KR100477085B1 - 라이닝이 없고 전극과 여자코일이 일체화된 전자유량계 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자유량계의 필수적인 구성요소인 라이닝이 없이도 관을 통해 흐르는 유체의 유량을 측정할 수 있으면서 동시에 설비의 소손시에도 일부교체가 가능하여 효율적인 관리제어가 가능하도록 개선된 전극과 여자코일이 일체화된 전자유량계에 관한 것으로, 배관과 연결고정될 수 있도록 배관연결플랜지를 갖고 유로가 형성된 측정관과; 상기 측정관의 유로와 직교되는 방향으로 상기 유로와 연통되며 그 외측단에는 유니트연결플랜지가 형성된 센서유니트결합구와; 관류되는 유체에 자장을 형성하는 여자코일 및 자장내에서 유동되는 유체에 의해 유발된 신호기전력을 감지하는 감지전극이 내장된 채 상기 센서유니트결합구에 장탈착가능하게 삽설되는 센서유니트와; 상기 센서유니트의 여자코일 및 감지전극과 전기적으로 연결되어 이들에 전원공급함과 동시에 신호기전력을 수신받아 유량을 계산하는 연산지시부를 포함하여 구성된다.

본 발명에 따르면, 측정관에 라이닝이 원리적으로 필요없게 되어 라이닝으로 인한 문제점이 근원적으로 해소되며, 여자코일을 측정관 내에 위치시켜 자장이 측정관의 영향을 받지 않도록 함으로써 측정관의 재질 선택에 있어 자성체, 비자성체의 제한이 없게 되어 제조가 용이하고 경제적인 잇점이 있고, 전극이 마모 또는 오염될 경우 측정관 전체를 교체할 필요없이 단순히 센서유니트만을 분해하여 교체하거나 청소할 수 있으므로 유지관리가 우수하다.

Description

라이닝이 없고 전극과 여자코일이 일체화된 전자유량계{LINERLESS AND CAPSULATED MAGNETIC FLOW METER WITH ELECTRODE AND EXITING COIL}

본 발명은 전자유량계의 필수적인 구성요소인 라이닝이 없이도 관을 통해 흐르는 유체의 유량을 측정할 수 있으면서 동시에 설비의 소손시에도 일부교체가 가능하여 효율적인 관리제어가 가능하도록 개선된 전극과 여자코일이 일체화된 전자유량계에 관한 것이다.

일반적으로, 전자유량계는 비전도성 물질인 스테인레스 스틸 튜브를 내장하고, 튜브의 외면에는 2개의 전자기식 코일이 각각 배관을 중심으로 서로 마주보게 배치되어 있는 형태로서, 코일에 전원이 가해지면 관경을 따라 마그네틱 자장이 형성되고 이때 자기장 내부를 전도성의 유체가 통과하게 되면 전극을 통하여 전압이 유도되는데 이러한 유도기전력을 측정하여 증폭과정과 가공과정을 거쳐 정밀한 디지털신호로 나타내게 되며 그 신호에 의해 유량값, 적산값 등을 표시하도록 된 기기를 말한다.

종래의 전자유량계는 도 1의 예시와 같이, 스테인레스 스틸과 같은 비자성체로 형성되고 그 내부에는 절연성 물질로 된 라이닝(12)이 구비되며 유체가 접촉하여 통과하는 측정관(10)과, 상기 측정관(10)의 중심을 기점으로 서로 대향되게 이를 관통하여 배치된 한쌍의 감지전극(20)과, 상기 측정관(10)의 외표면을 감싸도록 설치되는 여자코일(30)과, 상기 여자코일(30)에 전원을 공급하고 상기 감지전극(20)의 신호를 처리 및 지시하는 연산지시부(40)로 구성되어 있다.

그리하여, 여자코일(30)에 여자전류를 인가하여 측정관(10) 내부에 자기장을 형성시킨 상태에서 유체가 관류(유동)하게 되면 패러데이법칙에 의해 유체의 유속에 비례하는 기전력이 발생되고, 이 기전력을 감지전극(20)이 감지하여 연산지시부(40)로 신호를 보내면 이를 증폭하여 측정관(10)의 단면적과 곱하여 일정시간에 걸쳐 적분연산함으로써 그 유량을 산출할 수 있었다.

그런데, 이러한 구조로 된 종래 전자유량계는 기전력을 감지할 때에 측정관(10)이 도체일 경우 기전력의 일부가 측정관(10)으로 흘러 감지전극(20)을 통한 측정량의 커다란 오차를 유발시키는 단점이 생기게 되며, 이를 방지하기 위해서는 반드시 상기와 같은 절연부재인 라이닝(12)이 반드시 요구되어 구조의 복잡성은 물론 라이닝(12)의 존재에 따른 부차적인 문제가 수반되었다.

즉, 라이닝(12)은 금속재인 측정관(10)과 온도 팽창율이 서로 달라 유체 또는 외기의 온도변화에 의한 수축, 팽창으로 쉽게 균열되거나 측정관(10)의 벽체로부터 분리되는 문제와; 파손된 라이닝(12)의 틈새를 통해 신호 기전력이 누수되게 되면 전술한 바와 같은 측정오차를 유발시키는 문제 및 그 재질이 경질고무나 합성수지재이므로 강도가 약하여 운반 및 취급상의 난점, 사용시 유체내에 함유된 고형물과의 마찰에 의한 마모로 사용수명이 단축되는 문제 및 이를 교체하기 위해서는 라이닝(12)만의 교체가 불가능하여 측정관(10) 전체를 교체하여야 하는 단점이 있었다.

또한, 여자코일(30)의 경우에는 측정관(10)의 외부에 설치되어야 하므로 자력선이 측정관(10)의 벽을 통과하여 자기장을 형성하게 되고, 이로 인해 측정관(10)의 재질이 자성체일 경우에는 자력선이 측정관(10)에 흡수되어버려 자장의 왜곡이 유발되는 단점이 있으므로 불가피하게 스테인레스 스틸 혹은 알루미늄과 같은 비자성체 재질로만 한정되게 되어 그 활용범위가 매우 국한되게 되는 단점이 있었다.

아울러, 유체 내에 스케일과 같은 절연성 이물질이 감지전극(20)을 오염시키게 되면 신호 기전력이 약하게 되어 오차발생의 원인이 되므로 이를 제거, 청소하기 위하여서는 반드시 배관에서 측정관(10)을 분리하여야 하는 단점이 있었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술이 갖는 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출한 것으로, 자성체나 혹은 비자성체에 상관없이 모두 측정관의 재질로 사용할 수 있도록 하여 그 활용범위를 극대화시킴은 물론 라이닝을 없애 수명의 단축을 막고, 내부 구성품의 소손시 그 일부만을 신속하고 용이하게 교체할 수 있도록 하여 그 활용가치를 고양시킨 개선된 구조의 라이닝이 없고 전극과 여자코일이 일체화된 전자유량계를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 상기한 목적은 배관과 연결고정될 수 있도록 배관연결플랜지를 갖고 유로가 형성된 측정관과; 상기 측정관의 유로와 직교되는 방향으로 상기 유로와 연통되며 그 외측단에는 유니트연결플랜지가 형성된 센서유니트결합구와; 관류되는 유체에 자장을 형성하는 여자코일 및 자장내에서 유동되는 유체에 의해 유발된 신호기전력을 감지하는 감지전극이 내장된 채 상기 센서유니트결합구에 장탈착가능하게 삽설되는 센서유니트와; 상기 센서유니트의 여자코일 및 감지전극과 전기적으로 연결되어 이들에 전원공급함과 동시에 신호기전력을 수신받아 유량을 계산하는 연산지시부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전극과 여자코일이 일체화된 전자유량계를 제공함에 의해 달성된다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 전자유량계의 설치상태를 보인 측단면도이고, 도 3은 도 2의 A-A선을 따라 절취한 단면도이다.

도 2 및 도 3에 따르면, 측정관(100)이 구비되고, 상기 측정관(100)의 서로 마주보는 방향으로 배관연결플랜지(130)가 형성되며, 상기 배관연결플랜지(130)는 배관(미도시)에 구비된 플랜지(미도시)와 결합되어 상기 측정관(100)과 배관과의 연결관계를 유지시키게 된다.

상기 배관연결플랜지(130)와 직교되는 방향으로 한쌍의 유니트연결플랜지(220)가 형성되고, 상기 유니트연결플랜지(220)의 내경에는 센서유니트결합구(110)가 형성된다.

상기 센서유니트결합구(110)에는 센서유니트(200)가 삽입고정되는 바, 상기 센서유니트(200)는 고정플랜지(230)상에 결합되어 일체화된 상태이다.

여기에서, 상기 유니트연결플랜지(220)와 고정플랜지(230)는 볼트에 의해 체결됨이 바람직하다.

상기 측정관(100)의 외주면에는 그로부터 연장된 지지대(140)에 의해 지지되는 정션박스(210)가 구비된다.

상기 정션박스(210)는 센서유니트(200)에 연결된 여자전원과 유량신호의 통로가 되는 리드선들이 집결되고 분배되는 장소로서, 이러한 리드선들이 결선되는 단자대가 구비된 부재이다.

상기 정션박스(210)를 통해 배선된 리드선들은 연산지시부(300)와 연결된다.

상기 연산지시부(300)는 별체로 구비된 후 상기 리드선들과 연결될 수 있으나 상기 정션박스(210)의 상단면이나 혹은 측정관(100)의 외주면 일측에 분리가능하게 고정됨이 바람직하다.

센서유니트(200)는 도 4의 도시와 같이, 일측에 고정플랜지(230)를 갖는 하우징(250)과, 상기 하우징(250) 내부에 권취배설되는 여자코일(260)과, 상기 하우징(150)의 선단면에 직경방향으로 배치된 한쌍의 감지전극(270)을 포함하여 구성된다.

하우징(250)은 내부가 중공된 원통형상의 부재로서 절연성을 갖도록 하기 위해 합성수지재로 형성됨이 바람직하다.

여자코일(260)은 상술한 연산지시부(300)와 전기적으로 연결되면서 솔레노이드형태로 배설된다.

감지전극(270)은 상기 하우징(250)의 선단면을 관통하여 그 일부가 노출되도록 배치되되 상기 하우징(250)의 직경방향으로 서로 떨어져 배치됨이 바람직하다.

아울러, 상기 하우징(250)의 중공된 내부는 상기 여자코일(260) 및 감지전극(270)이 설치된 후 에폭시수지와 같은 절연성물질(280)로 완전하게 충전시킨 다음 고형화시킴이 특히 바람직하다.

이러한 구성으로 이루어진 본 발명의 작동관계는 상술한 도면 및 도 5를 참고하여 설명하면 다음과 같다.

즉, 연산지시부(300)로부터 전원을 공급받아 대면한 센서유니트(200)의 여자코일(260)이 여자되게 되면 도 5에서와 같은 자기력선을 갖는 자기장을 발생시키게 된다.

이때, 측정관(100) 내부를 도체인 유체가 유동하게 되면 패러데이의 법칙에 의해 유속에 비례하는 유도기전력이 유체 내에 발생되고, 이 기전력은 센서유니트(200)의 선단면에 설치된 감지전극(270)에 의해 감지되어 정션박스(210)를 통해 연산지시부(300)로 전달된다.

상기 연산지시부(300)에서는 수신된 신호기전력을 내장된 마이크로프로세서와 같은 컴퓨터에 의해 그 기억장소에 저장되어 있던 자속밀도, 단면적 등의 정보를 가지고 시간에 대하여 적분 연산함으로써 일정시간동안 측정관(100)을 관류한 유체의 유량을 측정할 수 있게 된다.

이를 간략히 수식적으로 살펴보자면,

자속밀도 B의 자계중에 반지름 d인 측정관을 관축방향이 자계와 직교하도록 자계와 흐름의 방향에 각각 직각이 되도록 관벽에 설치된 1대의 서로 마주 본 전극간에 전압이 발생하게 된다.

즉,

E = k B dv [V]

여기서, k는 자계조건에 의존하는 검출기의 고유정수이다.

이때, 유량을 Q 라 하면,

그러므로,

따라서, 유량(Q)은 와 같이 구할 수 있게 된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 다음과 같은 작용효과를 제공한다.

첫째, 측정관에 라이닝이 원리적으로 필요없게 되어 라이닝으로 인한 문제점이 근원적으로 해소된다.

둘째, 측정관을 측정 유체의 부식, 마모로부터 보호하기 위해 라이닝을 추가할 수 있으며, 그 경우 라이닝과 계측과는 무관하여 라이닝이 손상되어도 계측정도에는 영향이 없다.

세째, 여자코일을 측정관 내에 위치시켜 자장이 측정관의 영향을 받지 않도록 함으로써 측정관의 재질 선택에 있어 자성체, 비자성체의 제한이 없게 되어 제조가 용이하고 경제적인 잇점이 있다.

네째, 전극이 오염되거나 마모될 경우 측정관 전체를 교체할 필요없이 단순히 센서유니트만 분해하여 청소하거나 교체가 용이하여 유지관리가 우수하다.

도 1은 종래 기술에 따른 전자유량계의 일예를 보인 일부 절개 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 전자유량계의 설치상태를 보인 측단면도,

도 3은 도 2의 A-A선을 따라 절취한 단면도,

도 4는 본 발명에 따른 전자유량계를 구성하는 센서유니트의 단면도,

도 5는 본 발명에 따른 전자유량계의 작동상태를 보인 개략적인 모식도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 측정관 110 : 센서유니트결합구

130 : 배관연결플랜지 200 : 센서유니트

210 : 정션박스 220 : 유니트연결플랜지

230 : 고정플랜지 250 : 하우징

260 : 여자코일 270 : 감지전극

300 : 연산지시부

Claims (2)

1. 배관과 연결고정될 수 있도록 배관연결플랜지(130)를 갖고 유로가 형성된 라이닝이 없는 측정관(100)과;

   상기 측정관(100)의 유로와 직교되는 방향으로 상기 유로와 연통되며 그 외측단에는 유니트연결플랜지(220)가 형성된 센서유니트결합구(110)와;

   여자코일(260) 및 자장내에서 유동되는 유체에 의해 유발된 신호기전력을 감지하도록 상기 센서유니트결합구(110)에 장착되는 원통형상의 하우징(250)과;

   상기 하우징(250)에 내장되고 상기 연산지시부(300)와 교신가능하게 설치된 솔레노이드형태의 여자코일(260)과;

   상기 하우징(250)의 선단면을 관통하여 일부노출되게 그 직경방향으로 배치되며 상기 연산지시부(300)와 전기적으로 연결되어 교신가능하게 설치된 한쌍의 감지전극(270)과;

   상기 여자코일(260) 및 감지전극(270)을 제외한 상기 하우징(250)의 내부 공간상에 충전되는 절연성물질(280)과;

   상기 센서유니트(200)의 여자코일(260) 및 감지전극(270)과 전기적으로 연결되어 이들에 전원공급함과 동시에 신호기전력을 수신받아 유량을 계산하는 연산지시부(300)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 라이닝이 없고 전극과 여자코일이 일체화된 전자유량계.
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