KR100194137B1

KR100194137B1 - 주파수 분석형 수위 측정 방법과 장치

Info

Publication number: KR100194137B1
Application number: KR1019960055753A
Authority: KR
Inventors: 황정기; 이문욱; 장상균; 김현민; 조충희
Original assignee: 이호림; 한국전력기술주식회사
Priority date: 1996-11-20
Filing date: 1996-11-20
Publication date: 1999-06-15
Also published as: US6053042A; KR19980037057A

Abstract

주파수 분석형 수위 측정 장치는 수위를 측정하고자 하는 용기의 윗부분 또는 내부에 측정기를 고정시켜 수위의 증감에 따라 액체에 잠기는 측정기의 깊이가 선형적으로 변할때 적용 가능하다.

이 수위 측정 장치는 수위 측정기가 액체 속에 잠기는 깊이에 따라 수위 측정기의 고유 진동수가 변하는 원리를 이용한 것이다.

이 측정기에 충격을 가하여 측정된 수위별 신호음은 서로 다르게 나타나며, 이 신호를 충격 감지 센서를 이용하여 주파수 분석 장치에 입력하여 주파수 분석을 하면 그 수위에 맞는 주파수 특성이 나타난다.

이 주파수 특성을 미리 입력된 수위별 또는 운전 조건에 따른 수위별 주파수 특성과 비교하면 수위를 측정할 수 있다.

측정된 주파수 특성만으로 용기내의 수위 변화를 알 수 있는 장점이 있고, 센서 특성에 의한 신호의 지연 효과가 없어서 실시간으로 수위 측정이 가능하다.

Description

주파수 분석형 수위 측정 방법과 장치

본 발명은 주파수 분석형 수위 측정 방법과 장치에 관한 것으로, 보다 상세히 설명하자면 액체를 저장하거나 액체의 유동이 있는 용기에서 충격이 있을 때 나타나는 신호의 특성을 이용하여 수위를 측정하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

종래의 경수형 원자력 발전소의 원자로에 사용중인 열전대형의 수위 측정기는 측정기 내에 설치된 열전대의 개수에 따라 수위의 정확성이 좌우되는 수위 측정의 불연속성이 있어서 수위가 열전대 사이에 있게 되면 수위의 증가 또는 감소 경향을 발전소 운전자가 파악할 수 없게 된다.

주파수 측정형 수위 측정기를 원자력 발전소의 원자로에 설치하면 발전소의 운전자는 연속적인 수위를 측정할 수 있게 되어 수위의 증가 감소 경향을 항상 파악할 수 있으며, 또한 열전대형 주위 측정기에서 나타내는 센서 특성에 의한 신호의 지연 효과가 없다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 윗 부분이 개방된 용기나 밀폐된 용기에서도 적용이 가능하고, 상온 상압 상태의 액체 유동이 있는 용기나 고온 고압상태의 액체 용기에서도 적용이 가능하도록, 수위 측정기가 액체 속에 깊이 잠길수록 측정기의 고유 진동수는 낮아지고, 측정기가 액체에 잠기는 깊이가 얕을수록 측정기의 고유 주파수는 높아지는 원리를 이용하여 측정기에 충격을 가하면 수위에 따른 신호음이 서로 다르게 나타나 이것을 충격 감지 센서로 신호를 받아서 이 주파수와 미리 입력된 수위별 주파수 특성과 비교하여 수위를 측정할 수 있도록 하는 방법 및 장치를 제공하는데 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적은 액체가 담겨진 수조 내부의 수위를 측정하는 방법에 있어서, 먼저 파이프 형태의 신호 측정기가 액체에 잠기는 깊이에 따라 변화하는 주파수 분석을 미리 수행하여 이를 컴퓨터에 입력시켜 놓은 후, 상기 파이프 형태의 신호 측정기를 수조의 액체에 담근 후 신호 측정기에 충격을 가하는 충격기를 포함하고 있는 충격 장치를 이용하여 1회 이상 주기적 또는 연속적으로 충격을 가하여 신호 측정기에 나타나는 충격에 의한 주파수 신호를 충격 감지 센서가 감지토록 하고, 이를 주파수 분석 장치에서 측정된 주파수를 수위별로 이미 설정된 주파수와 비교하여 연속적인 수위를 측정하도록 하는 방법을 특징으로 하는 주파수 분석형 수위 측정 방법을 제공함으로써 달성된다.

상기와 같은 본 발명의 목적은 액체가 담겨진 수조 내부의 수위를 측정하는 장치에 있어서, 파이프 형태의 신호 측정기와, 신호 측정기에 설치되어, 1회 이상 주기적 또는 연속적으로 직접 충격을 가하는 충격기와 신호 측정기에 충격을 가할 때 충격 시작 시간을 나타내는 충격 센서와 충격량 조절기와 자석이 하나의 집합체로 이루어지고, 여기에 자석을 지지하는 스프링 및 자석의 상부에 일정 공간을 두고 설치된 전자석을 포함하여 구성되는 충격 장치와, 상기 전자석을 구동시키는 동력선, 충격 센서, 충격 감지 센서의 신호를 전달하기 위한 신호 측정용 전선을 수밀하여 외부와 연결하는 수밀형 소켓트와, 충격 장치에서 발생하는 충격을 감지하는 적어도 1개 이상의 충격 감지 센서로 구성하여 이 충격 감지 센서를 통하여 얻어진 신호를 주파수 분석 장치를 이용 비교하여 수위를 측정하는 것을 특징으로 하는 주파수 분석형 수위 측정 장치를 제공함으로써 달성된다.

제1도는 원자로 압력 용기 일부 수직 단면도이고,

제2도는 측정장치의 개략도이며,

제3도는 제2도의 1-1선 방향의 확대 충격 장치 개략도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 원자로 압력 용기 내부 2 : 원자로 압력 용기

3 : 원자로 압력 용기 뚜껑 4 : 고온 유체 출구관

5 : 원자로 내부 구조물 6 : 핵연료 배열판

7 : 신호 측정기 외관 8 : 노즐

9 : 플랜지 집합체 10 : 신호 측정용 전선

11 : 소켓트 12 : 드라이브 너트

13 : 배기 플러그 14 : 그래이 락 클램프

15 : 수밀링 16 : 수밀판

17 : 신호 측정기 18 : 유체 통로용 구멍

19 : 충격 장치 20 : 충격기

21 : 충격 센서 22 : 충격량 조절기

23 : 자석 24 : 스프링

25 : 전자석 26 : 충격 감지 센서

27 : 수밀형 소켓트

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명의 실시예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도는 주파수 분석형 수위 측정 장치를 경수형 원자력 발전소의 원자로 압력 용기 내부(1)에 설치된 것을 나타낸 것이고, 제2도는 주파수 분석형 수위 측정 장치의 개략도로 경수형 원자로에 설치될 경우, 설치 부분의 장치까지 포함하여 나타낸 것이다.

상기 도면에서 원자로 압력 용기 내부(1)는 원자로 압력 용기(2)와 원자로 압력 용기 뚜껑(3)으로 압력 경계를 이루고 있다.

신호 측정기 외관(7)은 노즐(8) 내부에 고정된다.

신호 측정기(17)는 원자로 압력 용기 뚜껑(3)을 관통하여 설치되고 노즐(8)에 체결된 플랜지 집합체(9)에 고정된다.

노즐(8)은 원자로 압력 용기 뚜껑(3)에 붙어 있으며, 그래이 락 클램프(14)에 의하여 플랜지 집합체(9)와 체결된다.

노즐(8)과 그래이 락 클램프(14)가 체결될 때 체결부위의 누수 방지를 위하여 수밀링(15)이 설치된다.

플랜지 집합체(9)는 수위 측정 장치를 고정시키고 누수를 방지하기 위하여 드라이브 너트(12)와 수밀링(15)이 설치되며 노즐(8) 내부의 배기를 위하여 배기 플러그(13)가 설치된다.

신호 측정기(17)와 신호 측정기 외관(7)은 서로 물리적 접촉으로 인한 간섭이 발생하지 않아야 한다.

신호 측정기 외관(7)은 신호 측정기(17)를 보호하는 기능과 원자로 압력 용기 내부(1)와 같이 유동이 심한 곳의 수위를 안정화시키는 기능을 한다.

신호 측정기(17)와 신호 측정기 외관(7)은 측정 수면에 수직으로 설치하여 수면의 깊이에 선형적으로 비례하도록 한다.

신호 측정기 외관(7)은 한 개 이상의 파이프로 연결될 수 있다.

신호 측정기 외관(7)의 상하에 각각 한 개 이상의 구멍을 뚫는다.

이 구멍의 크기는 액체 용기의 수위 변화에 따라 측정기 외관(7)의 내부 및 외부의 수위가 항상 동일하게 될 수 있는 크기여야 한다.

신호 측정기 외관(7)은 원자로 압력 용기 뚜껑(3)의 노즐(8)에서 원자로 내부 구조물(5)을 통과하여, 핵연료 배열판(6)까지 연장된다.

파이프 형태의 신호 측정기(17)는 파이프에 충격을 가하는 충격 장치(19), 적어도 한 개 이상의 충격 감지 센서(26)로 구성된다.

상기 신호 측정기(17)에 사용되는 파이프는 원주 방향의 진동 특성보다는 길이 방향의 진동 특성이 잘 나타나는 파이프를 선택하여야 한다.

액체 속에 잠긴 신호 측정기(17)는 파이프의 동특성을 크게 하기 위하여 이 파이브의 하단과 상단에 적어도 각각 1개 이상의 유체 통로용 구멍(18)을 뚫는다.

이 유체 통로용 구멍(18)은 원자로 압력 용기 내부(1)나 액체 저장조에서 발생 가능한 최대 수위의 변화에 신호 측정용 파이프의 외부와 내부의 수위차가 발생하지 않는 크기의 직경을 가져야 한다.

신호 측정기(17)에 충격을 가하는 충격 장치(19)는 신호 측정용 파이프의 상단이나 하단 또는 플랜지 집합체(9)에 장착할 수 있다.

측정된 신호를 주파수 분석기나 주파수 분석용 프로그램이 내장된 컴퓨터를 이용하여 주파수 분석을 하면 각 주파수별로 신호의 크기가 나타나게 되며, 분석된 주파수 신호는 신호 측정기(17)가 물에 잠긴 깊이에 따라 다르게 나타나는데 신호 측정기(17)의 고유 진동수 부근에서 큰 값을 나타낸다.

따라서 신호 측정기(17)를 설치하기 전 신호 측정용 파이프의 액체에 잠기는 깊이에 따른 주파수 분석을 미리 수행하여 이를 컴퓨터에 입력시켜 놓는다.

이 입력된 값을 기준으로 어떤 수위에서 실제 측정된 값과 비교하면 수위를 알 수 있게 된다.

수위 측정에 사용되는 값은 공진이 발생하는 주파수이므로 수위별 설정 주파수와 측정 주파수를 비교한다.

이 주파수는 미리 정해진 크기 이상의 신호가 나타나는 부근에서 최대 신호값을 갖는 주파수이다.

측정된 주파수 신호에서 외란에 의한 신호로 인하여 수위 측정에 혼란이 발생할 수 있는데 이 경우 충격기(20)를 여러 번 작동하여 각각의 측정된 신호를 선형 평균하면 외란에 의하여 입력된 신호는 위상차이에 의하여 소멸되게 된다.

제3도는 제2도의 1-1선 방향의 확대 충격 장치 개략도로서, 충격 장치(19)가 신호 측정기(17)의 하부에 설치될 때의 구조를 나타낸 것이다.

충격 장치(19)는 충격기(20), 충격 센서(21), 충격량 조절기(22), 자석(23), 스프링(24), 전자석(25)으로 구성되어 있다.

상기 충격기(20), 충격 센서(21), 충격량 조절기(22)와 자석(23)은 하나의 집합체로 구성되어 있으며, 자석(23), 스프링(24) 및 전자석(25)에 의하여 신호 측정기(17)의 일부에 직접 충격을 가하게 된다.

충격 센서(21)는 신호 측정기(17)에 충격을 가할 때 충격 시작 시간을 나타내게 된다.

충격에 의하여 신호 측정기(17)에 나타난 신호는 충격 감지 센서(26)에서 얻어지며, 주파수 분석장치(도시 없음)는 이 신호를 받아 주파수 분석을 하게 된다.

주파수 분석은 충격 센서(21)에 신호가 입력되는 시각을 기준으로 이루어진다.

전자석(25)을 구동시키는 동력선, 충격 센서(21), 충격 감지 센서(26)의 신호를 전달하기 위한 신호 측정용 전선(10)은 수밀형 소켓트(27)를 통하여 외부와 연결된다.

충격 장치(19)는 신호 측정기(17)에 신호를 가장 효과적으로 전달할 수 있는 곳에 설치하며, 충격 감지 센서(26)는 신호 측정기(17)의 모든 신호가 잘 나타나는 지점에 설치한다.

충격 신호는 신호 측정용 파이프의 길이 방향에 따라 원하는 신호의 크기가 다르게 나타날 뿐만 아니라 어떤 지점에서는 신호의 일부분이 나타나지 않는 곳도 있다.

상기와 같은 본 발명의 수위 측정 장치는 윗 부분이 개방된 용기나 밀폐된 용기에서도 적용이 가능하며, 상온 상압 상태의 액체 유동이 있는 용기나 고온 고압상태의 액체 용기에서도 적용이 가능하다.

수위 측정기가 액체 속에 깊이 잠길수록 측정기의 고유 진동수는 낮아지고, 측정기가 액체에 잠기는 깊이가 얕을수록 측정기의 고유 주파수는 높아지는 원리를 이용한 것이다.

이 측정기에 충격을 가하면 수위에 따른 신호음이 서로 다르게 나타나며, 이것을 충격 감지 센서로 신호를 받아서 주파수 분석을 하면 그 수위에 맞는 주파수 특성이 나타난다.

이 주파수 특성을 미리 입력된 수위별 주파수 특성과 비교하면 수위를 측정할 수 있게 된다.

뿐만 아니라 측정되는 주파수 특성의 변화만으로 용기내의 수위 변화를 알 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 원자로를 실시예로 하였으나 이에 국한되는 것이 아니고 기타 산업기기에의 수위 측정에 범용할 수 있다.

Claims

액체가 담겨진 수조 내부의 수위를 측정하는 방법에 있어서, 먼저 파이프 형태의 신호 측정기(17)가 액체에 잠기는 깊이에 따라 변화하는 주파수 분석을 미리 수행하여 이를 컴퓨터에 입력시켜 놓은 후, 상기 파이프 형태의 신호 측정기(17)를 수조의 액체에 담근 후 신호 측정기(17)에 충격을 가하는 충격기(20)를 포함하고 있는 충격 장치(19)를 이용하여 1회 이상 주기적 또는 연속적으로 충격을 가하여 신호 측정기(17)에 나타나는 충격에 의한 주파수 신호를 충격 감지 센서(26)가 감지토록 하고, 이를 주파수 분석 장치에서 측정된 주파수를 수위별로 이미 설정된 주파수와 비교하여 연속적인 수위를 측정하도록 하는 방법을 특징으로 하는 주파수 분석형 수위 측정 방법.
액체가 담겨진 수조 내부의 수위를 측정하는 장치에 있어서, 파이프 형태의 신호 측정기(17)와, 신호 측정기(17)에 설치되어, 1회 이상 주기적 또는 연속적으로 직접 충격을 가하는 충격기(20)와 신호 측정기(17)에 충격을 가할 때 충격 시작 시간을 나타내는 충격 센서(21)와 충격량 조절기(22)와 자석(23)이 하나의 집합체로 이루어지고, 여기에 자석(23)을 지지하는 스프링(24) 및 자석(23)의 상부에 일정 공간을 두고 설치된 전자석(25)을 포함하여 구성되는 충격 장치(19)와, 상기 전자석(25)을 구동시키는 동력선, 충격 센서(21), 충격 감지 센서(26)의 신호를 전달하기 위한 신호 측정용 전선(10)을 수밀하여 외부와 연결하는 수밀형 소켓트(27)와, 충격 장치(19)에서 발생하는 충격을 감지하는 적어도 1개 이상의 충격 감지 센서(26)로 구성하여 이 충격 감지 센서(26)를 통하여 얻어진 신호를 주파수 분석 장치를 이용 비교하여 수위를 측정하는 것을 특징으로 하는 주파수 분석형 수위 측정 장치.
제2항에 있어서, 신호 측정기(17)의 상하부에 유체 통로용 구멍(18)이 있는 것을 특징으로 하는 주파수 분석형 수위 측정 장치.
제2항에 있어서, 상기 신호 측정기(17)의 외부에 수조 내부의 유동에 대하여 안정된 유면을 확보하고, 외부에서 발생되는 신호를 차단하기 위하여 적어도 1개 이상으로 연결되어 있는 신호 측정기 외관(7)을 설치한 것을 특징으로 하는 주파수 분석형 수위 측정 장치.
제4항에 있어서, 상기 신호 측정기(17) 외부에 설치된 신호 측정기 외관(7)의 상하부에 각각 한 개 이상의 유체 통로용 구멍이 있는 것을 특징으로 하는 주파수 분석형 수위 측정 장치.