KR100195459B1 - 유량검출기 - Google Patents

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KR100195459B1
KR100195459B1 KR1019960041033A KR19960041033A KR100195459B1 KR 100195459 B1 KR100195459 B1 KR 100195459B1 KR 1019960041033 A KR1019960041033 A KR 1019960041033A KR 19960041033 A KR19960041033 A KR 19960041033A KR 100195459 B1 KR100195459 B1 KR 100195459B1
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다카시 다케바야시
핑호 게
도모노부 엔도
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다카다 요시유키
에스에무시 가부시키가이샤
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Abstract

임계치는 설정스위치(40a∼40c)를 이용하여 CPU(48)내에 저장된다. 유체가 유체통로(14)내로 유입되면, 조정 정 전류원(46a)에 의해 가열된 제1서미스터(20)의 온도는 하강하며, 제1서미스터(20)의 출력전압은 증가한다. 제2서미스터(22)는 유체온도에 상응하는 전압을 출력한다.
차동증폭기(47)는 제1 및 제2서미스터(20,22)출력전압간의 차동전압을 출력하며, 차동전압은 A/D변환기에 의해 CPU(48)에 인가될 디지탈 수치의 전압으로 변환된다.
CPU(48)는 디지탈 차동전압에 근거하여 유체의 유량을 결정하기 위해 메모리(52)내에 저장된 데이타 테이블을 참조한다. 결정된 유량이 임계치 보다 크면, CPU(48)는 외부장치로서의 부하(58a,58b)를 작동시키기위해 트랜지스터(54a,54b)를 온상태가 되게 한다. 결정된 유량이 임계치 보다 작으면, CPU(48)는 부하를 오프시키기 위해 트랜지스터(54a,54b)를 오프상태가 되게 한다.

Description

유량 검출기
제1도는 본 발명의 제1실시예에 따른 유량검출기의 길이방향 단면도.
제2도는 제1도의 유량 검출기의 평면도.
제3도는 제1도의 유량 검출기의 전기회로의 블록 다이어그램.
제4도는 제3도에 도시된 전기회로내 메모리에 저장된 데이타 테이블에 의해 도시된 유체의 유량과 차동증폭기의 출력전압간의 관계를 도시하고 있는 그래프.
제5도는 본 발명의 제2실시예에 따른 검출기의 길이방향 단면도.
제6도는 제2실시예에 따른 유량 검출기의 표시장치의 사시도.
제7도는 제6도의 표시장치의 배면도.
제8도는 본 발명의 제3실시예에 따른 유량 검출기의 표시장치의 평면도. 그리고, 제9도는 제8도의 표시장치의 측면도이다.
[발명의 배경]
[발명의 분야]
본 발명은 유체통로로 유입되는 유체의 유량을 측정하기 위한 유량검출기에 관한 것이다.
[선행기술의 설명]
지금까지 알려진 종래의 유량 검출기는 온도센서와 온도센서를 가열하기 위한 가열수단으로 구성되고, 온도센서와 가열수단은 유량이 측정되어야 하는 유체의 통행부로서 유체통로내에 배치되는 것이었다. 유체가 유체통로내를 흐를때는 가열된 온도센서가 유체에 의해 열을 잃게되고, 온도가 하강하며, 그 결과 온도센서로부터의 출력전압이 감소하게 된다. 유체통로내의 유동속도는 온도센서의 출력전압으로부터 결정되고, 유체유량은 측정된 유체 유동 속도와 유체통로의 단면적을 근거로 계산된다.
그러나, 이러한 주지의 유량 검출기는 계산된 유량에 의거 외부장치를 제어하기 위한 여하한 수단을 가지고 있지 않으므로, 유체통로를 통과하는 유체의 유량이 소정의 유량보다 작거나 클때 원하는 외부 장치를 자동적으로 작동할 수 없는 문제점이 있다.
[발명의 요약]
본 발명의 전체적인 목적은 검출된 유량에 의거 다른 장치를 제어할 수 있는 유량 검출기를 제공하는데 있다.
본 발명의 주요 목적은 유체통로내에 배치되어 가열되는 온도센서의 온도를 측정하고, 이에 의해 유체통로를 통과하는 유체의 유량을 결정하여 결정된 유량을 표시하는 유량 검출기를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 유체온도에 기이한 신호편차가 보상된 유량을 계산하고, 표시장치에 계산된 유량을 표시하며, 계산된 유량과 설정수단에 의해 미리 설정된 기준 유량과의 비교결과를 전기신호로 변환시키고, 비교결과에 따라 외부장치를 제어하기 위해 전기신호를 신호출력장치로 출력시키는 연산회로에, 유체통로내에 배치되어 가열 수단에 의해 가열되는 제1온도센서로 부터의 출력신호와 유체통로내에 배치되어 가열되지 않는 제2온도센서로부터의 출력신호 사이의 차동신호(differential signal)를 인가하는 유량 검출기를 제공하고자 함에 있다.
본 발명의 상기한, 그리고 여타의 목적과 특징 및 이점들은 첨부한 도면을 참조하여 설명되는 본 발명의 바람직한 실시예와 관련하여 기재되는 이하의 기술로부터 더욱 명백하게 확인될 것이다.
[바람직한 실시예의 상세한 설명]
제1도에서는, 본 발명의 제1실시예에 따른 유량검출기(10)는 유체가 통과하는 길이 방향의 통로가 경계지어진 실질적으로 정방형의 단면형상의 유체통로(14)를 갖춘 긴 케이싱(12)를 포함한다. 유량검출기(10)는 또한, 케이싱(12)의 대향 단부에 각각 배설되며, 유체통로(14)와 연통하도록 규정된 각각의 구멍(18a,18b)을 갖춘 한쌍의 파이프 연결기(16a,16b)를 포함한다. 파이프 연결기(16a,16b)는 각각 유체입구 및 출구파이프와 연통하기 위한 각각의 구멍(18a,18b)을 규정짓는 내부적으로 나삿니가 있는 면을 갖추고 있다.
온도센서로서의 제1서미스터(20, thermistor;열저항기)가 유체통로(14)내에 배치되어 유체통로(14)의 중심을 향하여 연장되며, 온도센서로서의 제2서미스터(22)는 제1서미스터(20)와 간격을 두어 그 아랫쪽에서 유체통로(14)내에 배치되어 유체통로(14)의 중심을 향하여 연장된다. 각각의 제1 및 제2서미스터(20,22)는 유체통로(14)로 유입되는 유체흐름을 방해하지 않도록 가느다란 봉 형상을 가진다. 제1 및 제2서미스터(20,22)는 케이싱(12)내 장착된 기판(26)에 전기적으로 접속되어 있다.
파이프 연결기(16a,16b)는 케이싱(12)로부터의 유체누설을 방지하기 위해 각각O형상의 링(28a,28b)을 통하여 케이싱(12)의 대향단부와 결합되어 있으며, 제1 및 제2서미스터(20,22)는 제1 및 제2서미스터(20,22)로 부터의 유체누설을 방지하기 위해 O형상의 링(28c)을 통하여 케이싱(12)내에 배설되어 있다.
표시장치(30)는 케이싱(12)의 상부에 고정되며, 도선(34)을 통해 기판(26)에 전기적으로 연결되는 기판(32)을 포함한다. 기판(32)은 세자리 수치를 표시할 수 있는 7-세그먼트 LED(광발산 다이오드; light-emitting diode, 36), 한쌍의 LED (38a,38b)및 기준 유량을 설정하기 위한 설정 수단으로 작용하는 설정스위치(40a∼40c)를 그 위에 지지하고 있다.
제2도에 도시된 바와같이, 7-세그먼트 LED(36)및 LED(38a,38b)는 표시윈도우(42)를 통하여 표시장치(30)윗쪽에서 보일 수 있도록 위치된다. 설정스위치(40a∼40c)는 표시장치(30)의 윗쪽으로 부터 눌려질 수 있다. 신호를 출력하기 위한 컨넥터(44)는 기판(32)에 전기적으로 접속되며, 표시장치(30)의 벽에 기계적으로 고착된다.
제3도는 유량 검출기(10)의 전기회로를 블록도로서 도시하고 있다. 조정 정 전류원(46a,46b)이 각각 제1 및 제2서미스터(20,22)에 직렬연결된다. 제1 및 제2서미스터(20,22)와 조정 정 전류원(46a,46b)은 보상회로로 작용하는 차동증폭기(47)에 접속된다.
제1 및 제2서미스터(20,22)로부터의 출력전압은 각 편차에 의해 오류를 겪으므로, 차동증폭기(47)는 오류를 흡수하기 위한 가감저항기(도시되지 않음)와 같은 조정용 소자를 갖는다. 차동증폭기(47)는 각 제1 및 제2서미스터(20,22)의 양단 전압(Va,Vb)사이의 차동전압(Vc)을 출력하며, 차동전압(Vc)을 CPU(48)내의 A/D(아날로그-디지탈)변환기(50)에 인가한다. 따라서, 차동전압(Vc)은 CPU(48)에 의해 처리되기에 앞서 A/D변환기(50)에 의해 아날로그값에서 디지탈값으로 변환된다. CPU(48)에는 실험적으로 측정된 차동전압과 유체통로(14)내의 유체의 유량(Q)간의 관계를 나타내는 데이타 테이블(제4도 참조)이 저장된 메모리(52)가 연결된다. 7세그먼트 LED(36), LED(38a,38b)및 세팅스위치(40a∼40c)는 CPU(48)에 연결된다. CPU(48)는 출력신호를 트랜지스터(54a,54b)의 베이스에 인가하며, 그 컬렉터는 컨넥터(44)의 출력단자(56a,56b)에 접속된다. 조정 정 전류원(46a,46b), 차동증폭기(47), CPU(48), 메모리(52)및 트랜지스터(54a,54b)는 기판(26)또는 기판(32)상에 배치된다. 유량 검출기(10)가 외부장치로서 부하(58a,58b)를 제어하기 위해 사용될때는 부하(58a,58b)의 각 단자는 출력단자(56a,56b)에 각각 접속되고, 부하(58a,58b)의 다른 단자는 전력공급기(60)에 접속된다.
외부장치로서 부하(58a,58b)의 트랜지스터(54a,54b)및 출력단자(56a,56b)의 수에 따라 달라진다. 제1실시예에서는 두개의 트랜지스터(54a,54b)및 두개의 출력단자(56a,56b)가 존재하므로, 외부장치로서 두개의 부하(58a,58b)가 유량 검출기(10)에 연결될 수 있다.
이하에서는 유량 검출기(10)의 작용에 대하여 설명한다.
먼저, 제1 및 제2서미스터(20,22)로 부터의 출력전압의 오프셋 내지 간격은 차동증폭기(47)내의 조정장치에 의해 조절되며, 이로인해 제1 및 제2서미스터(20,22)의 편차에 기인한 여하한 출력전압의 오류도 흡수된다.
그리고, 조정 정 전류원(46a,46b)은 제1 및 제2서미스터(20,22)에 각 전류를 공급한다. 이 시점에서, 조정 정 전류원(46a)으로 부터 제1서미스터(20)에 공급된 전류는 제1서미스터(20)를 약 150℃의 온도로 가열하도록 높은 수치를 갖게 설정된다. 그러므로, 조정 정 전류원(46a)은 제1서미스터(20)를 가열하기 위한 가열수단으로 작용한다. 만약, 유체통로(14)내의 유체온도를 측정하기 위해 이용되는 제2서미스터(22)가 가열된다면, 유체온도를 정확히 측정할 수 없게 될 것이다. 그러므로, 조정 정 전류원(46b)으로부터 제2서미스터(22)에 공급되는 전류는 제2서미스터의 가열을 최소화 할 수 있는 수치로 설정된다.
이하, 두 외부장치(부하 58a및 58b에 대응하는 두 임계값(기준유량값)이 설정스위치(40a∼40c)에 의해 CPU(48)내로 저장된다.
이상의 예비작업후, 공기와 같은 유체가 유체입구 파이프로 부터 유량 검출기(10)로 유입된다.
유입된 유체는 구멍(18a), 유체통로(14) 및 구멍(18b)을 연속적으로 통과하여 유체출구 파이프에 이른다. 유체통로(14)내를 흐르는 유체는 제1서미스터(20)와 접촉하고, 제1서미스터(20)의 열을 빼앗으며, 제1서미스터(20)의 온도를 하강시킨다. 그러므로, 유체통로(14)내를 흐르는 유체의 유량(Q)이 증가하면, 제1서미스터(20)의 저항값이 증가하고, 제1서미스터(20)의 양단전압(Va)또한 증가한다. 만약, 유체의 온도가 더 낮으면, 제1서미스터(20)는 더욱 열을 뺏기게 되고, 제1서미스터(20)의 양단전압은 더욱 증가한다.
유체통로(14)내의 유체의 흐름은 제2서미스터(22)와도 접촉하지만, 제2서미스터는 가열되지 않았으므로 유체의 온도와 동일한 온도를 가진다. 그러므로, 제2서미스터(22)의 양단 전압(Vb)은 유체유량(Q)에 관계없이 일정하다. 제2서미스터(22)의 양단 전압은(Vb)은 유체온도가 높아질 수록 낮아지고, 유체온도가 낮아질 수록 높아진다. 그결과, 제2서미스터(22)의 양단전압(Vb)은 유체온도에 의존하는 전압변화를 표시하게 되는 것이다. 상기한 제1 및 제2서미스터(20,22)의 작용은 서미스터가 부(negative)온도계수를 가짐을 고려하면 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
제1 및 제2서미스터(20,22)의 양단전압(Va,Vb)은 차동증폭기(47)에 인가되며, 이는 전압(Va,Vb)사이의 차동전압(Vc)을 출력한다. 차동전압(Vc)은 오직 유체유동속도에 의한 출력전압의 변화만을 가리키는데, 왜냐하면, 유체온도에 의한 전압변화를 나타내는 제2서미스터(22)의 양단전압(Vb)이 제1서미스터(20)의 양단전압(Va)으로부터 감해졌기 때문이다. A/D변환기(50)는 차동전압(Vc)을 아날로그치에서 디지탈값으로 변환한다. 다음, CPU(48)는 디지탈 차동변압(제4도참조)에 근거한 유량(Q)을 결정하기 위하여 메모리(52)내에 저장된 데이타 테이블을 참조한다. 가령, 차동증폭기(47)로부터의 출력차동전압(Vc)이 V1의 값을 가진다면, 유량(Q)은 Q1의 값을 가지는 것으로 결정된다. CPU(48)는 이와같이 결정된 유량(Q)을 7세그먼트 LED(36)상에 표시한다.
이하, CPU(48)는 유량(Q)과 임계치(Qa,Qb)를 비교하여 비교결과를 LED(38a,38b)상에 표시하고, 이들을 트랜지스터(54a,54b)를 통하여 출력단자(56a,56b)로 출력한다. 임계치(Qa) 및 출력단자(56a)에 대해서는, 예컨대, 유량(Q)이 제4도의 파선 A에 도시된 바와 같이 임계치(Qa)보다 작은 값(Q1)을 가지면, CPU(48)는 LED(38a)를 소등하고, 트랜지스터(54a)를 오프시킨다. 이 시점에서 부하(58a)를 통하는 전류의 흐름은 없으므로, 부하(58a)는 오프된다. 만약, 유량(Q)이 제4도의 파선 B에 도시된 바와같이 임계치(Qa)보다 큰 값(Q2)을 가지면, CPU(48)는 LED(38a)를 점등시키고, 트랜지스터(54a)를 온시킨다. 전류는 전력공급기(60)로 부터 부하(58a)및 트랜지스터(54a)를 통하여 흐르며, 부하(58a)를 온시킨다.
임계치(Qb)및 출력단자(56b)에 대해서는 출력단자(56b)에 접속된 부하(58b)는 유량(Q)및 임계치(Qb)사이의 비교결과에 따라 위에 기술한 것과 마찬가지 방법으로 제어된다.
유량은 주어진 매 시간 즉, 초마다 측정된다. 그러므로, 매 1초마다 유량(Q)과 임계치(Qa,Qb)간의 비교결과가 LED(38a,38b)및 출력단자(56a,56b)로 출력된다.
각각의 부하(58a,58b;외부장치)는 예컨대, 유체의 유량을 제어하기위한 유동제어밸브로 구성될 수 있다. 유량(Q)이 임계치(Qa또는 Qb)보다 커지면, 유량제어밸브는 유량(Q)을 감소시키기 위해 폐쇄된다. 유량(Q)이 임계치(Qa또는 Qb)보다 작아지면, 유량제어 밸브는 유량(Q)을 증가시키기 위해 개방된다. 이러한 유동제어밸브는 가령, 유동제어 밸브가 질소가스 또는 와이어 본딩을 위해 분출되는 압축가스의 유량을 제어하는 IC제작공정이나 유동제어밸브가 식품 콘테이너로 유입되는 질소의 유량을 제어하는 케이크 등과 같은 식품의 제작공정에 사용된다.
램프나 부저가 각 부하(58a,58b)에 접속되면, 유량검출기(10)와 조합되어 사용되는 부하(58a,58b)에 공급된 유체의 유량(Q)이 임계치(Qa 또는 Qb)보다 크거나 작아질때 램프나 부저가 부하(58a,58b)의 이상상태르 나타내기 위해 온 상태로 될 수 있다.
위에 기술된 제1실시예에서는 가열수단에 의해 가열된 제1서미스터(20)출력전압의 편차가 가열되지 않은 제2서미스터의 출력전압과 차등증폭기(47)에 의해 보상됨으로써 유량이 측정되었고, 유량은 출력단자(56a,56b)에 접속된 부하(58a,58b)를 온 또는 오프시키기 위해 소정의 유량데이타와 비교되었다. 그러므로, 유체통로(14)를 통해 흐르는 유체의 유량에 의존하여 외부장치를 제어하는 것이 가능하다.
제5도 내지 제7도는 본 발명에 따른 제2실시예로서의 유량검출기(70)를 도시하고 있다. 이하에서는 본 실시예의 유량검출기(70)가 제1실시예의 유량검출기(10)와 다른 점에 대해서만 상세히 기술될 것이며, 유량검출기(10)와 동일한 유량검출기(70)의 구성요소는 상세히 기술되지 않을 것이다.
제5도 내지 제7도에 도시된 바와같이, 유량검출기(70)는 케이싱(72)과 케이싱(72)으로 부터 이격된 표시장치(74)로 구성된다. 케이싱(72)내에 배설된 기판(26)은 도선(78)에 의해 케이싱(72)의 상부판넬상에 설치된 컨넥터(76)에 접속되며, 컨넥터(76)는 도선(도시되지 않음)에 의해 표시장치(74)에 접속된다.
제6도에 도시된 바와같이, 표시장치(74)는 7세그먼트 LED(36), LED (38a,38b)및 설정스위치(40a∼40c)를 지지하는 표시판넬(80)을 구비한다. 제7도에 도시된 바와같이, 단자(82a∼82h)들은 표시장치(74)의 배면판넬상에 설치되고, 제3도에 도시된 부하(58a,58b)와 제5도에 도시된 컨넥터(76)는 단자(82a∼82)중의 일부와 접속된다.
표시장치(74)는 케이싱(72)에서 이격된 장소에 설치할 수 있으므로, 시각적으로 용이하게 인식될 수 있도록 표시장치(74)를 위치시킬 수 있다. 가령 케이싱(72)이 접근하기 어려운 장소에 설치되었더라도 표시장치(74)는 용이하게 관찰가능한 케이싱(72)에서 먼 장소에 설치될 수 있다.
제8도 및 제9도에 도시된 제3실시예에 따르면, 긴 레일상에 표시장치(84)를 배설하기 위해 표시장치(84)는 그 배면측에 한 쌍의 결속톱니(86a,86b)를 가진다. 표시장치(84)는 그 정면에 단자 (88a∼88h)를 가진다.
제1 및 제2실시예에서는 유체유량(Q)이 기준치(Qa,Qb)보다 클때 부하(58a,58b)가 온상태로 되지만, 유체유량(Q)이 기준치(Qa,Qb)보다 작을때 부하(58a,58b)가 온 상태로 될 수 있다.
제1 및 제2실시예에서는 유량은 주어진 시간마다 측정된다. 그러나, 주어진 시간마다 결정된 유량이 누적유량에 더해지고, 누적유량이 7세그먼트 LED(36)상에 표시되며, 소정의 누적유량이 임계치로서 설정되는 것도 가능하다. 이 경우, 측정된 누적유량은 임계치와 비교되어 그 비교결과는 출력단자(56a,56b)로 출력된다. 유체가 임계치로 설정된 유량으로 흐르면, 출력단자(56a,56b)에 접속된 부하(58a,58b)는 온도는 오프상태로 된다. 임계치(Qa,Qb)의 갯수는 출력신호의 수에 의존하여 변할 수 있고, 마찬가지로 출력단자(56a,56b)의 수도 변할 수 있다.
비록, 본 발명에 대한 바람직한 실시예가 상세히 도시되고 기재되었지만, 청구항의 기재로 부터 파악되는 발명사상을 벗어나지 않는 다양한 수정과 변형도 가능함이 이해되어야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 유체가 통과하는 유체통로(14); 상기 유체통로(14)내에 설치된 제1온도센서(20); 상기 제1온도센서(20)의 하류쪽에 상기 유체통로(14)내에 설치된 제2온도센서(22); 상기 제1온도센서(20)로 부터의 출력신호를 상기 제2온도센서(22)로 부터의 출력신호로 보상하기 위한 보상회로(47); 유량을 표시하기위한 표시수단(36,38a,38b); 기준유량을 설정하기 위한 설정수단(40a∼40c); 전기신호를 출력하기 위한 신호출력수단(56a,56b,82a∼82h,88a∼88h); 및 상기 보상회로(47)의 출력신호로부터 상기 유체통로(14)를 통과하는 유체의 유량을 계산하고, 상기 표시수단(36,38a,38b)상에 계산된 유량을 표시하며, 계산된 유량과 상기 설정수단(40a∼40c)에 의해 설정된 기준유량을 비교하여, 비교결과를 나타내는 신호를 상기 신호출력수단(56a,56b)에 출력하기 위한 연산회로(48); 로 구성되는 것을 특징으로 하는 유량검출기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1온도센서(20)를 가열하기 위한 가열수단으로 더 구성되는 것을 특징으로 하는 유량검출기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 연산회로(48)는 상기 보상회로(47)의 출력전압과 상기 유체통로(14)를 통하여 흐르는 유체의 유량과의 관계를 나타내는 데이타 테이블을 가지며, 또한 상기 보상회로(47)에서 출력된 신호에 대응하여 상기 데이타 테이블을 참조하여 유량을 결정하기 위한 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 유량검출기.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1및 제2온도센서(20,22)는 서미스터로 구성되는 것을 특징으로 하는 유량검출기.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2온도센서(20,22)는 봉 형상이고, 실질적으로 유체통로(14)의 중심을 향하여 연장되며, 상기 제2온도센서(22)는 상기 제1온도센서로부터 하류쪽에 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 유량검출기.
  6. 제1항에 있어서, 상기 보상회로(47)는 차동증폭기로 구성되는 것을 특징으로 하는 유량검출기.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2온도센서(20,22)에 접속되는 조정 정 전류원(46a,46b)으로 구성되며, 상기 조정 정 전류원(46a)은 제1온도센서(20)를 가열하기 위하여 상기 제1온도센서(20)에 전류를 공급하기 위한 가열수단으로 더 구성되는 것을 특징으로 하는 유량검출기.
  8. 제1항에 있어서, 상기 연산회로(48)와 상기 신호출력수단(56a,56b)사이에 접속되며, 상기 신호출력수단(56a,56b)에 접속된 외부장치(58a,58b)를 선택적으로 온 또는 오프시키기 위해 상기 연산회로(48)에 의해 선택적으로 온 또는 오프상태로 될 수 있는 한 쌍의 트랜지스터(54a, 54b)로 더 구성되는 것을 특징으로 하는 유량검출기.
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