KR100361505B1

KR100361505B1 - 개량된 캘리브레이션 기능을 갖는 레벨트랜스미터 및 레벨트랜스미터의 캘리브레이션 방법

Info

Publication number: KR100361505B1
Application number: KR1019990012735A
Authority: KR
Inventors: 설태원
Original assignee: 주식회사 서진인스텍
Priority date: 1999-04-12
Filing date: 1999-04-12
Publication date: 2002-11-18
Also published as: KR20000065946A

Abstract

본 발명은 1회의 캘리브레이션만으로 스팬설정이 자동적으로 완료될 수 있는 개량된 캘리브레이션 기능을 갖는 레벨트랜스미터 및 레벨트랜스미터의 캘리브레이션 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 탱크내의 저장물의 저장 레벨을 표시하기 위한 레벨트랜스미터는, 탱크내의 액체의 레벨을 전기신호로 검출하기 위한 검출수단과, 상기 검출수단으로부터의 전기신호를 증폭 및 발진하는 발진수단과, 상기 발진수단으로부터의 전기신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환수단과, 상기 발진수단의 신호를 조정하기 위한 프로그래머블 타이머와, 기억 수단과, D/A 변환수단을 포함하여, 아날로그 및 디지털 신호로 출력하는 CPU와, 상기 CPU의 A/D 변환수단으로부터의 출력되는 디지털 신호를 표시하기 위한 표시수단과,상기 CPU의 D/A 변환수단으로부터의 출력되는 4-20 mA의 아날로그 신호를 발생시키는 4-20 mA 신호 발생 수단과, 탱크의 스팬값을 산출하여, 레벨트랜스미터의 캘리브레이션을 위한 입력수단을 포함하여 구성된다.

Description

개량된 캘리브레이션 기능을 갖는 레벨트랜스미터 및 레벨트랜스미터의 캘리브레이션 방법 {LEVEL TRANSMITTER WITH IMPROVED CALIBRATION FUNCTION AND CALIBRATION METHOD OF THE LEVEL TRANSMITTER}

본 발명은 석유화학 플랜트의 액체탱크나 화력발전소의 터빈등에 연결되는 응축수 탱크등과 같은 고온, 고압형의 탱크내의 액체의 수준을 표시하는데 사용되는 레벨트랜스미터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 탱크에 최초로 장착되었을 때 0점 및 스팬(span)의 캘리브레이션을 1회만으로 자유롭게 설정할 수 있도록 한 개량된 캘리브레이션 기능을 갖는 레벨트랜스미터 및 레벨트랜스미터의 캘리브레이션 방법에 관한 것이다.

레벨트랜스미터는, 탱크내에 채워진 액체에 잠긴 디스플레이서(displacer)의 부력에 의해 미소변위를 토션바(torsion bar)를 통하여 스트레인 게이지에 전달함으로써 선형적인 전기신호로 출력하고, 이 신호의 크기에 따른 레벨을 표시하는 방식이나, 또는 탱크내의 액체의 유압이 레벨에 따라 변하는 점을 이용하여 탱크내에 설치한 압력센서에서 검출된 압력을 선형적인 전기신호로 출력하고, 상기에서와 마찬가지의 방식으로 표시하는 방식등의 다양한 방식이 있다.

또한, 레벨트랜스미터의 장착 위치에 따라서는 상부장착형 (주로 레벨표시용), 측면장착형(주로 압력표시용) 및 분리형(레벨 및 압력)등으로 분류할 수도 있다.

도 1 은 이들 여러 가지 방식중 전자의 디스플레이서 및 스트레인 게이지를 이용하여 탱크내의 레벨을 측정하는 레벨트랜스미터의 동작원리를 나타내는 도면이다.

도면에 있어서, 부호(1)는 디스플레이서를 나타내며, (2)는 토션바, (3)은 스트레인게이지 및 (4)는 탱크를 각각 나타내며, (5)는 밸런스 스프링이다.

디스플레이서(1)는 탱크 내에 채워진 액체에 잠겨있으며, 액체의 레벨이 하강함에 따라 부력이 변화하게 되고 그에 따라 디스플레이서(1)가 연결된 토션바(2)에 힘이 가해진다. 부력의 변화는 액체의 종류 및 비중에 따라서 상이하므로, 그에 따라 스트레인게이지에서의 변위도 상이할 수 있다. 따라서 밸런스 스프링(5)은 부력에 대한 변위값을 보정할 수 있도록 하고, 스트레인 게이지에 일정한 변위가 일어날 수 있도록 한다.이와 같은 레벨트랜스미터는 대형탱크에 설치되며, 지면으로부터 떨어져 있는 경우가 많고, 처리센서 등이 고압상태인 탱크내에 밀폐되어 있는 경우가 많다. 따라서 설치시, 또는 임의의 필요로 하는 때(즉, 유지보수시)에 신속하고도 편리한 캘리브레이션(calibration: 눈금설정)이 용이하지 않다.초기설치시 또는 보수유지시에 필요한 캘리브레이션으로서는, 탱크가 빈 상태인 경우의 0 점 설정, 100 % 충만된 경우의 스팬설정 및 응답속도 지연에 따른 댐핑설정 등이 있다.이러한 캘리브레이션을 위하여는, 탱크의 내부를 전부 비우고 표준무게의 추나 기타 조건가변적인 센서를 매달아 놓고 설정을 행하는 방법이 가능하지만, 이 방법은 현장여건상 불가능하거나, 가능할지라도 시간도 많이 소요되며 액체에 따라 상이한 비중을 가지는 경우에는 상이한 조건의 별개의 추나 센서를 준비하고 있어야 한다는 불편함이 있었다.한편, 종래의 초기 캘리브레이션 방법으로서, 탱크내의 액체를 완전히 비우고 0점을 설정한 후, 탱크내를 100% 완전히 충만하고 스팬(span)을 설정하는 방법이 있다. 통상, 레벨트랜스미터에 있어서, 탱크내의 레벨변위를 표시하기 위한 전류값은 레벨이 0 일때는 직류 4mA의 신호가, 완전히 충만된 레벨 100% 의 상태에서는 20mA 가 출력되도록 되어 있으나, 이 방법은 1회의 설정만으로 스팬설정이 완료될 수 없었으며, 정확한 캘리브레이션을 위하여는 탱크내의 액체를 3 내지 4 회에 걸쳐서 충만시키고 비우는 작업을 반복하여야만 했다.이와 같은 종래의 기술은 많은 문제점을 가지고 있는데, 우선 시간이 오래걸리고 번잡하다는 점을 들 수 있다. 또한, 반드시 피측정물을 채우고 비워야만 하므로, 고가의 피측정물인 경우 비용의 손실이 크다.또한, 주요 사용처인 발전설비의 경우에는 설비 안정상 불가능하다.

본 발명은 이와 같은 종래기술에 있어서의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본원발명의 목적은 1회의 캘리브레이션만으로 스팬설정이 자동적으로 완료될 수 있는 개량된 캘리브레이션 기능을 갖는 레벨트랜스미터 및 레벨트랜스미터의 캘리브레이션 방법을 제공함에 있다.본 발명의 또 다른 목적은, 스팬설정시 탱크내의 내용물을 비울 필요가 없이 현재 들어있는 상태에서의 측정물의 위치에서 설정이 가능한 개량된 캘리브레이션 기능을 갖는 레벨트랜스미터 및 레벨트랜스미터의 캘리브레이션 방법을 제공함에 있다.

도 1 은 종래 기술의 레벨트랜스미터의 기본적인 동작원리를 나타내는 도면.

도 2 는 본원발명의 1 실시예에 따른 레벨트랜스미터의 블록도.

도 3 은 본원발명의 1 실시예에 따른 캘리브레이션 방법의 플로우 챠트이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 디스플레이서 2 : 토션바

3 : 스트레인 게이지 4 : 탱크

5 : 밸런스 스프링 10 : 레벨 측정수단

11 : 오실레이터 12 : A/D 변환기

13 : LCD 변환제어기 14 : 표시장치

15 : 입력수단 16 : D/A 컨버터17 : 기억수단 18 : CPU

19 : 출력발생수단 20 : 전압 레귤레이터100 : 레벨트랜스미터

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본원발명에 따른 탱크내의 저장물의 저장 레벨을 표시하기 위한 레벨트랜스미터는,탱크내의 액체의 레벨을 전기신호로 검출하기 위한 검출수단과, 상기 검출수단으로부터의 전기신호를 증폭 및 발진하는 발진수단과, 상기 발진수단으로부터의 전기신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환수단과, 상기 발진수단의 신호를 조정하기 위한 프로그래머블 타이머와, 기억 수단과, D/A 변환수단을 포함하여, 아날로그 및 디지털 신호로 출력하는 CPU와, 상기 CPU의 A/D 변환수단으로부터의 출력되는 디지털 신호를 표시하기 위한 표시수단과, 상기 CPU의 D/A 변환수단으로부터의 출력되는 4-20 mA의 아날로그 신호를 발생시키는 신호 발생 수단과, 탱크의 액체양이 100% 채워졌을 때, 상기 A/D 변환수단에 의한 출력으로 예측되는 디지털데이터 값인 SPAN 값을 산출하여 레벨트랜스미터의 캘리브레이션을 위하여, 메뉴 및 모드를 변경하는 MOD 키와, 데이터 값인 K값을 증가 또는 감소시켜 입력하기 위한 INC 키와 DEC 키 및, 0점설정, 스팬설정, 댐핑설정을 선택하기 위한 SEL 키로 구성되는 입력수단을 포함하여 구성된다.또한, 본 발명에 따른 레벨트랜스미터의 캘리브레이션 방법은,레벨트랜스미터의 설치시, 액체가 전혀 없는 상태에서, 압력센서(10)로부터 상기 A/D 컨버터(12)를 통하여 출력되는 디지털데이터 값(Zero 값)을 구하는 0점설정단계와,탱크내의 피측정유체의 저장 레벨을 측정하는 단계와,측정된 측정물의 레벨에 따라서 탱크내의 액체가 100% 충만되었을 때의 압력센서(10)로부터 상기 A/D 컨버터(12)를 통한 출력으로 예측되는 디지털데이터 값인 SPAN 값을 아래의 식에 따라 산출하는 단계와,식)상기 산정된 스팬값 및, 0점설정에 의해 구해진 Zero값을 기억수단인 메모리부에 기억시키는 단계 및,상기 기억수단인 메모리부에 저장된 상기 탱크내 액체의 양이 0% 일 때의 Zero 값과 탱크내 액체의 양이 100% 일 때의 SPAN 값의 % 레벨에 따른 선형적 비례관계를 이용하여 캘리브레이션을 하고, 탱크내의 액체의 저장레벨을 구하는 단계를 포함하여 구성된다.

단, 상기 식에서, SPAN 값은 탱크내의 액체의 레벨이 100% 일때의 상기 A/D 컨버터(12)에 의한 출력으로 예측되는 디지털데이터 값, Level 값은 현재의 % 레벨에 해당하는 상기 A/D 컨버터(12)로부터 출력된 디지털데이터 값, Zero 값은 탱크내의 액체가 전혀 없을 때, 즉 0점 시의 상기 A/D 컨버터(12)로부터 출력된 디지털데이터 값, Y 값은 현재의 탱크내의 액체의 레벨을 100분비로 10% 단위로 측정한 값을 나타낸다.

(실시예)

이하, 도 2 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 2 는 본원발명의 1 실시예에 따른 레벨트랜스미터(100)의 블록도로서, 부호 (10)은 레벨 측정수단으로서의 압력센서이다. 이 압력센서(10)은 통상 세라믹 압력셀(cell)등을 내장한 센서로 구성되며, 탱크내의 유체의 잔여량에 의한 압력을 검출하여 그에 비례하는 4-20 mA의 전기신호를 발생한다.

압력센서(10)에 의하여 발생된 전기신호 즉, 탱크내의 저장물의 저장레벨을 나타내는 전기신호는 오실레이터(11)로 입력되어 증폭되고, 일정한 파형으로 형성되어, A/D 컨버터(12)로 입력된다. A/D 컨버터(12)는 오실레이터(11)로부터의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한 후 디지털데이터 값을 출력하고, LCD 제어기 (13)를 통하여 디지털디스플레이(14)로 출력하여 탱크에 저장된 저장물의 레벨을 표시한다.여기서, CPU(18)는 A/D 컨버터(12), ROM, RAM 및 EEPROM을 포함하는 기억부(17), D/A 컨버터(16), 프로그래머블 타이머(21)을 포함한다.CPU(18)의 A/D 컨버터(12)로 입력된 신호는 오실레이터(11)로부터의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한 후, 캘리브레이션을 위한 입력수단(15)에 의해 설정된 스팬값을 적용하여, 탱크내에 저장된 저장물의 현재의 저장 레벨을 산출하고, 산출된 저장물의 현재 저장 레벨은 CPU(18)의 기억부(17)에 저장된다. 상기 산출된 저장물의 현재 저장 레벨은 LCD 제어기(13)을 통하여 레벨트랜스미터의 디지털 디스플레이(14)로 출력되어 탱크내에 저장된 저장물의 현재의 저장 레벨을 표시하여 관측자 또는 조작자가 확인할 수 있게 한다.한편, CPU(18)의 D/A 컨버터(16)은 기억부(17)에 저장된 디지털 신호를 다시 아날로그 신호로 변환하여, 탱크내에 저장된 저장물의 높이에 대응하는 4 - 20 mA 신호 범위의 기준치를 적용하여, 4-20 mA 신호 발생 장치(19)를 통해 전압 레귤레이터(20)로 출력한다.여기서, 기억부(17)에 기억되어 탱크의 저장물의 현재 저장 레벨 신호는, 4 - 20 mA 신호 발생 장치(19)에서 탱크내의 저장물의 유입/유출을 조절하는 제어 장치(도시하지 않음)에서, 자동으로 저장물의 유입/유출을 조절하기 위한 장치에 연결되어 이용될 수 있도록 하기 위한 것이다.

또한, 부호(15)는 레벨트랜스미터(100)의 캘리브레이션을 위한 입력수단으로서 마그네트를 키패드에 터치시키는 터치패널등으로 구성되며, 통상 MOD키, SEL키, INC키, DEC키등을 구비한다. MOD키는 메인모드 또는 0점설정모드 등의 메뉴 및 모드를 변경하는 키이며, SEL키는 0점 설정, 스팬설정, 댐핑설정등을 선택하는 키이며, INC 키는 데이터값을 증가시키는 키이고, DEC 키는 감소시키는 키이다.

이와 같이 구성되는 통상의 레벨트랜스미터에 있어서, 최초로 탱크에 레벨트랜스미터(100)를 장착하고 스팬값을 산출하여 적용하기 위한 캘리브레이션을 행하는 과정에 대하여 제 3 도의 플로우챠트를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 3에는 도시하지 않았지만, 먼저, 레벨트랜스미터(100)의 최초 설치 또는 유지 보수 시에, 캘리브레이션을 위한 입력수단(15)의 MOD키를 0점설정 모드로 하고, SEL키를 누르면, 탱크내에 액체가 전혀 없는 상태인 0점에서의 압력센서 (10)로부터 A/D 컨버터(12)를 통하여 출력되는 디지털데이터 값이 기억수단인 메모리부에 Zero 값으로 기억된다.이후, 탱크내에 소정량의 액체를 투입한 후, 탱크내에 현재 들어있는 액체의 레벨을 측정하여 그 레벨을 총량의 10%단위로, 예를 들면, 10%, 20% 또는 30% 등으로 기록하여 둔다. 여기서, 측정방법은 목측이나 기구를 통한 실측의 어느 것도 가능하다.

도 3에 있어서, 단계(S1) 내지 단계(S4)는 도 2의 캘리브레이션을 위한 입력수단(15)의 입력 버튼의 상태를 나타내는 것으로, 입력 버튼을 누른 상태를 0으로 나타낸다.우선, 캘리브레이션을 위한 입력수단(15)의 MOD키를 눌러 스팬설정 모드로 한다. (단계 S1)그런 후, INC키나 DEC키를 사용하여 상기에서 측정한 % 레벨에 따른 K 값을, 예를 들면 탱크내의 레벨이 총량의 10% 이면 K=1로, 50% 이면 K=5를 선정한다.(단계 S2와 단계 S3).

마지막으로, 메인모드의 상태에서 SEL 키를 눌러 스팬설정을 선택한다(단계 S4).이때, 압력센서(10)으로부터 A/D 컨버터를 통하여 입력되는 디지털데이터 값이 Level 값으로 기억수단인 메모리부에 저장됨과 동시에, CPU(18)에서 하기 식에 의하여 레벨트랜스미터(100)의, 탱크내 액체의 레벨이 100%일 때의 예측되는 디지털데이터 값인 SPAN 값을 산출한다.

즉, 상기 식에서, SPAN 값은 탱크내의 액체의 레벨이 100% 일때의 상기 A/D 컨버터(12)에 의한 출력으로 예측되는 디지털데이터 값으로, 전류치로서는 통상 20mA 로 나타내어진다. Level 값은 현재의 % 레벨에 해당하는 상기 A/D 컨버터(12)로부터 출력된 디지털데이터 값을 나타내며, Zero 값은 탱크내의 액체가 전혀 없을 때, 즉, 0점 시의 상기 A/D 컨버터(12)로부터 출력된 디지털데이터 값으로, 전류치로서는 통상 4mA 로 나타내어진다. 또한, Y 값은 현재의 탱크내의 액체의 레벨을 100분비로 10% 단위로 측정한 값을 나타낸다.상기 식에 의하여 계산된 SPAN 값을 기억수단인 메모리로 저장한 후, 상기 기억수단인 메모리부에 저장된 탱크내의 액체의 양이 0%에서의 디지털데이터 값인 Zero값과 100%에서의 디지털데이터 값인 SPAN 값간의 선형적 비례관계를 이용하여 캘리브레이션, 예를 들면 0% 와 100% 사이의 눈금을 100등분하는 경우에 상기 Zero 값과 SPAN 값의 사이를 마찬가지로 100등분하여 캘리브레이션을 하고, 탱크내 임의의 액체양이 채워졌을 때의 압력센서(10)으로부터 상기 A/D 컨버터(12)를 통하여 출력되는 디지털데이터 값으로부터, 이에 해당하는 0%∼100% 사이의 탱크내 액체양의 % 레벨을 정확하게 구하는 방법에 의해 캘리브레이션을 완료한다.

즉, 상기과 같은 캘리브레이션에 의하여, CPU는 상기 기억수단인 메모리부에 저장된 탱크내의 액체가 100% 일 때의 디지털데이터 값인 SPAN 값과 탱크내의 액체가 0% 일 때의 디지털데이터 값인 Zero 값의 선형적 비례관계를 이용하여, 탱크내 임의의 양의 액체가 채워져 있을 때, 압력센서(10)로부터 상기 A/D 컨버터(12)를 통하여 출력되는 디지털데이터 값에 해당하는 탱크내 액체의 % 레벨을 계산하며, 이를 D/A 컨버터(16)와 신호발생장치(19)를 통하여 4 mA 내지 20 mA에 해당하는 전류값을 출력하고, LCD제어기(13)을 거쳐 디지털 디스플레이(14)를 통하여 탱크내 액체의 양을 디지털로 표시한다.

본 발명에 따른 개량된 캘리브레이션 기능을 갖는 레벨트랜스미터 및 레벨트랜스미터의 캘리브레이션 방법에 따르면, 탱크내의 피측정유체를 반복하여 충만시키고 비울 필요없이 1회의 캘리브레이션만으로 스팬설정이 자동적으로 완료될 수 있다.

또한, 현재 들어있는 상태에서의 측정물의 위치에서 약 10% 단위로 스팬설정이 가능하다.

본 발명은 비록 상기의 바람직한 실시예를 들어 설명되었으나, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 업계에서 통상의 지식을 가진 기술자라면, 다양한 변형 및 변경이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

예를 들어 본 발명은 상기에서는 압력을 사용하여 탱크내의 레벨을 측정하는 레벨트랜스미터를 예를 들어 설명되었으나, 디스플레이서등을 이용하여 탱크내의 레벨을 측정하는 방식의 레벨트랜스미터에도 적용이 가능함은 물론이다.

또한, 본 발명의 개량된 캘리브레이션 기능을 갖는 레벨트랜스미터 및 레벨트랜스미터의 캘리브레이션 방법은 반드시 레벨트랜스미터에만 적용될 수 있는 것은 아니며, 예를 들어 압력, 절대압력, 온도, 유량, 밀도등의 물리량을 측정하는 장치에도 적용가능하다.

따라서, 본원발명은 첨부된 특허청구의 범위를 벗어나지 않는 범위내의 모든 변경 및 변형예를 포괄하는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

탱크내의 저장물의 저장 레벨을 표시하기 위한 레벨트랜스미터에 있어서,

탱크내의 액체의 레벨을 전기신호로 검출하기 위한 검출수단과,

상기 검출수단으로부터의 전기신호를 증폭 및 발진하는 발진수단과,

상기 발진수단으로부터의 전기신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환수단과, 상기 발진수단의 신호를 조정하기 위한 프로그래머블 타이머와, 기억 수단과, D/A 변환수단을 포함하여, 아날로그 및 디지털 신호로 출력하는 CPU와,

상기 CPU의 상기 A/D 변환수단으로부터의 출력되는 디지털 신호를 표시하기 위한 표시수단과,

상기 CPU의 상기 D/A 변환수단으로부터의 출력되는 아날로그 신호를 발생시키는 신호 발생 수단과,

탱크의 액체양이 100% 채워졌을 때, 상기 A/D 변환수단에 의한 출력으로 예측되는 디지털데이터 값인 SPAN 값을 산출하여 레벨트랜스미터의 캘리브레이션을 위하여, 메뉴 및 모드를 변경하는 MOD키와, 데이터 값인 K값을 증가 또는 감소시켜 입력하기 위한 INC 키와 DEC 키, 및 0점설정, 스팬설정, 댐핑설정을 선택하기 위한 SEL 키로 구성되는 입력수단을 포함하여 구성되는 레벨트랜스미터.
레벨트랜스미터의 캘리브레이션 방법에 있어서,

레벨트랜스미터의 설치 시, 액체가 전혀 없는 상태에서, 압력센서(10)로부터 상기 A/D 컨버터(12)를 통하여 출력되는 디지털데이터 값(Zero 값)을 구하는 0점설정단계와,

탱크내의 피측정유체의 저장 레벨을 측정하는 단계와,

측정된 측정물의 레벨에 따라서 탱크내의 액체가 100% 충만되었을 때의 압력센서(10)으로부터 상기 A/D 컨버터(12)를 통한 출력으로 예측되는 디지털데이터 값인 SPAN 값을 아래의 식에 따라 산출하는 단계와,

식)

상기 산정된 SPAN 값 및, 0점설정에 의해 구해진 Zero 값을 기억수단인 메모리부에 기억시키는 단계 및,

상기 기억수단인 메모리부에 저장된 상기 탱크내 액체의 양이 0% 일 때의 Zero 값과 탱크내 액체의 양이 100% 일 때의 SPAN 값의 % 레벨에 따른 선형적 비례관계를 이용하여 캘리브레이션을 하고, 탱크내의 액체의 저장레벨을 구하는 단계를 포함하여 구성되며, 상기 식에서, SPAN 값은 탱크내의 액체의 레벨이 100% 일때의 상기 A/D 컨버터(12)에 의한 출력으로 예측되는 디지털데이터 값, Level 값은 현재의 % 레벨에 해당하는 상기 A/D 컨버터(12)로부터 출력된 디지털데이터 값, Zero 값은 탱크내의 액체가 전혀 없을 때, 즉 0점 시의 상기 A/D 컨버터(12)로부터 출력된 디지털데이터 값, Y 값은 현재의 탱크내의 액체의 레벨을 100분비로 10% 단위로 측정한 값인 레벨트랜스미터의 캘리브레이션 방법.