KR20080041644A - 비오염식 본체를 갖는 화학적 불활성의 유동 제어기 - Google Patents

비오염식 본체를 갖는 화학적 불활성의 유동 제어기 Download PDF

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Abstract

단일의 제어기 본체를 포함하는 유동 제어기로서, 삽입 가능한 수축부 또는 오리피스를 갖는 화학적 불활성의 유체 도관을 갖는다. 수축부 또는 오리피스는 도관 내의 단면적을 감소시키며, 이를 통해 도관 내의 유체의 유동을 제한하여 신뢰가능한 유동 측정을 제공한다. 통합 회로 또는 제어기는 리드 구조에 의해 제어기 밸브 및 압력 센서와 결합이 가능하며, 리드 구조는 패러데이 케이지로 둘러싸인 신호 전도체와 화학적 불활성인 하우징을 포함한다. 하우징은 제어 밸브와 압력 센서를 둘러싸는 단일의 제어기 본체와 결합된다.
유동 제어기, 오리피스, 리드 구조, 제어 밸브, 압력 센서, 화학적 불활성

Description

비오염식 본체를 갖는 화학적 불활성의 유동 제어기 {CHEMICALLY INERT FLOW CONTROLLER WITH NON-CONTAMINATING BODY}
관련출원
본 출원은 2005년 7월 8일에 출원된, 발명의 명칭이 "비오염식 본체를 갖는 화학적 불활성 유동 제어(CHEMICALLY INERT FLOW CONTROL WITH NON-CONTAMINATING BODY)"인 미국 가출원 제60/697,483호에 따른 이익을 주장하며, 본원에는 그 기재가 전체로서 참조된다.
본 발명은 대체로 유체 유동 제어기에 관한 것이며, 보다 구체적으로 화학적 불활성의 유체 유동 제어 모듈에 관한 것인 바, 이는 액체 또는 기체 상태의 유체를 전달하는 화학부식성인 유체 유동 회로 내부에 인-라인(in-line)으로 연결될 수 있는 것이다.
반도체 등의 민감성 재료가, 초청정 공정 중에 오염에 대해 취약한 것은 제조자들이 직면한 심각한 문제이다. 민감성 재료의 공정은 종종 공정 유체와의 직접적인 접촉을 수반하므로, 공정 유체가 외래 미립자를 포함하지 않는 비오염 상태로 공정 위치에 전달되는 것이 중요하다. 제조 공정 중에 발생하는 외래 입자 및 증기에 의한 민감성 재료의 오염을 감소시키기 위하여, 다양한 제조 시스템이 설계 되어 왔다.
제조 장치는 전형적으로 액체 수송 시스템을 포함하며, 상기 액체 수송 시스템은 종종 부식성이거나 유해한 공정 유체를 공급 탱크로부터 펌핑 및 조절 스테이션과, 제조 장치 그 자체를 통해 운반한다. 액체 화학 물질 수송 시스템은 파이프, 배관, 모니터링 장치, 센싱 장치, 밸브, 피팅(fitting)과 그 관련 장치, 및 장시간 노출될 경우 부식성 분위기에 오염되기 쉬운 종래의 금속 부분을 포함한다. 따라서, 상기 모니터링 및 센싱 장치는, 부식성 화학 물질에 대해 내식성을 갖는 플라스틱과 같은 대체 재료를 전형적으로 포함하거나, 부식성 유체로부터 격리된다.
반도체 제조 공정에는 매우 정밀한 양의 유체 배출이 요구될 수 있으며, 이와 같은 매우 민감한 공정을 모니터링하고 조절하기 위하여 일반적으로 폐쇄 루프 피드백 관계에 있는 하나 이상의 모니터링 장치, 밸브 장치, 센싱 장치를 사용한다. 또한, 이들 모니터링 및 센싱 장치는 유입가능한 모든 오염을 제거할 수 있도록 설계되어야 한다. 유체 수송 시스템 내부의 유동 또는 압력을 제어하기 위하여, 수송 장치는 각각의 모니터링 장치, 밸브 장치, 센싱 장치로부터 획득된 정보를 이용할 수 있다. 상기 각 장치로부터 획득된 정보의 정확성은 시스템 내부 온도 변화의 영향을 받을 수 있다. 또한, 한 장치의 부정확성은 그 장치로부터의 정보에 의존하는 다른 장치의 부정확성을 악화시킬 수 있다. 또한, 각각의 독립된 장치의 정확성 유지를 위하여, 독립적인 보정이 빈번하게 이루어질 필요가 있다. 그러나 장치의 독립적인 보정은 복잡하며 장시간을 요할 수 있다.
이들 모니터링 및 센싱 장치는 일반적으로 수축부 또는 오리피스(orifice)를 통과하는 유체의 압력 유동의 차이를 측정하여, 수송 시스템 내부의 유동 또는 압력을 제어한다. 시간이 지남에 따라, 오리피스는 부식되거나 막히기 마련이어서 모니터링 및 센싱 장치 전체의 교체를 불가피하게 한다. 또한, 동일하거나 상이한 유체의 유동 또는 압력을 제어하기 위하여, 유체 유동 회로 내부의 오리피스의 수축부를 증가시키거나 감소시키는 것이 요구될 수도 있다.
따라서, 부식성 재료를 운반하는 유체 유동 회로 내부에 인-라인으로 설치될 수 있는 비오염식 유체 제어 모듈이 필요하며, 상기 모듈은 유체 유동 회로 내에서 측정된 압력의 차이에 근거하여 유량을 측정할 수 있고, 상기 유량의 측정은 유체 유동 회로 내부의 온도 변화로부터 악영향을 받지 않으며, 상기 유체 제어 모듈의 압력 센서의 보정은 종속적 또는 독립적인 밸브의 보정을 필요로 하지 않는다. 또한, 유동 회로 내로 미립자, 불필요한 이온, 또는 증기가 유입되는 것을 막는 유체 제어 모듈이 필요하다. 또한, 모듈을 전체로서 교체하지 않게 하고 상이한 유체 타입 및 점성도에 따라 분야별 보정을 가능케 하는 탈착 또는 교체가능한 오리피스를 갖춘 유체 제어 모듈이 필요하다. 또한, 상기 공정 시스템에서 종종 중요한 요소인 공간을 절약하기 위하여, 유체 제어 모듈의 크기와 무게를 줄일 필요가 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 상기 문제점 및 종래 기술의 한계를 극복하는 유체 제어 모듈에 관한 것이다.
본 발명은 부식성 유체를 수송하는 유체 유동 회로에 인-라인 결합된 유체 제어 모듈을 제공하며, 상기 유체 제어 모듈은 압력, 유량, 및 온도를 측정할 수 있을 뿐만 아니라 상기 유체 유동 회로 내부의 압력, 유량, 또는 체적을 제어할 수 있다. 유량은 유동 회로 내부의 압력차 측정치에 의해 결정될 수 있으며, 바람직하게는 유체 제어 모듈 내 두 개의 압력 변환기 사이에 위치한 유체 유동 도관의 수축부 또는 오리피스를 통과하는 유체의 압력차 측정치로부터 결정할 수 있다.
일 실시예에서, 유동 제어기는, 부식성 유체가 통과하는 화학적 불활성인 유체 도관을 갖는 단일의 제어기 본체, 상기 도관에 결합된 조정가능한 제어 밸브, 상기 도관에 결합된 압력 센서 또는 변환기, 신뢰가능한 유동 측정을 위하여 도관 내의 유체 유동을 제한할 수 있는 감소된 단면적을 갖고 도관 내부에 배치된 삽입가능한 수축부 또는 오리피스, 패러데이 케이지로 둘러싸인 신호 전도체를 포함하는 리드 구조를 통해 제어 밸브 및 압력 센서에 결합된 집적 회로 또는 제어기, 및 상기 단일의 제어기에 연결되며 제어 밸브와 압력 센서를 둘러싸는 화학적 불활성인 하우징을 포함한다.
일 실시예에서, 상기 하우징은 액체는 차단하고 기체는 통과시키는 통기용 플러그를 포함하며, 이는 하우징 내부 공간으로의 액체의 유동이 제한되는 동안, 하우징 내부 공간의 통기를 통하여 진대기압 기준을 제공한다. 또한, 각 압력 센서는 진대기압 기준을 위해서 통기관을 포함하며, 상기 통기관은 통기되는 하우징 내부 공간으로 개방된다.
본 발명의 실시예에 따르는 유체 취급 장치는, 화학적 불활성 재료로 형성되는 본체와 그를 관통하는 유동 통로, 관련된 제어 로직을 갖는 프로세서, 및 상기 유동 통로와 유체소통(fluid communication) 되어 있는 적어도 하나의 센서를 포함하며, 상기 센서는 상기 유동 통로 내 유체의 상태를 나타내는 신호를 선택적으로 전달한다. 리드 구조가 프로세서와 적어도 하나의 센서를 전기적으로 결합시켜 주며, 이를 통해 상기 적어도 하나의 센서에서 프로세서로 신호가 전달되도록 한다. 리드 구조는 트레이스 층을 포함하며, 상기 트레이스 층은 실질적으로 적어도 하나의 신호 전도체를 둘러싸는 차폐 전도체를 포함하며, 상기 트레이스 층은 대향하는 한 쌍의 면을 제공하여, 전도성 재료로 형성되는 한 쌍의 차폐 층 각각이 트레이스 층의 대향하는 면 중 하나와 마주보며, 상기 한 쌍의 차폐 층은 상기 트레이스 층의 차폐 전도체와 전기적으로 결합되어 상기 차폐 층과 트레이스 층의 차폐 전도체가 패러데이 케이지를 형성하게 되며, 상기 패러데이 케이지는 적어도 하나의 신호 전도체를 둘러싸면서, 적어도 하나의 신호 전도체를 전자기적 간섭으로부터 격리시킨다.
본 발명의 실시예에 따르는 유동 제어기는 화학적 불활성 재료로 형성되며 그를 관통하는 유동 통로를 특정하고, 상기 유동 통로는 벽면 및 대향하는 한 쌍의 단부를 갖고, 상기 유동 통로의 벽면은 대향하는 단부의 중간에 멈춤 구조부를 특정하여, 유동 통로의 제1 부분은 대향하는 하나의 단부로부터 상기 멈춤 구조부까지 뻗으며, 유동 통로의 제2 부분은 대향하는 다른 단부로부터 상기 멈춤 구조부까지 뻗는다. 유동 통로를 통과하는 유체 유동의 제한을 위한 오리피스를 형성하는 인서트는, 상기 유동 통로의 제1 부분에 배치되어 멈춤 구조부와 접하게 된다. 상기 인서트는 상기 유동 통로의 제1 단부를 통해서 임의로 탈착 가능하다. 상기 유동 제어기는, 상기 유동 통로의 제1 부분과 유체 소통하는 제1 압력 센서, 상기 유동 통로의 제2 부분과 유체 소통하는 제2 압력 센서, 상기 유동 통로와 유체 소통하며 상기 유동 통로를 통과하는 유체 유동의 조절이 가능하도록 배치된 제어 밸브, 및 제1 압력센서, 제2 압력센서 및 제어 밸브와 통신이 가능하도록 결합되어 있고, 제1 압력센서와 제2 압력센서의 신호에 기반하여 유체 통로 내 유체 유동의 조절을 위해 제어 밸브를 자동적으로 작동시키는 프로세서 및 관련 제어 로직을 더 포함한다.
일정 실시예들의 목적 및 특징은, 장기간의 사용에 의해 부식되거나 막힐 수 있는 오리피스의 교체를 가능하게 하여, 유동 제어 모듈의 수명을 연장시키고 비용을 절감하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 실시예의 목적 및 특징은, 제어기 본체가 단일의 일체형 구조가 될 수 있게 하는 유체 유동 도관 내에 교체가능한 오리피스를 사용하는 것이다.
본 발명의 다른 실시예의 목적 및 특징은, 유체 도관 내의 교체가능한 오리피스가, 차등 압력 측정을 위하여 각 유체 및 유속에 따라 바람직한 수축부 면적을 제공하고 각 유체와 겸용 가능한 재료를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 실시예의 목적 및 특징은, 패러데이 케이지로 둘러싸인 신호 전도체를 포함하는 리드 구조가, 압력 센서를 관련 로직 및 프로세서에 연결시켜서 신호를 전자기적 간섭(EMI)으로부터 보호하고, 작고, 가볍고, 비용절감 가능한 유동 제어 모듈을 제공하는 것이다.
더 나아가, 본 발명의 일정 실시예의 목적 및 특징은, 제어 모듈 하우징 내부의 공간을 화학적으로 보호하면서, 동일한 하우징의 내부에 여전히 진대기압 기준을 제공하는 것을 포함한다.
더 나아가, 본 발명의 일정 실시예의 목적 및 특징은, 단일의 유체 제어 모듈이 온도, 압력, 및 유동 출력을 제공하는 것이다.
더 나아가, 본 발명의 일정 실시예의 목적 및 특징은, 유동 제어 모듈이 상이한 유체 타입 및 유체 점성도에 따라 분야별 보정을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 일정 실시예의 다른 목적 및 특징은, 유동 회로 내부로 미립자, 불필요한 이온, 또는 증기가 유입되는 것을 방지하는 유동 제어 모듈을 제공하는 것을 포함한다.
당업자는 도면과 함께 기술된 발명의 상세한 설명을 통해, 상기 언급한 발명의 이점과 우수한 특징 외에도 발명의 다른 중요한 태양들을 이해할 것이다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유동 제어기의 분해 사시도이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유동 제어기 하우징 부분의 분해 사시도이다.
도2a는 도1 및 도2에 도시된 유동 제어기의 전기 커넥터 부분의 부분 사시도이다.
도3의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 도1에 표시된 3A-3A 섹션에 따라 취한 유동 제어기의 단면도이다.
도3의 (b)는 도3의 (a)에 도시된 유동 제어기의 단부입면도이다.
도3의 (c)는 도3의 (a)에 표시된 3C-3C 섹션에 따라 취한 유동 제어기의 단면도이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유동 제어기의 측면도이다.
도5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 리드 구조의 분해도이다.
도5b는 도5a에 도시된 리드 구조의 외부 중합체 층의 평면도이다.
도5c는 도5a에 도시된 리드 구조의 구리 층의 평면도이다.
도5d는 도5a에 도시된 리드 구조의 트레이스 층의 평면도이다.
도5e는 도5a에 도시된 리드 구조의 제2 구리 층의 평면도이다.
도5f는 도5a에 도시된 리드 구조의 스티프너 층의 평면도이다.
도5g는 도5a에 도시된 리드 구조의 제2 외부 중합체 층의 평면도이다.
도1 내지 도4를 일반적으로 참조하면, 부식성일 수 있는 액체 또는 기체 상태의 유체를 바람직한 양만큼 전달하기 위한 유체 유동 제어 모듈(10)을 도시한다. 상기 유체 제어 모듈(10)은 일반적으로 제어기 본체(12), 하우징(14), 마운팅 플레이트(16), 압력 유입구/배출구 피팅(18), 압력 변환기 또는 센서(20), 제어 밸브(22), 및 통합 회로 또는 제어기(60)를 포함한다. 양호하게는 상기 제어기 본체(12) 및 상기 하우징(14)이 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE) 등의 화학적 불활성인 비오염식 중합체로 제조되나, 유사한 화학적 불활성 특성을 갖는 다른 재료도 사용 가능하다. 상기 하우징(14)과 제어기 본체(12)는 보어(26)를 관통하는 패스 너(fastener)(24)에 의하여 함께 장착된다. 공지된 적합한 구조를 갖는 가스켓(28)이, 양호하게는 하우징(14)과 제어기 본체(12) 사이에 위치하여 공기 밀폐를 제공한다. 상기 제어기 본체(12)와 마운팅 플레이트(16)도 패스너(25)에 의해 함께 고정된다. 앞서 기술된 구성요소들의 일반적인 태양 및 그것의 변형은 미국 특허 제6,578,435호에 더욱 상세하게 기술되어 있으며, 상기 미국 특허는 본 발명의 양수인에게 양도된 특허이며 본원에서 전체 개시내용이 참고로 인용된다.
도3의 (a)를 참조하면, 유동 통로(30)가 제어기 본체(12)의 근접단(13)에서 근접 제어 밸브 유입구/배출구 보어(32)까지 뻗는다. 상기 유동 통로(30)는 또한 제어기 본체(12)의 말단(15)에서 말단 제어 밸브 유입구/배출구(34)까지 뻗는된다. 도3의 (a)에 도시된 것처럼, 유동 통로(30)는 평면 P 상의 근접단(13)에서 말단(15)까지 제어기 본체(12) 전체를 통하여 뻗지는 않는다. 그 대신에, 제어기 본체 플러그(35)가 유동 통로(30)를 분리시키며, 모든 유체가 유입구/배출구 보어(32, 34)를 통과하여 우회하도록 한다. 아래에서 더 상세히 살펴보는 바와 같이, 제어 밸브(22)가 그 해당 위치에 삽입되면, 상기 유동 통로(30) 및 유입구/배출구 보어(32, 34)는 유체 유동 회로 내의 유체 유동 통로로서 작용하게 된다. 일 실시예에서, 유체 유동 회로 내부의 유체 제어 모듈(10)의 방향은 그 효율성에 영향을 미치지 않고 반대방향이 될 수 있다.
도1 및 도3의 (a)에 도시된 바와 같이, 원통형 공동(36, 38, 40)이 제어기 본체(12)의 외부 표면에서 유동 통로(30)까지 뻗는다. 당업자는 각 공동(36, 38, 40)이 제어기 본체(12)의 상이한 측벽으로부터 제어기 본체(12)로 뻗을 수 있음을 이해할 수 있다. 공동(36) 및 공동(38)은 분리벽(37)에 의하여 소정 거리로 분리되며, 공동(38) 및 공동(40)은 분리벽(39)에 의하여 소정 거리로 분리된다.
제어기 본체(12) 내부에서 각 공동(36, 38)이 유동 통로(30)와 교차하는 구역에는 애뉼러 립(annular lip)(42)이 형성된다. 립(42)은 유동 통로(30)로부터 각 공동(38, 40)으로의 개방부를 둘러쌀 뿐만 아니라 추가로 특정한다. 각 압력 센서(20)는 스페이서 링(44)과 외부 나사 결합된 홀드다운 링(46)을 통해 각각에 해당하는 공동에 고정된다. 상기 압력 센서(20)는 제어기 본체(12) 내부에 화학적 불활성인 O-링 밀봉부(47)를 통해 밀봉된다. O-링 밀봉부(48)의 배치를 통해 이중의 밀봉을 형성할 수 있다. 상기 밀봉부(47, 48)는 용이하게 입수 가능하며, 당업자에게 공지된 구조를 갖는다.
상기 압력 센서(20) 사이의 유동 통로(30)에 있어서, 인서트(50)가 수축부(51)를 특정하게 되며, 이는 유체 유동이 화학적 불활성인 수축부(51)를 통과할 때에 압력 강하를 발생시킨다. 인서트(50)는 PTFE 또는 다른 화학적 불활성 중합체 재료로 형성될 수 있으며, 그 외에도 부식성 유체에 대해 역시 내식성을 갖는 사파이어 등의 화학적 불활성 재료가 고려될 수 있다. 인서트(50)는 또한 유체 제어 모듈(10)의 도관(30) 및 수축부(51)를 통과하는 각각의 유체를 견뎌낼 수 있는 다른 재료로도 구성될 수도 있다. 일정 실시예에서, 부식되거나 막힌 수축부(51)의 교체 및 상이한 크기의 수축영역을 갖는 인서트(50)의 사용을 위하여, 인서트(50)는 탈착이 가능하다. 인서트(50)의 탈착이 가능하도록 하기 위하여, 두 개의 압력 센서(20) 사이의 구역에서 제어기 본체 플러그(35)로 뻗는 부분의 유동 통 로(30)의 단면적이, 단부(13)에서 두 개의 압력 센서(20) 사이의 구역으로 뻗는 부분의 유동통로(30)의 단면적 보다 약간 넓을 수 있다. 이와 같은 유동 통로(30)의 두 부분의 단면적 차이는 애뉼러 립(52) 형태의 멈춤 구조부(stop structure)를 형성할 수 있으며, 이는 인서트(50)가 유동 통로(30) 내의 바람직한 위치보다 깊게 삽입되는 것을 방지한다. 또한, 삽입/분리형(insertable/removable) 인서트(50)는 제어기 본체(12)가 단일의 일체형 구조로 형성될 수 있도록 한다. 일정 실시예에서, 복수의 수축부(51)를 포함하는 회전가능한 다지관이 분리벽(37) 부근에 위치할 수 있다. 회전가능한 다지관의 수축부(51)는 동일하거나 상이한 크기의 수축부 면적을 가질 수 있다. 또한, 회전가능한 수축부 다지관은 사용자로 하여금 부식되거나 막힌 수축부의 교체 및/또는 유속의 변화를 용이하게 한다.
제어기 본체(12)의 내부에서 공동(40)이 유동 통로(30)와 교차하는 구역에서, 밸브 시트(seat)(53)가 유체 도관 내에 형성된다. 도3의 (a)는 도관 내 유동의 개방과 폐쇄를 위한 원주형 부재(56)를 갖는 격막(54)을 포함하는 제어 밸브(22)를 도시한다. 당업자는 도관(30)의 유동을 제어하기 위한 임의의 다양한 메커니즘을 용이하게 이용할 수 있고, 상기 메커니즘이 당업자에게 공지된 구조임을 이해할 것이다. 나아가, 밸브를 개방 및 폐쇄 상태로 작동하는 것은 공지된 적합한 구조를 가진 다양한 기계식, 전기식 또는 공압식 드라이버 중에 어느 것으로도 가능하다.
상기 제어기(60)는 다양한 형태 중에서, 전용의 솔리드-스테이트(solid-state) 장치 또는 관련된 제어 로직을 갖는 프로세서를 포함하는 임의의 형태일 수 있으며, 프로세서에 의해 실행되는 프로그램을 저장하기 위한 판독 전용 기억 장치(ROM)를 포함할 수 있으며, 프로세서에서 수행되는 계산에 사용되는 오퍼랜드를 저장하기 위한 랜덤 액세스 메모리(RAM)를 포함할 수 있다. 제어기(60)는 전원 공급 장치와 전기적으로 연결되며, 회로 소자를 조작하여 압력을 감지하고 제어 밸브의 작동을 제어한다. 이를 통해, 유동, 압력 및/또는 체적이 제어 가능하다. 일정 실시예에서, 제어기(60)는 하우징(14) 내부의 상부에 장착될 수 있다.
제어기(60)는 두 개의 압력 센서(20)의 측정치 또는 하류부 압력 변환기의 측정치를 아날로그 또는 디지털 수치로 전환한다. 상류부 변환기로부터의 로우(raw) 아날로그 신호가 입력 터미널에 공급되고, 동일하게 하류부 변환기로부터의 로우 아날로그 변환기 출력신호가 입력 터미널에 공급된다. 제어기(60)는 상류부 및 하류부 변환기에서 측정된 순간적인 압력의 차이를 계산하며, 필요시 임의의 영점 조절 및 스케일링을 수행한다. 또한, 제어기(60)는 유동 통로(30)를 통해 흐르는 유체의 온도에 대응하는 신호를 수신할 수 있으며, 상기 유체의 온도는 압력 센서(20)에 위치하거나 제어 밸브(22)의 격막(54)에 위치한 온도 센서, 또는 분리벽(39) 내의 보어에 밀봉된 독립된 온도 센서로부터 측정될 수 있다. 상기 측정은 하나의 유체 제어 모듈(10)에서 유동 출력, 온도 및 압력의 측정을 가능하게 한다. 추가적으로, 상기의 정보는 상이한 유체 종류 및 유체 속도에 대한 분야별 보정을 할 수 있도록 한다.
일정 실시예에서, 리드 구조(62)는 각 압력 센서(20)에서 제어기(60)로 저전압 전자기적 간섭(EMI)에 민감한 신호를 전송한다. 리드 구조(62)는 유연한 패러 데이 케이지를 이루는 복수의 층으로 형성된다. 리드 구조(62)는 필요한 전자기적 간섭 차폐효과를 제공하여 하우징 내의 별도의 차폐 재료를 제거함으로써 유동 제어 모듈(10)을 더욱 작고, 가볍고, 저비용이 되도록 한다.
도5a 내지 도5g에 도시된 바와 같이, 리드 구조(62)는 일반적으로 외부 중합체 층(70), 제1 차폐 층(72), 양쪽 단에 접지를 포함하는 트레이스 층(74), 제2 차폐 층(76), 스티프너 층(78) 및 제2 외부 중합체 층(80)을 포함한다. 리드 구조(62)의 소단부(120)는 개구(122)를 특정하여 제어기(60)로부터 뻗는 연결핀(도시되지 않음)을 수용하며, 또한 연결핀에 전기적으로 연결이 된다. 유사하게, 각 연결 패드(124, 126)도 개구(128)를 특정하여 각 압력 센서(20)로부터 뻗는 연결핀(도시되지 않음)을 수용하며, 또한 연결핀에 전기적으로 연결이 된다. 리드 구조(62)는 양호하게는 실질적으로 유연하고 탄성을 가지며, 이를 통해 하우징 내에서 용이하게 접힐 수 있다. 일반적으로, 플렉스(flex)부의 총 두께는 0.020이 양호하다. 일 실시예에서, 중합체 층(70, 80)은 폴리이미드이다.
차폐 층(72, 76)은 일반적으로 절연체인 중합체 지지체(132) 상에 금속성 재료(130), 바람직하게는 구리인 얇은 층을 갖는다. 트레이스 층(74)은 일반적으로 외부 스트립(134)을 갖는 중합체 지지체(133)를 포함하며, 상기 외부 스트립은 금속성 재료로 되어 있으며 하나 이상의 신호 전도체(136)를 둘러싼다. 차폐 층(72, 76)이 각각 트레이스 층(74)의 대향하는 면에 결합될 경우, 상기 외부 스트립(134)은 각각의 차폐 층(72, 76)의 금속성 재료(130)와 전기 전도적으로 연결되어, 신호 전도체(136)를 패러데이 케이지로 둘러싼다.
스티프너 층(78)은 일반적으로 다른 층보다 약간 두껍고 탄성력이 낮은 중합체 재료를 포함하여, 리드 구조(62)의 강도와 강성을 보강한다. 외부 중합체 층(70, 80)은 리드 구조(62)의 외부 표면을 형성하여 내구성을 갖는 보호막으로 작용한다.
도3의 (a) 및 도4에 도시된 바와 같이 제어 밸브(22), 압력 센서(20), 제어기(60) 및 플렉서블 회로(62)를 둘러싸도록 제어기 본체(12) 및 하우징(14)이 밀봉되면, 외부의 거친 환경으로부터 차단되는 내부 공간이 형성된다. 상기 내부 공간에 전기적 연결을 제공하기 위하여, 하우징(14)은 개구 밀봉부(85)에 의해 밀봉되는 개구(82)를 포함하게 되며, 이를 통하여 전기 커넥터(84)가 전기 커넥터 개구(86)를 통과할 수 있게 된다. 전기 커넥터 밀봉부(88)는 밀봉된 환경을 유지하고 외부 유체의 유입을 방지하기 위하여, 전기 커넥터(84)를 둘러싸면서 전기 커넥터 개구(86)에 삽입된다. 또한, 개구 밀봉부(85)는 다공성 플라스틱의 통기용 플러그(92)가 삽입되는 통기용 구멍(90)을 포함할 수 있다. 하우징(14) 내부 공간으로의 유체의 유동이 제한되는 동안에, 통기용 플러그(92)는 기체를 통과시켜 진대기압 기준을 위한 하우징(14) 내부 공간의 통기가 이루어지도록 한다. 이러한 다공성 플라스틱 재료는 포렉스 코오퍼레이션(Porex Corporation)으로부터 상업적으로 입수 가능하다. 압력 변환기(20)도 진대기압 기준을 위해 통기된 하우징(14) 내부 공간으로 개방되는 통기용 튜브(93)를 포함한다.
일정 실시예에 있어서, 상기 압력 변환기(20), 제어 밸브(22), 통합 회로 또는 제어기(60) 및 그 외의 필요하거나 요구되는 전자 장비는 에폭시 포팅(potting) 을 주입하여 포팅하게 된다. 다른 경우에, 이러한 부품들은 단일의 화학적 불활성인 비오염식 재료로 주입 성형될 수 있다. 본 실시예에 있어서, 상기 압력 센서(20)는 외부 대기로 뻗는 통기용 튜브(93)을 가지며, 이를 통해 진대기압 기준을 위한 통기를 할 수 있다. 통기용 플러그(90)는 통기용 튜브(93)의 단부에 삽입될 수 있으며, 이를 통해 압력 센서(20)로의 액체의 유동이 제한되는 동안에 기체를 통과시킬 수 있다.
본 명세서에서는 발명의 바람직한 실시예와 그 외의 중요한 실시예의 구체적인 세부사항이 도시 및 기재되었지만, 본 발명의 범주가 이러한 세부 사항에 의하여 제한되지 않으며 본 발명의 합리적인 균등물이 고려되어야 한다.

Claims (20)

  1. 유체 취급 장치이며,
    화학적 불활성 재료로 형성되며 관통하는 유동 통로를 특정하는 본체와,
    관련 제어 로직을 갖는 프로세서와,
    유동 통로와 유체 소통을 하며, 유동 통로 내의 유체의 상태를 나타내는 신호를 선택적으로 전달하는 적어도 하나의 센서와,
    상기 프로세서와 적어도 하나의 센서가 전기적으로 소통하도록 결합하여 상기 적어도 하나의 센서로부터의 신호를 프로세서로 전송하며, 적어도 하나의 긴 신호 전도체와 실질적으로 외접하는 차폐 전도체를 포함하고 한 쌍의 대향하는 면을 제공하는 일반적으로 평면인 트레이스 층을 포함하는 리드 구조와, 각각이 트레이스 층의 분리된 대향 면에 접하고, 그 한 쌍이 트레이스 층의 차폐 전도체와 전기적으로 결합되어 트레이스 층의 차폐 전도체와 함께 패러데이 케이지를 특정하게 되며, 이를 통해 적어도 하나의 신호 전도체 전부를 둘러싸게 되어 적어도 하나의 신호 전도체를 전자기적 간섭으로부터 보호하는, 전도성 재료로 형성되며 일반적으로 평면인 한 쌍의 차폐 층을 포함하는 유체 취급 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 각각의 차폐 층은 외부면을 제공하고, 상기 리드 구조는, 각각이 상기 차페층 중 분리된 하나의 차폐층의 외부면과 접하고 이를 실질적으로 덮는 한 쌍의 절연 층을 더 포함하는 유체 취급 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 절연 층은 중합체 재료로 형성되는 유체 취급 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 리드 구조는 스티프너 층을 더 포함하는 유체 취급 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 장치는 유동 통로와 유체 소통하는 제2 센서를 더 포함하며, 상기 제2 센서는 유동 통로 내 유체의 상태를 나타내는 신호를 선택적으로 전달하고, 상기 제2 센서는 상기 리드 구조를 통하여 프로세서와 전기적으로 소통하도록 결합된 유체 취급 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기의 장치는, 유동 통로와 유체 소통하며 유동 통로를 통과하는 유체 유동을 조절가능하도록 배열된 제어 밸브를 더 포함하고, 상기 제1 및 제2 센서는 유동 통로의 분리된 부분에서의 유체의 압력을 나타내는 신호를 전달하는 압력센서이며, 상기 프로세서 및 관련 제어 로직은 상기 제1 및 제2 센서로부터 신호를 기반으로 유동 통로를 통과하는 유체 유동을 조절하기 위해 제어 밸브를 자동적으로 작동시키는 유체 취급 장치.
  7. 유동 제어기이며,
    벽면 및 한 쌍의 대향 단부를 갖고, 상기 벽면이 대향하는 단부의 중간에 멈 춤 구조부를 형성하여 제1 부분이 대향하는 하나의 단부로부터 멈춤 구조부까지 뻗고 제2 부분이 대향하는 다른 단부로부터 멈춤 구조부까지 뻗는, 관통하는 유동 통로를 특정하고 화학적 불활성 재료로 형성하는 본체와,
    상기 유동 통로를 통과하는 유체 유동을 제한하기 위해 관통하여 뻗는 오리피스를 특정하고, 상기 유동 통로의 제1 부분에 배치되어 멈춤 구조부와 접하게 되며 상기 유동 통로의 하나의 단부를 통해서 임의로 탈착 가능한 인서트와,
    상기 유동 통로의 제1 부분과 유체 소통하는 제1 압력 센서와,
    상기 유동 통로의 제2 부분과 유체 소통하는 제2 압력 센서와,
    상기 유체 통로와 유체 소통하며 상기 유동 통로 내 유체의 유동을 조절 가능하도록 배열된 제어 밸브와,
    상기 제1, 제2 압력 센서 및 제어 밸브와 소통가능하도록 결합되며, 상기 제1 및 제2 압력 센서로부터의 신호를 기반으로 유동 통로를 통과하는 유체 유동을 조절하기 위해 제어 밸브를 자동적으로 작동시키는 프로세서 및 관련 로직을 포함하는 유동 제어기.
  8. 제7항에 있어서, 상기 유동 통로의 제1 부분은 제1 단면적 치수를 제공하고, 유동 통로의 제2 부분은 제2 단면적 치수를 제공하는 유동 제어기.
  9. 제7항에 있어서, 상기 멈춤 구조부는 유동 통로 내의 애뉼러 립인 유동 제어기.
  10. 제7항에 있어서, 상기 인서트는 실질적으로 화학적 불활성 중합체 재료인 유동 제어기.
  11. 제10항에 있어서, 상기 화학적 불활성 중합체 재료는 PTFE인 유동 제어기.
  12. 제7항에 있어서, 상기 인서트는 실질적으로 사파이어인 유동 제어기.
  13. 제7항에 있어서, 상기 프로세서는 리드 구조를 통해서 제1 또는 제2 압력 센서 중에 적어도 하나의 압력 센서와 전기적으로 결합되며, 상기 리드 구조는,
    적어도 하나의 신호 전도체와 실질적으로 외접하는 차폐 전도체를 포함하고 한 쌍의 대향하는 면을 제공하는 트레이스 층과,
    전도성 재료로 형성되며, 각각이 트레이스 층의 분리된 대향 면에 접하고, 그 한 쌍이 트레이스 층의 차폐 전도체와 전기적으로 결합되어 트레이스 층의 차폐 전도체와 함께 패러데이 케이지를 특정하게 되며, 이를 통해 적어도 하나의 신호 전도체를 둘러싸게 되어 적어도 하나의 신호 전도체를 전자기적 간섭으로부터 보호하는 한 쌍의 차폐 층을 포함하는 유동 제어기.
  14. 유동 제어기이며,
    화학적 불활성 재료로 형성되며 관통하는 유동 통로를 특정하는 본체와,
    관련 제어 로직을 갖는 프로세서와,
    유동 통로와 유체 소통을 하며, 유동 통로 내의 유체의 상태를 나타내는 신호를 선택적으로 각각 전달하는 한 쌍의 센서와,
    상기 프로세서와 상기 한 쌍의 센서가 전기적으로 소통하도록 결합하며, 복수 개의 신호 전도체와 실질적으로 외접하는 차폐 전도체를 포함하고 한 쌍의 대향하는 면을 제공하는 일반적으로 평면인 트레이스 층을 포함하는 리드 구조와, 각각이 트레이스 층의 분리된 대향 면에 접하고, 그 한 쌍이 트레이스 층의 차폐 전도체와 전기적으로 결합되어 트레이스 층의 차폐 전도체와 함께 패러데이 케이지를 특정하게 되며, 이를 통해 각각의 신호 전도체 모두를 둘러싸게 되어 신호 전도체들을 전자기적 간섭으로부터 보호하는 한 쌍의 차폐 층을 포함하는 유동제어기.
  15. 제14항에 있어서, 상기 각각의 차폐 층은 외부면을 제공하고, 상기 리드 구조는 한 쌍의 절연 층을 더 포함하며, 상기 각각의 절연 층은 상기 차폐 층 중 분리된 하나의 차폐 층의 분리된 외부면과 접하고 이를 실질적으로 덮는 유동 제어기.
  16. 제15항에 있어서, 상기 절연 층은 중합체 재료로 형성되는 유동 제어기.
  17. 제14항에 있어서, 상기 리드 구조는 스티프너 층을 더 포함하는 유동 제어기.
  18. 제14항에 있어서, 상기 장치는, 유동 통로와 유체 소통하며 유동 통로를 통과하는 유체 유동을 조절 가능하도록 배열된 제어 밸브를 더 포함하고, 상기 프로세서 및 관련 제어 로직은 상기 압력 센서로부터 신호를 기반으로 유동 통로를 통과하는 유체 유동을 조절하기 위해 제어 밸브를 자동적으로 작동시키는 유동 제어기.
  19. 제14항에 있어서, 상기 유동 통로는 벽면 및 한 쌍의 대향 단부를 갖고, 상기 유동 통로의 벽면은 대향하는 단부의 중간에 멈춤 구조부를 형성하여 유동 통로의 제1 부분이 대향하는 하나의 단부로부터 멈춤 구조부까지 뻗고 유동 통로의 제2 부분이 대향하는 다른 단부로부터 멈춤 구조부까지 뻗는 유동 통로이며, 상기 유동 제어기는 유동 통로를 통과하는 유체 유동을 제한하기 위한 오리피스를 특정하고 상기 유동 통로의 제1 부분에 배치되어 멈춤 구조부와 접하게 되며 상기 유동 통로의 하나의 단부를 통해서 임의로 탈착 가능한 인서트를 더 포함하는 유동 제어기.
  20. 제19항에 있어서, 상기 멈춤 구조부는 유동 통로 내의 애뉼러 립인 유동 제어기.
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