KR100497224B1 - 전력을 적게 소모하는 유량 감지 시스템 - Google Patents

전력을 적게 소모하는 유량 감지 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유량 감지 장치 내의 마그네틱부를 착자시키거나, 모양을 변형시켜 유량 감지 장치 동작시 센서가 하나의 극성만을 감지함으로써 전력의 소모를 줄이는 시스템에 관한 것이다.
이를 실현하기 위해서, 본 발명은 자석, 센서, 임펠러, 중앙 처리 장치, 디스플레이부, 메모리, 배터리, 배터리 감시부, 통신부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 기존의 시스템을 크게 변형하지 않고도 간단하게 마그네틱부의 자석의 형태 또는 자화 구성만을 변경시킴으로써, 전력 소모가 거의 반으로 줄어드는 유량 감지 시스템을 구성할 수 있어, 동일한 배터리를 사용하더라도 사용 시간을 대략 2배 연장시킬 수 있고, 배터리의 사이즈를 1/2 가량 줄이는 것도 가능하여, 유량 감지 시스템의 장비 크기도 줄일 수 있고, 장비의 가격도 저렴해지는 장점이 있다.

Description

전력을 적게 소모하는 유량 감지 시스템{Low Power-Consuming Flow Sensing System}
본 발명은 유량 감지 장치 내의 마그네틱부를 변형시켜 유량 감지시 전력 소모를 줄인 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유량 감지 장치 내의 마그네틱부를 착자시키거나 모양을 변형시켜 유량 감지 장치 동작시 하나의 극성만을 사용하여 전력 소모를 줄이는 유량 감지 시스템에 관한 것이다.
유량 감지 장치는 가정 및 산업용 보일러, 수도 계량기, 정수기, 자동차, 에어컨의 물 배관 등에 사용된다. 또한, 산업용 열량계 뿐만 아니라 중앙 난방 및 지역 난방을 실시하는 아파트나 공동 주택과 같은 집단 거주지의 각 세대에 설치되어 각 세대에서 사용하는 열량을 표시하는 데 사용되는 가정용 열량계 내부의 유체의 흐름의 양을 산출하기 위하여 유량 감지 장치가 사용된다.
도 1은 종래 유량 감지 시스템의 개략적인 블럭 구성도이다.
유량 감지 시스템은 유량 감지 장치(110), 디스플레이부(120), 중앙 처리 장치(130), 메모리(140), 배터리(150), 배터리 감시부(160) 및 통신부(170)를 포함한다.
여기서, 유량 감지 장치(110)는 제 1 센서(112), 제 2 센서(114), 마그네틱부(116) 및 임펠러(118)로 구성된다. 공급관을 통하여 유체가 흐르기 시작하면 임펠러(118)가 회전을 한다. 임펠러(118)가 회전을 하기 시작하면 임펠러(118)와 같은 회전축에 연결되어 있는 마그네틱부(116)도 회전한다. 마그네틱부(116)가 회전함에 따라 제 1 센서(112) 및 제 2 센서(114)는 마그네틱부(116)의 극 변화를 감지하게 되고, 감지된 결과를 중앙 처리 장치(130)로 전송한다. 제 2 센서(114)는 제 1 센서(112)와 함께 동작하여 유체가 흐르는 방향과 유량을 파악하는 용도로 사용된다.
도 1에서의 예와 같이 좌에서 우로 유체가 흐르는 경우에는, 자성의 변화를 제 2 센서(114)가 먼저 감지하고 그 후에 제 1 센서(112)가 자성의 변화를 감지한다. 그리고 반대 방향으로 유체가 흐르는 경우에는, 제 1 센서(112)가 먼저 자성의 변화를 감지하게 되고 그 후에 제 2 센서(114)가 변화를 감지한다. 이와 같이, 제 1 센서(112)와 제 2 센서(114) 중 어느 부분이 먼저 자성의 변화를 감지하는가에 따라서 유체가 흐르는 방향을 파악할 수 있다.
제 1 센서(112)와 제 2 센서(114)에 의해 유량 감지 장치(110)에서 유체의 방향과 자성의 변화 횟수가 측정되어 중앙 처리 장치(130)로 전송되면, 중앙 처리 장치(130)는 이 신호들을 연산하여 유량의 값으로 환산을 한 후 디스플레이부(120)를 통하여 표시한다. 디스플레이부(120)는 유량뿐 아니라, 유속, 기기 상태 등 유량 감지 시스템의 정보를 운용자가 볼 수 있도록 표시한다.
제 1 및 제 2 센서(112, 114)는 주로 MR(Magneto-Resistive) 센서나 홀(Hall) 센서를 이용하는데, MR 센서는 자기 저항 효과를 이용한 센서로서, 자계의 변화와 자성체의 유무를 전압의 변화로 검출할 수 있는 센서이고, 홀 센서는 홀 효과(Hall Effect)에 따라 자기장에 의해 발생하는 홀 기전력을 이용하여 속도나 위치를 검출하는데 사용되는 센서이다.
메모리(140)는 유량 값, 유속, 방향 등이 같은 유량 감지 시스템에서 필요로 하는 정보를 저장하는 기능을 수행한다.
배터리(150)는 유량 감지 시스템에 필요한 전원을 공급하되 운용자가 자주 유지 보수하기 어려운 유량 감지 시스템의 특성상 한번 장착되면 최소 5년 이상의 수명을 가진다. 배터리 감시부(160)에서는 배터리(150)의 상태, 예컨대, 이상 유무, 잔류 전압 등을 감시하여, 이를 중앙 처리 장치(130)로 알려준다.
통신부(170)는 유무선망 또는 전화망(PSTN : Public Switched Telephone Network)에 연결되어 있어서, 검침 센터(미도시)로 계량 값 및 각종 유량 정보를 전송하는 기능을 수행한다.
도 2는 종래 유량 감지 장치의 마그네틱부(116)를 나타낸 도면이다.
마그네틱부(116)는 유량과 유체의 방향을 측정하기 위하여 임펠러(118)와 함께 회전하는 부분으로 회전축(230)과 이 회전축(230)을 기준으로 회전하는 N극(210)과 S극(220)을 가지는 자석으로 이루어진다. 임펠러(118)가 유체의 흐름에 따라 회전을 하면, 회전축(230)의 회전으로 인해 자석도 같이 회전을 한다. 자석의 회전으로 인해 제 1 센서(112), 제 2 센서(114)는 N극(210)과 S극(220)을 번갈아 감지하므로, 극성이 N극 -> 무극 -> S극 -> 무극 -> N극 -> 무극 -> ...의 순으로 계속 반복되어 감지된다.
임펠러(118)가 1회전하면 자석의 극변화는 N극 -> 무극 -> S극 -> 무극으로 최소 4번 발생한다. 따라서, 제 1 센서(112), 제 2 센서(114)와 중앙 처리 장치(130)는 임펠러(118)가 1회전할 때 4번 이상 작동하고, 시스템의 다른 부분에서도 중앙 처리 장치(130)에서 나오는 4번 이상의 결과를 처리하는 과정에서 배터리(150)의 소모가 많아진다. 따라서, 종래의 유량 감지 시스템은 대용량의 배터리를 사용하여, 배터리의 수명 시간이 짧은 것이 단점이다.
상기한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 유량 감지 장치 내의 마그네틱부를 착자시키거나 모양을 변형시켜 유량 감지 장치 동작시 하나의 극성만을 사용하여 적은 양의 전력 소모를 하면서 유량을 측정할 수 있는 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 일부분만 자화된 자석을 이용하여 유량의 흐름에 따른 유량, 유속 등 파라미터를 측정함으로써, 전력 소모를 줄인 유량 감지 시스템에 있어서, 일부분만 자화된 자석을 이용하여 유량과, 유체의 흐름을 측정하는 유량 감지부; 유량 감지부로부터 전송된 감지 신호를 연산하여 파라미터를 구하는 중앙 처리 장치; 중앙 처리 장치로부터 유량, 유속, 기기 상태를 포함한 정보를 전송 받아 사용자가 볼 수 있도록 표시하는 디스플레이부; 유량, 유속, 기기 상태를 포함한 정보를 저장하는 메모리; 유량 감지 시스템에 필요한 전원을 공급하는 배터리; 배터리의 용량이나 상태를 감시하여, 중앙 처리 장치로 전송하는 배터리 감시부; 및 통신 선과 연결되어 파라미터를 전송하는 통신부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 3은 본 발명에 따른 유량 감지 장치의 마그네틱부(116)를 나타낸 도면이다.
본 발명은 마그네틱부(116)에서 N극(210)과 S극(220)으로 나뉘어져 있는 기존의 자석 대신에 센서(112, 114)가 N극이나 S극 중 한 극만을 감지할 수 있도록 자석을 변형하는 것이다. 이는 자석의 모양을 변형하거나 착자를 함으로써 가능하다. 여기서 착자는, 고체에 강한 자장을 걸어 자기 방향을 한 방향으로 정렬시켜 원래의 상태로 회복하기 어렵게 만든 영구 자석에 자장을 넣어주는 것을 말한다. 이렇게 하면, 물질은 하나의 극성을 갖는 자성체(310)로 바뀐다. 본 발명에서는 자성체(310)를 N극이나 S극 중 어느 극으로 만드는가는 중요하지 않다.
자석을 변형시키는 경우에는 도 3에서 예시한 것처럼 제 1 및 제 2 센서(112, 114)에서 N극만을 인식하도록 제 1 및 제 2 센서(112, 114) 쪽을 N극, 제 1 및 제 2센서(112, 114)의 그 하부 반대쪽을 S극으로 변형한다. 또는, 반대로 제 1 및 제 2 센서(112, 114)에서 S극만을 인식하도록 제 1 및 제 2 센서(112, 114) 쪽을 S극으로 하고, 그 하부 반대쪽을 N극으로 변형하는 것도 가능하다.
착자의 방법을 택하는 경우에는 도 3의 자성체(310) 부분에 자석을 입혀서 N극이나 S극으로 만든다.
이와 같은 방법으로 자석의 반은 극성을 갖는 자성체(310)로 만들고, 나머지 반은 극성을 갖지 않는 무자성체(320)로 만든다.
이렇게 만들어진 자석은 임펠러(118)가 유체에 의해서 1 회전하는 경우에, 같이 회전하면서 2번의 극성 변화를 갖는다. 자성체(310)가 N극인 경우에 제 1 및 제 2 센서(112, 114)는 N극 -> 무극의 2번의 변화를 반복하게 되고, 반면 자성체(310)가 S극인 경우에는 S극 -> 무극의 변화를 반복한다.
이와 같이 제 1 및 제 2 센서(112, 114)에 인식되는 극성의 변화 횟수가 4회에서 2회로 1/2 줄어듦에 따라 제 1 및 제 2 센서(112, 114)의 동작 횟수도 1/2로 줄어들고, 중앙 처리 장치(130)의 동작 횟수도 1/2로 줄어든다. 예로써, 만일 임펠러(118)가 1초당 100회전하는 경우에 기존의 마그네틱부(116) 구성에 의해 극성의 변화 횟수가 4회인 경우에는, 유량 측정을 위하여 센서(112, 114)의 동작 횟수는 100×4 번으로 400번이 되어야 한다. 그러나 본 발명의 실시에 따라 극성의 변화 횟수가 2회인 경우에는, 센서(112, 114)는 100×2번으로 200번만 동작하면 유량, 유속 등의 측정이 가능하다.
또한, 센서(112, 114)의 동작 횟수가 1/2로 줄어듦에 따라 중앙 처리 장치(130)에서의 계산 횟수도 1/2로 줄어들게 된다. 그리고 디스플레이부(120), 메모리(140), 통신부(170) 등의 동작 횟수도 1/2로 줄어들게 되고, 따라서 유량 감지 시스템에서의 전체적인 전력 소모가 1/2로 줄어든다. 보다 정확히 말하면, 정확하게 1/2로 줄어드는 것이 아니라 할 지라도 상당량의 전력 소모가 줄어들고, 이는 배터리의 수명이 매우 중요한 요소인 유량계에서는 매우 큰 장점이 된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 기존의 시스템을 크게 변형하지 않고도 간단하게 마그네틱부의 자석의 형태 또는 자화 구성만을 변경시킴으로써, 전력 소모가 거의 반으로 줄어드는 유량 감지 시스템을 구성할 수 있다. 따라서, 동일한 배터리를 사용하더라도 사용 시간을 대략 2배 연장시킬 수 있어 배터리의 교체 시기를 연장할 수 있다.
이를 역으로 말하면, 배터리의 사이즈를 1/2 가량 줄이는 것도 가능하여, 유량 감지 시스템의 장비 크기도 줄일 수 있고, 장비의 가격도 저렴해지는 장점이 있다.
도 1은 종래 유량 감지 시스템의 개략적인 블럭 구성도,
도 2는 종래 유량 감지 장치의 마그네틱부를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명에 따른 유량 감지 장치의 마그네틱부를 나타낸 도면이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
110 : 유량 감지 장치 112 : 제 1 센서
114 : 제 2 센서 116 : 마그네틱부
118 : 임펠러 120 : 디스플레이부
130 : 중앙 처리 장치 140 : 메모리
150 : 배터리 160 : 배터리 감시부
170 : 통신부 210 : N극
220 : S극 230 : 회전축
310 : 자성체 320 : 무자성체

Claims (8)

  1. 일부분만 자화된 자석을 이용하여 유량의 흐름에 따른 유량, 유속 등 파라미터를 측정함으로써, 전력 소모를 줄인 유량 감지 시스템에 있어서,
    상기 일부분만 자화된 자석을 이용하여 상기 유량과, 유체의 흐름을 측정하는 유량 감지부;
    상기 유량 감지부로부터 전송된 감지 신호를 연산하여 상기 파라미터를 구하는 중앙 처리 장치;
    상기 중앙 처리 장치로부터 상기 유량, 상기 유속, 기기 상태를 포함한 정보를 전송 받아 사용자가 볼 수 있도록 표시하는 디스플레이부;
    상기 유량, 상기 유속, 상기 기기 상태를 포함한 정보를 저장하는 메모리;
    상기 유량 감지 시스템에 필요한 전원을 공급하는 배터리;
    상기 배터리의 용량이나 상태를 감시하여, 상기 중앙 처리 장치로 전송하는 배터리 감시부; 및
    통신 선과 연결되어 상기 파라미터를 전송하는 통신부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 유량 감지 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 유량 감지부는,
    상기 유체의 흐름에 따라 회전을 하는 임펠러;
    극성의 변화를 감지하여 상기 중앙 처리 장치로 전달하는 극성 감지 센서; 및
    극성을 가지고 있으며 회전함으로써 상기 극성 감지 센서가 극성의 변화를 감지하도록 하는 마그네틱부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 유량 감지 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 극성 감지 센서는,
    제 1 극성 감지 센서 및 제 2 극성 감지 센서로 이루어져, 어느 센서가 먼저 상기 마그네틱부의 자성 변화를 인식하는가에 따라서 유체의 방향을 측정하는 것을 특징으로 하는 유량 감지 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 극성 감지 센서는,
    자기 저항 효과를 이용하여 자계의 변화와 자성체의 유무를 전압의 변화로 검출하는 MR 센서나, 속도나 위치를 검출할 때 사용되는 홀 센서를 이용하는 것을 특징으로 하는 유량 감지 시스템
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 마그네틱부는,
    회전시 상기 극성 감지 센서가 하나의 극성만을 인식할 수 있도록 만든 자석 및 상기 임펠러에 연결되어 상기 임펠러 회전에 따라 상기 자석을 회전시키는 회전축을 포함하는 것을 특징으로 하는 유량 감지 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 자석은,
    고체에 강한 자장을 걸어 자기 방향을 한 방향으로 정렬시켜 원래의 상태로 회복하기 어렵게 만든 영구 자석에 자장을 넣어주는 착자의 방법이나, 자석의 모양을 변형시켜서 N극이나 S극 중 하나의 극성만을 상기 센서가 인식할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 유량 감지 시스템.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 자석은,
    반은 극성을 갖는 자성체로 되어 있고, 나머지 반은 극성을 갖지 않는 무자성체로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 유량 감지 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 통신부는,
    상기 유량 감지 시스템에서 측정한 파라미터를 전화망(PSTN : Public Switched Telephone Network) 또는 유무선 통신을 이용하여 검침 센터로 전송하는 것을 특징으로 하는 유량 감지 시스템.
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