Mass Flow를 이용한 기밀시험
기밀 시험(Leak Test)의 정밀도와 효율성을 어떻게 향상시킬 수 있을까요?
우리는 지난 글에서 시스템 및 제품의 누출을 확인하는데 사용되는 방법들에 대해 확인해 보았습니다.
버블 테스트와 같은 전통적인 방법은 아직도 많은 곳에서 사용되고 있지만
정확도나 처리량, 자동화 문제에 있어서는 심각한 단점이 있습니다.
보다 효과적인 기술을 요구하는 까다로운 상황에서는 누출을 보다 신속하게 감지하고
정확하게 측정할 수 있으며, 자동화 및 시간 대비 효율성까지 보장할 수 있어야 합니다.
이번 글에서는 질량 유량 측정기(MFC)를 이용해 기밀 시험을 진행하는 과정에서
알게된 결과와 주의해야할 점들에 대해 설명하겠습니다.
목표
- 15 ~ 200 psig 의 압력으로 0.1 sccm ~ 100 sccm 범위의
누출을 테스트 하고 정확하게 측정해 보겠습니다.
- 테스트 시간을 분단위에서 초단위로 줄여보도록 하겠습니다.
실험 방법
매니폴드 설치
위의 그림은 일반적인 누설 시험의 예시입니다.
이 장치에는 압력 제어가 가능한 매니폴드(Manifold)가 필요합니다.
매니폴드란 여러개의 배관이 하나로 연결된 다기관으로, 여러대의 장비를 병렬로 연결할 수 있는
문어발형 배관이라고 할 수 있습니다.
매니폴드를 이용해 장비를 병렬로 연결할 경우 처리량을 늘려 시간 대비 효율성을 높일 수 있습니다.
절차
시험을 시작하게 되면 매니폴드 및 시험 부품 전반에 가스를 흘려 내부 압력을 높여줍니다.
시험체에 누출이 있다면 시험체와 매니폴드 사이의 질량 유량계에서 압력차가 발생합니다.
이 압력차를 질량 유량계가 측정할 수 있지만 시스템이 정상 상태의 압력 상태로 돌아가는 동안
정확한 측정이 불가능할 수도 있습니다.
질량 유량계의 압력 강하가 클수록 유량이 안정적으로 흐르는데 걸리는 시간이 더 오래 걸립니다.
실험시 주의사항
또한 표준 유량계를 사용하는 일반적인 환경의 경우,
신호가 점차적으로 정확한 유량에 도달하는 동안 몇분이 걸릴 수도 있습니다.
유량계의 하단부(출구)의 배관을 최대한 짧게 만들어주면 안정화 시간을 단축할 수 있으며,
열 발생을 줄여 측정 안정성도 높여줄 수 있습니다.
질량 유량계의 압력차는 실제 시험을 진행할 때 안정화 시간의 지연 외에도
압력 측정 부분의 불확실성을 증가시키고 그로 인해 더 큰 누출에 대한
정확한 측정이 불가능해질 수 있기 때문에 문제가 될 수 있습니다.
따라서 매우 작은 압력차로 작동할 수 있게 설계된 질량 유량계를 사용하는것이 중요합니다.
질량 유량계의 선택
Teledyne Hastings 사의 질량 유량계 중, 권장되는 제품은 HFM-300 Series 입니다.
매우 낮은 압력차로 작동하면서 최대 유량의 0.75% 이내의 오차로 측정이 가능합니다.
일반적인 질량 유량계는 작동시 4 inH2O(Inch of Water)의 압력이 필요하지만
HFM 300 제품은 0.25 inH2O의 압력차만 있으면 작동이 가능합니다.
누설 시험에서 테스트한 결과, 16배 적은 압력차로 작동이 가능하다면 16배 빠른 시험이 가능합니다.
적절한 제품을 선택할 때 또 하나 중요한 사항은 'Foldover' 상황을 피하는 것입니다.
이 문제는 일부 유량계에서 실제로 허용된 범위를 초과하는 유량(Over Flow)이나
매우 높은 유량을 정상 유량으로 잘못 측정하고 그대로 흘려보낼 때 발생합니다.
HFM-300 시리즈의 특허받은 센서는 허용된 범위를 초과하는 유량을 정확하게 측정합니다.
실험 과정
Test Parameters
Flow meter full scale range : 10 sccm
Volume of test part : 1 Liter plus volume of tubing downstream of the flow meter
Leak rate : 10 sccm
Pressure differential of HFM-300 : 0.25 inH2O
Pressure differential of typical mass flow meter : 4 inH2O
