KR20040065069A - 질량유량측정센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 질량유량제어기의 열식 질량유량측정센서에 관한 것으로, 유로를 통해 흐르는 유체로부터 시료유체가 항상 일정한 비율로 채취되도록 설치된 시료 유동관과; 시료 유동관의 외부면의 중앙부의 일정구역에 권선되어 시료유동관의 내부에 유동하는 시료유체를 가열하기 위한 가열코일과; 시료유체의 상류의 온도를 감지하기 위한 제1 감온코일과; 시료유체의 하류의 온도를 감지하기 위한 제2 감온코일로 구성된 질량유량측정센서에 있어서, 시료 유동관의 외주면에 열전달 성능이 우수한 재료를 적절히 접합하여, 시료 유동관의 열전달 성능을 향상시키고 열평형도달 속도을 향상시켜, 질량유량측정센서의 응답속도를 향상시키고 선형유량범위를 향상시킨 것이다.

Description

질량유량측정센서{MASS FLOW MEASUREMENT SENSOR FOR MASS FLOW CONTROLLER}

본 발명은 질량유량측정센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 시료 유동관의 외부면의 소정 부분에 박막층을 구비시켜, 응답속도 및 선형유량범위를 향상시킨 질량유량측정센서에 관한 것이다.

일반적으로 질량유량제어기는 각종 유로에 흐르는 유체의 유량을 측정하고 그 측정치에 따라 유체의 유동을 제어하기 위한 것으로, 반도체 산업 등 여러 산업분야의 전반에 걸쳐 보편적으로 사용되고 있다.

이와 같은 유로를 통해 흐르는 유체의 유량을 측정하는 방식은 크게 1)체적유량을 측정하는 방식과, 2)질량유량을 측정하는 방식으로 구분할 수 있다.

일반적으로 유체가 비중이 작고 압축성이 큰 가스인 경우, 체적유량에 의한 방식보다는 질량유량에 의한 측정 방식이 유체의 유동을 보다 정확하게 제어할 수 있는 것으로 알려져 있다. 특히, 화학반응장치에서의 유량제어는, 화학반응이 질량을 기준으로 한 반응이므로, 질량유량을 측정하고 제어하는 것이 보다 편리하다.

이와 같은 질량유량측정의 경우 미소의 질량유량을 측정하기 위한 방식으로는 유체(fluid)에 열을 가하고 그 온도변화를 측정하는 열식(thermal) 측정방식이 보편적으로 사용되고 있다.

도 1은 종래의 열식 측정방식을 이용한 질량유량제어기의 개략적인 단면도이다. 도 1을 참조하면, 종래의 질량유량제어기(100)는 유로(110)를 통해 흐르는 질량유량을 측정하는 질량유량측정센서(120)와, 유로(110)의 개도를 변화시켜유로(110)를 통해 흐르는 질량유량을 조절하는 밸브 작동기(160) 및 밸브(130)와, 질량유량측정센서(120)에 의해 측정된 질량유량을 검출하고 유로(110)의 개도를 조절하도록 전기적 신호를 밸브 작동기(160)로 송출하는 제어부(140)로 구성된다.

여기서, 질량유량측정센서(120)는 유로(110)를 통해 흐르는 유체의 일정 부분이 통과하도록 유로(110)에 연결되게 구성된 시료 유동관(121)과, 전원(170)으로부터 공급되는 전기에너지를 열에너지로 변환하여 시료 유동관(121)을 통해 흐르는 시료유체를 가열하는 열원으로서의 역할을 하도록 시료 유동관(121)의 외주에 감겨있는 가열코일(122)과, 시료유체의 상류의 온도를 측정하는 온도측정기로서의 역할을 하도록 가열코일(122)의 상류에서 시료 유동관(121)의 외주에 감겨 있는 제1 감온코일(123) 및, 시료 유체의 하류의 온도를 측정하는 온도측정기로서의 역할을 하도록 가열코일(122)의 하류에서 시료 유동관(121)의 외주에 감겨 있는 제2 감온코일(124)로 구성된다. 즉, 제1 감온코일(123)에서는 상류의 시료 유체의 온도에 대응하는 전기신호가 얻어지고, 제2 감온코일(124)에서는 하류의 시료유체의 온도에 대응하는 전기신호가 얻어진다.

또한, 질량유량측정센서(120)의 시료 유동관(121)은 통상적으로 그 상단이 유로(110)의 측벽을 관통하도록 연결되고, 그 하단은 상단보다 하류에서 유로(110)의 측벽을 관통하여 연결됨으로써, 시료 유체가 상단을 통해 유입된 후 하단을 통해 유출된다. 이 때, 정확한 측정치를 얻기 위해서는 유로(110)를 통해 흐르는 유체로부터 시료유체가 항상 일정한 비율로 채취되는 것이 보장되어야 한다. 이를 위해, 유로(110)의 내측에는 층류기(150)와 같은 유동안내기가 제공되어 시료유동관(121)을 통과하지 않고 바이패스되는 유체의 유선을 변화시킨다.

이어서, 도 1에 보인 시료 유동관(121)의 상류 및 하류에서 각각 측정한 시료유체의 온도차를 이용하여 질량유량을 측정하는 원리를 도 2를 참조하여 설명한다.

도 2에는 도 1의 질량유량측정센서(120)에서 온도차를 이용하여 질량유량을 측정하는 원리가 개략적으로 도시되어 있다.

도 2를 참조하면, 가열코일(122)에 의해 시료유체가 가열된 상태에서, 시료유체가 유동되지 않는 상태일 경우 제1, 제2 감온코일(123, 124)에서는 동밀한 온도값에 해당하는 전기신호가 얻어지지만, 시료유체가 유동 상태일 경우 제1, 제2 감온코일(123, 124)에서는 온도차(T)를 갖는 전기신호가 각각 얻어진다.

이러한 온도차(T)는 상류에서 유입된 시료유체가 가열코일(122)부위를 지나면서, 가열코일(122)의 열을 일부분 흡수하면서 가열되어지며, 가열되어진 시료유체는 하류로 이동하기 때문이다. 즉, 시료 유동관내의 시료유체의 이동에 의한 대류현상 때문이다.

시료유체의 온도차(T)는 열원이 제공한 열량(Q : heat flux or heat flow rate) 및 그 열량(Q)에 의해 가열되어지는 시료 유동관(121)을 통과하는 시료유체의 질량유량(m : mass flow rate)과 함수관계를 갖는다. 그러므로, 아래의 수학식 1과 같이, 시료유체의 비열(Cp : specific heat)과, 열원에 의해 가해지는 열량(Q)및, 제1 및 제2 감온코일(123, 124)로부터의 전기신호에 의해 얻어지는 시료유체의 온도차(T)로부터 시료 유동관(110)를 통해 흐르는 시료유체의 질량유량(m)을 계산할 수 있으며, 유로(110)를 통과하는 총 질량유량은 시료 유동관(121)을 통과하는 시료유체의 질량유량에 층류기(150)를 통과하는 질량유량과의 비율을 곱하여 계산한다.

통상적으로는, 열원에 의해 공급되는 열량을 일정하게 유지하고, 제어부(140)가 제1 및 제2 감온코일(123, 124)로부터의 전기신호에 의해 얻어지는 시료유체의 상류 및 하류의 온도차 또는 저항차에 대응하는 밸브 구동신호를 밸브 작동기(160)로 송출하며, 밸브 작동기(160)가 밸브 구동신호에 따라 밸브(130)를 작동시켜 유로(110)의 개도를 조절함으로써 유로(110)를 통해 흐르는 질량유량을 제어한다.

질량유량측정센서의 시료 유동관은 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이 일반적으로 단일관 방식의 시료 유동관이 많이 사용되고 있으나, 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이 시료 유동관(50)의 유로가 환형 유로(58)가 형성되도록 시료 유동관(50)의 내부에 시료 유동관(50)의 길이방향으로 평행하게 내부관(51)을 갖는 이중관 방식을 취하여, 단일관 방식의 시료 유동관을 사용할 경우에 비하여 선형유량범위를 크게 확대시킨, 이중관 방식의 시료 유동관을 구비한 질량유량측정센서도 사용되고 있다. 도 3및 도 4에서 도면 부호 55는 가열코일이며, 56 및 57은 감온코일을 각각 나타낸다.

상기와 같은 이중관 방식을 이용한 질량유량측정센서는 본 발명의 출원인이출원한 대한민국 특허출원번호 10-2001-81357, 10-2002-14257, 10-2002-20202, 10-2002-79262에 상세 기재되어있다.

이와 같은 질량유량제어기의 질량유량측정센서는 질량유량을 측정하기 위한 센서의 배치 방식에 따라 두 가지로 구분된다.

첫 번째 방식은, 도 5a 및 5b에 도시된 바와 같이 시료 유동관(50)의 중앙부에 하나의 가열코일(55)을 설치하고, 가열코일(55)을 기준으로 상류부분에 제1 감온코일(56), 하류부분에 제2 감온 코일(57)을 설치하여, 시료 유동관(50)의 상류와 하류의 온도차(또는 저항차)를 감지하여 질량유량을 측정하는 1-히터 2-센서 방식이 있다.

두 번째 방식은, 도 6a 및 6b에 도시된 바와 같이 가열기능과 감온기능을 동시에 갖는 소자를 활용하여 별도의 가열코일을 설치하지 않고, 시료 유동관(60)의 상류부분에 제1 감온코일(61), 하류부분에 제2 감온코일(62)을 각각 설치하여 시료 유동관(60)의 상류와 하류의 온도차(또는 저항차)를 감지하여 유량을 측정하는 2-센서방식(또는 2-히터방식)이 있다.

또한, 질량유량제어기의 질량유량측정센서는 질량유량을 측정하기 위한 센서의 원리에 따라 두 가지로 구분된다.

첫 번째 방식은, 가열코일에 일정량의 열량을 고정적으로 공급하고 시료 유동관의 내부에서 유체가 유동할 경우 발생되는 시료 유동관의 상류와 하류의 온도차(또는 저항차)를 이용하여 유량값으로 변환하는 방식인 정열량 방식이 있다. 일반적으로 정열량 방식은 1-히터 2-센서 방식과 2-센서 방식(또는 2-히터 방식)에적용되어 사용되고 있다.

두 번째 방식은, 상류 및 하류에 설치된 감온소자의 온도(또는 저항)를 일정하게 유지시키고, 시료 유동관의 내부에서 유체가 유동할 경우 발생되는 시료 유동관의 상류와 하류의 전력차를 이용하여 유량값으로 변환하는 방식인 정온도차 방식이 있다. 일반적으로 정온도차 방식은 2-센서 방식(또는 2-히터 방식)에 적용되어 사용되고 있다.

질량유량제어기는 신속하고 정확한 질량유량의 측정과 제어가 가장 중요하다. 질량유량제어기의 빠른 측정과 제어를 위해서는 질량유량측정센서의 빠른 응답속도가 요구되며, 질량유량측정센서의 빠른 응답속도을 위해서는 시료 유동관의 빠른 열평형 도달이 필요하다.

일반적으로 질량유량측정센서의 시료 유동관은 내부식성이 강한 스테인리스관으로 구성되어있다. 시료 유동관의 빠른 열평형 도달을 위해서는 직경이 작고 두께가 얇은 스테인리스관이 사용되어야 한다. 그러나, 스테인리스관을 가늘고 얇게 만드는 데는 제작상의 한계가 있으며, 또한 가늘고 얇은 스테인리스관을 사용할 경우 질량유량제어기의 정확도와 신뢰성을 저하시키는 등의 문제를 야기시킨다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 주된 목적은 종래의 질량유량측정센서의 시료 유동관의 열평형 도달 속도을 향상시키고, 선형유량범위를 향상시키기 위한 것으로, 열전달 성능이 낮은 재료와 열 전달 성능이 우수한 재료가 접합될 경우, 접합재의 열전달 성능은 열전달 성능이우수한 재료에 의하여 지배적인 영향을 받는다는 사실에 기초한 것으로, 스테인리스로 구성된 시료 유동관에 스테인리스보다 열전달 성능이 우수한 재료를 적절히 접합하여 사용함으로서 시료 유동관의 열전달 성능을 향상시키고 열평형 도달 속도을 가속시켜, 질량유량측정센서의 응답속도를 향상시키고, 또한 선형유량범위를 향상시키고자 한다. 이로 인하여 질량유량제어기의 정확도와 신뢰성을 향상시킬 수 있는 질량유량측정센서를 제공하기 위한 것이다.

도 1은 종래의 단일관 방식의 질량유량제어기의 개략적인 구성도.

도 2는 종래의 단일관 방식의 질량유량측정센서의 시료 유동관에서 질량유량의 변화에 따른 온도분포의 변화를 개략적으로 도시한 그림.

도 3는 종래의 이중관 방식의 질량유량측정센서의 개략적인 구성도.

도 4는 V-V' 선을 따라 절취한 종래의 이중관 방식의 질량유량측정센서의 횡단면도.

도 5a와 도 5b는 종래의 1-히터 2-센서 방식의 단일관 방식의 질량유량측정센서의 개략적인 구성도.

도 6a 및 도 6b는 종래의 2-센서 방식의 단일관 방식의 질량유량측정센서의 개략적인 구성도.

도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 1-히터 2-센서 방식의 단일관 방식의 질량유량측정센서의 개략적인 구성도.

도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 2-센서 방식의 단일관 방식의 질량유량측정센서의 개략적인 구성도.

도 9a 및 도 9b는 본 발명에 따른 다른 실시예의 1-히터 2-센서 방식의 단일관 방식의 질량유량측정센서의 개략적인 구성도.

도 10은 본 발명에 따른 1-히터 2-센서 방식의 이중관 방식의 질량유량측정센서의 개략적인 구성도.

도 11은 본 발명에 따른 2-센서 방식의 이중관 방식의 질량유량측정센서의 개략적인 구성도.

도 12은 본 발명에 따른 다른 실시예의 1-히터 2-센서 방식의 이중관 방식의 질량유량측정센서의 개략적인 구성도.

도 13는 종래의 단일관 방식의 질량유량측정센서의 시료 유동관에서 질량유량의 변화에 따른 온도분포의 변화를 개략적으로 도시한 그림.

도 14는 본 발명에 따른 단일관 방식의 질량유량측정센서의 시료 유동관에서 질량유량의 변화에 따른 온도분포의 변화를 개략적으로 도시한 그림.

도 15는 1-히터 2-센서 방식의 단일관 방식의 질량유량측정센서에 있어서, 가열코일부분에 종래의 박막층을 사용하지 않은 경우와 본 발명에 따른 박막층을 사용한 경우의 질량유량의 변화에 따른 온도차 변화를 비교 도시한 그래프.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *

70,80,90,100,110,120 : 시료 유동관

71,91,101,121 : 가열코일

72,73,92,93,102,103, 122,123 : 감온코일

81,82,111,112 : 가열겸용 감온코일

74,83,94,104,113,124 : 박막층

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 질량유량제어기의 질량유량 측정센서를 구성하는 한 요소인 시료 유동관에, 시료 유동관의 재질로 사용되는 스테인리스보다 열전달 성능이 우수한(열확산 계수:Thermal diffusivity 값이 더 큰) 재료를 사용하여, 가열코일나 감온코일에 상응하는 시료 유동관의 외부면에 박막층을 형성하여, 시료 유동관의 열전달 성능을 향상시키고 열평형 도달 속도을 향상시켜, 질량유량측정센서의 응답속도를 향상시키고 선형유량범위를 향상시키고자 한다.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 질량유량측정센서의 구성을 설명한다.

도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 제 1 실시예로서, 단일관 방식의 1-히터 2-센서 방식의 질량유량측정센서에 적용한 실시 예이다.

도 7a 및 도 7b를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 질량유량측정센서는 유료로부터 항상 일정 비율로 채취된 시료유체가 유동하도록 설치된 시료 유동관(70)과; 시료 유동관(20)의 외부면의 중앙부의 일정구역에 권선되어 시료 유동관(70)의 내부에 유동하는 시료유체를 가열하기 위한 가열코일(71)과; 시료유체의 상류의 온도를 감지하기 위하여 시료 유동관(70)의 외부면에 상기 가열코일(71)을 기준으로 상류부분의 일정구역에 설치된 제1 감온코일(72)과; 시료유체의 하류의 온도를 감지하기 위하여 시료 유동관(70)의 외부면에 상기 가열코일(71)을 기준으로 하류부분의 일정구역에 설치된 제2 감온코일(72)과; 가열코일(71) 부분의 시료유동관(70)의 열평형을 가속시키기 위하여 가열코일(71)에 상응하는 시료 유동관(70)의 외부면에 형성된 박막층(74)으로 구성된다.

도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 제 2 실시예로서, 단일관 방식의 2-센서방식의 질량유량측정센서에 적용한 실시예이다.

도 8a 및 8b를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 질량유량측정센서는 유로로부터 항상 일정 비율로 채취된 시료유체가 유동하도록 설치된 시료 유동관(80)과; 가열기능과 감온기능을 동시에 갖는 소자를 활용하여 별도의 가열코일을 설치하지 않고, 시료유체의 상류의 온도를 감지하기 위하여 시료 유동관(80)의 외부면에 중앙부를 기준으로 상류부분의 일정구역에 설치된 제1 감온코일(81)과; 시료유체의 하류의 온도를 감지하기 위하여 시료 유동관(80)의 외부면에 중앙부를 기준으로 하류부분의 일정구역에 설치된 제2 감온코일(82)과; 제1 감온코일(81) 부분의 시료 유동관(80)과 제2 감온코일(82) 부분의 시료 유동관(80)의 열평형을 가속시키기 위하여, 제1, 제2 감온코일(81,82)에 상응하는 시료 유동관(80)의 외부면에 형성된 박막층(83)으로 구성된다.

도 9a 및 도 9b는 본 발명에 따른 제 3 실시 예로서, 단일관 방식의 1-히터 2-센서 방식의 질량유량측정센서에 적용한 실시예 이다.

도 9a 및 9b를 참조하면, 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 질량유량측정센서는 유로로부터 항상 일정 비율로 채취된 시료유체가 유동하도록 설치된 시료 유동관(90)과; 시료 유동관(90)의 외부면의 중앙부의 일정구역에 권선되어 시료 유동관(90)의 내부에 유동하는 시료유체를 가열하기 위한 가열코일(91)과; 시료유체의 상류의 온도를 감지하기 위하여 시료 유동관(90)의 외부면에 상기 가열코일(91)을 기준으로 상류부분의 일정구역에 설치된 제1 감온코일(92)과; 시료유체의 하류의 온도를 감지하기 위하여 시료 유동관(90)의 외부면에 상기 가열코일(91)을 기준으로 하류부분의 일정구역에 설치된 제2 감온코일(92)과; 가열코일(91)과 제1, 제2 감온코일(92,93) 부분의 시료 유동관(90)의 열평형을 가속시키기 위하여, 가열코일(91)과 제1, 제2 감온코일(92,93)에 상응하는 부분의 시료 유동관(90)의 외부면에 형성된 박막층(94)으로 구성된다.

도 10 는 본 발명에 따른 제 4 실시예로서, 이중관 방식의 1-히터 2-센서 방식의 질량유량측정센서에 적용한 실시 예이다.

도 10을 참조하면, 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 질량유량측정센서는 유로로부터 항상 일정 비율로 채취된 시료유체가 유동하도록 설치된 시료 유동관(100)과; 시료 유동관(100)의 외부면의 중앙부의 일정구역에 권선되어 시료 유동관(100)의 내부에 유동하는 시료유체를 가열하기 위한 가열코일(101)과; 시료유체의 상류의 온도를 감지하기 위하여 시료 유동관(100)의 외부면에 가열코일(101)을 기준으로 상류부분의 일정구역에 설치된 제1 감온코일(102)과; 시료유체의 하류의 온도를 감지하기 위하여 시료 유동관(100)의 외부면에 상기 가열코일(101)을 기준으로 하류부분의 일정구역에 설치된 제2 감온코일(102)과; 가열코일(101) 부분의 시료 유동관(100)의 열평형을 가속시키기 위하여, 가열코일(101)에 상응하는 시료 유동관(100)의 외부면에 형성된 박막층(104)으로 구성된다.

도 11은 본 발명에 따른 제 5 실시예로서, 이중관 방식의 2-센서 방식의 질량유량측정센서에 적용한 실시예 이다.

도 11을 참조하면, 본 발명의 제 5 실시 예에 따른 질량유량측정센서는 유로로부터 항상 일정 비율로 채취된 시료유체가 유동하도록 설치된 시료 유동관(110)과; 가열기능과 감온기능을 동시에 갖는 소자를 활용하여 별도의 가열코일을 설치하지 않고, 시료유체의 상류의 온도를 감지하기 위하여 시료 유동관(110)의 외부면에 중앙부를 기준으로 상류부분의 일정구역에 설치된 제1 감온코일(111)과; 시료유체의 하류의 온도를 감지하기 위하여 시료 유동관(110)의 외부면에 중앙부를 기준으로 하류부분의 일정구역에 설치된 제2 감온코일(112)과; 제1감온코일(111) 부분의 시료 유동관(110)과 제 2 감온코일(112) 부분의 시료 유동관(110)의 열평형을 가속시키기 위하여, 제1, 제2 감온코일(111,112)에 상응하는 시료 유동관(110)의 외부면에 형성된 박막층(113)으로 구성된다.

도 12 는 본 발명에 따른 제 6 실시예로서, 이중관 방식의 1-히터 2-센서 방식에 적용한 실시예 이다.

도 12를 참조하면, 본 발명의 제 6 실시 예에 따른 질량유량측정센서는 유로로부터 항상 일정 비율로 채취된 시료유체가 유동하도록 설치된 시료 유동관(120)과; 시료 유동관(120)의 외부면의 중앙부의 일정구역에 권선되어 시료 유동관(120)의 내부에 유동하는 시료유체를 가열하기 위한 가열코일(121)과; 시료유체의 상류의 온도를 감지하기 위하여 시료 유동관(120)의 외부면에 상기 가열코일(121)을 기준으로 상류부분의 일정구역에 설치된 제1 감온코일(122)과; 시료유체의 하류의 온도를 감지하기 위하여 시료 유동관(120)의 외부면에 가열코일(121)을 기준으로 하류부분의 일정구역에 설치된 제2 감온코일(123)과; 가열코일(121)과 제1, 제2 감온코일(122,123) 부분의 시료 유동관(120)의 열평형을 가속시키기 위하여, 가열코일(121)과 제1, 제2 감온코일(122,123))에 상응하는 부분의 시료 유동관(120)의 외면에 형성된 박막층(124)으로 구성된다.

여기서, 시료 유동관(70-120)의 외부면에 형성된 박막층(74,83,94,104,113,124)은 얇은 필름을 소정횟수 감거나, 코팅이나 도금에 의하여 형성할 수도 있으며, 화학 증착기법을 이용하여 형성할 수도 있다.

또한, 박막층(74,83,94,104,113,124)의 재질은 시료 유동관으로 사용되는 스테인리스보다 열전달 성능이 우수한(열확산 계수:Thermal diffusivity 값이 더 큰)재료인 알루미늄, 구리, 금, 은과 같은 재료를 사용함이 바람직하다.

도 13은 단일관 방식의 1-히터 2-센서 방식의 질량유량측정센서의 시료 유동관에 박막층을 사용하지 않은 경우의 온도 분포 특성을 나타낸 것이다. 도 13에 나타난 바와 같이, 가열코일 부위에 급격한 온도분포 형태가 나타나며, 스테인리스관으로만 구성되어있으므로 열평형에 도달하는 시간이 상대적으로 길다.

도 14는 단일관 방식의 1-히터 2-센서 방식의 질량유량측정센서의 시료 유동관에 가열코일 부위에 박막층을 사용한 경우의 온도 분포 특성을 나타낸 것이다. 도 14에 나타난 바와 같이, 가열코일 부위에 형성된 박막층의 영향으로 가열코일부 위에 온도분포가 평평한 형태를 나타내며, 가열코일부위의 스테인리스관으로 형성된 시료 유동관의 열평형을 가속시켜, 질량유량측정센서의 응답 속도를 빠르게 한다.

도 15는 질량유량측정센서의 시료 유동관에 있어서 질량유량의 변화에 따른 온도차의 변화를, 시료 유동관의 외부면에 박막을 사용하지 않은 종래의 경우와 박막을 사용한 본 발명의 경우를 비교 도시한 그래프이다. 도15의 그래프에서 보이는 바와 같이, 박막을 사용한 경우가 선형유량범위가 더 넓고 온도차가 더 크게 나타남을 알 수 있다.

이로서, 질량유량측정센서의 시료 유동관의 일부 영역에 박막층을 적절히 사용함으로서, 질량유량측정센서의 응답속도를 향상시킬 수 있고, 선형유량범위를 증대시킬 수 있으며, 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.

이상과 같은 본 발명에 따른 질량유량측정센서에 따르면, 스테인리스 재질의 시료 유동관에 스테인리스보다 열전달 성능이 우수한 재료를 사용하여 박막층을 적절히 형성함으로서, 시료 유동관의 열평형 도달 시간을 단축시킬 수 있고, 질량유량측정센서의 응답속도를 향상시키고 및 선형유량범위를 증대시킬 수 있다.

Claims (6)

1. 유로로부터 항상 일정 비율로 채취된 시료유체가 유동하도록 설치된 시료 유동관과;

   상기 시료 유동관의 외부면의 중앙부의 일정구역에 권선되어 상기 시료 유동관의 내부에 유동하는 시료유체를 가열하기 위한 가열수단과;

   상기시료유체의 상류의 온도를 감지하기 위하여 상기 시료 유동관의 외부면에 상기 가열수단을 기준으로 상류부분의 일정구역에 설치된 제1 감온수단과;

   상기 시료유체의 하류의 온도를 감지하기 위하여 상기 시료 유동관의 외부면에 상기 가열수단을 기준으로 하류부분의 일정구역에 설치된 제2 감온수단과;

   상기 가열수단 부분의 상기 시료 유동관의 열평형을 가속시키기 위하여 상기 가열수단에 상응하는 상기 시료 유동관의 외부면에 형성된 박막층으로 구성된 것을 특징으로 하는 질량유량측정센서.
2. 제 1항에 있어서, 상기 가열수단과 상기 제1 및 제2 감온수단 부분의 상기 시료 유동관의 열평형을 가속시키기 위하여, 상기 가열수단과 상기 제1 및 제2 감온수단에 상응하는 부분의 상기 시료 유동관의 외부면에 박막층이 더 구비된 것을 특징으로 하는 질량유량측정센서.
3. 유로로부터 항상 일정 비율로 채취된 시료유체가 유동하도록 설치된 시료 유동관과;

   상기 시료유체의 상류의 온도를 감지하기 위한 제1 감온수단과;

   상기 시료유체의 하류의 온도를 감지하기 위한 제2 감온수단과;

   상기 제1 감온수단 부분의 상기 시료 유동관과 상기 제2 감온수단 부분의 시료 유동관의 열평형을 가속시키기 위하여, 상기 감온수단에 상응하는 상기 시료 유동관의 외부면에 형성된 박막층으로 구성된 것을 특징으로 하는 질량유량측정센서.
4. 제 1항 내지 제 3항에 있어서, 상기 시료 유동관 전체의 열평형을 가속시키기 위하여, 상기 시료 유동관의 외부면의 전체에 형성된 박막층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 질량유량측정센서.
5. 제 1항 내지 제 3항에 있어서, 상기 박막층의 재료는 상기 시료 유동관으로 사용되는 재료보다 열확산 계수값이 더 큰 재료를 사용하여 형성한 것을 특징으로 하는 질량유량측정센서.
6. 제 5항에 있어서, 상기 시료 유동관의 외부면에 형성된 박막층은 얇은 필름을 소정횟수 감거나, 코팅이나 도금, 도포에 의하거나, 화학 증착기법 등을 이용하여 형성한 것을 특징으로 하는 질량유량측정센서.