열식 질량 유량계의 작동 원리


왜 질량 유량계라고 부르는건가요?

질량 유량계(MFM / MFC)의 작동원리에 대해 설명하기 앞서

왜 질량 유량계라는 이름으로 불리는지 알아보도록 하겠습니다.

질소(Nitrogen)와 산소(Oxygen), 헬륨(Helium) 등 기체는 각자 다른 질량을 가지고 있습니다.

질량 유량계는 이 각 기체의 질량을 기준으로 흐르는 값을 측정하기 때문에 질량 유량계라고 하는 것입니다.

예를 들어 질소를 기준으로 셋팅된 MFC를 헬륨의 유량을 측정하는데 사용하게 되면

정확한 측정값을 얻을 수 없게 되는 것입니다.

Mass Flow Meter / Controller 의 작동 원리

질량 유량 측정기 중에서 일반적으로 많이 사용되고 있는 열식 질량 유량기의

작동 원리에 대해서 알아보겠습니다.

위의 그림은 열식 질량 유량계(MFC)의 센서 튜브(Sensor Tube) 모습입니다.

제일 앞부분에 온도 센서(T1)가 있고, 가운데 열선, 마지막에 두번째 온도센서(T2)가 있습니다.

장비에 전원이 들어오면 열선에서는 일정한 열을내 튜브 관을 데우고,

열선의 앞뒤로 위치한 두개의 온도 센서는 온도를 측정하기 시작합니다.

기체는 열선이 감긴 튜브를 통과하며 온도가 올라가게 되는데

두번째 온도 측정 센서까지 이동하며 다시 열을 빼앗기고,

두번째 온도센서에서 상승한 기체의 온도를 측정합니다.

유량의 흐름이 전혀 없는 상태에서는 T1 과 T2가 일치하지만 유량이 생겨

두 온도 센서간의 온도차가 발생하게 되면 T1 과 T2의 차인 △T 를 구합니다.

장비에는 흐르는 기체 양과 △T 의 값에 대한 데에터가 입력되어 있기 때문에

이것을 대입하여 유량을 표시하고, 컨트롤러를 조정하는 작업을 진행하는 것입니다.

위의 예와 다르게 센서 튜브에 두개의 저항 발열체(Heating Element)를 설치하고

유량이 흐를 때의 온도차를 구해 측정하는 방식도 있습니다.

첫번째 저항 발열체를 통과하며 온도가 올라간 기체가 두번째 저항 발열체에 도착하는 동안

이동하며 낮아진 온도를 측정하여 그 차를 구하는 방식입니다.

위의 두가지 방식은 모두 열의 이동을 바탕으로 유량을 측정하기 때문에

열식 질량 유량계에서 사용되고 있습니다.

유량 단위는 어떤걸 사용할까?

유량을 측정하는 단위는 일반적으로 부피를 나타내는 (세제곱 센티미터 또는 세제곱 리터) / 분 입니다.

sccm(Standard Cubic Centimeter per Minute), slm(Standard Liter per Minute).

sccm은 1분동안 1cm x 1cm x 1cm 인 정사각형의 공간을 채울 수 있는 양을 나타내는 것이고,

유량이 100 sccm 이라면 1분동안 100개의 1 세제곱 센티미터의 공간을

채울 수 있는 기체가 흐르고 있다는 뜻입니다.

slm의 L은 Liter를 뜻하는데, cc 와 동일하게 부피를 나타냅니다.

1sccm = 0.001 slm 이며, 1000sccm = 1slm 인 것입니다.

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