KR0160225B1 - 축전기식 연속 수위 측정 방법과 장치 - Google Patents

Abstract

정전기 현상을 이용한 수위 측정 장치는 측정 대상인 액체의 온도와 밀도가 일정하면 정확한 측정을 할 수 있으나, 측정 대상 액체의 온도 및 밀도가 시간에 따라 변하게 되는 경우 측정 오차가 증가하게 된다. 본 발명은 이러한 액체의 온도 및 밀도 변화에 따른 측정 오차를 자체적으로 보상하며 정밀한 측정이 가능한 축전기식 수위 측정 방법과 장치에 관한 것으로써, 원 또는 타원형의 파이프, 동심을 갖는 이중 파이프에서 상부 기준 축전기, 측정 축전기, 하부 기준 축전기로 구성되어 있고 외부 파이프에는 액체의 통로가 있으며 각 축전기에 병렬로 직류 전압을 걸어서 기준 축전기와 측정 축전기에 발생한 전기적 신호의 크기를 확인하여 이들 신호의 크기의 차이를 분석하여 액체의 수위를 측정하며 설치된 전극의 간격을 일정하게 유지 시키기 위하여 지지대가 설치되며 하부 기준 축전기가 항상 액체에 잠겼을 때의 전기적 신호를 얻기 위한 장치도 포함되어 있다.

Description

축전기식 연속 수위 측정 방법과 장치

제1도는 수위 측정 장치의 주변 개략도 및 수직 단면도.

제2도는 제1도의 A-A 방향에서 본 단면도.

제3도는 수위 측정 장치 수직 단면도.

제4도는 제3도의 B-B 방향에서 본 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 저장조 2 : 저장조 뚜껑

3 : 뚜껑 플랜지 4 : 장치 고정 플랜지

5 : 외부 파이프 6 : 내부 파이프

7 : 측정 축전기 8 : 상부 기준 축전지

9 : 하부 기준 축전기 13 : 파이프간 지지대

14 : 액체 통로 15 : 연결관

16 : 신호 전달용 전선 17 : 신호 처리 장치

본 발명은 액체를 저장하거나 액체의 유동이 있는 용기에서 정전기 현상을 이용하여 수위를 측정하는 방법과 장치에 관한 것으로 상세하게는 액체 수위에 따른 전기적 신호를 발생하게 되며 여기에서 발생된 전기적 신호의 크기에 따라 수위를 측정할 수 있는 방법 및 장치이다.

일반적으로 마주 보는 두 전극의 정전기 용량은 그 두 면사이에 있는 재료의 유전 상수에 따라 변하게 된다. 이러한 정전기 현상을 이용한 수위 측정 장치는 일정한 온도와 밀도에서는 상대적으로 정확한 측정을 할 수 있지만 측정 대상 액체의 온도 및 밀도가 시간에 따라 변하게 되는 경우 이 변화에 따른 재료의 절연 상수 변화 때문에 측정 오차가 증가하게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 선행기술의 문제점을 보완하여 측정 오차를 자체적으로 보상하여 정밀한 측정을 할 수 있는 방법과 장치를 제공함을 목적으로 하며, 일반 산업분야 뿐만 아니라 원자력분야에서도 사용이 가능하며, 특히 용기내부의 온도와 밀도 변화가 심한 곳에서 적용 가능한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 동심원을 갖는 이중 파이프에서 외부 파이프의 내부와 내부 파이프의 외부는 상부 기준 축전기, 적어도 1개 이상의 측정 축전기, 하부 기준 축전기로 구성되며, 외부 파이프의 상부 기준 축전기와 이 파이프의 막힌 하부 끝단 사이에 측정 액체의 통로를 위하여 파이프의 반지름 방향으로 적어도 2곳 이상의 위치에 액체 통로가 있으며, 각 축전기에 병렬로 직류 전압을 걸어서 상부 기준 축전기와 하부 기준 축전기의 정전기 신호의 크기를 확인하고 측정 전극에 발생한 정전기 신호의 크기를 확인하여 이들 신호의 크기의 차이를 분석하여 액체의 수위를 측정하는 것을 특징으로 하는 것이다.

이하 본 발명을 첨부 도면과 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도는 본 발명의 수위 측정 장치의 주변 개략도로써, 본 발명의 장치는 액체를 담고 있는 저장조(1)에 설치된다. 일반적으로 이 장치의전극 부분을 담고 있는 외부 파이프(5)와 내부 파이프(6)의 액체에 잠기는 길이와 액체의 깊이가 선형적으로 비례할 수 있도록 설치하되 가능한한 중력이 작용하는 방향으로 설치하여 액체의 윗면과 직각방향이 되도록하고, 저장조(1)의 내벽, 바닥 또는 저장조 뚜껑(2)에 설치한다. 특히 이 장치를 고온 고압하에서 사용하는 경우 장치를 저장조(1) 외부에서 설치 및 제거할 수 있도록 뚜껑 플랜지(3)를 설치한다. 이때 이 장치에 있는 장치 고정 플랜지(4)와 뚜껑 플랜지(3)는 기계적 또는 구조적 결합 및 체결을 하여 수밀이 유지되도록 한다.

외부 파이프(5)와 내부 파이프(6)는 일반적으로 동심원의 형태이고 외부 파이프(5)의 하부 단면은 막혀있으며 필요에 의하여 하부 기준 축전기(9)가 항상 액체에 잠길 수 있도록 고안하였다.

외부 파이프(5)는 외부 파이프(5)와 내부 파이프(6) 사이에 액체 출입을 위하여 외부 파이프의 상단과 하단사이에 2개 이상의 액체 통로(14)를 설치하되 저장조(1)내의 액체 출렁임에 의한 파이프 사이에 액체 수위 간섭을 줄일 수 있도록 설치한다. 액체의 각 통로는 반지름 방향으로 1개 이상의 구멍을 설치한다.

외부 파이프(5)와 내부 파이프(6)의 각 축전기 사이에 파이프간 지지대(13)가 설치되어 외부 파이프(5)와 내부 파이프(6)의 위치를 고정시킨다.

상기 장치 고정 플랜지(4)와 전극이 설치된 내부 파이프(6)와 외부 파이프(5)사이는 액체의 높이에 따른 전극의 길이를 최소화하고 신호 전달용 전선(16)의 통로를 제공하는 연결관(15)을 설치한다.

외부 파이프(5)의 내부와 내부 파이프(6)의 외부는 상부 기준 축전기(8), 측정 축전기(7), 하부 기준 축전기(9)로 이루어져 있다.

그리고 상부 기준 축전기(8)과 하부 기준 축전기(9)는 신호 처리의 간편함을 위하여 가능한 한 같은 크기로 한다. 상부 기준 축전기(8)가 액체의 표면 위에 있는 경우 상부 기준 축전기(8)의 정전기 신호는 액체에 잠겨있는 하부 기준 축전기(9)의 정전기 신호와 차이가 발생하게 된다. 이때 측정 축전기(7)의 전극이 모두 액체에 잠긴 경우 측정 축전기(7)에 발생한 정전기 신호의 크기는 하부 기준 축전기(9)에서 발생한 정전기 신호 크기와 측정 축전기(7)와 하부 기준 축전기(9)의 면적비의 곱으로 나타나게 되고, 측정 축전기(7)의 전극이 모두 액체에 잠기지 않은 경우 측정 축전기(7)의 정전시 신호의 크기는 상부 기준 축전기(8)에서 발생한 정전기 신호의 크기와 측정 축전기(7)와 상부 기준 축전기(8)의 면적비의 곱으로 나타나게 된다.

액체의 깊이에 따른 측정 축전기(7)의 정전기 신호의 크기는 이 전극이 액체에 잠긴 부분의 면적에 의한 정전기 신호는 하부 기준 축전기(9)의 면적에 비례한 양으로 나타나고, 액체에 잠기지 않은 부분의 면적에 의한 정전기 신호는 상부 기준 축전기(8)의 면적에 비례한 양으로 나타나서 이 두 신호의 합으로 나타나게 된다. 상부 기준 축전기(8)가 액체에 잠겨있는 경우 이 축전기(8)의 정전기 신호는 액체에 잠겨있는 하부 기준 축전기(9)의 정전기 신호와 같게되며 상부 기준 축전기(8)의 정전기 신호가 하부 기준 축전기(9)와 다르게 나타날 때 액체의 깊이의 변화가 있음을 알게된다.

이 장치는 저장조(1) 내부에 같은 환경에서 사용되므로 액체의 온도와 밀도에 의한 정전기 신호에 차이가 있더라도 결국은 전극의 면적비에 의하여 액체의 깊이를 측정하게 되므로 측정 대상인 액체의 온도와 밀도의 변화에 영향을 받지 않게 된다.

이 장치에 설치된 전극을 보호하고 누전을 방지하기 위하여 절연 물질로 전극에 피막을 형성하여야 하며 이 절연 물질은 측정 대상물인 액체의 특성을 고려하여 선택한다.

각 전극에서 발생된 정전기 신호는 신호 전달용 전선(16)에 의하여 신호 처리 장치(17)에 각각 연결되며 이 신호 처리 장치(17)는 각 쌍의 전극에 직류 전압을 연속적, 주기적 또는 필요에 의하여 직류 전압을 걸수 있는 장치이어야 하며 외부의 전기적 신호의 교란을 제거할 수 있는 접지 장치가 있어야 하며 액체의 깊이에 따라 직류에 의하여 전극에 발생된 전기적 신호의 증폭을 할 수 있어야하며 이 신호를 통하여 액체의 깊이를 아나로그 또는 디지탈 형태의 가시적인 양으로 나타낼 수 있는 장치를 이용한다.

본 발명의 수위 측정 장치는 밀폐된 용기내에 액체의 유동이 있는 곳과 고온 고압 상태에서도 적용 가능하도록 고안하였다.

본 발명의 변형예로서 외부 파이프(5)와 내부 파이프(6)의 전극은 제3도와 같이 외부 파이프(5) 내부에 사각형 모양의 전극으로 변형시켜서 사용할 수 있으며 이때 마주 보는 두 전극의 면적을 같게 한다.

정전기를 이용한 본 발명은 그 구조가 간단하고 움직이는 부분이 없으므로 사용 수명이 길고 수면에 액체와 기체의 2상 유동층이 생기는 경우에도 정확한 측정이 가능한 효과가 있는 것이다.

Claims (8)

1. 동심원을 갖는 이중 파이프에서 외부 파이프의 내부와 내부 파이프의 외부는 상부 기준 축전기, 적어도 1개 이상의 측정 축전기, 하부 기준 축전기로 구성되며, 외부 파이프의 상부 기준 축전기와 이 파이프의 막힌 하부 끝단 사이에 측정 액체의 통로를 위하여 파이프의 반지름 방향으로 적어도 2곳 이상의 위치에 액체 통로가 있으며, 각 축전기에 병렬로 직류 전압을 걸어서 상부 기준 축전기와 하부 기준 축전기의 정전기 신호의 크기를 확인하고 측정 전극에 발생한 정전기 신호의 크기를 확인하여 이들 신호의 크기의 차이를 분석하여 액체의 수위를 측정하는 것을 특징으로 하는 축전기식 연속 수위 측정 방법.
2. 동심원을 갖는 이중 파이프에서 외부 파이프의 내부와 내부 파이프의 외부는 상부 기준 축전기, 적어도 1개 이상의 측정 축전기, 하부 기준 축전기로 구성되며, 외부 파이프의 상부 기준 축전기와 이 파이프의 막힌 하부 끝단 사이에 측정 액체의 통로를 위하여 파이프의 반지름 방향으로 적어도 2곳 이상의 위치에 액체 통로가 있으며, 각 축전기에 병렬로 직류 전압을 걸어서 상부 기준 축전기와 하부 기준 축전기의 정전기 신호의 크기를 확인하고 측정 전극에 발생한 정전기 신호의 크기를 확인하여 이들 신호의 크기의 차이를 분석하여 액체의 수위를 측정하는 것을 특징으로 하는 축전기식 연속 수위 측정 장치.
3. 제2항에 있어서, 외부 파이프와 내부 파이프의 간격을 일정하게 유지시키기 위하여, 적어도 1개 이상의 파이프간 지지대가 축전기들 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 축전기식 연속 수위 측정 장치.
4. 제2항에 있어서, 하부 축전기가 항상 액체에 잠겨 있게 하도록 외부 파이프의 아래쪽 액체 통로를 하부 기준 축전기와 측정 축전기 사이에 설치한 것을 특징으로 하는 축전기식 연속 수위 측정 장치.
5. 제3항에 있어서, 하부 축전기가 항상 액체에 잠겨 있게 하도록 외부 파이프의 아래쪽 액체 통로를 하부 기준 축전기와 측정 축전기 사이에 설치한 것을 특징으로 하는 축전기식 연속 수위 측정 장치.
6. 제2항에 있어서, 측정 장치를 고온 고압에서 사용하기 위하여 저장조 외부에서 설치, 제거할 수 있도록 뚜껑 플랜지를 설치한 것을 특징으로 하는 축전기식 연속 수위 측정 장치.
7. 원형 또는 타원형의 파이프 내부에 서로 마주보는 같은 크기의 전극으로 상부 기준 축전기, 적어도 1개 이상의 측정 축전기, 하부 기준 축전기로 구성되며, 외부 파이프으 상부 기준 축전기 위와 이 파이프의 막힌 하부 끝단 사이에 측정 액체의 통로를 위하여 적어도 2곳 이상의 위치에 반지름 방향으로 액체 통로가 있으며, 각 축전기에 직류 전압을 걸어서 상부 기준 축전기와 하부 기준 축전기의 정전기 신호의 크기를 확인하고 측정 축전기에 발생한 정전기 신호의 크기를 확인하여 이들 신호의 크기에 차이를 분석하여 액체의 수위를 측정하는 것을 특징으로 하는 축전기식 연속 수위 측정 장치.
8. 제7항에 있어서, 서로 마주보는 전극판 사이의 간격을 일정하게 유지시키기 위하여 이들 전극판의 상부 또는 하부를 지지하거나, 적어도 1개 이상의 파이프간 지지대가 축전기들 사이에 설치되고, 하부 기준 축전기가 항상 액체에 잠겨 있게 하도록 외부 파이프의 아래쪽 액체 통로를 하부 기준 축전기와 측정 축전기 사이에 설치한 것을 특징으로 하는 축전기식 연속 수위 측정 장치.