KR100434228B1 - 습식 가스 유량 측정 장치 - Google Patents

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Abstract

습식 가스 유량 측정 장치가 개시된다. 본 발명에 따른 습식 가스 유량 측정 장치는 소정 갯수의 방과 축으로 구성되고 가스의 입구와 출구가 분리되며 씰링액에 의하여 내부가 충진되는 드럼과, 챔버 내부의 드럼과 챔버 외부의 엔코더를 자기적인 결합으로 커플링함으로써 드럼의 회전에 따라 엔코더의 축이 회전하도록 하는 마그네틱 커플링과, 드럼이 회전할 때 마그네틱 커플링에 의하여 구동되어 드럼의 회전수에 비례하는 펄스를 출력하는 엔코더와, 스크류 타입으로 삽입되는 소정 형태의 바를 구비하여 상기 바가 씰링액에 잠기는 부피를 조절함으로써 씰링액의 레벨을 조정하는 레벨 조정부, 및 펄스를 기초로 기체 유량 데이터를 구하고 표준 온도와 기압에 대한 유량으로 환산하여 환산된 기체 유량 데이터를 표시하는 환산/표시부를 포함한다. 본 발명에 따른 습식 가스 유량 측정 장치는 씰링액을 채우거나 빼지 않고도 씰링액의 레벨을 미세하게 조정할 수 있어 사용이 편리하고, 내압성이 우수하여 누액이 발생하지 않으며, 표준 온도 및 기압에서의 기체 유량으로 환산된 정확한 기체 유량을 제공한다.

Description

습식 가스 유량 측정 장치{Wet gas flow meter}
본 발명은 습식 가스 유량 측정 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 레벨 조정이 용이하고 사용자 인터페이스를 개선하여 사용하기 편리하며 종래의 습식 가스 유량 장치에 비하여 정확도, 유량 측정 범위, 내압력성, 및 내구성이 향상된 습식 가스 유량 측정 장치에 관한 것이다.
습식 가스 유량 측정 장치는 계측 범위가 넓고 각종 유량 측정 장치 중에서 가장 정확도가 좋다. 하지만, 물 또는 기름을 사용하기 때문에 액면 관리, 수평설치, 밀봉이 물인 경우는 수증기압 보정이 필요하며 이동하기가 곤란하고 대용량으로 되면 메타의 크기가 커지는 단점이 있다. 가정용 막식 가스 유량 측정 장치, 천연가스 미터, 면적식 유량 측정 장치 등을 생산하는 회사에서는 습식 가스 유량 측정 장치를 교정용 기준 유량 측정 장치로 사용하여 제조된 가스 유량 측정 장치를 실험하고 있으며, 가스 제조업체에서 제조된 가스의 양을 측정하는데 습식 가스 유량 측정 장치를 기준기급 가스 유량 측정 장치로 사용하고 있다. 또한, 습식 가스 유량 측정 장치는 정밀한 가스유량 측정이 필요한 산업체, 보일러 시공 업체, 열관리 설비 업체, 대학 및 고등학교에서 시험용 기자재로 사용되는데 그 수요가 날로 확대되고 있다.
습식 가스 유량 측정 장치는 챔버내에 2/3 정도 물이나 점성이 작은 기름이 채워져 있고 4 개 또는 6 개의 독립된 방으로 구성된 드럼의 상부에 가스가 유입되면 압력이 증가하면서 방을 넓히려는 힘이 작용하여 축을 중심으로 회전하게 된다. 드럼이 회전하면서 유입된 가스는 드럼의 출구쪽으로 밀려 배출된다. 드럼의 회전수는 유량과 직선적으로 비례한다. 따라서, 회전수를 측정하면 바로 유량을 알 수 있다. 도 1a 및 도 1b에는 일반적인 습식 가스 유량 측정 장치의 원리를 설명하기위한 도면을 나타내었다. 도 1을 참조하면, 일반적인 습식 가스 유량 측정 장치에서 가스 투입구로 유입된 가스는 전실을 지나 불어넣는 관을 통해 원통형의 드럼의 전실로 투입된다. 드럼 내에는 3 내지 5 개의 실(chamber)로 나누어져 물이나 기름이 가스를 실링(sealing)하고 있다. 출입구의 미소한 가스 압력차에 의해 각각 분할된 실에 가스가 순차 진입, 배출을 반복하면서 화살표 방향으로 회전한다. 1회에 배출하는 가스의 양은 일정하므로 이 회전수를 카운터에 전달하여 적산 유량값을 계량한다. 가스는 반드시 드럼을 통하여 출구 측으로 배출되므로 미소유량의 가스도 누설되지 않고 정확히 계량한다. 즉, 습식 가스 유량 측정 장치는 한마디로 말해 물과 치환하는 가스의 양을 측정한다.
하지만, 종래의 가스 유량 측정 장치는 전실, 후실의 액면 변화에 의하여 드럼내의 액위가 항상 일정하게 유지하도록 되어 있는데, 그 액위가 달라지면 액위를 맞추기 위하여 액을 추가로 주입하거나 배출시켜야 한다는 불편함이 있다.
또한, 종래의 가스 유량 측정 장치는 순간적인 유량을 아날로그 게이지를 사용하여 표시하기 때문에 적산치를 파악하기가 불편하고, 기체와 같이 온도와 압력에 따라 측정된 가스 유량을 표준 온도/기압에서의 유량으로 환산하기가 불편하다는 단점이 있다.
또한, 종래의 가스 유량 측정 장치는 회전축을 감싸는 씰(seal)을 외부와 격리시키는데, 이 씰은 내압에 한계가 있기 때문에 만일 사용자의 밸브 조작 실수로 내부에 압력이 상승하는 경우, 씰링 부분이 파괴되어 장치를 손상시킬 수 있다는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 액위를 간편하게 조절할 수 있고, 적산치의 파악이 용이하며, 측정된 가스 유량을 표준 온도/기압에서의 유량으로 환산되어 편리성이 향상되고, 내압 및 내구성이 개선된 습식 가스 유량 측정 장치를 제공하는 것이다.
도 1a 및 도 1b는 일반적인 습식 가스 유량 측정 장치의 원리를 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 습식 가스 유량 측정 장치의 구조를 나타낸 횡단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 습식 가스 유량 측정 장치의 구조를 나타낸 측단면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 습식 가스 유량 측정 장치내에 구비되는 환산/표시부의 구조의 일예를 나타낸 블록도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 습식 가스 유량 측정 장치에 적용할 수 있는 패널의 일예를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 습식 가스 유량 측정 장치의 LCD 표시부에 표시되는 화면의 일예를 나타낸 도면이다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 습식 가스 유량 측정 장치는 소정 갯수의 방과 축으로 구성되고 가스의 입구와 출구가 분리되며 씰링액에 의하여 내부가 충진되는 드럼; 챔버 내부의 드럼과 챔버 외부의 엔코더를 자기적인 결합으로 커플링함으로써 드럼의 회전에 따라 엔코더의 축이 회전하도록 하는 마그네틱 커플링; 드럼이 회전할 때 마그네틱 커플링에 의하여 구동되어 드럼의 회전수에 비례하는 펄스를 출력하는 엔코더; 스크류 타입으로 삽입되는 소정 형태의 바를 구비하여 상기 바가 씰링액에 잠기는 부피를 조절함으로써 씰링액의 레벨을 조정하는 레벨 조정부; 및 펄스를 기초로 기체 유량 데이터를 구하고 표준 온도와 기압에 대한 유량으로 환산하여 환산된 기체 유량 데이터를 표시하는 환산/표시부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 습식 가스 유량 측정 장치는 상부 커버에 일측이 고정되고 다른 일측에는 드럼의 회전축을 수납하는 드럼 고정부;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 드럼은, 상기 드럼의 외주면의 일부를 절개하고 절개된 면을 통하여 블레이드가 삽입된 다음 블레이드와 외주면이 땜질 됨으로써 블레이드가 설치된 것이 바람직하다.
또한, 상기 습식 가스 유량 측정 장치는 스크류 타입으로 삽입되는 소정 형태의 측정핀을 구비하고 상기 측정핀의 단부에는 소정의 전압이 인가되어 씰링액에 잠기면 도통됨으로써 씰링액의 레벨을 체크할 수 있도록 하는 레벨 측정핀을 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 환산/표시부는 아날로그 신호 형태의 온도 신호와 압력 신호를 디지털 신호 형태의 온도 데이터와 압력 데이터로 변환하는 A/D 변환부; 펄스 신호를 카운트하여 기체 유량을 구하고 온도 데이터와 압력 데이터를 사용하여 표준 온도 및 기압에서의 기체 유량으로 환산하여 순간 유량 및 적산 유량을 계산하는 CPU 보드; 장치의 운용을 위한 사용자의 명령을 받아들이고 필요에 따라 사용자의 환산 기준값을 입력하는 키패드; 및 표준 온도 및 기압에서의 기체 유량으로 환산하여 계산된 순간 유량 및 적산 유량을 수치로 표시하는 LCD 표시부;를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 CPU 보드는, 드럼의 회전과 비례하는 계산치를 아날로그 형태로 표시하기 위한 화면 데이터를 생성하고, 상기 LCD 표시부는, 상기 LCD 표시부의 중앙부에 상기 화면 데이터를 사용하여 드럼의 회전과 비례하는 아날로그 지침을 표시하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 습식 가스 유량 측정 장치는 미리 정의된 프로토콜에 따라 컴퓨터에 의한 외부 명령에 따라 장치를 제어하고 상기 컴퓨터로 측정된 기체 유량 데이터를 제공하는 통신부;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 2에는 본 발명의 실시예에 따른 습식 가스 유량 측정 장치의 구조를 횡단면도로써 나타내었으며, 도 3에는 본 발명의 실시예에 따른 습식 가스 유량 측정 장치의 구조를 측단면도로써 나타내었다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 습식 가스 유량 측정 장치는 챔버(202)와, 챔버(202)를 덮는 상부 커버(204)에 일측이 고정되고 다른 일측에는 드럼의 회전축을 수납하는 드럼 고정부(206)를 구비한다. 드럼 고정부(206)에는 드럼의 회전축이 수납됨으로써 드럼(208)이 드럼 고정부(206)에 고정된다.
상기 드럼(208)은 소정 갯수, 바람직하게는 3 ~ 5 개의 독립된 방 및 하나의 축으로 구성되고 가스의 입구와 출구가 분리되며 씰링액에 의하여 내부가 충진된다. 씰링액은 물 또는 저점도의 기름을 사용하는 것이 가능하다. 또한, 드럼의 크기는 씰링액의 높이에 따른 설계 용량을 고려하여 결정되며, 본 실시예에서 상기 드럼의 재질은 부식성 가스에 강하고 가볍게 하기 위하여 SUS 316에 두께는 0.3 mm로 제작하였다. 또한, 두께가 매우 얇기 때문에 용접이 불가능하여 납땜 처리하였다. 보다 상세하게는 드럼의 외주면의 일부를 절개하고 절개된 면을 통하여 블레이드가 삽입된 다음, 블레이드와 외주면이 땜질 됨으로써 블레이드가 설치되는 것이 바람직하다. 이는 땜질을 드럼의 외주면에서 할 수 있게 함으로써 드럼의 제작이 용이하게 한다.
다음으로, 가스 유입구(210)를 통하여 유량을 측정하고자 하는 가스가 투입관(212)를 따라 가스가 챔버내로 유입된다. 드럼(208)의 상부에 가스가 유입되면 압력이 증가하면서 방을 넓히려는 힘이 작용하여 축을 중심으로 드럼(208)이 회전하게 된다.
한편, 마그네틱 커플링(306a, 306b: magnetic coupling)은 챔버 내부의 드럼(302)과 챔버 외부의 엔코더(308)를 자기적인 결합으로 커플링함으로써 드럼의 회전에 따라 엔코더의 축이 회전하도록 한다. 엔코더(308)는 드럼(302)이 회전할 때 마그네틱 커플링에 의하여 구동되어 드럼(302)의 회전수에 비례하는 펄스를 출력한다. 예를 들어, 상기 엔코더(308)는 1 회전에 1,000 사이클의 펄스를 출력할 수 있다.
본 실시예에서 온도측정과 회전수 측정은 온도센서 Pt -100Ω을 사용하고, 챔버내의 압력은 600 mmAq, 30,000 mmAq 2가지의 압력센서를 사용하여 배압이 있는 경우 높은 압력센서를 사용한다. 또한, 엔코더는 로타리 엔코더(1000 Pulse/회전)를 각각 사용하여 분해능을 1/1000로 한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 습식 가스 유량 측정 장치는 삼각형 형태의 바(220)를 구비하고 바(220)는 스크류(222) 타입으로 삽입되어 있어 사용자가 노브(224)를 돌리면 바(220)가 씰링액에 잠기는 부피를 조절함으로써 씰링액을 채우거나 빼지 않고도 씰링액의 레벨을 미세하게 조정할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 습식 가스 유량 측정 장치는 스크류 타입으로 삽입되는 소정 형태의 레벨 측정핀(230)을 구비하고 상기 레벨 측정핀(230)의 단부에는 소정의 전압이 인가된다. 레벨 측정핀(230)는 스크류(232) 타입으로 삽입되어 있어 사용자가 노브(234)를 돌림으로써 전압이 인가된 레벨 측정핀(230)이 씰링액에 잠기면 레벨 측정핀(230)에 인가된 전압이 씰링액을 통하여 도통됨으로써 씰링액의 레벨을 체크할 수 있다. 즉, 도통이 끊어진 상태가 되면 간편하게 씰링액이 부족함을 알 수 있다.
또한, 드럼과 씰링액이 수납되는 공간과 격리된 공간에는 드럼의 회전에 따라 엔코더에서 발생된 펄스를 기초로 기체 유량 데이터를 구하고 표준 온도와 기압에 대한 유량으로 환산하여 환산된 기체 유량 데이터를 표시하는 환산/표시부(40)를 구비한다. 도 4에는 본 발명의 실시예에 따른 습식 가스 유량 측정 장치내에 구비되는 환산/표시부의 구조의 일예를 블록도로써 나타내었으며, 도 5에는 본 발명의 실시예에 따른 습식 가스 유량 측정 장치에 적용할 수 있는 패널의 일예를 나타내었다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 습식 가스 유량 측정 장치내에 구비되는 환산/표시부(40)는 A/D 변환부(402), CPU 보드(404), 키패드(406), 및 LCD 표시부(408)를 구비한다.
상기 환산/표시부(40)의 동작을 설명한다.
A/D 변환부(402)는 온도 센서와 압력 센서로부터 온도 신호와 압력 신호를 입력받고, 입력 받은 아날로그 신호 형태의 온도 신호와 압력 신호를 디지털 신호 형태의 온도 데이터와 압력 데이터로 변환한다. 다음으로, CPU 보드(404)는 펄스 신호를 카운트하여 기체 유량을 구하고 온도 데이터와 압력 데이터를 사용하여 표준 온도 및 기압에서의 기체 유량으로 환산하여 순간 유량 및 적산 유량을 계산한다. 사용자는 키패드(406)를 사용하여 장치의 운용을 위한 사용자의 명령을 주고 필요에 따라 사용자의 환산 기준값을 입력할 수 있다.
CPU 보드(404)는 CPU와 단위 환산 및 사용자 인터페이스를 위한 단계들을 수행하는 프로그램을 저장한 EPROM 또는 EEPROM이 펌웨어(FIRMWARE)로 이루어지며, 상기 EPROM 및 EEPROM에서 동작하는 프로그램은 완전한 객체 지향적인 C++로 작성되었으며 향후 장비의 변동사항이 발생하여도 수정하기가 쉬우며 기능의 추가나 삭제가 매우 용이하도록 작성되었다. 본 실시예에서, 상기 프로그램은 다음과 같은 객체화된 프로그램 모듈들로 이루어져 있다.
객체 소스 기능 비고
주메뉴 객체 MYDL.CPP 키입력을 받아 전체메뉴를 조정하고 관리한다.
표시객체 MESSAGE.CPP 문자나 그림의 표시방법을 제어한다.
LCD 객체 LCD.CPP LCD 표시문자와 제어방법을 관리한다.
AD 객체 ADCON.CPP 전압신호를 디지털 데이터로 변환한다.
TIMER객체 TIMER.CPP 내장된 시계의 시간설정을 관리한다.
메모리 객체 MEM.CPP 설정변수들의 메모리저장을 관할한다.
통신객체 PROTOCOL.CPP RS232의 통신방법을 관리한다.
셋업객체 SETTING.CPP 사용자가 입력하는 설정내용을 관리한다.
한편, LCD 표시부(408)는 표준 온도 및 기압에서의 기체 유량으로 환산하여 계산된 순간 유량 및 적산 유량을 수치로 표시한다. 또한, CPU 보드(404)는 드럼의 회전과 비례하는 계산치를 아날로그 형태로 표시하기 위한 화면 데이터를 생성하고, 상기 LCD 표시부(408)는 LCD 표시부(404)의 화면 중앙부에 상기 화면 데이터를 사용하여 드럼의 회전과 비례하는 아날로그 지침을 표시한다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 습식 가스 유량 측정 장치의 LCD 표시부에 표시되는 화면의 일예를 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, LCD 표시부(408)의 화면(60)에는 측정된 온도(602)와 압력(604)을 표시하며, 표준 온도 및 기압에서의 기체 유량으로 환산하여 계산된 순간 유량(606) 및 적산 유량(608)을 디지털 데이터 형태의 수치로 표시한다. 또한, LCD 표시부(404)의 화면 중앙부에 상기 화면 데이터를 사용하여 드럼의 회전과 비례하는 아날로그 지침(610)을 표시한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 습식 가스 유량 측정 장치는 미리 정의된 프로토콜에 따라 컴퓨터에 의한 외부 명령에 따라 장치를 제어하고 상기 컴퓨터로 측정된 기체 유량 데이터를 제공하는 통신부(미도시)를 더 포함한다. 이러한 통신 포트로써는 RS-232C나 RS-422와 같은 일반적인 컴퓨터용 인터페이스를 사용할 수 있으며, 프로토콜은 모뎀을 사용한 PC 통신에서 사용하는 각종 프로토콜을 사용할 수 있다. 상기 프로토콜은 표 1을 참조하여 설명한 프로그램으로 제어할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따른 습식 가스 유량 측정 장치는 씰링액을 채우거나 빼지 않고도 씰링액의 레벨을 미세하게 조정할 수 있어 사용이 편리하며, 씰링액의 레벨을 간단하게 체크할 수 있다. 또한, 내압성이 우수하여 누액이 발생하지 않으며, 표준 온도 및 기압에서의 기체 유량으로 환산된 정확한 기체 유량을 제공한다.
상기와 같은 본 발명에 따른 습식 가스 유량 측정 장치는 정밀도가 높아 가정용 막식 유량 측정 장치를 생산하고 있는 업체에서 기준 유량 측정 장치로 사용하여, 제작되는 막식 가스 유량 측정 장치의 정확도 향상에 기여할 수 있고 그 막식 가스 유량 측정 장치로 측정되는 천연가스의 공정한 상거래에 도움을 줄 수 있다. 또한, 가스 유량 측정 장치의 제조업체나 가스 제조업체에서 필요한 기준 유량측정 장치로 사용되며 정확한 유량측정이 필요한 곳에 사용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 습식 가스 유량 측정 장치는 씰링액을 채우거나 빼지 않고도 씰링액의 레벨을 미세하게 조정할 수 있어 사용이 편리하며, 씰링액의 레벨을 간단하게 체크할 수 있다. 또한, 내압성이 우수하여 누액이 발생하지 않으며, 표준 온도 및 기압에서의 기체 유량으로 환산된 정확한 기체 유량을 제공한다.

Claims (7)

  1. 소정 갯수의 방과 축으로 구성되고 가스의 입구와 출구가 분리되며 씰링액에 의하여 내부가 충진되는 드럼;
    챔버 내부의 드럼과 챔버 외부의 엔코더를 자기적인 결합으로 커플링함으로써 드럼의 회전에 따라 엔코더의 축이 회전하도록 하는 마그네틱 커플링;
    드럼이 회전할 때 마그네틱 커플링에 의하여 구동되어 드럼의 회전수에 비례하는 펄스를 출력하는 엔코더;
    스크류 타입으로 삽입되는 소정 형태의 바를 구비하여 상기 바가 씰링액에 잠기는 부피를 조절함으로써 씰링액의 레벨을 조정하는 레벨 조정부; 및
    펄스를 기초로 기체 유량 데이터를 구하고 표준 온도와 기압에 대한 유량으로 환산하여 환산된 기체 유량 데이터를 표시하는 환산/표시부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 습식 가스 유량 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상부 커버에 일측이 고정되고 다른 일측에는 드럼의 회전축을 수납하는 드럼 고정부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 습식 가스 유량 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 드럼은,
    상기 드럼의 외주면의 일부를 절개하고 절개된 면을 통하여 블레이드가 삽입된 다음 블레이드와 외주면이 땜질 됨으로써 블레이드가 설치된 것을 특징으로 하는 습식 가스 유량 측정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    스크류 타입으로 삽입되는 소정 형태의 측정핀을 구비하고 상기 측정핀의 단부에는 소정의 전압이 인가되어 씰링액에 잠기면 도통됨으로써 씰링액의 레벨을 체크할 수 있도록 하는 레벨 측정핀;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 습식 가스 유량 측정 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 환산/표시부는,
    아날로그 신호 형태의 온도 신호와 압력 신호를 디지털 신호 형태의 온도 데이터와 압력 데이터로 변환하는 A/D 변환부;
    펄스 신호를 카운트하여 기체 유량을 구하고 온도 데이터와 압력 데이터를 사용하여 표준 온도 및 기압에서의 기체 유량으로 환산하여 순간 유량 및 적산 유량을 계산하는 CPU 보드;
    장치의 운용을 위한 사용자의 명령을 받아들이고 필요에 따라 사용자의 환산 기준값을 입력하는 키패드; 및
    표준 온도 및 기압에서의 기체 유량으로 환산하여 계산된 순간 유량 및 적산 유량을 수치로 표시하는 LCD 표시부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 습식 가스 유량 측정 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 CPU 보드는,
    드럼의 회전과 비례하는 계산치를 아날로그 형태로 표시하기 위한 화면 데이터를 생성하고,
    상기 LCD 표시부는,
    상기 LCD 표시부의 중앙부에 상기 화면 데이터를 사용하여 드럼의 회전과 비례하는 아날로그 지침을 표시하는 것을 특징으로 하는 습식 가스 유량 측정 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    미리 정의된 프로토콜에 따라 컴퓨터에 의한 외부 명령에 따라 장치를 제어하고 상기 컴퓨터로 측정된 기체 유량 데이터를 제공하는 통신부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 습식 가스 유량 측정 장치.
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