KR100486416B1 - 고분해능 미소측정유량계 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유량계의 하우징 외부에 설치된 자기감응소자가 회전터빈에 설치된 다수 자석의 자기장을 감지하여 회전터빈의 회전수를 인지함으로써 유체흐름의 양을 측정할 수 있도록 한 유량계에 관한 것으로써, 본 발명에 의한 고분해능 미소측정유량계는 무게는 감소하되 회전률은 향상시킨 회전터빈을 이용하므로 유체의 흐름에 따른 저항을 적게 받아 유량계의 안정성을 향상시킬 수 있다. 또한, 유입공을 하우징의 중심에서 편측으로 설계함으로써 유입공을 통과한 유체가 톱니형상의 날개끝단에 집중되도록 하여 완벽한 에너지 전달이 이루어질 수 있도록 설계되어 있어서 회전터빈의 회전력이 향상되어 소량의 유체 측정이 가능함과 동시에, 유량의 에너지 손실이 적어 정확한 양의 유체를 측정할 수 있는 이점이 있다. 또한, 회전터빈에 장착된 자석은 회전축을 중심으로 연결되는 지지대의 최외각쪽에 설치됨으로써 원심력을 유발하게되어 회전터빈의 밸런스를 유지하는 역할을 하게된다.

Description

고분해능 미소측정유량계{Micro turbine flowmeter having high analysis power}

본 발명은 유체류를 원하는 목적지까지 공급하는 장치가 요구되는 분야에 있어서, 그 공급된 유량의 정보 또는 단위 생산설비에 흐르는 유체의 양을 측정하고, 이로부터 출력되는 신호를 감지 및 모니터링하여 단위 공정관리 및 생산관리의 효율성을 향상시키도록 한 유량계에 관한 것으로써, 특히 자석이 장착된 회전터빈으로부터 발생되는 유체의 자장변화를 복수 개의 감응센서를 이용하여 측정함으로써 적은 양의 유체흐름도 측정이 용이하도록 한 고분해능 미소측정유량계에 관한 것이다.

일반적으로 유량계는 반도체 등의 전기전자 부품과, 항공 우주산업, 오일 정제, 화학 플랜트산업 등의 각종 첨단산업에 있어서, 고순도를 요하는 초순수, 가스, 원유, 화학 약품 등의 유체류가 끊임없이 공급되는 공정 중에, 시간 경과에 따라 공급된 유체량을 수시로 측정하여 현재 진행중인 공정이 타 공정에 미치는 영향을 분석 및 관리하는 지표로 활용되도록 하는 것으로써, 이는 현대산업 생산설비에 있어서 매우 중요한 부분을 차지하는 분야 중 하나이다.

유량계는 대체로 그 측정원리와 기능, 성능에 의한 분류 또는 피측정유체 자체 에너지의 이용여부에 의한 분류 등 다양한 분류방법에 의해 구분되는 바, 이와 같은 유량계를 유체 자체 에너지를 이용하는 분류방법에 의해 분류해보면 용적, 면적, 차압, 터빈, 와류제어 유량계 등으로 구분되며, 외부의 에너지원에 따라 분류해보면 초음파, 전자 및 질량 유량계 등으로 구분할 수 있다.

이러한 다양한 유량계 중 회전형 터빈을 내부에 장착하여 유체의 흐름을 운동에너지로 변환하여 측정하는 방식의 유량계가 있다.

그러나, 종래의 터빈 방식의 유량계는 터빈의 무게가 무거워 다량의 유체가 흐르면 축을 통한 터빈의 중심을 잡기가 곤란할 뿐만 아니라, 유체의 흐름에 따른 저항률이 매우 커 소량의 유체를 측정하기 어려운 단점이 있었다. 또한, 유체의 급격한 압력변동에 의한 충격에 약하여 유체측정시 피측정 유량의 변화량이 매우 커지는 경우 고장발생률이 높아지는 문제점이 있었다.

또한, 하우징과 이 하우징의 상부를 커버하는 캡 사이에는 미세한 공간이 생길 수 있어 이는 유량계 작동 중에 유체가 외부로 유출되어 측정값에 오차가 발생하거나 측정감도가 저하되는 주요 원인이 되었다.

따라서, 본 발명은 이 같은 종래의 유량계가 내포하고 있는 여러 가지 문제점을 개선하기 위하여 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 터빈의 무게는 최소화하되 회전율은 향상시킴으로써 터빈에 가해지는 유체의 압력을 최소화시켜 안정성을 향상시키고, 적은 양의 유체흐름도 측정이 용이하도록 함과 동시에, 하우징과 캡의 결합부분을 완전 밀폐시킴으로써 유체의 외부 유출을 방지하도록 한 고분해능 미소측정유량계를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고분해능 미소측정유량계는, 좌우측에 유체의 유입 및 배출이 이루어지도록 유입공 및 유출공이 형성되고, 내부에는 축 지지홈이 형성된 일정 공간이 형성된 하우징; 내부에 소정 깊이의 센서 삽입부가 형성된 결합부가 하방으로 형성되되, 상기 결합부 하단 둘레에는 유체의 유출을 방지하도록 오링이 설치되고, 상기 결합부 하부 중심에는 축 지지홈이 형성된 중간 캡; 상기 중간 캡 상부에 결합되되, 하부에는 상기 중간 캡의 센서부 삽입부에 삽입되도록 센서부가 형성되고, 상기 센서부 하단에는 자장변화를 감지하도록 적어도 하나 이상의 감응센서가 장착되며, 상부에는 전기라인이 구비된 전원 연결부가 형성된 상부 캡; 및 둘레가 톱니형상의 날개로 형성되고, 중심부에는 상기 하우징의 축 지지홈 및 중간 캡의 축 지지홈에 삽입 지지되는 회전축이 형성되되, 상기 회전축과 날개 사이에는 유체흐름의 저항을 최소화하도록 사이사이에 공간을 형성하는 유선형상의 지지대가 형성되고, 상기 지지대 단부에 돌출 형성된 자석 삽입부에는 자석 삽입홈이 형성되어 적어도 하나 이상의 자석이 삽입되는 회전터빈을 포함 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 자석은 원심력을 유발하여 회전터빈의 밸런스를 유지하도록 회전축을 중심으로 연결되는 지지대의 최외곽쪽에 설치된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유입공 및 유출공은 하우징내 중심부쪽으로 테이퍼지게 형성된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 의한 미소측정유량계의 사시도, 도 2는 도 1의 A-A선 단면도, 도 3은 본 발명의 미소측정유량계의 회전터빈을 나타낸 사시도, 도 4는 도 3의 B-B선 단면도, 도 5는 본 발명에 구성된 센서의 자기장 감지 파형도이다.

도 1 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명에 의한 유량계는 크게 유로 역할을 하도록 내부에 소정 직경과 깊이의 공간(23)을 갖는 하우징(20)을 구성하되, 상기 하우징(20)의 좌우 측면에는 유체의 유입과 배출이 이루어지도록 밸브 형태의 유입공(21) 및 배출공(22)이 형성되고, 상부에는 공간(23)을 외부와 밀폐 차단하도록 하방으로 결합부(31)가 형성된 중간 캡(30)이 결합되고, 상기 중간 캡(30) 상부에는 내부에 센서 및 전기라인(도시생략)이 구비된 상부 캡(40)이 결합되며, 상기 공간(23)에는 유체의 흐름을 측정하도록 원반형의 회전터빈(10)이 장착되는 구조를 갖는다.

상기 회전터빈(10)은 그 둘레부가 공간(23) 내주면에 접촉 회전되어 마찰이 발생되는 것을 방지하도록 공간(23)에 비해 약간 작은 직경으로 형성되며, 원형으로 형성된 외곽 둘레는 톱니 형상의 날개(11)가 형성된다.

또한, 상기 날개(11)의 내측부에는 소정 길이의 돌출부(12) 및 회전축(13)이 돌출부(12)를 매개로 형성되되, 상기 돌출부(12)와 날개(11) 사이에는 다수 개(도면상에는 3개)의 지지대(18)가 연결되는 형태로 형성된다. 이때, 상기 지지대(18)는 회전터빈(10)의 회전시 유체의 흐름에 따른 저항을 최소화하도록 유선형으로 형성되는 것이 바람직하다.

따라서, 회전터빈(10)을 전체적으로 밀폐시키는 것이 아니라 지지대(18) 사이는 일정 공간으로 남겨두어 무게가 감소되도록 함으로써 적은 양의 유체에 의해서도 회전터빈(10)에 적절한 회전력이 전달될 수 있고, 회전축(13)을 통한 회전터빈(10)의 중심균형을 유지하기도 용이해진다.

한편, 상기 지지대(18)의 날개쪽 부분에는 상측으로 자석 삽입부(14)가 돌출 형성되고, 상기 자석 삽입부(14) 상면에는 소정 깊이의 자석 삽입홈(15)이 형성되어 이를 통해 자석(16)이 삽입 고정되며, 삽입된 자석(16) 위에는 외부 유체로부터 자석(16)을 보호하도록 자석캡(17)이 씌워진다.

이때, 상기 자석(16)은 원심력을 유발하여 회전터빈(10)의 밸런스를 유지하도록 회전축(13)을 중심으로 연결되는 지지대(18)의 최외각쪽에 설치된다.

또한, 상기 자석(16)은 회전터빈(10)의 회전수를 측정하여 유량계에 유입된 유체흐름의 양을 측정하기 위한 것으로, 회전터빈(10)의 회전수에 따라 발생되는 자장의 변화는 후술하는 상부캡(40)의 감응센서에 의해 감지되어 수시로 유체흐름의 양을 확인할 수 있도록 한다.

한편, 유체의 입출이 이루어지는 통로임과 동시에 회전터빈(10)이 장착되는 하우징(20)내 공간(23) 중심부 양측에는 축 지지홈(24)이 형성되어 회전터빈(10)의 회전축(13)이 삽입 지지된 상태로 공간(23)에 장착되도록 한다.

상기 하우징(20) 일측면에 형성된 유입공(21) 및 타측면에 형성된 배출공(22)은 밸브형태로 형성되되, 회전터빈(10)에 가해지는 유체흐름에 따른 압력을 최소화하도록 하우징(20)내 중심부 쪽으로 갈수록 직경이 작아지는 형태를 갖는 것이 바람직하다.

또한, 상기 유입공(21) 및 배출공(22)은 하우징(20)의 중심에서 편측으로 배치되고, 특히 상기 유입공(21)은 소정 테이퍼지도록 형성되어 유입공(21)을 통해 유입된 유체가 톱니형상의 날개(11) 단부에 집중되도록 하여 회전터빈(10)의 회전력이 향상되도록 하는 것이 바람직하다.

한편, 유체의 유출을 방지함과 동시에 회전터빈(10)의 탈기를 방지하도록 하우징(20) 상부의 결합부(31)를 통해 결합되는 중간 캡(30)은 상부 소정 부위에 원형 형상의 센서부 삽입부(33)가 형성된다.

또한, 상기 결합부(31) 하단 둘레에는 오링(32)을 설치하여 회전터빈(10)을 통과한 유체가 중간 캡(30)과 하우징(20) 사이의 미세한 공간을 통해 외부로 유출되는 것을 방지한다.

한편, 상기 중간 캡(30)의 상부에는 회전터빈(10)을 통과하는 유체흐름의 양을 측정하여 별도의 처리장치(도시생략)로 전송하도록 감응센서(43)가 설치된 센서부(42) 및 전원 연결부(44)가 장착된 상부 캡(40)이 다수 개의 결합볼트(41)에 의해 하우징(20)에 결합되며, 상기 센서부(42)는 중간 캡(30)의 센서 삽입부(33)에 삽입 결합된다.

따라서, 상기 센서부(42)에 내재된 감응센서(43)가 회전터빈(10)의 상부에 위치되어 자석(16)에 의해 발생된 자력을 감지하는 방식으로 회전터빈(10)의 회전수를 감지하는 것이다.

이때, 상기 감응센서(43)는 복수 개가 설치되며, 예를 들어 도 5에 도시한 바와 같이 3개의 감응센서가 설치된 경우 자장의 변화가 각각의 감응센서1, 감응센서2, 감응센서3에 의해 감지된 후 이를 합산하므로 측정된 유량의 감지값이 정밀해지는 것이다.

미설명부호(25)는 본 미소측정유량계를 외부에 고정시킬 수 있도록 하우징(20) 하단 일측에 통공이 형성된 고정고리(25)이다.

이와 같은 구성을 갖는 고분해능 미소측정유량계의 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 회전터빈(10)의 회전축(13) 일단을 하우징(20)의 공간(23)에 형성된 축 지지홈(24)에 삽입하여 하우징(20)에 장착하고, 그 위에 회전축(13) 타단이 중간 캡(30) 결합부(31)의 또 다른 축 지지홈(34)에 삽입되도록 하여 중간 캡(30)의 결합부(31)와 하우징의 공간(23)을 밀폐 결합시키고, 상부 캡(40) 하부의 센서부(42)를 중간 캡(30)의 센서 삽입부(33)에 삽입한 후 결합볼트(41)를 이용하여 하우징(20), 중간 캡(30), 상부 캡(40)을 일체로 고정시킨다.

이후, 하우징(20) 일측면에 형성된 유입공(21)을 통해 유체가 공급되어 공간(23)으로 유입되면서 회전터빈(10)의 날개(11)에 직접 부딪힘으로써 회전터빈(10)이 회전하게 된다.

이 같이 유입된 유체는 회전터빈(10)의 유선형 지지대(18)를 거쳐 유입공(21) 맞은편에 형성된 배출공(22)을 통해 배출되며, 이때 상기 배출공(22)의 직경은 유입공(21)에 비해 넓게 형성되어 다량의 유체가 유입되는 경우에도 용이하게 배출되도록 한다.

회전터빈(10)이 회전할 때 지지대(18)의 자석 삽입홈(15)에 설치된 자석(16)도 함께 회전하게 되며, 자석(16)으로부터 발생된 자력은 복수 개의 감응센서(43)에 의해 감지되어(자장의 변화) 그 감지 값이 연결부(44)의 전기라인(도시생략)을 통해 별도의 처리장치(도시생략)로 전송되어 처리됨으로써 사용자가 확인할 수 있는 것이다.

상술한 본 발명은 특정한 실시예를 들어 설명하였으나 본 발명은 이에 한정하는 것은 아니며 본 발명의 기본적 사상의 범주 내에서는 수정 및 변형 실시가 가능하다.

예를 들어, 본 발명의 실시예에서는 회전터빈(10)의 둘레부를 톱니형으로 하였지만, 센서의 감도 및 온도규격 등에 따라 사각형, 삼각형, 원형 등으로 다양하게 제작이 가능하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 고분해능 미소측정유량계에 따르면, 유선형의 지지대를 구성하여 무게를 최소화하고, 유체의 흐름에 따른 저항을 감소시켜 안정성을 향상시킴과 동시에, 유입공을 하우징의 중심에서 편측으로 설계함으로써 유입공을 통과한 유체가 톱니형상의 날개끝단에 집중되도록 하여 완벽한 에너지 전달이 이루어질 수 있도록 설계되어 있어서 회전터빈의 회전력이 향상되어 소량의 유체 측정이 가능함과 동시에, 유량의 에너지 손실이 적어 정확한 양의 유체를 측정할 수 있는 이점이 있다.

또한, 회전터빈에 장착된 자석은 회전축을 중심으로 연결되는 지지대의 최외각쪽에 설치됨으로써 원심력을 유발하게되어 회전터빈의 밸런스를 유지하는 역할을 하게된다.

또한, 중간 캡의 결합부 하단 둘레에는 오링을 형성하여 유체의 외부 유출을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 미소측정유량계의 사시도.

도 2는 도 1의 A-A선 단면도.

도 3은 본 발명의 미소측정유량계의 회전터빈을 나타낸 사시도.

도 4는 도 3의 B-B선 단면도.

도 5는 본 발명에 구성된 감응센서의 자기장 감지 파형도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 ; 회전터빈 11 ; 날개

12 ; 돌출부 13 ; 회전축

14 ; 자석 삽입부 15 ; 자석 삽입홈

16 ; 자석 17 ; 자석캡

18 ; 지지대 20 ; 하우징

21 ; 유입공 22 ; 배출공

23 ; 공간 24 ; 축 지지홈

25 ; 고정고리 30 ; 중간 캡

31 ; 결합부 32 ; 오링

33 ; 센서부 삽입부 34 ; 축 지지홈

40 ; 상부 캡 41 ; 결합볼트

42 ; 센서부 43 ; 감응센서

44 ; 전원 연결부

Claims (3)

1. 좌우측에 유체의 유입 및 배출이 이루어지도록 유입공(21) 및 유출공(22)이 형성되고, 내부에는 축 지지홈(24)이 형성된 일정 공간(23)이 형성된 하우징(20);

   내부에 소정 깊이의 센서 삽입부(33)가 형성된 결합부(31)가 하방으로 형성되되, 상기 결합부(31) 하단 둘레에는 유체의 유출을 방지하도록 오링(32)이 설치되고, 상기 결합부(31) 하부 중심에는 축 지지홈(34)이 형성된 중간 캡(30);

   상기 중간 캡(30) 상부에 결합되되, 하부에는 상기 중간 캡(30)의 센서부 삽입부(33)에 삽입되도록 센서부(42)가 형성되고, 상기 센서부(42) 하단에는 자장변화를 감지하도록 적어도 하나 이상의 감응센서(43)가 장착되며, 상부에는 전기라인이 구비된 전원 연결부(44)가 형성된 상부 캡(40); 및

   둘레가 톱니형상의 날개(11)로 형성되고, 중심부에는 상기 하우징(20)의 축 지지홈(24) 및 중간 캡(30)의 축 지지홈(34)에 삽입 지지되는 회전축(13)이 형성되되, 상기 회전축(13)과 날개(11) 사이에는 유체흐름의 저항을 최소화하도록 사이사이에 공간을 형성하는 유선형상의 지지대(18)가 형성되고, 상기 지지대(18) 단부에 돌출 형성된 자석 삽입부(14)에는 자석 삽입홈(15)이 형성되어 적어도 하나 이상의 자석(16)이 삽입되는 회전터빈(10)을 포함 구성되는 것을 특징으로 하는 고분해능 미소측정유량계.
2. 제1항에 있어서, 상기 자석(16)은 원심력을 유발하여 회전터빈(10)의 밸런스를 유지하도록 회전축(13)을 중심으로 연결되는 지지대(18)의 최외곽쪽에 설치된 것을 특징으로 하는 고분해능 미소측정유량계.
3. 제1항에 있어서, 상기 유입공(21) 및 유출공(22)은 하우징(20)내 중심부쪽으로 테이퍼지게 형성된 것을 특징으로 하는 고분해능 미소측정유량계.