KR0160226B1 - Water level measuring method and apparatus for capacitor - Google Patents

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Abstract

본 발명의 정전기 현상을 이용한 수위 측정 방법과 장치는 일정한 온도와 밀도에서는 상대적으로 정확한 측정을 할 수 있어 그 적용 개념이 확립된 상태이지만 측정 대상 액체의 온도 및 밀도가 시간에 따라 변하게 되는 경우 측정 오차가 증가하게 된다. 이러한 오차를 자체적으로 보상하며 미리 정한 신호에 따라 액체의 유무를 판단하는 장치에 관한 것으로써, 원 또는 타원형의 파이프, 동심을 갖는 이중 파이프에서 측정 커패시터, 기준 커패시터로 구성되어 있고 외부 파이프에는 액체의 통로가 있으며 각 커패시터에 병렬로 직류 전압을 걸어서 기준 커패시터와 측정 커패시터에서 발생한 전기적 신호 차이의 유무를 확인하여 액체의 수위를 측정한다. 이 파이프에 설치된 전극의 간격을 일정하게 유지시키기 위하여 지지대가 설치되며 기준 커패시터가 항상 액체에 잠겨 있을 때의 전기적 신호를 얻기 위한 기술도 포함되어 있다.Water level measurement method and apparatus using the electrostatic phenomenon of the present invention can be relatively accurate measurement at a constant temperature and density, the application concept is established, but the measurement error when the temperature and density of the liquid to be measured changes with time Will increase. It is a device that compensates for these errors by itself and determines the presence of liquid according to a predetermined signal. It consists of a circular or elliptical pipe, a concentric double pipe, a measuring capacitor and a reference capacitor. There is a passage, and the liquid level is measured by checking the difference between the electrical signal generated from the reference capacitor and the measurement capacitor by applying a DC voltage in parallel to each capacitor. Supports are provided to keep the spacing of the electrodes installed in the pipe constant, and techniques are included to obtain electrical signals when the reference capacitor is always submerged in liquid.

Description

커패시터를 이용한 수위 측정 방법과 장치Level measurement method and device using capacitor

제1도는 수위 측정 장치의 주변 개략도 및 수직 단면도.1 is a peripheral schematic and vertical cross-sectional view of a water level measuring device.

제2도는 제1도에서 A-A선 단면도.2 is a cross-sectional view taken along the line A-A in FIG.

제3도는 수위 측정 장치 수직 단면도.3 is a vertical cross-sectional view of the water level measuring device.

제4도는 제3도에서 B-B선 단면도.4 is a sectional view taken along the line B-B in FIG.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1 : 저장조 2 : 저장조 뚜껑1: reservoir 2: reservoir lid

3 : 뚜껑 플랜지 4 : 장치 고정 플랜지3: lid flange 4: device fixing flange

5 : 외부 파이프 6 : 내부 파이프5: outer pipe 6: inner pipe

7 : 측정 커패시터 8 : 기준 커패시터7: measuring capacitor 8: reference capacitor

9 : 파이프간 지지대 10 : 액체 통로9: support between pipes 10: liquid passage

11 : 연결관 12 : 신호 전달용 전선11 connector 12 wire for signal transmission

13 : 신호 처리 장치13: signal processing device

본 발명은 액체를 저장하거나 액체의 유동이 있는 용기에서 정전기 현상을 이용하여 수위를 측정하는 방법과 장치에 관한 것으로 상세하게는 액체 수위에 따라 병렬로 연결된 커패시터가 전기적 신호를 발생하게 되며 여기에 발생된 전기적 신호를 기준 커패시터의 전기적 신호의 크기를 비교하여 수위를 측정할 수 있게 한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for measuring a liquid level using an electrostatic phenomenon in a container storing a liquid or flowing a liquid. Specifically, a capacitor connected in parallel according to the liquid level generates an electrical signal. The level of the electrical signal can be measured by comparing the magnitude of the electrical signal of the reference capacitor.

일반적으로 마주 보는 두 전극의 정전기 용량은 그 두 면사이에 있는 재료의 유전 상수에 따라 변하게 된다. 이러한 정전기 현상을 이용한 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 있다.In general, the electrostatic capacitance of two opposing electrodes will vary depending on the dielectric constant of the material between the two faces. The measuring device using the electrostatic phenomenon can measure relatively accurate at a constant temperature and density, but when the temperature and density of the liquid to be measured change with time, the measurement error increases due to the change of the dielectric constant of the material. There is a problem.

본 발명은 상기와 같은 선행기술의 문제점을 보완하여 측정 오차를 자체적으로 보상하여 액체의 수위를 측정 할 수 있는 방법과 및 장치를 제공함을 목적으로 하며, 일반 산업 분야 뿐만 아니라 원자력분야에서도 사용이 가능하고 특히 용기내부의 온도와 밀도 변화가 심한 곳에서 적용 가능한 것이다.The present invention aims to provide a method and apparatus for measuring the liquid level by compensating for the measurement error itself by supplementing the problems of the prior art as described above, and can be used in the nuclear field as well as the general industrial field. In particular, it can be applied where the temperature and density change inside the container is severe.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 동심원을 갖는 이중 파이프에서 외부 파이프의 내부와 내부 파이프의 외부는 기준 커패시터와 전극의 면적이 같은 적어도 1개 이상의 측정 거패시터로 구성되어 있으며, 외부 파이프의 상부와 하부가 막힌 끝단 사이에 측정 액체의 통로를 위하여 적어도 2곳 이상의 위치에 반지름 방향으로 액체 통로가 있으며, 각 커패시터에 병렬로 직류 전압이 걸어서 각 커패시터의 전기적 신호의 크기를 확인하고, 측정 커패시터에 발생한 전기적 신호의 크기와 기준 커패시터의 전기적 신호의 차이를 확인하여 액체의 수위를 측정하는 것을 특징으로 하는 것이다.In order to achieve the above object, the present invention is a double pipe having a concentric circle, the inside of the outer pipe and the outside of the inner pipe is composed of at least one measurement capacitor having the same area of the reference capacitor and the electrode, There is a liquid passage in the radial direction at least two locations for the passage of the measuring liquid between the upper and lower ends, and the DC voltage is applied in parallel to each capacitor to check the magnitude of the electrical signal of each capacitor, and the measuring capacitor It is characterized by measuring the level of the liquid by checking the difference between the magnitude of the electrical signal generated and the electrical signal of the reference capacitor.

이하 본 발명을 첨부 도면과 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

제1도는 본 발명의 수위 측정 장치의 주변 개략도로써, 본 발명의 장치는 액체를 담고 있는 저장조(1)에 설치된다. 일반적으로 이 장치의 전극 부분을 담고 있는 외부 파이프(5)와 내부 파이프(6)의 물에 잠기는 길이와 액체의 깊이가 선형적으로 비례할 수 있도록 설치하되 가능한 한 중력이 작용하는 방향으로 설치하여 액체의 윗면과 직각 방향이 되도록하고 저장조(1)의 내벽 또는 바닥, 저장조 뚜껑(2)에 설치한다. 특히 이 장치를 고온 고압하에서 사용하는 경우 이 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.1 is a peripheral schematic view of the water level measuring device of the present invention, wherein the device of the present invention is installed in a reservoir 1 containing a liquid. In general, the length of the outer pipe 5 and the inner pipe 6 containing the electrode portion of the device and the depth of the liquid submerged in a linear proportional to the direction of gravity as possible It is perpendicular to the upper surface of the liquid and installed on the inner wall or bottom of the reservoir 1, the reservoir lid (2). In particular, when the device is used under high temperature and high pressure, the flange flange 3 is installed so that the device can be installed and removed from the outside of the reservoir 1. At this time, the device fixing flange 4 and the lid flange 3 in the device are mechanically or structurally engaged and fastened to maintain watertightness.

외부 파이프(5)와 내부 파이프(6)는 일반적으로 동심원의 형태이고 외부 파이프(5)의 하부 단면은 막혀있으며 필요에 의하여 기준 커패시터(8)가 항상 액체에 잠길 수 있도록 고안하였다.The outer pipe 5 and the inner pipe 6 are generally concentric in shape and the lower cross section of the outer pipe 5 is blocked and so designed that the reference capacitor 8 can always be submerged in liquid, if necessary.

외부 파이프(5)는 측정 커패시터(7) 제일 위쪽에서 기준 커패시터(8)까지 내부 파이프(6) 사이의 액체 출입을 위하여 외부 파이프의 길이 방향으로 2곳 이상의 위치에 액체 통로(10)를 설치하되 저장된 액체의 유동에 의하여 외부 파이프(5)와 내부 파이프(6) 사이의 액체 수위 간섭을 줄일 수 있도록 설치한다. 액체의 각 통로는 반지름 방향으로 1개 이상의 구멍을 설치한다.The outer pipe 5 is provided with a liquid passage 10 at two or more positions in the longitudinal direction of the outer pipe for the liquid inflow between the inner pipe 6 from the top of the measuring capacitor 7 to the reference capacitor 8. It is installed to reduce the liquid level interference between the outer pipe 5 and the inner pipe 6 by the flow of the stored liquid. Each passage of liquid provides one or more holes in the radial direction.

외부 파이프(5)와 내부 파이프(6) 사이에 적어도 1개 이상의 파이프간 지지대(9)를 커패시터 사이에 설치하여 외부 파이프(5)와 내부 파이프(6)의 간격을 고정시킨다.At least one inter-pipe support 9 is provided between the capacitor between the outer pipe 5 and the inner pipe 6 to fix the gap between the outer pipe 5 and the inner pipe 6.

이 장치의 장치 고정 플랜지(4)와 전극이 설치된 내부 파이프(6)와 외부 파이프(5)사이는 액체의 높이에 따른 측정 커패시터(7)의 개수를 최소화하고 신호 전달용 전선(12)의 통로를 제공하는 연결관(11)을 설치한다.Between the device fixing flange (4) of this device and the inner pipe (6) and the outer pipe (5) where the electrodes are installed, the number of measuring capacitors (7) according to the height of the liquid is minimized and the passage of the signal transmission wires (12) Install the connector (11) to provide.

외부 파이프(5)의 내부와 내부 파이프(6)의 외부는 상부 기준 커패시터(8)와 1개 이상의 측정 커패시터(7)로 이루어져 있다. 그리고 측정 커패시터(7)와 기준 커패시터(8)의 전극은 신호 처리의 간편함을 위하여 같은 크기로 한다.The inside of the outer pipe 5 and the outside of the inner pipe 6 consist of an upper reference capacitor 8 and one or more measuring capacitors 7. The electrodes of the measuring capacitor 7 and the reference capacitor 8 are of the same size for simplicity of signal processing.

외부 파이프(5)와 내부 파이프(6) 사이에 있는 여러개의 측정 커패시터(7) 중에서 액체에 완전히 잠겨있는 각 측정 커패시터(7)의 정전기 신호의 크기는 이 장치의 아래쪽에 있는 기준 커패시터(8)의 정전기 신호의 크기와 같게 되고 액체의 수면위로 완전히 노출된 각 측정 커패시터(7)의 정전기 신호의 크기는 기준 커패시터의 정전기 신호와 차이가 발생하므로 액체의 깊이를 파악하게 된다. 이들 측정 커패시터(7) 중의 1개가 일부 액체에 잠길 경우 이때는 기준 커패시터의 정전기 신호의 1/2을 액체 유무의 판별 신호로 설정하면 액체 깊이 측정의 오차는 1개의 측정 커패시터(7)높이의 1/2 이하가 된다. 따라서 측정 오차를 줄이기 위해서는 가능한 한 여러개의 작은 측정 커패시터(7)를 설치하여야 한다.Of the several measuring capacitors 7 between the outer pipe 5 and the inner pipe 6, the magnitude of the electrostatic signal of each measuring capacitor 7 submerged in liquid is equal to the reference capacitor 8 at the bottom of the device. Since the magnitude of the electrostatic signal of each measuring capacitor 7 which is equal to the magnitude of the electrostatic signal of and is completely exposed on the surface of the liquid is different from that of the reference capacitor, the depth of the liquid is determined. If one of these measuring capacitors (7) is immersed in some liquid, at this time, if half of the electrostatic signal of the reference capacitor is set as the discriminating signal of the presence or absence of liquid, the error of the liquid depth measurement is 1/1 of the height of one measuring capacitor (7) 2 or less. Therefore, in order to reduce the measurement error, as many small measuring capacitors 7 as possible should be provided.

이 장치는 저장조(1) 내부에서 액체의 온도와 밀도가 변하더라도 액체에 잠긴 측정 커패시터(7)와 기준 커패시터(8)가 같은 분위기 내에 있게 되므로 이들 커패시터의 정전기 크기는 동일하게 된다.Even if the temperature and density of the liquid inside the reservoir 1 change, the measurement capacitor 7 and the reference capacitor 8 submerged in the liquid are in the same atmosphere so that the electrostatic magnitude of these capacitors is the same.

이 장치에 설치된 전극을 보호하고 누전을 방지하기 위하여 절연 물질로 전극에 피막을 형성하여야 하며 이 절연 물질은 측정 대상물인 액체의 특성을 고려하여 선택한다.In order to protect the electrode installed in this device and to prevent the short circuit, a film should be formed on the electrode with insulating material. This insulating material is selected considering the characteristics of the liquid to be measured.

각 전극에서 발생된 전기적 신호는 신호 전달용 전선(12)에 의하여 신호 처리 장치(13)에 각각 연결되며 이 신호 처리 장치(13)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 있어야 하며 이 신호를 통하여 액체의 깊이를 아나로그 또는 디지탈 형태의 가시적인 양으로 나타낼 수 있는 장치를 이용한다.The electrical signals generated at each electrode are connected to the signal processing device 13 by the signal transmission wires 12, and the signal processing device 13 applies DC voltage to each pair of electrodes continuously, periodically or by necessity. It must be a device capable of applying DC voltage, and there must be a grounding device that can remove the disturbance of external electric signal, and can amplify the electric signal generated by the DC according to the depth of liquid. Use a device that can represent the depth of s in a visible amount, either in analog or digital form.

본 발명의 수위 측정 장치는 윗부분이 개방된 용기와 밀폐된 용기에서도 적용이 가능하며, 일반상태의 액체 유동과 고온 고압 상태에서도 적용 가능하다.The water level measuring device of the present invention can be applied to a container with an open top and a closed container, and can be applied even in a liquid state and a high temperature and high pressure state in a general state.

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 두 전극의 면은 같게 한다.As a modification of the present invention, the electrodes of the outer pipe 5 and the inner pipe 6 may be used by transforming them into a rectangular electrode inside the outer pipe 5 as shown in FIG. 3, wherein the two electrodes face the same.

정전기를 이용한 본 발명은 그 구조가 간단하고 움직이는 부분이 없으므로 사용 수명이 길고 수면위에 액체의 거품이 생기는 경우에도 정확한 측정이 가능한 효과가 있는 것이다.The present invention using static electricity has a simple structure and no moving parts, so the service life is long and accurate measurement is possible even when bubbles of liquid occur on the water surface.

Claims (8)

동심원을 갖는 이중 파이프에서 외부 파이프의 내부와 내부 파이프의 외부는 기준 커패시터와 전극의 면적이 같은 적어도 1개 이상의 측정 커패시터로 구성되며, 외부 파이프의 상부와 하부가 막힌 끝단 사이에 측정 액체의 통로를 위하여 적어도 2개 이상의 위치에 반지름 방향으로 액체 통로가 있는 장치로서, 각 커패시터에 직류 전압을 걸어서 각 커패시터의 전기적 신호의 신호를 확인하고, 측정 커패시터에 발생한 전기적 신호의 크기와 기준 커패시터의 전기적 신호의 차이를 확인하여 액체의 수위를 측정하는 것을 특징으로 하는 액체 수위 측정 방법.In a concentric double pipe, the inside of the outer pipe and the outside of the inner pipe consist of at least one measuring capacitor with the same area of the reference capacitor and the electrode, and the passage of the measuring liquid between the upper and lower ends of the outer pipe is blocked. In order to provide a liquid passage in the radial direction at least two or more locations, DC voltage is applied to each capacitor to check the signal of the electrical signal of each capacitor, and to determine the magnitude of the electrical signal generated in the measuring capacitor and the electrical signal of the reference capacitor. Liquid level measurement method characterized by measuring the level of the liquid by checking the difference. 동심원을 갖는 이중 파이프에서 외부 파이프의 내부와 내부 파이프의 외부는 기준 커패시터와 전극의 면적이 같은 적어도 1개 이상의 측정 커패시터로 구성되며, 외부 파이프의 상부와 하부가 막힌 끝단 사이에 측정 액체의 통로를 위하여 적어도 2개 이상의 위치에 반지름 방향으로 액체 통로가 있으며, 각 커패시터에 직류 전압을 걸어서 각 커패시터의 전기적 신호의 신호를 확인하고, 측정 커패시터에 발생한 전기적 신호의 크기와 기준 커패시터의 전기적 신호의 차이를 확인하여 액체의 수위를 측정하는 것을 특징으로 하는 수위 측정 장치.In a concentric double pipe, the inside of the outer pipe and the outside of the inner pipe consist of at least one measuring capacitor with the same area of the reference capacitor and the electrode, and the passage of the measuring liquid between the upper and lower ends of the outer pipe is blocked. In order to check the signal of the electrical signal of each capacitor by applying DC voltage to each capacitor, check the signal of the electric signal generated in the measuring capacitor and the difference between the electric signal of the reference capacitor and the reference capacitor. The water level measuring device, characterized in that for measuring the water level of the liquid. 제2항에 있어서, 외부 파이프와 내부 파이프의 간격을 일정하게 유지시키기 위하여, 적어도 1개 이상의 파이프간 지지대가 커패시터들 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 수위 측정 장치.The water level measuring apparatus according to claim 2, wherein at least one inter-pipe support is provided between the capacitors in order to maintain a constant gap between the outer pipe and the inner pipe. 제2항에 있어서, 기준 커패시터가 항상 액체에 잠겨 있도록 외부 파이프의 아래쪽 액체 통로를 기준 커패시터와 측정 커패시터 사이에 설치한 것을 특징으로 하는 수위 측정 장치.The water level measuring apparatus according to claim 2, wherein a lower liquid passage of an outer pipe is provided between the reference capacitor and the measurement capacitor so that the reference capacitor is always submerged in the liquid. 제3항에 있어서, 기준 커패시터가 항상 액체에 잠겨 있도록 외부 파이프의 아래쪽 액체 통로를 기준 커패시터와 측정 커패시터 사이에 설치한 것을 특징으로 하는 수위 측정 장치.4. The water level measuring device according to claim 3, wherein a lower liquid passage of an outer pipe is installed between the reference capacitor and the measurement capacitor so that the reference capacitor is always submerged in liquid. 제2항에 있어서, 측정 장치를 고온 고압에서 사용하기 위하여 저장조 외부에서 설치 제거할 수 있도록 뚜껑 플랜지를 설치하는 것을 특징으로 하는 수위 측정 장치.The water level measuring apparatus according to claim 2, wherein a lid flange is provided so that the measuring apparatus can be removed from the outside of the reservoir for use at high temperature and high pressure. 원형 또는 타원형태의 파이프 내부에 서로 마주보는 같은 크기의 전극으로 기준 커패시터와 기준 커패시터와 전극의 면적이 같은 적어도 1개 이상의 측정 커패시터로 구성되어 있으며, 외부 파이프의 상부와 하부가 막힌 끝단 사이에 측정 액체의 통로를 위하여 적어도 2개 이상의 위치에 반지름 방향으로 액체 통로가 있으며, 각 커패시터에 직류 전압을 걸어서 각 커패시터의 전기적 신호의 크기를 확인하고 측정 커패시터에 발생한 전기적 신호의 크기와 기준 커패시터의 전기적 신호의 차이를 확인하여 액체의 수위를 측정하는 것을 특징으로 하는 수위 측정 장치.The same sized electrode facing each other inside a round or elliptical pipe, consisting of a reference capacitor and at least one measuring capacitor with the same area of the reference capacitor and the electrode, measured between the closed end of the top and bottom of the outer pipe There is a liquid passage in the radial direction at least two positions for the passage of the liquid, and by applying a DC voltage to each capacitor to check the magnitude of the electrical signal of each capacitor, the magnitude of the electrical signal generated in the measuring capacitor and the electrical signal of the reference capacitor The water level measuring device, characterized in that for measuring the level of the liquid by checking the difference. 제7항에 있어서, 서로 마주보는 전극판 사이의 간격을 일정하게 유지시키기 위하여 이들 전극판의 상부 또는 하부를 지지하거나, 적어도 1개 이상의 전극판 지지대가 커패시터들 사이에 설치되며, 기준 커패시터가 항상 액체에 잠겨 있도록 외부 파이프의 아래쪽 액체 통로를 기준 커패시터와 측정 커패시터 사이에 설치한 것을 특징으로 하는 수위 측정 장치.8. The method of claim 7, wherein the upper or lower portions of these electrode plates are supported to maintain a constant gap between the electrode plates facing each other, or at least one electrode plate support is provided between the capacitors, and the reference capacitor is always A liquid level measuring device, wherein a lower liquid passage of an outer pipe is installed between a reference capacitor and a measuring capacitor so as to be submerged in liquid.
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