KR100392419B1

KR100392419B1 - 압력계

Info

Publication number: KR100392419B1
Application number: KR10-2001-0022807A
Authority: KR
Inventors: 박기용
Original assignee: 주식회사 와이즈센서
Priority date: 2001-04-27
Filing date: 2001-04-27
Publication date: 2003-07-31
Also published as: KR20010069678A

Abstract

본 발명은 유체압력측정용 압력계에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 파이프를 통과하는 유체의 압력을 부르동관을 이용한 기구적인 방식과 압력검출센서를 이용한 전기적인 방식으로 동시에 측정하여 압력치를 제공함으로써, 전원공급중단등으로 인하여 원격지에서의 공정감시가 불가능한 경우에도 압력변동사항을 현장에서 직접 검출하여 공정을 감시할 수 있으며, 또한 각각 설치되던 압력계를 한 번의 장착으로 설치가 완료되므로 비용절감 및 공기단축의 효과가 있는 것이다.

본 발명의 압력계는, 유체 파이프(20)와 연통되어서 유체압력을 전달하는 소켓(1)과, 상기 소켓(1)에 부착되며 유체압력에 따라서 위치가 변화하는 부르동관(16)과, 상기 부르동관(16)의 위치변화를 변환기(17)에서 변환하고 지시침(15)을 통하여 압력치를 표시하는 압력계에 있어서, 상기 소켓(1)의 측면에 형성된 압력센서홀(2)의 내부에 설치되며 부르동관(16)으로 유입되는 유체압력을 동시에 검출하여 전기신호를 발생시키는 압력센서(3)와, 상기 압력센서(3)로부터 출력되는 검출신호를 증폭하기 위한 증폭부(6)와, 상기 증폭부(6)로부터 출력되는 전기신호를 외부시스템으로 전달하기 위한 커넥터(8)를 포함한다.

Description

압력계{Pressure measuring device}

도 1은 종래 사용되는 기구식 압력계(A)의 설치 및 사용상태를 도시한 정면도로서, 파이프(20)의 일표면상에 돌출된 결합부(20a)에 압력계(A)의 하단부가 삽입되어 있다. 압력계(A)의 내부에 관형태의 구멍이 형성되어 있어서 파이프(20)를 통과하는 유체의 압력을 검출하고, 압력을 시각적으로 표시하는 지시침이 회전함에 따라서 파이프(20) 내부를 이동하는 유체의 압력을 측정, 표시한다. 관리자 또는 작업자는 압력계(A)에 설치되어 있는 지시침의 지시상태에 따라서 현재 파이프 압력을 확인하고 유체의 압력이 정상, 또는 비정상인가를 확인할 수 있다.

유체의 압력을 측정하는 압력계(A)는 일반적으로 부르동관(bourdon tube)을 사용하여 제작하는데, 부르동관은 압력변화에 따라서 부르동관의 선단에서 선형변형을 일으키며, 이 선형변형을 변환기(movement)를 통하여 회전운동으로 변환하고 지시침을 연결하여 시각적으로 압력변화를 인식할 수 있도록 하고 있다.

먼저 부르동관의 구조 및 특징을 살펴 보면 다음과 같다. 상세한 구조는 도 2를 참고하여 다시 설명된다.

부르동관(bourdon tube)은 탄력성(彈力性)이 있는 금속판으로 만든 중공(中空)의 편평한 관을 원호형(圓弧形)으로 구부려 끝을 밀폐한 것으로서, 압력 및 온도 측정등에 사용되고 있다. 이 중공관의 한쪽 끝을 고정하고 유체에 의한 내압(內壓)을 가하면 관은 늘어나 곡률이 변화하고, 끝이 이동한다. 끝의 이동은 보통 매우 근소하므로 지레, 부채꼴 피니언 등과 같은 변환기(movement)를 사용하여 적당히 확대하여, 지시침(指示針)을 움직여서 압력측정에 사용한다.

측정범위는 몇 기압에서 몇백 기압에 이르므로, 압력계의 측감체(測感體)로서 공업용으로 널리 사용되고 있다. 재료는 일반적으로 황동(黃銅) 또는 인청동(燐靑銅) 등의 구리합금이지만 고압용은 강철제(鋼鐵製)가 사용된다. 또 관 속에 알코올 또는 에테르와 같은 액체를 채우고 온도변화에 따른 액체의 팽창을 이용해서 자기온도계(自記溫度計)로도 사용된다.

그러나, 부르동관을 이용한 압력계에서 압력을 측정하기 위해서는 압력계가 설치된 위치에 와서 직접 압력계의 지시침을 보아야 하는 불편함이 있었다. 이것은 작업공정중에 작업자가 항상 압력계를 감시하고 압력변화를 감지하여야 함을 의미한다. 따라서 작업자가 자리를 비운 사이에 압력변화를 감지하지 못하게 되는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 압력센서를 이용한 압력계가 사용되고 있다. 압력센서는 센서의 압력검출표면에 가해지는 압력을 검출하고 이것을 전류신호로 변환하여 출력한다. 출력되는 전류신호는 소정의 회로를 거치면서 증폭, 변조되어서 압력의 변화상태를 시각적으로 검출, 표시하는데 사용된다. 따라서 원격지에 위치한 압력관제시스템에서 서로 다른 장소에 설치되어 있는 다수의 파이프의 유체압력을 통합적으로 감시할 수 있는 이점이 있다.

그러나 압력센서에는 필연적으로 전원이 공급되어야 하기 때문에 전원공급이 중단되면 파이프의 압력변화를 감지할 수 없는 문제점 등이 있었다. 이것은 전체 전원공급시 뿐만 아니라 국부적으로 전원공급이 중단되는 상태가 발생되면 해당 파이프의 적정압력의 측정이 어렵기 때문에 작업공정에 이상발생의 위험이 높아지게 된다.

더욱이 부르동관이나 압력센서를 이용하는 압력계가 별도의 상태로 사용되기 때문에 압력계를 많이 사용하는 공정에서는 불필요하게 공사비 지출이 증대되며, 압력계 설치에도 많은 시간이 소요되었던 것이다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 압력계에 공급되는 전원이 차단되어도 유체의 압력을 현장에서 직접 시각적으로 인지함으로서 공정감시작업을 계속할 수 있는 압력계를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 하나의 압력계로서 두 가지 기능을 동시에 제공하며, 공정이상에 의하여 공정을 중단시킬 수 있는 압력에 도달하면 이것을 검출하여 경고신호를 제공하고, 또한 설치 및 공사비를 절감할 수 있는 압력계를 제공하는데 있다.

도 1은 종래 사용되는 압력계의 설치사용상태도,

도 2는 본 발명의 압력계의 분해사시도,

도 3은 본 발명의 부르동관과 압력센서가 설치된 소켓부의 단면도.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※

1 : 소켓 1a: 압력실

1b: 수직관 1c: 수평관

2 : 압력센서홀 3 : 압력센서

4 : 스크류 5 : 리드와이어

6 : 증폭부 7 : 알람스위치

8 : 커넥터 9 : 고정용링

10: 다이알플레이트 11: O링

12: 윈도우 13: 커버

14: 알람설정노브 15: 지시침

16: 부르동관 17: 변환기

18: 케이스 20: (유체)파이프

20a: 결합부

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징적인 구성은 다음과 같다.

본 발명의 압력계는, 유체 파이프와 연통되어서 유체압력을 전달하는 소켓과, 상기 소켓에 부착되며 유체압력에 따라서 위치가 변화하는 부르동관과, 상기 부르동관의 위치변화를 변환기에서 변환하여 지시침을 통하여 압력치를 표시하는 압력계에 있어서, 상기 소켓의 측면에 형성된 압력센서홀의 내부에 설치되며 부르동관으로 유입되는 유체압력을 동시에 검출하여 전기신호를 발생시키는 압력센서와, 상기 압력센서로부터 출력되는 검출신호를 증폭하기 위한 증폭부와, 상기 증폭부로부터 출력되는 전기신호를 전달하기 위한 커넥터를 포함한다.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 압력계에는 압력이 사용자에 의하여 조정되는 설정치에 도달하면 접점이 접속되어 경고신호를 출력할 수 있는 알람스위치가 더 부착된다.

이와 같은 특징을 갖는 본 발명을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 의한 압력계(A)의 분해사시도로서, 먼저 부르동관(16)을 이용하여 구성되는 종래 기술부분을 설명하면 다음과 같다.

부르동관(16)을 이용한 압력계(A)는, 하부측 외주면에 스크류(4)가 형성되고 상부측에는 부르동관(16)이 연결되며 내부에 유체의 압력이 전달되도록 수직관(도 3의 1b)이 형성된 소켓(1)과, 상기 부르동관(16)의 측면에 설치되어서 부르동관(16)의 변형에 따른 이동상태를 지시침(15)에 전달하는 변환기(movement)(17)와, 상기 지시침(15)의 이동에 따라서 소정압력을 표시하기위한 눈금이 표기된 다이알플레이트(10)와, 부르동관(16)이 연결된 소켓(1)을 감싸기 위한 케이스(18)와, O링(11)과, 윈도우(12)와, 케이스(18)와 결합되는 커버(13)를 포함하여 구성된다.

상기 부르동관(16)은 소켓(1)의 내부에 형성된 수직관을 따라서 이동하는 유체에 의한 압력이 전달되면 압력에 비례하여 단부가 변형된다. 부르동관(16)의 측면에 설치된 변환기(17)는 부르동관(16) 단부의 변형상태에 따라서 작동되어서 지시침(15)을 회전시킨다.

상기 지시침(15)은 측정된 압력치를 관리자가 인식할 수 있도록 표시하는 역할을 한다. 이러한 목적을 위하여 지시침(15)의 전면에는 표면에 눈금 및 숫자가 표시된 다이알플레이트(10)가 설치되어서 지시침(15)의 이동에 따라서 압력값의 변화를 인식할 수 있다. 다이알플레이트(10)의 전면에는 각각 O링(11)과 윈도우(12)가 위치하고 최외부에는 커버(13)가 위치하며, 커버(13)는 케이스(18)와 결합되어서 압력계(A)를 구성한다. 이렇게 구성된 형태가 도 1에 도시된 압력계이다.

본 발명에 의하면, 부르동관(16)이 결합되어 있는 소켓(1)의 대향 단부표면에는 압력센서(3)가 삽입될 수 있는 압력센서홀(2)이 형성되어 있다. 상기 압력센서홀(2)은 압력센서(3)를 삽입, 고정하기 위한 구멍으로서, 소켓(1)의 내부와 연통되어 있다. 변형된 소켓(1)의 내부 구조가 후에 설명된다. 압력센서홀(2)에 삽입된 압력센서(3)는 고정용링(9)에 의하여 고정된다.

상기 고정용링(9)은 압력센서(3)가 소켓(1)의 압력센서홀(2)에 삽입되면 외부로 이탈되지 않도록 고정하는데 사용된다. 고정용링(9)의 중앙부에는 공간이 형성되어 있으며, 이 공간을 통하여 압력센서(3)에 연결되는 리드와이어(5)가 통과되어서 증폭부(6)가 설치된 PCB기판상에 연결된다. 고정용링(9)의 외주면에는 나사산이 형성되어 있으며, 압력센서홀(2)의 내주면에도 역시 나사산이 형성되어 있어서 상호나사결합에 의하여 고정된다.

압력센서(3)로부터 출력되는 검출전류신호는 리드와이어(5)에 의하여 증폭부(6)에 입력된다. 증폭부(6)는 압력센서(3)의 압력변화에 따라서 출력되는 변화전류치를 그에 상응하는 소정의 크기신호로 증폭하기 위한 것이다. 상기 증폭부(6)는 소정의 신호로 압력에 상응하는 신호를 증폭하여 커넥터(8)를 통하여 압력관제시스템에 전송한다.

상기 압력관제시스템은 알람스위치(7)(후에 상술됨)와 압력센서(3)로부터 입력되는 전류신호를 검출하고 파이프(20) 내부를 통과하는 압력의 변화상태를 감지하고 압력의 이상발생시에는 경보음(알람스위치)을 발생시켜서 관리자들에게 경고신호를 할 수 있다. 상기 압력관제시스템은 하나 또는 다수의 파이프들의 압력을 동시에 검출하여 파이프압력을 제어하기 위한 제어시스템의 일부가 될 수 있다.

상기 커넥터(8)는 케이스(18)의 일측부에 연결되어 있으며, 압력관제시스템으로 전류신호를 전송하기 위한 연결수단으로 작동된다. 케이스(18)는 커버(13)와 결합되어서 압력계를 구성하며, 케이스(18)와 커버(13)도 각각 나사산을 형성한 나사 결합형태가 바람직하다. 본 발명에 의한 압력계는 완전히 결합되면 도 1에 표시된 압력계와 본질적으로 유사한 외관을 가진다. 그러나 커넥터(8)가 케이스(18)의 외부로 돌출된 점에 차이가 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 압력계를 이용하면, 종래와 같이 파이프를 통과하는 유체의 압력치를 다이알플레이트(10) 위를 이동하는 지시침(15)에 의하여 관리자가 직접 현장에서 확인할 수 있다. 또한 커넥터(8)를 통하여 압력센서(3)에서 측정된 전류신호가 압력관제시스템으로 전송되면, 압력관제시스템에 설치된 표시장치를 통하여 압력치를 확인할 수 있으며, 또한 임계압력에 압력치가 도달하면 경보음등을 통하여 위험도달상태를 확인할 수 있는 것이다.

도 3은 일측에 부르동관(16)이 연결되고 대향위치 또는 측면의 적당한 위치에 압력센서(3)가 설치되는 소켓(1)의 평단면도로서, 파이프(20) 내부를 통과하는 유체의 압력전달경로를 표시하고 있다.

본 발명에서는 파이프(20)를 통과하는 유체의 압력을 부르동관(16)과 압력센서(3)에 동시에 전달하도록 함으로서 동일한 압력을 동시에 측정하는 구조를 가지고 있다. 이러한 구조의 이점은 압력측정의 정확성을 높이고 종래 각각 설치되어야 했던 부르동관식 압력계와 압력센서식 압력계를 하나의 압력계로 구성함으로서 설치 및 비용절감의 효과가 있는 것이다.

먼저 파이프(20)를 통과하는 유체의 압력전달을 위한 소켓(1)의 구조를 살펴 보면 다음과 같다. 소켓(1)의 하부측 외주면에 형성된 스크류(4)는 파이프(20)의 상부측으로 돌출된 결합부(20a)와 나사결합방식으로 결합된다. 또한 소켓(1)의 내부는 하방을 향하여 수직관(1b)이 형성되어 있으며, 수직관(1b)은 외부와 연통되어 있으며 파이프(20)와 결합되면 이 수직관(1b)을 통하여 파이프(20)를 통과하는 유체의 압력이 전달된다.

소켓(1)의 상부측에는 상기 수직관(1b)과 연통되는 압력실(1a)이 형성되어 있다. 또한 압력실(1a)은 일단부에 외부와 연통되는 압력센서홀(2)가 형성되어 있다. 즉, 압력실(1a)은 도 2에 표시되어 있는 압력센서홀(2)과 인접하여 형성되어 있다. 압력실(1a)에는 또한 부르동관(16)의 내부중공과 연통되는 수평관(1c)이 연결된다.

파이프(20)로부터 이동된 유체는 수직관(1b)을 따라서 상기 압력실(1a)로 유입된 후에, 다시 수평관(1c)을 따라서 부르동관(16) 내부로 유입되어서 압력을 전달한다. 이 때 압력실(1a)의 측면에 설치된 압력센서(3)의 압력감지용표면에 압력을 전달하여 유체압력을 측정한다. 압력센서(3)의 설치상태는 도 2에 이미 설명되어 있으므로 상세한 설명은 생략한다.

압력센서(3)는 압력검출용의 표면이 유체의 진행방향에 대하여 직접 대면하는 방식이 아니라 유체압력의 진행방향(즉, 수직관(1b)의 형성방향)과 같은 수직방향으로 설치하는 것이 바람직하다. 이것은 유체의 압력이 압력센서(3)를 직접 강타하는 방향으로 작용하는 것이 아니라 압력실의 수평면에 일차적으로 충돌하여 압력이 완화되도록 함으로서 압력센서(3)가 장시간 사용에 따라서 열화되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있기 때문에 유리하다.

상기와 같이 부르동관(16)과 압력센서(3)에 전달되는 압력이 압력실(1a)에서 동일하게 전달되므로 압력치는 지시침(15)을 통하여 표시되는 압력치와 압력센서(3)에서 표시되는 압력치가 모두 동일하다. 이러한 특징을 이용하여 관리자는 현장에서 지시침(15)의 압력을 확인하고 압력센서(3)를 통하여 표시되는 압력치를 비교함으로서 압력계의 고장여부를 감지할 수 있는 이점이 있다.

압력센서(3)로부터 출력되는 압력치는 증폭부(6)에 의하여 증폭된다. 상기 증폭부(6)는 PCB 기판상에 설치되어 있으며, 증폭부(6)의 출력은 케이스(18)의 외부에 부착된 커넥터(8)와 연결된다. 커넥터(8)는 외부와의 연결을 위한 것으로서, 커넥터(8)의 타단에는 압력을 검출하여 제어, 관리등을 위한 압력관제시스템등이 연결된다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 압력계의 작동상태는 다음과 같다.

파이프(20)를 통하여 유체가 이동하면, 파이프(20)의 결합부(20a)와 연결된 소켓(1)의 수직관(1b)을 통하여 유체가 이동하여 압력실(1a)로 유입된다. 이 때 유체의 압력은 모든 방향에 대하여 동일하다. 압력실(1a)에 입력되는 유체에 의한 압력은 압력센서(3)의 압력검출용표면에 작용한다. 압력센서(3)는 압력의 크기에 따른 전류신호를 발생시킨다. 압력센서(3)에서 발생되는 전류는 리드와이어(5)를 통하여 증폭부(6)에 입력된다.

증폭부(6)에서는 입력되는 전류신호를 검출하고 이것을 소정의 크기신호로 증폭하여 출력한다. 증폭부(6)의 출력단은 커넥터(8)에 연결되어 있다. 증폭부(6)에서는 리드와이어(5)를 통하여 압력센서(3)로부터 입력되는 검출신호를 4~20mA의 DC 전류신호로 변환하여 출력한다. 커넥터(8)에는 별도의 전선을 이용하여 압력관제시스템과 연결되어 있으므로 파이프(20)의 내부압력신호는 압력관제시스템으로 전송된다. 따라서 압력이 측정되는 파이프(20)와 떨어져 있는 압력관제시스템에서는 전류신호를 처리, 가공하여 파이프(20)의 압력변화를 감시한다.

상기와 같이 압력센서(3)를 통하여 검출된 압력에 상응하는 전류신호가 압력관제시스템에 전달되는 것과는 달리, 상기 소켓(1)의 압력실(1a)로 이동된 유체에 의한 압력은 부르동관(16)에도 동일하게 작용된다. 부르동관(16)은 상술한 바와 같이 압력에 따라서 발생되는 변위를 지시침(15)을 통하여 표시하며, 관리자는 다이알플레이트(10)의 표면에서 지시침(15)의 변화를 보고서 압력상태를 현장에서 확인할 수 있다.

본 발명에 의하면, 파이프(20)를 통과하는 유체의 압력이 소정압력을 초과하여 공정이상에 의한 사고발생위험이 있는 경우에 작업공정을 중단시킬 수 있도록 하는 알람스위치(7)가 더 설치되어 있다.

알람스위치(7)는, 도 2를 다시 참고하면, 지시침(15)의 전단부에 설치되어 있으며, 한 쌍의 접점(7a, 7b)를 포함하고 있다. 각각의 접점들은 압력설정과 압력표시에 사용된다. 압력의 설정은 커버(13)의 중앙에 설치된 알람설정용노브(14)에 의하여 이루어진다. 알람설정용노브(14)를 조정하여 알람스위치(7)에서의 압력검출값을 조정할 수 있다. 다시말하면 알람설정용노브(14)를 이용하여 알람스위치(7)에서 검출되어서 경보를 발생시키기 위한 경보접점(압력설정용 접점)(7a 또는 7b)의 작동압력을 증가시키거나 감소시킬 수 있는 것이다.

경보접점이 상호 접촉되면 이것에 연결된 리드와이어를 통하여 전류신호가 발생된다. 발생된 전류신호는 커넥터(8)를 통하여 압력관제시스템에 전송된다. 즉, 부르동관(16)의 변환기(17)에 밀착되어 설치된 알람스위치(7)가 변환기(16)의 압력변화에 따라서 경보접점(7a,7b)이 접촉되고, 접촉상태에 따라서 리드와이어(7c)를통하여 전류신호가 발생되는 것이다. 리드와이어는 커넥터(8)에 연결되어 있으며, 역시 압력관제시스템으로 전달되어서 압력이 공정이상을 초래할 수 있는 임계압력치에 도달하였다는 것을 통보한다.

특히 알람스위치(7)는 커넥터(8)를 통하여 압력관제시스템에 연결시키거나 또는 전원공급이 차단되면 작동되는 비상전원에 연결시킴으로서 전원공급이 차단되어도 경보를 받아서 공정이상에 의한 사고발생을 미연에 방지할 수 있다.

이와 같이 본 발명의 압력계에 의하면 압력센서를 이용하여 원격지에서 파이프내부를 통과하는 유체의 이동상황을 감시할 수 있으며, 전원공급이 차단되는 경우에는 파이프가 설치된 현장에서 직접 눈으로 파이프내부를 통과하는 유체의 압력을 감시할 수 있으며, 유체압력이 공정제어상의 정상적인 상태를 벗어나 공정이상을 초래할 수 있는 임계점에 도달하면 관리자 또는 압력관제시스템에 미리 통보함으로서 안전사고발생을 미연에 방지할 수 있다.

Claims

유체 파이프(20)와 연통되어서 유체압력을 전달하는 소켓(1)과, 상기 소켓(1)에 부착되며 유체압력에 따라서 위치가 변화하는 부르동관(16)과, 상기 부르동관(16)의 위치변화를 변환기(17)에서 변환하여 지시침(15)을 통하여 압력치를 표시하는 압력계에 있어서, 상기 소켓(1)의 측면에 형성된 압력센서홀(2)의 내부에 설치되며 부르동관(16)으로 유입되는 유체압력을 동시에 검출하여 전기신호를 발생시키는 압력센서(3)와, 상기 압력센서(3)로부터 출력되는 검출신호를 증폭하기 위한 증폭부(6)와, 상기 증폭부(6)로부터 출력되는 전기신호를 전달하기 위한 커넥터(8)를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력계.
제1항에 있어서,

상기 압력센서(3)가 유체의 입력방향과 동일한 방향으로 압력검출표면이 위치되도록 압력센서홀(2)의 내부에 설치되는 것을 특징으로 하는 압력계.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 압력센서(3)가 고정용링(9)에 의하여 압력센서홀(2)의 내부에 고정되며, 고정용링(9)은 중앙부에 구멍이 형성되어서 압력센서(3)의 리드와이어(5)가 관통하여 연장되는 것을 특징으로 하는 압력계.
제1항에 있어서,

상기 압력계의 지시침(15)의 전면에 파이프(20)를 통과하는 유체의 압력이 소정의 임계압력을 초과하여 공정이상에 의한 사고발생위험이 있는 경우에 공정을 중단시킬 수 있도록 경보하는 알람스위치(7)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압력계.
제4항에 있어서,

상기 알람스위치(7)가 압력을 설정하기 위한 접점과 압력변화에 따라서 이동하는 접점인 한 쌍의 접점(7a,7b)을 포함하며, 압력설정노브(14)에 의하여 임계압력치를 설정하는 것을 특징으로 하는 압력계.