KR100274765B1 - 피스톤탐침 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 극 미소의 시험 유량을 특별한 전환 밸브를 필요로 하지 않고, 더욱 넓은 유량 범위에서 시험하기 위한 것이다.

피스톤 탐침을 대형 실린더(4)와 소형 실린더(5)를 동축으로 접속하여 구성하고, 대형 실린더(4) 내의 피스톤(6)과 일체인 피스톤 로드(7)을 소형 실린더(5) 내에 삽통한다. 시험 유량 범위는 피스톤(6)을 구동하는 구동유의 전환 밸브(3)의 용량 및 피스톤(6)과 피스톤 로드(7)의 면적비의 값으로 정하여지지만, 전환 밸브(3)은 대형 실린더(4)의 유량으로 정해지기 때문에, 특별한 미소 유량계 밸브를 필요로 하지 않고 전환된다. 시험 유량은 유량계(2)의 유량을 일정하게 제어함으로써 일정하기 유지된다.

Description

피스톤 탐침

제1도는 본 발명에 있어서의 피스톤 탐침을 설명하기 위한 블럭도.

제2도는 본 발명에 따른 유량 시험 범위의 한예를 설명하기 위한 도면.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 구동유 탱크 2 : 유량계

3, 11, 12, 13, 14, 16, 17, 18 : 개폐 밸브

4 : 대형 실린더 5 : 소형 실린더

6 : 피스톤 7 : 피스톤 로드

8, 9 : 위치 센서 10 : 스케일

15 : 피검 유량계 30 : 변환기

19 : 시험액 탱크 20 : 인터페이스

21 : 유량 연산 표시 장치

본 발명은 유량계 정밀도를 검사하는 피스톤 탐침에 관한 것으로, 특히 매우 넓은 유량 범위의 유량계 검사를 가능하게 하는 피스톤 탐침에 관한 것이다.

유량계를 검정하기 위한 검정 장치는 새롭게 제작된 경우 및 사용 중인 유량계가 온도, 압력 등의 외부 요인, 또는 가동부 마모 등의 내부 요인 등에 의한 특성의 변화에 대해 유량계를 신뢰할 수 있는 정밀도로 사용하기 위하여, 정기적으로 또는 임의로 시험하여 특성을 구하는 것, 즉 특성 시험을 행하기 위한 것이다. 이 특성 시험은 크게 나누면 고정 시험 장치에 피시험 유량계를 내장하여 시험을 행하는 검정기와 유량계를 유체 시스템 내에 내장하여 임의로 시험을 행하는 피스톤 탐침 방식의 유량계 시험 장치에 의해 행해진다.

피스톤 탐침 방식은 상기와 같이 유량계의 특성 시험을 온 라인으로 행할 수 있고, 필요에 따라 임의의 특성 시험을 행할 수 있기 때문에, 특히 배관 영향을 받기 쉬운 추측형 유량계, 예를 들면 터빈 미터의 시험에 많이 사용되고 있다.

피스톤 탐침은 단면이 일정한 관체 내를 피스톤이나 구체 등의 이동체가 유체와 함께 이동하고, 이 이동체가 소정 구간을 이동함으로써 배출하는 유체를 기준체적으로 하는 장치로, 탐침 방식에 의한 유량계 특성의 시험은 피스톤 탐침에 규정된 기준 체적의 유체가 유통할 때 유량계의 독출, 즉 유량계로부터 발신되는 유량 펄스의 수를 검지함으로써 단위 체적당 발신되는 유량 펄스의 수(유량 계수), 소위 K 펙터를 산출하는 것이다. 또, 필요에 따라 복수의 관측 유량에서 얻어진 유량 계수에 기초하여 연속한 유량 특성 곡선이 구해진다.

상기 검정기 및 피스톤 탐침은 주로 대형 유량계의 특성 시험용으로서 이용되고 있지만, 소형 유량계의 시험을 행하는 경우는 주로 피스톤을 갖는 피스톤 탐침이 사용되고 있다. 그러나, 유량계의 정밀도가 향상하여 극 미소 유량이 측정가능하게 되거나, 바이오 기술이나 의약 계측 등에서 극 미량의 유량 계측이 요구되도록 됨에 따라 광범위한 유량을 검정할 수 있는 탐침이 필요하게 되었다.

그러나, 종래의 극 미소 유량계의 시험에서는 극 미소 유량을 고 정밀도로 개폐하는 밸브 수단이 없어 극 미소 유량계용의 피스톤 탐침도 없었다. 종래에, 피시험 유량계에 극 미소 유량을 흐르게 하기 위하여, 예를 들면 피시험 유량계의 하류 측에 주사침을 접속하고, 피검 유량계로 계측된 시험액을 메스실린더 등에 흘려서 시험액이 소정 시간 내에 수용되는 체적 또는 중량으로부터 유량을 구했다. 이것을 위해, 시험 유량을 설정하는 방법으로서, 주사침의 내경을 선택하였다. 이와 같은 방법에서는 주사침의 내경의 가공 정밀도에 한계가 있고, 더욱이 필요한 소 구경의 주사침을 입수하지 못하고, 또 선정된 주사침에 의해서는 측정 유체는 표면 장력에 의해 액체 방울로 되어 연속한 흐름은 얻어지지 않고 불연속인 흐름으로 되었다. 또, 메스실린더 등에 의해서는 정확한 액체 체적이 구해지지 않기 때문에, 이 액체 방울을 용기에 수용하여 이것을 저울로 계측하였다. 이 결과, 종래의 방법에서는 일정한 흐름은 얻지 못할 뿐만 아니라 용기 내에 수용된 액체가 증발하여 계측한 액체 체적이나 중량이 변화하여 고정밀도의 시험은 불가능하였다.

본 발명은 상기 문제점에 비추어, 연속한 일정 유량의 시험액을 고 정밀도로 흐르게 하는 것이 가능하고, 더욱이 넓은 유량 범위의 시험 유량이 얻어지는 피스톤 탐침을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, (1) 내경이 동일한 소형 실린더와, 이 소형 실린더의 한 쪽 단면에 동축으로 접속되고, 이 소형 실린더보다 큰 직경인 대형 실린더와, 이 대형 실린더 내에 액밀(液密)하게 이동가능하게 삽입된 피스톤과, 상기 소형 실린더에 액밀하게 삽입되고 상기 피스톤에 한단이 고착된 피스톤 로드(piston rod)와, 상기 피스톤의 이동을 검지하는 센서와, 상기 피스톤 및 로드를 구동하기 위하여 상기 피스톤으로 구획된 상기 소형 실린더와의 비접합 측의 대형 실린더 내에 구동유를 일정 유량으로 압송하는 유압 수단을 갖고, 이 유압 수단에 의해 구동된 피스톤 및 피스톤 로드가 상기 대형 실린더의 소정 구간에 있어서, 대형 실린더의 비 구동유 측 및/또는 소형 실린더가 배출하는 시험 액체의 체적과 피검 유량계의 계측 유량을 비교하는 것, 더욱이, (2) 상기 (1)에 있어서, 상기 구동유를 수용한 밀폐된 구동유 탱크와, 이 구동유 탱크와 대형 실린더와의 사이에 설치되고 측정 유량에 따라 전환가능한 밸브 수단과, 상기 대형 실린더의 시험액 측과 소형 실린더 측에 각각 전환 밸브를 갖고, 전환가능하게 피검 유량계와 접속되는 시험 라인과, 이 시험 라인의 상기 전환 밸브의 상류 측에 전환가능하게 접속된 바이패스 라인과, 이 바이패스 라인과 상기 시험 라인과의 다른 단이 개구하고 시험액을 수용한 밀폐된 시험액 탱크로 이루어지고, 상기 피검 유량계의 검사시는 상기 바이패스 라인을 닫고 구동유 탱크의 압력이 시험액 탱크의 압력보다도 높게 하고, 비검사시에 상기 시험 라인의 전환 밸브를 닫고 바이패스 라인을 열어 시험액 탱크의 압력이 구동유 탱크의 압력보다도 높게 되도록 제어하여 시험액을 상기 대형 실린더 및 소형 실린더로 돌려 보내는 것을 반복하여 피검 유량계를 검사하는 것을 특징으로 한다. 이하, 본 발명의 실시예에 기초하여 설명한다.

제1도는 본 발명에서의 피스톤 탐침을 설명하기 위한 블럭도를 도시한 것으로, 제1도에 있어서, 참조 번호(1)은 구동유 탱크이고, 참조 번호(2)는 유량계이며, 참조 번호(3, 11, 12, 13, 14, 16, 17 및 18)은 개폐 밸브이고, 참조 번호(4)는 대형 실린더이며, 참조 번호(5)는 소형 실린더이고, 참조 번호(6)은 피스톤이며, 참조 번호(7)은 피스톤 로드이고, 참조 번호(8 및 9)는 위치 센서이며, 참조 번호(10)은 스케일이고, 참조 번호(15)는 피검 유량계이며, 참조 번호(30)은 변환기이고, 참조 번호(19)는 시험액 탱크이며, 참조 번호(20)은 인터페이스이고, 참조 번호(21)은 유량 연산 표시 장치이다.

제1도에 있어서, 구동유 탱크(1)은 구동유, 예를 들면 등유를 수용한 밀폐 탱크로, 등유는 유량계(2)와 유량에 따라 전환되는 전환 밸브(3a 내지 3c)를 병렬로 접속한 개폐 밸브(3)을 경유하여 대형 실린더(4)에 연통(連通)하고 있다. 또, 대형 실린더(4)는 대형 실린더(4)보다도 작은 직경의 소형 실린더(5)와 동축으로 접속되어 있다. 대형 실린더(4) 내에는 외주면이 밀봉 부재(6a)로 밀봉된 피스톤(6)이 이동가능하게 삽입되고, 피스톤(6)에는 피스톤 로드(7)이 고착되어 있다. 피스톤 로드(7)은 밀봉 부재(5a)로 밀봉되고 소형 실린더(5) 내에 삽입되어 있다. 또, 대형 실린더(4)의 외주 벽에는 소정 거리 떨어져 위치 센서(8 및 9)가 설치되어 피스톤(6)의 이동을 검지한다. 또, 필요에 따라 피스톤(6)의 이동을 검지하는 스케일(10)이 대형 실린더(4)에 설치되어 있다.

피스톤(6)으로 구획된 대형 실린더(4) 내의 소형 실린더(5) 측의 실(室)(4a) 및 소형 실린더(5) 내에는 시험액(예를 들면, 가솔린)이 수용되고, 대형 실린더(4a)의 시험액은 배관(22a), 소형 실린더(5)의 시험액은 배관(22b)를 경유하여 흐르고, 흐름은 개폐 밸브(11 및 12)로 전환된다. 이 배관(22a 및 22b)는 합류하여 시험 라인(22)이 되고, 시험액을 밀페 수용한 시험액 탱크(19)에 연통한다. 이 시험 라인(22)에는 개폐 밸브(13 및 14)가 설치되고, 이 개폐 밸브(13 및 14)의 사이에 피시험 유량계(15)가 접속된다. 제1도에 있어서는 복수의 피시험 유량계(15)가 직렬로 접속되어 있다. 이들의 피시험 유량계에는 No.1, No.2, ..., No.8 등의 변환기(30)가 각각 접속되고, 이들 변환기(30)로부터 유량 신호는 인터페이스(I/O)(20)를 경유하여 유량 연산 표시 장치(21)에 접속된다.

시험액 탱크(19)에는 시험 라인(22) 외에 바이패스 라인(23)이 접속되고, 이바이패스 라인(23)은 23a 및 23b로 분류되고, 분류관(23a)는 개폐 밸브(12)의 상류측에서 배관(22a)와 접속되고, 분류관(23b)는 개폐 밸브(11)의 상류 측에서 배관(22b)와 접속된다. 또, 이 시험액 탱크(19)에는 개폐 밸브(18)을 경유하여 고압의 공기원에 접속된다. 당연하지만, 시험시는, 구동유 탱크(1) 내의 압력은 시험액 탱크(19)내의 압력보다도 높게 유지되어 있다.

이상과 같이 구성된 제1도의 블럭도의 동작 설명을 한다. 피스톤 탐침은 대형 실린더(4)와 소형 실린더(5)로 이루어지고, 피스톤(6)이 위치 센서(8 및 9) 사이에서 이동한 체적이 기준이 되고, 개폐 밸브(11, 16 및 17)을 닫을 때, 피스톤(6)의 이동에 비례한 시험액이 배관(22a)로부터 시험 라인(22)에 유출한다. 또, 개폐 밸브(12, 16 및 17)을 닫을 때, 소형 실린더(5)에서는 소형 실린더(5) 내에 삽입된 피스톤로드(7)의 체적에 비례한 시험액량, 즉, 피스톤(6)의 이동량에 비례하여 배관(22b)로 부터 배출된다. 따라서, 대형 실린더(4)와 소형 실린더(5)로부터는 피스톤(6)의 실면적과 피스톤 로드(7)의 단면적에 비례한 유량의 시험액이 흐른다.

대형 실린더(4)의 피스톤(6)의 소형 실린더(5)와의 비접합 측의 실(4b)에는 구동유 탱크(1)로부터 고압(예를 들면, 5Kg/㎠)의 등유가 압입된다. 등유의 유량은 유량계(2)로 검출되고, 도시하지 않은 유량 제어 수단에 의해 대형 실린더(4)로 유입하는 유량에 따른 전환 밸브(3a 내지 3c)를 선택하여 전환시켜 일정 유량으로 제어한다. 즉, 대형 실린더(4) 내에는 전환 밸브(3a 내지 3c)의 용량에 따른 비율의 유량비로 등유가 흐른다.

소형 실린더(5) 및 대형 실린더(4a)에 수용된 시험액은 시험 유량을 얻기 위하여, 개폐 밸브(11 또는 12)에서 전환되어 피스톤(6)의 이동에 비례하여 흐르는 시험액에 의해 피시험 유량계(15)에서 계측되고, 시험액은 시험액 탱크(19)로 흐른다. 이 때, 바이패스 라인의 개폐 밸브(16 및 17) 중 시험 실린더 측의 밸브는 닫히고 비시험 실린더 측의 밸브는 열려져 있다. 즉, 대유량으로 시험하는 경우는, 구동유 탱크에서는 유량에 대응하는 용량의 개폐 밸브(3)를 선택하고, 개폐 밸브(11)을 닫고, 개폐 밸브(12)를 열고, 바이패스 라인 측의 개폐 밸브(16)을 열고, 개폐 밸브(17)을 닫고, 대(對)유량으로 시험하는 경우는 개폐 밸브(11)을 닫고, 개폐 밸브(12)를 열고, 바이패스 라인 측의 개폐 밸브(16)을 열고, 개폐 밸브(17)을 닫는다. 피시험 유량계(15)의 변환기(30)로부터는 유량 신호가 발신되고, (I/O)(20)를 경유하여 유량 연산 표시 장치(21)에 입력하고, 유량 계기차 등의 유량계 정밀도가 연산 표시된다.

시험이 완료된 시점에서는, 대형 실린더(4) 및 소형 실린더(5) 내의 시험액은 최저 체적으로 되어 있기 때문에, 다음 시험을 위하여 초기 상태로 보충해야만 한다. 이 때문에, 구동유 탱크(1)의 압력을 대기 개방하고, 개폐 밸브(11 및 12)를 닫고, 개폐 밸브(16, 17 및 18)을 연다. 이때, 시험 탱크(19)의 압력은 상승하여 있기 때문에, 시험액은 바이패스 라인(23a 및 23b)로부터 배관(22a 및 22b)를 통해 대형 실린더(4) 및 소형 실린더(5)로 돌아간다. 이상 설명한 바와 같이, 개폐 밸브(11, 12, 16 및 17)을 전환하여, 시험시에는 구동유 탱크(1)의 압력을 고압으로 하고, 비 시험시는 대기 개방하여 구동유 탱크(1)과 시험액 탱크(19)의 압력의 압력비를 변경함으로써 시험액을 순환시켜, 폭발하는 등의 위험한 시험액이라도 대기 개방되지 않고, 안전하게 반복하여 시험할 수 있다. 이상의 설명에서는 유량계(2)를 일정하게 제어하는 것으로 일정 시험 유량을 얻었지만, 피스톤(9)에 접속된 스케일(10)을 일정 속도로 구동하도록 제어하여도 좋다.

제2(a)도 및 제2(b)도는 본 발명에 따른 유량 시험 범위의 한예를 설명하기 위한 도면으로, 제2(a)도는 구동유의 전환 밸브(3a 내지 3c)에 대응하는 시험 유량 범위를 나타내는 도면이고, 제2(b)도는 대형 실린더(4)의 피스톤 로드(7)의 외경과 소형 실린더(5)의 내경과의 비를 10으로 하였을 때의 시험 유량 범위를 나타내는 도면이다.

시험에 있어서는 전환 밸브(3a 내지 3c)를 경유하여 대형 실린더(4)에 등유를 압송한다. 이 때의 유량은 전환 밸브(3a 내지 3c)의 용량에 의해 제한되고, 이 경우의 유량 범위는 각각 4배, 5배, 5배의 조합에 의해 100배로 정할 수 있다. 대형 실린더(4)의 단면적은 일정하기 때문에, 피스톤(6)은 전환 밸브(3a 내지 3c)의 용량에 따라 일정 속도로(도면에서는 좌측) 이동한다. 이 때의 피스톤(6)은 동시에 피스톤 로드(7)도 구동한다. 만일, 피스톤의 외경을 10d로 하고, 피스톤 로드의 외경을 d로 하면, 대형 실린더(4)와 소형 실린더(5)와의 유량비는 100배로 된다. 따라서, 전환 밸브(3)과 대형 실린더(4) 또는 소형 실린더(5)를 전환하여 조합시킴으로서 10⁴배의 시험 유량 범위가 얻어진다. 더욱이, 시험 유량 전환은 대형 실린더(4)의 대유량 측에서 행해지기 때문에 전환 밸브(3)에 특별한 것을 사용할 필요가 없다.

이상의 설명에서 명백해진 바와 같이, 본 발명에 따르면, 시험 유량은 대형 실린더(4)의 일정 구간에서 이동하는 피스톤(6)과, 이 피스톤과 일체인 피스톤 로드(7)의 면적비로 정해진다. 또, 피스톤(6)의 구동은 전환 밸브(3)의 전환에 의해 전환되는 전환 밸브(3)의 용량에 의해 정해지기 때문에, 시험 유량은 상기 면적비와 전환 밸브(3)의 용량비의 곱으로 정해지는 광범위로 행해진다. 더욱이, 이들 전환의 선택은 대형 실린더 측에서 행해지기 때문에, 극 미소 영역에서 시험할 경우라도 특별한 전환 밸브를 필요로 하지 않는다. 또 시험액 탱크(19) 측은 닫고, 구동유 탱크(1) 측의 압력만을 변화시킴으로써 시험액을 순환하여 사용하기 때문에, 시험액은 대기에 누출되지 않고, 시험액이 위험한 경우에도 안전하게 시험을 할 수 있다.

Claims (2)

1. 내경이 동일한 소형 실린더, 상기 소형 실린더의 한쪽의 단면에 동축으로 접속되고 상기 소형 실린더보다 직경이 큰 대형 실린더, 상기 대형 실린더 내에 액밀(液密)하게 이동가능하게 삽입된 피스톤, 상기 소형 실린더에 액밀하게 삽입되고 상기 피스톤에 한단이 고착된 피스톤 로드, 상기 피스톤의 이동을 검지하는 센서, 상기 피스톤 및 상기 피스톤 로드를 구동하기 위하여 상기 피스톤으로 구획된 상기 소형 실린더와의 비접합 측의 대형 실린더 내에 구동유를 일정 유량으로 압송하는 유압 수단을 구비하고, 상기 유압 수단에 의해 구동된 상기 피스톤 및 상기 피스톤 로드가 상기 대형 실린더의 소정 구간에서, 상기 대형 실린더의 비 구동유 측 및/또는 상기 소형 실린더가 배출하는 시험 액체의 체적과 피검 유량계의 계측 유량을 비교하는 것을 특징으로 하는 피스톤 탐침.
2. 제1항에 있어서, 상기 구동유를 수용한 밀폐된 구동유 탱크, 상기 구동유 탱크와 상기 대형 실린더와의 사이에 설치되고 측정 유량에 따라 전환가능한 밸브 수단과, 상기 대형 실린더의 시험액 측과 상기 소형 실린더 측에 전환 밸브를 각각 구비하고, 전환가능하게 상기 피검 유량계와 접속되는 시험 라인과, 상기 시험 라인의 상기 전환 밸브의 상류 측에 전환가능하게 접속된 바이패스 라인과, 상기 바이패스 라인과 상기 시험 라인과의 다른 단이 개구하고, 상기 시험액을 수용한 밀폐된 시험액 탱크로 이루어지고, 상기 피검 유량계의 검사시는 상기 바이패스 라인을 닫고, 상기 구동유 탱크의 압력이 상기 시험액 탱크의 압력보다도 높게 하며, 비검사시에는 상기 시험 라인의 전환 밸브를 닫고 상기 바이패스 라인을 열고, 상기 시험액 탱크의 압력이 상기 구동유 탱크의 압력보다도 높게 되도록 제어하여 상기 시험액을 상기 대형 실린더 및 상기 소형 실린더로 돌려 보내는 것을 반복하여 피검 유량계를 검사하는 것을 특징으로 하는 피스톤 탐침.