질량 유량 컨트롤러/미터 > 계측기 및 자동화 제어기기

기체의 유량계에는 크게 나누어 체적 유량계와 질량 유량계가 있습니다. 체적 유량계에는 면적식 유량계, 용적식 유량계, 차압식 유량계 등이 있으며, 질량 유량계에는 코리올리식 유량계, 와류식 유량계, 열식 유량계 등이 있습니다. <KOFLOC>의 기계적 유량계는 체적식 유량계 중 면적식 유량계로 분류되며, 질량 유량 컨트롤러(MFC)와 질량 유량계(MFM)는 질량 유량계 중 열식 유량계로 분류됩니다. 체적 유량계와 질량 유량계의 차이를 간단한 예를 들어 설명합니다. 체적 유량계의 대부분은 그림 1과 같이 유량계 각부를 대기 개방하는 상태, 즉 유량계 내부에 압력이 가해지지 않는 상태에서 사용합니다. 여기에 압력이 걸리면 대기 개방으로 교정된 체적 유량계는 올바른 유량을 표시하지 않게 되어 판독값에 대한 보정 계산이 필요합니다. 특히 돌 켄막 유량계, 건식·습식 가스 미터 등에서는 미소한 저항이기도 하면 크게 영향을 받기 때문에, 원칙 대기 개방으로 사용합니다. <KOFLOC>의 유량계(면적식 유량계)도 같고 압력이 크게 변동하거나 가스 온도가 바뀌거나 가스 밀도가 변화하면 정확한 지시를 할 수 없기 때문에 압력, 온도 조건을 미리 일정하게 결정해 두거나 혹은 판독값에 각 팩터의 보정 계산을 실시할 필요가 생깁니다. 대조적으로 질량 유량계는 문자가 나타내는대로 유량을 무게로 감지하므로 유체가 압축되거나 밀도가 변한 상태에서도 같은 상태를 정의할 수 있습니다. 가스를 질량으로 검지하면, 상기 플로우에서도 그림 2와 같은 가압 상태에서도 동일한 지시를 얻을 수 있으므로, 사실상, 모든 플로우 시트의 어느 곳에나 설치할 수 있어 매우 편리하기 때문에, 유량의 판독 값에 오차가 적은 시스템을 조립할 수 있습니다.

<KOFLOC>의 질량 유량 컨트롤러/미터에 사용되는 유량 센서는 일반적으로 열 유량 센서라고 합니다. 그 검출 원리를 이하에 기재합니다. 센서부인 모세관(그림 3)에는 저항 온도 계수가 큰 저항체를 상류측(Rus), 하류측(Rds)에 각각 감아 붙여 있습니다. 이것에 전류를 흘리면 두 저항이 발열합니다. 이때 모세관 내부에 유체가 흐르지 않는 상태라면 상류, 하류 모두 같은 온도에서 균형을 이룹니다. (그림 3 그래프의 실선, 유량 제로=매스 플로우 컨트롤러/미터로 일반적으로 말하는 제로점의 위치가 됩니다.) 이 상태에서 유체가 흐르기 시작하면 온도 분포가 그림 3 그래프의 파선과 같이 변화합니다. 합니다. 이 때 상류측은 유체에 의해 열을 빼앗겨, 반대로 하류측에는 상류측에서 빼앗긴 열이 받게 됩니다. 즉, 상류와 하류 사이에 온도차(ΔT)가 생기는 것입니다. 이 온도차(ΔT)가 유체의 질량 유량에 대하여 함수 관계임에 주목하고, 각각의 저항값의 변화를 전기 신호로서 취하여 증폭, 보정함으로써, 어느 조건하에서 질량 유량을 측정할 수 있는 열식 질량 유량계로서 기능하는 것입니다. 이것은 질량 유량계(그림 4)입니다. 또한 매스 플로우 컨트롤러(그림 5)에서는 센서부로부터 출력된 유량 신호를 기초로 외부로부터의 유량 설정 신호와의 비교 제어로 솔레노이드 액추에이터에 의해 유량 제어 밸브의 개도를 제어함으로써 온도, 압력 등의 여러 조건이 변화해도 거의 영향을 받지 않는 안정된 질량 유량 제어를 할 수 있습니다.

질량 유량계인 매스 플로우 컨트롤러/미터는 전술한 바와 같이 압력, 온도에 관계없이 질량 유량을 계측하는 것입니다만, 질량으로 유량을 나타내면 g/min, kg/min 등, 일반적인 유체 계측 에서 사용되는 단위에 익숙하지 않은 것이 되므로, 기준 압력, 온도를 정한 조건에서의 체적 유량으로 나타내는 것이 일반적입니다. 현재는 SI단위계에 준하여 Pa·㎥/s라고 하는 단위를 이용합니다만, 일반적으로 옛부터 매스플로우 컨트롤러/미터로 이용되고 있던 단위 SCCM, SLM이, 아직 주류로서 취급됩니다. 본단위의 정의에 관해서, <KOFLOC>에서는, 1998년 10월부터 SEMI standard에 의한 정의를 매스 플로우 컨트롤러/미터에 관한 표준 단위로서 채용하고 있습니다. SCCM은 Standard Cubic Centimeter per Minute의 약어로 0℃ 대기압 상태에서의 cc/min, SLM은 Standard Liter per Minute의 약어로 같은 조건의 L/min으로 환산한 값입니다. 또한 반도체 관련 이외의 업계에서는 SCCM, SLM을 20℃ 대기압 상태, NCCM, NLM을 0℃ 대기압 상태로 정의하는 등 업계에 따릅니다. 그 때문에, 폐사 매스 플로우 컨트롤러/미터의 유량 표기에 관해서는, 예를 들면 SCCM(0℃, 1atm), NLM(0℃, 1atm)등의 기준 온도·압력을 병기해 제품 주문시에 지정해 주십시오.

열 센서는 원칙적으로 실제 가스 교정된 센서만 정확하게 보장할 수 있습니다. 현재 당사에서 실제 가스로 교정이 가능한 것은 N₂, Air, O₂, H₂, He, CO₂, Ar입니다. 그 밖의 가스에 관해서는 N₂에 대한 일정한 변환 계수 = 변환 팩터(CF)를 이용하여 N₂ 또는 Air에서 교정합니다. 예를 들어, N₂ 사양의 매스플로우 컨트롤러/미터를 사용하여 Ar을 흘렸을 경우, Ar의 CF를 1.4로 하면 매스플로우 컨트롤러/미터의 지시값보다 실제로는 1.4배 더 흐릅니다. 즉 Ar 유량 = 1.4 × N₂ 매스 플로우 컨트롤러 / 미터의 지시 값이됩니다. CF는 계산상 혹은 실가스 측정에 의한 데이터의 축적으로 여러가지 가스에 대해 내고 있습니다만, 실제 가스의 상태(온도, 압력), 매스 플로우 컨트롤러/미터의 센서 방식, 바이패스(층류 소자)의 조합에 의해, 하나의 가스에서도 편차가 있거나, 복수 존재하거나 하는 일도 있습니다. CF는 어디까지나 기준으로서 생각해 주셨으면 합니다. CF를 이용하지 않고 어디까지나 실가스에서의 교정을 희망하시는 경우는, 실가스를 제공해 주시는 형태를 취해 주셔 교정을 실시합니다. 그 때문에 별도 실 가스 교정 요금이 필요합니다. 단, 일부 위험 가스에 대해서는 제품, 설비 등의 관련으로 희망에 부합하지 않는 경우도 있으므로 사전에 당사까지 확인해 주십시오.

본 카탈로그의 매스 플로우 컨트롤러 / 미터의 사양 표기에 대해서는, 기본적으로 SEMI standard에 준하고 있습니다. 이하 대표적인 사양의 정의를 설명합니다.

【1】정밀도

±○%FS(풀 스케일)라고 하는 형태로 표시하고 있습니다. 이 값은 당사 기준 유량계에 대한 교정 기준으로 한 가스(N₂ 등)에서의 오차의 풀 스케일 값에 대한 %값입니다. 따라서, 예를 들면 풀 스케일 50SCCM의 레인지의 경우, 정밀도가 ±1%이면, 50×(1/100)=±0.5SCCM의 「불확도」로 당사 기준 유량에 대해서 보증된다는 것이 됩니다 합니다. 한편, ±○%SP(세트 포인트)라고 하는 형태로 표기하는 경우도 있습니다. 이 경우는 설정한 유량값에 대한 %값이 됩니다.

【2】재현성

지정의 동작 조건으로 지정의 기간에 걸쳐, 상하 양방향으로부터 설정한 어느 설정치에 있어서, 반복된 설정치가 근사하는 정도입니다.

【3】응답성

유량 제로로부터 제어를 개시하고, 매스 플로우 컨트롤러의 출력이 풀 스케일 98%로 안정되는 시간으로 나타냅니다. 100%는 점근선형인 경우 해석하기 어려우므로 보통 이와 같이 표기합니다.

※사양표의 유량, 응답성, 정밀도, 동작차압 등의 항목에 대해서는 N₂ 또는 Air에서의 사양이 되는 것을 양해 바랍니다.

<KOFLOC>에서는, 1999년부터 배선 절약 대응으로서 각종 전기 배선 접합의 표준화에 임하고 있습니다. 현재 20SLM 이하의 소유량 매스플로우 컨트롤러/미터는 (특수・콤팩트 모델을 들여다본다) D-sub9 핀의 KFC standard 규격에 통일되어 있습니다(그림 6). 대응 완료 제품은 본 카탈로그 사양란에 KFC standard라고 표기하고 있습니다. 그 이외의 커넥터 규격의 제품은 개별 매스플로우 컨트롤러/미터의 페이지에서 배선을 소개하고 있습니다만, 자세한 것은 제품 취급 설명서를 참조해 주십시오.

그림 6 KFC standard

본체 커넥터… D-sub9 핀 수컷(M2.6 쇼트 스크류)
적합 커넥터…

※ 매스 플로우 미터의 경우 핀 번호 1, 6, 8, 9는 NC입니다.
※ 핀 번호 9는 기종에 따라 다릅니다.