KR20060015730A - 열 풍속계를 이용한 질량 유량 측정장치 및 측정방법 - Google Patents

Abstract

관형 측벽에 의해 형성된 유로(flow path), 제1 부분이 상기 유로 안에 위치하고 제2 부분이 상기 측벽 바깥으로 연장되도록 측벽을 통해서 상기 유로 안으로 연장된 프로브(probe), 상기 프로브에 장착된 히터 요소(heater element) 및 상기 유로를 통해서 유체 흐름이 상기 히터 요소에 접촉하는 것을 방지하는 씰(seal)을 포함하는 질량 유량 측정장치.

Description

열 풍속계를 이용한 질량 유량 측정장치 및 측정방법{Thermal Anemometry Mass Flow Measurement Apparatus and Method}

본 발명은 유체의 흐름을 측정하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 열선 풍속계(hot wire anemometer)를 사용하여 기체의 흐름을 측정하는 장치 및 방법에 관련된다.

반도체 제조산업에 있어서, 반응 챔버에 기체상태로 운반되는 하나 이상의 반응물질의 양, 온도 및 압력을 정밀하게 제어하는 것이 반드시 필요하다. 질소와 같은 일부 공정 반응물질은 반응이 일어나는데 요구되는 온도 및 압력으로 제어하여 운반하기가 상대적으로 쉽다. 그러나 다른 반응물질들은 반응 챔버에 전달이 요구하는 온도 및/또는 압력에서 부식성, 독성, 자연발화성 또는 불안정성이 매우 높을 수 있다. 이러한 상기 반응물질의 성질은 그 반응물질을 정확하고 제어된 상태로 반응 챔버에 운반하기가 지극히 어렵게 한다.

질량 유량 컨트롤러(mass flow controllers)(이하, "MFCs"라 한다.)는 상기 산업에서 공정 반응물질의 운반을 제어하는데 널리 사용되고 있다. MFCs는 열과 압 력에 근거하여 넓게 2개의 카테고리가 매우 다양한 공정 반응물질의 다양한 운반요건을 취급하기 위해 개발되어 있다. 질량 유량 컨트롤러는 일반적으로 이 컨트롤러를 통해 기체의 흐름을 측정하는 질량 유량 측정장치, 컨트롤러를 통해 기체의 흐름을 제어하는 밸브 및 상기 질량 유량 측정장치와 상기 밸브에 연결된 컴퓨터를 포함한다. 상기 컴퓨터는 목표 유량이 프로그램되어 있어 이를 상기 질량 유량 측정장치에 의해 측정된 실제 유량과 비교한다. 실제 유량이 목표 유량과 동일하지 않다면, 상기 컴퓨터는 또한 실제 유량이 상기 목표 유량과 같아질 때까지 상기 밸브를 개방하거나 폐쇄하도록 프로그램되어 있다.

열 질량 유량 컨트롤러는 다음과 같은 원리에 따라 작동한다. 유량 채널의 벽으로부터 층류(laminar flow)를 갖는 유체의 열 전달률은 상기 유체와 채널 벽의 온도차이, 상기 유체의 비열 및 상기 유체의 질량 유량의 함수이다. 따라서 (층류) 유체의 질량 유량은 그 유체의 성질 및 그 유체와 관의 온도가 주어진다면 결정될 수 있다.

한편, 압력에 기초한 MFCs는 예컨대 유로의 직경에 축소부를 도입하여 유체의 유로를 따라 두 개의 압력 저장소를 형성하는 점성 흐름 조건을 수립한다. 이 축소부는 오리피스 또는 노즐이다. 흐름 제한 개구 상류의 저장소에서, 유체는 소정의 압력(P1)과 밀도(ρ)를 갖는데, 이들은 점성 초크 흐름 조건에 따라 일정 구경의 흐름을 결정하는데에 사용될 수 있다.

또한, 열선 풍속계를 사용하여 기체 유량을 측정하는 것도 알려져 있다. 열선 풍속계 안에서 상기 기체는 전형적으로 단일의 가열선을 지나면서 상기 선의 온 도를 감소시킨다. 상기 기체의 유량과 관련되어 상기 가열선의 저항변화는 결정된다. 더 개선한 기술로는, 제1 가열선의 하류에 위치한 제2 가열선을 사용하는 것이 있다. 상기 기체는 상기 시스템을 통과하면서, 상류 선(upstream wire)의 온도를 감소시키고 하류 선(downstream wire)의 온도를 증가시킨다. 그런 후 상기 온도차이는 출력신호로서 기록된다.

그러나 신규하고 개선된 질량 유량의 비율을 측정하기 위한 장치 및 방법을 포함하는 질량 유량 컨트롤러의 필요성은 여전히 존재한다. 바람직하게 상기 신규하고 개선된 장치 및 방법은 질량 유량의 비율을 측정하기 위해 열선 풍속계를 이용할 것이다. 또한, 상기 신규하고 개선된 장치 및 방법은 바람직하게는 와류 발산(vortex shedding)에 의해 역효과를 받지 않으며, 기체 타입과 주위 온도에 민감하지 않으며, 측정되는 기체와 양립할 수 있는 재료가 될 것이다. 더구나, 이러한 신규하고 개선된 장치 및 방법은 바람직하게는 유량이 변화에 신속히 응답하고 넓은 범위의 유량을 측정할 수 있어야 할 것이다.

본 발명은 관형 측벽에 의해 형성된 유로(flow path), 제1 부분이 상기 유로 안에 위치하고 제2 부분이 상기 측벽 바깥으로 연장되도록 측벽을 통해서 상기 유로 안으로 연장된 프로브(probe), 상기 프로브에 장착된 히터 요소(heater element) 및 상기 유로를 통해서 유체 흐름이 상기 히터 요소에 접촉하는 것을 방지하는 씰(seal)을 포함하는 신규하고 개선된 질량 유량 측정장치를 제공한다.

본 발명의 일 특징에 의하면, 상기 씰은 상기 측벽과 상기 프로브 사이에 제공되며, 상기 히터 요소는 상기 프로브의 제2 부분에 장착된다. 다른 특징에 의하면, 상기 프로브는 스테인리스 스틸과 알루미늄 중 하나로 이루어진다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 히터 요소는 상기 프로브의 제2 부분에 장착된 제1 및 제2 히터 요소를 포함하고, 상기 제2 히터 요소는 제1 히터 요소보다 상기 측벽에서 더 떨어져 위치한다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 프로브는 상기 측벽을 통해서 상기 유로 안으로 연장된 제1 및 제2 프로브를 포함하고, 상기 히터 요소는 상기 제1 및 제2 프로브에 각각 장착된 제1 및 제2 히터 요소를 포함한다. 본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 제1 및 제2 프로브 중 하나는 상기 제1 및 제2 프로브 중 다른 하나 보다 상기 유로 안으로 더 연장된다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 유로는 단일의 유입구를 공유하는 제1 및 제2 평행 유로를 포함하고, 상기 제2 유로는 끝벽에 의해 닫히며, 상기 프로브는 제1 유로 안으로 연장된 제1 프로브 및 제2 유로 안으로 연장된 제2 프로브를 포함하며, 상기 히터 요소는 제1 프로브 상에 위치한 제1 히터 요소 및 제2 프로브 상에 위치한 제2 히터 요소를 포함하며, 상기 씰은 제1 유로를 통해 유체 흐름이 상기 제1 히터 요소와 접촉하는 것을 방지하는 제1 씰 및 제2 유로를 통해 유체 흐름이 상기 제2 히터 요소와 접촉하는 것을 방지하는 제2 씰을 포함한다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 유로는 좁은 부분을 포함하고, 상기 프로브가 상기 유로의 좁은 부분으로 연장된다.

여러 특징과 장점들 중에서, 본 발명의 질량 유량 측정 장치는 와류 발산에 의해 역효과를 받지 않고, 기체 타입과 주위 온도에 민감하지 않으며, 측정되는 기체와 양립할 수 있는 재료가 될 것이다. 또한, 본 발명의 신규하고 개선된 장치 및 방법은 유량 변화에 신속히 응답하고 넓은 범위의 유량을 측정할 수 있다.

해당 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 바람직한 실시예가 도시 및 설명된 후속하는 상세한 설명으로부터 본 발명의 추가의 특징과 장점을 이해할 수 있을 것이며, 이들 실시예는 본 발명을 실시하기 위해 고안된 최선의 형태로서 예시된 것일 뿐이다. 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지 서로 다른 실시예로 구현할 수 있고 여러 가지 세부 사항을 여러 관점에서 수정할 수 있다. 따라서, 도면과 상세한 설명은 발명의 내용을 예시하지만 이를 한정하는 것은 아니다.

동일한 구성요소에는 동일한 참조부호를 부여한 첨부 도면을 참조하면,

도 1은 본 발명에 따라 구성된 질량 유량 측정 장치의 바람직한 실시예의 측면 단면도이고,

도 2는 도 1의 질량 유량 측정 장치의 사시도이고,

도 3은 도 1의 질량 유량 측정 장치의 프로브 하우징의 일부를 제거한 상태의 사시도이고,

도 4는 도 1의 질량 유량 측정 장치의 프로브 하우징 전체를 제거한 상태의 사시도이고,

도 5는 도 1의 질량 유량 측정 장치의 프로브 하우징과 프로브를 제거한 상태의 사시도이고,

도 6은 도 1의 질량 유량 측정 장치와 종래기술의 질량 유량 측정 장치를 위한 유량 대 시간의 그래프로서, 본 발명의 질량 유량 측정 장치가 유량의 변화에 신속히 응답하는 것을 보여주고,

도 7은 여러 흐름(a-f)에 대한 도 1의 질량 유량 측정 장치의 차동력(differential power) 대 흐름의 그래프로서, 본 발명의 질량 유량 측정 장치가 넓은 범위의 유량을 측정할 수 있다는 것을 보여주고,

도 8은 본 발명에 따라 구성된 질량 유량 측정 장치의 다른 바람직한 실시예의 측면 단면도이고,

도 9는 본 발명에 따라 구성된 질량 유량 측정 장치의 또 다른 바람직한 실시예의 측면 단면도이고,

도 10은 본 발명에 따라 구성한 프로브 하우징의 다른 바람직한 실시예의 제1 부분의 평면도이고,

도 11은 도 10의 하우징의 제1 부분의 측면도이고,

도 12는 도 10의 프로브 하우징의 제1 부분의 단부도이고,

도 13은 도 10의 하우징의 제1 부분의 반대쪽 단부도로서, 하우징의 제2 부분이 제1 부분에 부착되고 프로브가 하우징으로부터 연장된 것을 보여주고,

도 14는 도 13의 하우징과 프로부의 사시도이고,

도 15는 도 13의 하우징과 프로브의 반대쪽 단부도로서, 프로브를 수용하는 유로가 형성된 관형 측벽에 장착된 상태를 보여주고,

도 16은 도 13의 하우징과 프로브의 제1 부분을 일부 단면으로 나타낸 측면도로서, 하우징과 프로브는 프로브를 수용하는 유로가 형성된 관형 측벽에 장착되어 있고, 프로브를 둘러싼 유로에 투과성 마개가 끼워진 상태를 보여주며,

도 17은 도 16의 하우징, 프로브, 측벽 및 마개의 단부도이다.

도 1을 참조하면, 질량 유량을 측정하기 위해 열선 풍속계 물리법칙을 이용하는 본 발명에 따른 질량 유량 측정장치(10)의 일 실시예가 도시된다. 상기 질량 유량 측정장치(10)는 예를 들어, 반도체 제조산업에서 공정 반응물질의 운반을 제어하는 질량 유량 컨트롤러의 부품으로 사용될 수 있다. 상기 질량 유량 측정장치(10)는 일반적으로 관형 측벽(14)에 의해 형성된 유로(flow path)(12) 및 상기 측벽(14)을 통해 상기 유로(12)로 연장된 제1 및 제2 프로브(16, 18)를 포함한다. 상기 프로브(16, 18)의 제1 부분(16a, 18a)은 상기 유로(12) 안에 위치하고, 상기 프로브(16, 18)의 제2 부분(16b, 18b)은 상기 측벽(14) 바깥으로 연장하게 된다. 상기 장치(10)는 또한 제1 및 제2 프로브(16, 18)에 각각 장착된 제1 및 제2 히터 요소(20, 22) 및 상기 유로(12)를 통과하는 유체 흐름이 상기 히터 요소(20, 22)에 접촉하는 것을 방지하는 씰(seals)(24, 26)을 포함한다.

상기 프로브(16, 18)는 바람직하게는 상기 유로(12)를 통과하는 기체 타입과 양립할 수 있는 재료로 이루어지고 상기 씰(24, 26)은 상기 히터 요소(20, 22)가 상기 기체와 접촉하지 않고 따라서 그 기체와 양립가능한 재료임이 요구되지 않게 한다. 상기 장치(10)를 반도체 제조산업에서 사용할 경우, 바람직하게 상기 프로브(16, 18)는 알루미늄 또는 스테인리스 스틸로 이루어진다.

도 1의 실시예에서, 상기 씰(24, 26)은 상기 측벽(14)과 상기 프로브(16, 18) 사이에 제공되고, 상기 히터 요소(20, 22)는 상기 프로브(16, 18)의 제2 부분(16b, 18b)에 장착된다. 상기 씰은 예를 들어, 상기 프로브(16, 18)와 상기 측벽(14) 사이에 단접부(welds)(24, 26)를 포함한다. 다르게는, 상기 히터 요소(20, 22)는 상기 프로브(16, 18)의 제1 부분(16a, 18a)에 장착되고 재료와 양립가능한 슬리브(sleeves)를 갖는 fluid-tight 방식으로 보호될 수 있다.

상기 프로브(16, 18)와 히터 요소(20, 22)는 모두 컴퓨터 프로세서와 같은 컨트롤러(미 도시)에 연결된다. 상기 컨트롤러는 프로브(16, 18)의 온도를 모니터링하고, 프로브(16, 18)가 일정한 온도를 유지하도록 히터 요소(20, 22)에 에너지를 공급해주며, 히터 요소(20, 22)에 공급된 에너지 양을 측정하고, 상기 히터 요소(20, 22)에 공급된 에너지 상의 최소 한 부분에 기초하여 유로(12)를 통과하는 질량 유량을 계산해준다. 그러한 히터 요소(20, 22)에 공급된 에너지 상의 최소 한 부분에 기초하여 질량 유량을 계산하는 방법은 풍속계 물리법칙에 의해 지배된다. 이는 열선 풍속계 기술분야의 당업자에게 알려져 있는 것으로 여기서는 그 설명을 생략하기로 한다.

도 1의 실시예에서, 상기 제1 및 제2 프로브(16, 18)는 상기 유로(12) 안에 대략 동일한 길이의 위치에 배치된다. 게다가, 상기 제1 프로브(16) 유로(12) 안에 제2 프로브(18)의 맞은편 측면에 위치한다. 이러한 배치는 상기 프로브(16, 18) 중 하나가 가령, 상기 프로브(16, 18)가 일렬로 배치된 경우 다른 프로브(16, 18)에서 발생한 와류 발산(vortex shedding)에 의해 역효과를 받는 것을 방지하는 이점이 있다.

도 2는 도 1의 질량 유량 측정장치(10)의 사시도이다. 상기 장치(10)는 상기 프로브(16, 18)를 위한 하우징(28, 30) 및 상기 측벽(14)의 외부 표면에 장착된 히터 요소(20, 22)를 포함한다. 도 3에서 상기 프로브 하우징(28, 30)은 그 일부분이 제거된 상태로 도시되는 한편, 도 4에서는 상기 프로브 하우징이 그 모든 부분이 제거된 상태로 도시되어 있다. 도 5에서 상기 프로브 또한 제거된 상태로 도시되어 상기 측벽(14)의 탑재 다이어프램(mounting diaphragms)(34) 안의 구멍(32)이 드러난다.

도 1에 잘 도시된 바와 같이, 상기 유로(12)는 상기 다이어프램(34)에 의해 형성된 좁은 부분(36)을 포함하고, 상기 프로브(16, 18)는 그 유로(12)의 좁은 부분으로 연장한다. 상기 좁은 부분(36)으로 인해 프로브(16, 18)를 지나는 기체의 속도가 증가하여 상기 프로브(16, 18)의 유량에 대한 민감도를 증가시킨다.

도 6은 도 1의 질량 유량 측정장치(10)의 시간에 대한 유량의 그래프이다. 라인 "B" 및 종래기술의 질량 유량 측정장치, 라인 "A"는 본 발명에 따른 질량 유량 측정장치(10)가 종래기술이 질량 유량 측정장치보다 유량의 변화에 더욱 신속히 응답함을 보여준다. 도 7은 A ~ F의 다른 유량에 대한 도 1의 질량 유량 측정장치 의 유량 대 차동 동력의 그래프이다. 이는 본 발명에 따른 질량 유량 측정장치(10)가 넓은 유량의 범위를 측정할 수 있음을 보여준다.

도 1에서 도 5의 질량 유량 측정장치(10)에 대한 응용의 예로서, 상기 질량 유량 측정장치(10)는 질량 유량 컨트롤러(MFC)의 구성부품으로 사용될 수 있다. 알려진 바와 같이, MFC는 소스로부터 기체의 유량을 제어하기 위한 것으로 예를 들어, 반도체 제조산업에서 반도체 웨이퍼를 제작하기 위해 공정 챔버에 공정 기체를 정밀하게 운반하는 데 사용될 수 있다. 상기 MFC는 일반적으로 상기 질량 유량 측정장치(10)의 유로를 통과하는 유량을 제어하는 밸브 및 사용자로부터 사전 설정된 목표 유량을 받고, 상기 질량 유량 측정장치(10)로부터 실제 유량의 표시를 받아서, 실제 유량이 목표 유량과 일치하지 않는 경우 실제 유량을 증가시키거나 감소시키기 위해 상기 밸브를 작동시키도록 프로그램된 제어 장치를 포함한다.

도 8은 본 발명에 따른 질량 유량 측정장치(50)의 다른 실시예를 도시한다. 상기 질량 유량 측정장치(50)는 관형 측벽(54)에 의해 형성된 유로(52) 및 상기 측벽(54)을 통해 상기 유로(52)로 연장된 프로브(56)를 포함한다. 상기 프로브(56)의 제1 부분(56a)은 상기 유로(52) 안에 위치하고, 상기 프로브(56)의 제2 부분(56b)은 상기 측벽(54) 바깥으로 연장하게 되어 있다. 상기 장치(50)는 또한 상기 프로브(56)의 제2 부분(56b)에 장착된 제1 및 제2 히터 요소(58, 60)를 포함하고, 상기 제2 히터 요소(60)는 제1 히터 요소(58)보다 상기 측벽(54)으로부터 더 떨어져 위치한다. 상기 2개의 히터 요소(58, 60)는 본 장치(50)가 주위 온도의 변화에 민감하지 않도록 해준다. 씰(62)은 유로(52)를 통과하는 유체 흐름이 상기 히터 요소 (58, 60)에 접촉하는 것을 방지한다.

본 발명에 따른 질량 유량 측정장치(100)의 또 다른 실시예가 도 9에 도시된다. 상기 장치(100)는 단일의 유입구(110)를 공유하는 관형 측벽(106, 108)에 의해 형성되는 제1 및 제2 평행 유로(102, 104)를 포함한다. 상기 제2 유로는 끝벽(112)에 의해 닫혀진다. 제1 프로브(114)는 상기 제1 유로(102)로 연장하고, 제2 프로브(116)는 제2 유로(104)로 연장한다. 제1 히터 요소(118)는 상기 제1 프로브 상에 위치하고, 제2 히터 요소(120)는 상기 제2 프로브(116) 상에 위치한다. 상기 장치(100)는 또한 제1 유로(102)를 통과하는 유체 흐름이 상기 제1 히터 요소(118)에 접촉하는 것을 방지하기 위한 제1 씰(122) 및 제2 유로(104)를 통과하는 유체 흐름이 제2 히터 요소(120)에 접촉하는 것을 방지하기 위한 제2 씰(124)을 포함한다.

제2 유로(104)는 상기 끝벽(112)에 의해 닫혀져 있기 때문에, 상기 제2 유로(104)를 통과하는 유량은 항상 "0"이 된다. 따라서 제2 프로브(116)의 온도 주위 온도가 변하거나 본 장치를 통과하는 기체의 타입이 변할 때만 변할 것이다. 그러므로 도 9의 실시예는 주위 온도의 변화와 상기 장치(100)를 통과하는 기체타입에 민감하지 않게 된다.

도 15는 본 발명에 따른 질량 유량 측정장치(200)의 또 다른 실시예를 도시한다. 상기 질량 유량 측정장치(200)는 관형 측벽(204)에 의해 형성된 유로(202) 및 상기 측벽(204)을 통해 상기 유로(202)로 연장된 프로브(206)를 포함한다. 상기 프로브(206)의 제1 부분(206a)은 상기 유로(202) 안에 위치하고, 상기 프로브(206) 의 제2 부분(206b)은 상기 측벽(204) 바깥으로 연장하게 되어 있다. 상기 장치(200)는 또한 상기 프로브(206)의 제2 부분(206b)에 장착된 제1 및 제2 히터 요소(208, 210)를 포함하고, 상기 제2 히터 요소(210)는 상기 제1 히터 요소(208)보다 측벽(204)에서 더 떨어져 위치한다. 상기 2개의 히터 요소(208, 210)는 본 발명의 장치를 주위 온도의 변화에 민감하지 않게 한다. 씰(보이지 않음)은 사기 유로(202)를 통과하는 유체 흐름이 상기 히터 요소(208, 210)에 접촉하는 것을 방지한다. 상기 유로(202)는 좁은 부분(216)을 포함하고 상기 프로브(206)는 그 유로(202)의 좁은 부분(216)으로 연장한다. 상기 좁은 부분(216)으로 인해 프로브(206)를 지나는 기체의 속도가 증가하여 상기 프로브(206)의 유량에 대한 민감도를 증가시킨다.

도 15의 장치(200)는 또한 상기 프로 부(206)을 위한 하우징(220) 및 상기 측벽(204)의 외부 표면에 장착된 히터 요소(208, 210)를 포함한다. 도 13과 도 14는 상기 하우징(220)과 프로브(206)를 도시한다. 상기 하우징(220)은 볼트(미 도시)와 같은 적절한 패스너(fasteners)로 함께 장착된 제1 부분(222) 및 제2 부분(224)을 포함한다. 도 10 에서 도 12에 도시된 상기 제1 부분(222)은 상기 프로브(206)를 위한 긴 구멍(230)을 형성하는 패스너 판(fastener plate)(228)로부터 연장되는 바디(body)(226)를 포함한다. 도 15에 도시된 바와 같이(상기 측벽(204)은 볼트를 수용하도록 트레드 보어(threaded bores)(236)를 포함), 상기 패스너 판(228)은 상기 하우징(220)의 제1 부분(222)을 상기 유로(202)의 측벽(204)에 장착하기 위해 볼트(234)와 같은 적절한 패스너를 수용하도록 구멍(232)을 포함한다. 상기 바디(226)는 또한 도 13에서 도 15에 도시된 바와 같이, 상기 제2 부분(224)을 상기 하우징(22)의 제1 부분(222)에 장착하기 위해 상기 패스너를 수용하도록 구멍(234)을 포함한다.

도 16과 도 17은 상기 프로브(206) 주위에 둘러싸여서 상기 유로(202) 안에 꼭 맞는 투과성 재료로 이루어진 마개(plug)(240)를 더 포함하는 도 15의 장치(200)를 도시한다. 상기 마개(240)는 상기 프로브(206) 주위의 유량을 분산시키도록 상기 유로를 통과하는 기체와 양립가능한 재료로 이루어지고, 상기 기체가 통과하기에 충분한 크기의 작은 구멍 또는 좁은 통로를 포함한다. 일 실시예에서, 상기 마개(240)는 알루미늄 또는 스테인리스 스틸로 이루어진다.

지금까지 본 발명에 따른 신규하고 개선된 질량 유량 측정장치 및 방법이 개시되었다. 특히, 본 발명은 질량 유량 측정장치 및 방법을 제공하기 위해 신규하고 개선된, 그러나 단순하고 효과적인 배치를 생산한다. 본 명세서에서 설명된 실시예는 제한이라기 보다는 개시를 위해 제공된 것이다. 청구의 범위에 의해 정해지는 본 발명의 사상과 범위를 벗어남 없이 다양한 수정, 조합 및 대체가 당업자들에 의해 수행될 수 있다. 본 명세서에 개시된 본 발명에 따른 질량 유량 측정장치 및 방법 및 그것의 모든 구성요소는 최소 하나의 다음의 청구범위 안에서 제한된다. 본 개시된 장치 및 방법의 구성요소는 어느 것이라도 청구되지 않는 것으로 해석될 수 없다.

Claims (25)

1. 관형 측벽에 의해 형성된 유로(flow path);

   제1 부분이 상기 유로 안에 위치하고 제2 부분이 상기 측벽 바깥으로 연장되도록 측벽을 통해서 상기 유로 안으로 연장된 프로브(probe);

   상기 프로브에 장착된 히터 요소(heater element); 및

   상기 유로를 통해서 유체 흐름이 상기 히터 요소에 접촉하는 것을 방지하는 씰(seal);

   을 포함하는 질량 유량 측정장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 씰은 상기 측벽과 상기 프로브 사이에 제공되며, 상기 히터 요소는 상기 프로브의 제2 부분에 장착됨을 특징으로 하는 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 프로브는 스테인리스 스틸과 알루미늄 중 하나로 이루어짐을 특징으로 하는 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 히터 요소는 상기 프로브의 제2 부분에 장착된 제1 및 제2 히터 요소를 포함하고, 상기 제2 히터 요소는 제1 히터 요소보다 상기 측벽에서 더 떨어져 위치함을 특징으로 하는 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 프로브는 상기 측벽을 통해서 상기 유로 안으로 연장된 제1 및 제2 프로브를 포함하고, 상기 히터 요소는 상기 제1 및 제2 프로브에 각각 장착된 제1 및 제2 히터 요소를 포함함을 특징으로 하는 장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 제1 및 제2 프로브 중 하나는 상기 제1 및 제2 프로브 중 다른 하나 보다 상기 유로 안으로 더 연장함을 특징으로 하는 장치.
7. 제5항에 있어서, 상기 제1 및 제2 프로브는 상기 유로 안에서 대략 동일한 길이방향의 위치에 배치됨을 특징으로 하는 장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 제1 프로브는 상기 유로 안에서 상기 제2 프로브의 맞은편 측면에 위치됨을 특징으로 하는 장치.
9. 제1항에 있어서,

   상기 유로는 단일의 유입구를 공유하는 제1 및 제2 평행 유로를 포함하고, 상기 제2 유로는 끝벽에 의해 닫혀지며,

   상기 프로브는 제1 유로 안으로 연장된 제1 프로브 및 제2 유로 안으로 연장된 제2 프로브를 포함하고,

   상기 히터 요소는 제1 프로브 상에 위치한 제1 히터 요소 및 제2 프로브 상에 위치한 제2 히터 요소를 포함하며,

   상기 씰은 제1 유로를 통해 유체 흐름이 상기 제1 히터 요소와 접촉하는 것을 방지하는 제1 씰 및 제2 유로를 통해 유체 흐름이 상기 제2 히터 요소와 접촉하는 것을 방지하는 제2 씰을 포함함을 특징으로 하는 장치.
10. 제9항에 있어서, 상기 씰들은 상기 측벽들과 상기 프로브들 사이에 제공되며, 상기 히터 요소들은 상기 프로브의 제2 부분들에 장착됨을 특징으로 하는 장치.
11. 제1항에 있어서, 상기 유로는 좁은 부분을 포함하고, 상기 프로브가 상기 유로의 좁은 부분으로 연장됨을 특징으로 하는 장치.
12. 제1항에 있어서,

    상기 질량 유량 측정장치를 통과하는 질량 유량을 제어하는 밸브; 및

    상기 질량 유량 측정장치와 상기 밸브에 연결되고, 목표 유량을 받아 이를 상기 질량 유량 측정장치에 의해 측정된 실제 유량과 비교하고, 실제 유량이 목표 유량과 일치하지 않는 경우 실제 유량과 목표 유량이 일치할 때까지 상기 밸브를 작동시키는 프로세서(processor);

    를 더 포함함을 특징으로 하는 장치.
13. 관형 측벽을 갖는 유로 형성 단계;

    제1 부분이 상기 유로 안에 위치하고, 제2 부분이 상기 측벽 바깥으로 연장하도록 상기 측벽을 통해 상기 유로 안으로 프로브를 넣는 단계;

    상기 프로브의 온도 모니터링 단계;

    상기 프로브에 히터 요소를 장착하는 단계;

    상기 프로브가 일정한 온도를 유지하도록 상기 히터 요소에 에너지를 공급하는 단계;

    상기 히터 요소에 공급된 에너지 양 측정 단계; 및

    상기 히터 요소에 공급된 에너지 상의 최소 한 부분에 기초하여 상기 유로를 통과하는 질량 유량 계산 단계;

    를 포함하는 질량 유량 측정방법.
14. 제13항에 있어서, 상기 씰은 상기 측벽과 상기 프로브 사이에 제공되고, 상기 히터 요소는 상기 프로브의 제2 부분에 장착됨을 특징으로 하는 방법.
15. 제13항에 있어서, 상기 히터 요소는 상기 프로브의 제2 부분에 장착된 제1 및 제2 히터 요소를 포함하고, 상기 제2 히터 요소는 상기 제1 히터 요소보다 상기 측벽에서 더 떨어져 위치함을 특징으로 하는 장치.
16. 제13항에 있어서, 상기 프로브는 상기 측벽을 통해 상기 유로 안으로 연장된 제1 및 제2 프로브를 포함하고, 상기 히터 요소는 상기 제1 및 제2 프로브에 각각 장착된 제1 및 제2 히터 요소를 포함함을 특징으로 하는 방법.
17. 제16항에 있어서, 상기 제1 및 제2 프로브 중 하나는 상기 제1 및 제2 프로브 중 다른 하나 보다 상기 유로 안으로 더 연장됨을 특징으로 하는 방법
18. 제16항에 있어서, 상기 제1 및 제2 프로브는 상기 유로 안에 대략 동일한 길이방향의 위치에 배치됨을 특징으로 하는 방법.
19. 제1항에 있어서,

    상기 유로는 단일의 유입구를 공유하는 제1 및 제2 평행 유로를 포함하고, 상기 제2 유로는 끝벽에 의해 닫혀지며,

    상기 프로브는 제1 유로 안으로 연장된 제1 프로브 및 제2 유로 안으로 연장된 제2 프로브를 포함하고,

    상기 히터 요소는 제1 프로브 상에 위치한 제1 히터 요소 및 제2 프로브 상에 위치한 제2 히터 요소를 포함하며,

    상기 씰은 제1 유로를 통해 유체 흐름이 상기 제1 히터 요소와 접촉하는 것을 방지하는 제1 씰 및 제2 유로를 통해 유체 흐름이 상기 제2 히터 요소와 접촉하는 것을 방지하는 제2 씰을 포함함을 특징으로 하는 방법.
20. 제13항에 있어서, 상기 유로는 좁은 부분이 제공되고, 상기 프로브가 그 유로의 좁은 부분으로 연장됨을 특징으로 하는 방법.
21. 제13항에 있어서, 상기 프로브는 스테인리스 스틸과 알루미늄 중 하나로 이루어짐을 특징으로 하는 방법.
22. 제13항에 있어서, 측정되는 유체가 투과성 재료로 이루어진 마개(plug)가 상기 유로 안에 위치하고, 상기 프로브는 상기 투과성 재료 안으로 연장됨을 특징으로 방법.
23. 제22항에 있어서, 상기 마개는 스테인리스 스틸과 알루미늄 중 하나로 이루어짐을 특징으로 하는 방법.
24. 제1항에 있어서, 측정되는 유체가 투과성 재료로 이루어져 상기 유로 안에 위치한 마개를 더 포함하고, 상기 프로브는 상기 투과성 재료 안으로 연장됨을 특징으로 하는 장치.
25. 제24항에 있어서, 상기 마개는 스테인리스 스틸과 알루미늄 중 하나로 이루어짐을 특징으로 하는 장치.

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