KR20230043616A - 비연속식 유량 측정을 위한 열식 질량 유량계 - Google Patents

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KR20230043616A
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fluid pipe
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이석환
강웅
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한국표준과학연구원
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Abstract

본 발명은 가열부의 양측에 위치하는 어느 한 쌍의 온도측정부로부터 측정된 유체의 온도 차이를 통해 측정된 제1 유량 및 가열부의 타측에 위치하는 다른 한 쌍의 온도측정부로부터 측정된 흡수신호의 위상 차이를 통해 측정된 제2 유량을 기반으로 최종유량을 산출함으로써 비접촉식으로 정확한 유체의 유량을 실시간으로 모니터링할 수 있는 비연속식 유량 측정을 위한 열식 질량 유량계를 제공한다.

Description

비연속식 유량 측정을 위한 열식 질량 유량계 {A Thermal mass flow meter for discontinuous flow measurement}
본 발명은 비연속식 유량 측정을 위한 열식 질량 유량계에 관한 것으로, 보다 상세하게는 적외선 흡수 기법을 사용하여 비접촉식으로 유량을 측정 및 제어하는 비연속식 유량 측정을 위한 열식 질량 유량계에 관한 것이다.
유체의 유량을 측정 및 실시간으로 모니터링하고 이에 따라 유체의 유량을 제어하는 기술은 의료분야, 반도체분야, 3D 프린팅 분야, 금형분야, 바이오분야 등과 같이 산업 전반에 걸쳐서 널리 이용되고 있다.
특히, 초소형 정밀 기계(MEMS)와 같이 제품의 초소형화가 진행 중인 현재에는 제품의 소형화가 대세로 자리잡고 있으며, 이에 따라 초소형화된 제품에 적용되는 미소 유량의 제어 기술도 함께 요구되고 있다.
이중 의료분야를 살펴보면, 병원에서 근무하는 의료진은 환자에게 약물을 주입 시, 여러 가지 약물을 동시에 전달하기 위해서 약물전달 튜브를 분지하여서 한번에 여러 가지의 약물을 동시에 주입하는 경우가 빈번하다.
또한, 환자의 상태에 따라 인체 내부 압력이 다르고 수술실이나 입원실의 온도 및 압력 조건이 다르기 때문에 다양한 조건들을 고려하여 약물의 유량을 제어해야 한다.
한편, 반도체 분야를 살펴보면, 반도체 공정에서 사용되는 디스펜서는 휴대폰 등의 방수, 접착 등에 사용되는 수지 용액을 정밀하게 도포한다.
디스펜서는 순간적으로 100 ng 정도의 수지용액을 3 ms 동안 토출할 수 있는 장비로서 미소한 양의 수지를 정밀하게 도포할 수 있게 해주고, 이러한 디스펜서의 토출량은 공정이 시작되기 전 저울을 이용하게 토출량을 확인하여 수지가 정밀하게 토출되는지 확인한다.
그러나, 반도체 공정 중에 수지가 경화되거나 유량이 달라지게 되면 이를 확인할 수 없는 문제점이 있었다.
등록특허공보 제10-1046133호(2021.06.27.) 공개특허공보 제10-2018-0054679호(2018.05.24.)
상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은 가열부의 양측에 위치하는 어느 한 쌍의 온도측정부로부터 측정된 유체의 온도 차이를 통해 측정된 제1 유량 및 가열부의 타측에 위치하는 다른 한 쌍의 온도측정부로부터 측정된 흡수신호의 위상 차이를 통해 측정된 제2 유량을 기반으로 최종유량을 산출하는 비연속식 유량 측정을 위한 열식 질량 유량계를 제공한다.
또한, 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은 제어부가 산출된 최종유량을 기반으로 유체토출장치의 동작을 제어하여 방울(DOT) 형태로 떨어지는 유체의 유량을 제어하는 비연속식 유량 측정을 위한 열식 질량 유량계를 제공한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 유체관의 적어도 일부를 둘러싸는 하우징부; 상기 유체관을 향하도록 상기 하우징부의 내부에 위치하고 상기 유체관으로 빛을 조사하여 상기 유체관을 가열시키는 가열부; 상기 유체관에 인접하면서 상기 하우징부의 내부에 서로 다른 위치에 배치되어 상기 유체의 유속에 따른 온도를 측정하는 다수의 온도측정부; 상기 가열부와 전기적으로 연결되고 상기 적외선 레이저의 파워를 변조시키는 가열변조부; 상기 다수의 온도측정부 중 어느 한 쌍의 온도측정부로부터 측정된 온도정보 및 상기 다수의 온도측정부 중 다른 한 쌍의 온도측정부로부터 측정된 흡수정보를 기반으로 제1 유량 및 제2 유량을 각각 측정하는 유량측정부; 상기 유량측정부로부터 측정된 상기 제1 유량 및 상기 제2 유량을 기반으로 최종유량을 산출하는 최종유량산출부; 및 상기 가열부, 상기 다수의 온도측정부 및 상기 가열변조부의 동작을 제어하는 제어부;를 포함하는 미소유량 센서; 외주면의 적어도 일부가 상기 하우징부의 내부에 밀착되고 상기 유체가 유동하는 상기 유체관; 및 상기 유체관의 출구와 연통하여 상기 유체관을 통과하는 상기 유체를 외부로 토출시키는 유체토출장치;를 포함하고, 상기 제어부는 상기 최종유량을 기설정된 유량과 비교한 결과를 기반으로 상기 유체토출장치를 제어함으로써 상기 유체의 DOT 유량을 조절하는 것을 특징으로 하는 비연속식 유량 측정을 위한 열식 질량 유량계를 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 온도정보는 제1 온도 및 제2 온도를 포함하고, 상기 어느 한 쌍의 온도측정부는, 상기 유체관의 입구와 인접하도록 상기 하우징부의 내부에 위치하고 상기 가열부의 일측에 위치하여 상기 유체관 중 제1 영역에 흐르는 유체의 유속에 따른 상기 제1 온도를 측정하는 제1 온도측정부; 및 상기 제1 온도측정부와 소정거리 이격되면서 상기 가열부의 타측에 위치하여 상기 유체관 중 상기 제1 영역의 타측에 위치한 제2 영역에 흐르는 유체의 유속에 따른 상기 제2 온도를 측정하는 제2 온도측정부;이고, 상기 유량측정부는 상기 제1 온도와 상기 제2 온도의 차이를 통해 상기 제1 유량을 측정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1 온도측정부는, 상기 유체관의 상부에 위치하여 하방으로 제1 적외선 광을 조사하는 제1 적외선 발광부; 및 상기 제1 적외선 발광부와 대향하도록 상기 유체관의 하부에 위치하여 상기 제1 적외선 발광부로부터 조사되어 상기 제1 영역에 흐르는 유체를 통과한 제1 적외선 광을 센싱하는 제1 적외선 수광부;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제2 온도측정부는, 상기 제1 적외선 발광부와 소정거리 이격되면서 상기 유체관의 상부에 위치하여 하방으로 제2 적외선 광을 조사하는 제2 적외선 발광부; 및 상기 제2 적외선 발광부와 대향하도록 상기 유체관의 하부에 위치하여 상기 제2 적외선 발광부로부터 조사되어 상기 제2 영역에 흐르는 유체를 통과한 제2 적외선 광을 센싱하는 제2 적외선 수광부;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 가열변조부는 상기 제어부의 제어에 의해 상기 가열부의 파워를 사인파로 변조시키고, 상기 가열부는 상기 사인파로 변조된 빛을 상기 제1 영역과 상기 제2 영역 사이에 위치하는 빛 조사영역으로 조사하여 시간에 따라 상기 유체에 공급되는 가열량이 서로 다르도록 하며, 상기 흡수정보는 제1 흡수신호 및 제2 흡수신호를 포함하고, 상기 다른 한 쌍의 온도측정부는, 상기 제2 영역에 흐르는 유체에 대한 제1 흡수신호를 측정하는 상기 제2 온도측정부; 및 상기 제2 온도측정부와 소정거리 이격되면서 상기 제2 온도측정부의 타측에 위치하여 상기 제2 영역의 타측에 위치한 제3 영역에 흐르는 유체에 대한 제2 흡수신호를 측정하는 제3 온도측정부;이고, 상기 유량측정부는 상기 유체의 흐름의 차이로 인해 발생되는 상기 제1 흡수신호와 상기 제2 흡수신호의 위상 차이를 통해 상기 제2 유량을 측정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제3 온도측정부는, 상기 제2 적외선 발광부와 소정거리 이격되면서 상기 유체관의 상부에 위치하여 하방으로 제3 적외선 광을 조사하는 제3 적외선 발광부; 및 상기 제3 적외선 발광부와 대향하도록 상기 유체관의 하부에 위치하여 상기 제3 적외선 발광부로부터 조사되어 상기 제3 영역에 흐르는 유체를 통과한 제3 적외선 광을 센싱하는 제3 적외선 수광부;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 가열부는, 상기 유체관을 향하면서 상기 어느 한 쌍의 온도측정부 사이에 위치하여 상기 유체관으로 빛을 조사하는 가열부재; 및 상기 유체관과 상기 가열부재 사이에 위치하여 상기 가열부재로부터 조사되는 빛을 상기 유체관에 집광시키는 렌즈;를 포함하고, 상기 가열부재는 레이저 다이오드(laser diode)인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 가열부는 상기 유체관을 둘러싸는 반링 형상인 한 쌍의 마이크로 히터(micro heater)인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 하우징부는, 제1 하우징; 상기 제1 하우징의 내부로 함입되어 상기 유체관의 적어도 일부가 삽입되는 제1 홈부; 상기 제1 하우징과 결합되는 제2 하우징; 상기 제2 하우징으로부터 상기 제1 홈부를 향하여 돌출되는 돌출부재; 상기 유체관의 외주면과 상응하도록 상기 돌출부재에 형성되고 상기 유체관의 외주면과 밀착되면서 상기 제1 홈부에 삽입되는 제2 홈부; 및 상기 제1 하우징을 향하도록 제2 하우징에 형성되어 상기 제1 하우징과 탈착 가능한 다수의 자석;을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 최종유량산출부는 상기 제1 유량과 상기 제2 유량의 평균값을 연산하여 상기 최종유량을 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 유체관의 입구와 연통하여 상기 유체를 상기 유체관으로 공급하는 유체공급장치; 및 상기 온도정보와 상기 제1 유량을 기반으로 상기 제1 유량에 따른 제1 적외선 흡수 스펙트럼을 도출하고, 상기 흡수정보와 상기 제2 유량을 기반으로 상기 온도에 따른 제2 적외선 흡수 스펙트럼을 도출하는 분광기;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 유체토출장치는, 상기 유체관의 출구와 연통하여 상기 유체관의 출구로 토출되는 유체를 수용하는 디스펜서; 및 상기 디스펜서의 하부와 연통하여 상기 디스펜서에 수용된 유체를 외부로 토출시키는 노즐;을 포함하고, 상기 노즐은 상부에서 하부로 갈수록 폭이 좁아짐에 따라 상기 유체를 방울 형태로 토출시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기와 같은 구성에 따르는 본 발명의 효과는, 가열부의 양측에 위치하는 어느 한 쌍의 온도측정부로부터 측정된 유체의 온도 차이를 통해 측정된 제1 유량 및 가열부의 타측에 위치하는 다른 한 쌍의 온도측정부로부터 측정된 흡수신호의 위상 차이를 통해 측정된 제2 유량을 기반으로 최종유량을 산출함으로써 비접촉식으로 정확한 유체의 유량을 실시간으로 모니터링할 수 있다.
또한, 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은 제어부가 산출된 최종유량을 기반으로 유체토출장치의 동작을 제어하여 방울(DOT) 형태로 떨어지는 유체의 유량을 정밀하게 제어할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 미소유량 센서를 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 미소유량 센서를 나타낸 일 방향에서의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 미소유량 센서를 나타낸 일 방향에서의 분해사시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 미소유량 센서에서 유체의 흐름 차이로 인한 흡수신호의 위상 차이를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 미소유량 센서에서 유체의 흐름 차이로 인한 흡수신호의 위상 차이를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 비연속식 유량 측정을 위한 열식 질량 유량계를 나타낸 블록도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 비연속식 유량 측정을 위한 열식 질량 유량계에서 유량의 유무에 따른 유체의 온도 분포를 나타낸 개념도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 비연속식 유량 측정을 위한 열식 질량 유량계를 나타낸 개념도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 비연속식 유량 측정을 위한 열식 질량 유량계에서 유량에 따른 제1 적외선 흡수 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 비연속식 유량 측정을 위한 열식 질량 유량계에서 유량에 따른 제1 적외선 흡수 스펙트럼의 평균 신호 세기를 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 비연속식 유량 측정을 위한 열식 질량 유량계에서 적외선 흡수 신호로부터 획득된 레이저 가열이 있을 경우, 유체관의 길이에 따른 온도를 나타낸 그래프이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 비연속식 유량 측정을 위한 열식 질량 유량계에서 시간에 따른 디스펜서의 DOT 유량을 나타낸 그래프이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 비연속식 유량 측정을 위한 열식 질량 유량계에서 DOT 유량에서의 적외선 흡수 기법으로 측정된 유체관의 상류 및 하류에서의 온도를 나타낸 그래프이다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 비연속식 유량 측정을 위한 열식 질량 유량계에서 DOT 유량에서의 적외선 흡수 기법으로 측정된 유체관의 상류 및 하류에서의 온도 차이를 나타낸 그래프이다.
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 비연속식 유량 측정을 위한 열식 질량 유량계에서 온도에 따른 제2 적외선 흡수 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 비연속식 유량 측정을 위한 열식 질량 유량계에서 다이오드 레이저를 활용하여 측정된 온도를 나타낸 그래프이다.
도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 비연속식 유량 측정을 위한 열식 질량 유량계를 나타낸 개념도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 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.
본 발명에서 사용되는 'DOT 유량'이라는 용어는 명세서 전반에 걸쳐서 유체토출장치에서 유체가 방울(DOT) 형태로 토출되는 유량을 의미한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
1. 미소유량 센서(100)
이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 미소유량 센서를 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 미소유량 센서를 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 미소유량 센서(100)는 적외선 흡수 기법을 사용하여 비접촉식으로 유량을 측정하기 위한 것으로서, 하우징부(110), 가열부(120), 온도측정부(130), 가열변조부(140), 유량측정부(150), 최종유량산출부(160) 및 제어부(170)를 포함한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 미소유량 센서를 나타낸 일 방향에서의 사시도이다. 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 미소유량 센서를 나타낸 일 방향에서의 분해사시도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 하우징부(110)는 유체가 유동하는 유체관의 적어도 일부를 둘러싸도록 형성된다.
여기서, 유체는 물, 수지(resin) 등 액체, 기체, 플라즈마를 포함하고, 이에 따른 본 발명은 모든 유체의 종류에 대한 유량을 측정할 수 있다.
즉, 유체의 종류에 따라 달라지는 유체의 점성에 상관 없이 유량을 측정할 수 있다.
이를 위한 하우징부(110)는 제1 하우징(111), 제1 홈부(112), 제2 하우징(113), 돌출부재(114), 제2 홈부(115) 및 자석(116)을 포함한다.
도 3을 참조하면, 제1 하우징(111)은 직육면체 형상에 내부로 함입된 제1 홈이 형성된다. 구체적으로 제1 하우징(111)은 유체관(200)이 삽입되도록 일측으로부터 타측을 향하여 제1 홈이 함입 형성된다.
제1 하우징(111)의 내측면은 유체관(200)의 적어도 일부가 밀착되는 곡면 및 곡면으로부터 연장되는 평면(상부 및 하부)을 포함한다.
이에 따른 제1 하우징(111)의 전면 및 후면은 'U'자 형상을 가질 수 있다.
또한, 제1 하우징(111)은 금속 재질로 형성됨에 따라 제2 하우징(113)에 형성되는 다수의 자석(116)과 탈착 가능하다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 제1 홈부(112)는 제1 하우징(111)의 내부로 함입되어 유체관(200)의 적어도 일부가 삽입된다.
제1 홈부(112)는 직육면체에 원기둥을 반으로 나눈 반기둥이 결합된 형상을 가짐에 따라 유체관(200)을 수용한다.
제2 하우징(113)은 제1 하우징(111)과 결합된다.
구체적으로 제2 하우징(113)은 평판 형상을 가지고 제1 하우징(111)의 일면과 결합된다.
돌출부재(114)는 제2 하우징(113)으로부터 제1 홈부(112)를 향하여 돌출 형성된다.
구체적으로 돌출부재(114)는 제2 하우징(113)의 양측면 중 제1 하우징(111)의 일면을 향하는 제2 하우징(113)의 타측면으로부터 제1 홈부(112)를 향하여 돌출형성됨에 따라 제1 홈부(112)의 내부로 삽입된다.
또한, 돌출부재(114)의 끝단부는 유체관(200)의 외주면과 대응하도록 곡면으로 형성된다.
제2 홈부(115)는 유체관(200)의 외주면과 상응하도록 돌출부재(114)에 형성되고 유체관(200)의 외주면과 밀착되면서 제1 홈부(112)에 삽입된다.
자석(116)은 제1 하우징(111)을 향하도록 제2 하우징(113)에 형성되어 제1 하우징(111)과 탈착 가능하다.
도 3을 참조하면, 자석(116)은 다수로 구성되고, 제2 하우징(113)의 코너에 각각 형성된다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 미소유량 센서에서 유체의 흐름 차이로 인한 흡수신호의 위상 차이를 나타낸 도면이다. 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 미소유량 센서에서 유체의 흐름 차이로 인한 흡수신호의 위상 차이를 나타낸 도면이다.
가열부(120)는 유체관(200)을 향하도록 하우징부(110)의 내부에 위치하고 유체관(200)으로 빛을 조사하여 유체관(200)을 가열시킨다.
가열부(120)는 가열변조부(140)에 의해 사인파로 변조된 빛을 제1 영역과 제2 영역 사이에 위치하는 빛 조사영역으로 조사하여 시간에 따라 유체에 공급되는 가열량이 서로 다르도록 한다.
이를 위한 가열부(120)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 가열부재(121) 및 렌즈(122)를 포함한다.
가열부재(121)는 유체관(200)을 향하면서 어느 한 쌍의 온도측정부(131, 132) 사이에 위치하여 유체관(200)으로 빛을 조사한다.
이때, 가열부재(121)는 레이저 다이오드(laser diode)로 구성됨에 따라 유체관(200)으로 적외선 레이저를 조사함으로써 유체관(200)의 내부에 흐르는 유체를 가열한다.
렌즈(122)는 유체관(200)과 가열부재(121) 사이에 위치하여 가열부재(121)로부터 조사되는 빛을 유체관(200)에 집광시킨다.
한편, 도 5를 참조하면, 다른 실시예로서, 가열부(120)는 유체관(200)을 둘러싸는 반링 형상인 한 쌍의 마이크로 히터(micro heater)일 수 있다.
마이크로 히터는 적외선 레이저를 발생시키는 레이저 다이오드보다 정밀도가 떨어지지만 상대적으로 적은 비용으로도 국소부위의 온도를 증가시킬 수 있는 장점이 있다.
도 4를 참조하면, 온도측정부(130)는 유체관(200)에 인접하면서 하우징부(110)의 내부에 서로 다른 위치에 배치되어 유체의 유속에 따른 온도를 측정하도록 다수로 구성된다.
다수의 온도측정부(131, 132, 133) 중 어느 한 쌍의 온도측정부(131, 132)는 제1 영역 및 제2 영역을 통과하는 유체의 온도를 측정하고, 다수의 온도측정부(131, 132, 133) 중 다른 한 쌍의 온도측정부(132, 133)는 제2 영역 및 제3 영역을 통과하는 유체로 조사된 적외선 광에 대한 흡수정보를 측정한다.
여기서, 다수의 온도측정부(131, 132, 133)는 외부 물질로부터 방사된 적외선이 센서 내의 자발 분극을 갖는 물질의 분극을 변화시켜 외부 자유 전하를 발생시킴으로써 외부 물질을 감지하는 적외선을 이용한 센서로서, 제1 온도측정부(131), 제2 온도측정부(132) 및 제3 온도측정부(133)이다.
본 발명에서 온도측정부(130)는 3개로 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 온도측정부가 3개보다 더 많이 적용될수록 측정된 유량의 정확도가 향상된다.
어느 한 쌍의 온도측정부(131, 132)는 제1 온도측정부(131) 및 제2 온도측정부(132)이다.
도 4를 참조하면, 제1 온도측정부(131)는 유체관(200)의 입구와 인접하도록 하우징부(110)의 내부에 위치하고 가열부(120)의 일측에 위치하여 유체관(200) 중 제1 영역에 흐르는 유체의 유속에 따른 제1 온도를 측정한다.
이를 위한 제1 온도측정부(131)는 도 4에 도시된 바와 같이 제1 적외선 발광부(131a) 및 제1 적외선 수광부(131b)를 포함한다.
제1 적외선 발광부(131a)는 유체관(200)의 상부에 위치하여 하방으로 제1 적외선 광을 조사한다.
이를 위한 제1 적외선 발광부(131a)는 레이저 다이오드일 수 있다.
제1 적외선 수광부(131b)는 제1 적외선 발광부(131a)와 대향하도록 유체관(200)의 하부에 위치하여 제1 적외선 발광부(131a)로부터 조사되어 제1 영역에 흐르는 유체를 통과한 제1 적외선 광을 센싱한다.
여기서, 제1 영역은 제1 적외선 발광부(131a)와 제1 적외선 수광부(131b) 사이에 위치하는 유체관(200)의 일부 영역을 의미한다.
이를 위한 제1 적외선 수광부(131b)는 포토디텍터(photodetector)일 수 있다.
상기한 제1 적외선 수광부(131b)는 제1 영역을 통과하는 유체의 온도를 측정한 제1 온도를 유량측정부(150)로 전송한다.
도 4를 참조하면, 제2 온도측정부(132)는 제1 온도측정부(131)와 소정거리 이격되면서 가열부(120)의 타측에 위치하여 유체관(200) 중 제1 영역의 타측에 위치한 제2 영역에 흐르는 유체의 유속에 따른 제2 온도를 측정한다.
여기서, 제2 영역은 제2 적외선 발광부(132a)와 제2 적외선 수광부(132b) 사이에 위치하는 유체관(200)의 일부 영역을 의미한다.
또한, 제2 온도측정부(132)는 제2 영역에 흐르는 유체에 대한 제1 흡수신호를 측정한다.
상기한 제2 온도측정부(132)는 제2 온도 및 제1 흡수신호를 유량측정부(150)로 전송한다.
이를 위한 제2 온도측정부(132)는 도 4에 도시된 바와 같이 제2 적외선 발광부(132a) 및 제2 적외선 수광부(132b)를 포함한다.
제2 적외선 발광부(132a)는 제1 적외선 발광부(131a)와 소정거리 이격되면서 유체관(200)의 상부에 위치하여 하방으로 제2 적외선 광을 조사한다.
이를 위한 제2 적외선 발광부(132a)는 레이저 다이오드일 수 있다.
제2 적외선 수광부(132b)는 제2 적외선 발광부(132a)와 대향하도록 유체관(200)의 하부에 위치하여 제2 적외선 발광부로부터 조사되어 제2 영역에 흐르는 유체를 통과한 제2 적외선 광을 센싱한다.
이를 위한 제2 적외선 수광부(131b)는 포토디텍터(photodetector)일 수 있다.
상기한 제2 적외선 수광부(132b)는 제2 영역을 통과하는 유체의 온도를 측정한 제2 온도 및 유체로 조사되는 적외선 광에 대한 제1 흡수신호를 유량측정부(150)로 전송한다.
다른 한 쌍의 온도측정부(132, 133)는 제2 온도측정부(132) 및 제3 온도측정부(133)이다.
도 4를 참조하면, 제3 온도측정부(133)는 제2 온도측정부(132)와 소정거리 이격되면서 제2 온도측정부(132)의 타측에 위치하여 제2 영역의 타측에 위치한 제3 영역에 흐르는 유체에 대한 제2 흡수신호를 측정한다.
여기서, 제3 영역은 제3 적외선 발광부(133a)와 제3 적외선 수광부(133b) 사이에 위치하는 유체관(200)의 일부 영역을 의미한다.
이를 위한 제3 온도측정부(133)는 도 4에 도시된 바와 같이 제3 적외선 발광부(133a) 및 제3 적외선 수광부(133b)를 포함한다.
제3 적외선 발광부(133a)는 제2 적외선 발광부(132a)와 소정거리 이격되면서 유체관(200)의 상부에 위치하여 하방으로 제3 적외선 광을 조사한다.
이를 위한 제3 적외선 발광부(133a)는 레이저 다이오드일 수 있다.
제3 적외선 수광부(133b)는 제3 적외선 발광부(133a)와 대향하도록 유체관의 하부에 위치하여 제3 적외선 발광부(133a)로부터 조사되어 제3 영역에 흐르는 유체를 통과한 제3 적외선 광을 센싱한다.
이를 위한 제3 적외선 수광부(133b)는 포토디텍터(photodetector)일 수 있다.
상기한 제3 적외선 수광부(133b)는 제3 영역을 통과하는 유체로 조사되는 제2 적외선 광에 대한 제2 흡수신호를 측정하여 유량측정부(150)로 전송한다.
본 발명에서는 제1, 2 온도측정부(131, 132)를 통해 제1, 2 영역을 통과하는 유체의 제1, 2 온도를 측정하고, 제2, 3 온도측정부(132, 133)를 통해 제2, 3 영역을 통과하는 유체로 조사되는 제1, 2 적외선 광에 대한 제1, 2 흡수신호를 측정하는 것으로 설명하였으나, 제1 내지 제3 온도측정부(131, 132, 133)는 유체의 온도 및 적외선 광에 대한 흡수신호를 모두 측정할 수 있다.
한편, 다른 실시예로서, 가열부(120)가 마이크로 히터일 경우, 가열부(120)는 도 5에 도시된 바와 같이 배치되며, 그외의 제1 내지 제3 적외선 발광부(131a, 132a, 133a), 제1 내지 제3 적외선 발광부(131b, 132b, 133b)는 전술한 바와 동일하다.
도 1, 도 4 및 도 5를 참조하면, 가열변조부(140)는 가열부(120)와 전기적으로 연결되고 적외선 레이저의 파워를 변조시킨다.
구체적으로 가열변조부(140)는 제어부(170)의 제어에 의해 가열부(120)의 파워를 사인파로 변조시키며, 이와 관련하여 시간(time)에 따른 파워가 변조된 사인파가 도 4의 좌측 및 도 5의 좌측에 도시되어 있다.
다음, 도 4의 중앙 및 도 5의 중앙에 도시된 도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가열부재(121)인 레이저 다이오드 또는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가열부(120)인 마이크로 히터는 변조된 사인파형으로 유체관(200)에 빛을 조사하여 유체관(200) 및 유체관(200)의 내부에서 흐르는 유체를 가열한다.
다음, 제2 적외선 수광부(132b)는 제1 적외선 광을 센싱하여 제1 흡수신호를 측정하고, 제3 적외선 수광부(133b)는 제2 적외선 광을 센싱하여 제2 흡수신호를 측정하며, 이와 관련하여 시간에 따른 적외선 광의 흡수를 나타내는 그래프가 도 4의 우측 및 도 5의 우측에 도시되어 있다.
도 4의 우측 및 도 5의 우측에 도시된 바와 같이 제1, 2 흡수신호는 유체의 흐름 차이로 인해 위상(phase) 차이를 가지게 된다.
유량측정부(150)는 다수의 온도측정부(131, 132, 133) 중 어느 한 쌍의 온도측정부(131, 132)로부터 측정된 온도정보 및 다수의 온도측정부(131, 132, 133) 중 다른 한 쌍의 온도측정부(132, 133)로부터 측정된 흡수정보를 기반으로 제1 유량 및 제2 유량을 각각 측정한다.
우선, 유량측정부(150)는 제1 온도와 제2 온도의 차이를 통해 제1 유량을 측정한다. 이때, 온도정보는 제1 온도 및 제2 온도를 포함한다.
다음, 유량측정부(150)는 유체의 흐름의 차이로 인해 발생되는 제1 흡수신호와 제2 흡수신호의 위상 차이를 통해 제2 유량을 측정한다. 이때, 상기 흡수정보는 제1 흡수신호 및 제2 흡수신호를 포함한다.
구체적으로 도 4 및 도 5를 참조하면, 유량측정부(150)는 제2 적외선 수광부(132b)로부터 측정된 제1 흡수신호 및 제3 적외선 수광부(133b)로부터 측정된 제2 흡수신호의 위상 차이를 기반으로 제2 유량을 측정한다.
즉, 유량측정부(150)는 제1, 2 흡수신호를 퓨리에 변환 (Fourier Transform)을 통하여 유량과의 상관관계를 획득하고, 이를 활용하여 비접촉으로 제2 유량을 측정한다.
상기한 유량측정부(150)는 제1 유량 및 제2 유량을 최종유량산출부(160)로 전송한다.
최종유량산출부(160)는 유량측정부(150)로부터 측정된 제1 유량 및 제2 유량을 기반으로 최종유량을 산출한다.
이때, 최종유량산출부(160)는 제1 유량과 제2 유량의 평균값을 연산하여 최종유량을 산출한다.
한편, 상기한 바와 다른 방법으로서, 최종유량산출부(160)는 제1 유량 및 제2 유량을 기반으로 선형회귀분석을 통해 최종유량을 산출할 수도 있다.
상기한 최종유량산출부(160)는 실제유량과 근사치인 최종유량을 산출하기 위하여 유체의 온도 차이를 기반으로 측정된 제1 유량과 유체로 조사되는 적외선 광의 흡광 정도에 따른 제1, 2 흡수신호의 위상 차이를 기반으로 측정된 제2 유량을 종합적으로 고려하는 것이다.
제어부(170)는 가열부(120), 다수의 온도측정부(131, 132, 133) 및 가열변조부(140)의 동작을 제어한다.
또한, 제어부(170)는 후술되는 열식 질량 유량계에 구비된 유체공급장치의 동작을 제어하여 DOT 유량을 제어하며, 이에 대한 구체적인 설명은 후술하도록 한다.
2. 비연속식 유량 측정을 위한 열식 질량 유량계(600)
이하, 도 1 내지 도 16을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 비연속식 유량 측정을 위한 열식 질량 유량계를 설명하도록 한다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 비연속식 유량 측정을 위한 열식 질량 유량계를 나타낸 블록도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 비연속식 유량 측정을 위한 열식 질량 유량계(600)는 적외선 흡수 기법을 사용하여 비접촉식으로 유량을 측정하기 위한 것으로서, 전술한 미소유량 센서(100), 유체관(200), 유체공급장치(300), 유체토출장치(400) 및 분광기(500)를 포함하고, 제어부(170)는 최종유량을 기설정된 유량과 비교한 결과를 기반으로 유체토출장치(400)를 제어함으로써 유체의 DOT 유량을 조절한다.
특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 비연속식 유량 측정을 위한 열식 질량 유량계(600)는 반도체 공정에서 휴대폰, 반도체 소자 등의 방수, 접착 등에 사용되는 유체(여기서는 수지 용액)의 유량을 실시간으로 측정한 결과에 따라 유체토출장치(400)를 제어하여 DOT 유량을 제어함으로써 정밀하게 도포한다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 비연속식 유량 측정을 위한 열식 질량 유량계에서 유량의 유무에 따른 유체의 온도 분포를 나타낸 개념도이다.
본 발명은 도 7에 도시된 바와 같이 유체관(200)의 내부에 흐르는 유체의 유속의 유무에 따른 유체의 온도 분포가 달라지는 원리를 이용한다.
구체적으로 히터(heater)에 의해 유체관(200)의 내부에 있는 유체가 가열되고, 유체의 유속이 없는 경우, 도 7의 좌측에 도시된 바와 같이 유체의 온도 분포는 제1 기준선(L1)을 기준으로 좌우 대칭된다.
한편, 히터(heater)에 의해 유체관(200)의 내부에 있는 유체가 가열되고, 유체의 유속이 있는 경우, 도 7의 우측에 도시된 바와 같이 유체의 온도 분포는 제1 기준선(L1)에서 시계방향으로 기울어진 제2 기준선(L2)을 기준으로 좌우로 표현된다.
즉, 온도 분포는 유속의 유무 및 유속의 정도에 따라 유체가 흐르는 방향으로 변형되는 것을 확인할 수 있으며, 이러한 원리를 이용하여 유량을 측정한다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 비연속식 유량 측정을 위한 열식 질량 유량계를 나타낸 개념도이다.
미소유량 센서(100)는 앞서 도 1 내지 도 5를 참조하여 상세히 설명하였으므로 이에 대한 구체적인 설명을 생략하기로 하며, 전술한 바를 참고하도록 한다.
유체관(200)은 외주면의 적어도 일부가 하우징부(110)의 내부에 밀착되고 유체가 유동한다.
구체적으로 유체관(200)은 양측이 개방되고 내부가 비어 있는 관으로서, 유체를 유동시킨다.
이를 위한 유체관(200)의 입구는 도 8에 도시된 바와 같이 유체공급장치(300)와 연통한다.
또한, 유체관(200)의 출구는 도 8에 도시된 바와 같이 유체토출장치(400)와 연통한다.
유체공급장치(300)는 유체관(200)의 입구와 연통하여 유체를 유체관(200)으로 공급한다.
이를 위한 유체공급장치(300)는 미세안 유량을 조절할 수 있는 미세펌프일 수 있다.
유체토출장치(400)는 유체관(200)의 출구와 연통하여 유체관(200)을 통과하는 유체를 외부로 토출시킨다.
이를 위한 유체토출장치(400)는 도 8에 도시된 바와 같이 디스펜서(410) 및 노즐(420)을 포함한다.
디스펜서(410)는 유체관(200)의 출구와 연통하여 유체관의 출구로 토출되는 유체를 수용한다.
노즐(420)는 디스펜서(410)의 하부와 연통하여 디스펜서(410)에 수용된 유체를 외부로 토출시킨다.
구체적으로 노즐(420)은 상부에서 하부로 갈수록 폭이 좁아짐에 따라 유체가 방울(dot) 형태로 떨어질 수 있도록 한다.
구체적으로 제어부(170)는 최종유량을 기설정된 유량과 비교한 결과에 따라 디스펜서(410)의 동작을 제어함으로써 유체의 DOT 유량을 조절한다.
예시적으로 토출되는 유체는 반도체 공정에서 사용되는 에폭시 수지일 수 있으며, 이에 따라 유체의 유량을 측정하기 위해서는 시간 응답 속도가 빠른 유량 측정 시스템이 필수적이다.
이에 따른 온도측정부(130)는 응답속도가 100 kHz 이상의 고속 샘플링이 가능하다.
또한, 본 발명은 도 7의 우측에 도시된 바와 같이 온도 분포의 구배의 변화를 빠르게 측정하기 위해서 3개 이상의 온도측정부를 적용하여 빠르게 변화하는 유량을 측정할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 비연속식 유량 측정을 위한 열식 질량 유량계에서 유량에 따른 제1 적외선 흡수 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
분광기(500)는 온도정보와 제1 유량을 기반으로 제1 유량에 따른 제1 적외선 흡수 스펙트럼을 도출하고, 흡수정보와 제2 유량을 기반으로 온도에 따른 제2 적외선 흡수 스펙트럼을 도출한다.
이를 위한 분광기(500)는 900nm 내지 2600nm의 파장을 측정할 수 있는 분광기를 사용하는 것이 바람직하다.
유량공급장치(300)가 유체관(200)의 내부로 공급되는 유체의 유량을 1-10mL/h로 변경하면서 유체관(200)의 내부로 유체를 공급하여 측정된 적외선 흡수 스펙트럼이 도 9에 도시되어 있다.
도 9를 참조하면, 적외선 레이저의 파장이 1800 nm 내지 2100 nm인 구간에서 유량이 증가할수록 흡수 강도(absorption intensity)(=신호의 세기)가 감소하는 것을 확인할 수 있다.
적외선 레이저로 유체의 국소 부위(예를 들어, 제1 영역, 제2 영역)를 가열하면 유체의 온도가 올라가고 유체의 온도가 올라가면 1800 nm에서 2100 nm 의 파장의 스펙트럼 신호가 증가하게 된다. 이때, 유량을 증가시키게 되면 유체가 냉각되면서 온도가 감소하게 됨에 따라 유량이 증가되면서 스펙트럼의 신호 세기가 감소하게 되는 것이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 비연속식 유량 측정을 위한 열식 질량 유량계에서 유량에 따른 제1 적외선 흡수 스펙트럼의 평균 신호 세기를 나타낸 그래프이다.
이에 따라 분광기(500)는 유량을 1 mL/h 내지 10 mL/h 로 변경하면서 얻어진 1800 nm 내지 2100 nm 범위에서 적외선 흡수 스펙트럼의 평균값인 평균 흡수신호를 유량에 따라 도출하며, 이에 대한 내용이 도 10에 도시되어 있다.
도 10을 참조하면, 유량이 증가함에 따라서 1800 nm 내지 2100 nm 파장에서의 평균 흡수신호는 선형적으로 감소함을 알 수 있고, 도 10에 도시된 보정곡선을 활용하면 적외선 흡수 스펙트럼을 측정함으로 유체의 유량을 정량적으로 측정할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 비연속식 유량 측정을 위한 열식 질량 유량계에서 적외선 흡수 신호로부터 획득된 레이저 가열이 있을 경우, 유체관의 길이에 따른 온도를 나타낸 그래프이다. 도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 비연속식 유량 측정을 위한 열식 질량 유량계에서 시간에 따른 디스펜서의 DOT 유량을 나타낸 그래프이다.
도 11에 도시된 그래프는 유량이 1 mL/h 내지 100 mL/h 로 변할 때, 레이저 히팅을 유체관(200)의 한 지점(x=0)에 초점을 모아서 하고 유체관(200)의 상류와 하류에서의 온도 프로파일을 적외선 흡수 기법을 이용하여 측정한 것이다.
여기서, 유체관(200)의 상류는 전술한 제1 영역이고, 유체관(200)의 하류는 전술한 제2 영역일 수 있다.
도 11에 도시된 바와 같이 유량이 증가함에 따라 온도 프로파일이 유체관(200)의 하류로 치우져짐을 확인할 수 있다. 이때, 유체관(200)의 상류와 하류의 한 지점에서 온도를 측정한 후 그 온도 차이를 이용하게 되면 유량을 측정할 수 있게 된다. 특히, 디스펜서(410)와 같이 DOT 유량을 발생시키는 경우 유량이 도 12에 도시된 바와 같은 유량 프로파일이 발생되게 된다.
특히, 도 12를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 비연속식 유량 측정을 위한 열식 질량 유량계를 사용하여 반도체 공정에서 사용되는 디스펜서(410)의 DOT 유량을 측정하면, 유량에 따라 온도 파일이 순간적으로 하류로 치우치게 되고, 이후 다시 원상복귀되면서 순간적인 DOT 유량을 측정할 수 있다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 비연속식 유량 측정을 위한 열식 질량 유량계에서 DOT 유량에서의 적외선 흡수 기법으로 측정된 유체관의 상류 및 하류에서의 온도를 나타낸 그래프이다.
도 13에 도시된 바와 같이 유체관(200)의 상류에서는 충분히 먼 지점에서 온도를 측정하므로 온도 차이가 없는 반면, 유체관(200)의 하류에서는 유량에 따라 냉각이 발생함에 따라 순간적으로 온도가 감소한 후 다시 원상복귀된다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 비연속식 유량 측정을 위한 열식 질량 유량계에서 DOT 유량에서의 적외선 흡수 기법으로 측정된 유체관의 상류 및 하류에서의 온도 차이를 나타낸 그래프이다.
도 14에 도시된 바와 같이 사전에 얻어진 보정곡선을 이용하면 순간적으로 발생되는 DOT 유량을 정량적으로 측정할 수 있다.
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 비연속식 유량 측정을 위한 열식 질량 유량계에서 온도에 따른 제2 적외선 흡수 스펙트럼을 나타낸 그래프이다. 도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 비연속식 유량 측정을 위한 열식 질량 유량계에서 다이오드 레이저를 활용하여 측정된 온도를 나타낸 그래프이다.
한편, 분광기(500)는 도 15에 도시된 바와 같이 흡수정보와 제2 유량을 기반으로 온도에 따른 제2 적외선 흡수 스펙트럼을 도출한다.
구체적으로 도 15을 참조하면, 분광기(500)는 온도에 따라 적외선 흡수 스펙트럼이 쉬프트되는 원리를 이용하여 1550 nm ~ 1650 nm 의 파장의 빛을 내는 LED와 이를 측정하는 포토디텍터(photodetector)를 활용하여 온도를 측정한다.
도 15을 참조하면, 측정된 유체의 모든 온도(15° 내지 60°)에서 적외선 레이저의 파장이 1450nm일 때, 가장 높은 흡수 강도(absorption intensity)를 가지는 것을 확인할 수 있다.
도 16은 가열부재(121)이 레이저 다이오드일 경우, 레이저 다이오드를 활용한 온도 측정 결과를 보여준다.
도 16을 참조하면, 온도에 따른 전달 강도(transmission intensity)는 직선형을 가지며 이를 활용하여 유체관(200) 내부에 흐르는 유체의 온도를 비접촉으로 측정할 수 있다.
도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 비연속식 유량 측정을 위한 열식 질량 유량계를 나타낸 개념도이다.
한편, 가열부(120)가 마이크로 히터인 본 발명의 다른 실시예에 따른 비연속식 유량 측정을 위한 열식 질량 유량계가 도 17에 도시되어 있다.
이와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 비연속식 유량 측정을 위한 열식 질량 유량계(600)는 가열부(120)를 제외한 모든 구성요소가 본 발명의 일 실시예에 따른 열식 질량 유량계(600)와 동일하므로 전술한 바를 참고하도록 한다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 미소유량 센서
110: 하우징부
111: 제1 하우징
112: 제1 홈부
113: 제2 하우징
114: 돌출부재
115: 제2 홈부
116: 자석
117: 빔 블록
120: 가열부
121: 가열부재
122: 렌즈
130: 온도측정부
131: 제1 온도측정부
131a: 제1 적외선 발광부
131b: 제1 적외선 수광부
132: 제2 온도측정부
132a: 제2 적외선 발광부
132b: 제2 적외선 수광부
133: 제3 온도측정부
133a: 제3 적외선 발광부
133b: 제3 적외선 수광부
140: 가열변조부
150: 유량측정부
160: 최종유량산출부
170: 제어부
200: 유체관
300: 유체공급장치
400: 유체토출장치
410: 디스펜서
420: 노즐
500: 분광기
600: 비연속식 유량 측정을 위한 열식 질량 유량계

Claims (12)

  1. 유체관의 적어도 일부를 둘러싸는 하우징부; 상기 유체관을 향하도록 상기 하우징부의 내부에 위치하고 상기 유체관으로 빛을 조사하여 상기 유체관을 가열시키는 가열부; 상기 유체관에 인접하면서 상기 하우징부의 내부에 서로 다른 위치에 배치되어 상기 유체의 유속에 따른 온도를 측정하는 다수의 온도측정부; 상기 가열부와 전기적으로 연결되고 상기 적외선 레이저의 파워를 변조시키는 가열변조부; 상기 다수의 온도측정부 중 어느 한 쌍의 온도측정부로부터 측정된 온도정보 및 상기 다수의 온도측정부 중 다른 한 쌍의 온도측정부로부터 측정된 흡수정보를 기반으로 제1 유량 및 제2 유량을 각각 측정하는 유량측정부; 상기 유량측정부로부터 측정된 상기 제1 유량 및 상기 제2 유량을 기반으로 최종유량을 산출하는 최종유량산출부 및 상기 가열부; 상기 다수의 온도측정부 및 상기 가열변조부의 동작을 제어하는 제어부; 를 포함하는 미소유량 센서;
    외주면의 적어도 일부가 상기 하우징부의 내부에 밀착되고 상기 유체가 유동하는 상기 유체관; 및
    상기 유체관의 출구와 연통하여 상기 유체관을 통과하는 상기 유체를 외부로 토출시키는 유체토출장치;를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 최종유량을 기설정된 유량과 비교한 결과를 기반으로 상기 유체토출장치를 제어함으로써 상기 유체의 DOT 유량을 조절하는 것을 특징으로 하는 비연속식 유량 측정을 위한 열식 질량 유량계.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 온도정보는 제1 온도 및 제2 온도를 포함하고,
    상기 어느 한 쌍의 온도측정부는,
    상기 유체관의 입구와 인접하도록 상기 하우징부의 내부에 위치하고 상기 가열부의 일측에 위치하여 상기 유체관 중 제1 영역에 흐르는 유체의 유속에 따른 상기 제1 온도를 측정하는 제1 온도측정부; 및
    상기 제1 온도측정부와 소정거리 이격되면서 상기 가열부의 타측에 위치하여 상기 유체관 중 상기 제1 영역의 타측에 위치한 제2 영역에 흐르는 유체의 유속에 따른 상기 제2 온도를 측정하는 제2 온도측정부;이고,
    상기 유량측정부는 상기 제1 온도와 상기 제2 온도의 차이를 통해 상기 제1 유량을 측정하는 것을 특징으로 하는 비연속식 유량 측정을 위한 열식 질량 유량계.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 온도측정부는,
    상기 유체관의 상부에 위치하여 하방으로 제1 적외선 광을 조사하는 제1 적외선 발광부; 및
    상기 제1 적외선 발광부와 대향하도록 상기 유체관의 하부에 위치하여 상기 제1 적외선 발광부로부터 조사되어 상기 제1 영역에 흐르는 유체를 통과한 제1 적외선 광을 센싱하는 제1 적외선 수광부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 비연속식 유량 측정을 위한 비연속식 유량 측정을 위한 열식 질량 유량계.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제2 온도측정부는,
    상기 제1 적외선 발광부와 소정거리 이격되면서 상기 유체관의 상부에 위치하여 하방으로 제2 적외선 광을 조사하는 제2 적외선 발광부; 및
    상기 제2 적외선 발광부와 대향하도록 상기 유체관의 하부에 위치하여 상기 제2 적외선 발광부로부터 조사되어 상기 제2 영역에 흐르는 유체를 통과한 제2 적외선 광을 센싱하는 제2 적외선 수광부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 비연속식 유량 측정을 위한 열식 질량 유량계.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 가열변조부는 상기 제어부의 제어에 의해 상기 가열부의 파워를 사인파로 변조시키고,
    상기 가열부는 상기 사인파로 변조된 빛을 상기 제1 영역과 상기 제2 영역 사이에 위치하는 빛 조사영역으로 조사하여 시간에 따라 상기 유체에 공급되는 가열량이 서로 다르도록 하며,
    상기 흡수정보는 제1 흡수신호 및 제2 흡수신호를 포함하고,
    상기 다른 한 쌍의 온도측정부는,
    상기 제2 영역에 흐르는 유체에 대한 제1 흡수신호를 측정하는 상기 제2 온도측정부; 및
    상기 제2 온도측정부와 소정거리 이격되면서 상기 제2 온도측정부의 타측에 위치하여 상기 제2 영역의 타측에 위치한 제3 영역에 흐르는 유체에 대한 제2 흡수신호를 측정하는 제3 온도측정부;이고,
    상기 유량측정부는 상기 유체의 흐름의 차이로 인해 발생되는 상기 제1 흡수신호와 상기 제2 흡수신호의 위상 차이를 통해 상기 제2 유량을 측정하는 것을 특징으로 하는 비연속식 유량 측정을 위한 열식 질량 유량계.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제3 온도측정부는,
    상기 제2 적외선 발광부와 소정거리 이격되면서 상기 유체관의 상부에 위치하여 하방으로 제3 적외선 광을 조사하는 제3 적외선 발광부; 및
    상기 제3 적외선 발광부와 대향하도록 상기 유체관의 하부에 위치하여 상기 제3 적외선 발광부로부터 조사되어 상기 제3 영역에 흐르는 유체를 통과한 제3 적외선 광을 센싱하는 제3 적외선 수광부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 비연속식 유량 측정을 위한 열식 질량 유량계.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열부는,
    상기 유체관을 향하면서 상기 어느 한 쌍의 온도측정부 사이에 위치하여 상기 유체관으로 빛을 조사하는 가열부재; 및
    상기 유체관과 상기 가열부재 사이에 위치하여 상기 가열부재로부터 조사되는 빛을 상기 유체관에 집광시키는 렌즈;를 포함하고,
    상기 가열부재는 레이저 다이오드(laser diode)인 것을 특징으로 하는 비연속식 유량 측정을 위한 열식 질량 유량계.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열부는 상기 유체관을 둘러싸는 반링 형상인 한 쌍의 마이크로 히터(micro heater)인 것을 특징으로 하는 비연속식 유량 측정을 위한 열식 질량 유량계.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징부는,
    제1 하우징;
    상기 제1 하우징의 내부로 함입되어 상기 유체관의 적어도 일부가 삽입되는 제1 홈부;
    상기 제1 하우징과 결합되는 제2 하우징;
    상기 제2 하우징으로부터 상기 제1 홈부를 향하여 돌출되는 돌출부재;
    상기 유체관의 외주면과 상응하도록 상기 돌출부재에 형성되고 상기 유체관의 외주면과 밀착되면서 상기 제1 홈부에 삽입되는 제2 홈부; 및
    상기 제1 하우징을 향하도록 제2 하우징에 형성되어 상기 제1 하우징과 탈착 가능한 다수의 자석;을 포함하는 것을 특징으로 하는 비연속식 유량 측정을 위한 열식 질량 유량계.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 최종유량산출부는 상기 제1 유량과 상기 제2 유량의 평균값을 연산하여 상기 최종유량을 산출하는 것을 특징으로 하는 비연속식 유량 측정을 위한 열식 질량 유량계.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 유체관의 입구와 연통하여 상기 유체를 상기 유체관으로 공급하는 유체공급장치; 및
    상기 온도정보와 상기 제1 유량을 기반으로 상기 제1 유량에 따른 제1 적외선 흡수 스펙트럼을 도출하고, 상기 흡수정보와 상기 제2 유량을 기반으로 상기 온도에 따른 제2 적외선 흡수 스펙트럼을 도출하는 분광기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비연속식 유량 측정을 위한 열식 질량 유량계.
  12. 제 1 항에 있어서,
    유체토출장치는,
    상기 유체관의 출구와 연통하여 상기 유체관의 출구로 토출되는 유체를 수용하는 디스펜서; 및
    상기 디스펜서의 하부와 연통하여 상기 디스펜서에 수용된 유체를 외부로 토출시키는 노즐;을 포함하고,
    상기 노즐은 상부에서 하부로 갈수록 폭이 좁아짐에 따라 상기 유체를 방울 형태로 토출시키는 것을 특징으로 하는 비연속식 유량 측정을 위한 열식 질량 유량계.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101046133B1 (ko) 2008-04-11 2011-07-01 신경 탄소나노튜브 감지막을 포함하는 액체의 유량 및 상태측정장치와 이를 이용한 액체 유량 및 상태 측정방법
KR20180054679A (ko) 2015-09-16 2018-05-24 노드슨 코포레이션 디스펜스 모니터링 및 제어

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6446504B1 (en) * 2000-03-30 2002-09-10 Mks Instruments, Inc. Constant temperature gradient differential thermal mass flow sensor
ATE317300T1 (de) * 2002-02-22 2006-02-15 Biodot Inc Verfahren und vorrichtung zur kontaktlosen tröpfchenabgabe unterhalb einer fluidischen oberfläche
KR101321314B1 (ko) * 2012-04-26 2013-10-28 엠케이프리시젼 주식회사 유량 계측장치 및 이를 이용한 유량 계측방법
KR101943635B1 (ko) * 2017-01-26 2019-01-30 한국표준과학연구원 열식 질량 유량계 및 열식 질량 유량 측정 시스템
KR102159087B1 (ko) * 2019-02-22 2020-09-23 한국기계연구원 전동식 약물주입펌프용 유량 측정장치 및 이를 이용한 유량 측정방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101046133B1 (ko) 2008-04-11 2011-07-01 신경 탄소나노튜브 감지막을 포함하는 액체의 유량 및 상태측정장치와 이를 이용한 액체 유량 및 상태 측정방법
KR20180054679A (ko) 2015-09-16 2018-05-24 노드슨 코포레이션 디스펜스 모니터링 및 제어

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