KR20030034264A - 열량형 질량유량 측정센서 및 그의 오차보정 방법 - Google Patents

열량형 질량유량 측정센서 및 그의 오차보정 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20030034264A
KR20030034264A KR1020010049123A KR20010049123A KR20030034264A KR 20030034264 A KR20030034264 A KR 20030034264A KR 1020010049123 A KR1020010049123 A KR 1020010049123A KR 20010049123 A KR20010049123 A KR 20010049123A KR 20030034264 A KR20030034264 A KR 20030034264A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
capillary
flow rate
gas
measuring
mass flow
Prior art date
Application number
KR1020010049123A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100508488B1 (ko
Inventor
은탁
Original Assignee
마이크로 인스펙션 주식회사
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 마이크로 인스펙션 주식회사 filed Critical 마이크로 인스펙션 주식회사
Priority to KR10-2001-0049123A priority Critical patent/KR100508488B1/ko
Publication of KR20030034264A publication Critical patent/KR20030034264A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100508488B1 publication Critical patent/KR100508488B1/ko

Links

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
    • G01F1/684—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow
    • 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
    • G01F1/696—Circuits therefor, e.g. constant-current flow meters

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Volume Flow (AREA)

Abstract

본 발명은 열량형 질량유량 측정센서 및 그의 오차보정 방법에 관한 것으로서, 가스 주입로에 기초측정값과 더불어 기준측정값을 측정할 수 있도록 부가적인 측정모세관을 설치하여 가스 주입로내의 오염이나 부식에 의해 유체저항이 증가되는 등 측정감도가 저하될 때에도 정밀도를 자가진단하여 실시간으로 오차를 자체보상할 뿐만 아니라 이상상태를 진단할 수 있는 이점이 있다.

Description

열량형 질량유량 측정센서 및 그의 오차보정 방법{THERMAL MASS FLOW SENSOR AND METHOD FOR IN-PROCESS ERROR COMPENSATION THEREOF}
본 발명은 열량형 질량유량 측정센서 및 그의 오차보정 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가스 주입로에 기초측정값과 더불어 기준측정값을 측정할 수 있도록 부가적인 측정모세관을 설치하여 가스 주입로내의 오염이나 부식에 의해 유체저항이 증가되는 등 측정감도가 저하될 때에도 정밀도를 자가진단하여 실시간으로 오차를 자체보상할 뿐만 아니라 이상상태를 진단할 수 있도록 한 열량형 질량유량 측정센서 및 그의 오차보정 방법에 관한 것이다.
열량형 질량유량측정센서(Mass Flow Sensor)는 온도나 압력에 따라 부피가 변화되는 압축성기체의 질량유량(mass flow, cf. volume flow)을 열량형 방식으로 측정하는 센서로써, 반도체 제조공정 중 화학기상증착기(CVD), 건식식각장치(RIE), 산화로(Furnace) 등 여러 가지 반응로(Reaction Chamber)에 미량으로 주입되는 여러 종류의 기체의 질량유량을 정밀하게 측정하는 핵심부품으로 사용되고 있다.
또한, 위와 같은 종류의 장비에서 주입되는 기체의 질량유량을 정밀하게 제어하기 위해 사용되는 질량유량조절기(Mass Flow Controller)를 구성하는 핵심모듈로 사용된다.
그 외에도 환경설비, 실험실용 가스반응기 등 반응기체(reaction gas)를 다루는 모든 장비 및 설비에서 없어서는 안 되는 센서이다.
도 1은 종래의 열량형 질량유량 측정센서를 나타낸 구성도이다.
여기에서 보는 바와 같이 열량형 질량유량 측정센서는 가스가 유입되는 가스 주입로(Bypass tube)(10) 내부에 바이패스모세관(Bypass Capillary)(30)이 설치되어 있고, 가스 주입로(10) 바깥쪽으로 바이패스모세관(30) 양쪽을 연결하는 측정모세관(Sensor Capillary)(20)이 설치된다. 그리고, 측정모세관(20)에는 정전류를 공급하면 열을 발생하고 온도에 따라 저항값이 달라지는 특성을 갖는 제 1내지 제 2 발열소자(Thermometer element)(41,42)가 바깥쪽으로 감겨져 있다.
또한, 휘스톤 브리지(50)의 일측 양단에 정전류를 공급하기 위한 정전류원(60)이 연결되고 정전류원(60)에 대칭되도록 제 1내지 제 2발열소자(41,42)가 연결되어 온도차에 의해 달라지는 저항값의 변화를 증폭기(70)에 의해 증폭하여 출력하는 신호처리부(80)가 설치된다.
그리고, 신호처리부(80)의 출력값을 입력받아 선형화시키고 저항값의 변화에 대해 바이패스모세관(30)과 측정모세관(20)을 통해 흐르는 가스유량값()을 전기적신호로 출력하는 제어부(90)로 이루어진다.
이때, 저항값의 변화는 측정모세관(20)을 통해 흐르는 가스의 온도값의 변화를 나타내는 값이며 이 값들은 측정모세관(20)을 통해 흐르는 가스유량()에 대한 정보를 지닌값들이다. 따라서, 이 저항값의 변화를 통해 제어부(90)에서 측정모세관(20)을 통해 흐르는 가스유량()을 측정할 수 있게 된다.
도 2는 측정모세관의 온도변화를 설명하기 위한 그래프로써, (가)는 측정모세관내의 제 1발열소자와 제 2발열소자간의 온도차와 유량의 관계를 나타낸 그래프이고, (나)는 측정모세관을 흐르는 가스유량에 따른 온도분포를 나타낸 그래프이다.
측정모세관에서의 온도변화에 의해 가스유량을 측정할 수 있는 구간은 (가)의 그래프에서 보는 바와 같이 선형적인 구간으로 최대 온도차()가 약 100℃가 되는 가스유량이로 흐르는 구간까지이다.
따라서, 열량형 질량유량 측정센서의 측정방법은 (나)의 그래프에서 보는 바와 같이 측정모세관(20)을 흐르는 가스유량()에 따른 온도변화가 'A'와 같이 가스가 흐르지 않을 때()는 제 1발열소자(41)와 제 2발열소자(42)간에 온도차가 발생하지 않게 된다. 그러나, 'B'와 같이 일정한 량이 흐를 경우()에는 제 1발열소자(41)에 의해 일차적으로 가열된 후 다시 제 2발열소자(42)에 의해 가열되기 때문에 가스가 흐르지 않을 때보다 제 2발열소자(42)에 의해 가열될 때 가스의 온도가 높게 올라가서 제 1발열소자(41)와 제 2발열소자(42)의 온도차가 발생한다. 그리고, 'C'와 같이 흐르는 가스량이 매우 많을 경우()에는 제 2발열소자(42)에 의해 가열될 때 제 1발열소자(41)에 의한 영향을 별로 받지 못하면서 유량의 흐름이 있어 높게 가열되지도 않을 뿐만 아니라 제 1발열소자(41)와 제 2발열소자(42)간에 온도차도 적게 발생하게 된다.
이와 같이 측정모세관(20)을 감고 있는 제 1내지 제 2발열소자(41,42)에 정전류가 인가될 경우 발열하여 측정모세관(20)을 가열하게 되고, 측정모세관(20)을 흐르는 가스는 이 열을 식혀주는 역할을 하기 때문에 제 1발열소자(41)와 제 2발열소자(42)간에 온도차가 발생하게 된다. 이 온도차는 측정모세관(20)을 흐르는 가스의 밀도, 열특성 그리고 속도에 따라 차이가 발생하기 때문에 온도차를 측정함으로써 측정모세관(20)으로 흐르는 가스유량()을 계산할 수 있게 된다.
따라서, 가스 주입로(10)를 통과하는 가스의 총량(m)은 측정모세관(20)으로 흐르는 가스유량()과, 바이패스모세관(30)으로 흐르는 가스유량()을 합한 값으로 구할 수 있다. 그런데, 바이패스모세관(30)으로 흐르는 가스유량()은 측정모세관(20)으로 흐르는 가스유량()과 일정한 질량흐름비(k)를 갖고 흐르기 때문에 측정모세관(20)으로 흐르는 가스유량()과 바이패스모세관(30)으로 흐르는 가스유량() 사이에 성립되는 질량흐름비(k)를 구하게 되면 측정모세관(20)으로 흐르는 가스유량()을 측정한 값을 신호처리부(80)로부터 입력받아 가스 주입로(10)를 통과하는 가스의 총량()을 제어부(90)에서 수학식 1에 의해 구하게 된다.
이와 같은 열량형 질량유량 측정센서는 측정정밀도 및 내부식성면에서 매우 우수한 방식으로, 30여년 전에 미국의 질량유량조절기(MFC) 전문업체인 SierraInstruments Co.가 특허출원 한 이후, 지금까지 대다수 질량유량센서의 기본방식으로 사용되고 있다.
또한, 제어부(90)는 아나로그회로에 의한 측정 및 제어가 일반적이나, 요구정밀도가 높아지고 단위장비에서 사용되는 질량유량조절기의 숫자가 백여개까지 많아지면서, 디지털방식의 제어 및 네트워킹 기능이 있는 디지털제어를 수행하고 있다.
반도체장비에 사용되는 질량유량조절기는 주로 부식성이 강한 Gas의 유량조절에 사용하게 됨으로 가스와 접촉되는 모든 부위는 EP(Electro-chemical Polishing)에 의한 경면가공으로 내부식성을 확보하고 있으며, 독성가스에 의한 오염을 차단하기 위한 밀폐특성 등이 핵심사양으로 기계요소의 설계 및 가공기술도 질량유량조절기를 위한 핵심기술로 발전하고 있다.
그런데, 이와 같이 가스 주입로(10)를 통과하는 가스유량을 측정하기 위해 바이패스모세관(30)과 측정모세관(20)을 이용한 열량형 질량유량 측정센서의 경우 측정모세관(20)의 관로가 매우 가늘기 때문에 관로내에 오염물질이 부착될 경우 유체저항이 증가되고, 관로를 통해 흐르는 가스가 부식성가스인 경우 관로내벽과의 화학반응에 의한 내경의 변화 등의 원인으로 인해 측정모세관의 유체저항이 변화되어, 측정모세관(20)을 통해 흐르는 가스유량()과 바이패스모세관(30)을 통해 흐르는 가스유량()과의 질량흐름비(k)가 변화됨으로써 전체적인 측정정밀도가 저하되는 문제점이 발생한다.
따라서, 측정정밀도를 유지하기 위해서는 일정기간마다 열량형 질량유량 측정센서를 장비에서 분해하여 별도의 검사 및 수리과정을 거쳐 사용해야하기 때문에 분해, 검사에 따른 직접비용과 장비의 가동율 손실에 의한 간접비용이 발생하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 본 발명의 목적은 가스 주입로에 기초측정값과 더불어 기준측정값을 측정할 수 있도록 부가적인 측정모세관을 설치하여 가스 주입로내의 오염이나 부식에 의해 유체저항이 증가되는 등 측정감도가 저하될 때에도 정밀도를 자가진단하여 실시간으로 오차를 자체보상할 뿐만 아니라 이상상태를 진단할 수 있도록 한 열량형 질량유량 측정센서 및 그의 오차보정 방법을 제공함에 있다.
도 1은 종래의 열량형 질량유량 측정센서를 나타낸 구성도이다.
도 2는 측정모세관의 온도변화를 설명하기 위한 그래프이다.
도 3은 본 발명에 의한 열량형 질량유량 측정센서를 나타낸 구성도이다.
도 4는 오염되지 않은 가스 주입로의 내부를 나타낸 단면도이다.
도 5는 오염된 가스 주입로의 내부를 나타낸 단면도이다.
- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 -
10 : 가스 주입로 20 : 측정모세관
21, 22 : 제 1내지 제 2측정모세관
30 : 바이패스모세관 41,42,43,44 : 제 1내지 제 4발열소자
50 : 휘스톤 브리지 51,52 : 제 1내지 제 2휘스톤 브리지
60 : 정전류원 61,62 : 제 1내지 제 2정전류원
70 : 증폭기 71, 72 : 제 1내지 제 2증폭기
80 : 신호처리부 81, 82 : 제 1내지 제 2신호처리부
90 : 제어부
상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명에 의한 열량형 질량유량 측정센서는 가스가 유입되는 가스 주입로와, 가스 주입로 내부에 설치된 바이패스모세관과, 가스 주입로 바깥쪽으로 바이패스모세관 양쪽을 연결하도록 설치된 제 1측정모세관과, 제 1측정모세관의 바깥쪽에 일정한 간격으로 감겨져 정전류를 공급하면 열을 발생하고 온도에 따라 저항값이 달라지는 특성을 갖는 제 1내지 제 2 발열소자와, 정전류를 공급하는 정전류원이 제 1휘스톤 브리지의 일측 양단에 연결되고 제1내지 제 2 발열소자가 정전류원에 대칭되도록 설치되어 제 1휘스톤 브리지의 타측 양단에서의 출력값을 제 1증폭기에 의해 증폭하여 출력하는 제 1신호처리부와, 가스 주입로 바깥쪽으로 바이패스모세관 양쪽을 연결하도록 설치되는 제 2측정모세관과, 제 2측정모세관의 바깥쪽에 일정한 간격으로 감겨져 정전류를 공급하면 열을 발생하고 온도에 따라 저항값이 달라지는 특성을 갖는 제 3내지 제 4 발열소자와, 제 3내지 제 4발열소자를 제 2휘스톤 브리지에 대칭되도록 구성하여 제 2휘스톤 브리지의 대칭 양끝단의 출력값을 제 2증폭기에 의해 증폭하여 출력하는 제 2신호처리부와, 제 1신호처리부와 제 2신호처리부의 출력값을 입력받아 선형화시키고 저항값의 변화에 대해 바이패스모세관과 제 1내지 제 2측정모세관을 통해 흐르는 가스의 질량유량값을 전기적신호로 출력하는 제어부로 이루어진 것을 특징으로 한다.
위에서 제 1측정모세관과 제 2측정모세관의 직경은 서로 다른 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 열량형 질량유량 측정센서의 오차보정 방법은 측정된 제 1측정모세관을 통과하는 가스유량값()과 제 2측정모세관을 통과하는 가스유량값()을 통해 오염된 상기 제 1측정모세관에 대한 상기 제 2측정모세관의 질량흐름비()를 측정값에 의해 관로내에 오염된 두께를 계산한 후 오염된 상기 제 1측정모세관에 대한 바이패스모세관의 질량흐름비()를 계산하여 아래식에 의해 가스 주입로를 통과하는 가스유량의 총합()을 산출하는 것을 특징으로 한다.
(아래식)
위와 같이 이루어진 본 발명은 제 1내지 제 2측정모세관과 바이패스모세관이 오염되어 유체저항이 변화되어 바이패스모세관과의 질량흐름비에 이상이 생길 경우 통로의 넓이가 서로 다른 제 1내지 제 2측정모세관에서 측정된 제 1내지 제 2신호처리부의 신호를 입력받아 두 신호를 비교 분석하여 상대적인 값에 의한 오차정도를 판단하여 자기 정밀도를 자가진단하고 이상상태 발생시 자체보상을 할 수 있게 된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 또한 본 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고, 단지 예시로 제시된 것이며 종래 구성과 동일한 부분은 동일한 부호 및 명칭을 사용한다.
도 3은 본 발명에 의한 열량형 질량유량 측정센서를 나타낸 블록구성도이다.
여기에 도시된 바와 같이 가스가 유입되는 가스 주입로(10)와, 가스 주입로(10) 내부에 설치된 바이패스모세관(30)과, 가스 주입로(10) 바깥쪽으로 바이패스모세관(30) 양쪽을 연결하도록 설치된 제 1측정모세관(21)과, 제 1측정모세관(21)의 바깥쪽에 일정한 간격으로 감겨져 정전류를 공급하면 열을 발생하고 온도에 따라 저항값이 달라지는 특성을 갖는 제 1내지 제 2 발열소자(41,42)와, 정전류를 공급하는 제 1정전류원(61)이 제 1휘스톤 브리지(51)의 일측 양단에 연결되고 제 1내지 제 2 발열소자(41,42)가 제 1정전류원(61)에 대칭되도록 설치되어 제 1휘스톤 브리지(51)의 타측 양단에서의 출력값을 제 1증폭기(71)에 의해 증폭하여 출력하는 제 1신호처리부(81)와, 가스 주입(10)로 바깥쪽으로 바이패스모세관(30) 양쪽을 연결하도록 설치되며 제 1측정모세관(21)보다 직경이 큰 제 2측정모세관(22)과, 제 2측정모세관(22)의 바깥쪽에 일정한 간격으로 감겨져 정전류를 공급하면 열을 발생하고 온도에 따라 저항값이 달라지는 특성을 갖는 제 3내지 제 4 발열소자(43,44)와, 정전류를 공급하는 제 2정전류원(62)이 제 2휘스톤 브리지(52)의 일측 양단에 연결되고 제 3내지 제 4 발열소자(43,44)가 제 2정전류원(62)에 대칭되도록 설치되어 제 2휘스톤 브리지(52)의 타측 양단에서의 출력값을 제 2증폭기(72)에 의해 증폭하여 출력하는 제 2신호처리부(82)와, 제 1신호처리부(81)와 제 2신호처리부(82)의 출력값을 입력받아 선형화시키고 저항값의 변화에 대해 바이패스모세관(30)과 제 1내지 제 2측정모세관(21,22)을 통해 흐르는 가스의 질량유량값을 전기적신호로 출력하는 제어부(90)로 이루어진다.
본 실시예에서는 제 1측정모세관의 직경보다 제 2측정모세관의 직경이 더 큰 것을 사용하여 설명한다.
위와 같이 구성될 경우 가스 주입로(10)를 통해 흐르는 가스유량은 바이패스모세관(30)과 제 1측정모세관(21)과 제 2측정모세관(22)을 통해 흐르는 가스유량의 총합으로 수학식 2에 의해 구해진다.
이때 모세관을 통해 흐르는 가스유량은 모세관의 단면적에 의한 값으로 도 4에 도시된 바와 같이 (가)와 같은 제 1측정모세관(21)을 통해 흐르는 가스유량()은 제 1측정모세관(21)의 단면적()에 비례하고, (나)와 같은 제 2측정모세관(22)을 통해 흐르는 가스유량()도 제 2측정모세관(22)의 단면적 ()에 비례하게 된다. 또한, (다)와 같은 바이패스모세관(30)을 통해 흐르는 가스유량()은 바이패스모세관(30)내에서 가스가 통과할 수 있는 단면적 ()에 비례하게 된다.
따라서, 수학식 2에서 사용된 제 1측정모세관(21)을 통해 흐르는 가스유량()에 대한 제 2측정모세관(22)을 통해 흐르는 가스유량()의 질량흐름비(k2)와 제 1측정모세관(21)을 통해 흐르는 가스유량()에 대한 바이패스모세관(30)을 통해 흐르는 가스유량()의 질량흐름비(kb)는 다음의 수학식 3에 의해서 구해진다.
이와 같이 제 1측정모세관(21)을 통해 흐르는 가스유량()을 측정할 경우 제 2측정모세관(22)을 통해 흐르는 가스유량()과 바이패스모세관(30)을 통해 흐르는 가스유량()은 수학식 2와 수학식 3을 통해 계산할 수 있어 가스 주입로(10)를 통과하는 전체적인 가스유량()을 측정할 수 있게 된다. 이때 제 2측정모세관(22)을 통해 흐르는 가스유량()은 측정하여 얻을 수 있다.
가스 주입로(10)가 오염이 되지 않고 정상적으로 작동될 때는 수학식 2와 수학식 3에 의해서 구해질 수 있지만 도 5와 같이 제 1내지 제 2측정모세관(21,22)과 바이패스모세관(30)이 오염되었을 경우에는 각각의 관로를 통해 흐르는 가스유량에 차이가 발생하게 될 뿐만 아니라 질량흐름비에 차이가 발생하여 수학식 2와 수학식 3에 의해서 측정할 수 없게 된다.
이와 같이 오염이 발생했을 때 제 1내지 제 2측정모세관(21,22)과 바이패스모세관(30)을 통해 흐르는 가스유량의 총합()은 수학식 4와 같이 정의된다.
이때, 도 5의 (가)와 (나)같이 오염된 제 1내지 제 2측정모세관(21,22)의 경우 수학식 4에서의 오염된 제 1측정모세관(21)에 대한 오염된 제 2측정모세관(22)의 질량흐름비(k2') 는 다음의 수학식 5에 의해 구해진다.
이때 오염된 제 1내지 제 2측정모세관의 직경은 오염물질이 내벽을 감싸고 있기 때문에 2t만큼 줄어들게 된다. 즉, 오염된 제 1측정모세관의 직경()은이 되고 제 2측정모세관의 직경()은이 된다.
오염된 제 1내지 제 2측정모세관의 직경을 수학식 5에 적용하면 수학식 6과 같이 정리된다.
수학식 6에서이 1보다 현저하게 작을 경우 이 값을 무시를 할 수 있게 됨으로 수학식 7과 같이 정리된다.
수학식 7의 값을 오염된 두께인 t값으로 정리하면 수학식 8과 같이 된다.
그런데, 오염된 제 1측정모세관(21)에 대한 제 2측정모세관(22)의 질량흐름비()는 측정값에 의해 구할 수 있기 때문에 관로내에 오염된 두께인 t는 수학식 8에 의해서 구할 수 있게 된다.
한편, 오염된 제 1측정모세관(21)에 대한 바이패스모세관(30)의 질량흐름비()는 수학식 9와 같이 정의된다.
이때 오염된 바이패스모세관(30)의 직경은 오염물질에 의해 줄어들게 되는데 바이패스모세관(30)은 제 1내지 제 2측정모세관(21,22)에 비해 열을 적게 받기 때문에 오염의 진행속도가 제 1내지 제 2측정모세관(21,22)에 비해 느려서 전체적인 오염물질의 두께는 αt의 관계식을 갖게 된다. 이때 α는 실험적으로 구할 수 있는 값으로 0 < α < 1 범위의 값이다.
따라서, 도 5의 (다)와 같이 오염된 바이패스모세관(30)의 외부 직경는로 표시할 수 있으며 내부 직경는로 표시할 수 있다. 그래서, 수학식 9를 다시 정리하면 수학식 10과 같이 된다.
수학식 10에서이 1보다 현저하게 적기 때문에 무시하고는 수학식 3에 의해 kb로 대치하면 수학식 11과 같이 정리된다.
따라서, 본 발명에 의한 열량형 질량유량 측정센서를 통해 가스 주입로(10)를 통과하는 가스유량()을 측정할 경우 제 1내지 제 4발열소자(41,42,43,44)에 의해 제 1내지 제 2측정모세관(21,22)을 통과하는 가스유량(,)에 따라 온도차가 변하게 되는 값을 제 1내지 제 2휘스톤 브리지(51,52)에 연결된 제 1내지 제 4발열소자(41,42,43,44)의 저항값 변화를 감지하여 제 1내지 제 2증폭기(71,72)를 통해 증폭 출력하는 제 1내지 제 2신호처리부(81,82)의 신호를 입력받은 제어부(90)에서 측정된 제 1측정모세관(21)을 통과하는 가스유량값()과 제 2측정모세관(22)을 통과하는 가스유량값()을 통해 수학식 3에 의해 제 1측정모세관(21)에 대한 바이패스모세관(30)의 질량유량비()를 계산한 후 수학식 2에 의해 가스 주입로를 통과하는 가스유량의 총합()을 구하게 된다.
그러나 일반적인 상태에서의 가스 주입로(10)는 부식성 가스등에 의해 오염되어 있기 때문에 항상 수학식 2와 수학식 3에 의해서 구할 수 없게 된다.
따라서, 오염된 가스 주입로(10)를 통과하는 가스유량값()을 보정하기 위해 측정되는 제 1내지 제 2측정모세관(21,22)을 통해 흐르는 가스유량(,)을 측정한 값을 기반으로 수학식 7내지 수학식 8과 수학식 11을 통해 오염된 제 1측정모세관(21)에 대한 오염된 바이패스모세관(30)의 질량유량비()를 구한 후 수학식 4를 통해 가스 주입로(10)를 통과하는 가스유량을 계산하여 출력함으로써 자체보정된 값을 제어부(90)에서 전기적인 신호로 출력하게 된다.
한편, 오염정도가 심해짐에 따라 측정감도 저하되어 계산값에 의한 보정범위를 넘을 경우 경고를 하기 위해 제 1측정모세관(21)에 의해 측정되는 가스유량값()과 제 2측정모세관(22)에 의해 측정되는 가스유량값()의 변화를 비교하여 일정범위를 벗어날 경우 제어부(90)에서 경고신호를 출력함으로써 자체보정값을 벗어남을 알려 수리를 받을 수 있도록 한다.
본 실시예에서는 동일 중심축에 심이 형성된 관으로써 심의 외측을 따라 가스가 흐르는 구조로 바이패스모세관을 모델링하였으나 바이패스모세관의 구조가 다를 경우에도 바이패스모세관을 통해 흐르는 가스량을 새롭게 모델링할 경우 본 발명에 의한 동일한 관계식에 의해 동일한 방법으로 가스 주입로를 통과하는 가스유량을 측정할 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명은 열량형 질량유량 측정센서에서 가스유량을 측정하기 위한 기초값과 더불어 오염에 따라 변하는 정도를 파악하고 자체 보상을 하기 위한 기준값을 측정하여 일정범위 내에서는 기초값과 기준값을 통해 자체적인 진단과 보상작용을 행하여 가스유량값을 출력함으로써 이상상태가 발생하여도 일정한 범위내에서는 가스의 유량을 제어하는데 큰 오차가 없어지는 이점이 있다.
또한, 이상상태가 일정한 범위를 벗어날 경우 경고를 함으로써 일정한 시간을 사용한 후 일방적으로 수리하거나 교체하는데 소요되는 시간과 경제적인 손실을 줄일 수 있는 이점이 있다.

Claims (4)

  1. 가스가 유입되는 가스 주입로와,
    상기 가스 주입로 내부에 설치된 바이패스모세관과,
    상기 가스 주입로 바깥쪽으로 상기 바이패스모세관 양쪽을 연결하도록 설치된 제 1측정모세관과,
    상기 제 1측정모세관의 바깥쪽에 일정한 간격으로 감겨져 정전류를 공급하면 열을 발생하고 온도에 따라 저항값이 달라지는 특성을 갖는 제 1내지 제 2 발열소자와,
    정전류를 공급하는 정전류원이 제 1휘스톤 브리지의 일측 양단에 연결되고 상기 제 1내지 제 2 발열소자가 상기 정전류원에 대칭되도록 설치되어 상기 제 1휘스톤 브리지의 타측 양단에서의 출력값을 제 1증폭기에 의해 증폭하여 출력하는 제 1신호처리부와,
    상기 가스 주입로 바깥쪽으로 상기 바이패스모세관 양쪽을 연결하도록 설치된 제 2측정모세관과,
    상기 제 2측정모세관의 바깥쪽에 일정한 간격으로 감겨져 정전류를 공급하면 열을 발생하고 온도에 따라 저항값이 달라지는 특성을 갖는 제 3내지 제 4 발열소자와,
    상기 제 3내지 제 4발열소자를 제 2휘스톤 브리지에 대칭되도록 구성하여 상기 제 2휘스톤 브리지의 대칭 양끝단의 출력값을 제 2증폭기에 의해 증폭하여 출력하는 제 2신호처리부와,
    상기 제 1신호처리부와 상기 제 2신호처리부의 출력값을 입력받아 선형화시키고 저항값의 변화에 대해 상기 바이패스모세관과 상기 제 1내지 제 2측정모세관을 통해 흐르는 가스의 질량유량값을 전기적신호로 출력하는 제어부
    로 이루어진 것을 특징으로 하는 열량형 질량유량 측정센서.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제 1측정모세관과 제 2측정모세관의 직경은 서로 다른 것을 특징으로 하는 열량형 질량유량 측정센서.
  3. 측정된 제 1측정모세관을 통과하는 가스유량값()과 제 2측정모세관을 통과하는 가스유량값()을 통해 오염된 상기 제 1측정모세관에 대한 상기 제 2측정모세관의 질량흐름비()를 측정값에 의해 관로내에 오염된 두께를 계산한 후 오염된 상기 제 1측정모세관에 대한 바이패스모세관의 질량흐름비()를 계산하여 아래식에 의해 가스 주입로를 통과하는 가스유량의 총합()을 산출하는 것
    을 특징으로 한 열량형 질량유량 측정센서의 오차보정 방법.
    (아래식)
  4. 제 3항에 있어서, 상기 제 1측정모세관에 의해 측정되는 가스유량값()과 상기 제 2측정모세관에 의해 측정되는 가스유량값()의 변화를 비교하여 일정범위를 벗어날 경우 상기 제어부에서 경고신호를 출력하는 것
    을 특징으로 한 열량형 질량유량 측정센서의 오차보정 방법.
KR10-2001-0049123A 2001-08-14 2001-08-14 열량형 질량유량 측정센서 및 그의 오차보정 방법 KR100508488B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2001-0049123A KR100508488B1 (ko) 2001-08-14 2001-08-14 열량형 질량유량 측정센서 및 그의 오차보정 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2001-0049123A KR100508488B1 (ko) 2001-08-14 2001-08-14 열량형 질량유량 측정센서 및 그의 오차보정 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20030034264A true KR20030034264A (ko) 2003-05-09
KR100508488B1 KR100508488B1 (ko) 2005-08-17

Family

ID=29561876

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-2001-0049123A KR100508488B1 (ko) 2001-08-14 2001-08-14 열량형 질량유량 측정센서 및 그의 오차보정 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100508488B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2758778C2 (ru) * 2020-03-26 2021-11-01 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Устройство для измерения массового расхода газовых сред
CN117007144A (zh) * 2023-10-07 2023-11-07 成都睿宝电子科技有限公司 一种高精度热式气体质量流量计及其调零方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4672997A (en) * 1984-10-29 1987-06-16 Btu Engineering Corporation Modular, self-diagnostic mass-flow controller and system
JPS6421313A (en) * 1987-07-16 1989-01-24 Sumitomo Light Metal Ind Simultaneous measurement of flow velocity in pipe and contamination of internal surface thereof
JPH0296619A (ja) * 1988-10-03 1990-04-09 Nec Kyushu Ltd マスフローコントローラ
JP2724496B2 (ja) * 1989-04-10 1998-03-09 株式会社リンテック 液体用質量流量制御器
JPH05289751A (ja) * 1992-04-15 1993-11-05 Hitachi Metals Ltd マスフローコントローラのゼロ点シフト及びスパンシフトを自動補正する方法及びその自動補正機能付きマスフローコントローラ

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2758778C2 (ru) * 2020-03-26 2021-11-01 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Устройство для измерения массового расхода газовых сред
CN117007144A (zh) * 2023-10-07 2023-11-07 成都睿宝电子科技有限公司 一种高精度热式气体质量流量计及其调零方法
CN117007144B (zh) * 2023-10-07 2023-12-15 成都睿宝电子科技有限公司 一种高精度热式气体质量流量计及其调零方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR100508488B1 (ko) 2005-08-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3260454B2 (ja) 質量流量計、流体の質量測定方法及び粘度測定装置
US7706995B2 (en) Capacitance manometers and methods relating to auto-drift correction
JP5337542B2 (ja) マスフローメータ、マスフローコントローラ、それらを含むマスフローメータシステムおよびマスフローコントローラシステム
US10401202B2 (en) Method and apparatus for gas flow control
KR101599343B1 (ko) 유량 모니터 부착 압력식 유량 제어 장치
US7654137B2 (en) Corrosion-resistant metal made sensor for fluid and a fluid supply device for which the sensor is employed
US7363182B2 (en) System and method for mass flow detection device calibration
JP2006250955A (ja) 非汚染性本体を有する腐食性流体内の流量計
WO1997030333A8 (en) Flow meter within caustic fluids having non-contaminating body
JP5110878B2 (ja) プロセス圧力センサのキャリブレーション
US7059185B2 (en) System and method of measuring convection induced impedance gradients to determine liquid flow rates
JP4669193B2 (ja) 圧力式流量制御装置の温度測定装置
KR100508488B1 (ko) 열량형 질량유량 측정센서 및 그의 오차보정 방법
JP4852654B2 (ja) 圧力式流量制御装置
JP4852619B2 (ja) 圧力式流量制御装置
TW202212781A (zh) 流量測定裝置
KR20050026393A (ko) 질량 유량 검출 장치를 보정하기 위한 시스템 및 방법
Hinkle Mass Flow Measurement and Control
JPH0629797B2 (ja) 流体抵抗式温度計による多点温度計測装置

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: 20080731

Year of fee payment: 4

LAPS Lapse due to unpaid annual fee