KR20150098586A - 차압식 유량계 및 그것을 구비한 유량 컨트롤러 - Google Patents

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Abstract

유체의 온도변화에 의해 압력센서의 검출값에 계측 오차가 생기는 것을 억제한 차압식 유량계를 제공한다.
메인유로(13)와, 메인유로(13)에 형성된 오리피스와, 오리피스의 상류측 유체의 압력을 검출하는 제1 압력센서(7)와, 오리피스의 하류측 유체의 압력을 검출하는 제2 압력센서(8)와, 오리피스의 상류측 유체를 제1 압력센서(7)로 유도하는 제1 압력도입유로(14)와, 오리피스의 하류측 유체를 제2 압력센서(8)로 유도하는 제2 압력도입유로(15)를 구비하고, 제1 압력도입유로(14) 및 제2 압력도입유로(15)는, 유로길이(L)와 유로직경(D3)이 각각 일치하고, 유로직경(D3)에 대한 유로길이(L)의 배율이 20배 이상 또한 30배 이하인 차압식 유량계(20)를 제공한다.

Description

차압식 유량계 및 그것을 구비한 유량 컨트롤러{DIFFERENTAIL PRESSURE TYPE FLOWMETER AND FLOW RATE CONTROLLER HAVING THE SAME}
본 발명은, 차압식 유량계 및 그것을 구비한 유량 컨트롤러에 관한 것이다.
종래, 반도체제조장치 등에서 사용되는 순수(純水)나 약액(藥液) 등의 유체가 흐르는 배관에 설치되어, 배관을 흐르는 유체의 유량을 측정하는 유량계가 알려져 있다. 유량계로서 다양한 방식의 것이 알려져 있는데, 예를 들면 차압식 유량계가 알려져 있다. 차압식 유량계는, 유로(流路)상에 형성된 오리피스(orifice)의 상류측과 하류측의 유체의 압력을 한쌍의 압력센서로 검출하고, 그것들이 검출하는 압력의 차분(차압)에 의해 유체의 유량을 계측하는 장치이다(예를 들면, 특허문헌1 참조).
일본 특허 제5220642호 공보
특허문헌1에 개시된 차압식 유량계는, 한쌍의 압력센서의 환경온도에 온도차가 생기는 것에 의한 오작동을 회피하기 위해서, 한쌍의 압력센서의 아래쪽에 온도 밸런서(balancer)를 설치하여 온도차를 저감시키는 것이다. 특허문헌1에 개시된 차압식 유량계에 따르면, 한쌍의 압력센서의 온도차에 기인하는 오작동을 회피할 수 있다.
그러나, 한쌍의 압력센서의 온도차가 저감되었다고 하여도, 차압식 유량계로 유입되는 유체의 온도가 급격하게 변화될 경우에는, 그 온도변화에 의해 한쌍의 압력센서가 검출하는 검출값에 계측(計測) 오차가 생길 가능성이 있다. 예를 들면, 압력센서 자체의 온도가 급격하게 변화되어 검출값에 계측 오차가 생길 가능성이나, 압력센서 주변의 유로가 온도차에 의해 변형되어 압력센서의 검출값에 계측 오차가 생길 가능성이 있다. 온도변화에 의해 압력센서의 검출값에 계측 오차가 생겨버리면 정확한 압력을 검출할 수 없으며, 결과적으로 정확한 유량을 계측할 수 없게 되어 버린다.
본 발명은, 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 유입되는 유체의 온도가 급격하게 변화될 경우라도 온도변화에 의해 압력센서의 검출값에 계측 오차가 생기는 것을 억제한 차압식 유량계 및 그것을 구비한 유량 컨트롤러를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 상기의 과제를 해결하기 위해서 하기의 수단을 채용하였다.
본 발명에 관한 차압식 유량계는, 압력측정을 행하는 유체가 흐르는 메인유로(主流路)와, 상기 메인유로에 형성된 오리피스와, 상기 오리피스의 상류측 유체의 압력을 검출하는 상류측 압력센서와, 상기 오리피스의 하류측 유체의 압력을 검출하는 하류측 압력센서와, 상기 메인유로와 연통되고, 상기 오리피스의 상류측 유체를 상기 상류측 압력센서로 유도하는 제1 유로와, 상기 메인유로와 연통되고, 상기 오리피스의 하류측 유체를 상기 하류측 압력센서로 유도하는 제2 유로를 구비하고, 상기 제1 유로 및 상기 제2 유로는 유로길이와 유로직경이 각각 일치하고, 상기 유로직경에 대한 상기 유로길이의 배율이 20배 이상 또한 30배 이하이다.
본 발명에 관한 차압식 유량계에 따르면, 오리피스의 상류측 유체를 상류측압력센서로 유도하는 제1 유로와, 오리피스의 하류측 유체를 하류측 압력센서로 유도하는 제2 유로는, 유로길이와 유로직경이 각각 일치한다. 그리고, 유로직경에 대한 유로길이의 배율이 20배 이상이 되기 때문에, 유로내의 유체의 유통량에 대한 유로길이가 충분히 확보된다. 따라서, 예를 들면, 차압식 유량계로 유입되는 유체의 온도가 환경온도와 일치한 온도에서 급격하게 변화된 경우(예를 들면, 25℃의 환경온도에서 80℃로 변화된 경우)라도, 메인유로로부터 압력센서에 도달할때까지 유체의 온도를 환경온도에 충분히 근접시킨 온도(예를 들면, 35℃ 이하)로 할 수 있다. 따라서, 유입되는 유체의 온도가 급격하게 변화될 경우라도 온도변화에 의해 압력센서의 검출값에 계측 오차가 생기는 것을 억제할 수 있다.
또한, 유로직경에 대한 유로길이의 배율이 30배 이하가 되기 때문에, 유로내의 유체의 유통량에 대한 유로길이가 너무 길어지고, 혹은 유로길이에 대한 유로직경이 너무 작아져서 차압식 유량계를 유통시키는 유체의 종류를 바꾸는데(예를 들면, 순수에서 약액으로 바꿈) 요하는 시간이 너무 걸리는 오류를 억제하고, 유체의 치환성을 확보할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 관한 차압식 유량계에 따르면, 유입되는 유체의 온도가 급격하게 변화될 경우라도 온도변화에 의해 압력센서의 검출값에 계측 오차가 생기는 것을 억제할 수 있다. 또한, 유체의 치환성을 확보할 수 있다.
본 발명의 차압식 유량계에 있어서는, 상기 유로직경에 대한 상기 유로길이의 배율이 25배인 것이 바람직하다. 또한, 유로길이가 50mm이고, 유로직경이 2mm인 것이 더욱 바람직하다.
이와 같이 함으로써, 예를 들면, 차압식 유량계가 설치되는 환경의 환경온도에서 소정온도까지 유체의 온도가 급격하게 변화될 경우(예를 들면, 25℃에서 80℃로 변화될 경우)라도, 압력센서의 온도를 압력센서의 검출값에 계측 오차가 생기지 않는 온도(예를 들면, 35℃ 이하)로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 차압식 유량계에 있어서는, 상기 메인유로와 상기 제1 유로와 상기 제2 유로가, 수지재료에 의해 형성되는 본체부의 내부에 형성되어 있는 것이 바람직하다.
이와 같이 함으로써, 메인유로와 제1 유로와 제2 유로와 수지재료에 의해 일체로 형성된 본체부를 구비하는 차압식 유량계를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 차압식 유량계에 있어서는, 상기 제1 유로 및 상기 제2 유로를 형성하는 상기 본체부의 외주면에, 외기(外氣)와의 접촉면적을 증가시킨 냉각구조가 형성되어 있는 구성이 바람직하다.
이와 같이 함으로써, 메인유로와 연통된 제1 유로 및 제2 유로를 통해 메인유로에서 압력센서까지 유체가 유도될 때, 냉각구조에 의해 제1 유로 및 제2 유로를 유통하는 유체를 압력센서에 도달할때까지 충분히 냉각할 수 있다.
상기 구성에 있어서는, 상기 냉각구조가, 상기 제1 유로 및 상기 제2 유로의 유로방향을 따라서 환상(環狀) 오목부와 환상 볼록부가 교대로 배치되는 핀(fin) 구조인 것이 더욱 바람직하다.
이와 같이 함으로써, 핀구조에 따른 냉각효과에 의해, 제1 유로 및 제2 유로를 유통하는 유체를 압력센서에 도달할때까지 충분히 냉각할 수 있다.
또한, 본 발명의 차압식 유량계에 있어서는, 상기 제1 유로를 통해 상기 상류측 압력센서로 유도된 유체를 외부로 배출하는 제1 배출구와, 상기 제2 유로를 통해 상기 하류측 압력센서로 유도된 유체를 외부로 배출하는 제2 배출구를 구비하는 구성이어도 된다.
이와 같이 함으로써, 제1 유로를 통해 상류측 압력센서로 유도된 유체를 다시 제1 유로를 통해 메인유로로 되돌리지 않고 용이하게 유체의 치환을 행할 수 있다. 마찬가지로, 제2 유로를 통해 하류측 압력센서로 유도된 유체를 다시 제2 유로를 통해 메인유로로 되돌리지 않고 용이하게 유체의 치환을 행할 수 있다.
본 발명에 관한 유량 컨트롤러는, 상기 어느 하나에 기재된 차압식 유량계와, 상기 차압식 유량계의 측정값을 이용하여 유로출구로부터 유출시키는 유체의 유량을 제어하는 제어부를 구비한다.
이와 같이 함으로써, 유입되는 유체의 온도가 급격하게 변화될 경우에 온도변화에 의해 압력센서의 검출값에 계측 오차가 생기는 것을 억제한 유량 컨트롤러를 제공할 수 있다. 또한, 유체의 치환성을 확보하는 동시에 유량 컨트롤러의 대형화를 피할 수 있다.
본 발명에 따르면, 유입되는 유체의 온도가 급격하게 변화될 경우라도 온도변화에 의해 압력센서의 검출값에 계측 오차가 생기는 것을 억제한 차압식 유량계 및 그것을 구비한 유량 컨트롤러를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 유량 컨트롤러의 정면도이다.
도 2는 도 1에 도시하는 유량 컨트롤러의 평면도이다.
도 3은 도 2의 B-B 화살표시 부분 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시하는 차압식 유량계의 부분 확대도이다.
도 5는 압력도입유로의 직경과 압력도입유로의 길이에 대한 압력센서 최고도달온도의 값을 나타내는 실험데이터를 나타내는 도면이다.
도 6은 압력도입유로의 직경에 대한 압력도입유로의 길이의 배율과, 압력센서 최고도달온도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 유량 컨트롤러의 정면도이다.
도 8은 도 7에 도시하는 유량 컨트롤러의 C-C 화살표시 부분 단면도이다.
[제1 실시형태]
이하, 본 발명의 제1 실시형태의 유량 컨트롤러(10)에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.
본 실시형태의 유량 컨트롤러(10)는, 유로입구(11)를 통해 상류측의 배관(도시생략)으로부터 유입되는 유체(순수, 약액 등)의 유량을 계측하고, 계측된 유량에 따라서 유로출구(12)로부터 유출되는 유체의 유량을 조정하는 장치이다.
도 1에서 도 3에 도시한 바와 같이, 유량 컨트롤러(10)는, 유로입구(11)측에 설치되는 차압식 유량계(20)와, 유로출구(12)측에 설치되는 유량조정밸브(30)를 구비한다.
유량 컨트롤러(10)는, 설치면(G)에 부착되는 베이스(4)와, 베이스(4)에 부착되는 동시에 그 내부에 유로입구(11)와 유로출구(12)의 사이에서 유체를 유통시키는 메인유로(13)가 형성된 보디(1)(본체부)를 구비하고 있다. 베이스(4)는, 예를 들면 폴리프로필렌(PP)을 이용하여 일체로 형성되어 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 보디(1)는, 상류측 보디(1a)와 연결부(1b)와 하류측 보디(1c)와 냉각부(1d)와 밸브시트(1e;valve seat)가 일체로 형성된 단일 부재로 되어 있다. 보디(1)는, 예를 들면, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 등의 불소수지재료에 의해 형성되어 있다.
차압식 유량계(20)는 유로입구(11)로부터 유입되는 유체의 유량을 계측하는 장치이다. 차압식 유량계(20)는, 상류측 보디(1a)와 냉각부(1d)와 오리피스(2)와 제1 압력센서(7)(상류측 압력센서)와 제2 압력센서(8)(하류측 압력센서)를 구비하고 있다. 상류측 보디(1a)는, 유로입구(11)와 유로출구(12)의 사이에서 유체를 유통시키는 메인유로(13)의 일부가 내부에 형성된 부재이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 상류측 보디(1a)의 내부에 형성된 메인유로(13)에는 오리피스(2)가 형성되어 있다. 오리피스(2)는 메인유로(13)의 유로직경(D1)보다도 직경이 작은 유로직경(D2)을 형성하는 부재이다. 오리피스(2)를 통과할 때에 유체의 유속이 증가하고, 그것에 따라 오리피스(2)의 하류에서의 유체의 정압(靜壓)이 저하한다. 오리피스(2)의 상류측에서의 유체의 정압과 오리피스(2)의 하류측에서의 유체의 정압의 차분(차압)은, 메인유로(13)를 통과하는 유체의 유량에 따른 값이 된다. 따라서, 차압식 유량계(20)는, 오리피스(2)의 상류측 유체의 정압과 오리피스(2)의 하류측 유체의 정압의 차압을 계측함으로써, 메인유로(13)를 유통하는 유체의 유량을 계측할 수 있다.
차압식 유량계(20)는, 오리피스(2)의 상류측 정압을 계측하는 제1 압력센서(7)와, 오리피스(2)의 하류측 정압을 계측하는 제2 압력센서(8)를 구비하고 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 제1 압력센서(7)는, 메인유로(13)로부터, 보디(1)의 일부를 구성하는 냉각부(1d)의 내부에 형성되는 제1 압력도입유로(14)(제1 유로)를 통해 제1 유체실(7b)로 유입되는 유체의 압력을 검출하는 센서본체(7a)를 구비하고 있다. 제2 압력센서(8)는, 메인유로(13)로부터, 냉각부(1d)의 내부에 형성되는 제2 압력도입유로(15)(제2 유로)를 통해 제2 유체실(8b)로 유입되는 유체의 압력을 검출하는 센서본체(8a)를 구비하고 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 제1 유체실(7b)은, 제1 압력도입유로(14)의 출구로부터 멀어짐에 따라서 서서히 직경이 확대되는 경사면을 구비하고 있다. 이 경사면에 의해, 제1 유체실(7b)의 아래쪽은 거의 원추형(圓錐形)의 내면형상이 된다. 마찬가지로, 제2 유체실(8b)은, 제2 압력도입유로(15)의 출구로부터 멀어짐에 따라서 서서히 직경이 확대되는 경사면을 구비하고 있다. 이 경사면에 의해, 제2 유체실(8b)의 아래쪽은 거의 원추형의 내면형상이 된다. 이러한 형상으로 함으로써, 제1 유체실(7b)의 외주연부(外周緣部) 및 제2 유체실(8b)의 외주연부에 파티클 등의 잔존물이 체류하기 어렵도록 되어 있다.
제1 압력센서(7)의 센서본체(7a)가 계측하는 제1 압력값과, 제2 압력센서(8)의 센서본체(8a)가 계측하는 제2 압력값은, 각각 전기신호로 변환되어 유량조정밸브(30)가 구비하는 제어기판(도시생략)에 입력된다. 제1 압력값과 제2 압력값의 입력을 받은 제어기판(제어부)은, 제1 압력값과 제2 압력값의 차압을 유량으로 환산함으로써, 메인유로(13)를 흐르는 유체의 유량을 계측한다.
제1 압력센서(7) 및 제2 압력센서(8)로서, 유체의 압력을 계측하는 각종 센서를 채용할 수 있다. 예를 들면, 스트레인 게이지(strain gauge)식 압력센서나 피에조(piezo)식 압력센서나 정전용량식 압력센서를 채용할 수 있다.
제1 압력도입유로(14)는 메인유로(13)의 축선(A)에 직교하는 직선상으로 연장되는 유로이다. 제2 압력도입유로(15)는 메인유로(13)의 축선(A)에 직교하는 직선상으로 연장되는 유로이다. 제1 압력도입유로(14)가 메인유로(13)와 연통되는 위치와 제2 압력도입유로(15)가 메인유로(13)와 연통되는 위치는, 오리피스(2)에 의해 유로직경이 D2가 되는 위치에서 축선(A)을 따라서 등거리가 된다.
이와 같이, 제1 압력도입유로(14)는, 메인유로(13)와 연통되고, 오리피스(2)의 상류측 유체를 제1 압력센서(7)로 유도하는 유로가 된다. 또한, 제2 압력도입유로(15)는, 메인유로(13)와 연통되고, 오리피스(2)의 상류측 유체를 제2 압력센서(8)로 유도하는 유로가 된다.
다음에, 도 3에 도시하는 유량조정밸브(30)에 대해서 설명한다.
유량조정밸브(30)는, 차압식 유량계(20)가 계측한 유량에 따라서 유로출구(12)로부터 유출되는 유체의 유량을 조정하는 장치이다.
유량조정밸브(30)는 하류측 보디(1c)와, 니들(needle)(3)과, 밸브시트(1e)와, 모터를 구비한 구동기구(도시생략)와, 구동기구를 제어하는 제어기판(도시생략)과, 구동기구 및 제어기판을 외부로부터 보호하는 커버(5)를 구비하고 있다. 제어기판 및 구동기구에는 커넥터(6)를 통해서 접속되는 케이블을 통해 외부로부터 전력이 공급된다. 또한, 제어기판은 케이블이 구비하는 제어신호선을 통해 외부로부터 유량의 설정값의 지시 등의 각종 지시를 접수한다.
유량조정밸브(30)는, 구동기구에 의해 니들(3;밸브체)을 메인유로(13)의 축선(A)에 직교하는 방향으로 이동시키고, 니들(3)과 밸브시트(1e)의 거리를 조정한다. 유량조정밸브(30)는, 니들(3)과 밸브시트(1e)의 거리를 조정함으로써, 니들(3)과 밸브시트(1e)의 사이를 통과하는 유체의 유량을 조정할 수 있다. 예를 들면, 유량조정밸브(30)는, 차압식 유량계(20)가 계측한 유량이 외부로부터 케이블을 통해 지시를 받은 유량의 설정값과 일치하도록 유체의 유량을 조정한다.
이와 같이, 유량조정밸브(30)가 구비하는 제어기판(제어부)은, 차압식 유량계(20)가 계측한 유체의 유량(측정값)을 이용하여 유로출구로부터 유출시키는 유체의 유량을 제어한다.
다음에, 본 실시형태의 차압식 유량계(20)의 냉각부(1d)의 근방의 구조에 대해서 설명한다.
도 4에 도시한 바와 같이, 제1 압력도입유로(14)와 제2 압력도입유로(15)는, 유로길이(L)와 유로직경(D3)이 각각 일치한다. 여기서, 제1 압력도입유로(14)의 유로길이(L)란, 도 4에 도시한 바와 같이, 메인유로(13)의 외주면에서 제1 유체실(7b)의 입구까지의 길이를 말한다. 또한, 제2 압력도입유로(15)의 유로길이(L)란, 도 4에 도시한 바와 같이, 메인유로(13)의 외주면에서 제2 유체실(8b)의 입구까지의 길이를 말한다.
전술한 바와 같이, 차압식 유량계(20)로 유입되는 유체의 온도가 급격하게 변화될 경우에는, 그 온도변화에 의해 한쌍의 압력센서(제1 압력센서(7) 및 제2 압력센서(8))가 검출하는 검출값에 계측 오차가 생길 가능성이 있다. 따라서, 냉각부(1d)는, 메인유로(13)의 유체의 온도가 급격하게 변화된 경우라도, 제1 유체실(7b) 및 제2 유체실(8b)의 도달하는 유체의 온도가 급격하게 변화되지 않도록 충분히 냉각가능한 구조로 할 필요가 있다.
발명자들은, 전술한 유로길이(L)와 유로직경(D3)을 변화시켜서 실험을 행하여 도 5에 나타내는 실험데이터를 얻었다. 이 실험은, 25℃의 순수를 메인유로(13)로 유통시키는 상태에서, 80℃의 순수를 메인유로(13)로 유통시키는 상태로 전환한 경우의 실험데이터이다. 도 5에 있어서, 압력센서 최고도달온도[℃]란, 80℃의 순수를 메인유로(13)로 유통시킨 후에 압력센서의 센서본체(센서본체(7a) 및 센서본체(8a))의 온도를 계측하고, 가장 높은 온도가 계측되었을 때의 온도를 나타낸다. 또한, 도 5에 있어서, 온도 상승폭ΔT[℃]이란, 25℃에서 압력센서 최고도달온도[℃]까지의 차분의 온도를 나타낸다.
그리고, 도 5에 나타내는 실험데이터를 포함하는 복수의 실험데이터에 근거하여, 유로직경(D3)에 대한 유로길이(L)의 배율(이하, L/D3이라 함)과, 압력센서 최고도달온도의 관계를 나타내는 그래프를 작성한 바, 도 6에 나타내는 것이 되었다.
도 6에 도시한 바와 같이, L/D3의 값이 작을수록 압력센서 최고도달온도가 높아지고, L/D3의 값이 클수록 압력센서 최고도달온도가 낮아진다. 이것은, L/D3의 값이 클수록, 유로길이(L)가 길어서 충분히 냉각부(1d)의 길이를 확보할 수 있거나, 혹은 유로직경(D3)이 작아서 압력도입유로를 유통하는 순수의 유량이 적은 것을 의미한다.
도 5에 나타내는 실험데이터와 도 6에 도시하는 그래프를 근거로 하여, 발명자들은, 본 실시형태의 냉각부(1d)에 형성되는 제1 압력도입유로(14)와 제2 압력도입유로(15)의 유로길이(L)와 유로직경(D3)을 이하의 식(1)에 나타내는 관계가 되도록 정하였다.
20≤L/D3≤30 (1)
여기서, 식(1)에 있어서 20≤L/D3으로 한 것은, 도 6에 도시한 바와 같이, 압력센서 최고도달온도를 35℃ 이하로 하기 위해서이다. 이와 같이 한 것은, 압력센서가 상온(25℃)보다도 너무 높은 온도가 되면, 온도의 영향에 의해 압력센서의 검출값에 계측 오차가 생겨버리기 때문이다.
또한, 식(1)에 있어서 L/D3≤30으로 한 것은, 유로길이(L)가 너무 길어져서 혹은 유로직경(D3)이 너무 작아져서 유체의 치환성이 악화되는 것을 피하기 위해서이다.
L/D3≤30의 조건을 충족시키도록 함으로써, 유로길이(L)의 길이에 대하여 유로직경(D3)이 너무 작아지는 것이나, 유로직경(D3)의 크기에 대하여 유로길이(L)가 너무 길어지는 것을 피하고, 유체의 치환성을 확보할 수 있다.
한편, 유체의 치환성이 나쁜 경우란, 메인유로(13)를 유통시키는 유체의 종류를 바꾼 경우(예를 들면, 순수에서 약액으로 바꾼 경우)에, 제1 압력도입유로(14)와 제2 압력도입유로(15)에 존재하는 유체의 종류가 바뀔때까지 요하는 시간이 긴 경우를 말한다. 유로길이(L)가 길고 유로직경(D3)이 작아질수록 유체의 치환성이 나빠진다.
L/D3의 값을 전술한 식(1)의 범위로 함으로써, 유입되는 유체의 온도가 급격하게 변화될 경우에 온도변화에 의해 압력센서의 검출값에 계측 오차가 생기는 것을 억제할 수 있는 동시에, 유체의 치환성을 확보할 수 있다. 또한, 이하의 식(2)의 조건으로 하는 것이 더욱 바람직하다.
L/D3=25 (2)
이 식(2)의 조건은, 도 5에 나타내는 실험데이터에 있어서는, (L,D3)이 (25.0mm,1.0mm), (50.0mm,2.0mm) 또는 (62.5mm,2.5mm)가 되는 조건이다.
이와 같이 함으로써, 실험데이터가 나타내는 바와 같이, 차압식 유량계(20)가 설치되는 환경의 환경온도인 상온(실험데이터의 예에서는 25℃)에서 80℃까지 유체의 온도가 급격하게 변화될 경우라도, 압력센서 최고도달온도가 35℃를 넘지 않도록 할 수 있다.
식(2)의 조건에서는, 실험데이터에 나타낸 바와 같이 (L,D3)을 (50.0mm,2.0mm)로 하는 것이 더욱 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 유로길이(L)를 50.0mm로 하여 유량 컨트롤러(10)를 대형화시키지 않고, 또한 유체의 치환성을 악화시키지 않으며, 온도변화에 의해 압력센서의 검출값에 계측 오차가 생기는 것을 억제할 수 있다.
다음에, 본 실시형태의 냉각부(1d)의 외주면의 형상에 대해서 설명한다.
도 1에서 도 3에 도시한 바와 같이, 제1 압력도입유로(14)와 제2 압력도입유로(15)를 형성하는 냉각부(1d)의 외주면은, 외기와의 접촉면적을 증가시킨 냉각구조가 된다. 구체적으로는, 제1 압력도입유로(14)와 제2 압력도입유로(15)의 유로방향을 따라서, 환상 오목부(16)와 환상 볼록부(17)가 교대로 배치되는 핀구조가 된다.
이러한 핀구조를 채용함으로써, 제1 압력도입유로(14)와 제2 압력도입유로(15)를 유통하는 유체를 냉각하는 효과를 높일 수 있다.
이상 설명한 본 실시형태의 유량 컨트롤러(10)가 발휘하는 작용 및 효과에 대해서 설명한다.
본 실시형태의 차압식 유량계(20)에 따르면, 오리피스(2)의 상류측 유체를 제1 압력센서(7)로 유도하는 제1 압력도입유로(14)와, 오리피스(2)의 하류측 유체를 제2 압력센서(8)로 유도하는 제2 압력도입유로(15)는 유로길이(L)와 유로직경(D3)이 각각 일치한다. 그리고, 유로직경(D3)에 대한 유로길이(L)의 배율이 20배 이상이 되기 때문에, 유로내의 유체의 유통량에 대한 유로길이(L)가 충분히 확보된다. 따라서, 예를 들면, 차압식 유량계(20)로 유입되는 유체의 온도가 환경온도와 일치한 온도에서 급격하게 변화된 경우(예를 들면, 25℃의 환경온도에서 80℃로 변화된 경우)라도, 메인유로(13)에서 압력센서에 도달할때까지 유체의 온도를 환경온도에 충분히 근접시킨 온도(예를 들면, 35℃ 이하)로 할 수 있다. 따라서, 유입되는 유체의 온도가 급격하게 변화될 경우라도, 온도변화에 의해 제1 압력센서(7) 및 제2 압력센서(8)의 검출값에 계측 오차가 생기는 것을 억제할 수 있다.
또한, 유로직경(D3)에 대한 유로길이(L)의 배율이 30배 이하가 되기 때문에, 유로길이(L)가 너무 길어져서 혹은 유로직경(D3)이 너무 작아져서 차압식 유량계 (20)를 유통시키는 유체의 종류를 바꾸는데(예를 들면, 순수에서 약액으로 바꿈) 요하는 시간이 너무 걸리는 오류를 억제하고, 유체의 치환성을 확보할 수 있다.
이와 같이, 본 실시형태의 차압식 유량계(20)에 따르면, 유입되는 유체의 온도가 급격하게 변화될 경우라도 온도변화에 의해 압력센서의 검출값에 계측 오차가 생기는 것을 억제할 수 있다. 또한, 유체의 치환성을 확보할 수 있다.
본 실시형태의 차압식 유량계(20)는 유로직경(D3)에 대한 유로길이(L)의 배율이 25배인 것이 바람직하다. 또한, 유로길이가 50mm이고, 유로직경이 2mm인 것이 더욱 바람직하다.
이와 같이 함으로써, 예를 들면, 차압식 유량계(20)가 설치되는 환경의 환경온도(예를 들면, 25℃)에서 80℃까지 유체의 온도가 급격하게 변화될 경우라도, 압력센서의 온도가 35℃를 넘지 않도록 할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 차압식 유량계(20)에서는, 메인유로(13)와 제1 압력도입유로(14)와 제2 압력도입유로(15)가, 수지재료에 의해 형성되는 보디(1)의 냉각부(1d)의 내부에 형성된다.
이와 같이 함으로써, 메인유로(13)와 제1 압력도입유로(14)와 제2 압력도입유로(15)와 수지재료에 의해 일체로 형성한 보디(1)를 구비하는 차압식 유량계(20)를 제공할 수 있다.
또한, 제1 압력도입유로(14)와 제2 압력도입유로(15)가 보디(1)로서 일체로 형성되어 있으므로, 제1 압력센서(7) 주위의 온도와 제2 압력센서(8) 주위의 온도가 거의 균일해진다. 그 때문에, 제1 압력센서(7)와 제2 압력센서(8)의 온도상태를 균일화시켜서 안정된 유량의 계측이 가능해진다. 본 실시형태의 보디(1)는, 냉각부(1d)에 형성되는 제1 압력도입유로(14)와 제2 압력도입유로의 사이에 관통공(貫通孔)이 형성되어 있는데, 관통공의 상부의 센서본체(7a)와 센서본체(8a)의 근방은 보디(1)에 의해 연결되어 있다. 그 때문에, 보디(1)로 연결된 부분에서 센서본체(7a)와 센서본체(8a)의 온도차가 없어지도록 온도전달이 행해진다.
또한, 본 실시형태의 차압식 유량계(20)에는, 제1 압력도입유로(14) 및 제2 압력도입유로(15)를 형성하는 냉각부(1d)의 외주면에 외기와의 접촉면적을 증가시킨 냉각구조가 형성되어 있다. 이 냉각구조는, 제1 압력도입유로(14) 및 제2 압력도입유로(15)의 유로방향을 따라서 환상 오목부(16)와 환상 볼록부(17)가 교대로 배치되는 핀구조가 된다.
이와 같이 함으로써, 메인유로(13)와 연통된 제1 압력도입유로(14) 및 제2 압력도입유로(15)를 통해, 메인유로(13)에서 압력센서까지 유체가 유도될때에, 냉각구조에 의해 제1 압력도입유로(14) 및 제2 압력도입유로(15)를 유통하는 유체를 압력센서에 도달할때까지 충분히 냉각할 수 있다.
[제2 실시형태]
이하, 본 발명의 제2 실시형태의 유량 컨트롤러(10')에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.
본 실시형태는, 제1 실시형태의 변형예이고, 이하에서 특별히 설명하는 경우를 제외하고, 제1 실시형태와 마찬가지인 것으로 하여 설명을 생략한다.
도 7에 도시한 바와 같이, 제2 실시형태의 유량 컨트롤러(10')가 구비하는 차압식 유량계(20')는, 제1 압력센서(7)로 유도된 유체를 외부로 배출하는 제1 배출포트(7c)(제1 배출구)와, 제2 압력센서(8)로 유도된 유체를 외부로 배출하는 제2 배출포트(8c)(제2 배출구)를 구비하고 있다.
도 8에 도시한 바와 같이, 제1 배출포트(7c)는 제1 유체실(7b)과 연통되어 있다. 이 제1 배출포트(7c)에는, 통상의 사용시에는 밀봉편(封止片)(도시생략)이 삽입되어 있고, 제1 유체실(7b)내의 유체가 제1 배출포트(7c)로부터 외부로 배출되지 않도록 되어 있다.
도시를 생략하지만, 제2 배출포트(8c)는 제2 유체실(8b)과 연통되어 있다. 이 제2 배출포트(8c)에는, 통상의 사용시에는 밀봉편(도시생략)이 삽입되어 있고, 제2 유체실(8b)내의 유체가 제2 배출포트(8c)로부터 외부로 배출되지 않도록 되어 있다.
제 1배출포트(7c) 및 제2 배출 포트(8c)는, 유량 컨트롤러(10')의 메인유로(13)를 유통시키는 유체의 종류를 바꿀(예를 들면, 순수에서 약액으로 바꿈)때에, 밀봉편을 제거하여 유체를 배출시키는 배관(도시생략)이 각 포트에 연결된다.
배관이 각 포트에 연결되면, 제1 유체실(7b)내의 유체가 제1 배출포트(7c)로부터 배관을 통해 외부로 배출된다. 마찬가지로, 제2 유체실(8b)내의 유체가 제2 배출포트(8c)로부터 배관을 통해 외부로 배출된다.
이와 같이, 본 실시형태에 따르면, 제1 압력도입유로(14)를 통해 제1 압력센서(7)로 유도된 유체를 다시 제1 압력도입유로(14)를 통해 메인유로(13)로 되돌아가는 일없이, 용이하게 유체의 치환을 행할 수 있다. 마찬가지로, 제2 압력도입유로(15)를 통해 제2 압력센서(8)로 유도된 유체를 다시 제2 압력도입유로(15)를 통해 메인유로(13)로 되돌아가는 일없이, 용이하게 유체의 치환을 행할 수 있다.
[다른 실시형태]
본 발명은 상술한 실시형태에 한정되지 않고, 그 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 적절하게 변경할 수 있다.

Claims (8)

  1. 유체를 유통시키는 메인유로와,
    상기 메인유로에 형성된 오리피스와,
    상기 오리피스의 상류측 유체의 압력을 검출하는 상류측 압력센서와,
    상기 오리피스의 하류측 유체의 압력을 검출하는 하류측 압력센서와,
    상기 메인유로와 연통되고, 상기 오리피스의 상류측 유체를 상기 상류측 압력센서로 유도하는 제1 유로와,
    상기 메인유로와 연통되고, 상기 오리피스의 하류측 유체를 상기 하류측 압력센서로 유도하는 제2 유로를 구비하고,
    상기 제1 유로 및 상기 제2 유로는 유로길이와 유로직경이 각각 일치하고, 상기 유로직경에 대한 상기 유로길이의 배율이 20배 이상 또한 30배 이하인 차압식 유량계.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유로직경에 대한 상기 유로길이의 배율이 25배인 차압식 유량계.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 유로길이가 50mm이고 상기 유로직경이 2mm인 차압식 유량계.
  4. 제 1항 ~ 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서
    상기 메인유로와 상기 제1 유로와 상기 제2 유로가 수지재료에 의해 형성되는 본체부의 내부에 형성되어 있는 차압식 유량계.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 유로 및 상기 제2 유로를 형성하는 상기 본체부의 외주면에, 외기와의 접촉면적을 증가시킨 냉각구조가 형성되어 있는 차압식 유량계.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 냉각구조는, 상기 제1 유로 및 상기 제2 유로의 유로방향을 따라서 환상 오목부와 환상 볼록부가 교대로 배치되는 핀구조인 차압식 유량계.
  7. 제 1항 ~ 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서
    상기 제1 유로를 통해 상기 상류측 압력센서로 유도된 유체를 외부로 배출하는 제1 배출구와,
    상기 제2 유로를 통해 상기 하류측 압력센서로 유도된 유체를 외부로 배출하는 제2 배출구를 구비하는 차압식 유량계.
  8. 제 1항 ~ 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 차압식 유량계와,
    상기 차압식 유량계의 측정값을 이용하여, 유로출구로부터 유출시키는 유체의 유량을 제어하는 제어부를 구비하는 유량 컨트롤러.
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