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기획특집 <특집: 매스플로우 컨트롤러의 최신 동향>MEMS 코리올리식 매스플로우 컨트롤러

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작성자 댓글 0건 조회 161회 작성일 20-06-09 14:30

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사진 1. mini CORI-FLOWML120(왼쪽)M12 

 

서론: 미소 유량의 측정제어를 위해

미소 유량의 가스 및 액체의 측정제어를 위해 브롱코스트에서는 열식, 코리올리식, 초음파식 등 다양한 매스플로우 제품을 개발판매해왔다. 그 중에서도 미소 유량에 적합한 코리올리식 매스플로우 미터매스플로우 컨트롤러는 높은 정밀도와 직접 질량 유량 측정에 의해 불확실성을 배제할 수 있다는 점에서 제약, 화학, 공학 등, 미소 유량의 유체를 고정밀도로 측정제어할 것이 요구되는 다양한 용도로 이용되어 왔다


브롱코스트는 2008년에 독자적인 형상의 싱글 루프 금속 센서 튜브를 채용한 mini CORI-FLOW를 개발했다. 발매 당초의 최소 유량 범위는 시간당 0.420g(mini CORI-FLOWM12)이었지만, 센싱 기술이 개선되면서 2012년에는 시간당 0.15g(mini CORI-FLOWM12, ML120)까지 소유량에 대해서도 지원 범위를 넓혔다.


이 기기 센서 내경은 0.25이지만, 더 적은 유량의 액체의 측정제어를 위해서는 한층 더 가느다란 센서 튜브와 외란의 제어가 요구된다. 브롱코스트는 소형의 가스용 매스 플로우 미터 컨트롤러 IQ+FLOW등에서 실적이 있는 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 기술에 착안하여 새로운 제품 개발에 노력해왔다. 한편, MEMS 기반의 센서는 내식성이나 내압적인 면에서 적용하기 어려운 유체나 용도가 있으며, 기존 센싱 기술의 개선도 진행되고 있다. 또한, 미소 유량의 정확한 측정제어를 위해서는 유량 센서의 성능 자체도 중요하지만, 기기 전후의 설비 구성이 전체의 정밀도나 반복성에 영향을 주는 것이 실험실 및 현장에서의 경험을 통해 밝혀졌다. 브롱코스트는 기기 단독의 성능 향상뿐만 아니라 소유량 유체의 취급 기술(LOW FLOW FLUIDIC HANDLING TECHNOLOGY)의 면에서도 보다 더 좋은 솔루션의 제공을 목표로 하고 있으므로 그 일부를 소개하도록 한다


코리올리식 유량 센서의 장점

MEMS 유량 센서는 많은 서멀(열식) 유량계에 이용되고 있다. 자사 제품 중에는 브롱코스트의 가스용 매스 플로우 컨트롤러 IQ+FLOW가 해당되며, 타사에서도 많은 제품이 판매되고 있다.

이러한 유량 센서는 최소 배분수 nL의 액체 측정을 실현했다. 이들 MEMS 서멀 센서의 장점은 고속응답과 뛰어난 안정성이며, 단점은 유체별로 교정이 필요하다는 점이다. 코리올리식 유량 센서에서는 운전/환경 조건(온도, 압력, 플로우 프로파일)이나 유체의 물리적화학적 성질에 상관없이 질량 유량을 직접 측정하기 때문에 유체별 교정이 불필요해진다.

 

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사진 2. MEMS 서멀 매스 플로우 컨트롤러 IQ+FLOW 



MEMS 기반의 코리올리식 매스 플로우 미터

MEMS 기반의 코리올리식 매스 플로우 미터(BL100)는 이미 블로그(MINIATURIZATION TO THE EXTRE ME: MICRO-CORIOLIS MASS FLOW SENSOR, https://www.bronkhorst.com/int/blog/miniaturization-tothe-extreme-micro-coriolis-mass-flow-sensor/)나 잡지(계측기술 제47권 제6매스플로우 천일야화 제35(201955일 발행)) 등에도 소개되었다.

코리올리식 유량 센서는 지금까지 비교적 큰 유량(시간당 1초과)을 측정하는 데 이용되어 왔다. 이것은 비교적 작은 코리올리력을 측정할 필요가 있으며, 특히 소유량에서는 검출이 어려웠기 때문이다. 2g/h 이하의 미소 유량 측정을 위해서는 센서 튜브 내경과 센서 벽 두께가 극한으로 작아질 필요가 있으며, 예전과 같은 금속관 센서에서는 실현할 수 없었었다.


이러한 이유에서 브롱코스트는 MEMS 기술에 의한 코리올리식 센서를 개발하기로 하고 대학과의 공동 연구를 진행시켜 왔다. Surface channel technology라 불리는 가공 기술과 성분의 연구를 통해 기계적으로 안정된 1의 질화 실리콘 벽을 이용하여 튜브를 형성하는데 성공했다.


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사진 3. MEMS 베이스의 코리올리식 유량 센서  


...(후략)




杉山 彰教 / 브롱코스트 재팬

본 기사는 2020년 6월호에 게재되었습니다. 

  

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본 기사는 월간지[計側技術] (일본, 일본공업출판주식회사 발행)로부터 번역·전재한 것입니다.

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