KR20200062285A - 질량 유량 제어기용 수동 댐핑 시스템 - Google Patents

질량 유량 제어기용 수동 댐핑 시스템 Download PDF

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Abstract

질량 유량 제어기(100)는 유입구(120), 유체가 통과하는 유로, 유로를 통한 유체의 질량 유량에 대응하는 신호를 제공하도록 구성된 질량 유량 센서(140), 질량 유량 제어기(100)의 유출구(130) 외부로의 상기 유체의 유량을 조절하도록 구성된 제어 밸브(170) 및 제어 밸브(170)에 결합되며 제어 밸브 조립체(150)에 의해 도입된, 유체 유량에 의해 유발된 진동을 소멸시키도록 구성된 수동 댐핑 시스템(180)을 포함한다. 수동 댐핑 시스템(180)은 밸브 베이스(230)의 수용 섹션(228A, 228B)과 진동판 지지대(222) 사이의 댐핑 패드(212, 312)를 포함한다. 수동 댐핑 시스템(180)은 또한, 댐핑 와셔(210, 310)를 포함할 수 있다. 수동 댐핑 시스템(180)은 댐핑 패드(212, 312)와 밸브 베이스(230) 사이의 하나 이상의 플런저 볼(208) 또는 하나 이상의 웨이브 스프링(300)을 포함할 수 있다.

Description

질량 유량 제어기용 수동 댐핑 시스템
관련 출원의 교차 참조
본 출원은 2017년 10월 4일자로 출원된, "질량 유량 제어기용 수동 댐핑 시스템(Passive Damping System for Mass Flow Controller)"을 명칭으로 하는 미국 특허 가출원 제 62/568,152 호를 우선권 주장하며, 해당 출원의 전체 내용은, 다용도로, 본 명세서에 참조로서 전부 인용된다.
본 개시는 일반적으로, 질량 유량 제어기의 작동 중에 발생하는 비선형 인공물(artifact)에 관한 것으로, 특히, 질량 유량 제어기의 작동 중에 발생하는 비선형 인공물을 효율적이고 효과적으로 감쇠시키기 위한 수동 댐핑 시스템에 관한 것이다.
현재 개시된 주제는 일반적으로, 질량 유량 제어기 시스템 및 작동에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 질량 유량 제어기에 의해 경험되는 진동의 수동 댐핑에 관한 것이다.
대다수의 산업 공정은 다양한 공정 유체를 정확히 제어하는 것을 필요로 한다. 예를 들어, 반도체 산업에서는, 공정 챔버로 유입되는 공정 유체의 양을 정확하게 측정하기 위해 질량 유량계(MFM)가 사용된다. 질량 유량을 측정하는 것 외에, 질량 유량 제어기(MFC)는 공정 챔버로 유입되는 공정 유체의 양을 정확하게 측정하고 제어하기 위해 사용된다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같은 용어 "유체"는 제어 유량이 중요할 수 있는 임의의 유형의 가스, 액체 또는 증기에 적용된다는 것을 이해하여야 한다.
단일 MFC에서, 유량은 분당 수 입방 센티미터에서 분당 수백 리터까지 다양할 수 있으며, 압력 조건은 대기압 이하에서부터 100 PSIA 이상까지의 범위일 수 있고, 가스의 범위는 헬륨에서부터 비교적 무거운 육불화황까지일 수 있다. 이와 같이 광범위한 대비 조건은 넓은 주파수 영역(예를 들어, 400Hz 내지 1,000Hz)에 걸쳐 진동을 유발하는 MFC의 밸브 공동에 유체 유동 역학을 발생시킬 수 있다. MFC는, 유체가 MFC의 제어 밸브를 통하여 유동함에 따라, 이러한 주파수 중 하나 이상에서 보편적인 공진 진동을 경험할 수 있다. 유체 유동 역학에 의해 시작된 이러한 진동은, 유동 여기 특성이 MFC 시스템의 고유 주파수에 도달하자마자 전체 MFC로 전달된다. MFC에 인가된 이러한 진동은 MFC의 제어 유량의 정확도를 제한할 수 있다.
본 개시는 질량 유량 제어기의 밸브의 작동 중에 도입된 비선형 인공물을 감쇠시키기 위해 제어기의 부품과 접속하도록 구성된 수동 댐핑 시스템을 기술한다.
일 양태에서, 본 개시는 질량 유량 제어기로서, 유체를 수용하도록 구성된 유입구, 상기 유체가 질량 유량 제어기를 통과하는 유로, 상기 유로를 통한 상기 유체의 질량 유량에 대응하는 신호를 제공하도록 구성된 질량 유량 센서, 질량 유량 제어기의 유출구 외부로의 상기 유체의 유량을 조절하도록 구성된 제어 밸브 및 상기 제어 밸브에 도입된, 유체 유량에 의해 유발된 진동을 소멸시키도록 구성된 수동 댐핑 시스템을 포함하는 질량 유량 제어기에 관한 것이다.
일부 실시예에 따라, 질량 유량 제어기는 수용 섹션을 구비한 밸브 베이스를 추가로 포함한다. 이들 실시예에서, 상기 수동 댐핑 시스템은 상기 밸브 베이스의 수용 섹션과 상기 제어 밸브의 진동판 지지대 사이의 댐핑 패드를 추가로 포함한다. 소정 실시예에서, 상기 수동 댐핑 시스템은 댐핑 와셔를 추가로 포함한다. 소정 실시예에서, 상기 수동 댐핑 시스템은 상기 댐핑 패드와 상기 밸브 베이스 사이의 하나 이상의 플런저 볼을 추가로 포함한다. 소정 실시예에서, 상기 플런저 볼은 스프링 장전식이다. 소정 실시예에서, 상기 플런저 볼은 스테인레스강 또는 다른 재료로 형성된다. 소정 실시예에서, 상기 수동 댐핑 시스템은 상기 댐핑 패드와 상기 밸브 베이스 사이의 웨이브 스프링을 추가로 포함한다.
다른 양태에서, 본 개시는 질량 유량 제어기로서, 유체를 수용하도록 구성된 유입구, 상기 유체가 질량 유량 제어기를 통과하는 유로, 상기 유로를 통한 상기 유체의 질량 유량에 대응하는 신호를 제공하도록 구성된 질량 유량 센서, 질량 유량 제어기의 유출구 외부로의 상기 유체의 유량을 조절하도록 구성된 제어 밸브 및 고정 몸체의 수용 섹션과 상기 제어 밸브 사이의 댐핑 패드를 포함하는 질량 유량 제어기에 관한 것이다. 실시예에 따라, 상기 댐핑 패드는 상기 고정 몸체의 수용 섹션과 상기 제어 밸브의 지지대 플레이트 사이에 있다. 추가적으로, 상기 댐핑 패드와 상기 고정 몸체 사이에 와셔가 마련된다. 소정 실시예에서, 상기 와셔와 상기 고정 몸체 사이에 스프링 장치가 마련된다. 소정 실시예에서, 상기 댐핑 패드는 상기 제어 밸브로부터 상기 고정 몸체 가까이로 연장된다.
또 다른 양태에서, 본 개시는 질량 유량 제어기로서, 유체를 수용하도록 구성된 유입구, 상기 유체가 질량 유량 제어기를 통과하는 유로, 상기 유로를 통한 상기 유체의 질량 유량에 대응하는 신호를 제공하도록 구성된 질량 유량 센서, 질량 유량 제어기의 유출구 외부로의 상기 유체의 유량을 조절하도록 구성된 제어 밸브 조립체 및 밸브 베이스의 수용 섹션과 제어 밸브 조립체 사이의 스프링 장치를 포함하는 질량 유량 제어기에 관한 것이다. 소정 실시예에서, 상기 스프링 장치는 상기 밸브 베이스의 수용 섹션과 진동판 지지대 사이에 있다. 소정 실시예에서, 상기 스프링 장치는 하나 이상의 플런저 볼을 포함한다. 소정 실시예에서, 상기 스프링 장치는 하나 이상의 웨이브 스프링을 포함한다. 소정 실시예에서, 상기 스프링 장치와 진동판 지지대 사이에 와셔가 마련된다. 소정 실시예에서, 상기 스프링 장치와 진동판 지지대 사이에 댐핑 패드가 마련된다.
추가의 실시예, 장점 및 신규 특징이 이하의 상세한 설명에 기재된다.
본 명세서에 참조로서 포함되어 있는 첨부 도면을 참조하여 본원에 개시되는 주제의 예시적인 실시예가 아래에 상세히 설명된다.
도 1은 개시된 일 실시예에 따른 수동 댐핑 시스템을 구비한 질량 유량 제어기를 나타내며;
도 2는 개시된 일 실시예에 따른 도 1의 수동 댐핑 시스템의 플런저 볼 실시 예를 나타내며;
도 3은 개시된 일 실시예에 따른 도 1의 수동 댐핑 시스템의 스프링 장전식 실시예를 나타내며;
도 4는 일 실시예에 따른 도 1의 수동 댐핑 시스템의 소프트 와셔 실시예를 나타낸다.
개시된 실시예는 질량 유량 제어기의 제어 밸브에서 유체 유동 역학에 의해 유발되는 진동을 감소시킴으로써 질량 유량 제어기의 정확도를 개선하기 위한 시스템을 포함한다. 개시된 실시예 및 그 장점은 도면의 도 1 내지 도 4를 참조하면 가장 잘 이해된다. 개시된 실시예는 임의의 특정 유형의 질량 유량 감지 기술로 제한되지 않을 수도 있다. 실시예는 온도 센서를 사용한 온도 기반 감지 방법, 유량 계산을 위한 유량 제한기 및 압력 센서를 사용한 압력 기반 감지 방법 및 코리올리(Coriolis) 유형 감지 방법을 포함할 수도 있다. 개시된 실시예의 다른 특징 및 장점은 도면 및 이하의 상세한 설명을 검토함으로써 당업자에게는 명백하거나 명백해질 것이다. 이러한 모든 추가의 특징 및 장점은 개시된 실시예의 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다. 또한, 도시된 도면은 단지 예시일 뿐이며, 상이한 실시예가 구현될 수 있는 환경, 아키텍처, 설계 또는 공정과 관련하여 어떠한 제한도 주장하거나 암시할 의도가 있는 것은 아니다.
도 1은 개시된 실시예에 따른 온도식(thermal) 질량 유량 제어기(MFC)(100)의 일 예를 나타내지만, 다른 유형의 질량 유량 감지 방법을 포함할 수도 있다. 질량 유량 제어기(100)는 MFC(100)의 구성 요소가 장착되는 기단인 블록(110)을 포함한다. 유체 유입구(120)와 유체 유출구(130) 사이의 블록(110)에 온도식 질량 유량계(140) 및 제어 밸브(170)를 포함하는 밸브 조립체(150)가 장착된다. 온도식 질량 유량계(140)는 전형적으로 대부분의 유체가 통과하여 유동하는 바이패스(142) 및 상대적으로 적은 부분의 유체가 통과하여 유동하는 온도식 유량 센서(146)를 포함한다. 다양한 공지의 유량에서, 질량 유량 센서에서 유동하는 유체와 바이패스(142)에서 유동하는 유체 사이의 적절한 관계를 결정하기 위해, 바이패스(142)가 공지의 유체로 조정(tunning)됨으로써, 온도식 유량 센서 출력 신호로부터 유량계를 통한 총 유량이 결정될 수 있다. 온도식 유량 센서(146) 및 바이패스(142)는 이후, 제어 밸브(170) 및 제어 전자 장치(160)와 결합된 다음 공지의 조건 하에서 다시 조정될 수 있다. 이후, 제어 전자 장치(160) 및 제어 밸브(170)의 응답은 설정점 또는 입력 압력의 변경에 대한 시스템의 전체 응답을 알 수 있도록 특징 지워지며, 이러한 응답은 원하는 응답을 제공하도록 시스템을 제어하는 데 사용될 수 있다.
온도식 유량 센서(146)는 장착 플레이트(108)에 장착된 센서 하우징(102)[온도식 유량 센서(146)를 보여주기 위해 일부가 제거된 상태로 도시됨]의 내부에 수용된다. 온도식 유량 센서(146)는 전형적으로 모세관으로 일컬어지는 직경이 작은 튜브이며, 센서 유입구 부분(146A), 센서 유출구 부분(146B) 및 두 개의 저항성 코일 또는 권선(147, 148)이 주위에 배치되는 센서 측정 부분(146C)을 구비한다. 작동 시, 센서 측정 부분(146C)과 열적으로 접촉하고 있는 두 개의 저항성 권선(147, 148)에 전류가 공급된다. 저항성 권선(147, 148)의 전류에 의해, 측정 부분(146C)에서 유동하는 유체가 바이패스(142)를 통해 유동하는 유체의 온도보다 높은 온도로 가열된다. 권선(147, 148)의 저항은 온도에 따라 변한다. 유체가 센서 도관을 통해 유동함에 따라, 상류 저항기(147)으로부터 하류 저항기(148)를 향해 열이 전달되며, 이 경우 온도차는 센서를 통한 질량 유량에 비례한다.
센서를 통한 유체 유량과 관련된 전기 신호가 두 개의 저항성 권선(147, 148)으로부터 유도된다. 전기 신호는 각각의 권선을 특정 온도로 유지하기 위해 각각의 저항성 권선에 공급된 에너지량의 차이 또는 각각의 저항성 권선의 저항차와 같은 다수의 상이한 방식을 이용하여 유도될 수 있다. 온도식 질량 유량계에서의 유체의 유량과 연관된 전기 신호가 결정될 수 있는 다양한 방식의 예는, 예를 들어, 본 명세서에 참조로서 인용된, 공동 소유의 미국 특허 제 6,845,659 호에 기재되어 있다. 신호 처리 이후 저항성 권선(147, 148)으로부터 유도된 전기 신호에는 센서 출력 신호가 포함된다.
센서 출력 신호는 질량 유량계의 질량 유량과 연관되므로 전기 신호가 측정되면 유체의 유량이 결정될 수 있다. 센서 출력 신호는 전형적으로, 우선 센서(146)의 유량과 연관된 다음 바이패스(142)의 질량 유량과 연관됨으로써 유량계를 통한 총 유량이 결정될 수 있으며 제어 밸브(170)가 이에 따라 제어될 수 있다. 센서 출력 신호와 유체 유량 사이의 상관 관계는 복잡하며, 유체의 종류, 유량, 유입구 및/또는 유출구의 압력, 온도 등을 포함한 다수의 작동 조건에 좌우된다.
미가공 센서 출력을 유체의 유량과 연관시키는 과정은 질량 유량 제어기의 조정 및/또는 교정을 수반한다. 예를 들어, 유체 유량을 정확하게 나타내는 응답을 제공하도록 공지의 양의 공지의 유체가 센서 부분을 통과하도록 하며 소정의 신호 처리 파라미터를 조절하는 방식으로 질량 유량 센서가 조정될 수 있다. 예를 들어, 센서 출력의 0 V 내지 5 V와 같은 지정된 전압 범위가 센서 범위의 0에서부터 상한까지의 유량 범위에 대응하도록 출력이 정규화(normalization)될 수 있다. 출력은 또한, 센서 출력 변화가 유량 변화에 선형적으로 대응하도록 선형화될 수 있다. 예를 들어, 출력이 선형화된 경우, 유체 출력이 두 배가 되면, 전기 출력도 두 배가 된다. 센서의 역학적 응답이 결정되며, 즉, 유량 또는 압력이 변하면 발생하는 압력 효과 또는 유량 변화로 인해 부정확한 효과가 판정되어 이러한 효과가 보상될 수 있다.
최종 사용자가 사용한 유체의 종류가 조정 및/또는 교정에 사용된 바와 상이하거나, 최종 사용자가 사용한 유입구 및 유출구의 압력, 온도, 유량 범위 등과 같은 작동 조건이 조정 및/또는 교정에 사용된 바와 상이하면, 질량 유량 제어기의 작동이 일반적으로 열화된다. 이러한 이유로, 유량계는 룩업 테이블에 저장된 만족스러운 응답을 제공하는 데 필요한 임의의 변경에 의해 추가적인 유체["대리 유체(surrogate fluid)"라고 함] 및/또는 작동 조건을 사용하여 조정 또는 교정될 수 있다. 왕(Wang) 등의 "유량 센서 신호 변환(Flow Sensor Signal Conversion)"에 대한 미국 특허 제 7,272,512 호(본 발명의 양수인이 소유하고 있으며 본 명세서에 참조로서 인용됨)는, 사용된 각각의 상이한 공정 유체용 장치를 교정하기 위해 대리 유체를 필요로 하는 것이 아니라, 응답을 조절하기 위해 상이한 가스의 특성을 사용하는 시스템을 기술하고 있다.
또한, 질량 유량 제어기(100)는 유로의 압력을 측정하기 위해, 이것으로만 제한되는 것은 아니지만, 전형적으로 바이패스(142) 상류의 어떤 지점에서 유로에 결합된 압력 변환기(112)를 포함할 수 있다. 압력 변환기(112)는 압력을 나타내는 압력 신호를 제공한다. 개시된 실시예에 따르면, 압력 변환기(112)는 유량 측정 동안 압력을 측정하는 데 사용된다.
제어 전자 장치(160)는 원하는 질량 유량을 나타내는 설정점 및 센서 도관에서 유동하는 유체의 실제 질량 유량을 나타내는 질량 유량 센서로부터의 전기적 유량 신호에 따라 제어 밸브(170)의 위치를 제어한다. 그리고, 비례 제어, 적분 제어, 비례 적분(PI) 제어, 파생 제어, 비례 파생(PD) 제어, 적분 파생(ID) 제어 및 비례 적분 파생(PID) 제어와 같은 기존의 피드백 제어 방법이 질량 유량 제어기의 유체 유량을 제어하는 데 사용된다. 제어 신호(예를 들어, 제어 밸브 구동 신호)는 유체의 원하는 질량 유량을 나타내는 설정점 신호와 질량 유량 센서에 의해 감지된 실제 질량 유량과 관련된 피드백 신호 사이의 차이인 에러 신호에 기초하여 발생된다. 제어 밸브는 메인 유체 유로(전형적으로 바이패스 및 질량 유량 센서의 하류)에 배치되며, 메인 유체 유로를 통하여 유동하는 유체의 질량 유량을 변경하도록 제어(예를 들어, 개방 또는 폐쇄)될 수 있다. 이러한 제어는 질량 유량 제어기(100)에 의해 제공된다.
도시된 예에서, 유량은 전기 전도체(158)에 의해 전압 신호로서 폐회로 시스템 제어부(160)에 공급된다. 신호는 증폭 및 처리된 다음, 유량을 수정하기 위해 전기 전도체(159)를 사용하여 제어 밸브 조립체(150)로 공급된다. 이를 위해, 제어부(160)는 질량 유량 센서(140)로부터의 신호를 미리 결정된 값과 비교하고 이에 따라 원하는 유량을 달성하기 위해 비례 밸브(170)를 조절한다.
제어 밸브(170)는 분당 표준 2 리터 이상의 유량으로 작동하도록 구성된 피에조(Piezo)식의 또는 다른 기술의 밸브일 수 있다. 질량 유량 제어기(100)의 제어 밸브(170)에서 유체 유동 역학에 의해 유발된 진동에 의해 야기되는 부정확성을 피하기 위해, 제어 밸브(170)에 수동 댐핑 시스템(180)이 구현될 수 있다. 수동 댐핑 시스템(180)의 실시예가 도 2 내지 도 4를 참조하여 아래에 상세히 논의된다. 이러한 수동 댐핑 시스템은 제어 밸브(170)의 작동으로 인한 유동에 의해 유발된 진동이 질량 유량 제어기(100)의 나머지 부분으로 전달되는 것을 감소시키거나 배제하기 위한 기구를 제공한다. 수동 댐핑 시스템(180)은 진동 에너지가 질량 유량 제어기(100)의 나머지 부분에 전달되기 전에 진동 에너지를 소멸시킨다. 수동 댐핑 시스템(180)의 다수의 구성이 고려된다. 예를 들어, 수동 댐핑 시스템(180)은, 질량 유량 제어기(100)를 통한 유체 유동에 의해 발생되는 진동을 소멸시키기 위해, 제어 밸브(170) 주위에 배치되는 하나 이상의 스프링 장전식 플런저 볼(plunger ball), 제어 밸브(170) 주위에 배치되는 스프링 및/또는 제어 밸브(170) 주위에 배치되는 높은 감쇠 능력을 갖춘 소프트 와셔(soft washer)를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같은 용어 "수동(passive)"은 시스템이 전기적 제어 없이 완전히 기계식인 것을 의미한다.
도 2는 개시된 실시예에 따른 수동 댐핑 시스템(180)의 플런저 볼 실시 예(180A)를 나타낸다. 플런저 볼 실시예(180A)는 하나 이상의 스프링 장전식 플런저(200)를 포함한다. 스프링 장전식 플런저(200)는 플런저 하우징(202)을 포함한다. 플런저 하우징(202)의 내부에는 스프링(204)이 플런저 볼(208)에 배치되어 소정 방향(220)으로 힘을 제공한다. 플런저 볼(208)은 와셔(210)에 접하며, 와셔는 또한, 댐핑 패드(212)에 접하여 배치된다. 제어 밸브 조립체(150)에서 진동이 발생하면, 플런저 볼(208) 상의 스프링(204)에 의해 제공되는 탄성력이 와셔(210)와 댐핑 패드(212)로 전달된다. 탄성력은 제어 밸브 조립체(150)에서 발생하는 진동 에너지가 댐핑 패드(212)의 변형에 의해 소멸되도록 댐핑 패드(212)의 위치를 유지하기에 충분하다. 제어 밸브(170)가 개방되면[예를 들어, 제어 밸브(170)가 일 방향(206)으로 이동하면], 스프링 장전식 플런저(200)에 의해 발생된 탄성력이 제어 밸브(170)의 액추에이터의 리프팅 행정에 미치는 영향을 최소화하면서 제어 밸브(170)의 액추에이터 리프팅 힘에 의해 상쇄된다.
일반적으로, 스프링 장전식 플런저(200)는 질량 유량 제어기(100)의 고정 장착 구성 요소와 임의의 진동원 사이에 설치될 수 있다. 예를 들어, 스프링 장전식 플런저(200)는 질량 유량 제어기(100)의 진동판 지지대(222)와 밸브 베이스(230) 사이에 배치될 수 있다. 진동판(226)은 진동판 지지대(222) 아래로 제어 밸브(170)의 위에 있다. 유체 유동에 의해 진동판(226) 및 제어 밸브(170)의 스템의 진동이 야기될 수 있어, 이후 진동판 지지대(222)의 진동이 야기될 수 있다. 이러한 특정 실시예에 있어서, 플런저 볼 실시예(180A)는 밸브 베이스(230)의 수용 섹션(228A)에 설치된다. 수용 섹션(228A)은 밸브 베이스(230)의 밀링 가공 섹션일 수 있다. 이러한 특정 실시예에 있어서, 댐핑 패드(212)는 진동판 지지대(222)와 접속되며, 스프링 장전식 플런저(200)는 밸브 베이스(230)에 고정된다. 어느 경우에나, 와셔(210)가 댐핑 패드(212)와 스프링 장전식 플런저(200) 사이에 배치될 수 있다. 진동 에너지가 진동판 지지대(222)로부터 수동 댐핑 시스템(180)으로 소멸되면, 제어 밸브(170)의 전체 진동이 상당히 감소되어 전체 질량 유량 제어기(100)의 공진 모드의 여기가 방지된다.
스프링 장전식 플런저(200) 및 와셔(210)는 스테인레스강 또는 다른 재료로 형성될 수 있다. 댐핑 패드(212)는 폴리우레탄 고무 또는 다른 유연한 재료로 형성될 수 있다. 플런저 볼 실시예(180A)는 하나 이상의 스프링 장전식 플런저(200)를 포함한다. 일 실시예에 있어서, 플런저 볼 실시예(180A)는 세 개 내지 여섯 개 이상의 스프링 장전식 플런저(200)를 포함한다.
도 3은 개시된 실시예에 따른 수동 댐핑 시스템(180)의 스프링 장전식 실시 예(180B)를 나타낸다. 스프링 장전식 실시예(180B)는 하나 이상의 스프링(300)을 포함한다. 스프링(300)은 웨이브 스프링(wave spring)일 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같은 웨이브 스프링은 스프링에 도약 효과를 제공하기 위해 스프링에 파형이 추가된 편평한 와이어로 형성된 스프링이다. 웨이브 스프링은 또한, 다른 와이어 형상(예를 들어, 원통형, 장방형 프리즘 등)으로 형성될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 스프링(300)은 댐핑 코팅을 갖는 코일 스프링일 수 있다. 댐핑 코팅은 제어 밸브(170)로부터의 진동 에너지를 소멸시키기 위한 완충부로서 기능할 수 있다. 스프링(300)은 와셔(310)에 방향(320)으로 힘을 제공한다. 와셔(310)는 댐핑 패드(312)에 접하여 배치된다. 제어 밸브(170)에서 진동이 발생하면, 스프링(300)에 의해 제공된 탄성력이 와셔(310)와 댐핑 패드(312)에 힘을 제공한다. 탄성력은 댐핑 패드(312)의 변형에 의해 진동 에너지가 소멸되도록 댐핑 패드(312)의 위치를 유지하기에 충분하다. 제어 밸브(170)가 개방되면[예를 들어, 제어 밸브(170)가 방향(306)으로 이동하면], 스프링(300)에 의해 발생된 탄성력이 제어 밸브(170)의 액추에이터의 리프팅 행정에 미치는 영향을 최소화하면서 제어 밸브(170)의 액추에이터 리프팅 힘에 의해 상쇄된다.
일반적으로, 스프링(300)은 질량 유량 제어기(100)의 고정 장착 구성 요소와 임의의 진동원 사이에 설치될 수 있다. 예를 들어, 스프링(300)은 질량 유량 제어기(100)의 밸브 베이스(230)와 진동판 지지대(222) 사이에 배치될 수 있다. 이러한 특정 실시예에 있어서, 스프링 장전식 실시예(180B)는 밸브 베이스(230)의 수용 섹션(228B)에 설치된다. 수용 섹션(228B)은 밸브 베이스(230)의 밀링 가공 섹션일 수 있다. 제어 밸브(170)가 [예를 들어, 소정 방향(306)으로 이동함으로써] 개방되면, 스프링(300)이 스프링(300)용 정지 프레임을 제공하는 밸브 베이스(230)에 접할 수 있다. 진동 에너지가 진동판 지지대(222)로부터 수동 댐핑 시스템(180B)으로 소멸되면, 제어 밸브(170)의 전체 진동이 상당히 감소되어 전체 질량 유량 제어기(100)의 공진 모드의 여기가 방지된다.
스프링(300) 및 와셔(310)는 스테인레스강 또는 다른 유사한 재료로 형성될 수 있다. 댐핑 패드(312)는 폴리우레탄 고무 또는 다른 유연한 재료로 형성될 수 있다. 스프링 장전식 실시예(180B)는 하나 이상의 스프링(300)을 포함한다. 도시 된 실시예에 있어서, 스프링 장전식 실시예(180B)는 제어 밸브(170)의 주위에 배치 된 단일 스프링(300)을 포함한다.
도 4는 일 실시예에 따른 수동 댐핑 시스템(180)의 소프트 와셔 실시예(180C)를 나타낸다. 소프트 와셔 실시예(180C)는 소프트 와셔(400)를 포함한다. 소프트 와셔(400)는 폴리우레탄 고무 또는 다른 유사한 유연한 재료로 형성될 수 있다. 소프트 와셔(400)는 제어 밸브(170)가 일 방향(406)으로 이동함으로써 개방되면 제어 밸브(170)에 소정 방향(420)으로 힘을 제공할 수 있다. 제어 밸브(170)에서 진동이 발생하면, 소프트 와셔(400)에 의해 제공되는 힘이 제어 밸브(170)의 진동판 지지대(222)에 지지력을 제공한다. 소프트 와셔(400)는, 소프트 와셔(400)의 변형에 의해, 밸브 조립체(150)에서 발생하는 진동 에너지를 소멸시킨다. 제어 밸브(170)가 개방되면[예를 들어, 제어 밸브(170)가 일 방향(406)으로 이동하면], 소프트 와셔(400)에 의해 방향(420)으로 발생된 힘이 제어 밸브(170)의 액추에이터의 리프팅 행정에 미치는 영향을 최소화하면서 제어 밸브(170)의 액추에이터 리프팅 힘에 의해 상쇄된다.
일반적으로, 소프트 와셔(400)는 질량 유량 제어기(100)의 고정 장착 구성 요소와 임의의 진동원 사이에 설치될 수 있다. 예를 들어, 소프트 와셔(400)는 질량 유량 제어기(100)의 진동판 지지대(222)와 밸브 베이스(230) 사이에 배치될 수 있다. 이러한 특정 실시예에 있어서, 소프트 와셔(400)는 밸브 베이스(230)의 수용 섹션(228C)에 설치된다. 제어 밸브(170)가 [예를 들어, 일 방향(406)으로 이동함으로써] 개방되면, 소프트 와셔(400)가 소프트 와셔(400)용 정지 프레임을 제공하는 밸브 베이스(230)에 접할 수 있다. 진동 에너지가 진동판 지지대(222)로부터 수동 댐핑 시스템(180)으로 소멸되면, 제어 밸브(170)의 전체 진동이 상당히 감소되어 전체 질량 유량 제어기(100)의 공진 모드의 여기가 방지된다.
소프트 와셔(400)는 폴리우레탄 고무 또는 다른 유연한 재료로 형성될 수 있다. 소프트 와셔 실시예(180C)는 하나 이상의 소프트 와셔(400)를 포함한다. 도시된 실시예에 있어서, 소프트 와셔 실시예(180B)는 제어 밸브(170)의 주위에 배치된 단일 소프트 와셔(400)를 포함한다. 댐핑 와셔의 경도계는 주변 환경으로부터의 진동을 감소시키는 재료의 효율성을 기반으로 하며, 이것은 특정 질량 유량 제어기 용례에 해당될 수 있다. 수용 섹션(228C)은 특정 용례 요건에 따른 다양한 폭 및 깊이를 가질 수 있다. 본 명세서에 기술된 댐핑 시스템의 실시예(180A 내지 180C)는 질량 유량 제어기 내부의 임의의 고정된 또는 강성의 몸체와 발진원 또는 진동원 사이에 배치될 수 있음을 이해하여야 한다.
특정 실시예가 앞서 상세히 설명되었지만, 이러한 설명은 단지 예시를 위한 것이다. 따라서, 전술한 다수의 양태가 달리 명시되지 않는 한, 필요한 또는 필수의 요소로서 의도되는 것은 아님을 이해하여야 한다. 전술한 내용 이외에도, 예시적인 실시예의 개시된 양태의 변형 및 등가의 구성 요소 또는 작용이 본 개시의 이점을 가지면서 아래의 청구범위에 정의된 실시예의 사상 및 범위를 벗어나지 않고도 당업자에 의해 이루어질 수 있다. 청구범위의 사상은 그러한 수정 및 등가의 구조를 포함하도록 가장 넓게 해석되어야 한다.

Claims (21)

  1. 질량 유량 제어기로서,
    유체를 수용하도록 구성된 유입구;
    상기 유체가 질량 유량 제어기를 통과하는 유로;
    상기 유로를 통한 상기 유체의 질량 유량에 대응하는 신호를 제공하도록 구성된 질량 유량 센서;
    질량 유량 제어기의 유출구 외부로의 상기 유체의 유량을 조절하도록 구성된 제어 밸브;
    상기 제어 밸브에 의해 도입된, 유체 유량에 의해 유발된 진동을 소멸시키도록 구성된 수동 댐핑 시스템
    을 포함하는, 질량 유량 제어기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    수용 섹션을 구비한 밸브 베이스
    를 추가로 포함하는, 질량 유량 제어기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 수동 댐핑 시스템은 상기 밸브 베이스의 수용 섹션과 상기 제어 밸브의 진동판 지지대(diaphragm backer) 사이의 댐핑 패드를 추가로 포함하는 것인, 질량 유량 제어기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 수동 댐핑 시스템은 댐핑 와셔를 추가로 포함하는 것인, 질량 유량 제어기.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 수동 댐핑 시스템은 상기 댐핑 패드와 상기 밸브 베이스 사이의 하나 이상의 플런저 볼(plunger ball)을 추가로 포함하는 것인, 질량 유량 제어기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 플런저 볼은 상기 밸브 베이스에 결합되는 것인, 질량 유량 제어기.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 플런저 볼은 스프링 장전식인 것인, 질량 유량 제어기.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 플런저 볼은 스테인레스강 또는 다른 금속 또는 합금으로 형성되는 것인, 질량 유량 제어기.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 수동 댐핑 시스템은 상기 댐핑 패드와 상기 밸브 베이스 사이의 웨이브 스프링(wave spring)을 추가로 포함하는 것인, 질량 유량 제어기.
  10. 질량 유량 제어기로서,
    유체를 수용하도록 구성된 유입구;
    상기 유체가 질량 유량 제어기를 통과하는 유로;
    상기 유로를 통한 상기 유체의 질량 유량에 대응하는 신호를 제공하도록 구성된 질량 유량 센서;
    질량 유량 제어기의 유출구 외부로의 상기 유체의 유량을 조절하도록 구성된 제어 밸브;
    고정 몸체의 수용 섹션과 상기 제어 밸브 사이의 댐핑 패드
    를 포함하는, 질량 유량 제어기.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 댐핑 패드는 상기 고정 몸체의 수용 섹션과 상기 제어 밸브의 지지대 플레이트(backer plate) 사이에 있는 것인, 질량 유량 제어기.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 댐핑 패드와 상기 고정 몸체 사이의 와셔
    를 추가로 포함하는, 질량 유량 제어기.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 와셔와 상기 고정 몸체의 사이의 스프링 장치
    를 추가로 포함하는, 질량 유량 제어기.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 댐핑 패드는 상기 제어 밸브로부터 상기 고정 몸체 가까이로 연장되는 것인, 질량 유량 제어기.
  15. 질량 유량 제어기로서,
    유체를 수용하도록 구성된 유입구;
    상기 유체가 질량 유량 제어기를 통과하는 유로;
    상기 유로를 통한 상기 유체의 질량 유량에 대응하는 신호를 제공하도록 구성된 질량 유량 센서;
    질량 유량 제어기의 유출구 외부로의 상기 유체의 유량을 조절하도록 구성된 제어 밸브;
    밸브 베이스의 수용 섹션과 상기 제어 밸브 사이의 스프링 장치
    를 포함하는, 질량 유량 제어기.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 스프링 장치는 상기 밸브 베이스의 수용 섹션과 진동판 지지대 사이에 있는 것인, 질량 유량 제어기.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 스프링 장치는 하나 이상의 플런저 볼을 포함하는 것인, 질량 유량 제어기.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 스프링 장치는 하나 이상의 웨이브 스프링을 포함하는 것인, 질량 유량 제어기.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 스프링 장치와 진동판 지지대 사이의 와셔
    를 추가로 포함하는, 질량 유량 제어기.
  20. 제 15 항에 있어서,
    상기 스프링 장치와 진동판 지지대 사이의 댐핑 패드
    를 추가로 포함하는, 질량 유량 제어기.
  21. 제 1 항에 있어서,
    질량 유량 센서 기술은 온도 센서를 사용한 온도 기반 질량 유량 제어기, 압력 센서 및 유량 계산을 위한 유량 제한기를 사용한 압력 기반 질량 유량 제어기 및 유량 감지를 위한 코리올리 튜브를 사용한 코리올리 기반 질량 유량 제어기로 구성되는 것인, 질량 유량 제어기.
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