KR19980702989A - 가열형 압력변환기 조립체 - Google Patents

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팬도르프로버트씨.
데몬아르키발드제이.
토마스프랭크더블유.
블랭켄쉽스티븐디.
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로버트에프.오브라이언
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Abstract

본 발명의 가열형 압력변환기(200)는 외부하우징(212), 외부하우징(212) 내에 장설된 제1 열외갑체와 제1 열외갑체(216) 내에 장설된 감지기(210)를 포함한다. 또한 변환기(200)는 제1 열외갑체(216)를 가열하기 위한 히터(218)와 이 히터(218)를 제어하기 위한 제어유니트를 포함한다. 튜우브(214)가 감지기(210)를 가열가압가스(124)의 공급원에 결합시키며 변환기(200)는 또한 튜우브(214)에 열을 가하기 위하여 제어유니트에 의해 제어되는 튜우브가 열기(232)를 포함한다. 또한 변환기는 외부하우징(212) 내에 장설된 제2 열외갑체를 포함하며 제어유니트의 적어도 일부가 제2 열외갑체 내에 장설된다. 제어유니트에 의하여 제어되는 히터가 제2 열외갑체를 가열하기 위하여 제2 열외갑체에 근접하여 배치된다.

Description

가열형 압력변환기 조립체
예를 들어, 반도체 제품의 제조에 있어서, 여러가지 증착방법이 유용한 것으로 알려져 있다. 이들 방법들은 전형적으로 전도성, 반전도성 및 절연성 물질을 포함하는 여러 물질의 매우 얇은 층을 기재상에 부착시키는데 이용된다. 증착방법은 전형적으로 공정대상물에 응축되는 기체상태 또는 증기상태로 각 부착물질이 증착챔버로 이송되는 것이 요구된다. 이러한 증착방법의 효과적인 작동은 공정에 사용된 기체 또는 증기의 압력의 정밀한 제어를 요구한다. 증기상태의 증착물질이 비교적 낮은 응축온도(즉, 실온 이하의 온도)를 갖는 경우 이 물질의 압력은 실온에서 작동하는 압력변환기를 이용하여 제어될 수 있다. 그러나, 기체상태 또는 증기상태의 증착물질이 비교적 높은 응축온도, 즉 실온이상의 온도를 가질 때에 응축을 방지하기 위하여 이러한 물질은 가열되고 이들의 응축온도 이상으로 유지되며, 이와 같이 가열형 변환기가 이들 고온기체 또는 증기의 압력을 측정하기 위하여 사용된다. 또한 가열형 압력변환기는 고체물질의 승화 또는 침전을 방지하기 위하여 가열된다. 예를 들어, 잘 알려진 바와 같이, 염화암모늄(NH4Cl)은 실리콘질화물(Si3N4)의 층을 증착시키는 공정에서 생성되는 화학부산물이며, 압력과 온도가 너무 떨어지면 NH4Cl이 승화하여 어떠한 냉각노출면에 고체염을 형성한다. 이러한 NH4Cl의 승화를 방지하기 위하여 이들 공정은 150℃에서 수행된다.
도 1은 전형적으로 비교적 고온에 관련하여 증착공정에 이용되는 형태인 종래기술의 가열형 압력변환기 조립체(100)의 일부단면을 보인 것이다. 변환기 조립체(100)는 외부케이스 또는 하우징(112)으로 둘러싸인 내부공간 내에 장설되는 압력감응 감지기(110)를 포함한다. 이 감지기(110)는 용량형이며 가열된 증발물질을 받아들이기 위한 입력포트(110a)와, 변환기 조립체로 유입되는 증발물질의 압력을 나타내는 전기적인 신호를 제공하기 위한 두개의 출력단자(도시하지 않았음)를 포함한다. 감지기(110)는 용량소자로 구성되어 두 출력단자 사이에서 생성된 측정용량이 입력포트(110a)에서 압력의 함수에 따라 달라진다.
또한 변환기 조립체(100)는 가압증기기의 공급원을 감지기(110)의 입력포트(110a)에 연결하기 위한 튜우브(114)를 포함한다. 튜우브(114)는 일측단부(114a)가 입력포트(110a)에 근접하여 감지기(110)에 결합되고 단부(114a)로부터 외부하우징(112)에 형성된 통공(112a)을 통하여 연장되며 타측단부(114b)에서 가열가압증기원(124)을 제공하는 가열가스라인(112)에 결합된다. 또한 변환기 조립체(100)는 비교적 열전도성이 큰 물질로 구성된 열외갑체(116), 포일히터(118)와 제어유니트(120) (도 1A에 도시함)를 포함한다. 일련의 스크류(121)(하나만을 보임)가 하우징(112) 내에 열외갑체(116)를 고정적으로 착설한다. 포일히터(118)는 열외갑체(116)의 둘레에 싸여 있으며 감지기(110)가 열외갑체(116) 내에 장설되어 튜우브(114)가 외갑체(116)의 통공(116a)을 통하여 관통한다. 제어유니트(120)(도 1A에서 보임)는 히터(118)의 작동을 제어하고 감지기(110)의 출력단자 사이의 용량을 측정하며 이로부터 입력포트(110a)에서 압력을 나타내는 변환기 출력신호를 발생한다.
실제로, 도 1에서 보인 바와 같이, 튜우브(114)의 단부(114b)는 입력포트(110a)에 가열가압증기원(124)을 제공토록 가압증기(124)를 수용하는 가열가스라인(122)에 결합된다. 제어유니트(120)(도 1A의)는 열외갑체(116)와 감지기(110)가 요구된 작동온도에서 실질적인 열평형을 유지하도록(즉, 라인 122의 증기 124의 요구된 온도와 동일하거나 가깝게 유지하도록) 포일히터(118)를 제어한다. 외부하우징(112)은 통상적으로 열외갑체(116)와 히터(118)로부터 절연되어 하우징(112)은 이 하우징(112)을 둘러싸고 있는 주위의 온도, 즉 실온정도로 안정된다.
가열형 변환기 조립체(100)와 같은 변환기는 이러한 변환기 조립체에 관련하여 여러 문제가 있음에도 불구하고 다년간 사용되어 왔다. 예를 들어, 변환기 조립체(100)가 비교적 높은 온도, 예를 들어 약 80℃ 이상의 온도에서 작동될 때에 튜우브(114)는 중요한 열손실원이 된다. 비록 작동중에 감지기(110)와 라인(122)의 증기(124)가 동일한 작동온도로 가열되고 튜우브(114)의 양단부(114a)(114b)의 온도가 이러한 작동온도에 근접하게 되나, 주위 온도로 유지된 외부하우징(112)이 튜우브(114)에 물리적으로 접촉하고 있어 튜우브(114)를 통한 온도기울기 때문에 튜우브(114)로부터 상당량의 열이 전도되어 나가도록 하는 경향을 보인다. 튜우브(114)로부터의 열손실이 커서 튜우브(114) 내에 증기(124)가 응축될 때에 이러한 열손실은 변환기 조립체(100)에 의하여 제공되는 압력측정의 정확도에 좋지 않은 영향을 준다. 더욱이 응축이 충분히 일어나지 않을 때에도 튜우브(114)로부터의 열손실은 감지기(110)를 통하여 온도 기울기를 보이므로서 감지기(110)의 열평형을 깨뜨리며 변환기 조립체(100)에 의하여 제공되는 압력측정의 정확도에 좋지 않은 영향을 준다.
튜우브(114)의 온도를 제어하기 위한 노력으로, 변환기 조립체(100)의 사용자는 하우징(112)과 라인(122) 사이에 연장된 튜우브(114)의 부분에 히터를 부착하고 단열처리 한다. 이러한 방식이 항시 만족스러운 것은 아니다. 튜우브(114) 내에서 증기(124)가 응축되는 것을 방지하도록 튜우브(114)가 충분히 가열될 때에도 외부하우징(112)은 튜우브(114)로부터 비교적 많은 양의 열을 빼앗아 튜우브(114)와 감지기(110) 사이에 온도기울기가 나타나도록 하며, 이미 언급된 바와 같이, 이러한 온도기울기는 변환기 조립체(100)에 의하여 제공되는 압력측정의 정확도에 좋지 않은 영향을 줄 것이다.
또한 변환기 조립체(100)의 사용자는 튜우브(114) 내에 가스(124)가 응축되는 것을 방지하기 위하여 외부하우징(112)과 튜우브(114)를 포함하는 전체 조립체를 열피복체로 둘러쳤다. 그러나, 이러한 방식은 제어유니트가 과열되게 하므로서 그 사용수명을 감소시킬 뿐만 아니라 감지기(110)의 열평형을 흩으러뜨려 변환기 조립체(100)에 의하여 제공된 압력측정의 정확도에 좋지 않은 영향을 주게 된다.
또한 외부하우징(112)은 스크류(121)를 통하여서도 열외갑체(116)로부터 상당량의 열을 빼앗으며 이러한 열전도로 외갑체(116)의 온도기울기가 나타난다. 다른 실시형태에서, 이러한 열손실은 스크류(121)를 제거하고 튜우브(114)에 외부하우징을 클램핑하여 고정하므로서 제어된다. 그러나, 이러한 방식은 튜우브(114)와 하우징(112) 사이에 열전도를 증가시켜 상기 언급된 문제를 더욱 악화시킨다.
변환기 조립체(100)의 다른 결점은 제어유니트(120)(도 1A에서 보임)의 온도감응 특성에 관련한 것이다. 상기 언급된 바와 같이, 제어유니트(120)는 감지기(110)의 출력단자 사이의 용량을 측정하고 이로부터 입력포트(110a)에서 입력을 직접적으로 나타내는 변환기 출력신호를 발생한다. 예를 들어, 변환기 출력신호는 입력포트(110a)에서 압력에 비례하는 전압에 의하여 특징지어지는 전기신호이며, 이러한 신호를 발생하기 위하여 제어유니트(120)는 감지기(110)에 관련된 높은 비직선성 효과에 대한 선형화와 보상을 제공한다. 또한 제어유니트(120)는 히터(118)의 작동을 제어한다.
제어유니트(120)의 성능은 제어유니트(120)를 구성토록 사용된 많은 부품들이 스스로 온도에 민감한 것이므로 온도에 감응한다. 더욱이, 제어유니트(120)를 구성하는데 사용되는 많은 구성부품의 수명이 온도에 따라 좌우되므로 제어유니트(120)가 비교적 높은 온도에서 작동될 때에 고장율이 높다. 따라서, 제어유니트(120)의 작동온도를 일정하게 유지하여 제어유니트(120)의 성능이 주위온도의 변화에 따라 변화되지 않도록 하는 것이 바람직하며, 또한 고장율을 낮추기 위하여 제어유니트(120)를 비교적 낮은 온도에서 작동시키는 것이 좋다.
대부분 종래기술의 가열형 압력변환기는 감지기(110)와 제어유니트(120)의 온도가 45℃를 유지토록 설계되어 있어 이러한 변환기를 주로 45도 변환기라 부른다. 45도 변환기에 있어서, 제어유니트(120)는 45℃의 온도에서 작동토록 정하여져 있는 비교적 저가의 전자부품(즉, 상업용 부품)으로 구성된다. 이들 유니트에서, 제어유니트(120)는 외부하우징(112) 내에 착설되어 변환기 조립체의 일부를 구성한다. 이들의 비교적 낮은 작동온도에 의하여, 45도 변환기는 비교적 고장율이 낮으나 이들의 45℃ 작동온도는 대부분의 경우에 너무 낮다.
대부분의 고온분야에서는 감지기(110)와 제어유니트(120)의 온도가 100℃로 유지되는 100도 변환기가 사용된다. 이러한 100도 변환기에 있어서, 제어유니트(120)는 100℃ 온도에서 작동토록 정하여진 비교적 고가의 전자부품(즉, 군용부품)으로 구성되며, 제어유니트는 변환기(100)와 일체의 부분으로 밀봉된다. 군용부품의 사용은 이러한 변환기의 코스트를 증가시키며, 이들 고가의 부품이 사용될 때에도 이러한 변환기는 비교적 높은 작동온도에서는 고장율이 증가한다.
매우 높은 고온의 분야에서는 감지기(110)의 온도가 150℃에서 유지되는 150도 변환기가 사용된다. 이러한 150℃의 작동온도는 군용부품이라 할지라도 너무 높으므로 이러한 변환기에서 제어유니트(120)는 감지기(110)를 제어유니트(120)로부터 열적으로 격리토록 감지기(110)로부터 원격한 위치에 놓이며, 제어유니트(120)는 비교적 기다란 케이블에 의하여 감지기(110)와 히터(118)에 전기적으로 결합된다. 그러나, 이러한 기다란 케이블을 사용하는 경우 잡음이 발생하고 변환기 조립체(100)가 전기적으로 불안정하게 된다. 더욱이 제어유니트(120)가 변환기와 일체의 부분으로 포함되지 못하므로 150도 변환기의 밀봉이 편리하지 않다.
부호 100으로 보인 종래기술의 변환기 조립체가 갖는 다른 결점은 이러한 조립체의 스타트 업 또는 워밍 업 시간에 관련된 것이다. 변환기 조립체(100)는 감지기(110)가 요구된 작동온도에서 열평형일 때에만 정확한 측정이 이루어지도록 하며, 워밍 업 시간은 초기 냉간 또는 실온 상태로부터 요구된 열평형 상태로 전이하는데 요구되는 변환기 조립체(100)의 시간이다. 변환기 조립체(100)의 워밍 업중에 제어유니트(120)는 히터(118)를 작동시켜 제어방식으로 외갑체(116)에 열을 가하므로서 외갑체(116)의 온도가 요구된 작동온도를 유지토록 한다. 변환기 조립체(100)는 도 1에서 부호 164로 보인 바와 같이 열외갑체(116) 상에 배치된 서미스터(잘 알려진 바와 같이 이는 장치온도의 함수에 따라 변화하는 전기 저항을 갖는 장치이다)를 포함한다. 제어유니트(120)는 열외갑체(116)의 온도를 감지토록 서미스터(164)를 이용하며 외갑체(116)의 온도를 요구된 작동온도로 유지하도록 히터(118)를 제어한다. 제어유니트(120)는 요구된 작동온도에서 영평형에 도달토록 감지기(110)에 대하여 요구되는 한 요구된 작동온도와 동일하게 외갑체(116)의 온도를 유지한다. 요구된 작동온도가 150℃ 정도일 때에 변환기 조립체(100)의 워밍 업 시간은 수시간(예를 들어 4시간) 정도인 바, 이러한 긴 워밍 업 시간은 편리하지 않다.
감지기(110)를 열평형 상태로 유지할 수 있도록 하기 위하여 변환기 조립체(100)는 열외갑체(116)와 감지기(110) 사이에 절연 에어갭을 제공한다. 비록 이러한 에어갭이 감지기(110)가 요구된 작동온도까지 워밍 업된 후에 이 감지기(110)가 용이하게 열평형을 유지토록 하나 이러한 절연 에어갭을 초기에 감지기(110)를 워밍 업 시키는데 요구된 시간을 증가시킨다.
발명의 목적
본 발명의 목적은 상기 언급된 종래기술의 문제점을 해소하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 개선된 열특성을 갖는 개선된 가열형 압력변환기 조립체를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 변환기의 감지기와 제어유니트의 독립된 온도제어가 이루어지는 개선된 가열형 압력변환기 조립체를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 압력이 측정된 증기의 온도에 영향을 주지 아니하고 변환기 조립체를 냉각시키기 위하여 환기가 이루어지는 개선된 가열형 압력변환기 조립체를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 감지기를 가열가스라인에 연결하는 튜우브를 가열하기 위한 튜우브-히터를 제공하는 개선된 가열형 압력변환기 조립체를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 도 1의 변환기에 비하여 워밍 업 시간이 짧은 개선된 가열형 압력변환기 조립체를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 감지기를 가열하기 위한 보조가열기를 포함하는 개선된 가열형 압력변환기 조립체를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 감지기와 감지기가 내장된 열외갑체의 온도를 감지하기 위한 두개의 서미스터를 포함하는 개선된 가열형 압력변환기 조립체를 제공하는데 있다.
발명의 요약
이들 목적과 다른 목적들이 개선된 가열형 압력변환기에 의하여 제공된다. 본 발명의 한 관점에 따라서, 변환기 조립체는 외부하우징, 외부하우징 내에 장설된 제1 열외갑체와, 제1 열외갑체 내에 장설된 감지기를 포함한다. 또한 변환기 조립체는 제1 열외갑체를 가열하기 위한 히터와 이 히터를 제어하기 위한 제어유니트를 포함한다. 튜우브가 감지기를 가열가압가스 또는 증기의 소오스에 결합하며 변환기 조립체는 튜우브에 열을 가하기 위하여 제어유니트에 의하여 제어되는 튜우브 가열기를 포함한다.
본 발명의 다른 관점에 따라서, 변환기 조립체는 외부하우징 내에 장설되는 제2 열외갑체를 포함하고 이 제2 열외갑체 내에 제어유니트의 적어도 일부가 장설된다. 제어유니트에 의하여 제어되는 히터는 이러한 제2 열외갑체를 가열하기 위하여 제2 열외갑체에 근접하게 배치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점에 따라서, 감지기를 가열하기 위하여 제1 열외갑체 내에 배치되는 보조히터가 포함될 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점에 따라서, 두개의 서미스터가 감지기와 제1 열외갑체의 온도를 측정하기 위하여 포함될 수 있다.
본 발명의 다른 목적과 잇점은 여러 실시형태를 본 발명의 최상 설명방식으로 도시하고 설명되는 다음의 설명으로부터 당해 기술분야의 전문가라면 쉽게 알 수 있을 것이다. 잘 이해될 수 있는 바와 같이 본 발명은 다른 실시형태를 구현할 수 있으며 본 발명을 벗어나지 아니하고 여러 관점에서 수정이 가능하다. 따라서, 도면과 설명은 단순히 설명을 위한 것이며 어떠한 제한을 두는 것은 아니고 본 발명의 범위는 청구범위에 나타나 있다.
본 발명은 압력변환기 조립체에 관한 것으로, 특히 본 발명은 개선된 열특성을 갖는 압력변환기 조립체에 관한 것이다.
본 발명의 특징과 목적을 충분히 이해하기 위하여 다음의 설명은 첨부도면에 의거하여 이루어지며 동일 또는 유사한 부분에 대하여서는 동일한 부호를 표시하였다.
도 1은 가열가스라인에 결합된 종래기술의 가열형 압력변환기 조립체의 단면도.
도 1A는 도 1의 실시형태에 사용된 제어유니트의 블럭 다이아그램.
도 2A는 본 발명에 따라 구성되고 튜우브 히터를 포함하는 개선된 가열형 압력변환기 조립체의 한 실시형태를 보인 단면도.
도 2B와 도 2C는 각각 도 2A에서 보인 튜우브 클램프의 정면도와 평면도.
도 2D는 도 2A에서 보인 튜우브 히터의 평면도.
도 2E는 도 2A-2D에 대하여 기술된 실시형태에 사용되는 제어유니트의 블럭 다이아그램.
도 2F는 도 2A의 변환기 조립체의 부분 확대도.
도 3은 제어유니트를 냉각시키기 위하여 환기가 이루어지는 본 발명에 따라 구성된 가열형 압력변환기 조립체의 한 실시형태를 보인 단면도.
도 4는 제어유니트를 냉각시키기 위하여 환기가 이루어지는 본 발명에 따라 구성된 가열형 압력변환기 조립체의 다른 실시형태를 보인 단면도.
도 5는 본 발명에 따라 구성되고 보조히터와 두개의 서미스터를 포함하는 가열형 압력변환기 조립체의 실시형태를 보인 단면도.
도 5A는 도 5에 대하여 설명된 실시형태에 사용되는 제어유니트의 블럭 다이아그램.
도 6은 도 5에서 보인 서미스터를 열적으로 고정하기 위하여 사용된 형태의 열앵커를 보인 구성도.
도 7A-7C는 본 발명에 따라 구성된 가열형 압력변환기에 의한 워밍업 시간의 개선점을 설명하는 온도대 시간의 그래프.
도 2A는 본 발명의 적어도 한 관점에 따라 구성된 가열형 압력변환기 조립체(200)의 단면을 보인 것이다. 이후 상세히 설명되는 바와 같이, 변환기 조립체(200)는 종래기술의 변환기 조립체(100)보다 나은 성능을 보인다. 변환기 조립체(200)는 고온증착 공정에 관련하여 유리하게 사용될 수 있으며, 전문가라면 잘 알 수 있는 바와 같이, 변환기 조립체(200)는 여러 다른 분야에, 예를 들어 반응이온에칭 공정에 사용될 수 있다.
변환기 조립체(200)는 외부하우징(212)에 의하여 둘러싸인 내부공간 내에 장설되는 압력감응 감지기(210)를 포함하고 압력이 측정되는 가스나 증기가 공급되는 입력포트(210a)를 포함한다. 감지기(210)는 예를 들어 두개의 출력단자(도시하지 않았음)를 포함하는 용량형 감지기로서 두 출력단자 사이에서 측정된 용량이 입력포트(210a)의 입력에 관련되고 이 압력의 함수가 되도록 구성되어 있다. 그러나, 감지기(210)는 압력의 함수에 따라 변화하는 측정될 수 있는 작동 파라메타를 갖는 다른 형태의 압력감응 변환기를 이용하여 실현될 수 있다. 더우기 변환기 조립체(200)는 입력포트(210a)를 가압가스 또는 증기의 소오스에 결합하기 위한 튜우브(214)를 포함한다. 이 튜우브(214)는 단부(214a)가 입력포트(210a)에 근접하여 감지기(210)에 결합되고, 외부하우징(212)의 저면판(212b)에 형성된 통공(212a)을 통하여 연장되며 그 대향단부(214b)는 가열증기(124)를 반송하는 가스라인(122)에 연결된다.
변환기 조립체(200)는 비교적 높은 열전도성을 갖는 물질로 만들어진 열외갑체(216), 히터(218)와, 제어유니트(220)(이는 도 2E에 도시됨)를 포함한다. 감지기(210)는 열외갑체(216) 내에 장설되고 튜우브(214)는 외갑체(216)의 통공(216a)으로 관통된다. 열외갑체(216)는 통공(216a)의 부근에서 튜우브(214)에 고정되어 외부하우징(212) 내의 고정위치에 놓인다. 히터(218)는 열외갑체(216)에 근접하여 배치되고, 이 히터(218)는 열외갑체(216)의 외측부에 둘러싸여 고정된 포일히터(즉, 비교적 유연성이 있는 저항형 히터)를 이용하여 구성되는 것이 좋다. 도 2E에 보인 바와 같이, 제어유니트(220)는 감지기(210)의 출력단자 사이의 용량값을 감지하고 이로부터 입력포트(210a)의 압력을 나타내는 변환기 출력신호를 발생하기 위한 신호콘디셔너(220a)를 포함한다. 또한 제어유니트(220)는 이후 상세히 설명되는 바와 같이 히터(218)의 작동을 제어하기 위한 제어기(220b)를 포함한다.
본 발명의 한 관점에 따라서, 도 2A와 도 2F에서 보인 바와 같이, 변환기 조립체(200)는 비교적 높은 열전도성을 갖는 물질로 만들어진 튜우브 클램프(230)와 튜우브 히터(232)를 포함한다. 튜우브 클램프(230)는 튜우브(214)에 고정되고 일련의 스크류(234)(도 2A와 도 2F에 하나만을 도시함)와 같은 적당한 수단이 튜우브 클램프(230)에 외부하우징(212)의 저면판(212b)를 고정적으로 착설한다. 각 스크류(234)는 관상의 단열 격리애자 또는 스패이싱 칼라(236)를 통하여 연장되고, 이 격리애자(236)는 스크류(234)를 조였을 때에 이 격리애자(236)가 튜우브 클램프(230)와 저면판(212b) 사이의 갭(238)을 유지토록 되어 있다. 격리애자(236)는 저면판(212b)로부터 튜우브 클램프(230)를 단열하고 튜우브 클램프(230)와 외부하우징(212) 사이의 열흐름을 감소시키도록 플라스틱 등의 단열물질로 만들어진다.
도 2B와 도 2C는 각각 튜우브 클램프(230)이 정면과 평면을 보인 것이다. 튜우브 클램프(230)에는 중앙통공(230a), 슬로트(230b) 및 스크류공(230c)이 형성되어 있다. 튜우브 클램프(230)가 변환기 조립체(200)에 착설되었을 때(도 2A와 보인 바와 같이), 튜우브(214)는 중앙공(230a)을 통하여 연장된다. 통공(230a)의 크기는 스크류공(230c)에 삽입된 스크류(도 2A에서 부호 229로 보임)를 회전시켜 슬로트(230b)를 확장 또는 축소시켜 조절된다. 튜우브 클램프(230)가 변환기 조립체(200)에 착설되었을 때에 스크류공(230c) 내의 스크류는 통공(230a)을 충분히 축소시키도록 조절되어 튜우브 클램프(230)가 고정되므로서 튜우브(214)와 양호한 열접촉이 이루어지도록 한다. 우선 실시형태가 도 2D에 도시된 튜우브 히터(232)는 튜우브 클램프(230)와 양호한 열접촉이 이루어지도록 배치되어 이 튜우브 히터가 튜우브 클램프(230)에 효율적으로 열을 공급한다. 튜우브 히터(232)는 포일히터를 이용하여 구성되는 것이 좋으며 도 2B에서 보인 바와 같이 튜우브 클램프(230)의 상부면에 양호한 열접촉이 이루어지도록 배치고정 된다. 도 2D와 도 2E에서 보인 바와 같이, 히터(218)의 온도를 제어하는 것과 더불어, 제어유니트(220)는 이후 상세히 설명되는 적당한 온도감지수단에 의하여 감지된 온도에 응답하여 도선(232a)(232b)를 통해 튜우브 히터(232)에 전류를 인가하므로서 튜우브 히터(232)의 온도를 제어한다.
이상의 구성에 더불어, 외부하우징(212)의 저면판(212b)으로부터 가열라인(122)으로 연장된 튜우브(214)의 부분에 절연체(도시하지 않았음)가 감기는 것이 좋으며, 튜우브(214)에 부가적인 히터가 설치되지 아니한다. 작동에 있어서, 라인(122)의 증기(124)는 요구된 온도로 가열되고, 히터(218)는 동일한 작동온도로 감지기(210)를 가열한다. 튜우브 히터(232)는 튜우브 클램프(230)를 가열하므로서 튜우브(214)를 동일 또는 거의 동일한 작동온도로 가열한다. 튜우브 히터(232)는 저면판(212b)에 근접한 튜우브(214)의 부분을 라인(122)의 가열증기(124)와 동일한 온도로 가열하고 또한 튜우브(214)가 저면판(212b)과 가스라인(122) 사이에 절연되어 있으므로 증기(124)와 튜우브(214) 사이에 열이 거의 전달되지 아니한다. 이로써, 튜우브히터(232)는 튜우브 내에서 가스가 응축되는 것을 방지하고 튜우브로부터의 열기울기를 감소시키거나 제거하여 변환기 조립체(200)의 정확성을 개선한다.
튜우브 클램프(230)와 튜우브 히터(232)는 튜우브(214)와 외부하우징(212) 사이에 열버퍼를 제공하여 외부하우징(212)이 튜우브(214)로부터 전도하는 열의 양을 줄인다. 다른 우선 실시형태에서, 변환기 조립체(200)는 외부하우징(212)이 튜우브(214)로부터 전도하는 열의 양을 더욱 줄여주는 여러가지 구성을 포함한다. 좋기로는 도 2A와 도 2F에서 보인 바와 같이, 튜우브 클램프(230)는 이 튜우브 클램프의 일부분이거나 이와 일체로 구성되지 않는 형태이며 외부하우징(212)의 저면판(212b)의 통공(212a)을 통하여 튜우브(214)와 나란히 연장되는 칼라(230d)를 포함하므로서 저면판(212b)이 튜우브(214)에 직접 접촉하지 않아 외부하우징(212)이 튜우브(214)로부터 전도하는 열의 양을 감소시킨다. 또한 도 2F에서 보인 바와 같이, 저면판(212b)의 통공(212a)은 칼라(230d)의 직경보다 큰 직경을 가지므로서 저면판(212b)과 칼라(230d) 사이에 갭(246)이 형성되고, 이 갭은 외부하우징(212)이 튜우브(214)로부터 전도하는 열의 양의 감소시킨다(또한 외부하우징 212이 튜우브 클램프 230으로부터 전도하는 열의 양도 감소시킨다). 또한 저면판(212b)은 도 2F에서 보인 바와 같이 통공(212a)에 근접하여 두께가 얇은 내부환상영역(212bx)를 포함한다. 이와 같이 두께가 얇으므로 이 영역(212bx)은 저면판(212b)의 나머지 부분보다 열저항성이 크고 이로써 외부하우징(212)이 튜우브 클램프(230)로부터 전도하는 열의 양을 감소시킨다.
상기 언급된 바와 같이, 도 1에서 보인 바와 같은 종래기술의 가열형 압력변환기 조립체(100)의 구매자는 전형적으로 가열가스라인(122)에 변환기 조립체(100)를 연결하는 튜우브에 히터를 부착하였어야만 하였다. 비록 이러한 히터가 튜우브(114) 내에서의 응축을 방지하는데 유용하기는 하나 전형적으로 이들이 감지기(110)를 통하여 열기울기를 보이므로 이러한 히터의 사용은 변환기 조립체의 정확도에 좋지않은 영향을 준다. 반대로, 도 2A, 도 2D 및 도 2F의 부가적인 튜우브 히터(232)는 한 부품으로 결합되어 변환기 조립체(200)에 의하여 제어된다. 따라서 변화기 조립체(200)가 라인(122)과 같은 가열가스 또는 증기의 소오스에 결합될 때에 변환기 조립체(200)의 구매자는 튜우브(214)에 외부히터를 부착시킬 필요가 없다. 튜우브 히터(232)는 튜우브(214) 내에서 일어나는 응축을 방지하고 튜우브(214)를 통하여 열기울기를 현저히 감소시키므로서 변환기 조립체(200)의 정확성을 개선한다.
또한, 변환기 조립체(100)에서는 외부하우징(112)이 열외갑체(116)에 부착되나 변환기 조립체(200)에서는 외부하우징(212)이 튜우브 클램프(230)에 부착된다(예를들어 스크류 234를 이용하여). 따라서 외부하우징은 열외갑체(216) 대신에 튜우브 클램프(230)로부터 열을 전도시킬 것이며, 외부하우징이 종래기술에서는 통상적인 것이었던 열외갑체(216)와 감지기(210)를 통한 온도기울기에 기여치 아니한다.
요구된 작동온도를 나타내는 신호와 더불어, 변환기 조립체 상에 또는 변환기 조립체 내의 일부 선택장소의 실제온도를 나타내도록 입력신호를 도 2E의 제어기(220b)에 제공토록 적어도 하나의 온도감지기(도시하지 않았음)가 사용되거나, 또는 하나 이상의 온도감지기(도시하지 않았음)가 변환기 조립체 상에 또는 변환기 조립체 내의 하나 이상의 장소에서 온도를 나타내도록 제공될 수 있다(예를 들어, 하나의 온도감지기가 감지기 210의 온도를 측정하는데 사용되고 다른 온도감지기가 튜우브 클램프 230의 온도를 측정하는데 사용될 수 있다). 제어기(220b)는 PID 제어기와 같은 별도의 두 제어기, 즉 히터(218)를 제어하기 위한 하나의 제어기와 튜우브 히터(232)를 제어하기 위한 다른 하나의 제어기를 포함한다. 또한 제어유니트(220)는 입력온도 표시신호에 응답하여 양히터(218)(232)의 작동을 제어하는 단일제어기를 이용할 수 있다. 단일 제어기는 예를 들어 히터(218)(232)에 인가되는 전류의 비율이 일정하도록 하므로서 양측 히터를 제어한다.
변환기 조립체(200)의 우선 실시형태가 튜우브 클램프(230)와 튜우브 히터(232)를 포함하는 한편, 튜우브 클램프(230)와 튜우브 히터(232)를 포함하지 아니하는 조립체(200)의 실시형태에 의하여 종래기술의 튜우브(214) 이상의 개선된 온도제어가 이루어질 수 있다. 이러한 실시형태에서, 통공(212a)은 충분히 커서 저면판(212b)이 튜우브(214)와 접촉하지 아니하고 절연체(도시하지 않았음)가 튜우브(214)의 전 길이 또는 일부의 둘레에 감긴다.
상기 언급된 바와 같이, 일부 종래기술의 가열형 압력변환기에 있어서, 제어유니트는 변환기 조립체와 일체로 구성된다. 그러나, 이들 변환기 조립체는 비교적 낮은 작동온도(예를 들어, 45℃)를 이용하고, 고가의 군용부품을 이용하거나 사용수명이 비교적 짧다. 따라서 다른 대부분의 종래기술의 가열형 압력변환기 조립체에 있어서는 제어유니트가 감지기에 가하여지는 열이 온도감응형 제어유니트의 성능에 좋지 않은 영향을 주는 것을 방지하기 위하여 변환기 조립체로부터 원격한 장소에 배치된다. 전형적으로 제어유니트는 케이블로 변환기 조립체에 연결된다. 그러나, 제어유니트를 변환기 조립체로부터 원격한 장소에 배치하는 것은 변환기 조립체의 포장이 불편하도록 하고 변환기 조립체의 전기적인 안정성이 크게 떨어지며 변환기의 출력에서 잡음이 증가한다.
종래기술과는 대조적으로, 본 발명의 또 다른 관점에 따라서, 제어유니트(220)가 변환기 조립체(200)에 일체로 구성되고, 여기에서 제어유니트(220)의 온도가 감지기(210)의 온도와는 독립적으로 제어된다. 제어유니트를 감지기에 결합하는데 통상적으로 사용되는 기다란 케이블을 사용하지 않으므로 변환기 조립체(200)의 안정성을 개선하고 잡음을 제거할 수 있으며, 제어유니트(220)의 온도를 독립적으로 제어하므로서 변환기 조립체(200)의 사용수명을 연장시킬 수 있고 변환기 조립체(200)가 감지기(210)의 광범위한 작동온도에서 일관성 있고, 반복적으로 기능을 수행할 수 있도록 한다. 더욱이 변환기 조립체(200)와 일체로 구성되게 제어유니트(220)를 포함하므로서 가열형 변환기의 포장이 편리하게 된다. 제어유니트(220)의 온도는 60℃ 보다 낮거나 같은 온도로 일정하게 제어되는 것이 좋은데, 이는 이러한 온도가 이와 같은 온도 이상에서 작동토록 정하여지지 아니한 비교적 저가의 전자부품으로 제어유니트(220)를 제작할 수 있도록 하기 때문이다. 물론 제어유니트(220)의 보다 높은 작동온도도 가능한데, 이 경우에 있어서 제어유니트는 높은 작동온도 범위를 갖는 보다 고가의 전기부품(예를 들어 군용부품)으로 제작되는 것이 좋다. 어느 경우든지, 제어유니트(220)의 온도는 감지기(210)의 온도보다 낮게 제어된다.
도 3은 제어유니트(220)가 변환기 조립체(200)의 일부로 일체가 되게 형성된 변환기 조립체(200)의 한 실시형태를 보인 것이다. 이 실시형태에서, 변환기 조립체(200)는 비교적 높은 열전도성을 갖는 물질로 제작되고 외부하우징(212)으로 둘러싸인 내부공간을 하측부분과 상측부분으로 나누는 열분로기(240)를 포함한다. 감지기(210)는 내부공간의 하측부에서 분로기(240)의 하측에 장설되고 제어유니트(220)는 내부공간의 상측부에서 분로기(240)의 상측에 장설된다. 도시된 실시형태에서, 제어유니트(220)는 두개의 인쇄회로(PC)기판(220a)(220b)을 이용하여 구성된다. 또한 변환기 조립체(200)는 PC기판(220a)을 수용하기 위한 비교적 높은 열전도성 물질로 된 열외갑체(242)와, 외갑체(242)와 열접촉 되게 배치되어 제어유니트(220)의 제어하에 작동되는 히터(244)를 포함한다. PC기판(220b)은 열외갑체(242)의 상부에 장설된다. 더욱이, 외부하우징(212)에는 이후 상세히 설명되는 바와 같이 냉각이 효과적으로 이루어지도록 하는 다수의 슬로트, 또는 통기구 또는 통공(212c)이 형성되어 있다. 절연체(246)가 열외갑체(242)와 열분로기(240) 사이, 그리고 열외갑체(216)와 외부하우징(212) 사이에 배치되는 것이 좋다. 또한 변환기 조립체(200)는 외갑체(242)의 온도를 측정하기 위하여 열외갑체(242)와 열접촉되게 배치되는 서미스터(249)를 포함한다.
제어유니트(220)는 자신의 온도를 스스로 조절하므로서 제어유니트를 원격한 위치에 배치시킬 필요가 없도록 한다. 따라서, 변환기 조립체(200)의 모든 구성요소들은 외부하우징(212) 내에 편리하게 포장되고 변환기 조립체(200)의 안정성이 개선되고 잡음발생이 방지된다.
작동에 있어서, 열분로기(240)와 통기구(212c)는 서로 협동하여 대류냉각이 이루어지도록 하므로서 감지기(210)와 제어유니트(220) 사이의 요구된 온도 차이를 유지할 수 있도록 한다. 화살표(248)는 변한기 조립체(200)를 통한 공기의 유동방향을 보인 것이다. 절연체(246)는 감지기(210)로부터 제어유니트(220)로 열이 전달되는 것을 방지하고, 열분로기(240)는 감지기(210)로부터 과잉의 열을 변환기(200)의 주위로 전도하여 여기에서 통기구(212c)를 통하여 흐르는 냉각공기가 변환기(200)로부터 열을 빼앗는다. 변환기(200)의 다른 실시형태에서 제어유니트(220)와 감지기(210) 사이의 요구된 온도 차이를 유지하도록 능동형 냉각유니트(도시하지 않았음)가 사용될 수 있으나, 우선 실시형태에서는 이러한 냉각유니트가 사용되지 아니한다. 도 3에 도시된 실시형태에서, 히터(244)가 작동치 않을 때에, 열분로기(240)와 통기구(212c)는 열외갑체(242)와 제어유니트(220)의 온도가 유니트(220)의 요구된 작동온도 이하로 유지되도록 충분한 냉각이 이루어지도록 한다. 그리고 작동시에 제어유니트(220)는 열외갑체(242)에 열을 가하는 히터(244)를 이용하므로서(즉, 능동적인 냉각이 요구되지 않음) 열외갑체(242)와 제어유니트(220)를 요구된 작동온도에서 간단히 열평형이 되게 유지할 것이다. 제어유니트(220)는 서미스터(249)에 의하여 이루어지는 외갑체(242)의 온도측정에 응답하여 히터(244)를 제어하기 위한 PID 제어기와 같은 제어기를 포함한다.
도 3의 도시된 실시형태에서, 제어유니트(220)는 두개의 PC 기판(220a)(220b)을 이용하여 구성되며, 하나의 기판(220a)은 열외갑체(220) 내에 배치되는 반면에 다른 하나의 기판(220b)은 외갑체의 상부에 배치된다. 일반적으로, 이러한 구성에 있어서, 제어유니트(220)의 온도감응 구성요소의 대부분이 기판(220a) 상에 배치되고 최상의 열을 발생하는 제어유니트(220)의 구성요소는 기판(220b) 상에 배치된다. 제어기(220)는 열외갑체(242)와 기판(220a)이 열평형되게 유지되도록 히터(244)를 제어하는 반면에 기판(220b)의 온도는 공기의 대류와 PC 기판(220b)에 의하여 발생된 열의 양에 따라서 평형온도로부터 변화되도록 한다. 외갑체(242) 내에 PC 기판(220a) 만을 포함시키므로서 유니트(220)의 온도제어를 단순화할 수 있으나 다른 실시형태에서 모든 제어유니트(220)가 열외갑체(242) 내에 배치될 수도 있다.
좋기로는, 제어유니트(220)가 자신의 온도를 감지기(210)의 작동온도에 관계없이 일정하게, 예를 들어 60℃로 유지하는 것이다. 도 3에 도시된 실시형태는 감지기(210)와 제어기(220) 사이에 적어도 90℃의 온도 차이를 유지하기 위하여 충분한 냉각이 이루어지도록 되어 있다. 따라서, 감지기(210)는 제어유니트(220)의 요구된 60℃ 작동온도에 간섭함이 없이 적어도 150℃의 고온에서 작동될 수 있다. 감지기(210)가 150℃의 작동온도로 유지될 때에 변환기 조립체(200)는 실리콘질화물 화학증착공정에 사용하기에 이상적으로 적합하게 된다.
도 4는 본 발명의 또 다른 관점의 단면을 보인 것으로, 여기에서 도시된 변환기 조립체(200)는 도 3에 도시된 실시형태에 비교하였을 때에 부가적인 냉각이 이루어진다. 도 4에 도시된 실시형태에서, 외부하우징(212)은 일련의 스크류(250a) (하나만을 도시함)와 같은 적당한 수단에 의하여 서로 고정되는 하측 하우징부분(212d)과 상측 하우징부분(212e)을 포함한다. 각 스크류는 플라스틱과 같은 단열물질로 만들어지는 일련의 관상단열 격리애자, 즉 단열 스케이싱 칼라(250b)의 각각을 통하여 연장되어 스크류(250a)가 조여졌을 때에 격리애자(250b)는 하우징부분(212d)(212e) 사이에 선택된 간격을 유지한다. 또한 이 실시형태의 변환기 조립체(200)는 비교적 열전도성이 큰 물질로 만들어지고 상하측 하우징부분(212d)(212e) 사이에 배치되어 격리애자(250b)와 열접촉하게 되어 있는 열분로기, 즉 방열핀(252)(환상디스크의 형태로 되어 있음)을 포함한다. 열분로기(252)는 하측 하우징부분(212d)에서 발생된 열로부터 상측 하우징부분(212e)을 보호하는데 도움을 주고 격리애자(250b)를 따라 유동하는 열을 분산시킨다. 상하측 하우징부분(212d)(212e) 사이의 개방공간은 환기성을 향상시킨다.
작동에 있어서, 도 4의 제어기(220)는 자신의 온도를 60℃로 유지한다. 이 실시형태에서 이루어지는 환기는 충분한 냉각이 이루어지도록 하여 제어기(220)를 감지기(210)의 온도 이하인 적어도 140℃에서 열평형이 유지되도록 한다. 따라서, 감지기(210)는 제어유니트(220)의 요구된 60℃ 작동온도에 간섭함이 없이 적어도 200℃의 고온에서 작동될 수 있다.
본 발명의 다른 관점에서, 변환기 조립체(200)는 워밍업 시간을 축소시키기 위한 수단을 포함한다. 도 5는 보조히터(260)와 두개의 서미스터(262)(264)를 포함하는 수단으로서 워밍업시간을 단축시키기 위한 수단의 우선 실시형태의 일부를 보인 것이다. 보조히터(260)는 제어유니트(220)의 제어하에 감지기(210)에 열을 가하기 위하여 감지기(210)에 근접한 열외갑체(216) 내에 배치되는 것이 좋다. 또한 서미스터(262)는 제어유니트(220)에 감지기(210)의 온도 측정값을 제공하기 위하여 감지기(210)와 열접촉되게 열외갑체(216) 내에 배치된다. 서미스터(264)는 제어유니트(220)에 외갑체(216)의 온도측정값을 제공하기 위하여 열외갑체(216)과 열접촉되게 배치된다. 서미스터(262)(264)의 온도는 전형적으로 제어유니트(220)의 온도보다 매우 높으므로 서미스터(262)(264)는 열앵커와 같은 적당한 수단으로 각각 감지기(210)와 열외갑체(216)에 고정되는 것이 좋다.
도 6에서, 이는 열앵커(266)를 통하여 제어유니트(220)에 전기적으로 결합된 서미스터(262)를 보이고 있다. 특히 제어유니트(220)는 두개의 도선(268a)(268b)에 전기적으로 결합되고, 이들은 다시 열앵커(266)의 각 두개의 패드(266a)(266b)에 전기적으로 결합된다. 패드(266a)는 다른 패드(266c)와 전기적으로 연결되고 패드(266b)도 역시 다른 패드(266d)에 전기적으로 연결되며, 끝으로 서미스터(262)의 단자가 패드(266c)(266d)에 전기적으로 결합된다. 양호한 열전도체인 열앵커(266)는 감지기(210)(도시하지 않았음)에 고정되고 서미스터(262)가 감지기(210)와 접촉한다.
도선(268a)(268b)은 양호한 전기적인 전도체이며 또한 양호한 열전도체이다. 만약 열앵커(266)가 사용되지 않고 비교적 저온(예를 들어 50℃)의 제어유니트(220)가 도선(268a)(268b)을 통하여 비교적 고온(예를 들어 150℃)의 서미스터(262)에 직접 결합되는 경우, 열은 서미스터(262)로부터 도선(268a)(268b)을 통하여 제어유니트(220)로 흐를 것이다. 서미스터(262)는 비교적 소형장치이므로 이러한 열유량은 서미스터(262)의 온도를 낮추어 감지기(210)의 온도측정값에 혼란을 야기시킨다. 감지기(210)에 비교적 큰 열앵커(266)를 고정하므로서 서미스터(262)의 온도를 안정화시킬 수 있고, 도선(266a)(266b)을 따라 흐르는 대부분의 열이 서미스터(262)로부터 보다는 감지기(210)로부터 나오도록 한다. 서미스터(264)는 물론 앵커(266)와 유사한 열앵커로 열외갑체(216)에 결합되는 것이 좋으며, 변환기 조립체(200)의 다른 모든 서미스터(서미스터 249와 같은)가 열앵커의 온도측정값을 제공하는 장치에 결합되는 것이 좋다.
상기 언급된 바와 같이, 종래 기술의 변환기 조립체(100)(도 1에 도시됨)는 열외갑체(116)를 가열하므로서 요구된 작동온도 Td로 가열되고 감지기(110)에 요구되는 한 이러한 온도로 변환토록 대기한다. 제어유니트(120)는 열외갑체(116)의 온도를 감지토록 서미스터(164)를 이용하고 요구된 작동온도 Td와 동일하게 외갑체(116)의 온도를 유지토록 히터(118)를 제어한다. 종래기술과는 대조적으로, 변환기 조립체(200)(도 5에 도시됨)에 있어서는 제어유니트(220)의 제어기(220b)가 평균온도 TAve를 측정토록 서미스터(262)(264)를 이요하고, 여기에서 TAve는 감지기(210)와 열외갑체(216)의 온도의 평균값과 동일하며, 제어유니트(220)는 요구된 작동온도 Td와 동일한 이러한 평균온도 TAve를 유지하도록 히터(218)를 제어한다. 이와 같이 종래기술의 변환기 조립체(100)에 있어서, 열외갑체(116)의 온도가 요구된 작동온도 Td를 초과하지 아니하는 반면에 변환기 조립체(200)에서는 열외갑체(216)의 온도가 감지기(210)의 온도가 Td이하인 한 Td를 초과한다.
도 7A는 서미스터(262)(264)에 의하여 제공되는 잇점을 보인 3개의 곡선, 즉 커어브 A, B 및 C를 보이고 있다. 커어브 A와 B는 각각 시간의 함수로서 열외갑체(216)와 감지기(210)의 온도를 보이고 있다. 변환기 조립체(200)의 워밍업 중에, 제어기(220b)는 평균온도 TAve가 요구된 작동온도 Td와 같게 될 때까지 열외갑체(216)의 온도를 최대 유효율로 증가시키도록 히터(218)를 제어한다. 커어브 A와 B에서 보인 바와 같이, 제어기(220b)는 평균온도 TAve(이 순간에 커어브 A와 B의 값을 더하여 둘로 나누어 얻음)가 요구된 작동온도(Td)와 동일하게 될 때에 시간 tx까지 외갑체(216)의 온도를 증가시키도록 히터(218)를 이용한다. tx이후의 모든 시간에 대하여, 제어유니트(220)는 감지기(210)의 온도가 Td를 향하여 증가하도록 Td와 같은 평균온도 TAve를 유지하고, 외갑체(216)의 온도는 평균온도 TAve를 일정하게 유지하도록 감소된다. 커어브 C는 변환기 조립체(100)의 워밍업 중에 시간의 함수로서 종래기술의 감지기(110)의 온도를 보이고 있다. 커어브 B와 C로 보인 바와 같이, 감지기(210)는 종래기술의 변환기 조립체(100)의 감지기의 경우보다 매우 빠르게 요구된 작동온도 Td로 수렴한다.
양 변환기(100)(200)에 있어서, 열외갑체로부터 감지기로 전달되는 열의 양은 이들 두 구성요소의 온도 사이의 차이의 함수이다. 워밍업 중에 변환기 조립체(200)의 외갑체(216)와 감지기(210) 사이의 온도차이(예를 들어 시간 tx에서 커어브 A와 B의 값으로 보인 바와 같이)는 종래기술의 변환기 조립체(100)의 외갑체(116)와 감지기(110) 사이의 온도차이(Td와 커어브 C 사이의 차이로 보인 바와 같이)보다 크다. 이러한 온도차이는 변환기 조립체(200)에서 더 크므로 감지기가 워밍업될 때에 더 많은 열이 열외갑체로부터 감지기로 전달되어 감지기(110) 보다 신속히 워밍업 된다.
도 5에서 보인 실시형태의 다른 실시형태에서, 서미스터(262)(264)는 독립적으로 각각 제어기(220b)와 제어기(220b)에 결합되어 각 서미스터의 온도를 독립적으로 측정하고 평균온도 TAve를 계산한다. 그러나, 이러한 구성에 있어서, 제어기(220b)가 두 서미스터의 전체 직렬저항을 간단히 측정하므로서 평균온도 TAve를 측정하므로 서미스터(262)(264)를 제어기(220b)와 접지 사이에 직렬로 결합하는 것이 좋다. 이러한 실시형태에서, 서미스터(262)(264)는 온도계수가 동일하고 작동온도 범위에서 직선성을 보이므로 서미스터(262)의 저항(R262)은 상수 c와 서미스터(262)의 온도(T262)를 곱한 것과 동일하며, 서미스터(264)의 저항(R264)은 상수 c와 서미스터(264)의 온도(T264)를 곱한 것과 동일하다. 이 실시형태에서 제어기(220b)는 다음 수학식 1로 보인 바와 같이 전체 직렬저항 RT(즉, R262+ R264)의 값을 측정하고 이 값을 2와 상수 c를 곱한 값으로 나누어 서미스터(262)(264)의 평균온도 TAve를 측정할 수 있다.
그러나, 서미스터(262)(264)의 온도계수가 상이하므로 제어기(220b)에 의하여 측정된 평균온도 TAve는 서미스터(262)(264)의 온도의 가중평균치이다. 예를 들어 R262가 제1 상수 c1과 T262를 곱한 것과 같고 R264가 제2 상수 c2와 T264를 곱한 것과 같다면 전체 직렬저항 RT는 다음 수학식 2로 보인 바와 같이 온도의 가중평균치와 같다.
RT= R262+ R264= c1T262+ c2T264
만약 서미스터(262)의 온도계수가 서미스터(264)의 온도계수 보다 크게 선택되는 경우(즉, c1c2) 제어유니트(220)에 의하여 측정된 평균온도 TAve가 가중되어 제어유니트(220)가 요구된 작동온도 Td와 동일한 가중평균온도 TAve를 유지할 때에 열외갑체(216)의 온도와 Td사이의 차이는 Td와 감지기(210)의 온도 사이의 차이보다 클 것이다. 도 7B는 커어브 D와 E를 보인 것으로, 이들 커어브는 서미스터(262)의 온도계수가 서미스터(264)의 온도계수보다 클 때에 각각 시간의 함수로서 열외갑체(216)와 감지기(210)의 온도를 보인 것이다. 이러한 방식으로 온도계수를 경사지게 하므로서 워밍업 중에 열외갑체(216)로부터 감지기(210)로의 열전달이 증가되도록 하고 변환기 조립체(200)의 워밍업 시간을 단축시킬 수 있다. 당해 기술분야의 전문가라면 잘 알 수 있는 바와 같이, 서미스터(262)(264)가 직렬로 결합되지 아니하고 대신에 독립적으로 제어기(220b)에 결합되는 다른 실시형태에서, 제어기(220b)는 서미스터(262)(264)가 동일한 온도계수를 갖는 경우에도 감지기(210)와 열외갑체(216)의 온도의 가중평균치를 계산할 수 있다. 또한 전문가라면 잘 알 수 있는 바와 같이, 서미스터(262)(264)와 변환기 조립체(200)의 다른 모든 서미스터가 서미스터를 이용하여 구성될 필요가 없이 예를 들어 저항형 온도장치(RTD) 또는 서머커플러와 같은 온도감응장치를 이용하여 구성될 수 있을 것이다.
변환기 조립체(200)의 워밍업 중에, 제어유니트(220)는 열외갑체(216)에 열을 가하도록 히터(218)를 제어하고 보조히터(260)(도 5에 보임)를 제어하여 감지기(210)에 직접 열을 가할 수 있다. 제어유니트(220)는 서미스터(262)에 의하여 감지되는 감지기(210)의 온도에 응답하여 히터(260)를 제어하기 위한 PID 제어기와 같은 제어기(220d)를 포함한다. 하나의 우선 작동모우드에서, 제어기(220d)는 워밍업 중에 감지기(210)에 일정량의 열을 가하도록 보조히터(260)를 이용한다. 이는 예를 들어 변환기 조립체(200)의 초기작동 후 일정시간 동안 보조히터(260)를 작동시키고 다음 작동시까지 보조히터(260)를 작동시키지 아니하는 타이머를 이용하여 제어기(220d)를 실형시키므로서 수행될 수 있다. 이러한 작동모우드에서, 히터(218)와 보조히터(260)는 감지기(210)의 온도가 요구된 작동온도에 이를 때까지 감지기(210)를 가열토록 협동한다. 그리고 보조히터(260)는 작동치 아니하고 히터(218) 만이 열평형 상태로 감지기(210)를 안정화 시키도록 사용된다.
도 7C는 두개의 곡선을 보인 것으로, 종래기술의 변환기 조립체(100)와 변환기 조립체(200)의 워밍업 시간중에 시간의 함수로서 감지기의 온도를 나타내는 커어브 F와 커어브 G를 보인 것이다. 상기 언급된 바와 같이, 종래기술의 변환기 조립체(100)는 감지기(110)의 온도가 초기 온도로부터 요구된 작동온도 Td로 상승되도록 요구되는 한 열외갑체(116)를 요구된 작동온도 Td로 가열시키므로서 워밍업 된다. 커어브 F로 보인 바와 같이, 히터(118)가 초기에 초기시간 t0에서 작동되는 경우 감지기(110)의 온도는 이 온도가 시간 t3에서 요구된 작동온도 Td에 이를 때까지 점진적으로 상승한다. 따라서 종래기술의 변환기 조립체(100)에서는 워밍업 시간이 t0와 t3사이의 시간이다. 변환기 조립체(200)에 있어서는 제어기(200d)가 감지기(210)에 일정량의 열을 가하도록 시간 t0와 t1사이에 보조히터(260)를 작동시킨다. 커어브 G로 보인 바와 같이, 변환기 조립체(200)에서, 감지기(210)의 온도는 보조히터(260)에 의하여 제공되는 부가적인 열에 의하여 시간 t0와 t1사이의 시간중에 신속히 요구된 작동온도에 근접한다. 보조히터(260)에 인가되는 전력은 비조절형 전원에 의하여 공급되고 가정용 전원으로부터 직접 공급될 수도 있다. 시간 t1에서, 제어기(220d)는 보조히터(260)를 작동시키지 아니하며 이후에 제어기(220b)가 히터(218) 만을 이용하여 감지기(210)의 워밍업을 완료시키므로서 시간 t1과 t2사이에서 감지기(210)의 온도는 요구된 작동온도에 수렴한다. 이와 같이, 변환기 조립체(200)의 워밍업 시간은 t0와 t1사이의 시간이고 종래기술의 변환기 조립체(100)의 워밍업 시간보다 현저히 짧다.
제어유니트(220)가 일정시간 동안 보조히터(260)를 작동시키고 이후에 보조히터(260)를 작동시키지 아니하는 이러한 작동모우드는 간단하여 좋다. 그러나, 다른 우선 모우드에 있어서, 제어기(220d)는 감지기(210)의 온도가 선택된 온도에 이를 때까지 서미스터(262)에 의하여 제공된 온도측정에 응답하여 보조히터(260)를 제어한다. 이러한 선택된 온도는 감지기(210)의 요구된 작동온도 보다 작거나 같을 수 있다. 이와 같이, 제어기(220d)는 워밍업 시간의 일부에서 보조히터(260)를 작동시키거나 전체 워밍업 시간 그리고 그 이후에 보조히터(260)를 작동시킬 수 있다.
변환기 조립체(200)의 워밍업 시간은 감지기(210)의 온도가 요구된 작동온도 Td에 가까운(또는 동일한) 선택된 온도로 신속히 증가되는 제1 부분과 감지기(210)가 Td에서 열평형을 이루게 되는 제2 부분을 포함하는 것으로 간주될 수 있다. 보조히터(260)는 감지기(210)를 선택된 온도로 신속히 가열하므로서 워밍업 시간의 제1 부분을 단축시킬 수 있으며 두개의 서미스터(262)(264)를 이용하여 감지기(210)의 온도가 Td에 수렴할 때에 열외갑체(216)로부터 감지기(210)로의 열전달을 가속시키므로서 워밍업 시간의 제2 부분을 단축시킨다. 변환기 조립체(200)는 보조히터(260) 만을 이용하여 (서미스터 264를 이용하지 않음) 실현될 수 있거나 또는 서미스터(262)(264) 만을 이용하여 (보조히터 260를 이용하지 않음) 실현될 수 있으며 이로써 워밍업 시간을 단축시킬 수 있다. 그러나, 변환기 조립체(200)의 우선 실시형태는 보조히터(260)와 서미스터(264)를 모두 포함한다. 또한 이러한 보조히터(260)와 서미스터(262)(264)에 부가하여 변환기 조립체(200)의 우선 실시형태는 튜우브 클램프(230)와 튜우브 히터(232)(도 2A에서 보임)와 함께 일체로 착설된 제어유니트(220)과 제어유니트(220)의 온도를 감지기(210)의 온도와는 독립적으로 제어하기 위한 장치(도 3-4에서 보인 통기형 실시형태와 히터 244의 온도를 독립적으로 제어하기 위한 도 5A에서 보인 제어기 220c와 같은 장치)를 포함한다.
본 발명은 그 범위를 벗어남이 없이 상기 장치에 변경이 있을 수 있으며, 이상의 설명이나 도시된 내용들은 본 발명의 설명을 위한 것으로 어떠한 제한을 두는 것은 아니다.

Claims (42)

  1. 내부공간을 형성하는 하우징, 상기 내부공간의 일부분에 배치되고 가스 또는 증기가 공급되는 유입포트를 포함하는 것으로 유입포트에서 가스 또는 증기의 압력에 따라 변화하는 파라메타값의 함수로서 유입포트에서 가스 또는 증기의 압력을 감지하기 위한 압력감지기, 상기 내부공간의 다른 부분에 배치되어 파라메타값을 감지하고 이에 응답하여 상기 유입포트의 압력을 나타내는 출력신호를 발생하기 위한 제어기수단, 사전에 선택된 제1 온도에서 상기 감지기의 온도를 제어하기 위한 제1 온도 제어수단과, 제1 온도와 다른 사전에 선택된 제2 온도에서 상기 제어기수단의 온도를 제어하기 위한 제2 온도 제어수단으로 구성됨을 특징으로 하는 압력변환기 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 외부하우징 내에 배치되는 제1 열외갑체로 구성되고, 상기 감지기가 상기 제1 열외갑체 내에 배치됨을 특징으로 하는 압력변환기 조립체.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제1 온도 제어수단이 상기 제1 열외갑체에 근접하여 배치된 히터로 구성됨을 특징으로 하는 압력변환기 조립체.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 외부하우징 내에 배치되는 제2 열외갑체로 구성되고, 상기 제어기수단의 적어도 일부분이 상기 제2 열외갑체 내에 배치됨을 특징으로 하는 압력변환기 조립체.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제2 온도 제어수단이 상기 제2 열외갑체에 근접하여 배치된 히터로 구성됨을 특징으로 하는 압력변환기 조립체.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 외부하우징이 상기 제어수단에 근접하여 적어도 하나의 통공을 포함함을 특징으로 하는 압력변환기 조립체.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 외부하우징 내에서 상기 제어수단과 상기 감지기 사이에 배치되는 열분로기로 구성됨을 특징으로 하는 압력변환기 조립체.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 외부하우징이 제1 하우징부분과 제2 하우징부분을 포함하고, 상기 감지기가 상기 제1 하우징부분 내에 배치되며 상기 제어기수단이 상기 제2 하우징부분 내에 배치되고, 상기 조립체가 또한 상기 제1 및 제2 하우징부분을 열적으로 격리하기 위한 수단을 포함함을 특징으로 하는 압력변환기 조립체.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 하우징부분을 열적으로 격리하기 위한 상기 수단이 이들 사이에 배치되는 열분로기를 포함함을 특징으로 하는 압력변환기 조립체.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 제2 하우징부분에 대하여 상기 제1 하우징부분을 고정하기 위한 격리애자 수단을 포함함을 특징으로 하는 압력변환기 조립체.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 격리애자 수단이 단열물질로 구성됨을 특징으로 하는 압력변환기 조립체.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 제어기수단이 상기 제1 및 제2 온도 제어수단을 제어함을 특징으로 하는 압력변환기 조립체.
  13. 내부공간을 형성하는 하우징, 상기 내부공간의 일부분에 배치되고 가스 또는 증기가 공급되는 유입포트를 포함하는 것으로 유입포트에서 가스 또는 증기의 압력에 따라 변화하는 파라메타값의 함수로서 유입포트에서 가스 또는 증기의 압력을 감지하기 위한 압력 감지기와, 상기 내부공간의 다른 부분에 배치되어 파라메타값을 감지하고 이에 응답하여 상기 유입포트의 압력을 나타내는 출력신호를 발생하기 위한 제어유니트로 구성되고, 상기 제어유니트가 사전에 선택된 온도에서 상기 감지기의 온도를 제어하기 위한 제1 제어기수단을 포함하며, 상기 제어유니트가 사전에 선택된 제1 온도와는 다른 사전에 선택된 제2 온도에서 상기 제어유니트의 온도를 제어하기 위한 제2 제어기수단을 포함함을 특징으로 하는 압력변환기 조립체.
  14. 통공을 포함하고 내부공간을 형성하기 위한 하우징, 상기 내부공간에 배치되고 가스 또는 증기가 공급되는 유입포트를 포함하는 것으로 유입포트에서 가스 또는 증기의 압력에 따라 변화하는 파라메타값의 함수로서 유입포트에서 가스 또는 증기의 압력을 감지하기 위한 압력 감지기, 상기 감지기의 상기 유입포트에 대한 가스 또는 증기의 도관을 형성하기 위한 것으로 상기 통공을 통하여 연장되고 감지기의 유입포트에 결합되는 제1 단부와 하우징의 외부에 배치되는 제2 단부를 갖는 튜우브, 상기 감지기의 온도를 제어하기 위한 제1 온도 제어수단, 상기 튜우브의 온도를 제어하기 위한 것으로 상기 제1 단부와 상기 통공 사이에 연장된 튜우브의 적어도 일부분에 근접하고 열접촉 하여 상기 튜우브에 열을 전달하기 위한 수단을 포함하는 제2 온도 제어수단과, 상기 내부공간 내에 배치되어 상기 제1 및 제2 온도 제어수단을 제어하기 위한 제어기수단으로 구성됨을 특징으로 하는 압력변환기 조립체.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 열전달수단이 상기 튜우브의 상기 부분에 고정되는 튜우브 클램프를 포함함을 특징으로 하는 압력변환기 조립체.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 제2 온도 제어수단이 상기 튜우브 클램프를 가열하기 위하여 상기 튜우브 클램프에 근접배치된 튜우브 히터를 포함함을 특징으로 하는 압력변환기 조립체.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 튜우브 클램프가 열전도 물질로 구성됨을 특징으로 하는 압력변환기 조립체.
  18. 제 15 항에 있어서, 상기 외부하우징이 저면판으로 구성되고, 상기 저면판에 상기 통공이 형성되어 있음을 특징으로 하는 압력변환기 조립체.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 저면판으로부터 간격을 두도록 상기 튜우브 클램프를 고정하기 위한 고정수단으로 구성됨을 특징으로 하는 압력변환기 조립체.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 고정수단이 상기 저면판을 상기 튜우브 클램프로부터 단열시키도록 단열물질로 구성됨을 특징으로 하는 압력변환기 조립체.
  21. 제 19 항에 있어서, 상기 고정수단이 상기 튜우브 클램프와 상기 저면판 사이에 갭이 형성되도록 상기 튜우브 클램프를 상기 저면판에 대하여 고정함을 특징으로 하는 압력변환기 조립체.
  22. 제 19 항에 있어서, 상기 튜우브 클램프가 상기 튜우브와 상기 저면판 사이로 상기 통공을 통하여 연장된 칼라를 포함함을 특징으로 하는 압력변환기 조립체.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 통공이 칼라보다 커서 상기 고정수단이 상기 튜우브 클램프를 상기 저면판에 대하여 고정할 때에 상기 저면판과 상기 칼라 사이에 갭이 형성됨을 특징으로 하는 압력변환기 조립체.
  24. 제 18 항에 있어서, 상기 저면판이 상기 통공의 둘레에서 이에 근접하여 열저항이 높은 영역을 포함함을 특징으로 하는 압력변환기 조립체.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 영역이 상기 저면판의 다른 부분보다 얇음을 특징으로 하는 압력변환기 조립체.
  26. 제 15 항에 있어서, 상기 튜우브 클램프가 중앙공을 포함하는 상기 튜우브가 상기 튜우브 클램프의 상기 중앙공을 통하여 연장됨을 특징으로 하는 압력변환기 조립체.
  27. 제 26 항에 있어서, 상기 튜우브 클램프가 상기 중앙공을 개방위치와 폐쇄위치로 팽창 및 수축시키기 위한 수단을 포함하고, 상기 튜우브가 상기 중앙공이 상기 개방위치에 있을 때에 상기 튜우브 클램프를 통하여 활동하며, 상기 튜우브 클램프가 상기 중앙공이 상기 폐쇄위치에 있을 때에 상기 튜우브를 고정함을 특징으로 하는 압력변환기 조립체.
  28. 통공을 포함하고 내부공간을 형성하기 위한 하우징, 상기 내부공간 내에 배치되고 가스 또는 증기가 공급되는 유입포트를 포함하는 것으로 유입포트에서 가스 또는 증기의 압력에 따라 변화하는 파라메타값의 함수로서 유입포트에서 가스 또는 증기의 압력을 감지하기 위한 압력감지기와, 상기 감지기의 상기 유입포트에 대한 가스 또는 증기의 도관을 형성하기 위한 튜우브로 구성되고, 상기 튜우브가 상기 통공을 통하여 연장되며 감지기의 유입포트에 결합된 제1 단부와 하우징 외부에 배치되는 제2 단부를 가지고, 상기 튜우브가 상기 통공보다 작아서 상기 튜우브와 상기 통공 사이에 갭이 형성되고 상기 튜우브가 상기 하우징과 접촉하지 않음을 특징으로 하는 압력변환기 조립체.
  29. 제 28 항에 있어서, 상기 튜우브 둘레에 배치되는 절연체로 구성되고, 상기 절연체가 상기 통공을 통하여 연장됨을 특징으로 하는 압력변환기 조립체.
  30. 내부공간을 형성하는 하우징, 상기 내부공간 내에 배치되어 감지기 공간을 형성하기 위한 열외갑체, 상기 감지기 공간내에 배치되고 가스 또는 증기가 공급되는 유입포트를 포함하는 것으로 유입포트에서 상기 가스 또는 증기의 압력에 따라 변화하는 파라메타값의 함수로서 유입포트에서 가스 또는 증기의 압력을 감지하기 위한 압력감지기, 가압가스 또는 증기를 상기 유입포트에 결합하기 위한 수단, 상기 열외갑체의 온도를 제어하기 위한 것으로 상기 열외갑체에 열전달이 이루어지도록 상기 열외갑체에 근접하여 배치되는 수단을 포함하는 온도 제어수단과 상기 감지기를 가열하기 위하여 상기 감지기에 근접하여 상기 감지기 공간내에 배치되는 보조히터 수단으로 구성됨을 특징으로 하는 압력변환기 조립체.
  31. 제 30 항에 있어서, 상기 온도 제어수단과 상기 보조히터 수단을 제어하기 위한 제어기수단으로 구성됨을 특징으로 하는 압력변환기 조립체.
  32. 제 31 항에 있어서, 상기 제어기수단이 상기 변환기의 초기 작동상태를 감지하기 위한 수단을 포함함을 특징으로 하는 압력변환기 조립체.
  33. 제 32 항에 있어서, 상기 제어기수단이 상기 변환기 조립체의 초기 작동상태 이후 제1 시간간격 동안 상기 보조히터 수단을 작동시킴을 특징으로 하는 압력변환기 조립체.
  34. 제 33 항에 있어서, 상기 제어기수단이 상기 제1 시간간격 이후에 상기 감지기가 요구된 작동온도에서 열평형을 이루도록 상기 온도 제어수단을 제어함을 특징으로 하는 압력변환기 조립체.
  35. 제 32 항에 있어서, 상기 감지기의 온도를 감지하기 위한 온도 감지수단을 포함함을 특징으로 하는 압력변환기 조립체.
  36. 제 35 항에 있어서, 상기 제어기수단이 상기 감지기의 온도가 사전에 선택된 제1 온도에 이를 때까지 상기 변환기 조립체의 초기 작동상태 후 상기 보조히터수단을 작동시키기 위하여 상기 온도감지수단에 응답하는 수단을 포함함을 특징으로 하는 압력변환기 조립체.
  37. 내부공간을 형성하는 하우징, 상기 내부공간에 배치되어 감지기 공간을 형성하기 위한 열외갑체, 상기 내부공간에 배치되고 가스 또는 증기가 공급되는 유입포트를 포함하는 것으로 상기 유입포트에서 가스 또는 증기의 압력에 따라 변화하는 파라메타값의 함수로서 입력포트에서 가스 또는 증기의 압력을 감지하기 위한 압력감지기, 상기 유입포트에 상기 가스 또는 증기의 공급원을 결합시키기 위한 수단, 상기 열외갑체의 온도를 측정하기 위한 제1 온도 감응수단, 상기 감지기의 온도를 측정하기 위한 제2 온도 감응수단과, 상기 열외갑체의 온도와 상기 감지기의 온도의 함수로서 상기 열외갑체의 온도를 제어하기 위하여 상기 제1 및 제2 온도 감응수단에 응답하는 제어기수단으로 구성됨을 특징으로 하는 압력변환기 조립체.
  38. 제 37 항에 있어서, 상기 제1 온도 감응수단이 제1 서미스터로 구성되고, 상기 제2 온도 감응수단이 제2 서미스터로 구성됨을 특징으로 하는 압력변환기 조립체.
  39. 제 38 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 서미스터가 상기 제어기수단과 전기기준 전위 사이에 직렬로 결합됨을 특징으로 하는 압력변환기 조립체.
  40. 제 39 항에 있어서, 상기 제1 서미스터가 제1 온도계수의 특징이 있고, 상기 제2 서미스터가 제2 온도계수의 특징이 있으며, 상기 제2 온도계수가 상기 제1 온도계수 보다 큼을 특징으로 하는 압력변환기 조립체.
  41. 제 39 항에 있어서, 상기 제어기수단이 상기 열외갑체에 근접하여 배치된 히터로 구성되고 상기 열외갑체의 온도와 상기 감지기의 온도의 함수로서 상기 히터를 제어하기 위한 수단을 포함함을 특징으로 하는 압력변환기 조립체.
  42. 제 37 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 온도감응수단이 서미스터, 저항 온도장치와 서미커플로 구성된 그룹으로부터 선택됨을 특징으로 하는 압력변환기 조립체.
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