MFC란 무엇인가?

1. 질량 유량 컨트롤러는 설정된 유량 신호에 따라 가스의 유량을 자동으로 제어하며, 사용 조건이나 가스 압력 변화에도 영향을 받지 않고 일정한 유량을 유지하고 제어합니다.

 

유량은 크게 다음과 같이 구분 할 수 있습니다.

 

1) 체적 유량(Volumetric Flow)

 

2) 질량 유량(Mass Flow)

 

체적 유량 측정은 주변 온도와 압력의 영향을 받으므로, 실제 유량을 확인하려면 압력과 온도 조건을 측정하고 계산에 포함해야 합니다.

반면, 질량 유량 측정은 유체의 질량을 측정하는 방식으로, 온도 및 압력 조건의 영향을 훨씬 적게 받기 때문에 더욱 정확하고 안정적인 유량 측정 및 제어가 가능합니다.

 

 

2. 구조

 

호리바 MFC 참고

 

1) 유량 센서(Flow Rate Sensor) : 기체 또는 액체의 유량을 측정하는 센서, 열식 센서가 가장 많이 사용됩니다.

 

2) 제어밸브(Flow Rate Control Valve) : 유량을 조절하는 역할을 합니다. 솔레노이드 방식이나 피에조 방식이 사용됩 니다.

 

 

3. 동작 원리

MFC 내부 동작

 

1) 가스는 입구를 통해 유입된 후 센서를 지나가는 경로와 바이패스를 통과하는 경로로 나뉩니다.

 

2) 센서에서 질량 유량은 온도의 비례적인 변화로 감지되며, 브리지 회로를 통해 전기 신호로 변환됩니다.

 

3) 이 신호는 증폭 및 보정 회로를 거쳐 0~5V 범위의 선형 전압으로 출력됩니다. 동시에 비교 제어 회로로도 전달됩니다.

 

4) 비교 제어 회로는 유량 설정 신호와 센서에서 감지된 실제 유량 신호를 비교하여 차이 신호를 밸브 구동 회로로 보냅니다.

 

5) 유량 제어 밸브는 요구된 유량 설정값과 실제 유량 출력 신호 간의 차이를 최소화하도록 조정됩니다. 즉, 유닛은 항상 설정된 유량을 유지하도록 제어됩니다.

 

 

4. MFC 의 종류

 

1) 열식 질량 조절기(Thermal Mass Flow Controller)

 

- 가장 널리 사용되는 방식.

- 기체의 열전도도를 이용하여 유량을 측정하고 제어.

- 주로 반도체, 화학 공정에서 사용.

 

2) 차압식 질량 조절기(Differential Pressure MFC)

 

- 압력 차이를 이용하여 유량을 측정하고 조절.

- 액체 유량 제어에 유리합니다.

 

3) 코리올리 질량 유량 조절기(Coriolis Mass Flow Controller)

 

- 유체가 진동하는 튜브를 지나갈 때 발생하는 힘을 이용하여 질량 유량을 측정.

- 가장 정밀도가 높지만 가격이 높습니다.

- 정밀한 액체 유량 제어에 사용됩니다.

 

 

5. 전자식 밸브에 따른 구분

 

1) Normal Open : 전원이 꺼진 상태에서 열려 있습니다. 기본적으로 유체가 흐르고 있는 상태입니다. 정전이 발생해도 유량 공급이 되어야 하는 상황(냉각 시스템 등)에 적합합니다.

 

2) Normal Close : 전원이 꺼진 상태에서 닫혀 있습니다. 기본적으로 유량이 차단되어 있는 상태로 안정성이 높으며, 비상시 자동으로 유량이 차단 됩니다. 비교적 반응 속도가 느립니다.

 

6. MFC 선택 전에 고려해야 하는 것들

 

1) 사용하려는 가스의 물질적 특징(F2, HCl, HF 와 같은 내식성, SiH4, H2 와 같은 폭발성 등등)과 그것에 따른 재질 및 실링 방식 확인

2) 최대 최소 유량 및 오차 범위 확인

2) 플로우 방향 확인

3) 적절한 유량 설정을 위한 컨트롤 파라미터 확인

4) 입출력 압력 조건 확인

5) 온도에 따른 변화 조건 확인(가스라인 히팅 등 고려)

6) 전원 공급에 따른 open/close 타입 확인

7) 교정 주기를 확인해야 한다.

 

※ 내부 재질은 보통 SUS316L 사용, 부식성 가스에는 Hastelloy를 사용한다.

※ Ar, N2, He 등을 사용하여 실링 여부를 확인해야 한다.

※ 초고진공이나, 일부 가스에서는 Bake기능이 필요 할 수 있다.