KR101614303B1 - 가스 레귤레이터 성능시험 장치, 이를 이용한 히스테리시스, 유량변화 응답 및 설정 값 안정성 시험방법 - Google Patents

가스 레귤레이터 성능시험 장치, 이를 이용한 히스테리시스, 유량변화 응답 및 설정 값 안정성 시험방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 가스를 공급하기 위한 가스 공급기와, 상기 가스 공급기로부터 공급받은 가스를 일정한 압력으로 흘려주기 위한 가스 공급용 레귤레이터와, 상기 가스 공급용 레귤레이터로부터 유출되는 가스의 흐름을 차단하기 위한 제1 밸브와, 상기 가스 공급용 레귤레이터로부터 유출되는 가스의 압력을 측정하기 위한 제1 게이지와, 상기 가스 공급용 레귤레이터로부터 유입된 가스가 배출되는 부분으로서 테스트 레귤레이터에 결합되는 부위인 포트를 이동시켜 테스트 레귤레이터에 결합되게 하는 샘플 정합 장치와, 상기 포트에 결합되고 압력 제어 성능을 테스트 하려는 테스트 레귤레이터와, 상기 테스트 레귤레이터로부터 유출되는 가스의 압력을 측정하기 위한 제2 게이지와, 상기 테스트 레귤레이터로부터 유출되는 가스의 흐름을 차단하기 위한 제2 밸브와, 상기 테스트 레귤레이터로부터 유출되는 가스의 흐름을 제어하기 위한 유량제어기를 포함하는 가스 레귤레이터 성능시험 장치, 이를 이용한 히스테리시스, 유량변화 응답 및 설정 값 안정성 시험방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 샘플 정합 장치를 적용하여 너트 등의 체결 없이 버튼 조작으로 테스트 레귤레이터를 탈/부착할 수 있기 때문에 시험시간이 매우 단축될 수 있고, 시험자의 숙련도에 관계없이 동일한 시험 조작이 가능하며, 압력 손실과 가스 누출의 위험이 적다.

Description

가스 레귤레이터 성능시험 장치, 이를 이용한 히스테리시스, 유량변화 응답 및 설정 값 안정성 시험방법{Apparatus for performance test of gas regulator, test method of hysteresis, step function response and set point stability using the apparatus}
본 발명은 가스 레귤레이터 성능시험 장치, 이를 이용한 히스테리시스, 유량변화 응답 및 설정 값 안정성 시험방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 샘플 정합 장치를 적용하여 너트 등의 체결 없이 버튼 조작으로 테스트 레귤레이터를 탈/부착할 수 있기 때문에 시험시간이 매우 단축될 수 있고, 시험자의 숙련도에 관계없이 동일한 시험 조작이 가능하며, 압력 손실과 가스 누출의 위험이 적고, 시험 진행 시 조작 편의성이 향상될 수 있는 가스 레귤레이터 성능시험 장치, 이를 이용한 히스테리시스, 유량변화 응답 및 설정 값 안정성 시험방법에 관한 것이다.
반도체 제조 설비 등과 같은 산업용 장치 등에 있어서 각종 가스의 공급 유량이나 공급 압력 등을 고정밀도로 제어하는 레귤레이터가 요구되고 있으며, 레귤레이터의 성능을 평가하기 위한 방법이 요구되고 있다. 가스 유량, 압력 등의 변수는 반도체 제조 공정에서 미세하게 콘트롤해야 하는 공정 변수로서 레귤레이터의 성능이 반도체 제품의 양산율(yield ratio)에 중요한 영향을 끼칠 수 있으므로 레귤이터에 대한 성능 평가는 그 무엇보다도 중요하다.
기존의 방식으로는 레귤레이터의 커넥션 타입에 맞춰 시험 라인에 장착할 수 있는 변환 커넥터가 필요하였다. 그렇기 때문에 시험하고자 하는 레귤레이터가 바뀔 때마다 커넥션 타입별로 변환 커넥터를 준비해야하는 문제점이 있다.
또한, 모든 구성부품(밸브, 게이지 등)이 아날로그 방식으로 시험라인이 복잡하고, 각 시험 항목별로 라인을 구분하기가 어려우며, 시험 시 압력유지, 가스 누출 등의 문제가 발생할 수 있다.
또한, 측정값을 시험자가 읽어 수기로 기록하기 때문에 기록 오차가 발생하고, 시험시간이 길어짐과 데이타에 대한 신뢰성이 떨어질 수 있다.
대한민국 특허등록 제10-0919800호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 샘플 정합 장치를 적용하여 너트 등의 체결 없이 버튼 조작으로 테스트 레귤레이터를 탈/부착할 수 있기 때문에 시험시간이 매우 단축될 수 있고, 시험자의 숙련도에 관계없이 동일한 시험 조작이 가능하며, 압력 손실과 가스 누출의 위험이 적고, 시험 진행 시 조작 편의성이 향상될 수 있는 가스 레귤레이터 성능시험 장치, 이를 이용한 히스테리시스, 유량변화 응답 및 설정 값 안정성 시험방법을 제공함에 있다.
본 발명은, 가스를 공급하기 위한 가스 공급기와, 상기 가스 공급기로부터 공급받은 가스를 일정한 압력으로 흘려주기 위한 가스 공급용 레귤레이터와, 상기 가스 공급용 레귤레이터로부터 유출되는 가스의 흐름을 차단하기 위한 제1 밸브와, 상기 가스 공급용 레귤레이터로부터 유출되는 가스의 압력을 측정하기 위한 제1 게이지와, 상기 가스 공급용 레귤레이터로부터 유입된 가스가 배출되는 부분으로서 테스트 레귤레이터에 결합되는 부위인 포트를 이동시켜 테스트 레귤레이터에 결합되게 하는 샘플 정합 장치와, 상기 포트에 결합되고 압력 제어 성능을 테스트 하려는 테스트 레귤레이터와, 상기 테스트 레귤레이터로부터 유출되는 가스의 압력을 측정하기 위한 제2 게이지와, 상기 테스트 레귤레이터로부터 유출되는 가스의 흐름을 차단하기 위한 제2 밸브와, 상기 테스트 레귤레이터로부터 유출되는 가스의 흐름을 제어하기 위한 유량제어기를 포함하는 가스 레귤레이터 성능시험 장치를 제공한다.
상기 가스 레귤레이터 성능시험 장치는 상기 가스 공급용 레귤레이터와 상기 테스트 레귤레이터 사이에 있는 가스를 외부로 배출하기 위한 제3 밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 제3 밸브와 상기 제1 게이지는 상기 샘플 정합 장치에 장착되어 있고, 상기 샘플 정합 장치의 구동에 연동되어 이동할 수 있게 구비될 수 있다.
상기 가스 레귤레이터 성능시험 장치는 상기 유량제어기로부터 유출되는 가스의 흐름을 차단하기 위한 제4 밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 샘플 정합 장치는, 상기 가스 공급용 레귤레이터로부터 유입된 가스를 상기 테스트 레귤레이터로 배출하기 위한 포트와, 상기 포트와 상기 테스트 레귤레이터 사이의 거리를 조절하기 위한 액추에이터와, 상기 액추에이터의 구동에 의해 상기 테스트 레귤레이터가 위치된 방향을 따라 왕복 이동될 수 있게 구비되고 상기 포트가 결합되어 있는 제1 프레임과, 상기 제1 프레임의 이동을 위한 제1 이동레일을 포함할 수 있다.
상기 샘플 정합 장치는, 상기 테스트 레귤레이터가 위치된 방향을 따라 왕복 이동될 수 있게 구비되고 상기 액추에이터를 지지하기 위한 받침판과, 상기 받침판의 이동을 위한 제2 및 제3 이동레일과, 연결바를 통해 상기 제1 프레임과 결합되어 있고 상기 제1 프레임의 움직임에 따라 연동되어 이동할 수 있고 상기 가스 공급용 레귤레이터로부터 유입된 가스가 통과하는 도관을 지지하는 역할을 하는 제2 프레임을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 샘플 정합 장치는, 상기 제2 프레임의 이동을 위한 제4 이동레일을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은, 상기 가스 레귤레이터 성능시험 장치를 이용한 히스테리시스(hysteresis)를 시험하는 방법에 있어서, (a) 가스 공급용 레귤레이터로부터 테스트 레귤레이터로 들어가는 가스의 입력 압력을 제1 압력으로 설정하는 단계와, (b) O LPM보다 높은 제1 가스 유량에서 테스트 레귤레이터의 압력을 상기 제1 압력보다 낮은 제2 압력으로 설정하는 단계와, (c) 가스의 유량을 제2 유량까지 올리면서 제2 게이지의 압력을 측정하는 단계와, (d) 가스의 유량을 상기 제2 유량보다 낮은 제1 가스 유량까지 내리면서 제2 게이지의 압력을 측정하는 단계와, (e) 상기 (a) 내지 상기 (d) 단계를 3회 반복하여 유량 곡선을 완성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 히스테리시스 시험방법을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 가스 레귤레이터 성능시험 장치를 이용한 유량변화 응답(step function response)을 시험하는 방법에 있어서, (a) 가스 공급용 레귤레이터로부터 테스트 레귤레이터로 들어가는 가스의 입력 압력을 제1 압력으로 설정하는 단계와, (b) O LPM보다 높은 제1 가스 유량에서 테스트 레귤레이터의 압력을 상기 제1 압력보다 낮은 제2 압력으로 설정하는 단계와, (c) 제1 밸브와 제2 밸브를 닫는 동시에 유량제어기를 0 LPM으로 맞추고 제2 게이지의 압력 기록을 시작하는 단계와, (d) 30초 후 유량제어기를 제1 가스 유량으로 맞추고 제1 밸브 및 제2 밸브를 여는 단계와, (e) 10초 후 제1 밸브 및 제2 밸브를 닫는 동시에 유량제어기를 0 LPM으로 설정하는 단계와, (f) 40초를 대기하는 단계와, (g) 상기 (a) 내지 (f) 단계를 3회 반복하여 시간-압력 그래프를 완성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유량변화 응답 시험방법을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 가스 레귤레이터 성능시험 장치를 이용한 설정 값 안정성을 시험하는 방법에 있어서, (a) 가스 공급용 레귤레이터로부터 테스트 레귤레이터로 들어가는 가스의 입력 압력을 제1 압력으로 설정하는 단계와, (b) O LPM보다 높은 제1 가스 유량에서 테스트 레귤레이터의 압력을 상기 제1 압력보다 낮은 제2 압력으로 설정하는 단계와, (c) 유량제어기를 제1 가스 유량보다 높은 제2 유량으로 맞추고, 테스트 레귤레이터로부터 출력되는 가스의 압력을 제2 게이지를 통해 측정하여 기록을 시작하는 단계와, (d) 테스트 레귤레이터로부터 출력되는 가스의 압력을 제2 게이지를 통해 5분간 측정하고, 최대값과 최소값의 1/2을 구하는 단계와, (e) 가스 공급용 레귤레이터로부터 테스트 레귤레이터로 들어가는 가스의 입력 압력을 상기 제1 압력보다 낮은 제2 압력으로 설정하는 단계와, (f) 상기 (b) 내지 (d) 단계를 반복하는 단계 및 (g) 상기 (d)에서 얻은 최대값과 최소값의 1/2 값과 상기 (f) 단계에서 얻은 최대값과 최소값의 1/2 값의 평균값을 설정 값 안정성(Set point stability) 결과값으로 기록하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 설정 값 안정성 시험방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 샘플 정합 장치를 적용하여 너트 등의 체결 없이 버튼 조작으로 테스트 레귤레이터를 탈/부착할 수 있기 때문에 시험시간이 매우 단축될 수 있고, 시험자의 숙련도에 관계없이 동일한 시험 조작이 가능하다. 압력 손실과 가스 누출의 위험이 적고, 시험 진행 시 조작 편의성이 향상되며, 장치 구성 비용도 절감될 수 있다.
가스 레귤레이터 성능시험 장치를 이용하여 히스테리시스, 유량변화 응답, 설정 값 안정성, 공명 등의 여러 가지 시험을 수행할 수 있는 장점이 있다. 가스 레귤레이터 성능시험 장치를 이용하여 일련의 시험을 원-스탑(One-stop)으로 진행할 수 있다. 디지털 계측기와 사용자 중심의 편리한 소프트웨어를 통해 한 개의 가스 레귤레이터 성능시험 장치로 4종류의 시험을 원-스탑(One-stop)으로 진행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스 레귤레이터 성능시험 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스 레귤레이터 성능시험 장치를 도시한 정면도이다.
도 3은 샘플 정합 장치를 도시한 정면도이다.
도 4는 샘플 정합 장치를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 5는 일 예에 따른 가스 레귤레이터 성능시험 장치를 보여주는 사진이다.
도 6a는 일 예에 따른 샘플 정합 장치를 보여주는 사진으로서 포트가 테스트 레귤레이터에 정합되기 전의 모습을 보여주는 사진이고, 도 6b는 일 예에 따른 샘플 정합 장치를 보여주는 사진으로서 포트가 테스트 레귤레이터에 정합된 모습을 보여주는 사진이다.
도 7은 히스테리시스의 결과를 예시적으로 나타낸 그래프이다.
도 8은 유량변화 응답 곡선의 결과를 예시적으로 나타낸 그래프이다.
도 9는 설정 값 안정성의 결과를 예시적으로 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스 레귤레이터 성능시험 장치는, 가스를 공급하기 위한 가스 공급기와, 상기 가스 공급기로부터 공급받은 가스를 일정한 압력으로 흘려주기 위한 가스 공급용 레귤레이터와, 상기 가스 공급용 레귤레이터로부터 유출되는 가스의 흐름을 차단하기 위한 제1 밸브와, 상기 가스 공급용 레귤레이터로부터 유출되는 가스의 압력을 측정하기 위한 제1 게이지와, 상기 가스 공급용 레귤레이터로부터 유입된 가스가 배출되는 부분으로서 테스트 레귤레이터에 결합되는 부위인 포트를 이동시켜 테스트 레귤레이터에 결합되게 하는 샘플 정합 장치와, 상기 포트에 결합되고 압력 제어 성능을 테스트 하려는 테스트 레귤레이터와, 상기 테스트 레귤레이터로부터 유출되는 가스의 압력을 측정하기 위한 제2 게이지와, 상기 테스트 레귤레이터로부터 유출되는 가스의 흐름을 차단하기 위한 제2 밸브와, 상기 테스트 레귤레이터로부터 유출되는 가스의 흐름을 제어하기 위한 유량제어기를 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 히스테리시스 시험방법은, 상기 가스 레귤레이터 성능시험 장치를 이용한 히스테리시스(hysteresis)를 시험하는 방법에 있어서, (a) 가스 공급용 레귤레이터로부터 테스트 레귤레이터로 들어가는 가스의 입력 압력을 제1 압력으로 설정하는 단계와, (b) O LPM보다 높은 제1 가스 유량에서 테스트 레귤레이터의 압력을 상기 제1 압력보다 낮은 제2 압력으로 설정하는 단계와, (c) 가스의 유량을 제2 유량까지 올리면서 제2 게이지의 압력을 측정하는 단계와, (d) 가스의 유량을 상기 제2 유량보다 낮은 제1 가스 유량까지 내리면서 제2 게이지의 압력을 측정하는 단계와, (e) 상기 (a) 내지 상기 (d) 단계를 3회 반복하여 유량 곡선을 완성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유량변화 응답 시험방법은, 상기 가스 레귤레이터 성능시험 장치를 이용한 유량변화 응답(step function response)을 시험하는 방법에 있어서, (a) 가스 공급용 레귤레이터로부터 테스트 레귤레이터로 들어가는 가스의 입력 압력을 제1 압력으로 설정하는 단계와, (b) O LPM보다 높은 제1 가스 유량에서 테스트 레귤레이터의 압력을 상기 제1 압력보다 낮은 제2 압력으로 설정하는 단계와, (c) 제1 밸브와 제2 밸브를 닫는 동시에 유량제어기를 0 LPM으로 맞추고 제2 게이지의 압력 기록을 시작하는 단계와, (d) 30초 후 유량제어기를 제1 가스 유량으로 맞추고 제1 밸브 및 제2 밸브를 여는 단계와, (e) 10초 후 제1 밸브 및 제2 밸브를 닫는 동시에 유량제어기를 0 LPM으로 설정하는 단계와, (f) 40초를 대기하는 단계와, (g) 상기 (a) 내지 (f) 단계를 3회 반복하여 시간-압력 그래프를 완성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 설정 값 안정성 시험방법은, 상기 가스 레귤레이터 성능시험 장치를 이용한 설정 값 안정성을 시험하는 방법에 있어서, (a) 가스 공급용 레귤레이터로부터 테스트 레귤레이터로 들어가는 가스의 입력 압력을 제1 압력으로 설정하는 단계와, (b) O LPM보다 높은 제1 가스 유량에서 테스트 레귤레이터의 압력을 상기 제1 압력보다 낮은 제2 압력으로 설정하는 단계와, (c) 유량제어기를 제1 가스 유량보다 높은 제2 유량으로 맞추고, 테스트 레귤레이터로부터 출력되는 가스의 압력을 제2 게이지를 통해 측정하여 기록을 시작하는 단계와, (d) 테스트 레귤레이터로부터 출력되는 가스의 압력을 제2 게이지를 통해 5분간 측정하고, 최대값과 최소값의 1/2을 구하는 단계와, (e) 가스 공급용 레귤레이터로부터 테스트 레귤레이터로 들어가는 가스의 입력 압력을 상기 제1 압력보다 낮은 제2 압력으로 설정하는 단계와, (f) 상기 (b) 내지 (d) 단계를 반복하는 단계 및 (g) 상기 (d)에서 얻은 최대값과 최소값의 1/2 값과 상기 (f) 단계에서 얻은 최대값과 최소값의 1/2 값의 평균값을 설정 값 안정성(Set point stability) 결과값으로 기록하는 단계를 포함한다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스 레귤레이터 성능시험 장치를 더욱 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스 레귤레이터 성능시험 장치를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스 레귤레이터 성능시험 장치를 도시한 정면도이다. 도 3은 샘플 정합 장치를 도시한 정면도이다. 도 4는 샘플 정합 장치를 개략적으로 도시한 사시도이다. 도 5는 일 예에 따른 가스 레귤레이터 성능시험 장치를 보여주는 사진이다. 도 6a는 일 예에 따른 샘플 정합 장치를 보여주는 사진으로서 포트가 테스트 레귤레이터에 정합되기 전의 모습을 보여주는 사진이고, 도 6b는 일 예에 따른 샘플 정합 장치를 보여주는 사진으로서 포트가 테스트 레귤레이터에 정합된 모습을 보여주는 사진이다.
도 1 내지 도 6b를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스 레귤레이터 성능시험 장치는, 아르곤(Ar), 질소(N2)와 같은 가스를 공급하기 위한 가스 공급기(105)와, 가스 공급기(105)로부터 공급받은 가스를 일정한 압력으로 흘려주기 위한 가스 공급용 레귤레이터(gas supply regulator)(110)와, 가스 공급용 레귤레이터(110)로부터 유출되는 가스의 흐름을 차단하기 위한 제1 밸브(V1)와, 가스 공급용 레귤레이터(110)로부터 유출되는 가스의 압력을 측정하기 위한 제1 게이지(P1)와, 가스 공급용 레귤레이터(110)로부터 유입된 가스가 배출되는 부분으로서 테스트 레귤레이터(120)에 결합되는 부위인 포트(152)를 이동시켜 테스트 레귤레이터(120)에 결합되게 하는 샘플 정합 장치(150)와, 포트(152)에 결합되고 압력 제어 성능을 테스트 하려는 테스트 레귤레이터(120)와, 테스트 레귤레이터(120)로부터 유출되는 가스의 압력을 측정하기 위한 제2 게이지(P2)와, 테스트 레귤레이터(120)로부터 유출되는 가스의 흐름을 차단하기 위한 제2 밸브(V2)와, 테스트 레귤레이터(120)로부터 유출되는 가스의 흐름을 제어하기 위한 유량제어기(mass flow controller; MFC)(125)를 포함한다.
가스 레귤레이터 성능시험 장치는 가스 공급용 레귤레이터(110)와 테스트 레귤레이터(120) 사이에 있는 가스를 외부로 배출하기 위한 제3 밸브(V3)를 더 포함할 수 있다.
가스 레귤레이터 성능시험 장치는 유량제어기(MFC)(125)로부터 유출되는 가스의 흐름을 차단하기 위한 제4 밸브(V4)를 더 포함할 수 있다.
가스 공급기(105)는 아르곤(Ar), 질소(N2)와 같은 가스를 공급하기 위한 수단이다. 가스 공급기(105)로부터 유출되는 가스의 압력은 제1 게이지(P1)를 통해 확인할 수 있다.
가스 공급용 레귤레이터(110)는 가스 공급기(105)로부터 공급받은 가스를 일정한 압력으로 흘려주기 위한 수단이다. 제1 밸브(V1)는 가스 공급용 레귤레이터(110)로부터 유출되는 가스의 흐름을 차단하는 역할을 한다.
가스 공급용 레귤레이터(110)로부터 공급되는 가스의 압력은 1차 설정압력 조절기(135)를 통해 조절될 수 있으며, 1차 설정압력은 제1 게이지(P1)를 통해 센싱할 수 있다. 제1 게이지(P1)는 가스 공급용 레귤레이터(110)로부터 유출되는 가스의 압력을 측정하기 위한 수단이다. 제1 게이지(P1)에 의해 센싱된 압력은 아날로그 게이지 윈도우 또는 디지탈 게이지 윈도우를 통해 확인할 수 있으며, 도 2에서는 제1 게이지(P1)로부터 센싱된 신호를 아날로그 게이지 윈도우(P1_1)와 디지탈 게이지 윈도우(P1_2)를 통해 디스플레이 되는 예를 도시하였다.
포트(152)는 가스 공급용 레귤레이터(110)로부터 유입된 가스가 배출되는 부분으로서 테스트 레귤레이터(120)에 결합되는 부위이며, 샘플 정합 장치(150)는 포트(152)를 이동시켜 테스트 레귤레이터(120)에 정확하게 결합되게 하는 역할을 한다.
샘플 정합 장치(150)는 가스 공급용 레귤레이터(110)로부터 유입된 가스를 테스트 레귤레이터(120)로 배출하기 위한 포트(152)와, 포트(152)와 테스트 레귤레이터(120) 사이의 거리를 조절하기 위한 액추에이터(154)와, 액추에이터(154)의 구동에 의해 테스트 레귤레이터(120)가 위치된 방향을 따라 왕복 이동될 수 있게 구비되고 포트(152)가 결합되어 있는 제1 프레임(156)과, 제1 프레임(156)의 이동을 위한 제1 이동레일(158)을 포함한다.
샘플 정합 장치(150)는 테스트 레귤레이터(120)가 위치된 방향을 따라 왕복 이동될 수 있게 구비되고 액추에이터(154)를 지지하기 위한 받침판(160)과, 받침판(160)의 이동을 위한 제2 및 제3 이동레일(168a, 168b)과, 연결바(172)를 통해 제1 프레임(156)과 결합되어 있고 제1 프레임(156)의 움직임에 따라 연동되어 이동할 수 있고 가스 공급용 레귤레이터(110)로부터 유입된 가스가 통과하는 도관(174)을 지지하는 역할을 하는 제2 프레임(170)을 더 포함할 수 있다.
샘플 정합 장치(150)는 제2 프레임(170)의 이동을 위한 제4 이동레일(176)을 더 포함할 수 있다.
받침판(160)은 테스트 레귤레이터(120)가 위치된 방향을 따라 왕복 이동될 수 있게 구비되는 것이 바람직하다. 받침판(160)의 이동을 위해 제2 및 제3 이동레일(168a, 168b)이 구비될 수 있으며, 제2 및 제3 이동레일(168a, 168b)을 따라 받침판(160)이 이동할 수 있게 된다. 목표하는 거리만큼 제2 및 제3 이동레일(168a, 168b)을 따라 받침판(160)이 테스트 레귤레이터(120)가 위치된 방향으로 왕복 이동할 수 있다.
가스 공급용 레귤레이터(110)로부터 유입된 가스를 테스트 레귤레이터(120)로 배출하기 위한 포트(152)와 테스트 레귤레이터(120) 사이의 거리를 조절하기 위한 액추에이터(154)가 받침판(160)의 상부에 위치된다. 액추에이터(154)는 받침판(160)에 결합되어 지지된다. 액추에이터(154)는 포트(152)와 결합된 제1 프레임(156)이 이동하는 데에 필요한 구동력을 제공한다. 포트(152)는 액추에이터(154)의 구동에 의한 제1 프레임(156)의 움직임에 따라 연동되어 이동할 수 있다. 액추에이터(154)의 구체적인 예로는 공기식 액추에이터를 들 수 있다. 유압원(미도시)으로 공기(air)를 공급받아 작동하는 공기식 실린더와 피스톤 로드 등으로 구성된 공기식 액추에이터가 예시되어 있다. 유압식 액추에이터도 사용이 가능함은 물론이다. 액추에이터(154)는 작동 버튼(162)에 의해 구동 여부를 결정할 수 있다.
액추에이터(154)는 받침판(1160)과 결합된 상태에서 제어부(미도시)의 제어신호에 따라 또는 이동조절장치(미도시)의 제어 등에 따라 테스트 레귤레이터(120)가 위치된 쪽으로 왕복 이동할 수 있게 구비된다. 받침판(160)의 움직임에 따라 연동되어 액추에이터(154)가 이동되게 된다.
액추에이터(154)의 구동에 의해 제1 프레임(156)은 제1 이동레일(158)을 왕복 이동할 수 있고, 이에 연동되어 포트(152)가 제1 이동레일(158)을 왕복 이동할 수 있게 된다.
제1 프레임(156)과 제2 프레임(170)은 연결바(172)를 통해 서로 결합되어 있다. 제2 프레임(170)은 제1 밸브(V1)와 가스 공급용 레귤레이터(110)로부터 유입된 가스가 통과하는 도관(174)을 지지하는 역할을 한다. 제2 프레임(170)은 제1 프레임(156)의 움직임에 따라 연동되어 이동한다. 제1 프레임(156)이 제1 이동레일(158)을 왕복 이동할 때, 이에 연동되어 제2 프레임(170)은 제4 이동레일(176)을 따라 왕복 이동한다.
액추에이터(154)의 구동에 의해 포트(152)는 테스트 레귤레이터(120)가 위치된 쪽으로 왕복 이동될 수 있다. 포트(152)와 액추에이터(154)는 제1 프레임(156)을 통해 결합되어 있다. 포트(152)는 가스 공급용 레귤레이터(110)로부터 유입된 가스를 테스트 레귤레이터(120)로 배출하는 부분으로서 테스트 레귤레이터(120)와 결합되는 부위이다.
제3 밸브(V3)는 가스 공급용 레귤레이터(110)와 테스트 레귤레이터(120) 사이에 있는 가스를 외부로 배출하는 역할을 한다.
제3 밸브(V3)와 제1 게이지(P1)는 샘플 정합 장치(150)에 장착될 수 있고, 샘플 정합 장치(150)의 구동에 연동되어 이동할 수 있게 구비될 수 있다.
테스트 레귤레이터(120)는 성능을 테스트 하려는 장치로서 가스 공급용 레귤레이터(110)로부터 공급받은 가스의 압력 제어 성능을 테스트한다. 포트(152)에 결합되어 가스 공급용 레귤레이터(110)로부터 가스를 공급받는다. 테스트 레귤레이터(120)를 안정되게 고정하기 위한 지지대(122)가 구비될 수 있다. 정합 받침대(124)는 테스트 레귤레이터(120)와 제2 게이지(P2) 사이를 연결하기 위한 도관을 지지하고 상기 도관이 테스트 레귤레이터(120)에 정확하게 정합될 수 있게 하는 역할을 한다.
제2 게이지(P2)는 테스트 레귤레이터(120)로부터 유출되는 가스의 압력을 측정하기 위한 수단이다. 제2 게이지(P2)에 의해 센싱된 압력은 제2 디지탈 게이지 윈도우(P2_1) 또는 제3 디지탈 게이지 윈도우(P2_2)를 통해 확인할 수 있다. 제2 디지탈 게이지 윈도우(P2_1)는 고압용을 위한 것이고, 제3 디지탈 게이지 윈도우(P2_2)는 저압용을 위한 것이다. 제2 게이지(P2)는 고압용 제2 게이지(P2_a)와 저압용 제2 게이지(P2_b)로 구분되어 구비될 수 있다.
제2 밸브(V2)는 테스트 레귤레이터(120)로부터 유출되는 가스의 흐름을 차단하는 역할을 한다.
유량제어기(mass flow controller; MFC)(125)는 테스트 레귤레이터(120)로부터 유출되는 가스의 흐름을 제어하는 역할을 한다. 유량제어기(125)는 유량제어기 제어부(125a)의 조작에 의해 제어될 수 있고 가스의 유량을 설정할 수 있다.
유량제어기(125)로부터 유출된 가스는 배출구를 통해 외부로 배출된다. 유량제어기(MFC)(125)로부터 유출되는 가스는 제4 밸브(V4)를 통해 차단할 수 있다.
가스 레귤레이터 성능시험 장치는 메인전원 버튼(164)을 통해 구동 여부를 결정할 수 있다. 가스 레귤레이터 성능시험 장치의 온(On) 또는 오프(Off) 여부는 전원표시램프(166)를 통해 확인할 수 있다.
가스 레귤레이터 성능시험 장치는 통신포트를 통해 컴퓨터(미도시)와 연결될 수 있고, 상기 컴퓨터를 통해 성능시험에서 측정된 압력, 유량 등의 정보가 자동적으로 기록될 수 있다.
이하에서, 본 발명에 따른 실험예들을 구체적으로 제시하며, 다음에 제시하는 실험예들에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
가스 레귤레이터 성능시험 장치의 부품과 게이지는 컴퓨터와 연결되어 제어되며, 압력(P), 시간(t), 유량(F) 데이터를 연속적으로 기록, 저장한다. 예를 들어, 기록 간격은 200msec 이내 이다.
1. 히스테리시스(Hysteresis)
히스테리시스(Hysteresis) 커브의 간격 정도에 따라 설정 압력에 대한 드릅(Droop) 특성을 확인하는 것이며, 커브 간격의 결과값이 적을수록 드릅(Droop)이 적은 것이다.
이하에서, 히스테리시스(유량곡선)에 대한 시험방법의 일 예를 제시한다.
가스 공급용 레귤레이터(110)로부터 테스트 레귤레이터(120)로 들어가는 가스(예컨대, N2 가스)의 입력 압력을 75 psig로 설정한다. 가스 공급용 레귤레이터(110)로부터 공급되는 가스의 압력은 1차 설정압력 조절기(135)를 통해 조절될 수 있으며, 1차 설정압력은 제1 게이지(P1)를 통해 센싱할 수 있다.
0.5 LPM의 가스 유량에서 테스트 레귤레이터(120)의 압력을 45 psig로 설정한다. 테스트 레귤레이터(120)로부터 출력되는 가스의 압력은 제2 게이지(P2)를 통해 측정할 수 있다.
가스의 유량을 10 LPM까지 올리면서 제2 게이지(P2)의 압력을 계속 측정한다.
가스의 유량을 0.5 LPM까지 내리면서 제2 게이지(P2)의 압력을 측정한다.
위 시험을 3회 반복하고, 유량곡선을 완성한다.
테스트 레귤레이터(120)의 히스테리시스(hysteresis) 값을 기록한다. 히스테리시스 값은 유량 증가 커브와 감소 커브 사이 압력 차이의 최대값으로 한다.
도 7은 히스테리시스의 결과를 예시적으로 나타낸 그래프이다.
2. 유량변화 응답(Step function response)
유량변화에 따른 반응 설정 값의 재현성을 확인하기 위한 목적으로 실시한다. 유량변화에 따른 압력변화 언더댐핑(Underdamping) 특성을 확인하는 것이며, 언더댐핑(Underdamping) 결과값이 낮을수록 안정적이다.
이하에서, 유량변화 응답에 대한 시험방법의 일 예를 제시한다.
가스 공급용 레귤레이터(110)로부터 테스트 레귤레이터(120)로 들어가는 가스(예컨대, N2 가스)의 입력 압력을 75 psig로 설정한다. 가스 공급용 레귤레이터(110)로부터 공급되는 가스의 압력은 1차 설정압력 조절기(135)를 통해 조절될 수 있으며, 1차 설정압력은 제1 게이지(P1)를 통해 센싱할 수 있다.
0.5 LPM의 가스 유량에서 테스트 레귤레이터(120)의 압력을 45 psig로 설정한다. 테스트 레귤레이터(120)로부터 출력되는 가스의 압력은 제2 게이지(P2)를 통해 측정할 수 있다.
밸브(V1, V2)를 닫는 동시에 유량제어기(MFC)(125)를 0 LPM으로 맞추고 제2 게이지(P2)의 압력 기록을 시작하고, 30초 후 유량제어기(MFC)(125)를 0.5 LPM으로 맞추고 밸브(V1, V2)를 연다.
10초 후 밸브(V1, V2)를 닫는 동시에 유량제어기(MFC)(125)를 0 LPM으로 설정한다. 이후 40초를 대기한다.
위 실험을 3회 반복하고, 시간-압력 그래프를 완성한다.
[Pa-Pb], [Pc-Pb], [Pe-Pd], [Pe-Pa]의 결과값을 기록한다.
도 8은 유량변화 응답 곡선의 결과를 예시적으로 나타낸 그래프이다. 도 8에서 p2와 p3 값의 차이가 없을수록 좋은 레귤레이터이다.
3. 설정 값 안정성(Set point stability)
설정 값에 대한 유지력을 확인하기 위한 목적으로 실시한다. 유량변화에 대한 설정압력의 변화 특성을 확인하는 것이며, 설정압력 결과값의 변화가 적을수록 안정적이다.
이하에서, 설정 값 안정성에 대한 시험방법의 일 예를 제시한다.
가스 공급용 레귤레이터(110)로부터 테스트 레귤레이터(120)로 들어가는 가스(예컨대, N2 가스)의 입력 압력을 100 psig로 설정한다. 가스 공급용 레귤레이터(110)로부터 공급되는 가스의 압력은 1차 설정압력 조절기(135)를 통해 조절될 수 있으며, 1차 설정압력은 제1 게이지(P1)를 통해 센싱할 수 있다.
0.5 LPM의 가스 유량에서 테스트 레귤레이터(120)의 압력을 10 psig로 설정한다. 테스트 레귤레이터(120)로부터 출력되는 가스의 압력은 제2 게이지(P2)를 통해 측정할 수 있다.
유량제어기(MFC)(125)를 10 LPM으로 맞추고, 테스트 레귤레이터(120)로부터 출력되는 가스의 압력을 제2 게이지(P2)을 통해 측정하여 기록을 시작한다.
테스트 레귤레이터(120)로부터 출력되는 가스의 압력을 제2 게이지(P2)을 통해 5분간 측정하고, 최대값과 최소값의 1/2을 구한다.
가스 공급용 레귤레이터(110)로부터 테스트 레귤레이터(120)로 들어가는 가스(예컨대, N2 가스)의 입력 압력을 50 psig로 설정하고, 위 실험을 반복한다.
두 실험의 평균값을 설정 값 안정성(Set point stability) 결과값으로 기록한다.
도 9는 설정 값 안정성의 결과를 예시적으로 나타낸 그래프이다.
4. 공명(Resonance)
작동 중 공명 발생의 유/무를 확인하기 위한 목적으로 실시한다. 시험 진행 중 이상 소음 및 공명에 의한 떨림이 발생하는지를 확인하는 것이며, 공명이 발생하지 않아야 한다.
이하에서, 공명에 대한 시험방법의 일 예를 제시한다.
유량곡선(Hysteresis) 시험과 동일한 시험 조건을 진행하면서 이상소음 및 공명에 의한 떨림이 발생하는지 지속적으로 확인한다.
시험 도중 공명이 확인되면 공명 유(有)/무(無)) 내용을 기록한다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
105: 가스 공급기 110: 가스 공급용 레귤레이터
120: 테스트 레귤레이터 125: 유량제어기
P1: 제1 게이지 P2: 제2 게이지
V1, V2, V3, V4: 밸브 150: 샘플 정합 장치
152: 포트 154: 액추에이터
156: 제1 프레임 158: 제1 이동레일
160: 받침판 162: 작동 버튼
164: 메인전원 버튼 166: 전원표시램프
168a: 제2 이동레일 168b: 제3 이동레일
170: 제2 프레임 172: 연결바
174: 도관 176: 제4 이동레일

Claims (10)

  1. 가스를 공급하기 위한 가스 공급기;
    상기 가스 공급기로부터 공급받은 가스를 일정한 압력으로 흘려주기 위한 가스 공급용 레귤레이터;
    상기 가스 공급용 레귤레이터로부터 유출되는 가스의 흐름을 차단하기 위한 제1 밸브;
    상기 가스 공급용 레귤레이터로부터 유출되는 가스의 압력을 측정하기 위한 제1 게이지;
    상기 가스 공급용 레귤레이터로부터 유입된 가스가 배출되는 부분으로서 테스트 레귤레이터에 결합되는 부위인 포트를 이동시켜 테스트 레귤레이터에 결합되게 하는 샘플 정합 장치;
    상기 포트에 결합되고 압력 제어 성능을 테스트 하려는 테스트 레귤레이터;
    상기 테스트 레귤레이터로부터 유출되는 가스의 압력을 측정하기 위한 제2 게이지;
    상기 테스트 레귤레이터로부터 유출되는 가스의 흐름을 차단하기 위한 제2 밸브; 및
    상기 테스트 레귤레이터로부터 유출되는 가스의 흐름을 제어하기 위한 유량제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 레귤레이터 성능시험 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 가스 공급용 레귤레이터와 상기 테스트 레귤레이터 사이에 있는 가스를 외부로 배출하기 위한 제3 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 레귤레이터 성능시험 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제3 밸브와 상기 제1 게이지는 상기 샘플 정합 장치에 장착되어 있고, 상기 샘플 정합 장치의 구동에 연동되어 이동할 수 있게 구비되는 것을 특징으로 하는 가스 레귤레이터 성능시험 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 유량제어기로부터 유출되는 가스의 흐름을 차단하기 위한 제4 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 레귤레이터 성능시험 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 샘플 정합 장치는,
    상기 가스 공급용 레귤레이터로부터 유입된 가스를 상기 테스트 레귤레이터로 배출하기 위한 포트;
    상기 포트와 상기 테스트 레귤레이터 사이의 거리를 조절하기 위한 액추에이터;
    상기 액추에이터의 구동에 의해 상기 테스트 레귤레이터가 위치된 방향을 따라 왕복 이동될 수 있게 구비되고 상기 포트가 결합되어 있는 제1 프레임; 및
    상기 제1 프레임의 이동을 위한 제1 이동레일을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 레귤레이터 성능시험 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 샘플 정합 장치는,
    상기 테스트 레귤레이터가 위치된 방향을 따라 왕복 이동될 수 있게 구비되고 상기 액추에이터를 지지하기 위한 받침판;
    상기 받침판의 이동을 위한 제2 및 제3 이동레일; 및
    연결바를 통해 상기 제1 프레임과 결합되어 있고 상기 제1 프레임의 움직임에 따라 연동되어 이동할 수 있고 상기 가스 공급용 레귤레이터로부터 유입된 가스가 통과하는 도관을 지지하는 역할을 하는 제2 프레임을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 레귤레이터 성능시험 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 샘플 정합 장치는,
    상기 제2 프레임의 이동을 위한 제4 이동레일을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 레귤레이터 성능시험 장치.
  8. 제1항에 기재된 가스 레귤레이터 성능시험 장치를 이용한 히스테리시스(hysteresis)를 시험하는 방법에 있어서,
    (a) 가스 공급용 레귤레이터로부터 테스트 레귤레이터로 들어가는 가스의 입력 압력을 제1 압력으로 설정하는 단계;
    (b) O LPM보다 높은 제1 가스 유량에서 테스트 레귤레이터의 압력을 상기 제1 압력보다 낮은 제2 압력으로 설정하는 단계;
    (c) 가스의 유량을 제2 유량까지 올리면서 제2 게이지의 압력을 측정하는 단계;
    (d) 가스의 유량을 상기 제2 유량보다 낮은 제1 가스 유량까지 내리면서 제2 게이지의 압력을 측정하는 단계;
    (e) 상기 (a) 내지 상기 (d) 단계를 3회 반복하여 유량 곡선을 완성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 히스테리시스 시험방법.
  9. 제1항에 기재된 가스 레귤레이터 성능시험 장치를 이용한 유량변화 응답(step function response)을 시험하는 방법에 있어서,
    (a) 가스 공급용 레귤레이터로부터 테스트 레귤레이터로 들어가는 가스의 입력 압력을 제1 압력으로 설정하는 단계;
    (b) O LPM보다 높은 제1 가스 유량에서 테스트 레귤레이터의 압력을 상기 제1 압력보다 낮은 제2 압력으로 설정하는 단계;
    (c) 제1 밸브와 제2 밸브를 닫는 동시에 유량제어기를 0 LPM으로 맞추고 제2 게이지의 압력 기록을 시작하는 단계;
    (d) 30초 후 유량제어기를 제1 가스 유량으로 맞추고 제1 밸브 및 제2 밸브를 여는 단계;
    (e) 10초 후 제1 밸브 및 제2 밸브를 닫는 동시에 유량제어기를 0 LPM으로 설정하는 단계;
    (f) 40초를 대기하는 단계;
    (g) 상기 (a) 내지 (f) 단계를 3회 반복하여 시간-압력 그래프를 완성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유량변화 응답 시험방법.
  10. 제1항에 기재된 가스 레귤레이터 성능시험 장치를 이용한 설정 값 안정성(Set point stability)을 시험하는 방법에 있어서,
    (a) 가스 공급용 레귤레이터로부터 테스트 레귤레이터로 들어가는 가스의 입력 압력을 제1 압력으로 설정하는 단계;
    (b) O LPM보다 높은 제1 가스 유량에서 테스트 레귤레이터의 압력을 상기 제1 압력보다 낮은 제2 압력으로 설정하는 단계;
    (c) 유량제어기를 제1 가스 유량보다 높은 제2 유량으로 맞추고, 테스트 레귤레이터로부터 출력되는 가스의 압력을 제2 게이지를 통해 측정하여 기록을 시작하는 단계;
    (d) 테스트 레귤레이터로부터 출력되는 가스의 압력을 제2 게이지를 통해 5분간 측정하고, 최대값과 최소값의 1/2을 구하는 단계;
    (e) 가스 공급용 레귤레이터로부터 테스트 레귤레이터로 들어가는 가스의 입력 압력을 상기 제1 압력보다 낮은 제2 압력으로 설정하는 단계;
    (f) 상기 (b) 내지 (d) 단계를 반복하는 단계; 및
    (g) 상기 (d)에서 얻은 최대값과 최소값의 1/2 값과 상기 (f) 단계에서 얻은 최대값과 최소값의 1/2 값의 평균값을 설정 값 안정성(Set point stability) 결과값으로 기록하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 설정 값 안정성 시험방법.
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