KR100680182B1 - 초음파 압력 복합 수위계측식 비만관 유량계 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비만관 유량계에 관한 것으로, 유체가 관류되는 배관에 연결고정될 수 있도록 양단에 연결플랜지를 구비한 측정관과; 상기 측정관의 하단부 내주면에 설치되고 관류하는 유체에 자장을 형성하는 여자코일, 자장내에서 유동되는 유체에 의해 유발되는 기전력을 감지하는 감지전극을 구비한 유량센서와; 상기 유량센서와 인접하면서 상기 측정관의 하단부 내주면 7~8시방향에 매립설치된 압력센서와; 상기 유량센서와 대향되는 측정관의 상단부 고정관 내부에 설치된 초음파수위측정기와; 상기 유량센서, 압력센서 및 초음파수위측정기와 리드선에 의해 전기적으로 연결되어 전원을 공급하거나 제어신호를 송출하며, 계측되거나 산술된 유체의 유량, 유속, 수위를 표시하는 연산지시계를 갖는 마이크로프로세서의 일종인 연산기를 포함하여 구성된다.

본 발명에 따르면 유체의 수위에 따라 압력센서와 초음파수위측정기를 병행하여 계측불능을 제거함으로써 유체의 종류에 상관없이 언제라도 유량측정이 가능하게 되어 필요정보를 정확하게 실시간으로 확인할 수 있고, 그에 따른 후속조치가 원활하며, 계측불능에 의해 파생되던 문제들을 일거에 해소시키는 장점을 제공한다.

Description

초음파 압력 복합 수위계측식 비만관 유량계{ULTRASONIC AND PRESSURE COMPLEX LEVEL MEASURING TYPE FLOW METER FOR PARTIALLY FILLED PIPELINE}

도 1은 본 발명에 따른 유량계가 설치된 배관을 측면에서 본 일부 절개 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 유량계가 설치된 배관을 정면에서 본 일부 사시도.

♧ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♧

100....측정관 110....연결플랜지

200....유량센서 300....압력센서

400....초음파수위계측기 420....고정관

430....커버 440....수위표시기

500....연산기 510....연산지시계

본 발명은 비만관 유량계에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유체의 청결도에 따라 초음파와 압력센서를 적절히 활용하여 어떠한 상태에서도 관류하는 유체의 유량을 측정할 수 있도록 한 초음파 압력 복합 수위계측식 비만관 유량계에 관한 것 이다.

비만관 유량계로는 다양한 형태의 것이 있으나 유속 수위 연산방식의 비만관 유량계에서 수위를 측정하는 방법으로는 크게 초음파 수위계(레벨계)와 압력 수위계(레벨계)를 사용할 수 있다.

초음파 수위계는 보통 발진된 초음파가 수면과 바닥을 통해 반사되어 되돌아 오는 시간차에 따른 환산값을 통해 수위를 계측하게 되며, 압력 수위계는 수위에 따라 가해지는 수압차를 계산하여 수위를 계측하게 된다.

그런데, 이들 수위계의 경우 기존 방식의 비만관 유량계에서는 측정대상에 따라 혹은 측정분야(유체의 종류)에 따라 둘 중 어느 하나만을 사용하였다.

즉, 초기에는 압력 수위계 만을 사용하였으나 이후 몇몇 단점을 극복하기 위하여 초음파 수위계도 비만관 유량계에 쓰이게 되었다.

예컨대, 청결한 유체의 경우에는 압력 수위계를 사용하여 수위를 측정한 후 이를 통해 유량을 산출하였으며, 침전물 등 고형물질이 함유된 유체의 경우에는 초음파 수위계를 사용하여 그 수위를 측정한 후 유량을 산출하였다.

그러나, 압력 수위계에서는 필수구성인 압력센서가 대부분 관체의 내부 하단면, 즉 시계표시법상 6시방향에 설치되었기 때문에 청결한 유체임에도 불구하고 부득이하게 함유된 침전물이나 고형물들에 의해 압력전송관이 막히게 되면 압력센서가 계측한 정보를 송신할 수 없게 되어 계측 불능상태에 빠지게 되는 단점이 유발되었으며, 또한 초음파 수위계에서는 진동자 혹은 초음파센서가 12시방향에 설치되기 때문에 유체가 배관을 가득 채우게 될 경우, 즉 만관이 될 경우 초음파 센서의 특성인 불감대로 인하여 신호감지가 불가능하게 되어 수위 혹은 유량측정이 불능상태에 빠지게 되는 단점이 있었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술이 갖는 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출한 것으로, 유체의 종류에 상관없이 관내를 흐르는 유체의 유량, 수위, 유속 등의 정보를 언제라도 원활하고 정확하게 계측할 수 있도록 한 초음파 압력 복합 수위계측식 비만관 유량계를 제공함에 그 주된 목적이 있다.

본 발명은 상기한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 유체가 관류되는 배관에 연결고정될 수 있도록 양단에 연결플랜지를 구비한 측정관과; 상기 측정관의 하단부 내주면에 설치되고 관류하는 유체에 자장을 형성하는 여자코일, 자장내에서 유동되는 유체에 의해 유발되는 기전력을 감지하는 감지전극을 구비한 유량센서와; 상기 유량센서와 인접하면서 상기 측정관의 하단부 내주면 7~8시방향에 매립설치된 압력센서와; 상기 유량센서와 대향되는 측정관의 상단부 고정관 내부에 설치된 초음파수위측정기와; 상기 유량센서, 압력센서 및 초음파수위측정기와 리드선에 의해 전기적으로 연결되어 전원을 공급하거나 제어신호를 송출하며, 계측되거나 산술된 유체의 유량, 유속, 수위를 표시하는 연산지시계를 갖는 마이크로프로세서의 일종인 연산기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 초음파 압력 복합 수위계측식 비만관 유량계를 제공함에 그 기술적 특징이 있다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 유량계가 설치된 배관을 측면에서 본 일부 절개 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 유량계가 설치된 배관을 정면에서 본 일부 사시도이다.

도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 측정관(100)이 구비되고, 상기 측정관(100)의 양단에는 연결플랜지(110)가 동일형태로 형성된다.

그리하여, 배관(미도시)에 형성된 연결플랜지(미도시)와 상기 연결플랜지(110)가 상호 밀착된 상태에서 볼트로 체결되어 배관과 측정관(100)이 그 연결상태를 유지하게 된다.

그리고, 상기 측정관(100)의 하단 내주면, 즉 시계표시법상 6시방향에는 유량센서(200)가 설치된다.

상기 유량센서(200)는 공지된 센서로서 자력발생기, 기전력감지전극, 여자코일 등으로 이루어져 일정직경의 배관을 관류하는 유체의 평균유속을 측정하는 센서이며, 평균유속은 도체가 자계내에서 운동할 때 그 도체내에 자계방향 및 운동방향의 양방향에 직각방향으로 기전력이 발생하고 그 크기는 자속밀도와 도체의 운동속도에 비례한다는 패러데이법칙으로부터 구해질 수 있다.

이와 같이 하여 평균유속이 구해지면 그 평균유속에 유체가 지나가는 단면적을 곱한 후 일정시간동안에 걸쳐 적분연산함으로써 유량(유체의 관류량)을 구할 수 있게 된다.

한편, 상기 유량센서(200)와 인접한 위치의 측정관(100) 내주면에는 압력센 서(300)가 설치된다.

상기 압력센서(300)는 종래 압력 수위계에 사용된 센서와 동일한 구성으로 이루어지나 그 배설되는 위치가 기존과는 달리 대략 7~8시방향에 매립설치된다.

따라서, 유체에 침전물이나 고형물이 함유되어 있더라도 압력센서(300)를 구성하는 압력전송관이 쉽게 막히지 않게 되어 압력센서에 의한 수위측정이 가능하게 된다.

아울러, 상기 측정관(100)의 상단부, 즉 상기 유량센서(200)와 대향되는 위치에는 고정관(420)이 연결고정되어 상부로 돌출된 형태로 구비되고, 상기 고정관(420)의 상단에는 커버(430)가 고정되며, 상기 커버(430)의 하부면에는 초음파수위측정기(400)가 설치되고, 상기 커버(430)의 상단면에는 상기 초음파수위측정기(400)로부터 측정된 수위값을 표시하는 수위표시기(440)가 부설된다.

나아가, 상기 측정관(100)의 외주면 적소에는 마이크로프로세서의 일종인 연산기(500)가 고정 설치되며, 상기 연산기(500)에는 연산지시계(510)가 구비되어 계측되거나 환산된 유체의 유량, 유속, 수위 등의 정보가 디스플레이하게 되고, 각 센서로 전원 및 제어신호를 인가하게 된다.

또한, 상기 연산기(500)에는 프로그램이 세팅되어 측정관(100)을 관류하는 수위가 압력센서(200)의 압력전송관보다 높게 되면 상기 압력센서(200)를 통해 관류하는 유체의 수위를 측정하도록 하고, 그 이하가 되면 초음파수위측정기(400)를 이용하여 유체의 수위를 측정하도록 하며, 유체의 평균유속은 상기 유량센서(200)를 통해 계측하도록 함으로써 유체의 종류나 상태에 상관없이 계측불능이 유발되지 않도록 구성함이 바람직하다.

이때, 상기 초음파수위측정기(400)도 유량센서(200)나 압력센서(300)와 마찬가지로 공지된 측정방식에 따라 유체의 수위를 측정하게 된다.

그리고, 상기 유량센서(200), 압력센서(300) 및 초음파수위측정기(400)는 모두 리드선(210,310,410)에 의해 연산기(500)와 전기적으로 연결된다.

이러한 구성으로 이루어진 본 발명의 작동관계는 다음과 같다.

먼저, 계측이 요구되는 배관상에 본 발명 유량계가 장착되게 된다.

그리하여, 유체의 수위에 따라 필요로 하는 정보를 계측하게 되는데 만약 측정관(100)을 관류하는 유체의 수위가 압력센서(300)가 설치된 압력전송관의 높이보다 높을 경우에는 상기 압력센서(300)를 통해 수압에 의한 유체의 관류 수위를 계측하게 된다.
이때, 상기 압력센서(300)는 수위가 압력센서(300)보다 낮게 되면 당연히 계측이 불가능하게 되고, 수위가 압력센서(300)보다 높게 되면 압력센서(300)는 당연히 작용되는 수압을 계측하게 된다. 물론, 수위가 낮아 압력센서(300)가 작동하지 않게 되면 후술하는 바와 같이 초음파수위측정기(400)가 동작하게 된다.

계측된 정보는 리드선(310)을 통해 연산기(500)로 전송되고, 연산기(500)에서는 수신된 수위 정보와 유량센서(200)를 통해 수신된 평균유속에 관한 정보를 가지고 산술하여 유량을 계산하게 된다.

산출된 유량과 수신된 수위, 유속 정보는 실시간으로 연산지시계(510)에 디스플레이되게 된다.

반면에, 유체의 수위가 압력센서(300)의 설치위치보다 낮을 경우에는 연산기(500)의 제어에 의해 초음파수위측정기(400)가 동작되고, 공지의 검출방식에 따라 측정관(100)을 관류하는 유체의 수위를 계산하게 된다.

즉, 초음파수위측정기(400)에 내장된 초음파발진기로부터 발진된 초음파가 수면으로부터 반사되는 시간과 측정관(100)의 바닥면으로부터 반사되는 시간 차이를 이용하여 상기 측정관(100)을 관류하는 유체의 수위를 계산할 수 있게 되는 것이다.

이 경우에도 상기 압력센서(300)의 경우와 마찬가지로 유량센서(200)로부터 측정된 유체의 평균유속을 함께 산술하여 유체의 유량을 계산할 수 있게 된다.

유량센서(200)는 잘 알려져 있는 바와 같이, 패러데이법칙을 이용하여 평균유속을 구하는 센서로서, 도체인 유체가 배관을 따라 유량센서(200) 내에 구비된 자력발생기의 여자코일에 의해 형성된 자기장내에서 평균유속으로 흐르게 되고 그 흐름에 의해 상기 유체내 자계의 방향 및 운동방향에 대한 직각방향으로 기전력이 발생되며, 그 크기는 자속밀도와 속도에 비례하게 되므로 상기 여자코일에 인접하여 구비된 기전력감지전극에 이 기전력이 유도되게 되고, 유도된 기전력은 연산기(500)로 전송되어 공지된 평균유속을 구하는 식(하기에 예시)에 의해 평균유속이 구해지게 된다.

즉, 평균유속(

)는,

과 같이 나타낼 수 있게 되며, 이때 이들 K(상수), B(자속밀도), D(기전력감지전극간 거리), E(유도기전력) 값은 정해지거나 측정을 통해 알 수 있는 값이므로 평균유속(

)을 쉽게 산출할 수 있게 되는 것이다.

상술한 바와 같이, 측정관(100)을 관류하는 수위에 따라 압력센서(300)와 초 음파수위측정기(400)를 선택적으로 사용하여 원하는 유량을 측정할 수 있게 된다.

그런데, 만약 압력센서(300)를 사용해야할 수위임에도 불구하고 고형물이나 침전물에 의해 압력센서(300)를 통한 수위 계측이 불가능한 경우에는 측정 불능시간이 설정된 시간내에 이루어지지 않게 되고(즉, 측정 불능시간이 지연되게 되고), 이때에는 연산기(500)의 제어에 의해 초음파수위측정기(400)를 이용하여 수위를 계측하도록 제어하고, 그 반대의 경우 즉, 유체가 측정관(100)에 가득찰 경우에는 압력센서(300)를 통해 그 수위를 측정하도록 제어할 수 있다.

물론, 이와 같은 현상은 압력센서가 기존과 같이 측정관의 바닥에 설치되어 있지 않고 일정높이를 유지한 채 설치(7~8시방향)되어 있기 때문에 거의 발생하지 않을 것이다.

따라서, 유체의 종류에 상관없이 어느 때라도 유량을 측정하는데에 있어 측정불능이 발생하지 않게 됨은 물론 정확한 유량, 유속, 수위 정보를 제공할 수 있게 된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 유체의 수위에 따라 압력센서와 초음파수위측정기를 병행하여 계측불능을 제거함으로써 유체의 종류에 상관없이 언제라도 유량측정이 가능하게 되어 필요정보를 정확하게 실시간으로 확인할 수 있고, 그에 따른 후속조치가 원활하며, 계측불능에 의해 파생되던 문제들을 일거에 해소시키는 장점을 제공한다.

Claims (2)

1. 유체가 관류되는 배관에 연결고정될 수 있도록 양단에 연결플랜지(110)를 구비한 측정관(100)과;

   상기 측정관(100)의 하단부 내주면에 설치되고 관류하는 유체에 자장을 형성하는 여자코일, 자장내에서 유동되는 유체에 의해 유발되는 기전력을 감지하는 감지전극을 구비한 유량센서(200)와;

   상기 유량센서(200)와 인접하면서 상기 측정관(100)의 하단부 내주면 7~8시방향에 매립설치된 압력센서(300)와;

   상기 유량센서(200)와 대향되는 측정관(100)의 상단부 고정관(420) 내부에 설치된 초음파수위측정기(400)와;

   상기 유량센서(200), 압력센서(300) 및 초음파수위측정기(400)와 리드선(210,310,410)에 의해 전기적으로 연결되어 전원을 공급하거나 제어신호를 송출하며, 계측되거나 산술된 유체의 유량, 유속, 수위를 표시하는 연산지시계(510)를 갖는 마이크로프로세서의 일종인 연산기(500)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 초음파 압력 복합 수위계측식 비만관 유량계.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 초음파수위측정기(400)는 측정관(100)과 연통되게 상향돌출되어 연결고정된 고정관(420)의 커버(430) 하단면에 설치되고, 상기 커버(430) 상단면에는 상 기 초음파수위측정기(400)에서 계측한 유체의 수위를 실시간적으로 표시하는 수위표시기(440)가 부설된 것을 특징으로 하는 초음파 압력 복합 수위계측식 비만관 유량계.

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