KR100419896B1 - 전관자계를 이용한 전자유량계 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자유량계에서 자계를 도관 전체에 일정하게 분포시키므로서 유체의 흐름으로 측정된 기전력을 정확하게 측정하는 전관 자계를 이용한 전자유량계에 관한 것이다. 본 발명은 통상의 전자유량계에 있어서, 전자석은 반원형 형상의 규소강판을 적층한 한 쌍의 자계분포 코아(21)와, 직사각형상의 규소강판을 적층한 한 쌍의 마그네틱 코아(22)와, 상기 자계분포 코아(21)와 마그네틱 코아(22)를 상호 결합시켜서 감싸주는 보빈(23)과, 상기 보빈(23)의 외부에 감겨지는 공지의 여자코일(25)로 구성되고; 상기 자계분포 코아(21)와 마그네틱 코아(22)는 도관(1)의 외벽을 감싸도록 배치하고; 상기 도관에서 발생하는 전기를 접지시키기 위하여 도관(1)의 플랜지(40)에 일체형으로 부착된 접지전극(39)으로 구성된다.

본 발명에 의하면, 어떠한 위치에서도 일정한 자계의 유지가 가능하여 유량을 측정하는데 오차율을 줄일 수 있어서 정확한 유량을 측정할 수 있고, 전자석을 최소로 배치하므로 전원 소모를 줄이고 발열 현상을 최소로 할 수 있다.

Description

전관자계를 이용한 전자유량계{Electromagnetic Flow Meter Using Full Magnetic Flux}

본 발명은 전자유량계에서 전자유도원리를 이용하여 자계를 도관 전체에 일정하게 분포시키므로서 유체의 흐름으로 측정된 기전력을 유체량에 비례하여 정확하게 측정하는 전관자계를 이용한 전자유량계에 관한 것이다. 특히, 전관자계를 이용하여 어떠한 위치에서도 일정한 자계의 유지가 가능하여 유량을 측정하는데 오차율을 줄일 수 있는 전자유량계에 관한 것이다.본 발명에서 "전관자계"라 함은 측정하려는 도관 내부에 자계가 전부 균일하게 분포되는 자계를 의미한다.

전자유량계는 도관의 축방향에 수직으로 자장을 인가하고, 그 영역에 도전성 유체(예를 들어 ; 물,석유 등)가 흐를 때에 발생하는 기전력을 도관내에 배치된 전극에서 검출하고 이 전극으로 검출된 기전력에 의거해서 도관내에 흐르는 유체의 유량을 산출하는 계측장치이다.

도 1은 종래의 전자식 유량계의 구성을 나타낸 개략도이다. 동 도면에서 도관(1)에 유체가 흐르고 이 유체의 수위(6)가 나타나 있다. 도관(1)의 내부에 흐르는 유체에서 유기하는 기전력을 검출하는 점전극(2)이 도관(1)내 하부 벽에 장착되고, 도관(1)외부의 양측 벽에는 도관(1)의 내부에서 자속을 발생시키기 위하여 전자석(3)이 배치되고 여자코일에 여자회로(4)가 접속되어 있다.

여자코일(3)은 여자회로(4)로부터 출력되는 방형파, 정현파 등의 여자전류가 흐름으로써, 도관(1)내부에서 자장을 발생시킨다. 제 2도는 도 1의 측정관의 양측 단부에 부착된 어스링을 나타낸 도면이다. 도관(1)의 양단부에는 도 2에 나타낸 것과 같이, 도전성 유체에 접하도록 어스링(5)이 부착되고, 하나는 전극기능을 한다.

점전극(2)과 어스링(5)의 어스전위선은 차동증폭기(7)의 입력측에 각각 접속되고, 차동증폭기(7)의 출력측에는 노이즈제거회로(8)의 입력측이 접속된다. 노이즈제거회로(8)의 출력측은 도관(1)내에 흐르는 유체의 유량을 산출하는 신호처리부(9)의 입력측이 접속되어 있다. 신호처리부(9)의 출력측에는신호처리부(9)에서 산출된 유량을 표시하는 표시부(10)가 접속되어 있다. 한편, 도관(1)의 내부의 하부에 부착된 점전극(2)의 높이와는 다른 높이로 수위를 검출하기 위한 전극(12)이 부착되고, 이 전극의 출력측에는 이 전극에 의해서 검출되는 미소전류와 어스전극 상의 기전력을 측정함으로써 수위에 관한 정보를 얻는 수위측정회로(11)가 접속되어 있다.

이 수위측정회로(11)의 출력측에는 수위에 관한 정보에서 정밀도가 높은 유량신호를 출력하는 신호처리부(9)가 접속되어 있다.

상기 이러한 전자유량계에 관한 선행기술은 대한민국 특허공보 제 10-0216646호(공고일 : 1999.6.1, 출원인 : 도시바)에 관련 기술이 공개되어 있다. 또한 대한민국 공개특허공보 제 2002-0037952호(공개일: 2002.5.23, 출원인 :성강산업)에서는 보자력을 이용한 전자식 유량계가 공개되어 있다. 이 전자식 유량계는 도관 저면에 부착된 리이드 스위치와, 리이드 스위치의 한 단부에 부착된 자석과, 상부면에 부착된 인쇄회로 기판을 구비하는 상부 하우징과, 유입구와 배출구를 가지며, 이 유입구와 배출구 사이에 임펠러가 회전하게 하는 하부하우징으로 구성되어 있는 것이 특징이다. 제2도는 도 1의 도관의 단부에 부착된 어스링을 나타낸 도면이다. 도 2에서 측정되는 기전력과 관련된 방정식은 다음과 같다.e = 2/πa ∫WBv dx dy여기서, x, y 는 수직면의 좌표, W : 가중함수 B : 자속밀도, v : 유속이다.가중함수(W)는 전극간 기전력에의 영향의 정도를 나타내고, 전극을 최적의 위치에 배치할 경우에 얻는 기전력이 e 이다. 가중함수는 대칭성이 좋고, 이상적인 흐름에 대해서는 균일한 자장분포 유량오차가 생기지 않는 것을 나타내고 있다. 가중함수는 만수시의 가중함수와 비만수일 경우 가중함수와 차이가 있고, 대칭성이 나쁘거나 유량분포가 변화되면 유량오차가 발생하는 원인이 된다.

오늘날 석유화학분야, 상하수도분야, 펄프분야, 식음료분야 등 산업분야에서 유량을 측정하는 것은 매우 중요한 과제이다. 특히 정확하게 유량을 측정하기 위하여 여러 종류의 유량계가 개발되어 사용되고 있다. 그러나, 측정원리나 유체의 성격에 따라서 적용하기가 곤란하거나 정밀도가 저하되어 공정제어에 지장을 주는 경우가 많다. 또한 산업분야에서 공정을 제어하기 위하여 각종 동력을 이용하여 도관에 유체가 흐를 수 있게 하는 데, 몇몇 유량계에서는 도관내에 장치가 설치되어 있거나 관을 줄여 공정상 도관의 부하율을 높이는 경우가 있다.

그러나 전자유량계는 유체에 전도율이 있는 모든 물성의 유량측정이 가능하고, 설치 및 유지보수가 용이하다. 도관내에 부하율이 없어 공정제어 설계에도 에너지 절약이 우수하고 가격면에서 매우 경제적이다. 따라서 석유화학분야, 상하수도분야 등 여러 산업분야에 첨단 전자식유량계가 널리 사용되고 있다.

종래 제품은 조립이 용이하고 전자석 제작이 대량으로 가능하고 제품의 인지도가 높으나 전력 소모가 많고, 전자석에서 열이 많아 발생하는 단점이 있다.

그리고 산업현장에 알맞은 자료전달 체계를 갖추기 어렵고 자기진단 기능이 없다. 특히, 자계분포의 불균형으로 유량의 오차가 발생되는 큰 문제점이 있다.

기술적인 문제점을 살펴보면, 종래의 기술은 다수의 자극을 구성하여 전류소모량이 증대하거나, 발열로 인하여 측정치에 영향을 준다. 또한 전극판을 여러 개 구성하거나 넓게 구성하게 되면. 각각의 상대 전극간의 전극의 자계의 세기가 달라 지므로 비대칭자계가 발생하게 되며 유체의 흐름의 변화 폭에 반응하는 측정치가 불규칙적으로 변화하여 유체의 측정 정밀도가 낮다. 종래의 기술은 전자석에 전류를 인가하게 되어 코일의 특성상 역기전력에 의한 역전류가 발생되는데, 이러한 역기전력이 발생될 때 측정을 하게 되면 정확한 유량을 측정하기가 어려우며, 각각의 전자석에 잔류하는 역기전력의 소거 속도가 틀리므로 측정치에 지대한 영향을 미치는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 본 발명은 도관 전체에 일정한 자계가 형성되도록 하고, 도관 내부의 어느 위치에서도 일정한 자계가 형성되도록 하는 전자유량계를 제공하는 것이 목적이다.

본 발명의 또 다른 목적은 전자석의 자계밀도를 상대극과 동일하게 형성하여 교번자계 인가로 발생되는 역기전력을 측정치에서 마이크로프로세서 컨트롤로 제거할 수 있는 스위칭수단 및 측정된 유량을 상대변수에 적용하여 연산하는 수단을 구비한 전자유량계를 제공하는 데에 있다.

제1도는 종래의 전자식 유량계의 구성을 나타낸 개략도,

제2도는 도 1의 도관의 단부에 부착된 어스링을 나타낸 도면,

제3도는 일반적인 전자유량계의 단면도,

제4도는 본 발명의 전자유량계의 개념을 보여주는 사시도,

제 5도는 도 4의 전자석 배치를 보여주는 단면도,

제 6도는 도 5의 전자석 배치에 대한 입체도면,

제 7도는 본 발명의 가계 밀도 분포도,

제 8도는 본 발명의 전류인가에 따른 샘플링 그래프,

제 9도는 본 발명의 전자유량계의 전자회로 블록도,

제 10도는 도관의 플랜지에 부착된 접지전극을 나타낸 도면이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명>

1 : 도관(측정관) 2 : 점전극

3 : 종래기술의 전자석 4 : 여자회로

5 : 어스링 6 : 유체수위

7 : 차동증폭기 8 : 노이즈제거회로(필터회로)

9 : 신호처리부 10 : 액정표시장치(LCD)

11 : 수위측정회로 12 : 전극(electrode)

13 : 커버 20 : 본 발명의 전자석

21 : 자계분포 코아 22 : 마그네틱 코아

23 : 보빈 24 : 여자전원 케이블

25 : 여자코일 26 : 측정 케이블

30 : 마이크로프로세서유니트(MPU)

31 : 키 패드 32 : 메모리

33 : 데이터 저장수단 34 : 출력장치

35 : 통신수단 36 : 스위칭수단

37 : 전원 38 : A/D 변환기

39 : 접지전극 40: 플랜지

본 발명의 목적을 구현하기 위하여 본 발명은 유량을 측정하고자 하는 유체가 흐르는 도관과; 상기 도관의 외벽에 부착하는 다수개의 전자석과; 상기 전자석은 도관 양측 벽에 배치하되 그 위치는 동일한 높이로 배치되고, 상기 도관내에 그 관축에 직교방향으로 자계를 인가하는 여자코일과; 상기 여자코일에 여자전류를 공급하는 여자수단과; 상기 여자코일에 전원을 공급하는 여자 전원 케이블과; 상기 전극간에 기전력이 발생할 경우 상기 기전력에 대응하는 유량치 신호를 얻어 연산하는 연산수단과; 상기 연산수단에 의해 얻어진 유량치 신호를 출력하는 출력수단으로 구성된 통상의 전자유량계에 있어서,상기 전자석은 반원형 형상의 규소강판을 적층한 한 쌍의 자계분포 코아와, 직사각형상의 규소강판을 적층한 한쌍의 마그네틱 코아와, 상기 자계분포 코아와 마그네틱 코아를 상호 결합시켜서 감싸주는 보빈과, 상기 보빈의 외부에 감겨지는 공지의 여자코일로 구성되고; 상기 자계분포 코아와 마그네틱 코아는 도관의 외벽을 감싸도록 배치하고; 상기 도관에서 발생하는 전기를 접지시키기 위하여 도관의 플랜지에 일체형으로 부착된 접지전극을 포함한다.본 발명은 전자유량계에서 전자유도 원리를 이용하여 상용되는 자계를 관 전체에 일정하게 분포하게 하므로서 유체의 흐름으로 측정된 기전력을 유체량에 비례하여 정확하기 측정할 수 있으므로 어떠한 위치에서도 일정한 자계의 유지가 가능하여 유량을 측정하는데 오차율을 줄일 수 있는 전자유량계이다.본 발명은 전자유량계에서 전자유도 원리를 이용하여 상용되는 자계를 관 전체에 일정하게 분포하게 하므로서 유체의 흐름으로 측정된 기전력을 유체량에 비례하여 정확하기 측정할 수 있도록 하는 전관자계를 이용한 전자유량계에 관한 것이다.

본 발명은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해서, 전자석의 자계밀도를 상대극과 동일하게 형성하므로 유체의 측정 정밀도가 향상되는 수단과 교번자계 인가로 발생되는 역기전력을 측정치에서 마이크로프로세서 컨트롤로 제거할 수 있는 스위칭수단 및 측정된 유량을 상대변수에 적용하여 연산하는 수단을 구비한다. 이러한 목적을 구현하기 위하여 한쌍의 전자석에서 발생된 자계를 자계분포 코아에 동시에 인가하여 자계의 세기가 같아지게 구성하고, 여자시간을 단축시킨다.

이하 본 발명의 구성과 작용을 도면에 의하여 설명한다. 제3도는 일반적인 전자유량계의 단면도이고, 제4도는 본 발명의 전자유량계의 개념을 보여주는 사시도이며, 제 5도는 도 4의 전자석 배치를 보여주는 단면도이고, 제 6도는 도 5의 전자석 배치에 대한 입체도면이다.

도 3에 도시된 일반적인 전자유량계의 단면도이다. 종래에는 다수개의 전자석(3)을 도관(1)의 외측에 배치하고 커버(13)를 덮는다. 전극(12)은 도관(1)내부에 배치하는데, 도관(1)에서 발생되는 자계는 N극과 S극간에 각각의 전자석을 중심으로 형성되므로 자장의 중심점이 도관(1)의 중심점과 일치되지 않는 경우가 많아서 측정하려는 기전력(e)의 직선성이 저하되는 단점이 있다.

도 6에 도시된 본 발명의 전자석 배치를 설명하기로 한다.

본 발명은 유체가 흐르는 도관(1)과; 상기 도관(1)의 외벽에 부착하는 다수개의 전자석과; 상기 도관의 내벽에 배치되는 한 쌍의 전극과; 상기 도관내에 그 관축에 직교방향으로 자계를 인가하는 여자코일과; 상기 여자코일에 여자전류를 공급하는 여자수단과; 상기 전극간에 기전력이 발생할 경우 상기 기전력에 대응하는 유량치 신호를 얻어 연산하는 연산수단과; 상기 유량치 연산수단에 의해 얻어진 유량치 신호를 출력하는 유량치 출력수단으로 구성된 공지의 전자유량계에 있어서, 상기 도관의 외측면 일부분에 일정한 형태로 형성된 홈에 부착되는 한 쌍의 전자석(20)과; 상기 전자석의 위치와 대응되게, 상기 도관의 내부 양측 벽에 서로 대향하여 장착되는 한 쌍의 전극(12)을 배치하여 상대 전극과 자장의 세기가 같아지므로 도관(12)의 중심에 최대치의 자장점이 형성되며, 도관 전체에 자계가 분포되는 전관자계를 이용하는 전자유량계이다.

도 3의 경우 기존의 전자석의 자계분포는 이웃에 있는 N극, S극 간에 자력선이 형성되기 때문에 중앙에는 자계분포가 직선성을 유지할 수 없다.

그러나 본 발명에서 양측의 전자석(20)에 동일한 자계분포 코아(21)를 배치하면 한 쌍의 전자석(20)의 자계의 평균치가 자계분포 코아(21)에 유지될 수 있다. 따라서 도관(1)의 중심점에 최대의 전계강도가 형성될 수 있다.

또한, 상기 전자석(20)의 구성은 반원형 형상의 규소강판을 적층한 복수의 자계분포 코아(21)와, 직사각형 형상의 규소강판을 적층한 복수의 마그네틱 코아(22)와 상기 자계분포 코아(21)와 마그네틱 코아(22)를 상호 결합시키고 감싸주는 직사각형의 복수의 보빈(23)과, 상기 보빈(23)의 외부에 감겨지는 여자코일(25)로 구성된다. 상기 자계분포 코아(21)과 마그네틱 코아(22)는 도관(1)의 외면을 감싸도록 배치되고, 상기 여자코일(25)에 전력을 공급하는 여자전원 케이블(24)이 연결된다.

상기 전극(12)은 전자석(20)의 보빈의 위치에 도관(1)의 내부에 장착되고, 상기 전극(12)에서 발생되는 기전력을 외부로 전달하는 측정케이블(26)을 포함한다. 특히, 전자석(20)의 주 구성요소인 자계분포 코아(21)는 자계분포를 일정하게 분포시키면서, 발생되는 열을 골고루 분포시켜서 방열효과를 극대화시키는 역할을 한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 전자석(20)의 양극에 연결된 자계분포 코어(21)에 자계가 유도되면 자계가 도관(1)을 통과하고 중심점에서 최대의 자장점이 발생되므로 직각으로 최대의 기전력이 발생된다. 또한 전자석(20)에 전원을 교번하게 되면 잔류 자계가 소거되며, 전자석의 소비전류가 작아져 발열이 적어지게 된다.

자계는 코아의 모서리 부분에서 가장 많이 발생되는 바, 규소강판으로 적층을 하면 모서리가 많이 생기기 때문에 자계 강도가 매우 강해진다.

전류여자의 소거는 전자석(20)의 극성을 교번하므로서 반대의 전극을 갖게 되므로 상대 전극의 자성을 잃어버리기 때문이다.

그리고 접지전극(39)을 통하여 유체의 전위점을 측정하여 기전력의 기준점을 확보할 수 있다. 또한 측정 기전력에 교번자계가 형성되므로 전원인가시에 순간적으로 발생되는 서지현상(surge, 또는 채터링 현상)에 의하여 잡음(noise)이 측정치에 주는 형상을 Micro processor의 스위칭 수단에 의해 제어되므로 안정점을 확보 할 수 있다.

전자석(20)에서 발생되는 발열을 자계분포 코어(21)의 적층에 의하여 방열작용을 하므로, 본 발명은 이러한 원리를 적용하여 발열로 인하여 전자석의 효율이 떨어지고, 소모전류가 증가하는 종래기술의 단점을 보강할 수 있는 전자석(20)을 구성하였다.

이처럼 한쌍의 전자석(20)에 전원을 인가하면 도관(1)전체에 자계가 골고루 분포되고, 도관(1)의 전체에 일정한 자계의 세기가 유지되기 때문에 유체의 흐름의 속도에 비례하므로 전극(12)에서 정확한 기전력을 감지할 수 있다.

제 7도는 본 발명의 자계 밀도 분포도이다. 도시된 바와 같이, 전자계 분포는 전자석의 모서리 부분에서 최대치로 분사되므로 자계분포 코아(21)의 구조에서 규소강판을 적층하여 구성하면 전관에 걸쳐서 자계의 분포를 극대화 할 수 있다.

또한, 전자계의 분포는 도관(1) 내부에 골고루 분포되고, 중앙의 기전력을 측정할 경우 최소점과 최대점에서 직선성이 유지되는 특성이 있다.

제 8도는 본 발명의 전류인가에 따른 샘플링 그래프이다. 그래프 수평선상의 영문자 T 는 시간이고, 수직선상의 영문자 I 는 전류이며, D는 측정점이다. 상단에 있는 그래프는 전자석에 전원이 인가되는 시간 동안 전자석에 발생되는 여자전류가 교번된다. 전자석에 전원이 인가되는 순간에 발생하는 역기전력(서지현상)이 발생하고, 이어서 안정된 전류가 흐른다.

하단의 그래프는 시간의 변화에 대한 측정점의 변화를 나타내는 그래프로 빗금친 부분은 기전력을 샘플링하는 시간을 나타내고, 아무 것도 없는 부분은 불안정점의 측정치는 배제하고 있음을 나타낸다. 따라서, 안정된 여자전류가 흐르는 시간에만 기전력을 샘플링해서 측정하는 것이 측정 오차를 최대한 줄일 수 있다.

한편, 도 6에 도시된 전자석에 배치에 의하여 측정된 기전력을 전자회로부에서 이를 산출하고 제어하는 기술에 대하여 도 9를 근거로 설명한다.

본 발명은 도관의 내부에 흐르는 유체에서 유기하는 기전력을 검출하는 전극이 도관의 중앙부에 부착되고, 도관의 양측 벽에는 도관의 내부에서 자속을 발생시키기 위하여 배치되는 전자석과, 여자코일에 여자회로가 접속되어 도관내부에 자장을 발생시키고, 점전극과 어스링의 어스전위선이 차동증폭기의 입력측에 각각 접속되고, 차동증폭기의 출력은 필터회로에 접속되고, 필터회로의 출력은 도관내에 흐르는 유체의 유량을 산출하는 신호처리부에 접속되며, 신호처리부의 출력은 신호처리부에서 산출된 유량을 표시하는 표시부에 접속되고 타단은 수위에 관한 정보를 얻는 수위측정회로에 연결되고, 순수한 유량을 측정하기 위해서 신호를 필터링하는 필터회로의 출력단은 정류된 교류신호를 직류신호로 변환시키는 A/D변환기의 입력단에 접속되는 통상의 전자유량계에 있어서, 교번자계 신호와 측정 기전력의 동기를 매칭하고 자료를 분석하여 가공하고 주변기기들을 제어하는 마이크로프로세서유니트(MPU: 30, 이하 'MPU'라 한다)와; 상기 MPU(30)에 접속되는 주변장치로는 측정된 자료를 순수유량으로 환산하는 MPU(30)내부의 FIFO 필터와; 데이터를 입력하는 키패드(31)와, MPU(30)내에서 계산식을 적용하여 결과치를 표시하는 액정표시장치(10)와, 각종 데이터를 계산식을 적용하여 환산 저장하는 메모리(32)와, 상기 메모리(32)에 들어 있는 파라미터와 값을 계산프로그램에 입력하고, 각종 파라미터와 값은 직렬포트를 이용하여 유량계의 상태점검 및 자료를 입력하는 통신수단(35)과, 데이터를 저장하는 데이터 저장회로(33)로 구성되고; 교번 자계 인가로 발생하는 역기전력을 제거하기 위해서 상기 MPU(30)의 동기를 받아서 전원(37)을 제어하는 스위칭수단(36)과; 상기 메모리(32) 내부에 저장된 데이터는 상기 MPU(30)의 주변장치들과 직렬 통신하여 출력하는 것을 특징으로 한다. 상기 통신수단(35)은 자료송수신을 할 수 있는 이동통신 휴대폰이나 휴대용 컴퓨터(PAD)와 같은 휴대용 무선통신 기기이고, 상기 출력장치(34)는 순시치 데이터, 리미트 접점, 또는 유량비례 파형중 어느 하나이다.

상기 스위칭수단(36)은 교번자계 인가로 발생되는 역기전력을 측정치에서 제거하기 위하여 MPU(30)의 동기를 받아, 전원(37)인가시 전자석(20)에서 발생하는 안정된 여자전류가 흐르는 시간에만 기전력을 샘플링할 수 있게 전원(37)을 제어하는 것을 특징으로 한다.

도 9의 전자유량계의 전자회로에 의하여 본 발명의 동작을 설명한다. 전자석(20)에 전원을 인가하면, 전자석(20)이 교번되고 이어서 전극(12)으로부터 기전력을 측정한다. 전극(12)에서 측정된 기전력은 필터회로(8)내의 니플필터(Nipple Filter)를 통과하여 자계를 인가하고 RTC(Real Time Controller)의 신호와 연동하여 서지(surge)부분을 제거하고 안정된 기전력을 얻을 수 있어 순수한 유량을 측정한다. 신호의 필터링이 끝나면 디지털 아날로그변환기(38)에서 교류신호를 직류신호로 변환시킨다. 사실 상기 A/D변환기(38)에서 나타나는 것은 유속을 측정한 결과이다. 한편, 주변장치들을 제어하고 각종 자료를 저장하고 있는 MPU(30)에서 교번 자계신호와 측정 기전력의 동기를 매칭하여 자료를 분석하고 가공한다.

측정된 자료는 MPU(30)내부의 FIFO Filter(First in First out Filter : 먼저 입력된 신호가 먼저 나가도록 하는 필터)를 거쳐 순수유량으로 환산된다. 또한 메모리(32)에서 파라미터와 유속 값을 계산프로그램에 적용시켜서 유속을 유량으로 환산하고, 각종 파라미터와 값(value)은 통신포트( 일명 : serial port)를 이용하여 휴대폰이나 휴대용 컴퓨터(PAD)등으로 유량계의 상태점검 및 자료의 데이터를 입력한다.

스위칭수단(36)은 MPU(30)의 동기를 받아서 전원(37)에 대한 교번자계를 만드는 장치이다. 전원인가시 발생하는 서지전류가 있을 때는 기전력을 측정하지 않고, 안정된 전류가 흐르는 순간만 기전력을 측정할 수 있게 안정된 시점을 MPU(30)는 계산하고 있기 때문에 이 신호의 지령에 따라서 전원(37)을 제어한다.

메모리(32) 내부에 저장된 데이터는 각종 수단들과 직렬통신으로 연결된다. 이러한 과정을 걸처서 MPU(30)내어서 계산식을 적용하여 액정표시장치(10)에 표시를 하게 하고, 필요하면 이 신호를 통신 출력한다. 출력신호는 4 ~ 20 mA의 계장신호로 순시치 데이터와 리미트 접점, 유량비례 파형을 송출한다.

제 10도는 도관의 플랜지에 일체로 부착된 접지전극을 나타낸 도면이다.

측정하기에 편리한 위치의 도관(1)을 절단하고 그 사이에 전자유량계를 설치하되, 전자유량계의 양단은 플랜지(40)를 매개로 기계적으로 각각 접속시킨다. 전자유량계에서 접지전극(39)은 중요한 구성요소의 하나이다. 흐르는 유체의 전위점을 측정해야만 유체의 기준점을 기준으로 하고, 측정 기전력의 영점을 확인하여 기전력의 세기를 측정할 수 있다.

종래에는 도 2처럼 전자유량계 양단에 어스링(5)를 별도로 설치하였으나, 제작이 복잡하고 번거로움이 있다. 본 발명에서는 종래기술의 문제점을 개량해서, 어스링(5)를 사용하지 않고 그 대신 플랜지(40)와 일체형으로 플랜지(40) 하단에 도 10에 도시된 바와 같이 직접 접지전극(39)을 부착한다. 이 접지전극(39)에 발생하는 어스전류는 차동증폭기(7)의 입력단에 접속시켜서 접지시킨다.앞에서 설명한 본 발명의 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 또한, 구조의 설계변경은 본 발명의 범주에 속하는 것으로 간주한다.

본 발명에 따르면, 여자전류 인가하는 순간에만 발생하는 역기전력의 잡음을 제거하여 데이터의 헌팅(서지 데이터를 읽는 것을 '헌팅'이라 함)을 제거할 수 있으므로 정확하게 유량을 측정할 수 있다. 또한, 도관 내부에 골고루 자계가 분포되는 전관자계를 이용하므로 유량이 만수이든 만수가 아니든 상관없이 어떠한 위치에서도 일정한 자계를 유지할 수 있어서 유량을 측정시, 오차율을 줄일 수 있는 장점이 있다.

특히, 전자석은 규소강판을 적층하여 도관을 완전히 감싸도록 배치하므로 전력 소모를 적게하고 발열 현상을 최소화 할 수 있다. 더 나아가서는 신호전달 체계를 시스템하여 현장상황에 맞게 적용할 수 있고, 유량계 자료압력 및 유량계 상태를 MPU와 직렬포트를 이용하여 처리할 수 있는 장점이 있다.

Claims (6)

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2. 유량을 측정하고자 하는 유체가 흐르는 도관과; 상기 도관의 외벽에 부착하는 다수개의 전자석과; 상기 전자석은 도관 양측 벽에 배치하되 그 위치는 동일한 높이로 배치되고, 상기 도관내에 그 관축에 직교방향으로 자계를 인가하는 여자코일과; 상기 여자코일에 여자전류를 공급하는 여자수단과; 상기 여자코일에 전원을 공급하는 여자 전원 케이블과; 상기 전극간에 기전력이 발생할 경우 상기 기전력에 대응하는 유량치 신호를 얻어 연산하는 연산수단과; 상기 연산수단에 의해 얻어진 유량치 신호를 출력하는 출력수단으로 구성된 통상의 전자유량계에 있어서,

   상기 전자석은 반원형 형상의 규소강판을 적층한 한 쌍의 자계분포 코아(21)와, 직사각형상의 규소강판을 적층한 한 쌍의 마그네틱 코아(22)와, 상기 자계분포 코아(21)와 마그네틱 코아(22)를 상호 결합시켜서 감싸주는 보빈(23)과, 상기 보빈(23)의 외부에 감겨지는 공지의 여자코일(25)로 구성되고; 상기 자계분포 코아(21)와 마그네틱 코아(22)는 도관(1)의 외벽을 감싸도록 배치하고; 상기 도관에서 발생하는 전기를 접지시키기 위하여 도관(1)의 플랜지(40)에 일체형으로 부착된 접지전극(39)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전관자계를 이용하는 전자유량계.
3. 도관의 내부에 흐르는 유체에서 유기하는 기전력을 검출하는 전극이 도관의 중앙부에 부착되고, 도관의 양측 벽에는 도관의 내부에서 자속을 발생시키기 위하여 배치되는 전자석과, 여자코일에 여자회로가 접속되어 도관내부에 자장을 발생시키고, 점전극과 어스링의 어스전위선이 차동증폭기의 입력측에 각각 접속되고, 차동증폭기의 출력은 필터회로에 접속되고, 필터회로의 출력은 도관내에 흐르는 유체의 유량을 산출하는 신호처리부에 접속되며, 신호처리부의 출력은 신호처리부에서 산출된 유량을 표시하는 표시부에 접속되고 타단은 수위에 관한 정보를 얻는 수위측정회로에 연결되고, 순수한 유량을 측정하기 위해서 신호를 필터링하는 필터회로의 출력단은 정류된 교류신호를 직류신호로 변환시키는 A/D변환기의 입력단에 접속되는 통상의 전자유량계에 있어서,

   교번자계 신호와 측정 기전력의 동기를 매칭하고 자료를 분석하여 가공하고 주변기기들을 제어하는 MPU(30)와; 상기 MPU(30)에 접속되는 주변장치로는 측정된 자료를 순수유량으로 환산하는 MPU(30)내부의 FIFO 필터와; 데이터를 입력하는 키패드(31)와, MPU(30)내에서 계산식을 적용하여 결과치를 표시하는 액정표시장치(10)와, 각종 데이터를 계산식을 적용하여 환산 저장하는 메모리(32)와, 상기 메모리(32)에 들어 있는 파라미터와 값을 계산프로그램에 입력하고, 각종 파라미터와 값은 직렬포트를 이용하여 유량계의 상태점검 및 자료를 입력하는 통신수단(35)과, 데이터를 저장하는 데이터 저장회로(33)로 구성되고; 교번 자계 인가로 발생하는 역기전력을 제거하기 위해서 상기 MPU(30)의 동기를 받아서 전원(37)을 제어하는 스위칭수단(36)과; 상기 메모리(32) 내부에 저장된 데이터는 상기 MPU(30)의 주변장치들과 직렬 통신하여 출력하는 것을 특징으로 하는 전관자계를 이용한 전자유량계.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 통신수단(35)은 자료송수신을 할 수 있는 이동통신 휴대폰이나 휴대용 컴퓨터(PAD)와 같은 휴대용 무선통신 기기인 것을 특징으로 하는 전관자계를 이용한 전자유량계.
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