KR100385541B1

KR100385541B1 - 기압식액면계

Info

Publication number: KR100385541B1
Application number: KR10-1998-0051857A
Authority: KR
Inventors: 이와오 야마다
Original assignee: 무사시노 컴퍼니 리미티드
Priority date: 1998-09-17
Filing date: 1998-11-30
Publication date: 2003-08-14
Also published as: CN1247974A; JP2000088629A; JP2951954B1; KR20000022008A; CN1109235C

Abstract

탱크 내의 액중에 삽입가능한 급기관(2)과, 급기관(2) 내에 압축기체를 공급할 수 있는 펌프(12)와, 펌프(12)와 급기관(2) 사이에 설치된 체크 밸브(14)와, 급기관(2) 내의 기압을 측정하는 압력 센서(15)와, 압력 센서(15)로부터 전송된 압력 데이터에 의해 펌프(12)를 제어하는 제어수단(16)을 가지며, 급기관(2), 펌프(12), 체크 밸브(14) 및 압력 센서(15)는, 탱크마다 설치한다. 압력 센서(15)는 일정한 시간간격으로 측정한다. 제어수단은, 기압변동이 플러스인 경우 펌프의 구동속도를 증가시킨다.

본 발명에 따르면, 의장(艤裝)공사가 간단해지고, 공사비가 절약되며, 공사기간이 단축됨과 동시에, 액면의 단시간의 변화에 따라 펌프 등의 구동을 제어할 수가 있고, 에너지를 절약할 수 있다.

Description

기압식 액면계

본 발명은 선박 등의 탱크에 적용가능한 기압식 액면계에 관한 것이다.

콘테이너선(船)이나 탱커와 같은 선박에 있어서의 밸러스트 탱크나 기름 탱크, 물탱크 등에는 저장되어 있는 액체의 레벨을 검출하기 위한 액면계가 설치되어 있다. 이러한 액면계의 방식으로는, 플로우트식, 기포식 등이 종래로부터 알려져 있다.

종래의 기포식 액면계는, 복수 배치된 탱크의 액중에 각각 설치된 급기관에 기계실의 콤프레셔에서 만들어진 압축공기를 배관을 통해 배송한다. 급기관 내에 공기를 공급함으로써 급기관 내의 공기가 서서히 포화상태가 되어 급기관 내가 압축공기로 가득차게 되면, 열려 있는 급기관의 하단부로부터 기포가 되어 방출되도록 되어 있다.

액체를 주입하는 탱크 내에 하단부가 자유로이 개구되는 파이프로 이루어진 급기관을 연직방향으로 배치하고, 탱크 내에 액체가 들어 있을 때 급기관의 하단부로부터 기포가 되어 배출되도록 급기관에 압축공기를 공급한다. 이 때의 급기관의 내압(P)은, 액체의 깊이(H)에 액체의 밀도(ρ)를 곱한 헤드(ρH)에 액체 상부의 가스압력을 더한 것(전체압력)과 동일하므로, 검출된 전체압력에서 액체 상부의 가스압력을 뺀 것을 액체의 레벨로서 지시계에 표시한다. 압축공기는 기관실의 콤프레셔에서 만들어지고, 갑판상에 설치된 주관으로부터 지관을 거쳐 각 탱크의 액면계에 공급되거나, 또는 독립된 배관을 거쳐 각 탱크의 액면계에 공급되도록 되어 있다.

이와 같은 형식의 종래의 기포식 액면계의 방식으로는, 도 15에 도시된 바와 같은 공기-공기 방식의 액면계와, 도 16에 도시된 바와 같은 공기-전기 방식의 액면계가 알려져 있다. 도 15에 도시된 액면계는, 기계실(도시되지 않음)의 콤프레셔에서 압축공기가 만들어지고, 그 압축공기를 지관(11)을 통해 각 액면계에 보낸다. 압축공기는, 액면계의 단자 케이스(6)의 하부에 설치된 급기관(2)의 내부에 채워진다. 급기관(2)은 그 하단이 탱크의 바닥 근방까지 연장되어 있다. 탱크에는 화물유, 연료유 등과 같은 적하, 밸러스트로서의 물 등으로 이루어지는 액체(3)가 수납되어 있다. 급기관(2) 내에 일정량의 압축공기가 채워지면, 급기관(2)의 하단부(4)로부터 기포가 되어 액체(3) 내에 방출된다. 이 때의 급기관(2) 내의 공기압은 액체(3)의 액면 레벨에 대응한다. 이러한 급기관(2) 내의 공기압은 제어실(1)에 배치된 압력계에 의해 계측되고, 이 계측값은 전기신호로 변환된다. 제어실(1)에서는 이러한 전기신호를 액위로 환산하여 표시한다. 제어실(1)에는 각 탱크에 대응하는 지관(11)으로부터 분기된 관이 내장되고, 각 관에 압력계가 연결되며, 또한 각 압력계에 의한 계측값을 전기신호로 변환하고, 이를 액위로 환산하여 표시하는 표시장치가 배치되어 있다.

한편, 도 16에 도시된 액면계는, 지관(11)을 통해 보내어진 압축공기가 액면계의 단자 케이스(6)의 하부에 설치된 급기관(2)의 내부에 채워지고, 일정량이 채워지면 급기관(2)의 하단부(4)로부터 기포가 되어 방출된다. 이 때의 압축공기의 계측압력을 단자 케이스(6) 내에 설치된 퍼지 트랜스미터(6)에서 전기신호로 변환하고, 이 전기신호를 제어실로 전송하며, 이를 다시 액위로 환산하여 표시한다. 제어실에는 각 탱크에 대응하는 표시장치가 배치되어 있다.

이러한 종래의 기포식 액면계는, 구조가 간단하고, 특히 도 15에 도시된 공기-공기 방식은 신호선의 끌려 다니는 길이가 짧으므로, 인화성 화물의 적재시 안전성이 높다는 이점이 있다. 그리고, 밸브류를 제외하고는 슬라이딩부가 없으므로 유지보수가 용이하다는 장점이 있다.

그러나, 상기 종래의 액면계는, 단자 케이스의 파이프 하단으로부터 기포가 나올 때의 전후의 압력변동은 액체 헤드에 따라 다르고, 또한 액체의 헤드는 각 탱크마다 다름에도 불구하고, 압축공기는 하나의 콤프레셔로부터 공급되므로, 압축공기의 기압은 계측하고자 하는 최대 액체 헤드에 상응하는 최대 압력을 유지해야 하고, 탱크의 깊이나 그때그때의 액체 헤드에 대해서는 기압이 지나치게 높아져 계측 정밀도가 미묘하게 변하는 결점이 있다. 그리고, 온도의 영향을 받기 쉬우므로 충분한 대응이 필요하며, 온도의 변화 등에 의해 관 계통의 이음매에서 누설이 발생하면 필요한 기압이 얻어지지 않으므로 치명적이다. 그리고, 바닷물을 도입하는 밸러스트 탱크에서는, 급기관의 하단부에서 내부에 걸쳐 굴, 굴등(藤壺), 해초 등과 같은 바다생물이 부착하여 성장하며, 또 다소의 탱크내 의장공사가 필요하다는 결점이 있다.

본 발명은, 상기 종래의 문제들을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 선박용 탱크 액면계측이 가능하고, 간단한 원리의 액면계로, 의장공사를 간략화시켜 공사비를 절약하고, 공사기간을 단축할 수 있는 소형의 액면계를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 액면의 단시간의 변화에 따라 펌프 등의 구동을 제어할 수 있고, 에너지를 절약할 수 있는 기압식 액면계를 제공하는 데 있다.

상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 탱크내의 액중에 삽입가능한 급기관과, 급기관 내에 압축기체를 공급할 수 있는 펌프와, 펌프와 급기관 사이에 설치된 체크 밸브와, 급기관 내의 기압을 측정하는 압력 센서와, 압력 센서로부터 전송되어 온 압력 데이터에 의해 펌프를 제어하는 제어수단을 구비하여 이루어지는 기압식 액면계로서, 상기 급기관, 펌프, 체크밸브 및 압력 센서는 탱크마다 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 기압식 액면계에 있어서, 펌프에 의해 급기관으로 보내어진 압축기체의 기압은 일정한 시간간격으로 압력 센서에서 계측되고, 이 계측값은 순차적으로 제어장치에 송신되는 것을 특징으로 한다.

상기 기압식 액면계에 있어서, 제어수단은, 순차적으로 검출된 압력값으로부터 기압변동값을 검지하고, 변동값이 플러스인 경우에는, 펌프의 구동속도를 증가시키는 것을 특징으로 한다.

상기 기압식 액면계에 있어서, 제어수단은, 순차적으로 검출된 압력값으로부터 기압변동을 검지하고, 변동값이 마이너스인 경우에는 펌프의 구동속도를 감소시키는 것을 특징으로 한다.

상기 기압식 액면계에 있어서, 제어수단에서 펌프의 연속 구동시간을 검지하고, 연속 구동시간이 일정한 값에 이르렀을 경우에는, 펌프를 정지시키는 것을 특징으로 한다.

상기 기압식 액면계에 있어서, 제어수단에서 펌프의 정지시간을 검지하고, 정지시간이 일정한 값에 이르렀을 경우에는, 펌프를 구동시키는 것을 특징으로 한다.

상기 기압식 액면계에 있어서, 압력 센서에서 검지된 기압이 일정한 상한값 이상인 경우에는, 에러처리를 수행하는 것을 특징으로 한다.

상기 기압식 액면계에 있어서, 압력 센서에서 검지된 기압이 일정한하한값 미만인 경우에는, 에러처리를 수행하는 것을 특징으로 한다.

상기 기압식 액면계에 있어서, 압력 센서에서 검지된 기압이 초기 데이터에 대해 변화가 없고, 또한 그 때의 압력값이 거의 제로인 경우에는 제로점 보정을 하는 것을 특징으로 한다.

상기 기압식 액면계에 있어서, 급기관 하단부는 경사지게 또는 수평으로 절단된 개구부를 가지며, 이 개구부의 가장자리에 구멍이 마련되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 기압식 액면계에 있어서, 급기관은 2중 구조로 되고 있고, 내부에는 단면적이 작은 관이 설치되며, 외부는 보호관으로 되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 기압식 액면계에 있어서, 급기관의 하단부는, 해초나 조개류가 부착되기 어려운 재료로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 기압식 액면계에 있어서, 급기관의 하단부는, 해초나 조개류의 부착을방지하기 위한 보호 그물로 덮여져 있는 것을 특징으로 한다.

상기 기압식 액면계에 있어서, 펌프는 간헐적으로 구동되며, 펌프의 구동이 정지하였을 때 계측한 급기관 내의 기압을 제어장치로 송신하는 것을 특징으로 한다.

상기 기압식 액면계에 있어서, 펌프의 흡기는 탱크 내의 기체를 이용하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 기압식 액면계가 적용가능한 선박의 일례를 나타낸 측면도이고,

도 2는 본 발명에 따른 기압식 액면계의 실시형태를 나타낸 측면도이고,

도 3은 본 발명에 따른 기압식 액면계의 다른 실시형태를 나타낸 측면도이고,

도 4는 본 발명에 따른 기압식 액면계의 내부구성의 일례를 나타낸 단면도이고,

도 5는 본 발명에 따른 기압식 액면계의 내부구성의 다른 예를 나타낸 단면도이고,

도 6은 본 발명에 따른 기압식 액면계의 다른 실시형태를 나타낸 단면도이고,

도 7은 본 발명에 따른 기압식 액면계의 제어 블록도의 일례이고,

도 8은 본 발명에 따른 기압식 액면계의 제어 동작예를 나타낸 흐름도이고,

도 9는 본 발명에 따른 기압식 액면계의 제어 동작예를 나타낸 다른 흐름도이고,

도 10은 본 발명에 따른 기압식 액면계의 제어 동작예를 나타낸 또 다른 흐름도이고,

도 11은 선박의 밸러스트 탱크가 채워질 때의 액위와 시간과의 관계의 일례를 나타낸 그래프이고,

도 12는 선박의 밸러스트 탱크의 배수시의 액위와 시간과의 관계의 일례를 나타낸 그래프이고,

도 13은 선박의 밸러스트 탱크로의 급배수 정지시 탱크내의 액위와 시간과의 관계의 일례를 나타낸 그래프이고,

도 14는 본 발명에 따른 기압식 액면계를 선박의 밸러스트 탱크 등에 사용한 경우의 검출압력과 시간과의 관계의 일례를 나타낸 그래프이고,

도 15는 종래의 기압식 액면계의 일례를 나타낸 평면도이고,

도 16은 종래의 기압식 액면계의 다른 예를 나타낸 평면도이다.

<부호의 설명>

1...탱크

2...급기관

12...펌프

14...체크 밸브

15...압력 센서

16...제어장치

21...기압식 액면계

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 기압식 액면계의 실시 형태에 대해 설명하기로 한다.

도 1에 도시된 바와 같은 선박(100)에는, 배의 끽수(喫水)를 조정하기 위한 밸러스트 탱크나, 화물유나 연료유를 저장하는 기름 탱크, 맑은 물이나 음료수를 저장하는 탱크 등이 선체 내부의 바닥 또는 배의 측면부에 설치되어 있다. 이러한 각종 탱크에 있어서는, 저장되어 있는 액체의 레벨을 검출하기 위한 액면계가 필요하다.

도 2는, 도 1에 도시된 선박의 A-A 단면도로서, 선박 내부의 바닥이나 배의 측면부에 밸러스트 탱크 등과 같은 탱크(31, 32)가 설치되어 있다. 이들 탱크에는 탱크내의 액면을 측정하기 위한 기압식 액면계(21)가 설치되어 있다. 배의 측면부에 설치된 탱크(32)에는, 연직방향으로 긴 급기관(2a)을 가지는 기압식 액면계(21a)가 설치되어 있다. 배의 바닥에 설치된 탱크(31)에는 직각으로 구부러진 급기관(2b)을 가지는 기압식 액면계(21b)가 설치되어 있다. 상기 급기관(2b)은탱크(31)의 벽을 관통하여 수평방향으로 연장되고, 탱크(31)내에서 아래쪽 방향으로 직각으로 구부러져 있다. 이들 액면계에 의해 각 탱크 내의 액면 레벨을 검출할 수 있다.

도 3은 도 2와 다른 실시 형태를 나타낸 것으로서, 배의 바닥과 배의 측면부에 설치된 밸러스트 탱크 등과 같은 탱크가 연속된 형식의 선박을 도시하고 있다. 이러한 탱크(33)에 있어서는, 배의 바닥의 양측(34, 34)이 만곡되어 있으므로, 급기관을 연직방향으로 곧게 배치하면, 급기관(2)의 하단부(4)가 배의 바닥에 닿지 않아 정확한 액위를 측정할 수 없다. 따라서, 급기관(2)을 굴곡시켜 배의 바닥의 양측(34, 34)을 피하고, 배의 바닥에 가장 근접한 위치에 급기관(2)의 하단부(4)를 위치시킴으로써, 액위를 정확하게 측정할 수 있도록 한 것이다.

도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 기압식 액면계의 내부 구성예를 나타낸 것이다. 도 4(a)는 펌프의 흡기를 외기로부터 수행하는 외기 직접 흡기형 기압식 액면계이고, 도 4(b)는 급기관(2)의 하단부를 나타낸 것이다. 도 5는 펌프가 탱크내의 기체를 흡인하도록 되어 있는 탱크 상부 흡기형 기압식 액면계로서, 도 5(b)는 급기관(2)의 하단부를 나타낸다. 도 4 및 도 5에 도시된 예에 있어서, 기압식 액면계(21)는 주로 펌프(12), 압력 센서(15) 등을 내장하는 단자 케이스(6)와, 기체를 내부에 충전할 수 있는 급기관(2)으로 구성되어 있다. 급기관(2)의 상단부는 단자 케이스(6)의 하부에 접속되어 있다.

도 4에 도시된 예에서는, 단자 케이스(6)의 측면에 외기를 흡입하기 위한 흡입관(22)이 설치되어 있다. 이러한 흡입관(22)은 단자 케이스(6)의 측면을 관통하여, 단자 케이스(6) 내에서 펌프(12)에 접속되어 있다. 흡입관(22)과 단자 케이스(6)의 측벽 사이에는 패킹이 설치된다.

급기관(22)의 선단부는, 방진을 위해, 그리고 비바람을 피하기 위해 연직 하방으로 구부러져 있다. 설치 공간상 급기관(22)의 선단부를 아래쪽으로 구부릴 수 없는 경우에는, 흡입관(22)의 선단에 방진장치를 장착하여도 무방하다. 이렇게 하면, 흡입관(22)의 선단부가 측방 또는 상방을 향해 있어도 된다.

펌프(12)는 체크 밸브(14)를 통해 급기관(2)에 접속되어 있다. 펄스 모터(11)의 회전력에 의해 펌프(12)는 구동되고, 흡입관(22)으로부터 흡입된 기체는 펌프(12)에 의해 압축되어 급기관(2) 내에 충전된다. 단자 케이스(6) 내에는 제어수단으로서 제어기판(50)이 설치되어 있다. 제어기판(50)은 상기 모터(11)의 제어회로를 가짐과 동시에, 압력 센서(15)를 가지고 있다. 압력 센서(15)에는 급기관(2) 내의 기압이 걸리도록 되어 있어, 이 기압에 따른 전기신호를 출력하도록 되어 있다. 단자 케이스(6) 내에는 단자반(端子盤; 46)이 설치되어 있다. 단자 케이스(6)와 제어실(1) 내의 제어장치(16)는 적당한 커넥터와 다목적 배선을 통해 접속되어 있다. 제어실(1) 내에는, 제어기판(50)으로부터 전송된 전기신호에 의해 탱크 레벨을 표시하는 표시기(17)가 설치되어 있다. 상기 압력 센서(15)의 계측값은 단자반(46), 상기 다목적 배선을 통해 제어실(1) 내의 표시기(17)에 입력표시되도록 되어 있다. 그리고, 제어기판(50)과 제어실(1) 내의 표시기(17) 사이에서는 단자반(46), 다목적 배선을 통해 제어신호를 주고 받도록 되어 있다.

급기관(2)의 하단(4)은 경사지게 또는 수평으로 절단되어 개구되어 있다. 도시한 예에서는 경사지게 절단되어 경사부(28)를 가지는 구조로 되어 있다. 급기관(2) 내에 기체가 채워져 가득차게 되면, 하단(4)으로부터 기체가 기포로 되어 방출되도록 되어 있다. 도시한 예에서는, 경사부(28)의 둔각부(29)의 바로 위 가장자리부에 구멍(30)이 마련되며, 이로부터 급기관(2) 내의 압축기체가 방출된다. 상기 구멍(30)이 마련됨으로써, 급기관(2)이 경사지게 설치된 경우나, 또는, 선박과 같이 항상 롤링(좌우로 흔들림)되더라도, 항상 구멍(30)으로부터 압축기체가 방출되게 되므로, 계측압력의 오차를 작게 할 수가 있다. 급기관(2)의 하단(4)이 수평으로 절단되어 있는 경우에는, 개구단 가장자리부의 임의의 위치에 구멍(30)을 마련하면 된다.

도 5에 도시된 상부 흡기형의 기압식 액면계는, 펌프(12)의 흡기부를 제외하고는 도 4에 도시된 것과 동일한 구성으로 되어 있다. 흡입관(22)은 펌프(12)로부터 단자 케이스(6)의 바닥 및 탱크의 상면을 관통하여, 탱크 내의 윗 부분으로 돌출되어 있다. 단자 케이스(6)의 바닥과 탱크의 상면을 관통한 구멍에는 관이음매가 마련되며, 흡입관은 이러한 관이음매에 장착되어 있다. 이러한 구성의 기압식 액면계에 의하면, 펌프의 흡기를 탱크 내의 액체 상부에 충전한 기체로부터 수행하도록 되므로, 급기관 하단부로부터 받는 압력과 액체 상부의 액체부 압력의 차이를 자동으로 보정하여, 기체의 압력, 습도, 밀도에 의한 측정오차를 감소시킬 수 있다.

도 6은 급기관의 다른 예를 나타낸다. 이러한 급기관(2)은, 내측의 관(24)과 외측의 보호관(25)의 2중 구조로 되어 있다. 즉, 내부에 단면적이 작은 관(24)이 설치되며, 외측은 보호관(25)으로 되어 있다. 펌프(12)로부터의 배관은관이음매(26a)를 통해 탱크의 윗쪽 벽으로부터 아래쪽으로 늘어뜨려진 급기관(2) 내의 관(24)에 접속되어 있다. 흡입관(2)의 하단부에는 관(24)과 보호관(25)을 고정하는 유지판(27)이 고정되어 있다. 관(24)의 하단에도 관이음매(26b)가 장착되며, 관이음매(26b)는 상기 유지판(27)을 관통하고 있다. 유지판(27)에 의해 격리된 급기관(2)의 하단부는, 도 4에 도시된 급기관(2)의 하단부(4)와 동일하게 경사지게 절단된 경사부(28)를 가지는 형상으로 되어 있다. 관(24) 내에 압축기체가 들어와 가득차게 되면, 하단부(4)로부터 기체가 방출되도록 되어 있다. 이와 같이, 급기를 위한 관으로 단면적이 작은 관(24)을 사용하면, 관내의 압축변동이 작아도 되므로, 서서히 급기함으로써 감도를 개선시키고, 계측 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또한, 용량이 작은 펌프로도 충분하므로, 액면계를 소형화할 수 있다.

그리고, 관이음매(26b)의 개구부는 좁기 때문에, 해초나 굴등 등과 같은 조개류가 부착되어 개구부를 막아 버리는 경우가 있다. 따라서, 유지판(27)을 해초나 조개류가 부착되기 어려운 재질, 예컨대 구리와 같은 금속으로 구성한다. 이렇게 하면, 개구부의 막힘으로 인해 정확한 기압을 측정할 수 없어 정확한 액면위치를 계측할 수 없는 문제를 해결할 수 있다. 또는, 관이음매(26b)의 선단부를 보호 그물로 덮음으로써 해초나 조개류의 부착을 방지하여도 무방하다. 전기적 접속은 도 4에 도시된 실시의 형태와 동일하다.

도 4에 도시된 바와 같이, 단자 케이스(6) 내에 설치된 압력 센서(15)는, 급기관(2)으로 보내어지는 압축기체의 기압을 측정하고, 이 측정값을 제어기판(50)에서 시리얼 신호로 변환하여 단자 케이스(6)와 케이블에 의해 접속된 제어실(1) 내의 지시계(17)로 송신하도록 되어 있다. 이와 같이 압력 센서(15)에 의한 급기관(2) 내의 압축기체의 기압 계측은, 일정한 시간간격, 예컨대 100msec 간격으로 행해지며, 이 계측값은 순차적으로 제어실(1) 내의 제어장치(16)로 송신되어 지시계(17)에 표시된다.

그리고, 펌프는 간헐적으로 구동하고 있으며, 펌프가 정지되어 있을 때에는 압력오차가 작으므로, 펌프 정지시의 압력값도 제어실(1)로 송신되어, 지시계(17)에 의해 탱크 내의 액면 레벨이 표시되도록 되어 있다.

상술한 바와 같이, 급기관(2), 펌프(12), 체크 밸브(14), 압력 센서(15),제어기판(50) 등으로 이루어지는 기압식 액면계는 각 탱크마다 설치되어 있다. 그리고, 각 액면계의 출력신호는 제어실(1)로 전송되어 집중감시된다.

이하, 본 발명에 따른 기압식 액면계의 동작원리에 대해 설명하기로 한다. 탱크 내의 액중에 급기관(2)의 하단부가 잠겨 있는 상태에서, 펌프(12)에 의해 압축기체가 공급되면, 급기관(2) 내에는 탱크 내의 액체의 압력에 저항하여 기체가 채워지기 시작한다. 그리고 급기관(2) 내가 포화상태가 되면, 급기관(2)의 하단부(4)로부터 기포가 되어 방출된다. 액면 상부에 가스압력이 걸려 있지 않은 경우, 탱크 내의 액면 레벨을 H, 액체의 밀도를ρ라 하면, 급기관 내의 압력(P)은 수두압(ρH)과 같아진다.

급기관(2) 내의 압력(P)은 단자 케이스(6) 내의 압력 센서(15)에 의해, 일정한 시간간격으로 급기관(2) 내의 기압이 측정되고 있다. 측정된 기압은, 단자 케이스(6) 내의 제어기판(50)에서 전기신호로 변환되고, 단자반(46)을 거쳐 다목적 배선을 통해 제어실(1) 내의 지시계(17)로 H값의 전기신호가 송신된다. 급기관(2)의 내압(P)은, 급기관(2)의 액중높이(H)에 액체(3)의 밀도(ρ)를 곱한 헤드(ρH)와 같으므로, 내압(P)에 따른 값을 액체(3)의 레벨로서 지시계에서 표시한다.

본 발명에 있어서, 급기관(2)에 공기를 충전하기 위한 압축기체는 탱크의 단자 케이스(6)에 내장된 펌프(12)에서 개별적으로 만들어지므로, 종래의 번거로운 배관이 필요없고, 단독으로 작동하는 전기기기로서 간편하게 취급할 수 있다. 그리고, 급기관(2)을 채울만큼의 압축기체만 공급하면 되므로, 펌프(12)는 작은 용량의 것이어도 된다.

그리고, 단자 케이스 내의 펌프로부터 가까운 거리에서 압축기체를 공급하므로, 외부온도의 영향이 거의 없고, 제어가 간편하며, 또한 계측기 등이 단자 케이스 내에 수납되어 있으므로, 보수점검이 아주 간단하다.

또, 전원을 공급하고, 제어신호를 주고 받으며, 압력 센서의 검출신호를 출력하는 다목적 전선은, 선박의 갑판상에 배선되며, 지선(枝線)을 거쳐 각 탱크의 단자 케이스로 전원을 공급하여, 단자 케이스를 내장한 펌프를 구동하도록 되어 있다.

도 11은 선박의 밸러스트 탱크가 채워질 때의 액위와 시간과의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 11(a)는 탱크가 비어 있는 상태에서 가득찰 때까지의 액위와 시간과의 관계를 나타내고, 도 11(b)는 탱크가 비어 있는 상태에서 중간정도 찰 때까지의 액위와 시간과의 관계를 나타낸다. 도 11(a), 11(b) 모두 실선의 그래프는 실제 액위가 시간이 경과함에 따라 일정한 속도로 상승되고 있는 상태를 나타내고,점선의 그래프는 액면계로 측정한 압력값으로부터 환산한 액위와 시간과의 관계를 나타낸다. 점선의 그래프에서 액위가 일정한 값을 나타내는 부분이 있다. 이는, 액면계의 펌프는 간헐적으로 구동되고, 일정한 시간마다 펌프가 정지하므로, 이 동안에는 압력이 거의 일정하고, 따라서 이 동안의 환산액위는 일정하기 때문이다.

도 12는, 선박의 밸러스트 탱크의 배수시의 액위와 시간과의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 12(a)는 탱크가 가득찬 상태에서 빈 상태로 되기까지의 액위와 시간과의 관계를 나타내고, 도 12(b)는 탱크가 중간정도 찼을 때부터 빈 상태로 되기까지의 액위와 시간과의 관계를 나타낸다. 도 12(a), 12(b) 모두 실선의 그래프는 실제의 액위가 시간이 경과함에 따라 일정한 속도로 하강하고 있는 상태를 나타내고, 점선의 그래프는 액면계로 측정한 압력값으로부터 환산한 액위와 시간과의 관계를 나타낸다. 점선의 그래프에서 액위가 일정한 값을 나타내는 부분이 있는데, 이 또한 도 11에 있어서 설명한 이유와 동일한 이유에 기인한다.

도 13에 도시된 그래프는, 선박의 밸러스트 탱크로의 급수 또는 배수를 정지하였을 때의 탱크 내의 액위와 시간과의 관계를 나타내는 것으로, 이 동안에는 액위가 일정하므로, 이 동안에 압력을 측정하고, 이 압력신호를 제어실로 전송함으로써 정확한 액위를 측정할 수 있다.

도 7은 본 발명에 따른 기압식 액면계의 제어기판의 제어블럭도이다. 압력 센서(15)에서 계측된 압력값은, MPX(멀티플렉서; 41)에서 일정한 시간간격으로 입력되고, AD 변환기(42)에서 디지털 변환된 다음 CPU(43)로 입력된다. CPU(43)는 입력된 압력값의 데이터를 처리하고, 필요한 신호를 모터 드라이버 회로(44)로 송신하여 모터(11)의 동작을 제어한다. 그리고, CPU(43)에 전송되어진 압력신호는, 시리얼 드라이버(45)에 의해 시리얼 신호로서 제어실(1) 내의 제어장치(16)로 보내어지거나, 또는 아날로그 변환되어, 예컨대 4∼20mA 전류의 아날로그 신호로서, 제어실(1) 내의 제어장치(16)로 보내어지도록 되어 있다.

도 8의 흐름도를 참조하여 도 4에 도시된 기압식 액면계의 시스템 제어동작에 대해 설명하기로 한다. 그리고, 각 동작 단계는 (S1) (S2) (S3) ... 등과 같이 나타내기로 한다.

시스템 전원이 켜지면, RAM체크, 시리얼 포트설정, A/D 초기화가 행해진다(S1). 다음, 압력초기값 데이터를 저장하고, 초기 설정을 완료한다(S2). 먼저 펌프는 저속구동된다(S3). 따라서, 급기관 내는 서서히 압축기체가 채워진다.

급기관(2) 내에 기체가 공급되면, 순차적으로 그 기압을 압력 센서(15)에서 계측하고, 그 압력신호를 받은 제어기판(50)에서 순차적으로 압력변동을 연산하여, 압력변동의 시간 미분값이 플러스인 것을 검지하였을 경우, 즉,

dP/dt=ρdH/dt

의 관계로부터 dP/dt>0인 때에는 탱크 내의 액체의 레벨이 증가하고 있는 상태를 나타내므로 압력상승중이라고 판단하고(S4), 이어서 압력상승 속도가 상수(A)보다 큰지 여부를 판단한다(S5). 압력상승 속도가 상수(A)보다 큰 경우에는, 이어서 압력 상승시간이 상수(B)보다 긴지 여부를 판단한다(S7). 압력 상승시간이 상수(B)보다 긴 경우에는 액위가 꽤 높은 것으로 추정할 수 있으므로, 펌프를 고속구동으로 절환한다(S8). 그 다음 자기진단을 하고(S9), 다음으로 내부설정 체크를수행한(S10) 다음, 다시 S4로 돌아가 동작을 반복한다.

S4에 있어서 압력변동의 시간 미분값이 마이너스인 것을 검지하였을 경우, 즉,

dP/dt=ρdH/dt

의 관계로부터 dP/dt<0로 되었을 때에는 탱크내의 액체의 레벨이 감소되고 있는 상태를 나타내고 있으므로, 이어서 펌프(12)가 고속 구동중인지를 판단하고(S11), 고속 구동중이면 저속구동으로 하고(S6), S9 이후의 동작을 수행한다. 그리고, S4에서 압력상승이 아닌 것으로 판단되고, 또한, S11에서 펌프가 고속구동이 아닌 즉, 저속구동중인 것으로 판단된 경우에는, S12에서 펌프가 정지되고, 상기 S9, S10을 거쳐 S4로 되돌아간다.

S4에서 압력상승중이라고 판단되고, S5에서 상승속도가 상수(A)보다 작다고 판단된 경우에는, 펌프의 구동속도를 고속으로 할 필요가 없으므로, S6에서 펌프 저속구동으로 변환한다. 그리고, S5에서 상승속도가 상수(A)보다 크다고 판단된 경우나, S7에서 압력의 상승시간이 상수(B)보다 짧은 경우도 펌프의 구동속도를 고속으로 할 필요가 없으므로, S6에서 펌프 저속구동으로 변환한다. 상수(B)는, 탱크의 규모 등에 따라 적절히 설정한다.

이상 설명한 바와 같이, 액위의 측정동작 시작시에는 액면계의 펌프를 저속구동하여, 펌프의 구동에 의해 압력이 상승하고, 이러한 상승속도가 일정값 이상이며, 또한, 상승계속 시간이 일정시간 이상인 경우에는, 계측하고자 하는 액위가 높은 것으로 추정할 수 있으므로, S8에서 펌프의 구동속도를 고속으로 변환함으로써,액위를 측정가능한 압력에 신속하게 도달시킬 수 있다.

한편, S6에서 압력상승 속도가 일정값 이하인 경우 그리고, 압력상승속도가 일정값 이상이라도 이러한 압력상승 계속시간이 일정값 이하인 경우에는, 액위를 계측가능한 압력에 가까운 것으로 추정할 수 있으므로, S6에서 펌프 저속구동으로 변환하여 정밀한 액위측정을 할 수 있도록 한다.

S4에서 압력상승이 정지하거나, 또는 반대로 압력이 감소하기 시작하면, 그 때 S11에서의 판단으로 펌프 고속구동중이면 S6에서 펌프 저속구동으로 변환하고,그리고, S9, S10, S4, S11을 거쳐 S12에서 펌프를 정지시키게 된다.

상기 자기진단은 도 9에 도시된 흐름도에 따라 수행된다. 펌프(12) 또는 모터(11)의 온도가 일정값 이상인 경우에는(S13), 에러처리를 하고(S14), 경보에 의해 펌프 또는 모터의 이상을 알린다. 이 때, 각각의 에러상황에 따라, 아날로그인 경우에는 4∼20mA 이외의 일정한 전류를 설정함으로써 전기적으로 처리할 수 있다. 디지털인 경우에는 각각의 설정에 따라 플래그를 세움으로써 수행할 수 있다.

또한, 미리 그 탱크의 급기관 내의 최대 수두(水頭)를 설정해 두고, 압력 센서(15)에서 측정한 기압이 상기 최대 압력 이상인 경우에는(S15), 에러처리를 하고(S16), 경보에 의해 이상을 알린다. 이러한 경우의 이상으로는, 급기관(2) 즉, 압력센서(15)의 고장 등을 생각할 수 있다.

그리고, 압력 센서(15)에서 측정한 기압이 일정값, 예컨대 대기압 이하인 경우에는(S17), 에러처리를 하고(S18), 경보에 의해 이상을 알린다. 이러한 경우의 이상으로는, 체크 밸브가 고장나 기체가 누설되고 있는 것으로 생각할 수 있다.

전원을 켰을 때의 초기 데이터와 비교하여 압력변화가 없고(S19), 또한 압력이 거의 제로인 경우에는(S20), 자동적으로 제로점 보정을 수행하도록 한다(S21).

자기진단(S9) 종료후에는 내부설정 체크를 하고(S10), 그 다음 다시 S4부터 동작을 반복한다.

그리고, 펌프가 저속 또는 고속으로 구동되고 있는 경우, 도 10에 도시된 바와 같이 연속 구동시간이 일정시간, 예컨대 10초 이상인 경우에는(S22), 펌프를 정지시킨다(S23). 그리고, 펌프의 정지시간이 일정시간, 예컨대 10초 이상인 경우에는(S24), 펌프를 저속구동시킨다(S25). 이와 같이 펌프를 간헐적으로 구동시킴으로써 에너지 절약에도 기여할 수 있다.

도 14는 실제로 본 발명에 따른 기압식 액면계를 선박에 사용하였을 경우의 검출압력과 시간과의 관계의 일례를 나타낸 그래프이다.

먼저 기압식 액면계 내의 펌프는 저속으로 구동되고 있다(S51). 이 때 일정한 기울기로 검출압력이 상승되고 있다. 검출압력의 상승 속도가 일정값 이상이고, 또한, 검출압력 상승 계속시간이 일정값 이상인 경우에는, 펌프는 고속구동으로 변환된다(S52). S52의 전반에는 시간이 경과함에 따라 검출압력이 증가하고 있지만, 후반에서는 검출압력이 좁은 범위에서 진동하고 있다는 것을 알 수 있다. 이는 급기관 내에 압축기체가 가득 채워지고, 기포가 되어 급기관의 하단으로부터 방출되고 있기 때문이다. 따라서, 상기 펌프가 고속구동중에 검출압력의 상승 속도가 일정값 이하인 경우 또는 검출압력 상승 계속시간이 일정값 이하인 경우에는, 펌프를 저속구동시킨다(S53). S53의 펌프 저속구동에 있어서도, 검출압력이 좁은 범위에서진동하고 있다는 것을 알 수 있다. 펌프 저속구동중 검출압력의 상승 속도가 없는 경우에는 펌프의 구동을 정지시킨다(S54).

펌프 정지중에도 압력은 검출되고 있으며, S54의 전반에는 검출압력은 일정값을 나타내지만, 그 후 검출압력은 시간이 경과함에 따라 감소되고 있다. 이는 탱크내의 액체가 배출되어 액면이 감소하고 있고, 이에 따라 액체 헤드(ρH)도 감소하고, 급기관의 내압에 의해 급기관의 하단으로부터 액체중에 기포가 방출되어, 급기관의 내압이 상기 액체 헤드(ρH)에 상응한 값으로 된다는 것을 의미한다. 그리고, S54의 끝무렵에 검출압력이 상승하기 시작하고 있다. 이는 예컨대 선박의 밸러스트 탱크에서 다시 액체(밸러스트)가 주입되고 있다는 것을 의미한다. 검출압력의 상승 속도가 일정값 이상이고, 또한, 검출압력 상승 계속시간이 일정값 이상인 경우에는, 펌프는 다시 저속구동을 시작한다(S55). 이 때 일정한 기울기로 검출압력이 상승하고 있다. 이 검출압력 상승 속도가 일정값 이상이고, 또한, 검출압력 상승 계속시간이 일정값 이상인 경우에는, 펌프는 고속구동으로 변환된다(S56). S56의 전반에는 시간이 경과함에 따라 검출압력이 증가하지만, 후반에서는 급기관의 내압이 액체 헤드보다 높아져 기포가 액체내로 방출되고, 기포가 방출될 때마다 검출압력이 좁은 범위에서 진동한다. S56의 후반에서는 검출압력의 상승이 일정값 이하이므로, 펌프를 저속구동시킨다(S57). S57의 펌프 저속구동에 있어서도, 선박의 롤링 등으로 인해 검출압력이 좁은 범위에서 진동한다. 마지막으로 선박의 자세가 안정되고, 검출압력의 상승이 없어지면 펌프의 구동을 정지시킨다(S58). 펌프의 구동 정지중에 검출압력이 상승하면, 다시 펌프는 저속구동된다(S59). 그리고, 펌프의 저속구동중 검출압력의 상승이 없어지면, 펌프의 구동은 정지된다(S60).

또한, 탱크의 높이가 높은 경우에는, 급기관(2)의 길이도 길어지므로, 급기관(2)의 하단부(4)는, 취부부재에 의해 탱크의 바닥 또는 측면에 장착하여도 된다. 또한, 본 발명에서 사용하는 기체는, 환경이나 분위기에 따라, 공기 이외의 액체증발 가스이거나, 공기와 다른 기체와의 혼합 기체일 수 있다.

상기 실시의 형태에 있어서는, 모터는 펄스 모터를 이용한 예에 대해 설명하였으나, 모터는 펄스 모터에 한정되지 않으며, 예컨대 서보 모터여도 된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 탱크 내의 액중에 삽입가능한 급기관과, 급기관 내에 압축기체를 공급할 수 있는 펌프와, 펌프와 급기관 사이에 마련된 체크 밸브와, 급기관내의 기압을 측정하는 압력 센서와, 압력 센서로부터 전송되어 온 압력 데이터에 의해 펌프를 제어하는 제어수단을 구비하여 이루어지는 기압식 액면계에 있어서, 급기관, 펌프, 체크밸브 및 압력 센서는, 탱크마다 설치되어 있으므로, 번거로운 배관이 필요없으며, 단독으로 작동하는 전기기기로서 간편하게 취급할 수 있다. 또한, 계측부 파이프를 채울만큼의 압축기체이므로, 적은 용량의 펌프를 장착하여도 된다. 그리고, 계측부에서 가까운 거리로부터 압축기체를 공급하므로, 외부온도의 영향이 거의 없다. 그리고, 계측부에서 가까운 거리로부터 압축기체를 공급하므로, 제어가 간편하여 좋으며, 계측부는 검출부 단자 케이스 내에 수납되어 있으므로, 보수점검이 간단하다.

상기 기압식 액면계에 있어서, 펌프에 의해 급기관에 보내어진 압축기체의기압은 일정한 시간간격으로 압력 센서에서 측정되고, 이 측정값은 순차적으로 제어장치로 송신되도록 하면, 액면의 단시간의 변화에 따라 펌프 등의 구동을 제어할 수가 있다.

상기 기압식 액면계에 있어서, 제어수단은 순차적으로 검출된 압력값으로부터 기압 변동값을 검지하고, 변동값이 플러스인 경우에는, 펌프의 구동속도가 증가하도록 되어 있으면, 액면이 상승하고 있는 경우 액위를 정확히 측정할 수 있다.

상기 기압식 액면계에 있어서, 제어수단은 순차적으로 검출된 압력값으로부터 기압 변동값을 검지하고, 변동값이 마이너스인 경우에는, 펌프의 구동속도가 감소하도록 되어 있으면, 액면이 하강하고 있는 경우 액위를 정확히 측정할 수 있다.

상기 기압식 액면계에 있어서, 제어수단에서 펌프의 연속 구동시간을 검지하고, 연속 구동시간이 일정값에 달한 경우에는, 펌프를 정지시키도록 되어 있으면, 에너지를 절약할 수 있다.

상기 기압식 액면계에 있어서, 제어수단에서 펌프의 정지시간을 검지하고, 정지시간이 일정값에 달한 경우에는, 펌프를 구동시키도록 되어 있으면, 에너지를 절약할 수 있다.

상기 기압식 액면계에 있어서, 압력 센서에서 검지된 기압이 일정한 상한값 이상인 경우에는, 에러처리가 수행되도록 되어 있으면, 급기관의 막힘, 압력 센서의 고장 등에 신속하게 대처할 수 있다.

상기 기압식 액면계에 있어서, 압력 센서에서 검지된 기압이 일정한 하한값 미만인 경우에는, 에러처리가 수행되도록 되어 있으면, 체크 밸브의 고장으로 기체가 누설되고 있는 경우 등에 신속하게 대처할 수 있다.

상기 기압식 액면계에 있어서, 압력 센서에서 검지된 기압이 초기 데이터에 대해 변동이 없고, 또한, 그 때의 압력값이 거의 제로인 경우에는, 자동으로 제로점 보정을 하도록 되어 있으면, 순차적으로 제로점 보정을 할 필요가 없다.

상기 기압식 액면계에 있어서, 급기관의 하단부는 경사지게 또는 수평으로 절단된 개구부를 가지고, 이 개구부의 가장자리에는 구멍이 마련되어 있으면, 급기관이 경사지게 설치된 경우나, 또는 선박의 경우와 같이 항상 롤링되고 있는 것이라도, 항상 구멍으로부터 압축기체가 방출되어, 계측 압력오차를 작게 할 수 있다.

상기 기압식 액면계에 있어서, 급기관은 2중 구조로 되어 있고, 내부에는 단면적이 작은 급기용 관이 설치되며, 외부는 보호관으로 되어 있으면, 공급하는 기체량이 적어도 되고, 용량이 작은 펌프로도 충분하므로 액면계를 소형화할 수 있다.

상기 기압식 액면계에 있어서, 급기관의 하단부는 해초나 조개류가 부착하기 어려운 재료로 구성되어 있으면, 급기관의 기체 방출부가 막히지 않고, 정확한 액압을 측정할 수 있으며, 정확한 액면위치를 측정할 수 있다.

상기 기압식 액면계에 있어서, 급기관의 하단부는 해초나 조개류의 부착을 방지하기 위한 보호 그물로 덮여져 있으면, 급기관의 기체 방출부가 막히지 않고 정확한 액압을 측정할 수 있으며, 정확한 액면위치를 측정할 수 있다.

상기 기압식 액면계에 있어서, 펌프는 간헐적으로 구동되고, 펌프의 구동이 정지되어 있을 때 측정한 급기관 내의 기압을 제어장치로 송신하도록 하면, 압력변동이 작을 때 압력을 측정할 수 있어, 오차가 적은 정확한 측정값을 얻을 수 있다.

상기 기압식 액면계에 있어서, 펌프의 흡기는 탱크 내의 기체를 이용하도록 되어 있으면, 급기관 하단부로부터 받는 압력과 액체 상부의 액체부 압력의 차를 자동적으로 보정하여, 기체의 압력, 습도, 밀도에 의한 측정오차를 줄일 수 있다.

Claims

탱크내의 액중에 삽입가능한 급기관과, 급기관 내에 압축기체를 공급할 수 있는 펌프와, 펌프와 급기관 사이에 설치된 체크 밸브와, 급기관 내의 기압을 측정하는 압력 센서와, 압력 센서로부터 전송되어 온 압력 데이터에 의해 펌프를 제어하는 제어수단을 구비하여 이루어지는 기압식 액면계로서,

상기 급기관, 펌프, 체크밸브 및 압력 센서는 탱크마다 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 기압식 액면계.
제 1항에 있어서, 상기 펌프에 의해 급기관으로 보내어진 압축기체의 기압을 일정한 시간간격으로 계측하는 압력 센서를 구비하고, 상기 압력 센서에서 계측된 값이 순차적으로 송신되는 제어장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 기압식 액면계.
제 2항에 있어서, 상기 순차적으로 검출된 압력값으로부터 기압변동값을 검지하고, 변동값이 플러스인 경우에는, 펌프의 구동속도를 증가시키도록 하는 제어수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 기압식 액면계.
제 2항에 있어서, 상기 순차적으로 검출된 압력값으로부터 기압변동을 검지하고, 변동값이 마이너스인 경우에는 펌프의 구동속도를 감소시키도록 하는 제어수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 기압식 액면계.
제 1항에 있어서, 상기 펌프의 연속 구동시간을 검지하고, 연속 구동시간이 일정한 값에 이르렀을 경우에는, 펌프를 정지시키도록 하는 제어수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 기압식 액면계.
제 5항에 있어서, 상기 펌프의 정지시간을 검지하고, 정지시간이 일정한 값에 이르렀을 경우에는, 펌프를 구동시키도록 하는 제어수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 기압식 액면계.
제 1항에 있어서, 상기 압력 센서에서 검지된 기압이 일정한 상한값 이상인 경우에는, 에러처리를 수행하도록 하는 제어수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 기압식 액면계.
제 1항에 있어서, 상기 압력 센서에서 검지된 기압이 일정한 하한값 미만인 경우에는, 에러처리를 수행하도록 하는 제어수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 기압식 액면계.
제 1항에 있어서, 상기 압력 센서에서 검지된 기압이 초기 데이터에 대해 변화가 없고, 또한 그 때의 압력값이 거의 제로인 경우에는 제로점 보정을 하도록 하는 제어수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 기압식 액면계.
제 1항에 있어서, 상기 급기관 하단부는 경사지게 또는 수평으로 절단된 개구부를 가지고, 이 개구부의 가장자리에 구멍이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 기압식 액면계.
제 1항에 있어서, 상기 급기관은 2중 구조로 되어 있고, 내부에는 단면적이 작은 관이 설치되며, 외부는 보호관으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 기압식 액면계.
제 10항에 있어서, 상기 급기관의 하단부는, 해초나 조개류가 부착되기 어려운 재료인 구리로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 기압식 액면계.
제 10항에 있어서, 상기 급기관의 하단부는, 해초나 조개류의 부착을 방지하기 위한 보호 그물로 덮여져 있는 것을 특징으로 하는 기압식 액면계.
제 1항에 있어서, 간헐적으로 구동되는 것을 특징으로 하는 펌프를 구비하며, 상기 펌프의 구동이 정지하였을 때 계측한 급기관 내의 기압이 송신되는 제어장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 기압식 액면계.
제 1항에 있어서, 상기 탱크 내의 기체를 이용하여 흡기로 하는 펌프를 구비하는 것을 특징으로 하는 기압식 액면계.