KR100406859B1 - 액체용 유동자식 유량계의 유량측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액체용 유동자식 유량계의 유량측정장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 1차측 유로관 내부에 회전부가 전혀없는 유량장치로서 고정밀도의 유량측정이 이루어지도록 하는 액체용 유동자식 유량계의 유량측정장치에 관한 것이다.

본 발명은 일측 상단에 유체의 유입공(11a)이 형성되고, 타측에 유체의 유출공(11b)이 형성되며, 상기 유입공(11a)과 유출공(11b) 사이의 내경에 유체의 1차 차압을 발생시키는 오리피스(12)가 설치되는 1차 차압유로관(10)상에 구성되는 것으로서, 상기 1차 차압유로관의 유입공 및 유출공과 대향하는 유입공(31) 및 유출공(32)이 형성되어 2차 차압을 발생시키는 2차 차압유로판(30); 상기 2차 차압유로판의 유입공 및 유출공과 대향하는 유입공(51) 및 유출공(52)이 형성되고, 상기 유입공 및 유출공과 연통되도록 소정 길이를 지닌 볼의 유동홈(53)이 형성되며, 상기 유동홈(53)에 스테인레스 볼(55)이 왕복이동 가능토록 개재되어 1차 차압유로관(10)과 일정각도를 유지하여 설치되는 볼하우징(50); 일측에 상기 볼하우징(50)의 유동홈(53)을 겨냥하는 근접센서(61)가 구비되어 볼하우징을 커버하는 근접센서 브라켓(60); 및 연산기능을 구비하여 볼(55)의 왕복운동을 계수하여 나타내도록 상기 근접센서(61)와 회로적으로 연결된 지시기(70);를 포함하는 구성을 특징으로 한다.

Description

액체용 유동자식 유량계의 유량측정장치{FLUIDISTOR METER FOR LIQUIDS}

본 발명은 액체용 유동자식 유량계의 유량측정장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 1차측 유로관 내부에 회전부가 전혀없는 유량장치로서 고정밀도의 유량측정이 이루어지도록 하는 액체용 유동자식 유량계의 유량측정장치에 관한 것이다.

즉, 본 발명은 1차 오리피스에 의하여 1차적으로 차압이 발생되고, 상부에 형성된 유로관를 통해 유입된 유체를 2차 유로관인 무빙파트에서 섬세하고 정밀도있는 차압을 형성하여 상기 무빙파트에 구성된 볼의 왕복운동수를 근접센서를 이용하여 검출함으로써 통과 유량을 정밀하게 산정해낼 수 있는 액체용 유동자식 유량계의 유량측정장치에 관한 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이 종래의 차압식 유량계(10)는 양 파이프를 연결시키는 연결파이프(11)상에 유체의 유입구(11a) 및 유출구(11b)가 형성되고, 상기 유입구와 유출구 사이에 차압을 발생시키는 오리피스(12)가 설치되며, 상기 유입구와 유출구 상단에 검출장치(13)가 구성되는 것에 의해, 파이프내에 유체가 흐를 경우 오리피스(12)를 통해 차압이 발생되고, 차압에 의해 유체의 일부는 연결파이프의 유입구(11a)를 통해 유입되어 검출장치(13)를 통해 유량이 측정된 후 유출구(11b)를 통해 배출되도록 되어 있다.즉, 파이프내에 유체가 흐를 경우 유량센서인 오리피스를 통해 압력의 차를 유발시켜서 그 압력차를 검출장치를 통해 유량을 계산해 내는 원리를 이용한 방식으로, 이러한 측정방식은 다음과 같은 문제점이 있었다.

1) 정확도에 있어서는 다른 현대적인 형태의 유량계와 비교할 때 차이가 있다. 일반적으로 차압 유량계는 개개마다 고정되어서 판매되지 않기 때문에 경우에 따라 차이는 있으나 약 ±2%이상의 정확도를 기대할 수 없을 정도로 정확도에 신뢰성이 없고 정확한 데이터의 산출이 어렵다.

2) 유량과 관련된 출력신호가 선형이 아니고 유량의 제곱에 비례하기 때문에 선형 출력신호를 갖는 유량계와 비교하여 하나의 유량계의 측정범위가 제한적이며 대단히 좁다.

3) 유출계수 및 정확도는 배관의 형태 또는 유동의 형태에 따라서 상당히 영향을 받기 때문에 유량의 정확한 선형계수의 설정이 어려워 정확한 측정값을 구하기가 어렵다.

4) 차압식 유량계는 요구값을 구하기 위해서는 고액의 검출기를 설치하여 계산에 의해서 유량값을 구하기 때문에 가격이 상승하는 단점이 있다.

5) 노후화 즉 첨예부분, 도입관 등의 마모와 부식에 따른 영향을 판정하기 어렵기 때문에 간단하고 저렴한 가격에도 불구하고 정밀유량계로서의 그 가치가 희박하였다.

즉 일반적인 액체용 유량계는 회전부위로 인하여 정도가 저하되고, 이물 등의 유입으로 고장이 발생되어 일정기간 사용 후 정기적인 에프터 서비스가 요구되고, 일차, 기어 등 회전부위가 쉽게 마모되어 일정기간 사용 후 교체행위가 필요하며 시간의 경과에 따른 기차의 차이가 발생되어 기간별 기차가 불특정적으로 변화되어 정확한 유량측정이 어렵게 되며, 일정주기마다 정기적으로 교정을 하여 오차를 부정하여야 하며 아울러 차압식 유량계는 오리피스를 설치하여 1차에 걸쳐 차압을 측정해야 하므로 유로관에 따른 변화요인이 많이 발생하기 때문에 선형의 측정값을 기대할 수 없어 정확한 유량측정이 어렵게 되며 유량범위가 한정적이며 고액의 유량검출기를 설치해야 하는 등의 문제점이 있었다.본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 값싸고 정확한 유량계를 제작할 수 있고, 정밀하고 구조가 간단하며 이동 또는 회전하는 부분이 필요없으며 대구경 및 여러 관로에 적응이 가능하며, 측정특성 및 데이터가 풍부하며 데이터 설정치를 디지털화하여 필요한 값을 즉시 검출기를 통하여 검출한 데이터의 확인이 가능토록 하는 액체용 유동자식 유량계의 유량측정장치를 제공하는 것이다.상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 유량측정장치는 입구로 유입된 유체에 대히 1차측 차압을 발생시키는 1차측 유로관, 1차측 유로관의 상부에 위치하고 2차 차압을 발생시키는 2차측 유로관, 2차측 유로관에 장착되고 유체의 통과에 따라 왕복운동하는 스테인레스 볼, 볼의 왕복운동을 검출하는 근접센서 및 근접센서에서 측정된 유량을 디지털로 표시하는 지지계를 포함하며, 유체가 유로를 통과하면서 1차 차압이 측정된 후 2차 차압을 유도한다.또, 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 유량게는 입구로 유입된 유체에 대해 1차측 차압을 발생시키는 1차측 유로관, 1차측 유로관의 상부에 위치하고 2차 차압을 발생시키는 2차측 유로판, 2차측 유로판상에 장착되고 유체의 통과에 따라 왕복운동하는 스테인레스 볼 및 볼의 왕복운동을 검출하는 근접센서를 구비한다.상기 구성으로 된 본 발명의 유량계는 1차측 유로관에 일정각도를 형성하여 볼이 자유낙하하도록 마련하는 단계, 유체의 정지시에는 볼을 입구측에 위치시키는 단계, 유체가 통과하여 차압이 발생할 때에는 유체의 압력에 의하여 볼을 출구측으로 이동시키는 단계를 포함하여 측정되는 바, 본 발명의 개요에 대해 더 설명하면 다음과 같다.본 발명의 유량측정장치에 있어서는 회전부가 배제되어 마모가 발생하지 않으며, 1차 오리피스를 통하여 발생된 차압을 2차 유로관을 통해 유입된 안정적인 유체가 가볍고 견고한 스테인레스 볼을 안정적으로 진동시켜 진동수를 정밀한 센서를 이용하여 계측한 후, 계측된 유량을 측정하기 위해서 3차측 유로관의 유량측정을 하기 위하여는 1차측 유로관에 일정각도를 형성하여 볼이 자유낙하하도록 설계하여 유체가 정지시에는 볼이 입구측에 위치케 되고, 유체가 통과하여 차압이 발생시는 압력에 의해 출구측으로 이동하게 되는 왕복운동을 하게 되는 원리를 이용하여 유량을 검출하는 방식이다.즉, 이는 물체의 작용 반작용의 원리를 이용한 방식으로 필요에 따라 설정기를 이용하여 필요한 지시량을 디지털 카운터를 통하여 확인이 가능하고, 장시간 사용량을 저장된 데이터를 이용하여 일정기간 동안의 사용량, 금액, 추정량 등의 확인, 계절별 사용량, 예측치 등의 확인이 가능하여 컴퓨터와 연계시 매우 폭넓은 활용이 가능하게 된다.

도 1은 종래의 유량계를 개략적으로 나타내는 단면도,

도 2는 본 발명에 따른 유량측정장치의 분해 사시도,

도 3은 본 발명에 따른 유로판의 평면도,

도 4는 본 발명에 따른 볼하우징의 정단면도,도 5는 본 발명의 조립상태 정단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *

10 : 1차 차압유로관 11a,21,31,41,51: 유입공

11b,22,32,42,52: 유출공 12: 오리피스

20: 고정판 30: 2차 차압유로판

32: 유도홈 32a: 측류홈33: 유도턱 34: 난류홈35: 평형유지홈 40: 덮개50: 볼하우징 53: 유동홈54: 에어벤트 55: 볼60: 근접센서브라켓 61: 근접센서70: 지시기

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상술한다.도 2는 본 발명에 따른 유량측정장치의 분해 사시도, 도 3은 본 발명에 따른 유로판의 평면도, 도 4는 본 발명에 따른 볼하우징의 정단면도, 도 5는 본 발명의 조립상태 정단면도이다.도시된 바와 같이 본 발명의 유량측정장치는 1차 차압유로관(10), 상기 1차 차압유로관(10)과 연통되도록 커버 조립되는 고정판(20), 고정판(20)과 연통되도록 조립되는 2차 차압유로판(30), 2차 차압유로판(30)에 연통 조립되는 덮개(40), 덮개(40)에 연통 조립되는 볼하우징(50), 볼하우징(50)을 커버하는 근접센서브라켓(60), 및 상기 근접센서브라켓(60)와 회로적으로 연결되는 지시기(70)를 포함하고 있다.상기 1차 차압유로관(10)은 양측에 유로관이 연결되는 것으로서 일측 상단에 유체의 유입공(11a)이 형성되고, 타측에 유체의 유출공(11b)이 형성되며, 상기 유입공(11a)과 유출공(11b) 사이의 내경에 유체의 1차 차압을 발생시키는 오리피스(12)가 설치된다.고정판(20)은 상기 1차 차압유로관(10)에 형성된 유입공(11a)과 대향되는 유입공(21)이 일측에 형성되고, 유출공(11b)과 대향되는 유출공(22)이 타측에 형성된다.유입공(21)과 유출공(22)을 제외한 다수의 구멍들은 볼트구멍을 나타내고, 상기 고정판(20)은 1차 차압유로관(10)상에 일체로 형성되는 것도 가능하다.2차 차압유로판(30)은 도 3에 도시된 바와 같이 상기 고정판(20)에 형성된 유입공(21)과 대향되도록 일측에 형성되는 유입공(31), 유출공(22)과 대향되도록 타측에 형성되는 유출공(36), 상기 유입공(31)을 따라 연통 형성되는 유체의 유도홈(32), 유량의 흐름을 난류에서 측류로 변경하도록 상기 유도홈(32)의 끝단에 형성되는 측류홈(32a), 유량의 흐름을 측류에서 난류로 변경하도록 상기 측류홈(32a)과 이격되는 전방에 형성되는 난류홈(34), 난류의 형성을 유도하도록 상기 난류홈(34)내에 형성되는 유도턱(33), 및 유체가 유로판에 꽉차게 하여 유체의 흐르는 힘을 상기 1차 차압유로관(10) 및 2차 차압유로판(30)에서 평형을 유지시키도록 상기 유도홈(33) 주위에 형성되는 평형유지홈(35)을 포함하는 구조이다.덮개(40)는 상기 2차 차압유로판(30)에 형성된 유출공(36)과 대향되는 유입공(41) 및 유출공(42)이 형성되어 하방의 2차 차압유로판(30)의 수밀이 유지되도록 조립된다.볼하우징(50)은 도 4에 도시된 바와 같이 상기 덮개(40)에 형성된 유입공(41) 및 유출공(42)과 대향되도록 하단에 유체의 유입공(51) 및 유출공(52)이 형성되고, 상기 유입공 및 유출공과 연통되도록 소정 길이를 지닌 볼의 유동홈(53)이 형성되며, 상기 유동홈(53)과 연통되도록 상단에 에어벤트(54)가 형성되며, 상기 유동홈(53)에 스테인레스 볼(55)이 유동가능토록 개재된다.근접센서 브라켓(60)은 일측에 상기 볼하우징(50)의 유동홈(53)을 겨냥하는 근접센서(61)가 구비되어 볼하우징을 커버한다.지시기(70)는 연산기능을 구비하여 볼(55)의 왕복운동을 계수하여 나타내도록 상기 근접센서(61)와 회로적으로 연결된다.또한 상기 볼하우징(50)의 1차 차압유로관(10)의α각의 기울기로 설치되도록 상기 1차 차압유로관(10)의 상단은 유체의 유입부로부터 유출구 방향으로 높아지는 경사면(10a)이 형성된다.상기 볼하우징(50)의 기울기(α)는 5°의 각도이다.상기 기울기는 평형인 1차 차압유로관(10)을 약 5°의 각도를 이용함으로써 볼(55)의 자연낙하와 유체의 밀어주는 힘을 작용 반작용의 원리를 이용하여 2차 차압유로판(30)에 전달하여 볼의 왕복운동수를 지시기(16)로 측정하기 위함이다.이러한 구성은 고정판(20), 2차 차압유로판(30), 덮개(40), 볼하우징(50), 근접센서 브라켓(60)을 순차 적층하여 결합된 2차 차압의 발생을 구성하는 무빙파트가 된다.상기 구성으로 된 본 발명의 작용효과를 설명한다.1차 차압유로관(10)의 입구로 유입된 유체는 오리피스(12)에 의하여 1차 차압이 발생되고, 그 차압에 의해 유체의 일부는 유입공(11a) 및 고정판(20)에 형성된 유입공(21)를 통해 2차 차압유로판(30)으로 유입된다.2차 차압유로판(30)의 유입공(31)으로 유입된 유체는 유도홈(32)으로 유도되어 그 끝단에 형성된 측류홈(32a)을 통해 유량의 흐름을 난류에서 측류로 변경하게 되고, 상기 측류홈(32a)을 빠져나온 유체는 평형유지홈(35)을 통해 유로판에 꽉차게 하여 유체의 흐르는 힘을 1차 차압유로관(10) 및 2차 차압유로판(30)에서 평형을 유지시킨다.평형이 유지된 유체는 다시 그 전방에 형성된 유도턱(33)의 작용으로 난류홈(34)에서 유량의 흐름을 측류에서 난류로 변경되어 덮개(40)의 유입공(41)을 통해 볼하우징(50)으로 유입된다.볼하우징(50)의 유입공(51)을 통해 유입된 유체는 기울기에 따른 자유낙하상태에 있는 볼(55)을 쇄선위치에서 실선위치로 밀어 이동시키고, 차압이 발생되지 않을 경우에는 상기 이동된 볼(55)을 자유낙하방식으로 후퇴시키는 왕복운동을 유동홈(53)을 통해 연속적으로 발생시킨다.상기 볼(55)의 왕복운동수는 유동홈(53)에 근접 설치된 근접센서 브라켓(60)의 근접센서(61)에 감지되고 감지된 신호는 연산기능을 구비한 지시기(70)를 통해 계수되고 나타내어진다.즉, 유체가 정지시에는 볼이 입구측에 위치케 되고, 유체가 통과하여 차압이 발생시에는 압력에 의해 출구측으로 이동하게 되는 왕복운동을 하게 되는 원리를 이용하여 유량을 검출하는 방식으로 이는 물체의 작용 반작용의 원리를 이용한 방식으로 유량을 정확하게 산정한 후 지시부로 신호를 전송하면 지시부에서 설정치에 따라 요구 유량을 디지털로 표시하게 되는 것이다.이상과 같이 본 발명은 액체 유량을 정밀하게 계측하기 위한 유동자식 유량계로서 유량의 특성에 따라서 정밀하고 정확한 측정치를 구할 수 있도록 구성된 최첨단 방식으로 종래의 차압식 유량계의 단점을 완전히 다른 방법을 이용하여 개선한 방식이며, 1차측은 종래의 오리피스 방식의 장점을 활용하고 정밀도를 향상시키기 위한 획기적인 방식을 채용하기 위하여 2차 유로관을 1차측의 차압을 가장 적절하게 안정적이고 선형적으로 검출하기 위한 유로 크기 및 설정위치, 유로형태 등을 수회의 시행착오와 시험을 통하여 가장 이상적인 2차측 유로관을 형성케하여 볼이 안정적으로 진동되게 하여 센서를 통한 정밀한 검출로 정확한 유량측정이 가능하게 되었다.

따라서 본 발명의 액체용 유동자식 유량계의 유량측정장치에 의하면 고장발생이 배재되어 고장으로 인한 애프터서비스가 필요없으며, 구조가 간단하여 이동 또는 회전부분이 필요없으로, 측정특성 및 데이터가 풍부하여 필요한 데이터값의 추정 및 예측이 가능하고, 차압식 유량계에 비해 고가의 검출기가 필요없기 때문에 가격이 저렴하며, 대구경 및 여러 관로에 적용이 가능하고, 고온 및 고압, 고정도의 유량에 적용이 가능하다.

특히 본 발명의 액체용 유동자식 유량계의 유량측정장치는 정기적인 교정작업이 불필요하고, 정밀하고 정확하게 반영구적으로 유량 측정이 가능하여 가장 저렴하고 경제적으로 사용이 가능하다는 효과가 얻어진다.

Claims (3)

1. 일측 상단에 유체의 유입공(11a)이 형성되고, 타측에 유체의 유출공(11b)이 형성되며, 상기 유입공(11a)과 유출공(11b) 사이의 내경에 유체의 1차 차압을 발생시키는 오리피스(12)가 설치되는 1차 차압유로관(10)상에 구성되는 것으로서,

   상기 1차측 차압유로관의 유입공 및 유출공과 대향하는 유입공(31) 및 유출공(32)이 형성되어 2차 차압을 발생시키는 2차 차압유로판(30);

   상기 2차 차압유로판의 유입공 및 유출공과 대향하는 유입공(51) 및 유출공(52)이 형성되고, 상기 유입공 및 유출공과 연통되도록 소정 길이를 지닌 볼의 유동홈(53)이 형성되며, 상기 유동홈(53)에 스테인레스 볼(55)이 왕복이동 가능토록 개재되어 1차 차압유로관(10)과 일정각도를 유지하여 설치되는 볼하우징(50);

   일측에 상기 볼하우징(50)의 유동홈(53)을 겨냥하는 근접센서(61)가 구비되어 볼하우징을 커버하는 근접센서 브라켓(60); 및

   연산기능을 구비하여 볼(55)의 왕복운동을 계수하여 나타내도록 상기 근접센서(61)와 회로적으로 연결된 지시기(70);를 포함하는 구성을 특징으로 하는 액체용 유동자식 유량계의 유량측정장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 2차 차압유로판(30)은 유입공(31)을 따라 연통 형성되는 유체의 유도홈(32), 유량의 흐름을 난류에서 측류로 변경하도록 상기 유도홈(32)의 끝단에 형성되는 측류홈(32a), 유량의 흐름을 측류에서 난류로 변경하도록 상기 측류홈(32a)과 이격되는 전방에 형성되는 난류홈(34), 난류의 형성을 유도하도록 상기 난류홈(34)내에 형성되는 유도턱(33), 및 유체가 유로판에 꽉차게 하여 유체의 흐르는 힘을 상기 1차 차압유로관(10) 및 2차 차압유로판(30)에서 평형을 유지시키도록 상기 유도홈(32) 주위에 형성되는 평형유지홈(35)을 포함하는 구성인 것을 특징으로 하는 액체용 유동자식 유량계의 유량측정장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 볼하우징(50)이 1차 차압유로관(10)과 소정각의 기울기로 설치되도록 상기 1차 차압유로관(10)의 상단에 유체의 유입부로부터 유출구 방향으로 높아지는 5°의 경사면(10a)이 형성되는 것을 특징으로 하는 액체용 유동자식 유량계의 유량측정장치.