KR100368234B1 - 비중보상형 부력식 레벨 측정장치 - Google Patents

비중보상형 부력식 레벨 측정장치 Download PDF

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KR100368234B1 KR10-1998-0054699A KR19980054699A KR100368234B1 KR 100368234 B1 KR100368234 B1 KR 100368234B1 KR 19980054699 A KR19980054699 A KR 19980054699A KR 100368234 B1 KR100368234 B1 KR 100368234B1
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Abstract

본 발명은 비중보상형 부력식 레벨 측정장치에 관한 것으로, 특히 측정레벨을 비중변화에 따라 달라지는 레벨편차로 보상하도록 함으로서, 측정대상 액체의 비중변화에 관계없이 정확한 레벨측정이 가능하게 하는 비중보상형 부력식 레벨 측정장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 비중보상형 부력식 레벨 측정장치는 기존의 다른 레벨측정기의 단점을 보안한 점이 종래의 레벨측정기와는 다른데, 이는 플로트식 레벨측정기와는 달리 측정레벨의 변화에 따라 움직임이 전혀 없고, 초음파식 레벨측정기와는 달리 레벨 검출상에 있어서 헌팅이 거의 적으며, 또한 기포식 레벨측정기처럼 이물질에 의한 센싱 부분의 막히는 경우도 전혀 없는 것으로, 압력을 이용한 레벨측정기의 최대 단점인 측정용액의 비중변화에 따라 레벨이 변동되는 문제점을 보안한 것이다.

Description

비중보상형 부력식 레벨 측정장치
본 발명은 비중보상형 부력식 레벨 측정장치에 관한 것으로, 특히 측정레벨을 비중변화에 따라 달라지는 레벨편차로 보상하도록 함으로서, 측정대상 액체의 비중변화에 관계없이 정확한 레벨측정이 가능하게 하는 비중보상형 부력식 레벨 측정장치에 관한 것이다.
일반적으로, 액체의 레벨을 측정하는 레벨측정기에는 플로트식 레벨측정기, 초음파식 레벨측정기, 기포식 레벨측정기등 여러 가지가 있는데, 이 플로트식 레벨측정기는 비중변화에 따라 측정레벨이 변화하여 정확한 레벨측정이 불가능하다는 문제점이 있고, 초음파 식 레벨측정기는 레벨 검출상에 있어서 헌팅이 많다는 문제점이 있으며, 또한, 기포식 레벨측정기는 이물질에 의한 센싱 부분이 막히는 경우가 빈번하다는 문제점이 있었던 것이다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 따라서, 본 발명의 목적은 측정레벨을 비중변화에 따라 달라지는 레벨편차로 보상하도록 함으로서, 측정대상 액체의 비중변화에 관계없이 정확한 레벨측정이 가능하게 하는 비중보상형 부력식 레벨 측정장치를 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명에 따른 비중보상형 부력식 레벨 측정장치의 구성도이다.
도 2는 도 1의 보상회로부의 외부단자 접속도이다.
도 3은 본 발명에 따른 비중보상형 부력식 레벨 측정장치의 적용도이다.
도 4는 본 발명에 다른 비중보상형 부력식 레벨 측정장치의 동작흐름을 보이는 플로우챠트이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
11 : 플로트 보호가이드 11a,11b : 피측정액 출입구
11c,11d : 플로트처짐 방지바 12 : 비중 플로트
13 : 측정 플로트 14,15 : 커넥트압
16,17 : 벨로우즈 18 : 차압검출기
18a : 이득조절기 18b : 제로조절기
18c : 실리콘 오일 19 : 압력검출기
20 : 측정레벨 보상회로부 V1 : 보상전압
V2 : 레벨전압 Vout : 출력전압
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술적인 수단으로써, 본 발명의 장치는 비중보상형 부력식 레벨 측정장치에 있어서, 2개의 원통으로 형성되어 상부가 일체형으로 이루어지며, 이 원통의 각 하단부에 형성된 피측정액 출입구와, 이 피측정액 출입구 각각에서 내부상측으로 형성된 플로트처짐 방지바를 포함하는 플로트 보호가이드; 상기 플로트 보호가이드의 하나의 원통에 내장된 비중 플로트; 상기 플로트 보호가이드의 다른 하나의 원통에 내장된 측정 플로트; 상기 비중 플로트에 커넥터암을 통해 결합되어 비중 플로트가 받는 부력에 대응하는 압력을 발생시키는 비중 벨로우즈; 상기 측정 플로트에 커넥터암을 통해 결합되어 측정 플로트가 받는 부력에 대응하는 압력을 발생시키는 측정 벨로우즈; 상기 비중 벨로우즈의 압력과 측정 벨로우즈의 압력간의 차압을 검출하여 이 차압에 해당하는 보상전압을 출력하는 차압검출기; 상기 측정 벨로우즈로부터의 압력을 검출하여 이 압력에 해당하는 레벨전압을 출력하는 압력검출기; 상기 압력검출기로부터의 레벨전압을 상기 차압검출기로부터의 보상전압으로 보상하여 피측정액의 레벨에 해당하는 전압을 출력하는 측정레벨 보상회로부; 를 구비함을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 비중보상형 부력식 레벨 측정장치에 대해서 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 발명에 참조된 도면에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 부호를 사용할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 비중보상형 부력식 레벨 측정장치의 구성도이고, 도 2는 도 1의 보상회로부의 외부단자 접속도이며, 도 3은 본 발명에 따른 비중보상형 부력식 레벨 측정장치의 적용도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 다른 비중보상형 부력식 레벨 측정장치는 2개의 원통으로 형성되어 상부가 일체형으로 이루어지며, 이 원통의 각 하단부에 형성된 피측정액 출입구(11a,11b)와, 이 피측정액 출입구(11a,11b) 각각에서 내부상측으로 형성된 플로트처짐 방지바(11c,11d)를 포함하는 플로트 보호가이드(11)와, 상기 플로트 보호가이드(11)의 하나의 원통에 내장된 비중 플로트(12)와, 상기 플로트 보호가이드(11)의 다른 하나의 원통에 내장된 측정 플로트(13)와, 상기 비중 플로트(12)에 커넥터암(14)을 통해 결합되어 비중 플로트(12)가 받는 부력에 대응하는 압력을 발생시키는 비중 벨로우즈(16)와, 상기 측정 플로트(13)에 커넥터암(15)을 통해 결합되어 측정 플로트(13)가 받는 부력에 대응하는 압력을 발생시키는 측정 벨로우즈(17)와, 상기 비중 벨로우즈(16)의 압력과 측정 벨로우즈(17)의 압력간의 차압을 검출하여 이 차압에 해당하는 보상전압을 출력하는 차압검출기(18)와, 상기 측정 벨로우즈(17)로부터의 압력을 검출하여 이 압력에 해당하는 레벨전압을 출력하는 압력검출기(19)와, 상기 압력검출기(19)로부터의 레벨전압을 상기 차압검출기(18)로부터의 보상전압으로 보상하여 피측정액의 레벨에 해당하는 전압을 출력하는 측정레벨 보상회로부(20)로 구성한다.
상기 플로트 보호가이드(11)는 내부의 플로트(12,13)가 피측정액의 유동의 영향을 받지 않도록 피측정액의 유동을 차단하는 기능을 수행하며, 또한 이 플로트 보호가이드(11)는 레벨변화에 따른 플로트 보호가이드 내부의 압력발생을 막기 위한 통기구(11e)가 설치되어 있다.
상기 비중 플로트(12)와 측정 플로트(13)는 동일 지름의 내부가 빈 원통형으로 밀폐된 봉 형태로 구성되며, 부력을 충분히 감지할 수 있도록 가변운 재질로 만든다.
상기 측정 플로트(13)는 비중 플로트(12)보다 일정길이 만큼 짧게 만들고, 그 길이 만큼의 체적에 해당하는 부력이 차압검출기(18)의 고압측에 더 걸리도록 만든다.
상기 커넥터암(14,15)은 각 플로트의 압력을 벨로우즈로 전달하여 주는 역할을 하기 위해 각 플로트와 벨로우즈를 연결하도록 부착된 플레이트이다.
상기 각 벨로우즈(16,17)로 외부의 부식성 기체가 침투하지 못하도록 벨로우즈를 보호하는 역할을 하는 벨로우즈 보호 챔버(16a,16b)가 상기 각 벨로우즈(16,17)를 내장하고 있으며, 상기 비중 벨로우즈(16)와 측정 벨로우즈(17)는 상기 비중 플로트(12)와 측정 플로트(13)가 받는 부력에 해당하는 압력을 전달하는 실리콘 오일이 봉입되어 있다. 또한, 상기 각 벨로우즈(16,17)내부에는 점도가 낮은 실리콘 오일(18c)로서, 이 실리콘 오일(18c)은 각 벨로우즈에 작용한 압력을 차압검출기와 압력검출기로 전달하는 수행을 수행한다.
또한, 상기 차압검출기(18)는 이득을 조절할 수 있는 이득조절기(18a)와, 정확한 측정을 위해 제로점을 조절하기 위한 제로조절기(18b)를 포함하고 있다.
상기 압력검출기(19)는 피측정액의 레벨(0∼100%)에 대응하는 레벨전압(0∼10V)을 출력하도록 설정하고, 상기 차압검출기(18)는 피측정액의 비중값에 대응하는 보상전압(0∼5V)을 출력하도록 설정한다.
그리고, 상기 측정레벨 보상회로부(20)는 상기 압력검출기(19)로부터의 레벨전압(V2)을 상기 차압검출기(18)로부터의 보상전압(V1)으로 나누어서 상기 레벨전압(V2)를 보상한다.
도 4는 본 발명에 다른 비중보상형 부력식 레벨 측정장치의 동작흐름을 보이는 플로우챠트이다.
이와같이 구성된 본 발명의 장치에 따른 동작을 첨부도면에 의거하여 하기에 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 비중보상형 부력식 레벨 측정장치는 기존의 다른 레벨측정기의 단점을 보안한 점이 종래의 레벨측정기와는 다른데, 이는 플로트식 레벨측정기와는 달리 측정레벨의 변화에 따라 움직임이 전혀 없고, 초음파식 레벨측정기와는 달리 레벨 검출상에 있어서 헌팅이 거의 적으며, 또한 기포식 레벨측정기처럼 이물질에 의한 센싱 부분의 막히는 경우도 전혀 없는 것으로, 압력을 이용한 레벨측정기의 최대 단점인 측정용액의 비중변화에 따라 레벨이 변동되는 문제점을 보안한 것이다.
이와같은 본 발명에 의한 장치를 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명하면, 먼저, 도 3에 도시한 바와같이, 비중보상형 부력식 레벨 측정장치를 피측정액에 담그면, 플로트 보호가이드(11)의 피측정액 출입구(11a,11b)를 통해서 피측정액이 플로트 보호가이드(11)의 내부로 들어가면서 이 피측정액에 의해 플로트 보호가이드(11)내부의 비중 플로트(12)와 측정 플로트(13)가 부력을 받아 부상하게 되고, 이 비중 플로트(12)와 측정 플로트(13)가 받는 부력은 각각의 커넥터암(14,15)을 통해서 비중 벨로우즈(16)와 측정 벨로우즈(17)로 전달되면서, 이 벨로우즈(16,17)내 실리콘 오일이 부력에 해당하는 압력을 차압검출기(18) 및 압력검출기(19)로 전달한다.
한편, 상기 비중 플로트(12)와 측정 플로트(13)는 동일 지름의 내부가 빈 원통형으로 밀폐된 봉 형태로 구성하였으며, 또한 부력을 충분히 감지할 수 있도록 가변운 재질로 만들어, 피측정액에 의한 부력을 민감하게 감지할 수 있게 된다.
그리고, 상기 측정 플로트(13)는 비중 플로트(12)보다 일정길이 만큼 짧게 만들고, 그 길이 만큼의 체적에 해당하는 부력이 차압검출기(18)의 고압측에 더 걸리도록 만든다.
따라서, 상기 차압검출기(18)는 상기 비중 벨로우즈(16)에 의해 전달받은 압력과 상기 측정 벨로우즈(17)에 의해 전달받은 압력간의 차압을 검출하고, 이 차압에 해당하는 전압을 출력하는데, 이를 하기에 구체적으로 설명한다.
상기 피측정액이 비중이 "1"인 순수(순순한 물)로 가정하고 차압검출기(18)의 출력전압이 1V로 출력되도록 차압검출기(18)의 제로조절기(18b)를 통해 제로점을 조정한다. 그리고 차압검출기(18)의 이득조절기(18a)를 통해 이득(gain)을 "1"로 조정한다. 여기서, 이득(gain)을 "1"로 조정하는 것은 차압검출기(18)에서 출력되는 보상전압(V1)의 변화가 비중의 변화를 나타내도록 하기 위한 것이고, 이때 차압검출기(18)에서 출력되는 보상전압(V1)의 레인지(range)가 0-5V가 되는데, 이는 비중 변화를 감지할 수 있는 범위가 0-5까지임을 의미한다.
이에따라, 피측정액의 비중변화에 따른 비중 플로트(12)에 발생하는 부력과 측정 플로트(13)에 발생하는 부력의 차에 따라, 상기 차압검출기(18)에서 출력되는 보상전압(V1)은 순수일 경우에는 하기 수학식1에 따라 1V가 된다.
여기서, F는 비중 플로트(12)가 상방향으로 받는 부력이고, K는 비중 플로트의 체적에서 측정 플로트(13)의 체적을 뺀값으로, 일정한 상수값이며, G는 차압검출기(18)의 이득(GAIN)으로 1로 설정되어 있다.
먼저, 차압검출기(18)의 동작에 대해서 설명하면, 만약 순수에 이물질을 혼입하여 비중이 변하였다고 가정하면, 상기 수학식1은 하기 수학식2와 같이 된다.
여기서, Δγ는 피측정액의 비중 변화량이다.
이때, 비중이 "0.5"(△r)로 상승되었다면, 이득(G)이 "1"이므로, 상기 차압검출기(18)에서 출력되는 보상전압(V1)은 상기 수학식2에 의해서 1.5V()가 되어 비중값은 "1.5"가 되는데, 이는 본 발명의 측정레벨 보상회로부(20)로 제공된다.
다음으로, 압력검출기(19)의 동작에 대해서 설명하면, 만약 피측정액이 순수일 경우에 측정 플로트(13)가 받는 부력과, 이 부력에 압력검출기(19)가 검출하는 레벨전압(V2)은 하기 수학식3에 보인 바와 같다.
여기서, F2는 측정 플로트(13)가 받는 부력이고, Kv는 잠긴부피이며, H는 잠긴수위이며, 1은 순수의 비중이고, V2는 압력검출기(19)의 출력전압이다. 그리고 G2는 압력검출기(19)의 이득으로, "0.1"로 설정한다.
이때 상기 압력검출기(19)에서 출력되는 레벨전압(V2)은 순수를 기준으로 하여, 레벨이 0일 때 0V로, 레벨이 100%일 때 10V로 출력되게 설정하였다.
예를들어, 수위가 50%라고 가정하면, 상기 압력검출기(19)에서 출력되는 레벨전압(V2)은 5V(0.1*1*50*(%))가 되며, 이때 동일 수위(50%)에서 비중이 0.5상승 하였다고 하면, 7.5V(0.1*(1+0.5)*50(%))가 되는데, 이 7.5V는 압력검출기(19)에서 출력하여 본 발명의 측정레벨 보상회로부(20)로 제공된다.
상기한 보상전압으로 레벨전압을 보상하지 않을 경우에는 7.5V가 출력되어 수위가 75%로 된다. 그러나 비중 플로트(12)에 관련된 차압검출기(12)는 1.5V를 출력하므로, 상기 측정레벨 보상회로부(20)는 상기 압력검출기(19)로부터의 레벨전압(V2)를 상기 차압검출기(18)로부터의 보상전압(V1)으로 나누어, 즉 7.5/1.5 = 5V 의 보상된 레벨전압을 출력하게 되는 것이다.
상기한 바와같은 본 발명에 의하면, 차압검출기에 의해 검출되는 압력변화는 곧 피측정액의 비중이 되며, 압력검출기에 의해 검출되는 압력변화에 이 비중을 나누어 주게 되면 비중을 보상한 레벨값을 측정할 수 있다. 이와같이 차압검출기를 통하여 비중의 변화를 측정하여 압력검출기의 압력을 보상하여 줌으로서 비중변화의 영향없이 실제수위를 정확히 측정할 수 있는 특별한 효과가 있는 것이다.

Claims (9)

  1. 비중보상형 부력식 레벨 측정장치에 있어서,
    2개의 원통으로 형성되어 상부가 일체형으로 이루어지며, 이 원통의 각 하단부에 형성된 피측정액 출입구(11a,11b)와, 이 피측정액 출입구(11a,11b) 각각에서 내부상측으로 형성된 플로트처짐 방지바(11c,11d)를 포함하는 플로트 보호가이드(11);
    상기 플로트 보호가이드(11)의 하나의 원통에 내장된 비중 플로트(12);
    상기 플로트 보호가이드(11)의 다른 하나의 원통에 내장된 측정 플로트(13);
    상기 비중 플로트(12)에 커넥터암(14)을 통해 결합되어 비중 플로트(12)가 받는 부력에 대응하는 압력을 발생시키는 비중 벨로우즈(16);
    상기 측정 플로트(13)에 커넥터암(15)을 통해 결합되어 측정 플로트(13)가 받는 부력에 대응하는 압력을 발생시키는 측정 벨로우즈(17);
    상기 비중 벨로우즈(16)의 압력과 측정 벨로우즈(17)의 압력간의 차압을 검출하여 이 차압에 해당하는 보상전압을 출력하는 차압검출기(18);
    상기 측정 벨로우즈(17)로부터의 압력을 검출하여 이 압력에 해당하는 레벨전압을 출력하는 압력검출기(19);
    상기 압력검출기(19)로부터의 레벨전압을 상기 차압검출기(18)로부터의 보상전압으로 보상하여 피측정액의 레벨에 해당하는 전압을 출력하는 측정레벨 보상회로부(20); 를 구비함을 특징으로 하는 비중보상형 부력식 레벨 측정장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 플로트 보호가이드(11)는 레벨변화에 따라 내부의 압력발생을 막기 위한 설치된 통기구(11e)를 포함함을 특징으로 하는 비중보상형 부력식 레벨 측정장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 비중 플로트(12)와 측정 플로트(13)는 동일 지름의 내부가 빈 원통형으로 밀폐된 봉 형태로 구성하고,
    또한 부력을 충분히 감지할 수 있도록 가변운 재질로 구성함을 특징으로 하는 비중보상형 부력식 레벨 측정장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 측정 플로트(13)는 비중 플로트(12)보다 일정길이 만큼 짧게 구성함을 특징으로 하는 비중보상형 부력식 레벨 측정장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 비중,측정 벨로우즈(16,17)는 외부의 부식성 기체가 침투하지 못하도록 보호하는 벨로우즈 보호 챔버(16a,16b)안에 내장됨을 특징으로 하는 비중보상형 부력식 레벨 측정장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 차압검출기(18)는 이득을 조절할 수 있는 이득조절기(18a)와, 정확한 측정을 위해 제로점을 조절하기 위한 제로조절기(18b)를 포함함을 특징으로 하는 비중보상형 부력식 레벨 측정장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 압력검출기(19)는 피측정액의 레벨(0∼100%)에 대응하는 레벨전압(0∼10V)을 출력하도록 설정함을 특징으로 하는 비중보상형 부력식 레벨 측정장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 차압검출기(18)는 피측정액의 비중값에 대응하는 보상전압(0∼5V)을 출력하도록 설정함을 특징으로 하는 비중보상형 부력식 레벨 측정장치.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 측정레벨 보상회로부(20)는 상기 압력검출기(19)로부터의 레벨전압(V2)을 상기 차압검출기(18)로부터의 보상전압(V1)으로 나누어서 상기 레벨전압(V2)을 보상하는 것을 특징으로 하는 비중보상형 부력식 레벨 측정장치.
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