KR100545302B1 - 누수위치의 측정정밀도를 개선시킨 열배관누수감지장치 및그 방법 - Google Patents

누수위치의 측정정밀도를 개선시킨 열배관누수감지장치 및그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열배관누수감지장치(200)에 관한 것으로, 더 구체적으로는, 파이프의 절연영역 또는 파이프를 흐르는 유체의 특성에 따른 분극현상으로 인해 유발되는 오차를 보정하여 누수위치의 측정정밀도를 개선시킨 열배관누수감지장치 및 열배관누수위치측정방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 파이프의 절연영역과 유체의 분극 특성에 의해 발생되는 누수위치측정 오차를 보정하여 보다 정밀한 누수위치를 측정할 수 있기 때문에, 누수감지 및 누수위치측정 과정에서 불필요하게 낭비될 수 있는 시간, 비용상의 지출을 감소시킬 수 있게 된다. 이를 위해, 본 발명은, 감지선(210)에 소정 전압을 공급하는 전원공급부(220), 상기 전원공급부(220)로부터 접지부까지 연장되며, 접지부측 단부에 제1 스위치(SW1)를 구비하고 파이프의 외경과 내경 사이의 절연영역에 매설된 감지선(210), 제2 스위치(SW2)를 통해 누수감지점(P)과 선택적으로 연결되는 누수감지용 전압검출부(230), 상기 제2 스위치(SW2)를 통해 누수감지점(P)과 선택적으로 연결되는 누수위치측정용 전압검출부(240), 제3 스위치(SW3)를 통해 상기 누수감지용 전압검출부(230) 또는 누수위치측정용 전압검출부(240)와 선택적으로 연결되어 상기 양 전압검출부로부터 제공되는 아날로그 데이터 신호를 디지털 데이터 신호로 변환하는 A/D 변환부(250), 상기 A/D 변환부(250)로부터 제공되는 데이터를 연산처리하여 누수여부를 판정하고 누수위치를 산출하는 마이크로프로세서(260),상기 마이크로프로세서(260)로부터 제공되는 데이터를 중계기(120)로 전송하는 통신부(270), 상기 마이크로프로세서(260)의 명령에 따라 누수발생여부 및 상태를 시각적으로 알리는 표시부(280), 상기 마이크로프로세서(260)의 명령에 따라 누수발생여부 및 상태를 청각적으로 알리는 경보발생부(290), 상기 마이크로프로세서(260)에 의해 제어되어 제1 내지 제8 스위치(SW8)를 제어하는 스위치 제어부(300), 및 상기 누수감지점(P)과 제2 스위치(SW2)를 연결하는 도선 중의 소정위치와 접지부 사이에 배치되는 기준저항기(310)를 포함하되, 상기 전원공급부(220)는 제5 스위치(SW5)를 통해 감지선(210)과 선택적으로 연결되고 제6 스위치(SW6)를 통해 상기 제1 스위치(SW1)의 접지부 반대측 단자와 선택적으로 연결되며, 상기 제5 스위치(SW5)는 제7 스위치(SW7)를 통해 상기 누수감지점(P)과 제2 스위치(SW2)를 연결하는 도선 중의 소정위치에 연결되고, 상기 제6 스위치(SW6)는 제8 스위치(SW8)를 통해 상기 누수감지점(P)과 제2 스위치(SW2)를 연결하는 도선 중의 소정위치에 연결되며, 상기 기준저항기(310)는 소정 값의 저항 및 제4 스위치(SW4)를 구비하고, 누수감지시 제4 스위치(SW4)를 단락한 상태에서 기준저항기(310) 양단 간의 전압을 측정하여 절연저항(R3)을 간접측정하고 상기 측정된 절연저항(R3)을 정상상태일 때의 기준 절연저항값과 비교하여 두 값이 소정 임계치 이상의 큰 차를 가지면 파이프에 이상이 발생한 것으로 판정하는 열배관누수감지장치를 제공한다.
열배관누수감지장치, 누수감지, 누수위치측정

Description

누수위치의 측정정밀도를 개선시킨 열배관누수감지장치 및 그 방법{Pipeline leak detection apparatus and method for improving the precision of measurement of the leak location}
도1은 본 발명에 의한 열배관 누수감지 및 누수위치측정 시스템(100)을 나타내는 개략도.
도2는 본 발명에 의한 누수위치의 측정정밀도를 개선시킨 열배관누수감지장치(200)의 구성을 나타내는 개략도.
도3a는 파이프의 절연영역 및 유체에 의한 분극현상의 영향을 나타내는 개략도.
도3b는 분극현상에 의한 누수위치측정의 오차를 나타내는 개략도.
도4a는 본 발명에서 채용되는 파이프의 구조를 나타내는 파이프 단면도 및 단면 사시도.
도4b는 파이프의 내경과 외경 사이의 절연영역에 배치되는 감지선의 형상을 나타낸 개략도.
본 발명은 열배관누수감지장치(200)에 관한 것으로, 더 구체적으로는, 파이프의 절연영역 또는 파이프를 흐르는 유체의 특성에 의한 분극현상으로 인해 유발되는 오차를 보정하여 누수위치의 측정정밀도를 개선시킨 열배관누수감지장치 및 열배관누수위치측정방법에 관한 것이다.
송수관 또는 송유관과 같은 파이프라인(pipe line)을 통해 흐르는 유체가 파이프의 훼손 및 노화 또는 그 밖의 원인들에 의해 파이프로부터 누출될 경우에, 파이프가 외부에 노출되어 있다면 누출지점 및 누출정도를 쉽게 파악할 수 있으므로 파이프의 보수가 비교적 빨리 진행될 수 있다. 그러나 파이프가 지하에 매립되어 있어 외부와 시각적으로 차단되어 있는 경우에는 조기에 파이프의 이상 발생을 인식하지 못하고 유체의 누출이 상당히 진행된 상태에 도달한 후에야 비로소 파이프의 이상을 발견할 수 있기 때문에 경제적인 손실이 클 뿐만 아니라, 누출지점을 정확하게 알 수 없어 파이프를 보수함에 있어 많은 시간과 경비가 소요되는 문제점이 있었다. 이러한 문제점을 해소하기 위해서, 종래부터 여러 가지 방법이 제안되어 왔다. 그 중 파이프의 누출지점을 측정할 수 있는 일 방법으로서, 도2에서 Vcc를 감지선(210)에 공급되는 소정 전압, Vp를 누수감지점(P)과 접지부 사이에서 측정되는 전압, R1을 전원공급부(220)와 누수감지점(P) 사이의 저항, R2를 누수감지점(P)과 접지부 사이의 저항이라고 정의할 때, 전압분배법칙에 의한 하기 식을 통해
Vp/Vcc = R2/(R1+R2)
누수위치를 측정하여 누출지점을 파악했다. 그러나, 이러한 종래의 방법은, 누수발생시 측정되는 누수위치가 파이프의 절연재나 유체의 매질 특성에 기인하는 분극에 의해 오차를 수반한다는 사실을 간과한 측면이 있었다. 그로 인해, 누출지점의 정확한 위치를 찾아내지 못하여 일정 오차범위 내의 지역을 모두 파내거나 오차범위 내의 여러 지점을 파내는 것을 반복하여 직접 확인해야 하는 어려움이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같이 오차를 수반하는 누수위치측정에 관련되어 발생하는 문제를 해소하기 위한 것으로, 파이프의 절연영역 및 유체의 매질에 의해 유발되는 분극에 의한 오차를 고려하여 보다 정밀한 누수위치를 측정하는 방법을 제공하는 것을 발명의 목적으로 한다.
종래의 열배관누수감지장치는, 도2의 본 고안의 열배관누수감지장치(200)에서 누수감지용 전압검출부(230) 대신에 누수감지용 전류검출부가 배치되고 기준저항기(310)가 포함되어 있지 않으며 전원공급부(210)와 제2 스위치(SW2)를 직접 연결하는 제7 스위치(SW7) 및 제8 스위치(SW8)와 같은 구성을 포함하지 않는다. 이하, 종래의 열배관누수감지장치를 통해 파이프의 누수위치를 측정하는 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 마이크로프로세서(260)는 센서와이어(210)의 저항(R1)을 포함하는 절연저항값(R3)을 구하기 위하여 스위치제어부(300)를 제어하여 제1스위치(SW1)를 개방(open)시키고 제2 및 제3스위치(SW2, SW3)의 각 단자(3), (8)이 누수감지용 전류검출부의 단자(4), (6)과 연결되게 한다.
이때 누수감지용 전류검출부는 파이프(10)의 센서와이어(210)를 통해 흐르는 전류(Ip)를 측정하고 전류량에 해당하는 소정의 아날로그 데이터 신호를 A/D 변환부(250)에 제공한다.
A/D 변환부(250)는 누수감지용 전류검출부의 출력을 디지털 데이터 신호로 변환하여 마이크로프로세서(260)에 제공한다.
마이크로프로세서(260)는 A/D 변환부(250)의 출력을 받아들여 연산을 수행함으로써 센서와이어(210)의 절연저항값(R3)을 구하게 된다.
만일 파이프(10)에 이상이 발생하여 유체가 누출되는 지점을 P라 하면 센서와이어(210)의 절연저항값(R3)을 구하는 원리는 다음과 같은 수식에 의해 설명될 수 있다.
측정된 전류는 Ip = Vcc/(R1+R3) 이므로 R1+R3 = Vcc/Ip 라고 할 수 있다.
이 때, 누출지점의 절연저항값(R3)은 파이프의 다른 부분의 저항값(R1)에 비해 상대적으로 아주 크기 때문에(R3 >> R1) R1+R3 == R3로 치환하면 R3 = Vcc/Ip 의 관계가 성립될 수 있어 이 식을 통해 R3의 값을 구할 수 있게 된다.
센서와이어(210)에 공급되는 전원(Vcc)은 이미 결정된 일정한 값이기 때문에 마이크로프로세서(260)는 측정된 전류(Ip)로부터 누출에 의한 센서와이어(210)의 절연저항값(R3)을 계산할 수 있게 되는 것이다.
누출에 의한 절연저항값(R3)이 구해지면 누출이 발생되지 않은 정상상태일 때의 감지선의 센서와이어(210)의 기준 절연저항값과 비교한다.
이때 두 값이 소정의 임계치 이상으로 큰 차를 갖게 되면 파이프(10)의 상태에 이상이 있는 것으로 판정하고, 마이크로프로세서(260)는 경보발생부(290) 및 표 시부(280)를 작동시켜 경보음에 의한 청각 및 시각적 경보를 발생시키고 파이프(10)의 이상을 표시하게 된다.
그리하여, 누출이 발생했음을 감지한 종래의 누수감지장치는, Vcc를 감지선(210)에 공급되는 소정 전압, Vp를 누수감지점(P)과 접지부 사이에서 측정되는 전압, R1을 전원공급부(220)와 누수감지점(P) 사이의 저항, R2를 누수감지점(P)과 접지부 사이의 저항이라고 정의할 때, 전압분배법칙에 의한 하기 식을 통해
Vp/Vcc = R2/(R1+R2)
누수위치를 측정하는 방법을 채용했다.
그러나, 상술한 바와 같은 종래의 열배관누수감지장치에 의해 측정되는 누수위치는 파이프의 절연영역이나 유체의 매질 특성에 따라 발생하는 분극에 의한 오차를 전혀 고려하고 있지 않기 때문에 실제 누수발생지점과 거리상 차이가 발생하여 정확한 누수발생위치를 발견해 내기 위한 시간, 비용상의 추가적 지출이 발생하더라도 이를 감수할 수 밖에 없었다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 불합리한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 누수위치측정 오차를 유발하는 분극현상의 영향이 제거된 기준값과 분극의 영향이 제거되지 않은 값의 차를 구하여 그 차이값으로 실제 위치측정값을 보정함으로써 보다 정확한 누수위치를 탐지하는 것을 본 발명의 목적으로 하고 있다.
따라서, 본 발명은 매질 분극에 의해 유발되는 오차를 제거할 수 있게 되어 보다 정밀한 누수위치측정이 가능하도록 할 수 있으므로, 누수위치가 정확히 측정되지 않음으로써 발생되는 추가적인 시간, 비용 지출의 문제를 해소할 수 있게 된다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 누수감지장치는, 감지선(210)에 소정 전압을 공급하는 전원공급부(220), 상기 전원공급부(220)로부터 접지부까지 연장되며, 접지부측 단부에 제1 스위치(SW1)를 구비하고 파이프의 외경과 내경 사이의 절연영역에 매설된 감지선(210), 제2 스위치(SW2)를 통해 누수감지점(P)과 선택적으로 연결되는 누수감지용 전압검출부(230), 상기 제2 스위치(SW2)를 통해 누수감지점(P)과 선택적으로 연결되는 누수위치측정용 전압검출부(240), 제3 스위치(SW3)를 통해 상기 누수감지용 전압검출부(230) 또는 누수위치측정용 전압검출부(240)와 선택적으로 연결되어 상기 양 전압검출부로부터 제공되는 아날로그 데이터 신호를 디지털 데이터 신호로 변환하는 A/D 변환부(250), 상기 A/D 변환부(250)로부터 제공되는 데이터를 연산처리하여 누수여부를 판정하고 누수위치를 산출하는 마이크로프로세서(260), 상기 마이크로프로세서(260)로부터 제공되는 데이터를 중계기(120)로 전송하는 통신부(270), 상기 마이크로프로세서(260)의 명령에 따라 누수발생여부 및 상태를 시각적으로 알리는 표시부(280), 상기 마이크로프로세서(260)의 명령에 따라 누수발생여부 및 상태를 청각적으로 알리는 경보발생부(290), 상기 마이크로프로세서(260)에 의해 제어되어 제1 내지 제8 스위치를 제어하는 스위치 제어부(300), 및 상기 누수감지점(P)과 제2 스위치(SW2)를 연결하는 도선 중의 소정위치와 접지부 사이에 배치되는 기준저항기(310)를 포함하되, 상기 전원공급부(220)는 제5 스위치(SW5)를 통해 감지선(210)과 선택적으로 연결되고 제6 스위치(SW6)를 통해 상기 제1 스위치(SW1)의 접지부 반대측 단자와 선택적으로 연결되며, 상기 제5 스위치(SW5)는 제7 스위치(SW7)를 통해 상기 누수감지점(P)과 제2 스위치(SW2)를 연결하는 도선 중의 소정위치에 연결되고, 상기 제6 스위치(SW6)는 제8 스위치(SW8)를 통해 상기 누수감지점(P)과 제2 스위치(SW2)를 연결하는 도선 중의 소정위치에 연결되고, 상기 기준저항기(310)는 소정 값의 저항 및 제4 스위치(SW4)를 구비하며, 누수감지시 제4 스위치(SW4)를 단락한 상태에서 기준저항기(310) 양단 간의 전압을 측정하여 절연저항(R3)을 간접측정하고 상기 측정된 절연저항(R3)을 정상상태일 때의 기준 절연저항값과 비교하여 두 값이 소정 임계치 이상의 큰 차를 가지면 파이프에 이상이 발생한 것으로 판정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 감지선(210)은 센서와이어와 리턴와이어로 구분되며, 상기 센서와이어는 소정 간격으로 피복이 벗겨진 구조를 갖고 니켈 및 크롬의 합금으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 누수감지장치는, 감지선(210) 중의 임의 지점에서 단선이 발생한 상태에서, 단선발생지점과 접지부 사이에서 누수가 발생한 경우의 누수감지 동작 시에는, 제1 스위치(SW1)는 개방되고, 제2 스위치(SW2)는 누수감지점(P)과 누수감지용 전압검출기(230)가 연결되도록 스위치레버를 이동시키고, 제3 스위치(SW3)는 누수감지용 전압검출기(230)와 A/D 변환부(250)가 연결되도록 스위치레버를 이동시키고, 제4 스위치(SW4)는 단락되고, 제5 스위치(SW5)는 개방되고, 제6 스위치(SW6)는 단락되고, 제7 스위치(SW7)는 개방되고, 제8 스위치(SW8)는 개방되도록 제어하여 절연저항을 간접측정한다.
이 경우, 절연저항(R3)의 간접측정은, Vcc를 감지선(210)에 공급되는 소정 전압, Vp'를 기준저항기(310) 양단간에서 측정되는 전압, R2를 전원공급부(220)와 누수감지점(P) 사이에서 제6 스위치(SW6)가 부가된 측 감지선의 저항, R3를 절연저항, R4를 기준저항기(310) 내의 소정 저항이라고 정의할 때, Vcc, R4의 값은 이미 알고 있는 값이며, Vp'는 누수감지용 전압검출기(230)를 통해 측정되는 값이며, 누출지점의 절연저항값(R3)은 전원공급부(220)와 누수감지점(P) 사이의 저항값(R2)에 비해 상대적으로 아주 크기 때문(R3 >> R2)에 R2+R3 == R3로 치환하면, 전압분배법칙에 의한 하기 식을 통해
Vp'/Vcc = R4/(R2+R3+R4)
절연저항(R3)을 간접측정한다.
또한, 본 발명의 누수감지장치는, 감지선(210) 중의 임의 지점에서 단선이 발생한 상태에서, 전원공급부(220)와 단선발생지점 사이에서 누수가 발생한 경우의 누수감지 동작 시에는, 제1 스위치(SW1)는 개방되고, 제2 스위치(SW2)는 누수감지점(P)과 누수감지용 전압검출기(230)가 연결되도록 스위치레버를 이동시키고, 제3 스위치(SW3)는 누수감지용 전압검출기(230)와 A/D 변환부(250)가 연결되도록 스위치레버를 이동시키고, 제4 스위치(SW4)는 단락되고, 제5 스위치(SW5)는 단락되고, 제6 스위치(SW6)는 개방되고, 제7 스위치(SW7)는 개방되고, 제8 스위치(SW8)는 개방되도록 제어하여 절연저항을 간접측정한다.
이 경우, 절연저항(R3)의 간접측정은, Vcc를 감지선(210)에 공급되는 소정 전압, Vp'를 기준저항기(310) 양단간에서 측정되는 전압, R1을 전원공급부(220)와 누수감지점(P) 사이에서 제5 스위치(SW5)가 부가된 측 감지선의 저항, R3를 절연저항(R3), R4를 기준저항기(310) 내의 소정 저항이라고 정의할 때, Vcc, R4의 값은 이미 알고 있는 값이며, Vp'는 누수감지용 전압검출기(230)를 통해 측정되는 값이며, 누출지점의 절연저항값(R3)은 파이프의 다른 부분의 저항값(R1)에 비해 상대적으로 아주 크기 때문(R3 >> R1)에 R1+R3 == R3로 치환하면, 전압분배법칙에 의한 하기 식을 통해
Vp'/Vcc = R4/(R1+R3+R4)
절연저항(R3)을 간접측정할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 누수감지장치에 있어서, 누수위치 측정 방법은, 제1 스위치(SW1)는 단락되고, 제2 스위치(SW2)는 누수감지점(P)과 누수위치측정용 전압검출기(240)가 연결되도록 스위치레버를 이동시키고, 제3 스위치(SW3)는 누수위치측정용 전압검출기(240)와 A/D 변환부(250)가 연결되도록 스위치레버를 이동시키 고, 제4 스위치(SW4)는 개방되고, 제5 스위치(SW5)는 단락되고, 제6 스위치(SW6)는 개방되고, 제7 스위치(SW7)는 단락되고, 제8 스위치(SW8)는 개방되도록 제어하여 분극기준값인 Vcc를 측정하는 단계, 상기 분극기준값을 측정한 후 최단시간 내에 제1 스위치(SW1)는 개방되고, 제2 스위치(SW2)는 누수감지점(P)과 누수위치측정용 전압검출기(240)가 연결되도록 스위치레버를 이동시키고, 제3 스위치(SW3)는 누수위치측정용 전압검출기(240)와 A/D 변환부(250)가 연결되도록 스위치레버를 이동시키고, 제4 스위치(SW4)는 개방되고, 제5 스위치(SW5)는 단락되고, 제6 스위치(SW6)는 개방되고, 제7 스위치(SW7)는 개방되고, 제8 스위치(SW8)는 개방되도록 제어하여 분극의 영향을 받은 전압값을 측정하는 단계, 상기 분극기준값과 분극의 영향을 받은 전압값의 차를 구하는 단계, Vcc를 감지선(210)에 공급되는 소정 전압, Vp를 누수감지점(P)과 접지부 사이에서 측정되는 전압, R1을 전원공급부(220)와 누수감지점(P) 사이의 저항, R2를 누수감지점(P)과 접지부 사이의 저항이라고 정의할 때, 전압분배법칙에 의한 하기 식을 통해
Vp/Vcc = R2/(R1+R2)
누수위치를 측정하는 단계, 및 전압분배법칙에 의한 상기 식을 통해 계산된 누수위치값에 상기 분극기준값과 분극의 영향을 받은 전압값의 차를 위치값으로 환산한 값을 더하여 오차가 보정된 누수위치를 계산하는 단계를 포함한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 누수위치의 측정정밀도를 개선시킨 열배관누수감지장치(200)를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도1은 본 발명에 의한 열배관 누수감지 및 누수위치측정 시스템(100)을 나타내는 개략도이다.
참조번호 10은 유체를 수송하는 파이프 라인을 나타낸 것이고, 블록들(200)은 파이프에 누수와 같은 이상이 발생하였는지를 감시(monitoring)하는 열배관누수감지장치(200)로서 이들은 중계기(120)(repeater, 120)를 통해 호스트 컴퓨터(host computer, 110)에 순차적으로 연결된다. 그리고, 각각의 중계기(120)에는 복수의 열배관누수감지장치(200)가 연결될 수 있는데, 통상 하나의 중계기(120)에 10대 이하의 열배관누수감지장치(200)가 연결되도록 하는 것이 바람직하다.
중계기(120)는 각각의 열배관누수감지장치(200)에 전원을 공급하고 열배관누수감지장치(200)들과 호스트 컴퓨터(110)간의 통신신호를 중계하는 기능을 한다. 호스트컴퓨터(110)는 열배관누수감지장치(200)의 상태를 체크하여 출력장치(예를들면, CRT 또는 프린터)를 통하여 시스템 관리자(system operator)에게 이를 알려준다. 하나의 호스트 컴퓨터(110)는 약 200대의 열배관누수감지장치(200)를 관리할 수 있도록 구성된다.
본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명에서 채용되는 파이프의 구조는 통상적인 파이프의 구조와는 다르다.
도4a는 본 발명에서 채용되는 파이프의 구조를 나타내는 파이프 단면도 및 단면 사시도이고, 도4b는 파이프의 내경과 외경 사이의 절연영역에 배치되는 감지도선(이하, 감지선(210)이라 한다)의 형상을 나타낸 개략도이다.
도4에 도시된 바와 같이 본 발명에서 채용되는 파이프는 내경과 외경 사이에 감지선(210)이 내장되어 있으며 감지선(210) 주위가 절연물질로 채워지는 구조를 갖는다.
감지선(210)은 센서와이어(sensor wire)와 리턴와이어(return wire)로 구분되며 센서와이어는 일정간격(예컨대 1.5cm)으로 피복이 벗겨진 구조를 갖는다.
따라서, 유체가 누출된 경우 누출된 유체가 파이프의 절연물질에 유입되면서 파이프와 센서와이어 사이의 절연저항(R3)값이 변하게 되어 파이프의 이상을 감지할 수 있게 된다.
니켈(Ni)과 크롬(Cr)의 합금으로 이루어진 센서와이어의 저항률(resitivity), 즉, 1[m]당 고유저항값은 5.7[Ω]으로, 예를 들어 길이 1[km]의 센서와이어는 5.7[kΩ]의 저항값을 갖게 된다.
반면, 동(Cu)선인 리턴와이어의 저항률은 0.03[Ω]으로 센서와이어에 비해 상대적으로 아주 작은 값을 갖는다.
도3a는 파이프의 절연영역 및 유체에 의한 분극현상의 영향을 나타내는 개략도이고, 도3b는 분극현상에 의해 측정된 누수위치에 오차가 발생하는 것을 나타내는 개략도이다.
파이프의 외경과 내경 사이에 매설된 감지선(210)을 통해 누수의 위치를 자동으로 계측하여 이를 감지 및 보고하는 시스템에 있어서, 종래에는 파이프의 중간 절연재의 재질이나 유체의 매질 특성에 따라 발생하는 분극 현상에 의해 발생하는 오차를 고려하지 않아 누수위치값이 정확하게 측정되지 않는 경우가 많았다(도3a).
그리고, 그 오차범위가 광범위한 경우에는 실제 누수위치를 찾아내는 데 많은 시간과 비용을 투입해야 하는 문제점이 있었다. 예를 들어, 도3b에 도시된 바와 같이, 실제 누수위치(P)를 전후로 오차영역이 존재하는 경우 오차범위 내의 어느 지역에서 실제의 누수가 발생했는지를 알아내기는 무척 어렵게 된다.
도2는 본 발명의 누수위치의 측정정밀도를 개선시킨 열배관누수감지장치(200)의 구성을 나타내는 개략도이다.
본 발명의 열배관누수감지장치(200)는 감지선(210)에 소정 전압을 공급하는 전원공급부(220), 전원공급부(220)로부터 접지부까지 연장되며, 접지부측 단부에 제1 스위치(SW1)를 구비하고 파이프의 외경과 내경 사이의 절연영역에 매설된 감지선(210), 제2 스위치(SW2)를 통해 누수감지점(P)과 선택적으로 연결되는 누수감지용 전압검출부(230), 제2 스위치(SW2)를 통해 누수감지점(P)과 선택적으로 연결되는 누수위치측정용 전압검출부(240), 제3 스위치(SW3)를 통해 상기 누수감지용 전압검출부(230) 또는 누수위치측정용 전압검출부(240)와 선택적으로 연결되어 상기 양 전압검출부로부터 제공되는 아날로그 데이터 신호를 디지털 데이터 신호로 변환하는 A/D 변환부(250), A/D 변환부(250)로부터 제공되는 데이터를 연산처리하여 누수여부를 판정하고 누수위치를 산출하는 마이크로프로세서(260), 마이크로프로세서(260)로부터 제공되는 데이터를 중계기(120)로 전송하는 통신부(270), 마이크로프로세서(260)의 명령에 따라 누수발생여부 및 상태를 시각적으로 알리는 표시부(280), 마이크로프로세서(260)의 명령에 따라 누수발생여부 및 상태를 청각적으로 알리는 경보발생부(290), 마이크로프로세서(260)에 의해 제 어되어 제1 내지 제8 스위치(SW8)를 제어하는 스위치 제어부(300), 및 누수감지점(P)과 제2 스위치(SW2)를 연결하는 도선 중의 소정위치와 접지부 사이에 배치되는 기준저항기(310)를 포함하되, 전원공급부(220)는 제5 스위치(SW5)를 통해 감지선(210)과 선택적으로 연결되고 제6 스위치(SW6)를 통해 제1 스위치(SW1)의 접지부 반대측 단자와 선택적으로 연결되며, 제5 스위치(SW5)는 제7 스위치(SW7)를 통해 상기 누수감지점(P)과 제2 스위치(SW2)를 연결하는 도선 중의 소정위치에 연결되고, 제6 스위치(SW6)는 제8 스위치(SW8)를 통해 상기 누수감지점(P)과 제2 스위치(SW2)를 연결하는 도선 중의 소정위치에 연결된다. 또한, 기준저항기(310)는 소정 값의 저항 및 제4 스위치(SW4)를 구비하며, 누수감지시 제4 스위치(SW4)를 단락한 상태에서 기준저항기(310) 양단 간의 전압을 측정하여 절연저항(R3)을 간접측정하고 그 측정된 절연저항(R3)을 정상상태일 때의 기준 절연저항값과 비교하여 두 값이 소정 임계치 이상의 큰 차를 가지면 파이프에 이상이 발생한 것으로 판정한다.
감지선(210)은 센서와이어와 리턴와이어로 구분되며, 상기 센서와이어는 소정 간격으로 피복이 벗겨진 구조를 갖고 니켈 및 크롬의 합금으로 형성된다.
감지선(210) 중의 임의 지점에서 단선이 발생한 상태에서, 단선발생지점과 접지부 사이에서 누수가 발생한 경우의 누수감지 동작 시에는, 제1 스위치(SW1)는 개방되고, 제2 스위치(SW2)는 누수감지점(P)과 누수감지용 전압검출기(230)가 연결되도록 스위치레버를 이동시키고, 제3 스위치(SW3)는 누수감지용 전압검출기(230)와 A/D 변환부(250)가 연결되도록 스위치레버를 이동시키고, 제4 스위치(SW4)는 단 락되고, 제5 스위치(SW5)는 개방되고, 제6 스위치(SW6)는 단락되고, 제7 스위치(SW7)는 개방되고, 제8 스위치(SW8)는 개방되도록 제어하고, Vcc를 감지선(210)에 공급되는 소정 전압, Vp'를 기준저항기(310) 양단간에서 측정되는 전압, R2를 전원공급부(220)와 누수감지점(P) 사이에서 제6 스위치(SW6)가 부가된 측 감지선의 저항, R3를 절연저항, R4를 기준저항기(310) 내의 소정 저항이라고 정의할 때, Vcc, R4의 값은 이미 알고 있는 값이며, Vp'는 누수감지용 전압검출기(230)를 통해 측정되는 값이며, 누출지점의 절연저항값(R3)은 전원공급부(220)와 누수감지점(P) 사이의 저항값(R2)에 비해 상대적으로 아주 크기 때문에(R3 >> R2) R2+R3 == R3로 치환하면, 전압분배법칙에 의한 하기 식을 통해
Vp'/Vcc = R4/(R2+R3+R4)
절연저항(R3)을 간접측정한다.
반대로, 감지선(210) 중의 임의 지점에서 단선이 발생한 상태에서, 전원공급부(220)와 단선발생지점 사이에서 누수가 발생한 경우의 누수감지 동작 시에는, 제1 스위치(SW1)는 개방되고, 제2 스위치(SW2)는 누수감지점(P)과 누수감지용 전압검출기(230)가 연결되도록 스위치레버를 이동시키고, 제3 스위치(SW3)는 누수감지용 전압검출기(230)와 A/D 변환부(250)가 연결되도록 스위치레버를 이동시키고, 제4 스위치(SW4)는 단락되도록 제어되고, 제5 스위치(SW5)는 단락되고, 제6 스위치(SW6)는 개방되고, 제7 스위치(SW7)는 개방되고, 제8 스위치(SW8)는 개방되 도록 제어하고, Vcc를 감지선(210)에 공급되는 소정 전압, Vp'를 기준저항기(310) 양단간에서 측정되는 전압, R1을 전원공급부(220)와 누수감지점(P) 사이에서 제5 스위치(SW5)가 부가된 측 감지선의 저항, R3를 절연저항(R3), R4를 기준저항기(310) 내의 소정 저항이라고 정의할 때, Vcc, R4의 값은 이미 알고 있는 값이며, Vp'는 누수감지용 전압검출기(230)를 통해 측정되는 값이며, 누출지점의 절연저항값(R3)은 파이프의 다른 부분의 저항값(R1)에 비해 상대적으로 아주 크기 때문(R3 >> R1)에 R1+R3 == R3로 치환하면, 전압분배법칙에 의한 하기 식을 통해
Vp'/Vcc = R4/(R1+R3+R4)
절연저항(R3)을 간접측정한다.
또한, 본 발명의 누수감지장치(200)의 누수누수위치 측정은, 제1 스위치(SW1)는 단락되고, 제2 스위치(SW2)는 누수감지점(P)과 누수위치측정용 전압검출기(240)가 연결되도록 스위치레버를 이동시키고, 제3 스위치(SW3)는 누수위치측정용 전압검출기(240)와 A/D 변환부(250)가 연결되도록 스위치레버를 이동시키고, 제4 스위치(SW4)는 개방되고, 제5 스위치(SW5)는 단락되고, 제6 스위치(SW6)는 개방되고, 제7 스위치(SW7)는 단락되고, 제8 스위치(SW8)는 개방되도록 제어하여 분극기준값인 Vcc를 측정하고, 분극기준값을 측정한 후 최단시간 내에 제1 스위치(SW1)는 개방되고, 제2 스위치(SW2)는 누수감지점(P)과 누수위치측정용 전압검출기(240)가 연결되도록 스위치레버를 이동시키고, 제3 스위치(SW3)는 누수위치 측정용 전압검출기(240)와 A/D 변환부(250)가 연결되도록 스위치레버를 이동시키고, 제4 스위치(SW4)는 개방되고, 제5 스위치(SW5)는 단락되고, 제6 스위치(SW6)는 개방되고, 제7 스위치(SW7)는 개방되고, 제8 스위치(SW8)는 개방되도록 제어하여 분극의 영향을 받은 전압값을 측정하고, 분극기준값과 분극의 영향을 받은 전압값의 차를 구한 후, Vcc를 감지선(210)에 공급되는 소정 전압, Vp를 누수감지점(P)과 접지부 사이에서 측정되는 전압, R1을 전원공급부(220)와 누수감지점(P) 사이의 저항, R2를 누수감지점(P)과 접지부 사이의 저항이라고 정의할 때, 전압분배법칙에 의한 하기 식을 통해
Vp/Vcc = R2/(R1+R2)
누수위치를 측정한다. 그리고, 전압분배법칙에 의한 상기 식을 통해 계산된 누수위치값에 상기 분극기준값과 분극의 영향을 받은 전압값의 차를 위치값으로 환산한 값을 더함으로써, 분극에 의한 오차가 보정된 누수위치를 최종적으로 얻게 된다.
지금까지 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 구체적으로 설명하였으나, 이러한 실시예는 본 발명의 이해를 위한 설명을 위해 제시된 것일 뿐이며, 본 발명의 권리범위가 이 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어나지 않고도 다양한 변형이 가능함을 이해할 수 있을 것이며, 본 발명의 범위는 첨부된 실용신안등록청구범위에 의해서 해석되어야 할 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 파이프의 절연영역과 유체의 분극 특성에 의해 발생되는 누수위치측정 오차를 보정하여 보다 정밀한 누수위치를 측정할 수 있기 때문에, 누수감지 및 누수위치측정 과정에서 불필요하게 낭비될 수 있는 시간, 비용상의 지출을 감소시킬 수 있게 된다.

Claims (7)

  1. 감지선(210)에 소정 전압을 공급하는 전원공급부(220),
    상기 전원공급부(220)로부터 접지부까지 연장되며, 접지부측 단부에 제1 스위치(SW1)를 구비하고 파이프의 외경과 내경 사이의 절연영역에 매설된 감지선(210),
    제2 스위치(SW2)를 통해 누수감지점(P)과 선택적으로 연결되는 누수감지용 전압검출부(230),
    상기 제2 스위치(SW2)를 통해 누수감지점(P)과 선택적으로 연결되는 누수위치측정용 전압검출부(240),
    제3 스위치(SW3)를 통해 상기 누수감지용 전압검출부(230) 또는 누수위치측정용 전압검출부(240)와 선택적으로 연결되어 상기 양 전압검출부로부터 제공되는 아날로그 데이터 신호를 디지털 데이터 신호로 변환하는 A/D 변환부(250),
    상기 A/D 변환부(250)로부터 제공되는 데이터를 연산처리하여 누수여부를 판정하고 누수위치를 산출하는 마이크로프로세서(260),
    상기 마이크로프로세서(260)로부터 제공되는 데이터를 중계기(120)로 전송하는 통신부(270),
    상기 마이크로프로세서(260)의 명령에 따라 누수발생여부 및 상태를 시각적으로 알리는 표시부(280),
    상기 마이크로프로세서(260)의 명령에 따라 누수발생여부 및 상태를 청각적 으로 알리는 경보발생부(290),
    상기 마이크로프로세서(260)에 의해 제어되어 제1 내지 제8 스위치(SW8)를 제어하는 스위치 제어부(300), 및
    상기 누수감지점(P)과 제2 스위치(SW2)를 연결하는 도선 중의 소정위치와 접지부 사이에 배치되는 기준저항기(310)를 포함하되,
    상기 전원공급부(220)는 제5 스위치(SW5)를 통해 감지선(210)과 선택적으로 연결되고 제6 스위치(SW6)를 통해 상기 제1 스위치(SW1)의 접지부 반대측 단자와 선택적으로 연결되며, 상기 제5 스위치(SW5)는 제7 스위치(SW7)를 통해 상기 누수감지점(P)과 제2 스위치(SW2)를 연결하는 도선 중의 소정위치에 연결되고,
    상기 제6 스위치(SW6)는 제8 스위치(SW8)를 통해 상기 누수감지점(P)과 제2 스위치(SW2)를 연결하는 도선 중의 소정위치에 연결되고,
    상기 기준저항기(310)는 소정 값의 저항 및 제4 스위치(SW4)를 구비하며, 누수감지시 제4 스위치(SW4)를 단락한 상태에서 기준저항기(310) 양단 간의 전압을 측정하여 절연저항(R3)을 간접측정하고 상기 측정된 절연저항(R3)을 정상상태일 때의 기준 절연저항값과 비교하여 두 값이 소정 임계치 이상의 큰 차를 가지면 파이프에 이상이 발생한 것으로 판정하는 것을 특징으로 하는, 누수위치의 측정정밀도를 개선시킨 열배관누수감지장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 감지선(210)은 센서와이어와 리턴와이어로 구분되며, 상기 센서와이어 는 소정 간격으로 피복이 벗겨진 구조를 갖고 니켈 및 크롬의 합금으로 형성되는 것을 특징으로 하는 누수위치의 측정정밀도를 개선시킨 열배관누수감지장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    감지선(210) 중의 임의 지점에서 단선이 발생한 상태에서, 단선발생지점과 접지부 사이에서 누수가 발생한 경우의 누수감지 동작 시에는,
    제1 스위치(SW1)는 개방되고, 제2 스위치(SW2)는 누수감지점(P)과 누수감지용 전압검출기(230)가 연결되도록 스위치레버를 이동시키고, 제3 스위치(SW3)는 누수감지용 전압검출기(230)와 A/D 변환부(250)가 연결되도록 스위치레버를 이동시키고, 제4 스위치(SW4)는 단락되고, 제5 스위치(SW5)는 개방되고, 제6 스위치(SW6)는 단락되고, 제7 스위치(SW7)는 개방되고, 제8 스위치(SW8)는 개방되도록 제어하여 절연저항을 간접측정하는, 누수위치의 측정정밀도를 개선시킨 열배관누수감지장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    절연저항(R3)의 간접측정은,
    Vcc를 감지선(210)에 공급되는 소정 전압, Vp'를 기준저항기(310) 양단간에서 측정되는 전압, R2를 전원공급부(220)와 누수감지점(P) 사이에서 제6 스위치(SW6)가 부가된 측 감지선의 저항, R3를 절연저항, R4를 기준저항기(310) 내의 소정 저항이라고 정의할 때, Vcc, R4의 값은 이미 알고 있는 값이며, Vp'는 누수감지용 전압검출기(230)를 통해 측정되는 값이며, 누출지점의 절연저항값(R3)은 전원공급부(220)와 누수감지점(P) 사이의 저항값(R2)에 비해 상대적으로 아주 크기 때문에(R3 >> R2) R2+R3 == R3로 치환하면,
    전압분배법칙에 의한 하기 식을 통해
    Vp'/Vcc = R4/(R2+R3+R4)
    절연저항(R3)을 간접측정하는, 누수위치의 측정정밀도를 개선시킨 열배관누수감지장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    감지선(210) 중의 임의 지점에서 단선이 발생한 상태에서, 전원공급부(220)와 단선발생지점 사이에서 누수가 발생한 경우의 누수감지 동작 시에는,
    제1 스위치(SW1)는 개방되고, 제2 스위치(SW2)는 누수감지점(P)과 누수감지용 전압검출기(230)가 연결되도록 스위치레버를 이동시키고, 제3 스위치(SW3)는 누수감지용 전압검출기(230)와 A/D 변환부(250)가 연결되도록 스위치레버를 이동시키고, 제4 스위치(SW4)는 단락되도록 제어되고, 제5 스위치(SW5)는 단락되고, 제6 스위치(SW6)는 개방되고, 제7 스위치(SW7)는 개방되고, 제8 스위치(SW8)는 개방되도록 제어하여 절연저항을 간접측정하는, 누수위치의 측정정밀도를 개선시킨 열배관누수감지장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    절연저항(R3)의 간접측정은,
    Vcc를 감지선(210)에 공급되는 소정 전압, Vp'를 기준저항기(310) 양단간에서 측정되는 전압, R1을 전원공급부(220)와 누수감지점(P) 사이에서 제5 스위치(SW5)가 부가된 측 감지선의 저항, R3를 절연저항(R3), R4를 기준저항기(310) 내의 소정 저항이라고 정의할 때, Vcc, R4의 값은 이미 알고 있는 값이며, Vp'는 누수감지용 전압검출기(230)를 통해 측정되는 값이며, 누출지점의 절연저항값(R3)은 파이프의 다른 부분의 저항값(R1)에 비해 상대적으로 아주 크기 때문(R3 >> R1)에 R1+R3 == R3로 치환하면,
    전압분배법칙에 의한 하기 식을 통해
    Vp'/Vcc = R4/(R1+R3+R4)
    절연저항(R3)을 간접측정하는, 누수위치의 측정정밀도를 개선시킨 열배관누수감지장치.
  7. 제1 항의 열배관누수감지장치를 이용하여 누수위치를 측정하는 방법에 있어서,
    제1 스위치(SW1)는 단락되고, 제2 스위치(SW2)는 누수감지점(P)과 누수위치측정용 전압검출기(240)가 연결되도록 스위치레버를 이동시키고, 제3 스위치(SW3) 는 누수위치측정용 전압검출기(240)와 A/D 변환부(250)가 연결되도록 스위치레버를 이동시키고, 제4 스위치(SW4)는 개방되고, 제5 스위치(SW5)는 단락되고, 제6 스위치(SW6)는 개방되고, 제7 스위치(SW7)는 단락되고, 제8 스위치(SW8)는 개방되도록 제어하여 분극기준값인 Vcc를 측정하는 단계,
    상기 분극기준값을 측정한 후 최단시간 내에 제1 스위치(SW1)는 개방되고, 제2 스위치(SW2)는 누수감지점(P)과 누수위치측정용 전압검출기(240)가 연결되도록 스위치레버를 이동시키고, 제3 스위치(SW3)는 누수위치측정용 전압검출기(240)와 A/D 변환부(250)가 연결되도록 스위치레버를 이동시키고, 제4 스위치(SW4)는 개방되고, 제5 스위치(SW5)는 단락되고, 제6 스위치(SW6)는 개방되고, 제7 스위치(SW7)는 개방되고, 제8 스위치(SW8)는 개방되도록 제어하여 분극의 영향을 받은 전압값을 측정하는 단계,
    상기 분극기준값과 분극의 영향을 받은 전압값의 차를 구하는 단계,
    Vcc를 감지선(210)에 공급되는 소정 전압, Vp를 누수감지점(P)과 접지부 사이에서 측정되는 전압, R1을 전원공급부(220)와 누수감지점(P) 사이의 저항, R2를 누수감지점(P)과 접지부 사이의 저항이라고 정의할 때,
    전압분배법칙에 의한 하기 식을 통해
    Vp/Vcc = R2/(R1+R2)
    누수위치를 측정하는 단계, 및
    전압분배법칙에 의한 상기 식을 통해 계산된 누수위치값에 상기 분극기준값과 분극의 영향을 받은 전압값의 차를 위치값으로 환산한 값을 더하여 오차가 보정된 누수위치를 측정하는 단계를 포함하는, 누수위치의 측정정밀도를 개선시킨 열배관누수위치측정방법.
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