KR0139912B1 - 유체 유동 센서 - Google Patents

유체 유동 센서

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KR0139912B1 KR1019890006505A KR890006505A KR0139912B1 KR 0139912 B1 KR0139912 B1 KR 0139912B1 KR 1019890006505 A KR1019890006505 A KR 1019890006505A KR 890006505 A KR890006505 A KR 890006505A KR 0139912 B1 KR0139912 B1 KR 0139912B1
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Abstract

내용없음

Description

유체 유동 센서
제 1 도는 본 발명의 센서의 부분 단면 평면도.
제 2 도는 제 1 도의 센서의 측면도.
제 3 도는 제 1 도 및 제 2 도의 센서의 단부도.
제 4 도는 센서 베인의 사시도.
제 5 도는 센서의 또다른 실시예에 따른 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 하우징 12 : 커버
14 : 나사 16 : 공동
18 : 유입구 20 : 배출구
22 : 베인 조립체 26 : 너트
40 : 장착부 42 : 접촉부
44 : 말단부 48 : 비대부
50 : 부착부
[발명의 분야]
본 발명은 유체의 유동을 감지하기 위한 유체 유동 센서에 관한 것으로 특히, 냉각 시스템을 위하여 낮은 공기 유동율에서 높은 민감도를 갖는 공기 유동 센서에 관한 것이다.
[발명의 배경]
현대 산업에 사용되는 많은 복잡한 기계들은 열을 발생시키는 많은 정교한 구성 부품들을 구비하고 있으나, 구성부품들의 온도가 너무 높으면 쉽게 손상될 수 있다. 온도 상승을 방지하기 위하여 그와같은 기계에 자동 냉각이 광범위하게 사용되고 있다.
유동 센서들은 유체의 유동을 측정, 조절 또는 제어하기 위해 다양한 시스템이 사용되고 있다. 이러한 센서의 중요한 적용은 구성부품이 손상되는 지점으로 민감한 구성 부품에 대해 냉각 유체 유동이 일어나지 않도록 하는 것이다. 따라서, 이런 유체 유동 센서는 유동율을 측정하여 이것을 설정된 임계값과 비교하게 된다. 유동율이 임계치 이하로 강하되면, 심각한 손상이 발생되기 전에 사전 결정된 교정 작용을 취하도록 전기 신호가 시스템의 제어기로 전송된다. 정교한 산업 기계들에 있어서, 공간은 중요한 것이다. 이러한 센서들은 소형이며 저렴하고 강성이며 민감하게 유지되어야만 한다.
종래 기술에 있어서, 유동 센서는 투명관 내부에 볼을 사용한다. 이 관에서의 공기 유동은 중력에 반대되는 상부 방향을 향하여야만 된다. 볼은 유동이 없거나 또는 유동이 낮을 때 지지체상에 안치된다. 충분한 유동율은 볼의 위치가 광원과 광 센서에 의해 감지되는 레벨까지 볼을 상승시키게 된다. 이런 형태의 센서는 대형이며, 취약하고 한 위치에서만 사용하기에 적당하다.
또 다른 형태의 센서로써는 공기 유동관 내부에서 스프링에 부착된 자석을 사용하는 형태이다. 관 외부의 리드(reed) 스위치는 유동 변화에 따른 자석의 움직임을 감지한다. 자석과 관벽 사이의 마찰은 스위치가 폐쇄되었을 때의 유동율과 스위치가 50% 개방되었을 때의 유동율이 다르게 된다.
또한, 종래 기술에는 마이크로 스위치를 제동하도록 유동관 내부의 힌지 플랩을 사용하는 플랩 스위치가 있다. 또한, 기계적 링크 장치는 스위치가 개방되었을 때의 유동율과 스위치가 폐쇄되었을 때의 유동을 사이에 커다란 차이를 유발시키는 마찰을 일으킨다.
[발명의 목적]
본 발명의 목적은 냉각 유체의 유동율이 예정된 임계치 이하로 강하할 때 이에 민감한 반응을 나타내는 유체 유동 센서를 제공하는 것이다. 본 발명의 또다른 목적은 소형이며 강성인 센서를 제공하는 것이다. 본 발명의 또다른 목적은 소형 센서를 통한 압력 강하를 감지하는 것이다. 본 발명의 또다른 목적은 센서가 어떤 방위에서도 작동할 수 있게 하는 것이다. 본 발명의 또다른 목적은 센서 신호의 진동을 유발시킴이 없이 임계치 근처의 유동율에서의 적은 변화에 대해서도 민감한 센서를 제공하는 것이다. 본 발명의 또다른 목적은 이러한 센서를 염가로 제공하는 것이다.
[발명의 개요]
본 발명의 목적 및 다른 목적과 특징 그리고 이점들은 유체 유동시에 유동율이 제 1 한계 이상일때는 전기 접촉부에 접촉하고, 유동율이 임계치 이하로 떨어질때는 전기 접촉부에 접촉하지 않도록 유체 유동에 만곡될 수 있는 가요성 재료로 구성된 소형베인인 본 발명에 따른 센서로 인해 성취될 수 있다. 센서는 얇은 가요성 재료를 유지시켜서 민감하게 제조되나, 베인의 외부 말단은 두껍고 무거워 진동에 대해서는 무감각하다.
이 센서는 가장 긴 측면이 5.08cm(2인치) 이하로 상당히 소형이며, 차단과 재접촉 또는 접근시에 10% 이하의 유동 변화만이 요구될 정도로 상당히 민감하게 제조될 수 있다. 또한, 센서는 센서를 통한 거의 0.07kg/㎠(1PSi) 정도의 작은 압력 강하를 감지할 수 있으며, 어떤 방위에서도 작동된다. 본 발명의 센서는 유동이 층류(laminar)인 5 내지 50 SCFH(SCFH : 정상 상태의 압력 및 온도하에서 시간당 입방피드에서의 정상 유동)인 낮은 유동 상태하에서도 양호하게 작동하며, 강성이고 저렴하다.
본 발명의 이러한 구조적 및 작동적 특성을 첨부된 도면을 참고로 하여 더욱 상세히 설명하겠으며 본 발명의 실시예는 제한적이지 않다.
[양호한 실시예의 상세한 설명]
도면에 도시된 구성 부품은 부호를 써서 나타냈으며 제 1 도 내지 제 3 도는 본 발명의 센서의 단면도를 도시했다.
센서는 투명하고 견고한 플라스틱으로 제조된 하우징(10)과 커버(12)를 구비하며, 상기 커버(12)는 약 6 개의 나사(14)로 하우징(10)에 부착되었으며 이 부착은 공기 밀착 시일을 형성하기에 충분히 견고하다. 하우징(10)내부에는 거의 직사각형으로 가늘고 긴 공동(16)이 형성되어 있으며, 공동(16)의 대향 양 단부에는 공기 유동관(도시없음)에 부착을 위한 적당한 부속품을 갖는 유입구(18)와 배출구(20)가 제공되어 있다.
공동(16)내부에는 얇게 용접된 금속성의 베인 조립체(22)가 나사(24)와 너트(26)로 하우징(10)에 부착되어 있으며, 제 1 전기 접속 탭(28)이 베인 조립체(22)에 대한 전기 접속 포인트를 제공하도록 하우징의 외부측상에 있는 하나의 나사(24)에 부착된다. 나사(24)를 관통하는 하우징(10)내의 구멍은 나사(24)의 나사산이 통과하기에 충분히 크다.
고정 나사(30)는 하우징내의 나사진 구멍을 관통한 하우징(10)에 부착된다. 제 2 전기 접속 탭(32)은 너트(34)로 고정 나사(30)에 유지된다. 작동시에 센서는 유체 유동관에 직렬로 연결되었으며, 펌프 수단(도시않음)은 유체 유동관과 센서를 통해 유체를 펌핑한다. 센서를 통한 유동율이 0 으로부터 증가할때, 접근시의 유동율(또는 재접촉시의 유동율)이라 불리는 제 1한계점에서 고정 나사(30)를 접촉하기 위해 베인(22)을 탄성적으로 충분히 만곡시켜, 전기 접속 경로가 제 1 탭(28)으로부터 나사(24), 베인(22) 그리고 고정 나사(30)를 경유해 제 2 탭(32)까지 형성된다.
그후 유동율이 감소되면, 제 1 한계점 이하인 제 2 한계점에서, 유동율은 베인(22)과 고정 나사(30)사이의 접촉을 유지하기에는 불충분하게 되며, 베인(22)과 고정 나사(30) 사이의 전기 접속은 베인이 탄성적으로 제 1 도에 도시된 위치로 돌아갈 때 중단되게 된다. 일반적으로, 유동율이 감소될 때 전기 접속이 중단되게 되는 제 2 한계 포인트에서의 유동율은 센서의 임계치라 불리운다. 상기 임계치는 고정 나사(30)를 조정하여 바람직한 레벨까지 예비 설정된다.
베인(22)은 3 가지 형태로 작동하는데 즉, 판스프링, 전기 경로, 그리고 유동 편향기이며, 이러한 기능을 함께 수행하는 3가지의 구성부분으로 이루어진다. 제 4 도에 도시한 바와같이, 베인(22)은 장착부(40)와 이 장착부에 일반적으로 평행한 접촉부(42), 그리고 접촉부에 대해 경사지게 형성된 말단부로 형성되었다. 이러한 베인은 0.005cm(0.02 인치)의 두께를 갖는 302 스테인레스강과 같은 금속제의 스트립(strip)으로 형성될 수도 있다. 장착부(40)는 베인(22)을 하우징(10)에 나사(24)로 장착하는 관통구멍(46)을 갖는다.
제 4 도에 있어서, 접촉부(42)는 고정 나사(30)를 위하여 하우징(10)으로부터 간극을 제공하기 위해 장착부(40)로부터 오프셋되었으며, 제 5 도에 있어서의 베인은 오프셋 없이 형성될 수 있으며, 오프셋은 하우징(10)에 제공될 수 있다.
양호한 민감도를 제공하기 위해서, 고정 나사(30)는 말단부(44)에 가장 근처의 접촉부(42) 단부에서 하우징(10)에 위치되었으며, 말단부(44)의 길이(L1)는 접촉부(42)의 길이(L2)보다 길어야만 한다. L1의 길이가 L2의 길이의 거의 2 배가 가장 바람직하다는 것을 발견하였다. 공기 유동시에 말단부(44)의 동요를 바로잡기 위해서, 말단부(44)는 접촉부(42)보다 강하고 더욱 큰것이 바람직하다. 이러한 것은 비대부(48)를 말단부(44)에 장착시켜 성취할 수 있다. 예를 들어, 비대부(48)는 동일한 재료의 유사한 형태의 시트(sheet)일 수 있으며 장착은 4 개의 부착 지점(50)에서 점 용접으로 얻을 수 있다. 비대부(48)의 부착은 조립체의 중량을 증가시켜 강하게 하며, 진동 주파수를 감소시켜 크리스프(crisp) 스위치의 접촉을 확실하게 한다.
본 발명에 따른 센서는 매우 작은 델타(델타 : 재접촉시 공기 유동율의 비율로서 재접촉시의 공기 유동율과 접촉 중지시의 공기 유동율 사이의 차이)를 갖는다. 여기서 델타는 베인(22)과 고정 나사(30)사이의 접촉이 이루어질때 접근시의(또는 재접촉시의) 유동율과 접촉 중지시의 유동율간의 비율 차이로 채택되며 이는 다음과 같다.
Figure kpo00001
내부 마찰로 인해, 대부분의 종래 기술의 센서는 델타가 크다. 작은 델타의 중요성을 보이기 위해 가설의 예를 고려해 보면, 보호되는 구성 부품은 16 SCFH의 유동율이 필요하다. 임계치(접촉 중단시의 유동율)가 16 SCFH 로 설정되고, 델타가 50% 이면, 유동율은 접촉을 보장하기 위해 32 SCFH 또는 그 이상이어야만 한다. 따라서, 높은 델타를 가지고 센서를 작동시키기 위해서는 상당히 높은 유동율이 필요하다. 델타가 본 발명에서와 같이 10%이하로 감소되면 유동율은 접촉을 위해 18 SCFH 정도로 낮게 설정되어 확실한 접촉이 16 SCFH 보다 약간 높은 곳에서 중단되게 된다.
본 발명은 냉각 공기의 유동율을 감지하기 위한 센서로서의 한 실시예로 기술되었으나 본 발명은 이러한 적용에만 한정되지 않으며 예를들어, 센서는 용제를 통해 거품이 발생되는 가스를 제공하는 관에서 비전기 전도성 가스의 유동율을 감지하기 위해서도 사용될 수 있다. 유사하게, 센서는 가스 뿐만 아니라 비전도성 액체의 유동율을 감지할 수 도 있다.
본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 본 특허의 보호 범위와 본 발명의 발명 정신을 이탈함이 없이 수정 및 보정, 변경이 가능하며, 구성 부품의 기계적 또는 전기적인 개조를 포함할 수도 있다.

Claims (4)

  1. 내부 공동과 상기 공동 안으로 유체를 운반하기 위한 제 1 개구와, 상기 공동 밖으로 유체를 운반하기 위한 제 2 개구를 갖는 본체와, 상기 본체에 고정 설치된 장착부와, 제 1 전기 접촉 수단을 포함하며 상기 장착부와 말단부 중간에 있는 접촉부와 말단부를 구비하는 얇은 가요성 베인과, 상기 공동 내부에 있는 제 2 전기 접촉 수단과, 상기 본체의 외부 지점과 상기 제 1 전기 접촉 수단 사이에 전기를 전도하기 위한 제 1 전도 수단과, 상기 본체의 외부 지점과 상기 제 2 전기 접촉 수단 사이에 전기를 전도하기 위한 제 2 전도 수단을 포함하는 유체 유동 센서에 있어서, 상기 가요성 베인의 말단부는 상기 접촉부에 대해 경사지게 배치되어 상기 유체의 유동율이 제 1 한계점 이상일 때 상기 제 1 전기 접촉 수단이 상기 제 2 전기 접촉 수단에 접촉하고 상기 유체의 유동율이 상기 제 1 한계점 이하인 예정된 임계치 이하일 때 상기 제 1 전기 접촉 수단이 상기 제 2 전기 접촉 수단에 접촉하지 않도록 상기 공동을 통하여 상기 제 1 개구로부터 상기 제 2 개구로 흐르는 유체가 상기 베인을 탄성적으로 만곡시키며, 상기 제 1 한계점 이상으로 상기 유동율이 감소할 때 상기 유동율이 상기 예정된 임계치 레벨에 도달할 때까지 상기 제 1 전기 접촉 수단이 상기 제 2 전기 접촉 수단과 접촉 유지하는 것을 특징으로 하는 유체 유동 센서.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 임계치 레벨을 조정하기 위한 수단을 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 유체 유동 센서.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 베인의 말단부는 상기 베인의 접촉부보다 무거운 것을 특징으로하는 유체 유동 센서.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 베인의 말단부는 베인의 접촉부보다 긴 것을 특징으로 하는 유체 유동 센서.
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