미소 유량을 측정하기 위한 센서 원리는?

미소 유량을 측정하기 위한 센서 원리는?

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미소한 유량을 측정하기 위해서는 유량센서를 작게 해야 합니다.

그 작은 센서를 제작하는 효과적인 방법으로서 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)에 주목했습니다.

반도체 제조 기술을 이용해 실리콘 기판이나 유리기판 등에 기계적인 구조를 구축한 MEMS 센서는 압력 센서나 가속도 센서로 시판되고 있는 것도 다수 있습니다.

실리콘 기판을 반도체 제조 기술로 가공하는 MEMS 기술을 통해 미소 유량 센서의 실현에 1μL/min~100μL/min의 유용 범위를 계측할 수 있는 제품을 제작할 수 있습니다.

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미소 유량 센서의 개요

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유량센서는 센서부를 실리콘 기판, 유로부를 실리콘 엘라스토머의 일종인 폴리디메틸실록산(PDMS)으로 형성하였습니다.

센서부는 질화막을 입힌 실리콘 기판 상면에 백금박막 패턴을 형성하여 히터 및 측온 저항체로서의 기능을 부여하고 있습니다.

또한 센서부의 열용량을 줄이기 위해 백금 박막 패턴화면의 실리콘을 이방성 에칭하여 제거하였습니다.

유로부는, PDMS를 미리 작성해 둔 몰드에 흘려넣어, 경화시킨 후 잘라내서 전술한 실리콘 기판에 붙이고

있습니다.

그리고 마지막으로 실리콘 튜브를 장착하여 제품을 완성하였습니다.

유량계측원리

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이번에, 시작한 미소 유량 센서는, 백금 박막 패턴을 히터나 측온 저항체로서 센싱 하는 형태의 열선식 센서로, 3개의 기본 원리로 계측을 할 수 있도록 했습니다.

센서출력에대해

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열선식의 기본 원리로 소개한 아네모미터 방식과 칼로리 메트릭 방식의 출력을 조합하는 것으로, 이상적인 유량 측정을 가능하게 했습니다.

칼로리메트릭 방식은 계측 범위는 좁지만 유량에 대한 변화가 크고 정밀한 계측을 할 수 있습니다.

또한 흐름이 없는 0점 및 흐름의 순역방향을 판별할 수 있습니다.

한편 아네모미터 방식으로는 0점이나 흐름의 방향을 판별하는 것은 매우 어렵기는 하지만 단조증가의 유량범위가 넓다는 특징이 있습니다.

이러한 측정 원리를 조합하여 출력함으로써 0 유량 및 흐름 방향을 판별할 수 있어 측정할 수 있는 유량범위가 넓은 미소 유량 센서를 제작할 수 있었습니다.

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