KR100216646B1 - 전자유량계 - Google Patents

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KR100216646B1
KR100216646B1 KR1019960047364A KR19960047364A KR100216646B1 KR 100216646 B1 KR100216646 B1 KR 100216646B1 KR 1019960047364 A KR1019960047364 A KR 1019960047364A KR 19960047364 A KR19960047364 A KR 19960047364A KR 100216646 B1 KR100216646 B1 KR 100216646B1
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요우수께 꾸보타
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니시무로 타이죠
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Abstract

측정관의 끝부분에서 유체에 유체에 접하는 선상어스 전극과 측어관하부에 부착된 점전극에 대하여, 직교되는 자장을 발생시켜서, 유량을 유체수위에 의존하지않고 측정할 수 있는 전자유량계를 제공한다.
측정관의 축방향에 직교되고, 유체의 내부에 생기는 기전력이 유체의 유체수위에 영향받지않는 자장을 측정관의 내부에 발생하는 자장발생수단(3,4)과, 자장발생수단에 의해서, 발생한 자장에 의해서 유체 내에 생기는 전위로부터 측정관의 내부를 흐르는 유체의 유량을 산출하고, 이 산출된 유량을 출력하는 유량출력수단(2,13,6,14)과, 유량출력수단에 의해서 출력된 유체의 유량을 표시하는 표시수단(15)을 구비한 것을 특징으로 한다.

Description

전자유량계
제1(a)도는, 전자유량계의 네트워크모델의 외관도.
제2(b)도는, 유체요소의 모델도.
제2도는, 제1도의 네트워크모델을 사용하여 계산한 전자유량계의 수위의존성을 나타낸 도면.
제3도는, 본 발명의 제1실시예에 의한 전자유량계의 구성을 나타낸 개략도,
제4도는, 측정관의 단부에 부착된 어스링을 나타낸 도면.
제5도는, 본 발명의 제2실시예에 의한 전자유량계의 구성을 나타낸 개략도.
제6도는, 특성함수f를 나타낸 도면.
제7도는, 본 발명의 제3실시예에 의한 전자유량계의 구성을 나타낸 개략도.
제8도는, 측정관하부의 축방향의 전위분포를 나타낸 도면.
제9도는, 본 발명의 제4실시예에 의한 전자유량계의 구성을 나타낸 개략도.
제10도는, 수면전위와 하부전극과의 사이의 전위차 및 하부전극과 어스전극과의 사이의 전위차를 나타낸 도면.
제11도는, 본 발명의 제5실시예에 의한 전자유량계의 구성을 나타낸 개략도.
제12도는, 본 발명의 제6실시예에 의한 전자유량계의 구성을 나타낸 개략도.
[발명의 목적]
[발명 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술]
본 발명은, 유관내를 비만수상태로 흐르는 유체의 유량을 계측하는 전자유량계에 관한 것이다.
전자유량계는, 유관의 축방향에 수직인 자장을 인가하고, 그 영역을 도전성유체가 흐를 때에 발생하는 기전력을 유관내에 배치된 전극으로 검출하고, 이 전극으로 검출된 기전력에 의거해서, 유관내를 흐르는 유체의 유량을 산출하는 계측장치이다.
일반적으로, 상기 전극의 위치는, 깆너력이 유량에 비례하도록 최적의 위치가 선택되어 있다. 구체적으로는, 유관내의 유체는, 만수상태를 가정하여 유체의 모든 부분에서 발생하는 기전력의 중첩으로서 검출되는 전극간기전력에의 영향의 정도가, 대상 흐름에 대하여 오차가 최소로 되도록 유관 중심의 높이를 통하는 선상에 대향하여 배치되어 있다.
전극간기전력에의 영향의 정도를 가중함수(W)로서, 전극을 최적의 위치에 배치한 경우의 기전력(e)은 (1)식과 같이 나타낼 수 있다.
x,y : 관축에 수직인 면의 좌표
B : 자속밀도
v : 유속
(1) 식에서, 가중함수(W)는 대칭성이 좋고, 이상적인 층흐름에 대해서는 균일한 자장분포로 유량오차가 생기지 않은 것을 나타내고 있다.
그러나, 유관내는 항상 만수상태뿐만아니라, 용도에 따라서 비만수상태로 유관내를 유체가 흐르는 경우도 있다. 이러한 경우에도, 전극이 유체내에 담겨져 있는 경우에는, 종래의 전자유량계에 의해서도 유관내를 흐르는 유체의 유량을 나타내는 유량신호를 검출할 수 있다.
그러나, 이 경우의 가중함수는, 만수시의 가중함수와는 상당히 형상이 다르고, 대칭성이 나쁘고 유량분포가 변화함으로써 유량오차가 발생하는 원인으로 된다.
무엇보다도 문제인 것은, 전극이 유관 중심의 높이로 설치되어 있기 때문에, 유관을 흐르는 유체의 수위가 50이하인 경우에는, 전극이 유체로부터 나오게 되어버려 그 결과 기전력의 측정이 불가능하게 된다.
이 문제를 해결하기 위해서, 측정관의 끝 부분에서 유체에 접하는 선상어스전극과 측정관하부에 부착된 점전극에 대하여, 수직방향으로 직교하는 자장을 발생시켜, 전극관의 기전력을 측정하는 전자유량계가 제안되어 있다.
그러나, 이러한 전자유량계에서는, 기전력의 수위의존성이 강하여, 유량오차가 발생하는 요인으로 되어 있었다. 또, 수위의존성의 해결책이 충분히 주어져 있지않았다.
[발명이 이루고자 하는 기술적 과제]
본 발명은, 상기 실정에 비추어서 된 것이며, 측정관의 끝부분에서 유체에 접하는 선상어스전극과 측정관하부에 부착된 점전극에 대하여, 직교하는 자장을 발생시키고, 유량을 유체수위에 의존하지않고 정확하게 측정할수 있는 전자유량계를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 제1형태에 의하면, 측정관을 흐르는 유체의 유체수위에 의존하지않고 유체의 유량을 산출하는 유량산출수단과, 유량산출에 의해서 산출된 유체의 유량을 표시하는 표시수단을 구비한 것을 특징으로 한다.
이와 같은 구성에 의하면, 유량산출수단에 의해서 측정관을 흐르는 유체의 유체수위에 의존하지않고 유체의 유량을 산출하므로 측정관을 비만수상태로 흐르는 유체의 유량을 정확하게 측정할 수 있다.
또, 본 발명의 제2형태에 의하면, 청구항1 기재의 전자유량계에 있어서, 유량산출수단은, 측정관의 축방향에 직교하고, 유체의 내부에 생기는 기전력이 유체의 유체수위에 영향받지않는 자장을 측정관의 내부에 발생하는 자장발생수단과, 자장발생수단에 의해서 발생한 자장에 의해서, 유체내에 생기는 전위로부터 측정관의 내부를 흐르는 유체의 유량을 산출하고, 이 산출된 유량을 표시수단에 출력하는 유량출력수단을 구비한 것을 특징으로 한다.
이와 같은 구성에 의하면, 자장발생수단에 의해서 측정관의 축방향에 직교하고, 유체의 내부에 생기는 기전력이 유체의 유체수위에 영향받지않는 자장을 측정관의 내부에 발생하므로 측정관을 비만수상태로 흐르는 유체의 유량을 정확히 측정할 수 있다.
또, 본 발명의 제3형태에 의하면, 청구항1 기재의 전자유량계에 있어서, 유량산출수단은, 측정관의 축방향에 직교하는 자장을 측정관의 내부에 발생하는 자장발생수단과, 자장발생수단에 의해서 발생한 자장에 의해서 유체내에 생기는 전위 및 측정관을 흐르는 유체의 수위에 의거해서, 측정관의 내부를 흐르는 유체의 유량을 산출하고, 이 산출된 유량을 표시수단으로 출력하는 유량출력수단을 구비한 것을 특징으로 한다.
이와 같은 구성에 의하면, 유량출력수단에 따라 자장 발생수단에 의해서 발생한 자장에 의해서 유체내에 생기는 전위 및 측정관을 흐르는 유체의 수위에 의거해서, 측정관의 내부를 흐르는 유체의 유량을 산출하고, 이 산출된 유량을 표시수단으로 출력하므로, 측정관을 비만수상태로 흐르는 유체의 유량을 정확하게 측정할 수 있다.
[발명의 구성 및 작용]
먼저, 기전력의 수위의존성에 관하여 설명한다. 전자 유량계의 특성방정식은, 측정하는 유체가 저도전성인 경우가 많고, 자기레이놀즈수가 적어 와전류의 효고가 무시되므로, 유체방정식과 전자기특성의 방정식과는 불리하여 검토할 수 있다.
전자기특성의 방정식은, M[axwell의 방정식과 일반화음의 법칙의 연립으로 주어진다. 이 연립에 의해서 얻어지는 편미분방정식은, (2)식으로 된다.
: 스칼라포텐샬
V : 유속
B : 자속밀도
이 편미분방정식은, vXB를 소스로 하는 Poisson방정식을 풀면 된다. 이 poisson방정식의 해법으로서는, 네트워크에 의한 차분법이 알려져 있다.
이 차분법에 의해서 Poisson방정식은, Fields and Waves in Communication Electronics SIMON RAMO etc.
1965 John Wiloy ＆ Sons에 개시되어 있는 바와 같이, (3) 식과 같이 근사된다.
다만, h는 미소 길이를 나타낸다.
(3) 식을 변형하면,
상기 (4)식은 x,y에 있어서의 Kirchhoff의 제1법칙과 같고, 이에 의해서, (2)식의 편미분방정식은 등가회로망(네트워크 모델)로 치환하는 것이 가능하게 되다.
측정관의 축방향에 대하여 직교하는 방향으로 자장을 발생하고, 측정관의 끝부분에서 접액하는 선상어스전극과 측정관하부에 부착된 점전극과의 사이의 기전력을 측정하는 전자유량계에 대한 네트워크모델에 제1(a)도에 나타 낸다.
또, 제1(b)도에 유체요소인 모델도를 나타낸다. 동 도면에서, 50은 유체요소를 나타내고, 51는 유체의 전기저항, 52는 기전력을 나타내고 있다.
이 네트워크모델에서는, 기전력이 상하방향의 브랜치에 추가된다. 또, 제2도는, 이 네트워크모델을 사용하여 기전력의 수위의존성을 계산한 결과를 나타낸 도면이다.
또, 이 수위의존성의 계산에 있어서는, 유속, 자속밀도는 유관의 어떤 부분에서도 일정하게 되어 있다. 동 도면에 나타낸 것과 같이, 유체수위가 높아짐에 따라서 출력의 변화율이 적어진다. 즉, 감도가 저하되어 있는 것을 확인할 수 있다.
이 결과를 정성적으로 설명하면 아래와 같이 된다.
각 유체요소에서 발생한 기전력에 의한 전위분포는, 측정관 끝부분에 설치된 어스전극을 기준으로 결정된다. 수위가 낮은 경우, 제1(b)도에 나타낸 기전력(52)의 플러스 극으로부터 어스전극까지의 임피던스와, 어스전극으로부터 점전극을 통하여 기전력(52)의 마이너스극까지의 임피던스의 값은 대략 같아서 대칭성은 매우 좋다.
점전극은 기전력(52)의 마이너스극의 근방에 있고, 전극간출력으로서는 큰 출력을 얻을 수 있다. 그러나, 수위가 상승한 경우, 수면 가까이의 유체요소에서의 기전력에 대하여는 어스전극으로부터 점전극을 통하여 기전력마이너스로 향하는 임피던스 쪽이 크고, 또한 점전극전위는 어스전극, 기전력마이너스간에서 분할되어, 작은 출력으로 된다. 그 결과, 전극간 기전력의 출력으로서 수위가 상승함에 따라서, 감도가 저하된다고 생각된다.
전자유량계의 출력특성은, 단순히 측정관의 단면형상만으로는 결정되지 않는다. 즉, 상기 시뮬레이션에도 나타난 것과 같이, 전극간의 기전력은, 3차원적인 전극의 배치, 형상과 측정관의 형상으로 정해진다.
본 실시예인 전자유량계는, 측정관 끝부분에 있는 어스전극을 측정전극으로 하고 있기 때문에, 전극간출력특성은, 그 사이에 포함되는 유체내 기전력의 총합계에 의존하고, 통상의 전저유량계보다 축방향으로 넓은 범위의 유체의 영향을 강하게 받는다.
이하, 도면을 참조하여 본 실시예에 의한 전자유량계에 대해서 설명한다.
[실시예 1]
본 실시예의 전자유량계는, 측정관(1)에의 자장코일의 설치위치를 바꿈으로써 자속분포를 변화시켜서, 전자유량계의 수위의존성을 보정하는 것이다.
전자유량계의 전극간출력은, 가중함수와 유속분포, 자속밀도분포의 적(積)의 전분으로서 구해진다. 따라서, 수위가 높아질수록 출력감도가 낮아지는 특성을 보정하기 위해서, 수위가 높은 위치의 자속밀도를 크게 함으로써 출력특성을 개선한다.
그러나, 단순히 후위가 높은 장소에서의 자속밀도를 높게 하는 것 만이 아니고, 실제는 각부의 가중함수의 영향을 고려하면서 자속분포를 결정할 필요가 있다.
제3도는, 본 발명의 제1실시예에 의한 전자유량계의 구성을 나타낸 개략도이다.
동 도면에 있어서, (1)은 내면이 절연층으로 되어 있거나 또는 그 자체가 절연성의 재료로 형성된 측정관이다. 이 측정관(1)의 내부에는, 유체가 흐르고 있다. 또(9)는 측정관(1)의 내부를 흐르는 유체수위를 나타내고 있다. 측정관(1)의 하부에는, 측정관(1)의 내부를 흐느는 유체에서 유기하는 기전력을 검출하는 점전극(2)이 장착되어 있다. 또 측정관(1)의 양측벽에는, 측정관(1)의 내부에 자속을 발생시키기 위한 여자코일(3)이 배치되어 있다.
이 여자코일(3)의 측정관(1)의 중심에서 본 벌린 각은 가중함수의 차이에 의한 출력에의 영향을 될 수 있는한 작아지도록 80~100의 범위내로 설정한다.
또, 여자코일(3)은 수위의 높은 위치에서의 자속밀도를 크게 하기 위해서 여자코일(3)의 벌린 각도를 보지한채로, 여자코일(3)의 중심을 측정관(1)의 수평방향 중심선에서만큼 엇갈려서 측정관(1)의 측벽에 설치되어 있다.
상기 여자코일(3)에는, 여자회로(4)가 접속되어 있다. 여자코일(3)은, 여자회로(4)로부터 출력되는 방형파, 정현파 등의 여자전류가 흐름으로써, 측정관(1) 내부에 자장을 발생시킨다.
또, 측정관(1)의 양단부에는, 제4도에 나타낸 것과 같이, 도전성유체에 접하도록 어스링(5)이 부착되어있고 하나의 전극기능을 겸비하는 구성으로 되어 있다.
점전극(2)과 어스링(5)의 어스전위선과는, 차동증폭기(13)의 입력측에 각각 접속되어 있다. 차동증폭기(13)의 출력측에는, 노이즈제거회로(6)의 입력측이 접속되어 있다.
또 노이즈제거회로(6)의 출력측에는, 측정관(1)내에 흐르는 유체의 유량을 산출하는 신호처리부(14)의 입력측이 접속되어 있다. 신호처리부(14)의 출력측에는, 신호처리부(14)에서 산출된 유량을 표시하는 표시부(15)가 접속되어 있다.
또 여자코일(3)로부터 자속을 효율 좋게 발생시키기 위한 코어 및 케이스 등으로 구성되는 귀환자로는 본 발명의 요자와는 직접관계되는 것은 아니므로, 여기에서는 그 설명을 생략한다.
다음에, 상술한 바와 같이 구성된 전자유량계의 동작에 대해서 설명한다.
측정관(1)의 내부를 흐르는 유체의 유량을 검출하는 경우, 우선, 여자회로(4)를 구동함으로써, 여자코일(3)에 여자전류를 가하여, 측정관(1)의 내부에 자장을 발생시킨다.
상술한 바와같이 자장코일(3)의 설치위치는, 측정관(1)의 수평방향의 중심선보다만큼 엇갈려서 설치되어 있으므로 수위가 높은 장소에서의 자속밀도가 높아지고, 그 결과, 측정관(1)을 흐르는 유체가 비만수상태라도 전자유량계의 수위의존성을 보정할 수 있다.
여자코일(3)에 의해서 측정관(1)의 내부에 자장을 발생시키면, 점전극(2)에 의해서, 측정관(1)의 내부를 흐르는 유체에 유기되는 기전력이 검출되고, 그 출력이 차동 증폭기(13)에 입력된다. 차동증폭기(13)는, 점전극(2)으로부터 출력되는 신호의 전압과 어스링(5)의 전압과의 차를 증폭한 신호를 노이즈제거회로(6)에 출력한다.
노이즈제거회로(6)은, 차동증폭기(13)로부터 출력되는 신호, 즉, 측정관(1)의 내부를 흐르는 유체의 유량에 비례하는 신호의 노이즈를 제거한 후, 신호처리부(14)에 출력한다.
신호처리부(14)는, 노이즈가 제거된 신호에 신호처리를 행하여 유량출력을 산출하고, 이 산출된 유량출력을 표시부(15)에 출력한다. 표시부(15)는, 신호처리부(14)에서 출력된 유량출력에 의거해서, 측정관(1)의 내부에 흐르는 유체의 유량을 표시한다.
따라서, 본 실시예에 의한 전자유량계에 의하면, 자장코일(3)을 측정관(1)의 중심위치보다도 높은 위치에 설치함으로써, 수위가 높은 장소에서의 자속밀도를 높게 할 수 있고, 그 결과, 전자유량계의 수위의존특성을 개선할 수 있다. 이에 의해서, 비만수상태로 유관내를 흐르는 유체의 유량을 정확하게 측정할 수 있다.
또, 어스전극과 측정관(1)의 중심부 하부에 부착된 점전극(2)와의 사이의 길이가, 측정관(1)의 내경의 1~2배의 경우에는, 상기 중심각을 측정관(1)의 중심의 수평선에서 5~20엇갈리게 함으로써 전자유량계의 수위의존성의 영향을 작게 할 수 있다.
또 여자코일(3)의 축방향의 길이가 길고, 단부에 있는 어스전극(5)와 측정관(1) 중심부의 하부에 설치된 점전극(2)과의 거리가 길면 길수록 여자코일(3)의 중심축의 수평선으로부터의 엇갈린 각도는 작아서 좋다.
또 상술한 설명에서는 측정관(1)의 양단에 어스링(5)을 설치하는 경우에 대해서 설명하였으나 측정관(1)의 일단측에만 어스링을 설치하는 구성으로 하여도 좋다.
[실시예 2]
다음에, 본 발명의 제2실시예에 의한 전자유량계에 대해서 설명한다.
상술한 시뮬레이션으로 명백한 바와 같이, 전극간의 출력의 수위의존특성은 상당히 큰 비직선특성을 갖고 있다. 본 실시예의 전자유량계의 이 오차를 보정하고 고정도의 유량신호를 얻기 위해서 수위를 검출하는 수위측정회로를 설치한다.
제5도는, 본 발명의 제2실시예에 의한 전자유량계의 구성을 나타낸 개략도이다. 또, 제3도와 동일부분에는 동일부호를 붙여서 설명한다.
동 도면에 나타낸 것과 같이, 본 실시예에 의한 전자유량계는, 측정관(1)의 내부의 하부에 부착된 점전극(2)의 높이와는 다른 높이로 수위를 검출하기 위한 전극(11)이 부착되어 있다.
전극(11)에는 전극(11)에 의해서 검출되는 미소전류와 어스전극 사이의 기전력을 측정함으로써 수위에 관한정보(임피던스 Zℓ)를 얻는 수위측정회로(임피던스측정회로)(12)가 접속되어 있다.
수위측정회로(12)의 출력측에는, 수위측정회로(12)로부터 출력되는 수위에 관한 정보(임피던스 Zℓ)에서 정밀도가 높은 유량신호(S)를 출력하는 신호처리부(14)가 접속되어 있다.
상기 신호처리부(14)에 의한 수위의 검출방법은, 수위측정회로(12)로 측정된 임피던스(ZL)로부터 연속적으로 수위(L)을 측정한다. 그리고, 증폭부(13)로부터 출력되는 점전극(2)의 출력전위와 어스전극 사이의 전위가 증폭된값, 즉 전극간 출력(S')와 상기 수위(L)로부터 (5)식의 보정연산을 행하여, 정밀도 높은 유량(Q)에 비례하는 신호(S)를 산출하여 표시부(15)에 출력한다.
여기서, 함수g는, 제6도에 나타낸 전극간출력(S'), 수위(L) 및 유량(Q)의 특성함수(f)의 역변환함수이다. 실제, 함수g는, 연속적으로 근사된 함수, 구분적으로 근사된 함수, 구분적으로 수치로 주어진 변환테이블이라도 좋다.
이 특성함수는, 전극과 여자코일(3)의 형상, 위치에 의해서 결정되므로 시작(試作)에 의해서, 한번 측정을 행함으로써 얻을 수 있다. 물론, 이 특성함수는, 구조데이터로부터 수치계산으로 구할수도 있다.
그리고, 표시부(15)는, 신호처리부(14)에서 출력된 유량신호(S)에 의거해서, 유관(1)을 흐르는 유체의 유량을 표시한다.
따라서, 본 실시예에 의한 전자유량계에 의하면, 전극간 출력으로부터 얻어지는 출력(S')에 대하여, 수위에 의거해서 보정 연산을 행하기 때문에, 정밀도 높은 유량신호(S)를 얻을 수 있고 그 결과, 정확하게 비만수상태로 유관래를 흐르는 유체의 유량(Q)을 측정할 수 있다.
[실시예 3]
다음에, 본 발명의 제3실시예에 의한 전자유량계에 대해서 설명한다.
상술한 제1실시예의 전자유량계에 있어서는, 수위가 높은 위치에서의 자속밀도를 강하게 하기 위해서, 여자코일(3)의 위치를 엇갈리게 함으로써 대처하였으나, 본 실시예의 전자유량계에 있어서는, 여자코일(3)과는 별도로, 다른 여자코일을 설치하고, 이 여자코일을 수위에 따라서 구동함으로써, 수위가 높은 위치에서의 자속밀도를 강하게 하고, 수위의존성을 보정한다.
제7도는, 본 발명의 제3실시예에 의한 전자유량계의 구성을 나타낸 도면이다. 또, 제4도와 동일부분에는 동일부호를 붙여서 설명한다.
동 도면에 나타낸 것과 같이, 본 실시예의 전자유량계의 특징은, 여자코일(3)과는 별도로, 여자코일(21)을 측정관(1)의 윗쪽에 설치한 데에 있다. 이 여자코일(21)에는, 신호처리기억부제어부(14)로부터 출력되는 구동신호에 의거해서, 여자코일(21)을 구동하는 구동제어회로(22)가 접속되어 있다.
다음에, 신호처리부(14)로부터 구동제어회로(22)에 출력되는 구동신호의 산출방법에 대해서 설명한다.
신호처리부(14)는, 상술한 제2실시예에서 설명한 바와 같이 수위측정회로(12)로부터 출력되는 임피던스 (Zℓ)에서 수위(L)를 산출한다.
다음에 신호처리부(14)는 (6)식에 나타낸 것과 같이, 이 산출된 수위(L) 및 미리 설정된 특성함수(g1(L))에 의거해서 여자코일(21)의 구동신호(I)를 연산하고, 구동 제어회로(22)에 출력한다.
즉, 수위가 높은 경우에는, 여자코일(21)에의 구동신호를 증가시키고 수위가 높은 부분의 자속밀도를 상대적으로 강하게 하고, 감도를 높여서 출력특성의 보정을 행한다.
여자코일(21)에의 구동신호(I)(구동전류) 에 의한 전류제어는, 스위치적으로 행하는 것도 가능하고, 여자코일(21)을 여자코일(3)의 자속밀도를 감소하는 방향으로 구동하며, 상대적으로 수위가 높은 부분의 자속밀도를 높이는 것도 가능하다.
이렇게 하여, 여자코일(21)을 구동함으로써, 유관내의 자속분포를 변화시켜서 수위에 기인하는 오차를 보정할 수 있다. 이에 의해서, 본 실시예에 의한 전자유량계에 의하면, 정밀도 높은 유량신호를 얻을 수 있다. 그리고, 신호처리부(14)는, 증폭부(13)로부터 출력되는 유량에 비례하는 출력(S')에서 정밀도 높은 유량신호(S)를 산출하여 표시부(15)에 출력한다.
표시부(15)는, 신호처리부(14)로부터 출력된 유량신호(S)에 의거해서, 유관(1)을 흐르는 유체의 유량을 표시한다.
따라서, 본 실시예의 전자유량계에 의하면, 여자코일(21)에 의해서 수위가 높은 부분의 자속밀도를 높임으로써 수위의존성을 제거하므로 유관(1)중을 흐르는 유체의 유량을 정확하게 측정할 수 있다.
[실시예 4]
다음에, 본 발명의 제4실시예에 의한 전자유량계에 대해서 설명한다.
본 실시예의 전자유량계의 특징은, 측정관(1)의 하부에 축방향으로 복수의 점전극을 설치하고, 수위에 따라서 이들 점전극으로부터의 출력을 전환하는 데에 있다.
상술한 시뮬레이션에 의해서 측정관하부의 축방향의 전위분포는, 제8도에 나타낸 것과 같이 된다. 즉, 측정관(1)의 중심부가 가장 큰 전위를 취출할 수 있고, 단부에 접근함에 따라서, 전위는 낮아지고 출력감도는 작아진다.
제9도는 본 발명의 제4실시예에 의한 전자유량계의 구성을 나타낸 개략도이다. 또, 제7도와 동일부분에는 동일 부호를 붙여서 설명한다. 또, 여자코일, 자기회로는 제5도에 나타낸 것과 같이 설치되어 있는 것으로 한다.
동 도면에 나타낸 것과 같이, 측정관(1)의 하부에는, 점전극(2a~2c)이 축방향으로 설치되어 있고, 이들 점전극(2a~2c)는 각각 증폭부(13a~13c)에 접속되어 있다. 증폭부(13a~13c)는, 각 점전극(2a~2c)에서의 출력전위와 어스전극의 전위 사이에 생기는 기전력을 증폭한다.
이 들 증폭부(13a~13c)에는, 공통의 회로전환제어부(31)가 접속되어 있다. 회로전환제어부(31)은 신호처리부(14)로 산출된 수위(L)가 소정의 제1수위보다도 낮은 경우에는, 단부에 가까운 점전극(2c)으로부터의 신호를 선택하여 출력한다.
또, 수위(L)가 소정의 제2수위보다도 높은 경우에는, 측정관(1)의 중심의 점전극(2a)으로부터의 신호를 선택하여 출력한다. 또 수위(L)가 제1수위와 제2수위 사이인 경우에는, 점전극(2b)으로부터의 신호를 선택하여 출력한다.
그리고, 신호처리부(14)는, 상술한 제1실시예에서 설명한 바와 같이, 회로전환제어부(31)로부터 노이즈제거회로(6)을 거쳐서 출력되는 선택된 증폭부로부터의 유량에 비례하는 출력(S')과 수위측정회로(12)로부터 출력되는 임피던스(Zl)에 의거해서 산출되는 수위(L)로 보정연산을 행하고, 정밀도 높은 유량신호(S)를 산출하여 표시부(15)에 출력한다.
또, 상술한 실시예에서는 회로전환제어부(31)에 의해서, 증폭부(13a~13c)의 출력을 전환하여 유량신호를 구하였으나, 증폭부(13a~13c)의 출력을 모두 가산하여, 이 가산된 신호로부터 유량신호를 구하여도 좋다.
따라서, 본 실시예에 의한 전자유량계에 의하면, 회로 전환제어부(31)에 의해서 수위에 따라서 점전극(2a~2c)을 전환하여 유량신호를 보정하여 산출하므로 정밀도 높은 유량신호를 얻을 수 있다.
[실시예 5]
본 실시예의 전자유량계의 특징은, 측정관의 하부에 부착된 점전극을 포함한 단면에, 적어도 하나 이상의 점전극을 설치하고, 상기 하부에 부착된 점전극과 단면에 부착된 점전극 사이의 기전력을 측정하여, 유량신호로서 산출하는 데에 있다.
제10도는, 수면전위와 하부전극 사이의 전위차 및 하부 전극과 어스전극 사이의 전위차를 나타낸 도면이다.
동 도면에 나타낸 것가 같이, 수면전위와 하부전극 사이에 생기는 기전력이 측정관단부의 어스전극과 측정관하부의 점전극 사이의 기전력보다도 유량신호의 수위의존성이 개선되어 있는 것을 알 수 있다.
제11도는, 본 실시예에 의한 전자유량계의 구성을 나타낸 도면이다. 또, 제4도와 동일부분에는, 동일부호를 붙여서 설명한다.
동 도면에 나타낸 것과 같이, 측정관(1)하부에 부착된 점전극(2)를 포함한 단면에는, 3개의 점전극(42a~42c)이 부착되어 있다. 이 들 점전극(42a~42c)에는, 공통의 전환회로(41)가 접속되어 있다.
수위측정회로(12)는, 점전극(42a~42c)으로부터의 출력에 의거해서 수위에 관한 임피던스(ZL)를 출력한다.
전환회로(41)은, 3개의 점전극(42a~42c)중, 신호처리부(14)로부터 출력되는 전환신호에 의거해서, 가장 수면에 가까운 전극의 출력을 선택하여 증폭부(13)에 출력한다.
이 전환회로(41)에 의한 점전극의 선택은 신호처리부(14)로부터 출력되는 전환신호에 의해서 행한다. 이 전환신호는 신호처리부(14)에서 수위측정회로(12)로부터 출력되는 임피던스(ZL)로부터 산출되는 측정관(1)의 수위(L)에 의거해서 결정된다.
구체적으로는, 측정관(1)을 흐르는 유체가 만수상태인 경우에는, 점전극(42c)이 선택된다. 또, 제11도에 나타낸 바와 같은 상태로, 측정관(1)을 유체가 흐르고 있는 경우에는 점전극(42b)이 선택된다.
그러나, 점전극이 유체의 수면가까이에 있는 경우 등의 이유에 의해서 수위를 정확하게 측정할 수 없는 경우에는, 유체수위가 낮은 측의 다른 점전극이 선택하게 된다.
증폭부(13)은, 하부전극(2)의 출력과 전환회로(41)을 통해서 출력되는 전극(42a~42c)중 어느 전극으로부터의 출력과의 차를 증폭하여, 유량신호(S')로서 노이즈제거회로(6)에 출력한다.
노이즈제거회로(6)은, 증폭부(13)로부터 출력된 유량신호(s')의 노이즈를 제거한 후에 신호처리부(14)에 출력한다. 그리고, 신호처리부(14)는, 상술한 제2실시예에서 설명한 바와 같이 증폭부(13)로부터의 출력, 즉, 유량에 비례하는 출력(S')과 수위(L)로부터 보정연산을 행하여, 정밀도 높은 유량신호(S)를 산출하여 표시부(15)에 출력한다.
표시부(15)는, 신호처리부(14)로부터 출력된 유량신호(S)에 의거해서, 측정관(1)을 흐르는 유체의 유량을 표시한다.
또, 상술한 실시예에서는 전환회로(41)에 의해서, 점전극(42a~42c)의 출력을 전환하여 유량신호를 구하였으나, 점전극(42a~42c)의 출력을 모두 가산하여, 이 가산된 신호로부터 유량신호를 구하여도 좋다.
따라서, 본 실시예에 의한 전자유량계에 의하면, 전환회로(41)에 의해서 수위에 따라서 점전극(42a~42c)를 전환하여 유량신호를 보정하여 산출하기 때문에 정밀도 높은 유량신호를 얻을 수 있고, 그 결과, 정확하게 유관(1)을 흐르는 유체의 유량을 산출할 수 있다.
[실시예 6]
다음에, 본 발명의 제6실시예에 의한 전자유량계에 대해서 설명한다. 또, 제3도와 동일부분에는, 동일부호를 붙이고 그 설명을 생략한다. 또 여자회로, 자기코일은, 제3도에 나타낸 것과 같이 설치되어 있는 것으로 한다.
유량신호가 수위의존성을 갖는 이유는, 각 유체요소에서의 기전력이 측정관단부의 어스전극을 기준전위로 하여 점전극을 포함한 전류루프상에서 분압되기 때문이다.
따라서, 점전극으로부터 어스전극까지의 거리가 수위에 대하여 충분히 길면 수위가 높은 장소에 있는 유체요소에서의 상기 분압에 의한 감도저하는 충분히 작은 것으로 할 수 있다.
그래서 본 실시예의 전자유량계는 제12도에 나타낸 것과 같이, 측정관단부에 설치된 어스전극(5)과 측정관중앙하부에 부착한 점전극(2)와의 거리(X)를 측정관내경(D)의 1배 이상으로 분리하여 구성한다 (XD).
이와 같이 구성함으로써, 수위가 높은 장소에서의 유체요소로부터의 기전력도 충분한 값으로 검출할 수 있고, 수위의존성이 작은 확실도 높은 유량신호를 얻을 수 있다.

Claims (9)

  1. 측정관을 흐르는 유체의 유량을 측정하는 전자유량계에 있어서, 상기 유체의 유체수위에 의존하지 않고 상기 유체의 유량을 산출하는 유량산출수단(2,3,4,13,6,14)과 상기 유량산출수단에 의해서 산출된 유체의 유량을 표시하는 표시수단(14)을 구비한 것을 특징으로 하는 전자 유량계.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유량산출수단은 상기 측정관의 축방향으로 직교되고 상기 유체의 내부에 생기는 기전력이 상기 유체의 유체수위에 영향받지않는 자장을 상기 측정관의 내부에 발생하는 자장발생수단(3)과 상기 자장발생수단에 의해서 발생한 자장에 의해서 상기 유체내에 생기는 전위로부터 상기 측정관의 내부를 흐르는 유채의 유량을 산출하고 이 산출된 유량을 상기 표시수단에 출력하는 유량출력수단(2,4,13,6,14)을 구비한 것을 특징으로 하는 전자유량계.
  3. 제2항에 있어서, 상기 자장발생수단은 상기 측정관의 외주에 설치된 한쌍의 여자코일(3)과 상기 각 여자코일에 자장을 발생시키기 위한 여자전류를 공급하는 공급수단(4)을 구비하고 상기 각 여자코일은 상기 각 여자코일의 중심을 연결하는 선이 상기 측정관의 수평방향의 중심선보다도 위쪽에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전자유량계.
  4. 제2항에 있어서, 상기 자장발생수단은 상기 측정관의 축방향으로 직교하는 자장을 상기 측정관의 내부에 발생하는 제1자장발생수단(3)과 상기 측정관을 흐르는 유체의 유체수위를 검출하는 검출수단(12,14)과 상기 검출수단에 의하여 검출된 유체수위에 의거해서 상기 유체의 내부에 생기는 기전력이 상기 유체의 유체수위에 영향받지않는 자장을 발생시키기 위한 구동전류를 출력하는 구동전류출력수단(14,22)과 상기 구동전류출력수단에 의해서 출력된 구동전류에 의거해서, 상기 측정관의 축방향으로 직교하는 상기 유체의 내부에 생기는 기전력이 상기 유체의 유체수위에 영향받지않도록 상기 측정관의 내부의 자장을 보정하는 자장을 발생하는 제2자장발생수단(21)을 구비한 것을 특징으로 하는 전자유량계.
  5. 제1항에 있어서, 상기 유량산출수단은 상기 측정관의 축방향으로 직교하는 자장을 상기 측정관의 내부에 발생하는 자장발생수단(3)과 상기 자장발생수단에 의해서 발생한 자장에 의해서 상기 유체내에 생기는 전위 및 상기 측정관을 흐르는 유체수위에 의거해서 상기 측정관의 내부를 흐르는 유체의 유량을 산출하고 이 산출된 유량을 상기 표시수단에 출력하는 유량출력수단(2,13,6,12,14)을 구비한 것을 특징으로 하는 전자유량계.
  6. 제5항에 있어서, 상기 유량출력수단은 상기 측정관을 흐르는 유체의 유체수위를 검출하는 검출수단(12,14)과 상기 자장발생수단에 의해서 발생한 자장에 의해서 상기 유체내에 생기는 전위에 의거해서 상기 측정관의 내부를 흐르는 유체의 유량을 산출하는 산출수단(2,13,6,14)과 상기 검출수단에 의하여 검출된 유체수위에 의거해서 상기 산출수단에 의하여 산출된 유체의 유량을 보정하여 이 보정된 유량을 상기 표시수단에 출력하는 보정유량출력수단(14)을 구비한 것을 특징으로 하는 전자유량계.
  7. 제5항에 있어서, 상기 유량출력수단은 상기 측정관을 흐르는 유체의 유체수위를 검출하는 유체수위검출 수단(12)과 상기 측정관의 하부 축방향의 위치에 발생하는 기전력으로부터 상기 측정관을 흐르는 유체의 유량에 비례하는 신호를 각각 출력하는 복수의 유량검출수단(2a~2c, 13a~13c)과 상기 유체수위검출수단에 의하여 검출된 유체수위에 의거해서 상기 각 유량검출수단으로부터 출력되는 유량에 비례하는 신호 중 상기 유체수위에 대응하는 상기 유량검출수단으로부터 출력되는 유량에 비례하는 신호를 선택하여 출력하는 유량선택수단(31)과 상기 유량선택수단으로부터 출력되는 신호에 의거해서 상기 유관을 흐르는 유체의 유량을 산출하고 산출된 유체의 유량을 상기 유체수위검출수단에 의하여 검출되는 유체수위에 의거해서 보정하고 이 보정된 유량을 상기 표시수단에 출력하는 보정유량출력수단(14)을 구비한 것을 특징으로 하는 전자유량계.
  8. 제5항에 있어서, 상기 유량출력수단은 상기 측정관을 흐르는 유체의 유체수위를 상기 측정관의 복수의 위치에서의 전위를 각각 검출하는 복수의 전위검출수단(42a~42c)과 상기 전위검출수단으로 검출된 전위로부터 상기 측정관을 흐르는 유체수위를 검출하는 수위검출수단(12,14)과 상기 수위검출수단으로 검출된 수위에 의거해서, 상기 복수의 전위검출수단으로부터 출력되는 전위중 하나를 선택하여 출력하는 선택수단(41)과 상기 측정관의 하부의 전위를 검출하는 하부 전위검출수단(2)과 상기 하부전위검출수단에 의하여 검출된 전위와 상기 선택수단으로부터 출력되는 전위에 의거해서 상기 측정관을 흐르는 유체의 유량을 산출하고 이 산출된 유체의 유량을 상기 유체수위검출수단에 의해서 검출된 유체수위에 의거해서 보정하고 이 보정된 유량을 상기 표시수단에 출력하는 보정유량출력수단(14)을 구비한 것을 특징으로 하는 전자유량계.
  9. 제1항에 있어서, 상기 측정관의 단부에는 어스된 어스링(5)이 설치되고 상기 유량산출수단은 상기 측정관의 축방향으로 직교하는 자장을 상기 측정관의 내부에 발생하는 자장발생수단(3)과 상기 자장발생수단에 의해서 발생한 자장에 의해서 상기 측정관의 하부이고 또한 상기 어스링으로부터 상기 측정관의 내경보다도 떨어진 위치에서의 전위와 상기 어스링의 어스전위로부터 상기 측정관을 흐르는 유체의 유량을 산출하고 상기 표시수단으로 산출된 유량을 상기 표시수단으로 출력하는 유량출력수단(13,6,14)을 구비한 것을 특징으로 하는 전자유량계.
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