑 또는 D.C 모터를 갖는 유체 정밀 질량 유량제어장치.
3. The method according to claim 1 or 2,
The gap between the orifice and the plate-shaped rubber provided on the valve seat is 0 to 15 mm Wherein the controller is controlled within a predetermined range of the flow rate of the fluid.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 볼 스크류 결합 또는 나사 결합의 경우 피치(pitch)가 0.1mm 내지 10mm의 한 줄 또는 다 줄의 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 모터 구동 전자회로와 스텝핑 또는 D.C 모터를 갖는 유체 정밀 질량 유량제어장치.
3. The method according to claim 1 or 2,
And a pitch or a pitch of 0.1 mm to 10 mm is formed in a single row or multi-row structure in the case of the ball screw coupling or the screw coupling.
제 2항에 있어서,
상기 통합 전자 회로 제어기에는 유량 비례 적분 미분 제어회로가 더 구비되고, 상기 유량 비례 적분 미분 제어회로는 1차적으로 사전 설정된 유량값과 실제 유량 흐름량을 측정하고 비교하여 그 차이만큼 산출된 값을 이용하여 상기 무접점 감지센서의 제어 신호보다 우선적으로 상기 모터 구동식 밸브로 전기적 신호를 출력하여 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 전자회로와 스텝핑 또는 D.C 모터를 갖는 유체 정밀 질량 유량제어장치.3. The method of claim 2,
The integrated electronic circuit controller further includes a flow rate proportional integral differential control circuit, wherein the flow rate proportional integral differential control circuit measures and compares the flow rate value and the actual flow flow rate, which are primarily set in advance, Wherein the control signal is output to the motor-actuated valve in preference to the control signal of the solid-state sensor to control the motor-driven electronic circuit and the precision fluid flow controller having the stepping or DC motor. 삭제delete
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