KR20120041291A - 정적형 유량계를 이용한 소닉 노즐 유출계수 교정 장치 및 방법 - Google Patents

정적형 유량계를 이용한 소닉 노즐 유출계수 교정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 정적형 유량계를 이용한 소닉 노즐 유출계수 교정 장치에 관한 것으로서, 본 발명의 목적은 소닉 노즐의 유출계수 교정 값을 얻어냄으로써 동일한 소닉 노즐을 가지고도 높은 정확도로 미소 유량을 측정할 수 있게 해 주는, 정적형 유량계를 이용한 소닉 노즐 유출계수 교정 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 정적형 유량계를 이용한 소닉 노즐 유출계수 교정 장치는, 소닉 노즐(50)의 유출계수 교정 값을 산출하는 유출계수 교정 장치(10)에 있어서, 유입 유체가 흘러가는 방향에 따라, 유입 유체가 유입되는 방향을 전단, 유입 유체가 배출되는 방향을 후단이라 할 때, 정적형 유량계(11); 상기 정적형 유량계(11)의 전단에 구비되는 유량 차단 밸브(14); 상기 정적형 유량계(11)의 후단에 구비되는 흡입 차단 밸브(15); 를 포함하여 이루어져, 상기 유량 차단 밸브(14)의 전단에 상기 소닉 노즐(50)이 연결되고, 상기 흡입 차단 밸브(15)의 후단에 진공 펌프(55)가 연결되며, 상기 소닉 노즐(50)의 전단인 제1측정점(①)에 구비된 전단 압력/온도 측정부(121)에 의해 측정된 압력 및 온도 값과, 상기 정적형 유량계(11) 내인 제2측정점(②)에 구비된 챔버 내 압력/온도 측정부(122)에 의해 측정된 압력 및 온도 값을 사용하여 상기 소닉 노즐(50)의 유출계수 교정 값을 산출하는 것을 특징으로 한다.

Description

정적형 유량계를 이용한 소닉 노즐 유출계수 교정 장치 및 방법 {Device and Method for Calibrating Discharge Coefficients of Sonic Nozzles using Constant Volume Flow-Meter}
본 발명은 정적형 유량계를 이용한 소닉 노즐 유출계수 교정 방법과 그 장치에 관한 것이다.
진공 기술의 발전으로 진공 환경에 대한 산업 응용 분야가 다양화되고 있다. 진공 기술은 우주 공학, 생명 공학, 재료 공학 및 전자 공학 분야에 핵심 기반 기술 중 하나이며, 특히 반도체 공정이나 디스플레이 공정의 진공 기술의 발전은 매우 빠르게 발전되어 이를 위한 지속적인 연구 개발이 요구되고 있다. 이 중 특히 반도체 및 디스플레이 공정과 같이 높은 청결도의 진공이 필수적으로 요구되는 산업 분야가 확대됨에 따라, 진공 환경을 만드는 주요 장치인 드라이 펌프의 중요성은 급격히 증대되고 있다. 이에 따라 이러한 반도체 및 디스플레이 산업현장에서 사용되는 드라이 진공 펌프의 성능 평가 기술, 진공 상태에서의 미소 유량 조절 및 측정할 수 있는 시스템의 개발에 대한 요구가 증대되고 있는 실정이다.
소닉 노즐(sonic nozzle)은 기체 유량 측정 표준기로 사용되고 있다. 또한 유량 측정에 있어서 사용상의 편리성, 이동성, 재현성 등 여러 가지의 장점을 가지고 있어 산업 현장에서 많이 사용되고 있다. 그러나 소닉 노즐은 노즐 목을 지나는 기체가 초크(choke)되어야 하므로 이 조건을 충족시켜 주기 위하여 노즐 전단 측정 압력이 후단의 압력보다 어느 일정 압력 이상 높아야 하는 제약이 따른다(ISO 9300 : Measurement of gas flow by means of critical flow venturi nozzles, 1990). 이러한 제약 때문에 기체 유량 측정에 사용되는 기존의 소닉 노즐은 전단 압력이 200 kPa ~ 1 MPa 범위에서 제한적으로 사용될 수밖에 없으며, 진공 펌프의 사용 범위인 1 kPa ~ 1 MPa의 넓은 전단 압력 조건에서 사용하기 위해서는 목 직경이 다른 다수의 노즐들을 사용해야 하는 문제점이 있었다. 또한 이에 따라 종래에 소닉 노즐을 이용한 유량 측정 장치를 제작할 경우 목 직경이 각각 다른 다수 개의 소닉 노즐을 필요로 하기 때문에, 부품 수 및 제작비가 증가하는 등 부가적인 다른 문제점들 또한 발생되었다. 특히, 상술한 바와 같이 반도체 및 디스플레이 산업에서 요구되는 진공 기술의 수준이 높아짐에 따라 진공 영역에서 미소 유량의 조절 및 측정의 중요성이 점차 커져가는 바, 이러한 문제점을 해결하고자 하는 당업자의 요구가 점점 커져 가고 있는 실정이다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 진공 펌프의 사용 압력 범위에서 소닉 노즐의 유출계수 교정 값을 얻어냄으로써 소닉 노즐을 가지고도 진공 영역의 미소 유량을 측정할 수 있게 해 주는, 정적형 유량계를 이용한 소닉 노즐 유출계수 교정 방법과 장치를 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 정적형 유량계를 이용한 소닉 노즐 유출계수 교정 장치는, 소닉 노즐(50)의 유출계수 교정 값을 산출하는 유출계수 교정 장치(10)에 있어서, 유입 유체가 흘러가는 방향에 따라, 유입 유체가 유입되는 방향을 전단, 유입 유체가 배출되는 방향을 후단이라 할 때, 정적형 유량계(11);
상기 정적형 유량계(11)의 전단에 구비되는 유량 차단 밸브(14); 상기 정적형 유량계(11)의 후단에 구비되는 흡입 차단 밸브(15); 를 포함하여 이루어져, 상기 유량 차단 밸브(14)의 전단에 상기 소닉 노즐(50)이 연결되고, 상기 흡입 차단 밸브(15)의 후단에 진공 펌프(55)가 연결되며, 상기 소닉 노즐(50)의 전단에 유입 조절 밸브(131) 및 미세 유입 조절 밸브(132)가 병렬 구비되어 상기 소닉 노즐(50)로 유입되는 유입 유체의 유량이 조절되되, 상기 유입 조절 밸브(131) 및 상기 미세 유입 조절 밸브(132)의 전단인 제0측정점(ⓞ)에 구비된 유입 압력 측정부(120)에 의해 측정된 압력(Ps) 값과, 상기 소닉 노즐(50)의 전단인 제1측정점(①)에 구비된 전단 압력/온도 측정부(121)에 의해 측정된 압력 및 온도 값(P1, T1)과, 상기 정적형 유량계(11) 챔버 내인 제2측정점(②)에 구비된 챔버 내 압력/온도 측정부(122)에 의해 측정된 압력 및 온도(P2, T2) 값을 사용하여 상기 소닉 노즐(50)의 유출계수 교정 값을 산출하는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 유출계수 교정 장치(10)는 하기의 수학식을 사용하여 유출계수 교정 값을 산출하는 것을 특징으로 한다.
Figure pat00001
(이 때, Cd : 상기 소닉 노즐(50)의 유출계수, A : 상기 소닉 노즐(50)의 목 단면적, Qm : 정적형 유량계(11)의 챔버 내 압력/온도 측정부(122)에 의해 측정된 압력 및 온도 값으로부터 산출된 질량 유속(mass flow rate), C* : 임계 유동 함수(critical flow function), P1 : 상기 소닉 노즐(50) 전단 압력, T1 : 상기 소닉 노즐(50) 전단 온도, R : 기체상수이며, P2 : 상기 정적형 유량계(11) 챔버 내 압력, T2 : 상기 정적형 유량계(11) 챔버 내 온도, V2 : 상기 정적형 유량계(11) 챔버 부피일 때, 상기 Qm 값은 하기의 식에 의해 산출됨)
Figure pat00002
Figure pat00003

또한, 본 발명의 정적형 유량계를 이용한 소닉 노즐 유출계수 교정 방법은, 상술한 바와 같은 소닉 노즐 유출계수 교정 장치를 사용한 소닉 노즐 유출계수 교정 방법에 있어서, a) 상기 유입 조절 밸브(131) 및 상기 미세 유입 조절 밸브(132)의 개방 정도에 의하여 상기 정적형 유량계(11) 챔버 내 압력(P2) 값이 사용자가 원하는 수준으로 설정되는 단계(S01); b) 상기 전단 압력/온도 측정부(121)에 의해 측정된 상기 소닉 노즐(50)의 전단인 제1측정점(①)의 압력 및 온도(P1, T1) 값과, 상기 챔버 내 압력/온도 측정부(122)에 의해 측정된 상기 정적형 유량계(11) 챔버 내인 제2측정점(②)의 압력 및 온도(P2, T2) 값이 정상 상태(steady state)를 유지하는지 확인되되(S02), 정상 상태를 유지한다고 판단되면(S02-Yes) 임계 압력비(critical pressure ratio, P1/Ps) 값이 소정 수준 이하인지 확인되는 단계(S021)(이 때, Ps 값은 상기 유입 압력 측정부(120)에서 측정된 상기 유입 조절 밸브(131) 및 상기 미세 유입 조절 밸브(132)의 전단인 제0측정점(ⓞ)의 압력 값); c) 상기 b) 단계에서 입계 압력비 값이 소정 수준 이하임이 확인되면(S021-Yes) 상기 흡입 차단 밸브(15)가 폐쇄되는 단계(S03); d) 제2측정점(②)의 압력(P2) 값이 상기 a) 단계에서의 값의 소정 배수가 될 때까지 제1측정점(①)의 압력 및 온도(P1, T1) 값과 제2측정점(②)의 압력 및 온도(P2, T2) 값이 기록되고, 제2측정점(②)의 압력(P2) 값이 상기 a) 단계에서의 값의 소정 배수에 도달하면 상기 흡입 차단 밸브(15)가 개방되는 단계(S04); e) 상기 d) 단계에서 기록된 물리량(P1, T1, P2, T2) 값들이 사용되어, 상기 정적형 유량계(11) 챔버 내의 시간에 대한 압력 상승률(dP2/dt) 값 및 이에 따른 유입 유량(throughput, Q) 값이 산출되는 단계(S05); f) 상기 d) 단계에서 기록된 물리량(P1, T1, P2, T2) 값들이 사용되어, 상기 d) 단계에서 상기 소닉 노즐(50) 전단인 제1측정점(①)의 압력 및 온도(P1, T1) 값의 정상 상태가 유지되었는지 확인되는 단계(S06); g) 상기 f) 단계에서 정상 상태가 유지되었음이 확인되면(S07-Yes), 상기 d) 단계에서 기록된 물리량(P1, T1, P2, T2) 값들 및 상기 e) 단계에서 산출된 물리량(dP2/dt, Q) 값들을 포함한 물리량 값들이 사용되어 상기 소닉 노즐(50) 전단의 질량 유속(Qm) 값이 산출되는 단계(S07); h) 상기 d) 단계에서 기록된 물리량(P1, T1, P2, T2) 값들 및 상기 g) 단계에서 산출된 질량 유속(Qm) 값들을 포함한 물리량 값들이 사용되어 상기 소닉 노즐(50)의 유출계수(Cd) 교정 값이 산출되는 단계(S08); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 소닉 노즐 유출계수 교정 방법은 상기 e) 단계에서는 하기의 식을 사용하여 Q 값이 산출되고,
Figure pat00004
(이 때, P2 : 상기 정적형 유량계(11) 챔버 내 압력, T2 : 상기 정적형 유량계(11) 챔버 내 온도, V2 : 상기 정적형 유량계(11) 챔버 부피)
상기 g) 단계에서는 하기의 식을 사용하여 Qm 값이 산출되고,
Figure pat00005
상기 h) 단계에서는 하기의 식을 사용하여 Cd 값이 산출되는 것을 특징으로 한다.
Figure pat00006
(이 때, Cd : 상기 소닉 노즐(50)의 유출계수, A : 상기 소닉 노즐(50)의 목 단면적, Qm : 정적형 유량계(11)의 챔버 내 압력/온도 측정부(122)에 의해 측정된 압력 및 온도 값으로부터 산출된 질량 유속(mass flow rate), C* : 임계 유동 함수(critical flow function), P1 : 상기 소닉 노즐(50) 전단 압력, T1 : 상기 소닉 노즐(50) 전단 온도, R : 기체상수)
또한, 상기 b) 및 c) 단계에서의 임계 압력비(P1/Ps) 값의 소정 수준은 0.4 이하의 값인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 d) 단계에서 챔버 내 압력의 측정 시작 시점에서의 기록 값과 측정 종료 시점에서의 기록 값의 비는 1 내지 10 범위 내의 값인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 f) 단계에서의 정상 상태 유지 판단 기준은 상기 소닉 노즐(50) 전단인 제1측정점(①)의 시간에 대한 압력 상승률(dP1/dt) 및 상기 소닉 노즐(50) 전단인 제1측정점(①)의 시간에 대한 온도 상승률(dT1/dt) 값이 각각 0.05% 이하인지의 여부인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 소닉 노즐 유출계수 교정 방법은 상기 d) 단계와 상기 e) 단계 사이에 e1) 상기 d) 단계에서 기록된 물리량(P1, T1, P2, T2) 값들이 사용되어, 상기 정적형 유량계(11) 챔버 내인 제2측정점(②)의 시간에 대한 압력 상승률(dP2/dt) 값, 상기 정적형 유량계(11) 챔버 내인 제2측정점(②)의 시간에 대한 온도 상승률(dT2/dt) 값이 산출되며, 상대적 온도 변화율((dT2/dt)/T2) 대 상대적 압력 변화율((dP2/dt)/P2)의 비 값이 산출되어, 상대적 온도 변화율/상대적 압력 변화율의 비 값이 소정 한계 이하인지 확인되는 단계(S051); e2) 상기 e1) 단계에서 상대적 온도 변화율/상대적 압력 변화율의 비 값이 소정 한계 이하이면(S051-Yes) 상기 e) 단계로 넘어가서 Q 값이 산출되고, 그렇지 않으면(S051-No) 하기의 식에 의하여 시간에 대한 온도 상승률(dT2/dt) 값이 보상된 후(S052) 상기 e) 단계로 넘어가서 Q 값이 산출되는 단계; 를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
Figure pat00007
이 때, 상기 e2) 단계에서의 소정 한계는 0.05% 내지 0.1% 범위 내의 값인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 기존에 사용되고 있는 소닉 노즐의 유출계수의 교정 값을 얻어내고, 이 교정된 유출계수 값을 소닉 노즐의 측정 결과에 반영하여 사용함으로써, 동일한 소닉 노즐을 가지고도 진공공정에 필요한 미소 유량을 높은 정확도를 가지고 측정할 수 있게 해 주는 매우 유용한 효과가 있다. 또한 본 발명에 의하면, 이와 같이 소닉 노즐을 미소 유량 범위에서도 사용할 수 있음으로써 진공산업 분야에서 요구하는 미소 유량 정밀 측정을 구현할 수 있는 효과가 있다.
뿐만 아니라 본 발명에 의하면, 반도체 및 디스플레이 현장에 사용되고 있는 진공 펌프의 배기속도를 현장에서 직접 측정할 수 있어서, 본 발명의 교정 장치에 의해 유출계수가 교정된 소닉 노즐을 사용함으로써, 현장에서도 정확한 측정을 간단하게 진행할 수 있게 되는 큰 효과가 있다. 물론 이를 이용하여 진공 펌프의 배출 성능 측정 시스템 제작 비용도 크게 절감할 수 있는 경제적 효과 또한 크다.
도 1은 정적형 유량계.
도 2는 정적형 유량계의 유량 측정 결과 그래프.
도 3은 소닉 노즐.
도 4는 본 발명의 정적형 유량계를 이용한 소닉 노즐 유출계수 교정 장치.
도 5는 본 발명의 정적형 유량계를 이용한 소닉 노즐 유출계수 교정 방법.
도 6은 교정된 유출계수 값.
도 7은 교정된 유출계수 값을 사용한 소닉 노즐을 이용한 진공 펌프 배기 속도 측정 결과 및 정적법을 이용한 배기 속도 측정 결과 비교 그래프.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 정적형 유량계(Constance Volume Flow Meter, CVFM이라 표기)를 이용한 소닉 노즐 유출계수 교정 장치를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
먼저 기체 유량계에 대하여 간략히 설명한다. 기체 유량은 압력과 더불어 그 자체로 많은 진공 공정에서 중요한 변수로 작용하며, 이에 따라 유량을 정량적으로 제어하기 위해 사용하는 장치인 유량계는 다양한 진공 공정 작업에 필수적인 장치이다. 동적 교정 장치에 의한 압력의 표준, 누설의 표준, 부분압의 표준 등에도 기준 유량계가 필요하며, 진공 펌프의 성능 중에서 중요한 변수인 배기 속도의 측정에도 유량계가 필수 요소이다. 일반적인 건식 진공 펌프의 성능 평가에 필요한 압력 범위가 1×10-3 ? 1×103 mbar (혹은 0.1 Pa ~ 100 kPa) 정도인 바, 유량계에서 측정할 수 있어야 하는 범위가 넓을수록 사용이 용이해질 것임은 물론 당연하다.
도 1은 일반적인 정적형 유량계 시스템을 블록도로 간략하게 도시한 것이다. 유입 유체가 흘러가는 방향에 따라, 유입 유체가 유입되는 방향을 전단, 유입 유체가 배출되는 방향을 후단이라 할 때, 정적형 유량계(11)의 전단에는 유량 차단 밸브(14)가 구비되고, 그 전단에는 유입 유량을 조절하는 유입 조절 밸브(131) 및 미세 유입 조절 밸브(132)가 구비된다. 상기 정적형 유량계(11)의 후단에는 배기 속도를 측정하고자 하는 진공 펌프(55) 등과 같은 측정 대상물이 연결되게 된다. 유량계에서 사용되는 유입 유체는 대개 질소(N2)나 건조 공기 등이다.
Figure pat00008
위 식에서 P2와 T2는 정적형 유량계(도 1의 (11), 도 4의 (11))의 진공 챔버 내부 기체 압력과 온도를 각각 나타낸다. 상기 정적형 유량계(11)에서는 상기 수학식 1에서 dV2/dt=0(부피가 일정한 진공 챔버)으로 유지하면서 압력의 변화율 dP/dt를 측정하여 기체의 유량(throughput)을 측정하는 원리를 사용한다. 이 때, 유량 측정 시 상기 정적형 유량계(11)의 부피를 정확히 알아야 하며, 실제 0.05% 이하의 정밀 부피 측정값을 이용한다. 그리고 교정실 온도는 23 ± 3℃ 이내로 유지한 상태에서만 교정을 수행하기 때문에 챔버의 열팽창 효과는 정적형 유량계의 유입 유량(throughput) Q 측정에 0.01 %이하로 줄일 수 있었다.
도 1에 도시되어 있는 상기 유량 차단 밸브(14), 상기 유입 조절 밸브(131) 및 상기 미세 유입 조절 밸브(132) 등으로 이루어지는 유량 조절 시스템을 사용하여, 상기 정적형 유량계(11)에 주입되는 유량이 일정해지도록 조절할 수 있다. 상기 정적형 유량계(11)로 유량이 일정하게 주입되어야 신뢰성 있는 유량을 측정할 수 있는 바, 유량 조절의 정확도가 확보될 수 있도록 설계되어야 한다. 이 때, 일정한 유량을 흐르게 하기 위해서는 임계압력비(critical pressure ratio, P/Ps)가 일정하도록 조절해야 한다. 그리고 소닉 노즐 교정 시에는 임계압력비가 0.4 이하가 되도록 항상 유지한다.
도 2는 이러한 정적형 유량계의 유량 측정 결과를 나타낸 그래프로, 이 때 정적형 유량계에서 측정되는 유입 유량(throughput) 단위는 mbar-L/s이며, 정적형 유량계의 유량 측정의 오차를 최소화하기 위해 측정 불확도가 적은 CDG(Capacitance diaphragm gauge, PFEIFFER, CMR 27* Series)와 TPG 256A controller를 사용하였으며, 한국표준과학연구원(KRISS)에서 교정한 값을 사용하였다(교정된 CDG들의 측정 불확도가 0.25 % 이하인 것을 선별 사용함). 챔버의 기체를 주입하게 되면 압력이 일정하게 상승하게 되는데 이 압력 상승 구간에 대하여 식 1에 주어진 선형모델의 최소자승법을 이용하여 유입 유량을 매우 정확하게 계산하게 되며, 이 때 R-square값이 1인 것으로 보아 유량이 일정하게 주입되었다는 것을 알 수 있다. 현재 한국표준과학연구원 정적형 유량계의 측정 유량 한계는 10-4 mbar-L/s 수준이다.
상술한 바와 같은 정적형 유량계를 이용하여, 소닉 노즐의 유출계수를 교정하는 원리에 대하여 설명한다. 소닉 노즐은 임계 유동 벤튜리 노즐(Critical Flow Venturi Nozzle)이라고도 칭하는데, 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 유체가 유입되는 측은 일정한 직경을 가지는 유로가 형성되며, 급격하게 유로 직경이 작아지는 구간이 존재하고, 이후로는 배출될 때까지 유로 직경이 일정하게 증가하는 형상으로 형성된다(ISO 9300 규격 참조).
도 4는 본 발명의 정적형 유량계를 이용한 소닉 노즐 유출계수 교정 장치를 간략하게 도시한 것이다. 본 발명의 유출계수 교정 장치(10)는, 유입 유체가 흘러가는 방향에 따라, 유입 유체가 유입되는 방향을 전단, 유입 유체가 배출되는 방향을 후단이라 할 때, 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 정적형 유량계(11); 상기 정적형 유량계(11)의 전단에 구비되는 유량 차단 밸브(14); 상기 정적형 유량계(11)의 후단에 구비되는 흡입 차단 밸브(15); 를 포함하여 이루어져, 상기 유량 차단 밸브(14)의 전단에 상기 소닉 노즐(50)이 연결되고, 상기 흡입 차단 밸브(15)의 후단에 진공 펌프(55)가 연결되며, 상기 소닉 노즐(50)의 전단에 유입 조절 밸브(131) 및 미세 유입 조절 밸브(132)가 병렬 구비되어 상기 소닉 노즐(50)로 유입되는 유입 유체의 유량이 조절된다. 이 때, 상기 소닉 노즐(50) 전단 압력이 일정 압력 이하로 낮아지게 되면 후단부와 압력차가 적게 되어 노즐 목에서 초크가 발생하지 않으므로, 이를 방지하기 위해 상기 진공 펌프(55)가 구비된다.
이 때, 상기 유출계수 교정 장치(10)에서는, 상기 유입 조절 밸브(131) 및 상기 미세 유입 조절 밸브(132)의 전단인 제0측정점(ⓞ)에 구비된 유입 압력 측정부(120)에 의해 측정된 압력(Ps) 값과, 상기 소닉 노즐(50)의 전단인 제1측정점(①)에 구비된 전단 압력/온도 측정부(121)에 의해 측정된 압력 및 온도 값(P1, T1)과, 상기 정적형 유량계(11) 챔버 내인 제2측정점(②)에 구비된 챔버 내 압력/온도 측정부(122)에 의해 측정된 압력 및 온도(P2, T2) 값을 사용하여 상기 소닉 노즐(50)의 유출계수 교정 값을 사용하여 상기 소닉 노즐(50)의 유출계수 교정 값을 산출하게 된다(계산과정은 상기 수학식 1부터 하기의 수학식 3 참조). 상기 유입 압력 측정부(120), 상기 전단 압력/온도 측정부(121) 및 상기 챔버 내 압력/온도 측정부(122)에는 각각 압력 및 온도를 측정할 수 있는 센서가 구비되도록 하면 되며, 이들은 널리 공지되어 있는 정밀급 압력 센서 및 온도 센서 등을 사용하여 구현할 수 있다.
이하에서 유출계수 교정값의 산출에 대하여 보다 구체적으로 상세하게 설명한다.
Figure pat00009
상기 정적형 유량계(11)로부터 측정된 유입 유량(throughput) Q로부터 상기 소닉 노즐(50)을 통과하는 질량 유속 Qm은 상기 수학식 2로부터 계산된다. 유입 유량 측정 시 상기 정적형 유량계(11)의 진공 챔버 내 기체 온도 변화는 유입 유량 Q 측정에 영향을 미치는 인자이기 때문에 측정 시 챔버 내 기체의 상대 온도 변화율 (△T2/T2)을 0.2% 이하로 항시 유지하였을 뿐 아니라 유입 유량 Q 환산 시 챔버 내 기체의 온도 T2와 압력 P2를 측정하여 기체 상태 방정식을 이용하여 그 영향을 상기 수학식 2에 표기된 바와 같이 측정 시간에 대한 압력과 온도의 시간 변화율을 부수적으로 계산하며 이들의 결과를 이용하여 정량적으로 보상한다. 온도 변화율이 매우 적을 경우 상기 수학식 2의 우변 끝 근사항을 이용할 수도 있다.
상기 정적형 유량계(11)로부터 얻어지는 질량 유속 Qm로부터 하기의 수학식 3을 사용하여 상기 소닉 노즐(50)의 유출계수 교정 값을 산출하게 된다.
Figure pat00010
상기 수학식 3에서 Cd : 상기 소닉 노즐(50)의 유출계수, Qm : 소닉 노즐을 통과하는 질량 유속(mass flow rate), A : 상기 소닉 노즐(50)의 목 단면적, C* : 임계 유동 함수(critical flow function), P1 : 노즐 전단 압력, T1 : 노즐 전단 절대 온도, R : 기체상수이다.
이하에서, 상술한 바와 같은 본 발명의 유출계수 교정 장치를 사용한 유출계수 교정 방법의 상세한 단계에 대하여 설명한다. 도 5는 본 발명의 정적형 유량계를 이용한 소닉 노즐 유출계수 교정 방법의 흐름도를 도시한 것이다.
먼저, 도 4에 도시된 바와 같은 본 발명의 교정 장치에서, a) 상기 유입 조절 밸브(131) 및 상기 미세 유입 조절 밸브(132)의 개방 정도에 의하여 상기 정적형 유량계(11) 챔버 내 압력(P2) 값이 사용자가 원하는 수준으로 설정된다(S01). 이 때 사용자가 원하는 수준이란 말 그대로 사용자 임의대로 결정될 수 있는 것으로서 특별한 한정은 없다.
이후, b) 상기 전단 압력/온도 측정부(121)에 의해 측정된 상기 소닉 노즐(50)의 전단인 제1측정점(①)의 압력 및 온도(P1, T1) 값과, 상기 챔버 내 압력/온도 측정부(122)에 의해 측정된 상기 정적형 유량계(11) 챔버 내인 제2측정점(②)의 압력 및 온도(P2, T2) 값이 정상 상태(steady state)를 유지하는지 확인된다(S02). 이 때, 정상 상태를 유지한다고 판단되면(S02-Yes) 임계 압력비(critical pressure ratio, P1/Ps) 값이 소정 수준 이하인지 확인된다(S021)(이 때, Ps 값은 상기 유입 압력 측정부(120)에서 측정된 상기 유입 조절 밸브(131) 및 상기 미세 유입 조절 밸브(132)의 전단인 제0측정점(ⓞ)의 압력 값). 여기에서, 임계 압력비(P1/Ps) 값의 수준은 0.4 이하의 값인 것이 바람직하다. 상기 입계 압력비 값이 0.4를 넘어서면 정상 상태를 벗어나게(unstable) 되나, 상기 임계 압력비 값이 0.4 이하이기만 하자면 정상 상태가 유지된다. 보다 구체적으로 설명하자면, 상기 임계 압력비 값이 0.3이나 0.1이 되어도 무방하며, 또는 10-3, 10-4 정도의 값이 될 수도 있는 등, 상기 임계 압력비 값은 0.4 이하에서 자유롭게 설정될 수 있다.
이와 같이 상기 b) 단계에서 입계 압력비 값이 소정 수준 이하임이 확인되면(S021-Yes) c) 상기 흡입 차단 밸브(15)가 폐쇄된다(S03).
이후, d) 제2측정점(②)의 압력(P2) 값이 상기 a) 단계에서의 값의 소정 배수가 될 때까지 제1측정점(①)의 압력 및 온도(P1, T1) 값과 제2측정점(②)의 압력 및 온도(P2, T2) 값이 기록되게 된다. 이 때, 제2측정점(②)의 압력(P2) 값이 상기 a) 단계에서의 값의 소정 배수에 도달하면 상기 흡입 차단 밸브(15)가 개방되며(S04), 기록은 완료된다. 실험적으로 상기 d) 단계에서 챔버 내 압력(즉, 제2측정점(②)의 압력(P2))의 측정 시작 시점에서의 기록 값(즉, 상기 a) 단계에서의 기록 값)과 측정 종료 시점에서의 기록 값(즉, 상기 d) 단계에서 상기 흡입 차단 밸브(15)가 개방되기 직전의 기록 값)의 비는 1 내지 10 범위 내의 값인 것이 바람직함이 확인되었다.
이후, e) 상기 d) 단계에서 기록된 물리량(P1, T1, P2, T2) 값들이 사용되어, 상기 정적형 유량계(11) 챔버 내의 시간에 대한 압력 상승률(dP2/dt) 값 및 이에 따른 유입 유량(throughput, Q) 값이 산출된다(S05). 이 때, 상기 e) 단계에서는 하기의 식(수학식 1)을 사용하여 Q 값이 산출되도록 한다.
Figure pat00011
(이 때, P2 : 상기 정적형 유량계(11) 챔버 내 압력, T2 : 상기 정적형 유량계(11) 챔버 내 온도, V2 : 상기 정적형 유량계(11) 챔버 부피)
이 때, 상기 정적형 유량계(11) 챔버 내의 온도는 이상적으로는 변화하지 않고 유지되어야 하는데, 챔버의 크기가 충분히 클 경우 이러한 온도 조건이 쉽게 만족되나 챔버의 크기가 작을 경우 온도가 변화할 수 있다. 상기 수학식 1은 온도가 불변이라는 가정 하에 Q를 산출하는 식으로서, 온도가 변화할 경우 이를 보정해 줄 필요가 있다. 이 경우, 하기의 e1) 및 e2) 단계를 더 거치게 된다.
먼저, e1) 상기 d) 단계에서 기록된 물리량(P1, T1, P2, T2) 값들이 사용되어, 상기 정적형 유량계(11) 챔버 내인 제2측정점(②)의 시간에 대한 압력 상승률(dP2/dt) 값, 상기 정적형 유량계(11) 챔버 내인 제2측정점(②)의 시간에 대한 온도 상승률(dT2/dt) 값이 산출되며, 상대적 온도 변화율((dT2/dt)/T2) 대 상대적 압력 변화율((dP2/dt)/P2)의 비 값이 산출되어, 상대적 온도 변화율/상대적 압력 변화율의 비 값이 소정 한계 이하인지 확인되고(S051),
e2) 상기 e1) 단계에서 상대적 온도 변화율/상대적 압력 변화율의 비 값이 소정 한계 이하이면(S051-Yes) 상기 e) 단계로 넘어가서 Q 값이 산출되고, 그렇지 않으면(S051-No) 하기의 식(수학식 2)에 의하여 시간에 대한 온도 상승률(dT2/dt) 값이 보상된 후(S052) 상기 e) 단계로 넘어가서 Q 값이 산출된다. 이 때, 상기 e2) 단계에서의 소정 한계는 0.05% 내지 0.1% 범위 내의 값인 것이 바람직하며, 상기 e2) 단계에서의 소정 한계는 0.1%인 것이 가장 바람직하다.
Figure pat00012
상기 d) 단계에서 기록된 물리량 값들을 이용하여 이후의 다른 물리량들(궁극적으로 유출계수)이 산출되므로, 이 단계에서 기록되는 물리량 값이 올바른 상태에서 측정 및 기록되고 있는지를 확인하는 것은 중요하다. 따라서 f) 상기 d) 단계에서 기록된 물리량(P1, T1, P2, T2) 값들이 사용되어, 상기 d) 단계에서 상기 소닉 노즐(50) 전단인 제1측정점(①)의 압력 및 온도(P1, T1) 값의 정상 상태가 유지되었는지 확인되는 단계(S06)가 수행되게 된다. 이 때, 상기 f) 단계에서의 정상 상태 유지 판단 기준은 상기 소닉 노즐(50) 전단인 제1측정점(①)의 시간에 대한 압력 상승률(dP1/dt) 및 상기 소닉 노즐(50) 전단인 제1측정점(①)의 시간에 대한 온도 상승률(dT1/dt) 값이 각각 0.05% 이하인지의 여부가 된다. 즉 각각의 값이 0.05% 이하이면 정상상태로 판단하고, 그렇지 않으면 실험을 리셋하여 다시 수행한다.
g) 상기 f) 단계에서 정상 상태가 유지되었음이 확인되면(S07-Yes), 상기 d) 단계에서 기록된 물리량(P1, T1, P2, T2) 값들 및 상기 e) 단계에서 산출된 물리량(dP2/dt, Q) 값들을 포함한 물리량 값들이 사용되어 상기 소닉 노즐(50) 전단의 질량 유속(Qm) 값이 산출된다(S07). 이 때, 상기 g) 단계에서는 하기의 식(수학식 2)을 사용하여 Qm 값이 산출되도록 한다.
Figure pat00013
마지막으로, h) 상기 d) 단계에서 기록된 물리량(P1, T1, P2, T2) 값들 및 상기 g) 단계에서 산출된 질량 유속(Qm) 값들을 포함한 물리량 값들이 사용되어 상기 소닉 노즐(50)의 유출계수(Cd) 교정 값이 산출된다(S08). 이 때, 상기 h) 단계에서는 하기의 식(수학식 3)을 사용하여 Cd 값이 산출되도록 한다.
Figure pat00014
(이 때, Cd : 상기 소닉 노즐(50)의 유출계수, A : 상기 소닉 노즐(50)의 목 단면적, Qm : 정적형 유량계(11)의 챔버 내 압력/온도 측정부(122)에 의해 측정된 압력 및 온도 값으로부터 산출된 질량 유속(mass flow rate), C* : 임계 유동 함수(critical flow function), P1 : 상기 소닉 노즐(50) 전단 압력, T1 : 상기 소닉 노즐(50) 전단 온도, R : 기체상수)
본 출원인은 상술한 바와 같은 본 발명의 유출계수 교정 장치를 사용하여 실제 소닉 노즐의 유출계수 교정 값을 산출 과정에 대한 유효성을 검증하고자 실제 실험을 수행하였다. 본 실험에서 사용한 소닉 노즐(Critical Flow Venturi Nozzles)은 ISO 9300 규격에서 제시하는 사양에 맞추어 도 3과 같이 제작하였다. 소닉 노즐의 목 직경은 resolution 0.001㎜, accuracy 0.002L/1000㎛인 광학 현미경으로 5회 측정하여 그 평균값을 공칭 목 직경으로 하였다. 또한, 각 소닉 노즐은 한국표준과학연구원에 있는 가스 유동 교정 시스템에서 교정하였으며, 교정된 소닉 노즐의 전단 압력 범위는 2?6 bar ( 100 ~ 600 kPa)로 한정되어 있었으며, 일반 진공 압력 범위인 10-3 mbar ~ 1 bar (0.1 Pa ~ 100 kPa)의 소닉 노즐 유출계수의 교정은 아직 구축되어 있지 않고 있는 실정이다.
상기 정적형 유량계(11)는 도 1을 참조하여 설명된 것과 동일한 한국표준과학연구원에 설치되어 있는 정적형 유량계가 사용되었으며, 본 실험에 사용된 상기 진공 펌프(55)의 공칭 배기 용량은 15 m3/h 이였다. 또한, 상기 소닉 노즐(50)의 전단 압력은 Ruska 6220(accuracy 0.0205% F.S,)로 측정하였으며, 온도는 백금 저항 온도계(100Ω, accuracy ±0.075%)로 측정하였다. 시스템에 사용된 계측기 및 온도계는 한국표준과학연구원에서 교정한 값을 사용하였다.
상기 소닉 노즐(50)의 목에서 초크 현상이 유발하도록 임계압력비(critical pressure ratio, P/Ps)가 0.4 이하가 되도록 항상 유지한 채 상기 소닉 노즐(50)을 교정한 유출계수 교정값은 도 6과 같이 나타났다. 도 6(A)는 노즐 목 직경이 0.03mm인 경우, 도 6(B)는 노즐 목 직경이 0.2mm인 경우를 각각 도시하고 있다. 즉 본 발명의 유출계수 교정 장치(10)를 이용함으로써, 도 6에 도시된 바와 같이 소닉 노즐의 전단 압력이 진공 영역 또는 낮은 레이놀즈(Re) 수에서도 노즐의 유출계수를 교정할 수 있게 되었다. 이를 유량 측정 범위로 나타내면 약 0.6 ? 2,050 cc/min정도이며, 유동 조건을 나타내는 레이놀즈 수는 26 ? 8,500 범위였다.
이와 같이 교정된 유출계수 Cd 값의 신뢰성을 확보하기 위하여 한국표준과학연구원의 기준 유동(reference flow) 장치에서 교정된 2?4 bar에서의 유출계수 Cd 값과 정적형 유량계를 이용하여 구한 시험 결과(tested result)를 표 1에 각각 나타내었다. 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 0.03mm 직경을 갖는 소닉 노즐의 경우 1.35% 오차, 0.2mm인 경우 -2.64% 오차를 보였으며, 낮은 유량 범위에서 3% 미만의 오차로 소급성을 확보하였음을 확인할 수 있다.
Figure pat00015
도 7은 교정된 유출계수 값을 사용한 소닉 노즐을 이용한 진공 펌프 배기 속도 측정 결과(CFVN으로 표시됨) 및 정적법을 이용한 배기 속도 측정 결과(CVFM으로 표시됨) 비교 그래프이다. 배기속도 측정은 0.2 ? 10 mbar 범위에서 측정을 하였는데, 배기속도 비교 결과 거의 모든 영역에서 1% 이내로 매우 잘 일치함이 확인되었다.
상술한 바와 같이 기준 유동 장치가 수행할 수 있는 소닉 노즐의 전단 압력범위가 2 ~ 10 bar로 한정되어 일반 진공 영역에서 사용하고자 하는 소닉 노즐의 교정을 할 수 없는 문제가 있었다. 그러나 본 발명에서는 소닉 노즐의 전단 압력이 상술한 조건에서보다 낮은 압력 상태에서도 소닉 노즐 유출계수의 교정값을 구할 수 있도록 함으로써, 진공 영역에까지 소닉 노즐의 사용 범위를 보다 확대할 수 있었다는 점을 실험적으로 확인할 수 있었다.
즉, 본 발명의 유출계수 교정 장치에 의해 소닉 노즐의 유출계수 교정 값이 산출됨으로써, 넓은 진공 영역의 유량 범위에서 소닉 노즐의 사용이 가능하게 되며, 특히 미세 유량 측정에서도 소닉 노즐을 사용할 수 있게 된다. 따라서 본 발명에 의하면 진공 산업 분야에서 요구되는 진공 조건에서의 미세 유량 정밀 측정 기술로 향후 반도체 및 평판 디스플레이 공정에 많은 활용도를 제공할 것으로 기대된다. 또한 정적형 유량계를 사용한 진공 펌프의 배기 속도 측정 시 대용량의 챔버 없이도 정확한 유량 측정을 할 수 있게 되었으며, 현장에서 사용되는 정밀도가 낮은 MFC를 대체하여 정확한 배기 속도 측정을 할 수 있을 것으로 기대된다.
본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
10: (본 발명의) 유출계수 교정 장치
11: 정적형 유량계 120: 유입 압력 측정부
121: 전단 압력/온도 측정부 122: 챔버 내 압력/온도 측정부
131: 유입 조절 밸브 132: 미세 유입 조절 밸브
14: 유량 차단 밸브 15: 흡입 차단 밸브
ⓞ: 제0측정점
①: 제1측정점 ②: 제2측정점
50: 소닉 노즐 55: 진공 펌프

Claims (9)

  1. 소닉 노즐(50)의 유출계수 교정 값을 산출하는 유출계수 교정 장치(10)에 있어서, 유입 유체가 흘러가는 방향에 따라, 유입 유체가 유입되는 방향을 전단, 유입 유체가 배출되는 방향을 후단이라 할 때,
    정적형 유량계(11);
    상기 정적형 유량계(11)의 전단에 구비되는 유량 차단 밸브(14);
    상기 정적형 유량계(11)의 후단에 구비되는 흡입 차단 밸브(15);
    를 포함하여 이루어져, 상기 유량 차단 밸브(14)의 전단에 상기 소닉 노즐(50)이 연결되고, 상기 흡입 차단 밸브(15)의 후단에 진공 펌프(55)가 연결되며,
    상기 소닉 노즐(50)의 전단에 유입 조절 밸브(131) 및 미세 유입 조절 밸브(132)가 병렬 구비되어 상기 소닉 노즐(50)로 유입되는 유입 유체의 유량이 조절되되,
    상기 유입 조절 밸브(131) 및 상기 미세 유입 조절 밸브(132)의 전단인 제0측정점(ⓞ)에 구비된 유입 압력 측정부(120)에 의해 측정된 압력(Ps) 값과, 상기 소닉 노즐(50)의 전단인 제1측정점(①)에 구비된 전단 압력/온도 측정부(121)에 의해 측정된 압력 및 온도 값(P1, T1)과, 상기 정적형 유량계(11) 챔버 내인 제2측정점(②)에 구비된 챔버 내 압력/온도 측정부(122)에 의해 측정된 압력 및 온도(P2, T2) 값을 사용하여 상기 소닉 노즐(50)의 유출계수 교정 값을 산출하는 것을 특징으로 하는 정적형 유량계를 이용한 소닉 노즐 유출계수 교정 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 유출계수 교정 장치(10)는
    하기의 수학식을 사용하여 유출계수 교정 값을 산출하는 것을 특징으로 하는 정적형 유량계를 이용한 소닉 노즐 유출계수 교정 장치.
    Figure pat00016

    (이 때, Cd : 상기 소닉 노즐(50)의 유출계수, A : 상기 소닉 노즐(50)의 목 단면적, Qm : 정적형 유량계(11)의 챔버 내 압력/온도 측정부(122)에 의해 측정된 압력 및 온도 값으로부터 산출된 질량 유속(mass flow rate), C* : 임계 유동 함수(critical flow function), P1 : 상기 소닉 노즐(50) 전단 압력, T1 : 상기 소닉 노즐(50) 전단 온도, R : 기체상수이며,
    P2 : 상기 정적형 유량계(11) 챔버 내 압력, T2 : 상기 정적형 유량계(11) 챔버 내 온도, V2 : 상기 정적형 유량계(11) 챔버 부피일 때, 상기 Qm 값은 하기의 식에 의해 산출됨)
    Figure pat00017

    Figure pat00018

  3. 제 1항에 의한 소닉 노즐 유출계수 교정 장치를 사용한 소닉 노즐 유출계수 교정 방법에 있어서,
    a) 상기 유입 조절 밸브(131) 및 상기 미세 유입 조절 밸브(132)의 개방 정도에 의하여 상기 정적형 유량계(11) 챔버 내 압력(P2) 값이 사용자가 원하는 수준으로 설정되는 단계(S01);
    b) 상기 전단 압력/온도 측정부(121)에 의해 측정된 상기 소닉 노즐(50)의 전단인 제1측정점(①)의 압력 및 온도(P1, T1) 값과, 상기 챔버 내 압력/온도 측정부(122)에 의해 측정된 상기 정적형 유량계(11) 챔버 내인 제2측정점(②)의 압력 및 온도(P2, T2) 값이 정상 상태(steady state)를 유지하는지 확인되되(S02), 정상 상태를 유지한다고 판단되면(S02-Yes) 임계 압력비(critical pressure ratio, P1/Ps) 값이 소정 수준 이하인지 확인되는 단계(S021)(이 때, Ps 값은 상기 유입 압력 측정부(120)에서 측정된 상기 유입 조절 밸브(131) 및 상기 미세 유입 조절 밸브(132)의 전단인 제0측정점(ⓞ)의 압력 값);
    c) 상기 b) 단계에서 입계 압력비 값이 소정 수준 이하임이 확인되면(S021-Yes) 상기 흡입 차단 밸브(15)가 폐쇄되는 단계(S03);
    d) 제2측정점(②)의 압력(P2) 값이 상기 a) 단계에서의 값의 소정 배수가 될 때까지 제1측정점(①)의 압력 및 온도(P1, T1) 값과 제2측정점(②)의 압력 및 온도(P2, T2) 값이 기록되고, 제2측정점(②)의 압력(P2) 값이 상기 a) 단계에서의 값의 소정 배수에 도달하면 상기 흡입 차단 밸브(15)가 개방되는 단계(S04);
    e) 상기 d) 단계에서 기록된 물리량(P1, T1, P2, T2) 값들이 사용되어, 상기 정적형 유량계(11) 챔버 내의 시간에 대한 압력 상승률(dP2/dt) 값 및 이에 따른 유입 유량(throughput, Q) 값이 산출되는 단계(S05);
    f) 상기 d) 단계에서 기록된 물리량(P1, T1, P2, T2) 값들이 사용되어, 상기 d) 단계에서 상기 소닉 노즐(50) 전단인 제1측정점(①)의 압력 및 온도(P1, T1) 값의 정상 상태가 유지되었는지 확인되는 단계(S06);
    g) 상기 f) 단계에서 정상 상태가 유지되었음이 확인되면(S07-Yes), 상기 d) 단계에서 기록된 물리량(P1, T1, P2, T2) 값들 및 상기 e) 단계에서 산출된 물리량(dP2/dt, Q) 값들을 포함한 물리량 값들이 사용되어 상기 소닉 노즐(50) 전단의 질량 유속(Qm) 값이 산출되는 단계(S07);
    h) 상기 d) 단계에서 기록된 물리량(P1, T1, P2, T2) 값들 및 상기 g) 단계에서 산출된 질량 유속(Qm) 값들을 포함한 물리량 값들이 사용되어 상기 소닉 노즐(50)의 유출계수(Cd) 교정 값이 산출되는 단계(S08);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 정적형 유량계를 이용한 소닉 노즐 유출계수 교정 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 소닉 노즐 유출계수 교정 방법은
    상기 e) 단계에서는 하기의 식을 사용하여 Q 값이 산출되고,
    Figure pat00019

    (이 때, P2 : 상기 정적형 유량계(11) 챔버 내 압력, T2 : 상기 정적형 유량계(11) 챔버 내 온도, V2 : 상기 정적형 유량계(11) 챔버 부피)
    상기 g) 단계에서는 하기의 식을 사용하여 Qm 값이 산출되고,
    Figure pat00020

    상기 h) 단계에서는 하기의 식을 사용하여 Cd 값이 산출되는 것을 특징으로 하는 정적형 유량계를 이용한 소닉 노즐 유출계수 교정 방법.
    Figure pat00021

    (이 때, Cd : 상기 소닉 노즐(50)의 유출계수, A : 상기 소닉 노즐(50)의 목 단면적, Qm : 정적형 유량계(11)의 챔버 내 압력/온도 측정부(122)에 의해 측정된 압력 및 온도 값으로부터 산출된 질량 유속(mass flow rate), C* : 임계 유동 함수(critical flow function), P1 : 상기 소닉 노즐(50) 전단 압력, T1 : 상기 소닉 노즐(50) 전단 온도, R : 기체상수)
  5. 제 3항에 있어서, 상기 b) 및 c) 단계에서의 임계 압력비(P1/Ps) 값의 소정 수준은
    0.4 이하의 값인 것을 특징으로 하는 정적형 유량계를 이용한 소닉 노즐 유출계수 교정 방법.
  6. 제 3항에 있어서, 상기 d) 단계에서
    챔버 내 압력의 측정 시작 시점에서의 기록 값과 측정 종료 시점에서의 기록 값의 비는 1 내지 10 범위 내의 값인 것을 특징으로 하는 정적형 유량계를 이용한 소닉 노즐 유출계수 교정 방법.
  7. 제 3항에 있어서, 상기 f) 단계에서의 정상 상태 유지 판단 기준은
    상기 소닉 노즐(50) 전단인 제1측정점(①)의 시간에 대한 압력 상승률(dP1/dt) 및 상기 소닉 노즐(50) 전단인 제1측정점(①)의 시간에 대한 온도 상승률(dT1/dt) 값이
    각각 0.05% 이하인지의 여부인 것을 특징으로 하는 정적형 유량계를 이용한 소닉 노즐 유출계수 교정 방법.
  8. 제 3항에 있어서, 상기 소닉 노즐 유출계수 교정 방법은
    상기 d) 단계와 상기 e) 단계 사이에
    e1) 상기 d) 단계에서 기록된 물리량(P1, T1, P2, T2) 값들이 사용되어, 상기 정적형 유량계(11) 챔버 내인 제2측정점(②)의 시간에 대한 압력 상승률(dP2/dt) 값, 상기 정적형 유량계(11) 챔버 내인 제2측정점(②)의 시간에 대한 온도 상승률(dT2/dt) 값이 산출되며, 상대적 온도 변화율((dT2/dt)/T2) 대 상대적 압력 변화율((dP2/dt)/P2)의 비 값이 산출되어, 상대적 온도 변화율/상대적 압력 변화율의 비 값이 소정 한계 이하인지 확인되는 단계(S051);
    e2) 상기 e1) 단계에서 상대적 온도 변화율/상대적 압력 변화율의 비 값이 소정 한계 이하이면(S051-Yes) 상기 e) 단계로 넘어가서 Q 값이 산출되고, 그렇지 않으면(S051-No) 하기의 식에 의하여 시간에 대한 온도 상승률(dT2/dt) 값이 보상된 후(S052) 상기 e) 단계로 넘어가서 Q 값이 산출되는 단계;
    Figure pat00022

    를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 정적형 유량계를 이용한 소닉 노즐 유출계수 교정 방법.
  9. 제 7항에 있어서, 상기 e2) 단계에서의 소정 한계는
    0.05% 내지 0.1% 범위 내의 값인 것을 특징으로 하는 정적형 유량계를 이용한 소닉 노즐 유출계수 교정 방법.
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