KR20190002985A - Mass flow control apparatus using capacitance measuring and mass flow control method using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 정전용량 측정을 이용한 질량 유량 제어장치 및 이를 이용한 질량 유량 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a mass flow controller using capacitance measurement and a mass flow control method using the same.
질량유량으로 가스나 기체의 측정은 다양한 산업분야에서 효율적으로 응용되고 있다. 일반적으로 가스나 기체를 측정하기 위한 대표적인 유량계로는 오리피스를 비롯한 차압 유량계, 볼텍스 유량계, 터빈 유량계, 초음파 유량계, 면적식 유량계 그리고 열식 질량 유량계가 있다.The measurement of gas and gas at mass flow rate has been applied effectively in various industrial fields. Typical flowmeters for measuring gases or gases include orifices, differential pressure flow meters, vortex flow meters, turbine flow meters, ultrasonic flow meters, area flow meters and thermal mass flow meters.
이들 유량계 중 열식 질량 유량계를 제외한 나머지는 유체의 체적만을 측정하는 유량계로 유체측정을 필요로 하는 공정의 온도나 압력 등이 설계와 달라질 때 이를 적절히 보정을 할 수 없는 즉 현재 배관에 흐르고 있는 유체의 양만을 측정하는 유량계이다.Among these flowmeters, the remainder except the thermal mass flowmeter is a flowmeter that measures only the volume of the fluid. When the temperature or pressure of a process requiring fluid measurement is different from the design, it can not be corrected properly. That is, It is a flow meter that measures only quantity.
열식 질량 유량계는 일명 분류 세관식 유량계라고도 한다. 열식 질량유량계는 흐르고 있는 유체 중에 가열된 물체를 놓으면 유체와 가열된 물체 사이에 열교환이 이루어짐에 따라 가열된 물체가 냉각된다. 이 냉각율은 유속의 함수가 되기 때문에 가열된 물체의 온도를 측정하는 것에 의해 유속을 구할 수 있다. 또 유체를 가열하여 일정한 온도로 높이기 위하여 필요한 에너지는 유속의 함수가 되기 때문에 흐르고 있는 유체의 온도를 어떤 일정한 온도로 높이기 위하여 필요한 에너지를 측정하면 유속을 구할 수 있다.A thermal mass flowmeter is also known as a classifying flowmeter. A thermal mass flow meter places a heated object in a flowing fluid and the heated object cools as heat exchanges between the fluid and the heated object. Since this cooling rate is a function of the flow velocity, the flow velocity can be determined by measuring the temperature of the heated object. In addition, since the energy required to raise the fluid to a constant temperature is a function of the flow rate, the flow rate can be obtained by measuring the energy required to raise the temperature of the flowing fluid to a certain temperature.
도 1은 유량을 측정하는 원리를 나타낸 도면이다.1 is a view showing the principle of measuring a flow rate.
도 1을 참조하면, 유체가 지나가는 파이프인 주관(110)에 긴 U자형 모세관 (bypass라고도 함)인 측정관(120)이 형성된다. 측정관(120)에는 소정의 간격을 갖고 제 1 및 제2 저항 발열체(122, 124)가 구비된다. 유체가 흐르지 않는 경우, 측정관(120)의 제1 및 제2 저항 발열체(122, 124) 사이는 열적 평형을 이루어 온도가 동일하다. 그러나, 유체가 흐르면, 유체의 흐름에 의해 열이 이동하게 된다. 그러므로 열적 평형 상태가 깨지고 제1 및 제2 저항 발열체(122, 124) 사이에서 온도차가 발생한다. 발생된 온도차는 이를 측정회로(126) 및 제어부(130)를 통해 검출한다. 측정관(120)에서의 온도차를 바탕으로 주관(110)에 흐르는 유체의 유량을 유추하여 측정할 수 있다. Referring to FIG. 1, a
그러나, 온도차를 이용하여 유량을 측정하므로 외부환경(예를 들어, 주관이 설치되는 장소의 온도)에 영향을 받을 수 있다. 또한 측정회로(126)를 통해 측정된 값은 알고리즘을 이용하여 보정된 후 제어부(130)로 전달되고, 제어부(130)는 이를 바탕으로 유체의 유량을 측정한다. 제어부(130)는 측정된 유량을 바탕으로 밸브(164)에 연결된 모터(162)를 구동하여 주관(110)을 통과하는 유체의 유량을 조절한다. 반복된 유량 측정 과정에서 보정 값이 누적되면, 실제 유체의 유량과 보정된 값과의 편차가 발생하게 된다. 이러한 편차로 인해 유체의 정확한 유량을 측정하는데 어려움이 발생할 수 있다. 또한 정밀한 유량 제어를 위해서는 정확한 유량 측정이 요구된다. However, since the flow rate is measured using the temperature difference, it may be influenced by the external environment (for example, the temperature of the place where the main pipe is installed). In addition, the measured value through the
현대의 산업은 점점 고도화, 다양화되어 왔으며 이와 더불어 유체 특히 가스의 흐름을 측정하는데 있어서도 점점 다양한 공정에서 고정밀도의 유체 측정이 요구된다. 고정밀도의 측정을 위해서는 고가의 유량 측정 장치가 요구된다. Modern industries have become increasingly sophisticated and diversified, and in addition to measuring fluids and especially gas flows, increasingly diverse processes require highly accurate fluid measurements. An expensive flow measurement device is required for high-precision measurement.
본 발명의 목적은 캐패시터를 이용하여 유체의 정전용량 값을 측정한 후 이를 이용하여 유체의 유량을 측정하고, 유량을 제어할 수 있는 정전용량 측정을 이용한 질량 유량 제어장치 및 이를 이용한 질량 유량 제어방법을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a mass flow rate control apparatus using a capacitance measurement method capable of measuring a flow rate of a fluid by measuring a capacitance value of the fluid using a capacitor, .
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시 예에 따른 정전용량 측정을 이용한 질량 유량 제어장치는 유체의 이동경로상에 위치하는 제1 캐패시터, 상기 제1 캐패시터와 이격되며 상기 유체의 이동경로상에 위치하는 제2 캐패시터, 상기 제1 및 제2 캐패시터와 연결되고 상기 제1 및 제2 캐패시터를 통해 상기 유체의 제1 및 제2 정전용량을 측정하는 측정회로, 및 상기 측정회로로부터 측정된 정전용량 값에 기반하여 상기 유체의 이동경로상에서 이동되는 유체의 유량을 측정 및 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a mass flow controller using capacitance measurement. The apparatus includes a first capacitor located on a fluid path, a second capacitor disposed between the first capacitor and the first capacitor, A measurement circuit coupled to the first and second capacitors and configured to measure the first and second capacitances of the fluid through the first and second capacitors, And a controller for measuring and controlling the flow rate of the fluid moving on the movement path of the fluid based on the measured capacitance value.
실시 예에 있어서, 상기 제1캐패시터 및 상기 제2 캐패시터 각각은, 이격되어 마주하도록 구비되는 제1 및 제2 플레이트 한 쌍 및 제3 및 제4 플레이트 한 쌍을 포함할 수 있다.In an embodiment, each of the first capacitor and the second capacitor may comprise a pair of first and second plates and a pair of third and fourth plates facing each other.
실시 예에 있어서, 상기 제1 캐패시터 또는 상기 제2 캐패시터 중 적어도 하나 이상은, 상기 유체의 이동경로를 포함하는 유체 이동관 내부에 위치될 수 있다.In an embodiment, at least one of the first capacitor or the second capacitor may be located inside the fluid flow pipe including the fluid flow path.
실시 예에 있어서, 상기 제1 및 제2 플레이트 한 쌍 및 상기 제3 및 제4 플레이트 한 쌍은 중 적어도 하나 이상의 쌍은, 상기 유체가 이동하는 방향과 동일한 방향으로 위치되거나, 또는 상기 유체가 이동하는 방향과 상이한 방향으로 위치될 수 있다.In an embodiment, at least one pair of the first and second plates and the pair of third and fourth plates may be positioned in the same direction as the direction of movement of the fluid, As shown in Fig.
실시 예에 있어서, 상기 제1 및 제2 플레이트 한 쌍 및 상기 제3 및 제4 플레이트 한 쌍은 중 적어도 하나 이상의 쌍에 구비되는 플레이트 간의 간격은, 일정한 간격으로 이격되거나, 또는 일정하지 않은 간격으로 이격될 수 있다.In an embodiment, the plates provided in at least one pair of the pair of first and second plates and the pair of third and fourth plates may be spaced at regular intervals or at regular intervals Can be spaced apart.
실시 예에 있어서, 상기 측정회로는, 브릿지 회로를 포함할 수 있다.In an embodiment, the measuring circuit may comprise a bridge circuit.
실시 예에 있어서, 상기 제1 및 제2 플레이트, 및 상기 제3 및 제4 플레이트 사이 중 적어도 하나 이상에 구비되고, 상기 유체의 흐름을 분배하는 유량 분배부를 더 포함할 수 있다.In an embodiment, the apparatus may further include a flow distributor provided in at least one of the first and second plates and between the third and fourth plates, for distributing the flow of the fluid.
실시 예에 있어서, 상기 유량 분배부는, 증류소자를 포함할 수 있다.In an embodiment, the flow distributing unit may include a distillation column.
실시 예에 있어서, 상기 제어부에 따라, 개폐가 제어되어 상기 유체 이동경로상에 이동하는 유체의 유량을 제어하는 제어밸브를 더 포함할 수 있다.In an embodiment, the control unit may further include a control valve for controlling the flow rate of the fluid moving on the fluid movement path, the opening and closing being controlled according to the control unit.
본 발명의 일 실시 예에 따른 정전용량 측정을 이용한 질량 유량 제어장치를 이용한 유량 제어방법은 유체 이동관 내로 유체가 이동되는 단계, 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 질량 유량 제어장치의 제1캐패시터를 이용하여 상기 유체의 제1 정전용량값을 측정하는 단계, 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 질량 유량 제어장치의 제2 캐패시터를 이용하여 상기 유체의 제2 정전용량값을 측정하는 단계, 상기 제1 및 제2 캐패시터에서 측정된 제1 및 제2 정전용량값을 제어부로 전달하는 단계, 측정된 상기 제1 및 제2 정전용량값에 기반하여, 상기 제어부에서 상기 유체의 유량을 측정하는 단계, 및 상기 제어부에서 상기 유체의 유량을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.The flow rate control method using the mass flow rate control apparatus using the capacitance measurement according to the embodiment of the present invention is characterized in that the fluid is moved into the fluid flow passage and the mass flow rate control apparatus according to any one of claims 1 to 9 Measuring a first capacitance value of the fluid using a first capacitor and a second capacitance of the fluid using the second capacitor of the mass flow controller according to any one of claims 1 to 9, Measuring the first and second capacitances, transferring the first and second capacitance values measured by the first and second capacitors to the controller, and based on the measured first and second capacitance values, Measuring the flow rate of the fluid, and controlling the flow rate of the fluid in the control section.
실시 예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 제1 및 제2 캐패시터를 이용하여 순차적으로 상기 제1 및 제2 정전용량값을 측정하거나, 상기 제1 및 제2 캐패시터를 이용하여 동시에 상기 제1 및 제2 정전용량값을 측정할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the control unit may sequentially measure the first and second capacitance values using the first and second capacitors, or may simultaneously measure the first and second capacitance values using the first and second capacitors, 2 Capacitance value can be measured.
본 발명에 따른 정전용량 측정을 이용한 질량 유량 제어장치 및 이를 이용한 질량 유량 제어방법의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.The effect of the mass flow control apparatus using the capacitance measurement according to the present invention and the mass flow control method using the same will be described below.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 캐패시터를 이용하여 흐르는 유체의 유량을 정확하게 측정할 수 있다. 이를 바탕으로 정확한 유량 제어가 가능하다. According to at least one of the embodiments of the present invention, the flow rate of the fluid flowing through the capacitor can be accurately measured. Based on this, accurate flow control is possible.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 캐패시터를 유체가흐르는 관 내부에 설치 할 수 있어 유량 측정을 위하여 별도로 측정관을 구비할 필요가 없다.In addition, according to at least one embodiment of the present invention, the capacitor can be installed inside the tube through which the fluid flows, and it is not necessary to separately provide a measuring tube for measuring the flow rate.
도 1은 유량을 측정하는 원리를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 질량 유량 제어장치의 개념을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 질량 유량 제어장치를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 질량 유량 제어장치의 제1 및 제2 캐패시터를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 질량 유량 제어장치의 측정회로를 나타내는 도면이다.
도 6은 발명의 바람직한 다른 실시 예들에 따른 질량 유량 제어장치를 나타내는 도면이다.
도 7은 발명의 바람직한 또 다른 실시 예들에 따른 질량 유량 제어장치를 나타내는 도면이다.
도 8은 발명의 바람직한 또 다른 실시 예들에 따른 질량 유량 제어장치를 나타내는 도면이다.
도 9는 도 8의 질량 유량 제어장치의 단면을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 질량 유량 제어장치를 이용하여 유체의 유량을 제어하는 방법을 나타내는 흐름도이다. 1 is a view showing the principle of measuring a flow rate.
2 is a view showing a concept of a mass flow control device according to a preferred embodiment of the present invention.
3 is a view showing a mass flow controller according to a preferred embodiment of the present invention.
4 is a view showing first and second capacitors of a mass flow controller according to a preferred embodiment of the present invention.
5 is a view showing a measuring circuit of the mass flow controller according to the preferred embodiment of the present invention.
6 is a block diagram of a mass flow controller according to another embodiment of the present invention.
7 is a view showing a mass flow control device according to still another preferred embodiment of the present invention.
8 is a view showing a mass flow control device according to still another preferred embodiment of the present invention.
Fig. 9 is a view showing a cross section of the mass flow control device of Fig. 8. Fig.
10 is a flowchart illustrating a method of controlling a flow rate of a fluid using a mass flow controller according to a preferred embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, wherein like reference numerals are used to designate identical or similar elements, and redundant description thereof will be omitted. The suffix "module" and " part "for the components used in the following description are given or mixed in consideration of ease of specification, and do not have their own meaning or role. In the following description of the embodiments of the present invention, a detailed description of related arts will be omitted when it is determined that the gist of the embodiments disclosed herein may be blurred. It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed. , ≪ / RTI > equivalents, and alternatives.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms including ordinals, such as first, second, etc., may be used to describe various elements, but the elements are not limited to these terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In the present application, the terms "comprises", "having", and the like are used to specify that a feature, a number, a step, an operation, an element, a component, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 질량 유량 제어장치의 개념을 나타내는 도면이다. 2 is a view showing a concept of a mass flow control device according to a preferred embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 질량 유량 제어장치(200)는 제1 캐패시터(220), 제2 캐패시터(230), 측정회로(250) 및 제어부(260)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 캐패시터(220, 230)는 유체가 이동되는 이동경로상에 위치될 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 제1 및 제2 캐패시터(220, 230)가 유체 이동관(210) 내부에 구비될 수 있다. 유체 이동관(210)은 관 형상으로 내부에 유체가 이동하는 중공의 공간이 구비될 수 있다. 유체 이동관(210)의 내부 공간으로 유체가 흐르면서 이동될 수 있다. 유체 이동관(210)은 제1 및 제2 캐패시터(220, 230)가 내부에 구비된 별도의 관일 수도 있다. 이 경우, 유체 이동관(210)을 유체가 이동되는 일반적인 도관(주관) 중간에 삽입할 수 있다. 또는 제1 및 제2 캐패시터(220, 230)를 유체가 이동되는 일반적인 도관(주관)에 삽입할 수도 있다. 유체 이동관(210)은 예를 들어, 석영관일 수 있다. Referring to FIG. 2, the
본 발명에서는 제1 및 제2 캐패시터(220, 230)가 일반적인 도관인 유체 이동관(210) 내부에 구비되는 경우를 예를 들어 설명한다. 유체 이동관(210)을 따라 이동하는 유체는 제1 캐패시터(220)와 제2 캐패시터(230)를 순차적으로 통과하면서 이동될 수 있다. 제1 및 제2 캐패시터(220, 230)는 유체의 정전용량값을 측정하기 위한 구성이다. In the present invention, the case where the first and
본 발명에서는 두 개의 캐패시터(220, 230)를 이용하는 경우를 도시하고, 이를 바탕으로 설명하였다. 그러나, 캐패시터의 개수는 한정되지 않으며, 세 개 이상의 캐패시터를 이용할 수 있다. In the present invention, two
측정회로(250)는 제1 및 제2 캐패시터(220, 230)와 전기적으로 연결되며, 제1 및 제2 캐패시터(220, 230)를 통과하는 유체의 정전용량값을 측정할 수 있다. 측정된 유체의 정전용량값은 유체 이동관(210)을 통과하는 유체의 유전율, 유체의 이동속도, 유체 이동관(210)의 단면적 및 유체의 밀도(이하에서는 유량측정을 위한 파라미터로 지칭함)와 상관관계를 갖는다. 그러므로 유체의 정전용량값을 이용하여 이동하는 유체의 유량을 측정할 수 있다. The
제1 및 제2 캐패시터(220, 230)는 순차적으로 구동되어 유체의 정전용량값을 측정할 수 있다. 다른 실시예로는 제1 및 제2 캐패시터(220, 230)는 동시에 구동되어 유체의 정전용량값을 측정할 수 있다. The first and
제어부(260)는 측정회로(250)로부터 제1 및 제2 캐패시터(220, 230)에서 측정된 정전용량값을 전달받아, 이를 바탕으로 유체의 유량을 측정하기 위한 알고리즘을 수행할 수 있다. 제어부(260)는 유량 측정부(262)와 제어신호 생성부(264)를 포함할 수 있다. 유량 측정부(262)는 측정회로(250)를 통해 제1 및 제2 캐패시터(220, 230)에서 측정된 정전용량값을 이용하여 유체의 유량을 측정할 수 있다. 유량 측정부(260)에는 알고리즘에 의해 정전용량값에 따른 유체의 유량에 대한 데이터가 저장될 수 있다. 유량 측정부(262)는 제어신호 생성부(264)와 연결될 수 있다. 제어신호 생성부(264)는 제어신호를 생성하고, 이러한 제어신호를 이용하여 모터(272)를 제어함으로써 유체 이동관(210)에 구비된 제어밸브(274)의 개폐정도를 제어할 수 있다. 유량 측정부(262)에서 측정된 유체의 유량에 따라 제어밸브(274)의 제어가 필요한지를 판단하고, 제어밸브()의 제어가 필요하다고 판단되면, 제어신호 생성부(264)를 통해 제어신호를 생성함으로써 제어밸브(274)의 개폐정도를 조절하여 유체의 유량을 제어할 수 있다. The
질량 유량 제어장치(200)는 디스플레이부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 디스플레이부는 측정회로(250)를 이용하여 제1 및 제2 캐패시터(220, 230)에서 측정된 유체의 정전용량 및 제어부(260)에서 측정된 유체의 유량이 표시될 수 있다. 디스플레이부는 유체 이동관(210)의 외부에 위치하여, 사용자는 유체 이동관(210) 내부를 이동하는 유체의 유량을 확인 할 수 있다. The
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 질량 유량 제어장치를 나타내는 도면이다. 3 is a view showing a mass flow controller according to a preferred embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 제1 캐패시터(320)는 제1 및 제2 플레이트(322, 324) 한 쌍으로 구성될 수 있다. 제1 및 제2 플레이트(322, 324)는 판 형상으로 도체로 제작될 수 있다. 제1 및 제2 플레이트(322, 324)는 일정한 간격을 갖도록 이격되어 마주하게 구비될 수 있으며, 특히, 유체 이동관(310) 내부에 구비될 수 있다. 마주하는 제1 및 제2 플레이트(322, 324) 사이 공간으로는 유체가 통과할 수 있어, 제1 및 제2 플레이트(322, 324)는 제1 캐패시터(320)로 기능될 수 있다. 제1 및 제2 플레이트(322, 324)는 사각의 판 형상으로 도시하였으나, 유체의 정전용량을 측정할 수 있는 다양한 형상의 변형 실시가 가능할 수 있다.Referring to FIG. 3, the
유체 이동관(310) 내부를 통과하는 유체의 일부는 제1 및 제2 플레이트(322, 324) 사이의 공간을 통과하여 이동될 수 있다. 유체가 이동될 때, 측정회로(250)를 이용하여 제1 및 제2 플레이트(322, 324)를 통과하는 유체의 정전용량값을 측정할 수 있다. A portion of the fluid passing through the
예를 들어, 제1 및 제2 플레이트(322, 324)는 유체의 이동방향과 동일한 방향으로 마주하도록 구비될 수 있다. 유체 이동관(310) 내부 공간에서 상부에 위치될 수 있고, 제2 플레이트(324)는 제1 플레이트(322)와 마주하도록 유체 이동관(310) 내부 공간에서 하부에 위치될 수 있다. 제1 및 제2 플레이트(322, 324)는 측정회로(250)와 연결될 수 있다. For example, the first and
제2 캐패시터(330)는 제1 캐패시터(320)와 동일하게 제3 및 제4 플레이트(332, 334)로 구성될 수 있다. 제3 및 제4 플레이트(332, 334)는 판 형상으로 도체로 제작될 수 있다. 제3 및 제4 플레이트(332, 334)는 일정한 간격을 갖도록 이격되어 마주하게 구비될 수 있으며, 특히, 유체 이동관(310) 내부에 구비될 수 있다. 마주하는 제3 및 제4 플레이트(332, 334) 사이 공간으로는 유체가 통과할 수 있어, 제3 및 제4 플레이트(332, 334)는 제2 캐패시터(330)로 기능될 수 있다. 제3 및 제4 플레이트(332, 334)는 사각의 판 형상으로 도시하였으나, 유체의 정전용량을 측정할 수 있는 다양한 형상의 변형 실시가 가능할 수 있다.The
유체 이동관(310) 내부를 통과하는 유체의 일부는 제3 및 제4 플레이트(332, 334) 사이의 공간을 통과하여 이동될 수 있다. 유체가 이동될 때, 측정회로(250)를 이용하여 제3 및 제4 플레이트(332, 334)를 통과하는 유체의 정전용량값을 측정할 수 있다.A portion of the fluid passing through the inside of the
예를 들어, 제3 및 제4플레이트(332, 334)는 유체의 이동방향과 상이한 방향(예를 들어, 유체의 이동방향과 수직방향)으로 마주하도록 구비될 수 있다. 제3 플레이트(332)는 유체 이동관(310) 내부 공간에서 전방에 위치될 수 있고, 제4 플레이트(334)는 제3 플레이트(332)와 마주하도록 유체 이동관 내부 공간에서 후방에 위치될 수 있다. 제3 및 제4 플레이트(332, 334)는 측정회로(250)와 연결될 수 있다.For example, the third and
유체 이동관(310) 내부에서 이동되는 유체는 제1 캐패시터(320)와 제2 캐패시터(330)를 통과하며 이동될 수 있다. 이때, 측정회로(250)를 이용하여 제1 및 제2 캐패시터(320, 330)를 통과하는 유체의 제1 및 제2 정전용량값을 측정할 수 있다. 여기서, 유체는 이동하면서 제1 및 제2 캐패시터(320, 330)를 통과하기 때문에 제1 및 제2 캐패시터(320, 330)에서 측정되는 제1 및 제2 정전용량값은 계속 변하게 된다. 그러므로 유량 측정부(260)는 측정된 정전용량값의 변화율을 유량 측정을 위한 파라미터로 이용하여 유량을 측정할 수 있다. Fluid moving inside the
제1 캐패시터(320)와 제2 캐패시터(330) 사이에는 유체가 유체 이동관(310) 내부에서 고르게 분배되어 흐를 수 있도록 유량 분배부(340)가 더 구비될 수 있다. 유량 분배부(340)는 유체 이동관(310) 내에서 유체가 일부 영역에 집중되어 통과하는 것을 방지하지 위하여 유체를 균일하게 분배하는 기능을 수행할 수 있다. 유량 분배부(340)는 예를 들어, 증류소자를 포함할 수 있다. A
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 질량 유량 제어장치의 제1 및 제2 캐패시터를 나타내는 도면이다. 4 is a view showing first and second capacitors of a mass flow controller according to a preferred embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 제1 및 제 2 플레이트(422, 424)와 제3 및 제 4 플레이트(432, 434)는 소정의 간격(d1, d2)이 이격된 상태로 위치될 수 있다. 제1 내지 제4플레이트(422, 424, 432, 434)는 판 형상으로 폭(w1, w2)에 따라 마주하는 면적이 달라지게 된다.Referring to FIG. 4, the first and
제1 및 제2 캐패시터(420, 430)를 통해 측정되는 제1 및 제2 정전용량값은 제1 및 제 2 플레이트(422, 424)와 제3 및 제4 플레이트(432, 434) 사이를 통과하는 유체의 유전율, 밀도, 속도와 밀접한 관계가 있다. 그러므로 제1 및 제2 캐패시터(420, 430)를 이용하여 유체의 정전용량을 측정하고, 이를 이용하여 유체의 유량을 측정할 수 있다. The first and second capacitance values measured through the first and
제1 및 제 2 플레이트(422, 424)와 제3및 제 4 플레이트(432, 434)는 마주하는 면적을 조절할 수 있다. 또는 제1 및 제 2 플레이트(422, 424)와 제3, 및 제 4 플레이트(722, 724) 사이의 거리는 조절될 수 있다. The first and
제1 내지 제 4플레이트(422, 424, 432, 434)는 동일한 면적으로 형성될 수 있고, 각각 상이한 면적으로 형성될 수 있다. 또는 마주하는 플레이트의 면적이 동일할 수도 있고, 서로 상이할 수도 있다. 또한 제1 및 제2 플레이트(422, 424)는 일정한 간격으로 이격되거나, 일정하지 않은 간격으로 이격될 수 있다. 또는 제3 및 제4 플레이트(432, 434)는 일정한 간격으로 이격되거나, 일정하지 않은 간격으로 이격될 수 있다.The first to
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 질량 유량 제어장치의 측정회로를 나타내는 도면이다.5 is a view showing a measuring circuit of the mass flow controller according to the preferred embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 본 발명에서의 측정회로(550)는 브릿지회로를 포함할 수 있다. 브릿지회로는 두 개의 고정된 저항(540, 545)과 제1 및 제2 캐패시터(520, 530) 및 전원 공급부(510)를 포함하여, 제1 및 제2 캐패시터(520, 530)를 통해 정전용량값을 측정할 수 있다. 측정된 정전용량값은 증폭부(557)를 통해 정류, 증폭되어 유량 측정부(560)로 전달될 수 있다. Referring to FIG. 5, the
유량 측정부(560)에서는 정전용량값을 이용하여 유량을 측정하기 위한 알고리즘이 수행될 수 있다. 유량 측정부(560)에는 유체의 유량에 따른 정전용량값이 데이터로 저장되어 있어, 측정된 정전용량값과 저장된 데이터를 비교하여 유체의 유량을 측정할 수 있다. In the
도 6은 발명의 바람직한 다른 실시 예들에 따른 질량 유량 제어장치를 나타내는 도면이다. 6 is a block diagram of a mass flow controller according to another embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 제1 및 제2 캐패시터(620, 630)에는 유량 분배부(640)가 더 포함될 수 있다. 제1 및 제 2 플레이트(622, 624)의 사이와 제3 및 제 4 플레이트(632, 634) 사이에 유량 분배부(640)가 구비될 수 있다, 유량 분배부(640)에 의해 제1 및 제 2 플레이트(622, 624)와 제3 및 제 4 플레이트(632, 634) 사이를 통과하는 유체가 균일하게 분배되어 통과될 수 있다. Referring to FIG. 6, the first and
도 6의 (a)를 참조하면, 제1 캐패시터(620)의 제1 및 제 2플레이트(622, 624)는 유체가 이동하는 방향과 평행하도록 마주하게 구비될 수 있다. 여기서, 제1 및 제2 플레이트(622, 624) 사이에는 유량 분배부(640)가 구비될 수 있다. 또한, 제2 캐패시터(630)의 제3 및 제4 플레이트(632, 634)는 유체가 이동하는 방향과 수직하도록 마주하게 구비될 수 있다. 제3 및 제4 플레이트(632, 634) 사이에는 유량 분배부(640)가 구비될 수 있다. Referring to FIG. 6A, the first and
도 6의 (b)를 참조하면, 제1 및 제2 캐패시터(620, 630)는 도 6의 (a)와 동일하게 구비될 수 있다. 여기서, 유량 분배부(640)는 도 6의 (a)와 마찬가지로 제1 및 제2 캐패시터(620, 630)에 포함될 뿐만 아니라, 제1 및 제2 캐패시터(620, 630) 사이에도 구비될 수 있다. 유량 분배부(640)에 의해 유체 이동관(610) 전체를 통과하는 유체가 균일하게 분배될 수 있다. Referring to FIG. 6B, the first and
유량 분배부(640)는 제1 및 제2 캐패시터(620, 630) 내부 또는 제1 및 제2 캐패시터(620, 630) 사이에 적어도 하나 이상의 위치에 구비될 수 있다. 유량 분배부(640)의 개수는 도면에 도시된 개수에 한정되지 않는다.The
도 7은 발명의 바람직한 또 다른 실시 예들에 따른 질량 유량 제어장치를 나타내는 도면이다.7 is a view showing a mass flow control device according to still another preferred embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 제1 및 제2 캐패시터(720, 730)는 유체의 이동 방향에 대하여 다양하게 위치될 수 있다. Referring to FIG. 7, the first and
도 7의 (a)를 참조하면, 제1 캐패시터(720)의 제1 및 제2 플레이트(722, 724)는 유체가 이동하는 방향과 수직하도록 마주하게 구비될 수 있다. 또한 제2 캐패시터(730)의 제1 및 제2 플레이트(732, 734)는 유체가 이동하는 방향과 동일하도록 마주하게 구비될 수 있다. 제1 캐패시터(720) 및 제2 캐패시터(730)는 유체의 이동 방향과 동일한 방향으로 구비되거나, 서로 다른 방향으로 구비될 수 있다. Referring to FIG. 7A, the first and
유량 분배부(740)는 제1 캐패시터(720), 제2 캐패시터(730), 제1 및 제2 캐패시터(720, 730) 사이 중 적어도 하나 이상에 구비될 수 있다. The
도 7의 (b)를 참조하면, 제1 캐패시터(720)의 제1 및 제 2 플레이트(722, 724), 제2 캐패시터(730)의 제3 및 제 4 플레이트(732, 734)는 유체가 이동하는 방향과 동일하도록 마주하게 구비될 수 있다. 7B, the first and
유량 분배부(740)는 제1 캐패시터(720), 제2 캐패시터(730) 및 제1 및 제2 캐패시터(720, 730) 사이 중 적어도 하나 이상에 포함될 수 있다.The
도 7의 (c)를 참조하면, 제1 캐패시터(720)의 제1 및 제 2 플레이트(722, 724), 제2 캐패시터(730)의 제3 및 제 4 플레이트(732, 734)는 유체가 이동하는 방향과 수직하도록 마주하게 구비될 수 있다. Referring to Figure 7C, the first and
유량 분배부(740)는 제1 캐패시터(720), 제2 캐패시터(730) 및 제1 및 제2 캐패시터(720, 730) 사이 중 적어도 하나 이상에 포함될 수 있다.The
도 8은 발명의 바람직한 또 다른 실시 예들에 따른 질량 유량 제어장치를 나타내는 도면이고, 도 9는 도 8의 질량 유량 제어장치의 단면을 나타내는 도면이다. FIG. 8 is a view showing a mass flow control device according to still another preferred embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a view showing a cross section of the mass flow control device of FIG.
도 8 및 도 9를 참조하면, 제1 캐패시터(820)의 제1 및 제2 플레이트(822, 824)는 유체 이동관(810)에 구비될 수 있다. 다시 말해, 유체 이동관(810) 중 일부에 서로 마주하도록 홈(812)을 형성하고, 홈(812)에 제1 및 제2 플레이트(822, 824)가 설치될 수 있다. 제1 및 제2 플레이트(822, 824)에 의해 유체 이동관(810) 내부를 통과하는 유체의 정전용량값을 측정할 수 있다. Referring to FIGS. 8 and 9, the first and
또한 유체 이동관(810) 내부에는 제2 캐패시터(830)로 기능하는 제3 및 제4 플레이트(832, 834)가 구비될 수 있다. 제3 및 제4 플레이트(832, 834)는 유체의 이동 방향과 수직하도록 위치될 수 있다.In addition, third and
제1 내지 제4플레이트(822, 824, 832, 834) 의 설치방향은 상기에서 설명한 다양한 변형 실시 예를 적용할 수 있으며, 도면에 국한되지 않는다. 또한 도면에서는 도시하지 않았으나, 상기에서 설명한 바와 같이 유량 분배부가 구비될 수 있다.The mounting directions of the first to
도 10은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 질량 유량 제어장치를 이용하여 유체의 유량을 제어하는 방법을 나타내는 흐름도이다.10 is a flowchart illustrating a method of controlling a flow rate of a fluid using a mass flow controller according to a preferred embodiment of the present invention.
도 10을 참조하면, 유체 이동관 내부로 유체가 흐를 수 있도록 유체를 유체 이동관 내로 주입하여 이동시킬 수 있다(S110). S110 단계에서 이동된 유체는 유체 이동관에 포함된 제1 캐패시터를 통과할 수 있다. 측정회로는 제1 캐패시터를 통해 유체 이동관 내부를 흐르는 유체의 제1 정전용량값을 측정할 수 있다(S120). 제1 캐패시터를 통과한 유체는 다시 제2 캐패시터를 통과할 수 있다. 측정회로는 제2 캐패시터를 통해 유체 이동관 내부를 흐르는 유체의 제2 정전용량값을 측정할 수 있다(S130). 제어부의 유량 측정부는 측정회로로부터 측정된 제1 및 제2 정전용량값을 전달받는다(S140). 제1 및 제2 정전용량값은 서로 상관 관계를 갖으며, 유체의 유전율, 밀도, 속도와도 상관관계를 갖는다. 그러므로 유체의 정전용량값을 이용하여 유체 이동관 내부를 따라 이동하는 유체의 유량을 측정할 수 있다(S150). Referring to FIG. 10, a fluid may be injected into the fluid flow tube to move the fluid into the fluid flow tube (S110). The fluid moved in step S110 may pass through the first capacitor included in the fluid moving tube. The measurement circuit may measure a first capacitance value of the fluid flowing inside the fluid flow pipe through the first capacitor (S120). The fluid having passed through the first capacitor can again pass through the second capacitor. The measurement circuit may measure a second capacitance value of the fluid flowing inside the fluid flow pipe through the second capacitor (S130). The flow rate measuring unit of the control unit receives the measured first and second capacitance values from the measuring circuit (S140). The first and second capacitance values are correlated with each other and also correlated with the permittivity, density, and velocity of the fluid. Therefore, the flow rate of the fluid moving along the inside of the fluid moving tube can be measured using the capacitance value of the fluid (S150).
제어부는 유체의 유량을 측정한 후 유체 이동관 내부로 흐르는 유체의 양을 제어할지 여부를 판단한다(S160). 유체의 유량을 제어해야 한다고 판단되면, 제어부는 제어밸브의 개폐를 제어할 수 있다. 제어밸브의 개폐가 제어되어 유체의 유량이 제어될 수 있다(S170). After the flow rate of the fluid is measured, the controller determines whether to control the amount of fluid flowing into the fluid flow tube (S160). If it is determined that the flow rate of the fluid should be controlled, the control unit can control the opening and closing of the control valve. Opening and closing of the control valve is controlled so that the flow rate of the fluid can be controlled (S170).
예를 들어, 유체 이동관 내부를 이동하는 유체의 양이 기준 양보다 많다고 판단되면, 제어부는 제어밸브가 폐쇄될 수 있도록 모터를 제어할 수 있다. 제어밸브가 폐쇄됨에 따라 유체 이동관 내에서 이동되는 유체의 양이 줄어들 수 있다. 또는 유체 이동관 내부를 이동하는 유체의 양이 기준 양보다 적다고 판단되면, 제어부는 제어밸브가 개방될 수 있도록 모터를 제어할 수 있다. 제어부는 제어밸브가 완전하게 개폐되도록 제어하거나, 제어밸브의 개폐정도를 제어할 수 있다. 제어밸브의 개폐정도는 조절하고자 하는 유량에 따라 정해질 수 있다. For example, if it is determined that the amount of fluid moving inside the fluid flow pipe is larger than the reference amount, the control unit can control the motor so that the control valve can be closed. As the control valve is closed, the amount of fluid moving in the fluid flow conduit can be reduced. Or if it is determined that the amount of fluid moving inside the fluid flow pipe is less than the reference amount, the control unit can control the motor so that the control valve can be opened. The control unit may control the control valve to be completely opened or closed, or may control the opening and closing degree of the control valve. The opening and closing degree of the control valve can be determined according to the flow rate to be controlled.
제1 캐패시터와 제2 캐패시터는 동시에 구동되어 유체의 정전용량을 측정할 수도 있고, 제1 캐패시터와 제2 캐패시터가 순차적으로 구동되어 유체의 정전용량을 측정할 수도 있다. The first capacitor and the second capacitor may be simultaneously driven to measure the electrostatic capacitance of the fluid, and the first capacitor and the second capacitor may be sequentially driven to measure the electrostatic capacitance of the fluid.
이상의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.The foregoing detailed description should not be construed in any way as being restrictive and should be considered illustrative. The scope of the present invention should be determined by rational interpretation of the appended claims, and all changes within the scope of equivalents of the present invention are included in the scope of the present invention.
Claims (11)
상기 제1 캐패시터와 이격되며 상기 유체의 이동경로상에 위치하는 제2 캐패시터;
상기 제1 및 제2 캐패시터와 연결되고 상기 제1 및 제2 캐패시터를 통해 상기 유체의 제1 및 제2 정전용량을 측정하는 측정회로; 및
상기 측정회로로부터 측정된 정전용량 값에 기반하여 상기 유체의 이동경로상에서 이동되는 유체의 유량을 측정 및 제어하는 제어부를 포함하는 정전용량 측정을 이용한 질량 유량 제어장치.
A first capacitor located on a path of fluid movement;
A second capacitor spaced apart from the first capacitor and positioned on a path of the fluid;
A measurement circuit coupled to the first and second capacitors and measuring the first and second capacitances of the fluid through the first and second capacitors; And
And a controller for measuring and controlling a flow rate of the fluid moving on the movement path of the fluid based on the capacitance value measured from the measurement circuit.
상기 제1캐패시터 및 상기 제2 캐패시터 각각은,
이격되어 마주하도록 구비되는 제1 및 제2 플레이트 한 쌍 및 제3 및 제4 플레이트 한 쌍을 포함하는 정전용량 측정을 이용한 질량 유량 제어장치.
The method according to claim 1,
Wherein each of the first capacitor and the second capacitor includes:
A pair of first and second plates and a pair of third and fourth plates provided so as to face each other and spaced apart from each other.
상기 제1 캐패시터 또는 상기 제2 캐패시터 중 적어도 하나 이상은,
상기 유체의 이동경로를 포함하는 유체 이동관 내부에 위치되는 정전용량 측정을 이용한 질량 유량 제어장치.
3. The method of claim 2,
Wherein at least one of the first capacitor and the second capacitor comprises:
Wherein the mass flow controller is located inside the fluid flow pipe including the fluid flow path.
상기 제1 및 제2 플레이트 한 쌍 및 상기 제3 및 제4 플레이트 한 쌍은 중 적어도 하나 이상의 쌍은,
상기 유체가 이동하는 방향과 동일한 방향으로 위치되거나, 또는 상기 유체가 이동하는 방향과 상이한 방향으로 위치되는 정전용량 측정을 이용한 질량 유량 제어장치.
3. The method of claim 2,
Wherein at least one pair of the first and second plates and the pair of third and fourth plates is a plate,
Wherein the fluid is located in the same direction as the direction in which the fluid moves, or in a direction different from a direction in which the fluid moves.
상기 제1 및 제2 플레이트 한 쌍 및 상기 제3 및 제4 플레이트 한 쌍은 중 적어도 하나 이상의 쌍에 구비되는 플레이트 간의 간격은,
일정한 간격으로 이격되거나, 또는 일정하지 않은 간격으로 이격되는 정전용량 측정을 이용한 질량 유량 제어장치.
3. The method of claim 2,
Wherein a distance between the plates provided on at least one pair of the pair of first and second plates and the pair of third and fourth plates is a distance
A mass flow controller using capacitive measurement that is spaced apart at regular intervals or spaced at uneven intervals.
상기 측정회로는,
브릿지 회로를 포함하는 정전용량 측정을 이용한 질량 유량 제어장치.
The method according to claim 1,
Wherein the measuring circuit comprises:
A mass flow controller using capacitance measurement including a bridge circuit.
상기 제1 및 제2 플레이트, 및 상기 제3 및 제4 플레이트 사이 중 적어도 하나 이상에 구비되고, 상기 유체의 흐름을 분배하는 유량 분배부를 더 포함하는 정전용량 측정을 이용한 질량 유량 제어장치.
3. The method of claim 2,
Further comprising a flow distributing unit provided at least one of the first and second plates and between the third and fourth plates for distributing the flow of the fluid.
상기 유량 분배부는,
증류소자를 포함하는 정전용량 측정을 이용한 질량 유량 제어장치.
8. The method of claim 7,
Wherein the flow-
Mass flow controller using capacitance measurement including distillation column.
상기 제어부에 따라, 개폐가 제어되어 상기 유체 이동경로상에 이동하는 유체의 유량을 제어하는 제어밸브를 더 포함하는 정전용량 측정을 이용한 질량 유량 제어장치.
The method according to claim 1,
And a control valve controlling the flow rate of the fluid moving on the fluid movement path by controlling the opening and closing according to the control unit.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 질량 유량 제어장치의 제1캐패시터를 이용하여 상기 유체의 제1 정전용량값을 측정하는 단계;
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 질량 유량 제어장치의 제2 캐패시터를 이용하여 상기 유체의 제2 정전용량값을 측정하는 단계;
상기 제1 및 제2 캐패시터에서 측정된 제1 및 제2 정전용량값을 제어부로 전달하는 단계;
측정된 상기 제1 및 제2 정전용량값에 기반하여, 상기 제어부에서 상기 유체의 유량을 측정하는 단계; 및
상기 제어부에서 상기 유체의 유량을 제어하는 단계를 포함하는 정전용량 측정을 이용한 질량 유량 제어장치를 이용한 유량 제어방법.
Moving the fluid into the fluid flow tube;
Measuring a first capacitance value of the fluid using a first capacitor of a mass flow controller according to any one of claims 1 to 9;
Measuring a second capacitance value of the fluid using a second capacitor of the mass flow controller according to any one of claims 1 to 9;
Transferring first and second capacitance values measured by the first and second capacitors to a controller;
Measuring a flow rate of the fluid at the control unit based on the measured first and second capacitance values; And
And controlling the flow rate of the fluid in the control unit.
상기 제어부는,
상기 제1 및 제2 캐패시터를 이용하여 순차적으로 상기 제1 및 제2 정전용량값을 측정하거나, 상기 제1 및 제2 캐패시터를 이용하여 동시에 상기 제1 및 제2 정전용량값을 측정하는 정전용량 측정을 이용한 질량 유량 제어장치를 이용한 유량 제어방법.11. The method of claim 10,
Wherein,
The first and second capacitances are sequentially measured using the first and second capacitors or the capacitances for measuring the first and second capacitances simultaneously using the first and second capacitors, Flow control method using mass flow control device using measurement.
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