KR100481812B1 - 적산 계량장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 적산 계량장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기존의 적산 계량장치의 구조를 개조하지 않고 회전체와 고정체 간에 발생하는 정전 용량 변화를 이용하여 숫자 휠의 회전수를 검출하는 적산 계량장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 적산 계량장치는 공급물의 사용에 따라 회전하는 회전축과, 상기 회전축의 출력을 전달하는 기어부와, 상기 기어부에 치합되어 회전하는 숫자 휠로 구성된 표시부를 포함하는 통상의 적산계량장치에 있어서, 상기 공지된 기어부의 측정기어 일측 평면의 일 부분에 금속박막이 더 형성되고, 상기 측정 기어의 대향 면에는 상기 금속박막과 쌍을 이루는 대응 금속박막을 포함하는 대향 전극이 더 구비되어, 상기 측정 기어가 회전하는 경우, 상기 측정 기어의 금속박막과 상기 대향 전극 간의 정전 용량 변화에 따른 펄스열을 출력하고, 출력된 상기 펄스열로부터 상기 숫자 휠의 회전수를 산출하며 산출된 회전수 데이터를 적산하여 저장하고, 외부로부터 공급물 사용량 출력요구 신호가 입력되는 경우 저장된 회전수 적산 데이터를 외부로 전송하는 회전수 검출 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

적산 계량장치{Integration measuring system}

본 발명은 적산 계량장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 회전체와 고정체 간에 발생하는 정전용량의 변화를 이용하여 숫자 휠의 회전수를 검출하는 적산 계량장치에 관한 것이다.

종래에는 전기, 가스, 수도 등의 적산 계량기를 검침하기 위해서 검침원이 일정한 시간 또는 주기마다 가입자의 사용량을 육안으로 확인하여 수기로 기록한 후 기록된 수치를 지난 달 수치로 차감하여 뽑아낸 수치가 적산량에 대한 요율표에 의하여 청구서로 발행되었다. 이로 인해 검침 과정에서 많은 인력 비용과 검침원의 수기 오류, 빈집 및 검침거부 등의 문제가 발생할 뿐만 아니라 검침 센터에서도 역시 데이터를 컴퓨터에 입력 정산을 하기 위해 많은 인력과 비용을 필요로 했다.

이러한 수동 방식의 검침의 문제점을 해결하기 위해 계량기의 사용량을 검침원이 직접 검침하지 않고 자동 검침기기를 이용하여 검침하는 이른바 원격 검침 기술들이 여러 가지 형태로 제안된 바 있다.

이와 같은 종래의 원격 검침장치는 크게 수치가 기록된 휠의 구조를 바꾸어 많은 센서부재를 장착하여 검침수치를 기록하는 직독식과 매순간 변화하는 물리량과 전기량을 전기적 펄스로 변환하기 위해 아날로그 및 디지털 회로가 구비된 센서를 계량기의 회전판이나 회전 드럼 등의 회전부재 및 계기본체에 포토센서, 자기센서, 홀(Hall) 센서 등 여러 종류의 센서를 장착하여 수치를 축적하여 두었다가 검침 요구 시 자동으로 적산 데이터를 전송하는 AMR(Automatic Meter Reading)와 계량기 계기판의 수치를 카메라나 이미지 센서 등과 같은 화상 인식 광센서를 이용하여 시각적으로 직접 판독하는 화상인식을 이용한 원격 검침장치로 분류할 수 있다.

그러나 상기와 같은 직독식이나 적산 데이터를 전송하는 방식의 경우에 있어서는 기 설치된 계량기의 구조 전체를 변경하거나 교체해야 하므로 원격 검침을 실제로 적용하는데 비용이 많이 들고, 서로 다른 특성의 계량기를 통합하여 검침하기 어려운 문제점이 있었다. 그리고 화상인식을 이용한 원격 검침장치는 계기판 위에 이미지 센서 등을 부착하는 경우 계기판이 가려져 육안에 의한 수동 검침이 어렵고, 프리즘 등을 이용하는 경우에는 광 경로를 정확하게 설정하기 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명은 기존의 적산 계량장치의 구조를 개조하지 않고 회전체와 고정체 간에 발생하는 정전용량의 변화를 이용하여 공급물의 사용량에 대한 수동검침과 원격검침을 겸용할 수 있으며 적산 계량장치의 제조비용을 절감할 수 있는 적산 계량장치를 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른 적산 계량장치는 공급물의 사용에 따라 회전하는 회전축과, 상기 회전축의 출력을 전달하는 기어부와, 상기 기어부에 치합되어 회전하는 숫자 휠로 구성된 표시부를 포함하는 통상의 적산계량장치에 있어서, 상기 공지된 기어부의 측정기어 일측 평면의 일 부분에 금속박막이 더 형성되고, 상기 측정 기어의 대향 면에는 상기 금속박막과 쌍을 이루는 대응 금속박막을 포함하는 대향 전극이 더 구비되어, 상기 측정 기어가 회전하는 경우, 상기 측정 기어의 금속박막과 상기 대향 전극 간의 정전 용량 변화에 따른 펄스열을 출력하고, 출력된 상기 펄스열로부터 상기 숫자 휠의 회전수를 산출하며 산출된 회전수 데이터를 적산하여 저장하고, 외부로부터 공급물 사용량 출력요구 신호가 입력되는 경우 저장된 회전수 적산 데이터를 외부로 전송하는 회전수 검출 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

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본 발명의 이와 같은 양상은 첨부된 도면을 참조하여 후술하는 바람직한 실시예를 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명을 이러한 실시예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 적산 계량장치를 개략적으로 도시한 분해 사시도이다. 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 적산 계량장치(100)는 공급물의 사용에 따라 회전하는 회전축과, 상기 회전축의 출력을 전달하며 공급물의 사용을 측정하는 측정기어를 포함하는 기어부 및 상기 기어부에 치합되어 회전하는 여러 개의 숫자 휠을 포함하는 표시부를 포함하는 것으로, 종래 적산 계량장치의 구조 변경 없이 각종 센서를 이용하지 않고 숫자 휠의 회전수를 적산하는 새로운 방식이라 할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 적산 계량장치(100)는 상기와 같은 구성에 대하여 숫자 휠(21)의 회전수를 검출하기 위해 금속박막 간의 정전용량의 변화를 이용한 것으로, 상기 공지된 기어부의 측정 기어(11) 일측 평면의 일 부분에 금속박막(11a)이 더 형성되고, 상기 측정 기어(11)의 대향 면에는 상기 금속박막(11a)과 쌍을 이루는 대응 금속박막(31a)을 포함하는 대향 전극(31)이 더 구비되어 있다.

즉 상기 금속박막(11a)은 상기 기어부를 구성하는 측정 기어(11)의 저면에 서로 대칭되게 일체로 형성되어 있으며, 이들 금속박막(11a)은 상기 측정 기어(11)에 형성된 축공의 외주 또는 내주를 따라 가는 선의 금속막을 통하여 서로 연결되어 있다. 그리고 상기 대향 전극(31)은 상기 측정 기어(11)의 축이 삽입되는 삽입 홈이 형성된 지지부(30)의 상측에 고정되며, 그 상면으로 상기 측정 기어(11)의 회전 시 상기 금속박막(11a)과 쌍으로 이루어 정전용량의 변화를 측정하는 2개의 대응 금속박막(31a)이 소정의 간격으로 이격되어 일체로 형성되어 있으며, 상기 대응 금속박막(31a) 각각에는 리드선(미도시)이 연결되어 있다.

상기와 같은 구성에 따라 본 발명에 따른 적산 계량장치에 있어서 측정 기어의 회전에 따라 측정 기어의 금속박막과 대향 전극 사이에서 발생하는 정전용량(이하 "가변커패시터"라 한다)은 리드선을 통해 회전수 검출 모듈로 입력된다.

한편 상기 회전수 검출 모듈(40)은 상기 측정 기어의 금속박막(11a)과 상기 대향 전극(31) 간의 가변커패시터 변화에 따른 펄스열을 출력하고, 출력된 상기 펄스열로부터 상기 숫자 휠(21)의 회전수를 산출하며 산출된 회전수 데이터를 적산하여 저장하고, 외부로부터 공급물 사용량 출력요구 신호가 입력되는 경우 저장된 회전수 적산 데이터를 외부로 전송한다.

즉 상기 회전수 검출 모듈(40)의 회전수 검출 회로는 다양한 방법으로 구성할 수 있으며, 그 일실시예의 일부 회로를 도 2에 도시하였다. 도 2에 도시된 바와 같이 이 회로의 동작원리는 기존의 디램(DRAM) 한 개의 메모리 셀의 동작원리와 유사하여, 가변커패시터(Cs)의 정전용량의 크기를 판별하기 위하여 먼저 비트 라인에 일정한 전압 V₁으로 충전시키면서 워드 라인에 높은 전압의 펄스를 인가하면 패스 트랜지스터(Pass Transistor)가 턴온되고, 이에 따라 가변커패시터(Cs)에 대략 V₁ 전압이 충전된다.

이와 같이 V₁ 전압을 충전한 후 비트 라인에 다시 일정한 전압 V₂로 프리차지(Pre-charge)시키고, 비트 라인을 플로팅(Floating)시킨 후에 워드 라인에 다시 높은 전압의 펄스를 인가하면 상기 패스 트랜지스터가 턴온되고, 이에 따라 비트 라인의 전압은 대략적으로 아래의 식과 같이 나타난다.

이 때, 만일 C_S≫C_bit 인 경우 식(1) 로부터

V_bit≒V₁ -------(2)

이며,

반면에 만일 C_S≪C_bit 인 경우 식(1) 로부터

V_bit≒V₂ -------(3)

이다.

그러므로 상기 측정기어(11)가 회전하면 가변커패시터(Cs)의 정전용량의 크기가 변하면서 V_bit의 값은 V₁과 V₂ 사이의 값을 가지게 된다. 이러한 V _bit가 한 개의 감지 증폭기(Sense Amplifier)의 입력단에 입력되면, 그 감지 증폭기의 출력단에는 "1" 또는 "0"의 디지털 신호가 출력된다.

예를 들면 상술한 바와 같이 가변커패시터(Cs)의 정전용량을 1초에 1회씩 읽기 동작이 이루어지도록 회로를 설계하면 감지 증폭기의 출력단에는 1초에 한번씩 "1" 또는 "0"의 데이터가 출력된다. 만일 도 3a 및 3b에 도시된 바와 같이 상기 측정기어(11)의 회전이 멈추고 정지상태에 있으면 "00000....." 또는 "11111....."의 데이터가 감지 증폭기의 출력단을 통해 출력될 것이다. 그러나 상기 측정기어(11)가 회전하고 있으면 감지 증폭기의 출력단에는 "11...00...11...00..." 등의 데이터가 출력될 것이다.

이와 같이 출력되는 데이터에 있어서 상기 측정기어(11)의 회전 속도가 빠르면 연속하는 "1"의 열의 "1" 데이터의 개수 또는 연속하는 "0"의 열의 "0" 데이터의 개수가 줄어들 것이며, 반대로 회전 속도가 느리면 그 수가 늘어날 것이다. 그러나 어느 경우에든 "1"열이 "0"열로 한번 바뀔 때마다 측정기어(11)가 반 바퀴 회전하였음을 나타낸다. 따라서 감지 증폭기의 출력 데이터를 구성된 논리회로에 입력하게 되면 논리회로의 출력단에는 측정기어가 1회전할 때마다 데이터 "1"이 출력하도록 구성하는 것이 가능하다.

이러한 논리회로는 용이하게 구성할 수 있으며, 아주 다양하게 구성하는 것이 가능하다. 따라서 본 발명은 이에 한정되지 않으며 공지된 커패시턴스 검출 회로 중의 임의의 하나로 확장 가능하다.

상기 회전수 검출 모듈(40)은 상기와 같은 방식에 의해 출력된 펄스열을 이용하여 숫자 휠(21)의 회전수를 산출하게 되고, 이렇게 산출된 회전수 데이터는 적산되어 저장된다. 이와 같이 상기 회전수 검출 모듈(40)은 적산 계량장치의 고유 정보를 저장하는 메모리를 포함하는 하나의 칩으로 구현하는 것도 가능하다.

또한 상기 회전수 검출 모듈(40)은 외부로부터의 공급물 사용량 출력요구 신호가 입력되면 상기 회전수 검출 모듈(40) 내에 저장된 회전수 적산 데이터를 자신의 식별정보와 함께 외부로 전송하게 된다. 즉 상기 회전수 검출 모듈(40) 내에는 외부로부터 원격 검침이 있는 경우 산출된 회전수 적산 데이터를 외부로 전송하는 통신 수단을 포함하며, 별도의 통신 수단, 예를 들면 RF통신 모듈을 통해 외부로 통신하는 것이 가능하다.

이와 같은 구성에 따라 본 발명에 따른 적산 계량장치는 회전체와 고정체 사이에서 발생하는 정전용량의 변화를 이용하여 회전수를 산출하는 것으로, 자기 센서나 광센서를 이용하여 회전수를 카운트하는 종래의 방식에 비하여 제조비용을 절감할 수 있어 경쟁력을 향상시킬 수 있다. 또한 측정 기어에 형성되는 금속 박막 및 이에 대응되는 대향전극을 기존에 사용되는 적산 계량장치에 용이하게 부착시킬 수 있다.그러므로 종래 자기 센서나 광센서를 이용한 종래의 방식과는 달리 기존에 사용되는 계량장치의 구조를 개조하지 않고 금속 박막과 대향 전극 및 회전수 검출 모듈을 부착함으로써, 공급물 사용에 따른 사용량을 확인할 수 있음은 물론 내부 구성을 단순화할 수 있고 제조시간을 단축할 수 있다.

한편 도 4는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 적산 계량장치(100)의 요부를 도시한 것으로, 최하위 숫자 휠(21a)에 금속박막(21b)을 부착하여 회전수를 측정하는 것이다.

본 발명의 구성에 대한 이해를 돕기 위해 계량장치의 숫자판인 표시부를 설명하면 계량장치의 숫자판은 여러 개의 숫자 휠로 구성된다. 숫자 휠(21)은 드럼형상으로 표면에는 0부터 9까지의 숫자가 표시되어 있는 것으로, 일반적으로 상위 및 몇 자리의 숫자 휠만이 사용량을 결정하는데 실질적으로 이용되고 그 보다 하위자리의 숫자 휠들이 표시하는 값들은 사용량 결정시 버려지는 값이 된다. 이러한 숫자 휠(21)은 공급물의 사용량에 비례하여 각기 다른 속도, 즉 최하위 숫자 휠(21a)이 가장 빠른 속도로 회전하고 최상위 숫자 휠이 가장 느리게 회전한다. 하나의 숫자 휠과 그 숫자 휠의 직상위 숫자 휠의 회전속도 비는 10대 1이 된다.

따라서 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 적산 계량장치의 구성은 상술한 숫자 휠의 최하위 숫자 휠(21a) 외주 면의 일 부분에 금속박막(21b)이 대칭되게 더 형성되어 있으며, 상기 표시부의 내측에는 상기 금속박막(21b)과 쌍을 이루는 대응 금속박막을 포함하는 대향전극(51)이 내주 면에 부착되어 상기 최하위 숫자 휠을 감싸는 캡(50)이 더 구비되어 있다.즉 상기 금속박막(21b)은 상기 최하위 숫자 휠(21a)의 외주 또는 내주를 따라 가는 선의 금속막을 통하여 서로 연결되어 있다. 이와 같이 구성된 상기 최하위 숫자 휠(21a)은 일측이 개방된 캡(50) 내부에서 회전하게 된다.

그리고 상기 캡(50)은 최하위 숫자 휠(21a)을 감싸며, 상기 최하위 숫자 휠(21a)의 대향 면인 내주 면에는 최하위 숫자 휠의 회전 시에 상기 금속박막(21b)과 쌍을 이루어 정전용량의 변화를 검출하는 대응 금속박막(51a)이 형성된 대향 전극(51)이 부착되어 있으며, 상기 대응 금속박막(51a) 각각에는 리드선이 연결되어 있다. 그리고 상기 캡(50)은 상기 숫자 휠(21)을 지지하는 표시부(20)의 내측 면에 고정된다.

이와 같은 구성에 따라 본 발명에 따른 적산 계량장치는 공급물을 사용하는 경우 상기 최하위 숫자 휠의 외주 면에 형성된 금속박막이 상기 캡의 내주 면에 형성된 대향 전극 위를 회전하게 되고, 이에 따라 상기 최하위 숫자 휠의 금속박막과 상기 대향 전극 간의 정전 용량 변화에 따라 출력되는 펄스열을 이용하여 숫자 휠의 회전수를 산출하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 적산 계량장치는 기존의 적산 계량장치의 구조를 개조하지 않고 회전체와 고정체 간에 발생하는 정전용량의 변화를 이용하여 회전수를 산출하고, 제조비용을 절감할 수 있어 경쟁력을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

또한 측정 기어의 제작 시 금속박막을 일체화하여 간단하게 제작할 수 있고, 이에 대응하는 대향 전극 역시 용이하게 제작할 수 있으므로, 부품 구성의 단순화와 제조시간을 단축할 수 있으며 공급물의 종류, 예를 들면 가스나 전기 또는 수도 등의 계량장치에도 용이하게 장착하여 사용할 수 있는 장점이 있다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양하고 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형예들을 포함하도록 기술된 특허청구범위에 의해서 해석되어져야 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 적산 계량장치의 분해 사시도.

도 2는 도 1에 도시된 회전수 검출 모듈의 구동을 설명하기 위한 회로도.

도 3a,3b는 도 1에 도시된 적산 계량장치의 평면 작동 상태를 도시한 도면.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 적산 계량장치의 요부를 나타낸 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

11 : 측정 기어

20 : 표시부

21 : 숫자 휠 21a : 최하위 숫자 휠

30 : 지지부

31 : 대향 전극

40 : 회전수 검출 모듈

11a,31a : 금속박막

100 : 적산 계량장치

Claims (2)

1. 공급물의 사용에 따라 회전되는 회전축과, 상기 회전축의 출력을 전달하는 기어부와, 상기 기어부에 치합되어 회전하는 숫자 휠로 구성된 표시부를 포함하는 통상의 계량장치에 있어서,

   상기 공지된 기어부의 측정기어 일측 평면의 일 부분에 금속박막이 더 형성되고, 상기 측정 기어의 대향 면에는 상기 금속박막과 쌍을 이루는 대응 금속박막을 포함하는 대향 전극이 더 구비되어,

   상기 측정 기어가 회전하는 경우, 상기 측정 기어의 금속박막과 상기 대향 전극 간의 정전 용량 변화에 따른 펄스열을 출력하고, 출력된 상기 펄스열로부터 상기 숫자 휠의 회전수를 산출하며 산출된 회전수 데이터를 적산하여 저장하고, 외부로부터 공급물 사용량 출력요구 신호가 입력되는 경우 저장된 회전수 적산 데이터를 외부로 전송하는 회전수 검출 모듈;

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 적산 계량장치.
2. 공급물의 사용에 따라 회전되는 회전축과, 상기 회전축의 출력을 전달하는 기어부와, 상기 기어부에 치합되어 회전하는 숫자 휠로 구성된 표시부를 포함하는 통상의 계량장치에 있어서,

   상기 공지된 숫자 휠의 최하위 숫자 휠 외주 면의 일 부분에 금속박막이 더 형성되고, 상기 표시부 내측에는 상기 금속박막과 쌍을 이루는 대응 금속박막을 포함하는 대향 전극이 내주 면에 부착되어 상기 최하위 숫자 휠을 감싸는 캡이 더 구비되어,

   상기 최하위 숫자 휠이 회전하는 경우, 상기 최하위 숫자 휠의 금속박막과 상기 대향 전극 간의 정전 용량 변화에 따른 펄스열을 출력하고, 출력된 상기 펄스열로부터 상기 숫자 휠의 회전수를 산출하며 산출된 회전수 데이터를 적산하여 저장하고, 외부로부터 공급물 사용량 출력요구 신호가 입력되는 경우 저장된 회전수 적산 데이터를 외부로 전송하는 회전수 검출 모듈;

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 적산 계량장치.