KR100687261B1 - 차압식 유량계 - Google Patents

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KR100687261B1
KR100687261B1 KR1020050116748A KR20050116748A KR100687261B1 KR 100687261 B1 KR100687261 B1 KR 100687261B1 KR 1020050116748 A KR1020050116748 A KR 1020050116748A KR 20050116748 A KR20050116748 A KR 20050116748A KR 100687261 B1 KR100687261 B1 KR 100687261B1
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천용현
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주식회사 우일하이테크
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Abstract

본 발명은 액체 및 기체와 같은 유체의 유량을 측정하는 차압식 유량계에 관한 것으로, 보다 상세하게는 본체의 제1,2수납홈에 각각 장착되어 유압감지관을 통해서 유체유입관 및 유체유출관의 압력변화를 제1,2검출수단으로 전달하는 멤브레인을 오링이 일체로 형성된 다이어프램으로 구비하고, 상기 제1,2검출수단에서 검출된 압력 값을 본체의 일측에 구비된 표시수단으로 표출하는 차압식 유량계에 관한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유체유입관 및 유체유출관 사이에 오피리스관을 갖는 본체와, 상기 유체유입관 및 유체유출관에 제1,2유압감지관으로 연결된 제1,2수납홈과, 상기 제1,2수납홈에 장착되되, 유체유입관 및 유체유출관에 흐르는 유체의 압력을 검출하여 전기적인 신호로 변환시키는 제1,2검출수단과, 상기 제1,2검출수단에서 변환된 전기적인 신호를 표시할 수 있도록 제어하는 제어부로 이루어진 차압식 유량계에 있어서,
상기 제1,2검출수단의 저면에 각각 장착되어 유압감지관을 통해서 유체유입관 및 유체유출관의 압력을 전달하고 유압감지관을 밀폐할 수 있도록 가장자리에 오링이 일체로 형성된 제1,2다이어프램을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
차압식 유량계, 다이어프램, 리니어라이즈, 오링일체형

Description

차압식 유량계{Differential pressure flowmeter}
도 1은 종래의 차압식 유량계의 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 차압식 유량계의 분해사시도.
도 3은 본 발명에 따른 차압식 유량계의 절개사시도.
도 4는 본 발명에 따른 차압식 유량계의 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 차압식 유량계의 사시도..
도 6 내지 도 8은 본 발명에 따른 차압식 유량계의 회로구성도.
도 9는 종래의 멤브레인 및 본 발명의 오링일체형 다이어프램의 사진
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ※
1000: 차압식 유량계
100: 유량계 본체 102: 유체이동관
103: 오피리스관 104: 제한부
110: 유체유출관 120: 유체유입관
130: 제1수납홈 131: 제1유입감지관
132: 제1다이어프램 134: 밀봉부재
136: 제1검출수단 138: 스페이서링
140: 제2수납홈 141: 제2유압감지관
142: 제2다이어프램 144: 밀봉부재
146: 제2검출수단 148: 스페이서링
200: 케이스 210: 전기커넥터
220: 표시수단 300: 제어부
본 발명은 액체 및 기체와 같은 유체의 유량을 측정하는 차압식 유량계에 관한 것으로, 보다 상세하게는 본체의 제1,2수납홈에 각각 장착되어 유압감지관을 통해서 유체유입관 및 유체유출관의 압력변화를 제1,2검출수단으로 전달하는 멤브레인을 오링이 일체로 형성된 다이어프램으로 구비하고, 상기 제1,2검출수단에서 검출된 압력 값을 본체의 일측에 구비된 표시수단으로 표출하는 차압식 유량계에 관한 것이다.
일반적으로 차압식 유량계는 유체가 흐르는 관로 중에 조리기구인 오피리스, 벤츄리관, 플로우 노즐 등을 설치하여 전후 발생되는 압력차를 이용하여 유량을 검출하는 방식이다.
베르누이의 법칙에 의하면 유체가 흐르고 있는 관로 상 일부를 축소시키면 유체가 그 부분을 통과할 때 속도는 증가하고 압력이 감소함으로써 관로의 전후 압력차와 유량과의 사이에는 일정한 관계가 성립되어 짐으로써 곧 차압을 측정유량으로 환산하는 것이다.
상기와 같은 차압식 유량계의 종래기술은 도 1에 도시된 대한민국 등록특허공보 10-0287298호의 "비오염 몸체를 갖는 가성유체내의 유량계"에 잘 나타나 있었 다.
대한민국 등록특허공보 10-0287298호에 나타난 기술은 도 1과 같이, 유체유동회로와 인라인 (in-line) 접속되기 적합한 화학적 불활성 유량계에 있어서, (a) 하우징(12)은 이를 관통 신장하는 소정의 제 1 단면부의 종방향 보어(26)를 가지며, 도관의 입구단과 출구단은 유체유동도관에 인라인 접속하기 적합하고, 또 상기 하우징(12)의 외면에서 상기 하우징(12)의 종방향 보어(26) 쪽으로 각각 횡단 신장하는 제 1 및 제 2 이격 캐비티(28, 30)를 더 가지며, 종방향 보어(26)는 상기 제 1 및 제 2 캐비티(28, 30) 사이에 배열되는 수축부(35)를 가지며, 수축부(35)는 소정의 제 1 단면부보다 작은 제 2 단면부인 제 2 보어를 구비하는 하우징과, (b) 상기 제 1 캐비티내(28)에 수용되어, 유동회로내의 압력변화를 검출하는 제 1 검출수단(42)과, (c) 상기 제 2 캐비티내(30)에 수용되어, 유동회로내의 압력변화를 검출하는 제 2 검출수단(44)과, (d) 하우징(12)의 캐비티내의 고정위치에서 제 1 및 제 2 검출수단(42, 44)을 억제하는 수단(56)과, (e) 하우징(12) 내에 각각의 캐비티 (28 및 30) 의 립 (36) 위에 위치되되, 화학적 비활성의 제 1,2 O-링(52 및 54) 에 의해 하우징 (12) 내에서 밀봉되는 격리 멤브레인(38)과, 유동회로내의 압력변화를 검출하는 제 1 및 제 2 검출수단(42, 44)에 접속되고, 보어내의 압력에 비례하는 제어시그널을 발생시키는 전자회로를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 종래의 기술은 제1,2검출수단과 결합된 전자회로가 격리 멤브레 인을 통해서 잠재적으로 부식성의 가공화학물로부터 격리되도록 작용하고 오염물질이 운반되는 가공유체 쪽으로 유입되는 것을 봉쇄하도록 한 것으로, 결합된 압력센서와 직접 접촉하는 격리 멤브레인을 통해서 유동회로내로 흐르는 유체의 압력이 유동회로내의 독립적인 두 지점에서 비침입적으로 측정됨으로써 유동회로내의 유동율을 결정할 수 있는 장점이 있었지만 다음과 같은 문제점이 있었다.
상기 제1,2케비티에 구비된 제1,2검출수단에 도관의 압력을 전달하는 멤브레인을 고정하고 차폐하기 위해서는 별도의 오링을 구비해야 하는 문제점이 있었다.
또한 상기 멤브레인은 테트라플루오르에틸렌 플루오르 카본중합체(제품명: TEFLON)로 구비되어 응답속도가 느린 문제점이 있었다.
또한 상기 하우징에 유량을 표시하는 표시수단이 구비되어 있지 않아 사용자가 이를 유량계에서 실시간 확인하기 어려운 문제점이 있었다.
또한 차압센서에서 입력받은 전압에는 다량의 노이즈가 포함되어 있어 10cc 이하의 미소유량에 대해서는 정확한 계측값을 얻기 어려운 문제점이 있었다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로써, 상기 오링에 의해 지지되어 제1,2검출수단에 압력을 전달하고 유동회로와 전자회로를 차폐하는 테트라플루오르에틸렌 플루오르 카본중합체 재질의 멤브레인 대신 신축성이 좋은 플루오리네이티드 일래스터머의 재질인 다이어프램을 적용하여 차압센서에 유체의 압력을 전달할 때 응답속도를 배가시키는 것을 목적으로 한다.
또한 상기 다이어프램은 가장자리에 오링 일체형으로 형성됨으로써 본체의 유체이동관과 케이스에 구비된 전자회로간의 실링 역할을 할 수 있게 하는 것을 목적으로 한다.
또한 상기 유량계에서 측정된 압력 값을 표시수단을 이용하여 사용자에게 실시간 표출하게 하는 것을 목적으로 한다.
또한 선형출력부를 구비하여 차압센서에서 입력받은 전압을 선형화시켜 노이즈를 제거함으로써 미소유량을 측정 가능하게 하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유체유입관 및 유체유출관 사이에 오피리스관을 갖는 본체와, 상기 유체유입관 및 유체유출관에 제1,2유압감지관으로 연결된 제1,2수납홈과, 상기 제1,2수납홈에 장착되되, 유체유입관 및 유체유출관에 흐르는 유체의 압력을 검출하여 전기적인 신호로 변환시키는 제1,2검출수단과, 상기 제1,2검출수단에서 변환된 전기적인 신호를 표시할 수 있도록 제어하는 제어부로 이루어진 차압식 유량계에 있어서,
상기 제1,2검출수단의 저면에 각각 장착되어 유압감지관을 통해서 유체유입관 및 유체유출관의 압력을 전달하고 유압감지관을 밀폐할 수 있도록 가장자리에 오링이 일체로 형성된 제1,2다이어프램을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하도록 한다.
도 2 내지 도 5와 같이, 본 발명에 따른 차압식 유량계(1000)는 본체(100), 제1,2검출수단(136, 146), 밀봉부재(134), 제1,2다이어프램(132, 142), 스페이서링(138, 148), 케이스(200), 표시수단(220) 및 이를 제어하는 제어부(300)를 포함하여 구비한다.
상기 본체(100)는 유체유입관(120) 및 유체유출관(110) 사이에 오피리스관 (103)을 갖는 유체이동관(102)이 형성된 것으로, 바람직하게 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE) 등의 화학적으로 비활성의 비오염 중합체로 제조된다.
상기 유체이동관(102)은 본체(100)를 종방향으로 관통하고 있으며, 상기 유체유입관(120) 및 유체유출관(110)의 사이에는 유체유입관(120) 및 유체유출관(110)보다 직경이 작은 오피리스관(103)이 형성되어 있다.
따라서, 상기 유량계(1000)가 유체유입관(120) 및 유체유출관(110)을 통해 외부의 유체유동도관(도시되지 않음)과 인라인 연결될 때, 상기 유체이동관(102)은 유체의 이동통로의 역할을 한다.
또한 상기 유체이동관(102) 내에서 유량계(1000)의 방향성은 그 효과에 영향을 미치지 않고서 반전될 수 있다.
또한 상기 유체유입관(120) 및 유체유출관(110)의 사이에 형성된 오피리스관(103)은 제한부(104) 또는 플레이트(도시되지 않음)를 이용하여 구현하게 되는 데, 상기 유체유입관(120) 및 유체유출관(110)보다 작은 유통공을 가질 수 있도록 볼록한 제한부(104)를 형성하게 할 수 있고, 오피리스 플레이트(도시되지 않음)와 같은 벽면을 설치하여 중앙부에 유통공을 형성할 수 있다
즉, 상기 유체유입관(120) 및 유체유출관(110)의 사이에서 다양한 구조의 유체의 제한영역을 가지도록 구성하여 유체가 오피리스관(103)을 통과할 때에 압력강하를 일으키도록 한다.
여기서 상기 오피리스관(103)에 의한 압력 측정의 원리를 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 차압식 유량계(1000)의 측정 유체는 흐름이 정상류이고 점성이 작은 유체인 물, 공기, 포화증기, 경유, 천연가스, 부식성 유체 및 고온고압 유체 등을 포함한다.
상기 유체가 충만히 흐르는 유체유입관(120) 및 유체유출관(110)으로 이루어진 유체이동관(102)에서 중간 부분에 오피리스 플레이트 또는 제한부(104)를 설치 또는 형성하게 하여 유체이동관(102)의 단면적을 축소시키면 유체이동관(102)의 벽측으로 흐르는 일부유체는 오피리스 플레이트에 영향을 받아 그 유속이 감소하고, 정압이 증가하게 된다. 또한 중심부의 유체는 오피리스 플레이트 또는 제한부(104)를 통과한 직후 급격히 단면적이 축소됨에 따라 유속이 급격히 빨라지고, 정압또한 감소된다. 이러한 현상은 관성에 의해 더욱 심화되어 압력이 최소점인 축류점을 만들게 된다.
이 축류점에서 단면적이 최소, 유속은 최대, 정압은 최소, 모든 유체의 유선을 평행을 이루게 되며, 이 축류점을 기준으로 유체 단면적은 서서시 다시 확대되고 유속 및 정압도 정상상태를 회복하게 된다.
기체의 단면적, 유속, 정압은 서로 불가분의 관계에 있으며, 곧 유체측량을 결정하는 중요한 함수인 것으로 실제 오피리스 전후 정압을 측정하여 베르누이 방정식과 연속의 법칙에 의해 유량을 산출하게 된다.
오피리스 플레이트의 전후관의 도관으로부터 각각 인출된 압력들은 제1,2검출수단을 이용하여 검출하고 차압에 따른 공기적 또는 전기적인 출력신호를 개평연산기를 통해 연산하거나, 차압 발신기 자체에 마이크로 프로세서가 내장되어 개평 연산결과를 제어 또는 측정신호로 사용하게 된다.
상기와 같은 유압 측정에 이용되는 방정식은 연속의 법칙과 베르누이 방정식이다.
유체의 압력변화와 무관하게 밀도가 일정하다고 가정하면, P1지점 면적을 A1[m3], 유속을 V1[m/s2], 압력을 P1[kg/m2]이라고 하고, 상기 축류점의 지점 면적을 A2[m3], 유속을 V2[m/s2], 압력을 P2[kg/m2]라 할 때 관로가 수평으로 되어 있으면 P1 지점과 P2 지점의 흐르는 유량은 동일하다.
Q=A1v1 = A2v2
P1 지점과 P2 지점 위치에서 에너지 관계를 보면 다음과 같다.
Figure 112005070480671-pat00001
여기서 관을 수평으로 하게 되면 우치에너지가 동일하므로 다음 왼쪽과 같으며 양변을
Figure 112005070480671-pat00002
로 나누게 되면 오른쪽과 같은 결과가 된다.
Figure 112005070480671-pat00003
,
Figure 112005070480671-pat00004
Figure 112005070480671-pat00005
이므로
Figure 112005070480671-pat00006
결과식 연속의 법칙에서
Figure 112005070480671-pat00007
에 대해 정리한 것을 대입하면 다음과 같다.
Figure 112005070480671-pat00008
또한 기체 유체를 측정하는 경우에는 기체유량을 RLCp의 온도, 압력에 따라 크게 변한다. 따라서 차압식 유량계(1000)를 이용하여 비압축성 유체와 같이 계산 측정하면 오차가 발생하게 된다. 측정기체가 이상기체라고 하면 보일샤를의 법칙에 의해 기체의 비중량(
Figure 112005070480671-pat00009
)은
Figure 112005070480671-pat00010
(n: 기준상태, T: 절대온도(T=273.15 + ℃, P: 절대압력)
이 되며, 압축성 유체의 중량 유량은 구하는 식에 대입하면
Figure 112005070480671-pat00011
Figure 112005070480671-pat00012
{
Figure 112005070480671-pat00013
= 기체 팽창 보정계수(0.01252),
Figure 112005070480671-pat00014
= 유량계수(
Figure 112005070480671-pat00015
)}
을 얻는다. 따라서 이것으로부터 알 수 있듯이 유체의 차압을 측정함과 동시에 유체의 압력 및 온도를 측정하여 유량계(1000)의 설계 시 기준치와 비만 정확히 보정하면 바른 유량을 얻을 수 있다.
상기 제1,2수납홈(130, 140)은 본체(100)에 형성되어 제1,2검출수단(136, 146)이 장착되는 것으로, 상기 유체유입관(120) 및 유체유출관(110)의 상부에 각각 제1,2유입감지관(131, 141)으로 연결되어 형성된다.
상기 제1,2수납홈(130, 140)은 제1,2검출수단(136, 146)이 장착되기 위해 본체(100)의 상부에 원통형의 형상의 공간을 가지며, 상기 제1,2수납홈의 바닥면에 형성된 제1,2유압감지관(131, 141)으로 유체이동관(102)과 연결되게 된다.
결과적으로 상기 제1,2수납홈(130, 140)의 수납공간에 후술하는 제1,2검출수단(136, 146)이 장착되게 되며, 상기 제1 및 2검출수단(136, 146)은 오피리스관(103)을 사이에 두고 소정 거리로 격리되어 설치되게 된다.
또한 상기 제1,2수납홈(130, 140)은 후술하는 스페이서링(138, 148)의 외주연의 나사산과 나사결합되어 제1,2검출수단(136, 146)을 고정할 수 있도록 내측면에 나사산이 형성되어 있다.
상기 제1,2다이어프램(132, 142)은 제1,2수납홈(130, 140)에 각각 장착되어 제1,2유압감지관(131, 141)을 통해서 유체이동관(102)으로 흐르는 유체의 압력을 전달하고, 상기 제1,2유압감지관(131, 141)을 밀폐할 수 있도록 가장자리에 오링(133, 143)이 일체로 형성되어 있다.
[도 9]는 종래의 멤브레인 및 본 발명의 오링(133, 143)일체형 다이어프램의 사진으로, 사진의 왼쪽은 본 발명의 오링(133, 143)일체형 다이어프램이며, 오른쪽은 종래의 멤브레인이다.
[도 9]에 도시된 바와 같이, 기존의 유량계처럼 오링(133, 143)과 멤브레인이 따로 구비되지 않고 일체형으로 형성함으로써 빠른 응답속도로 유체유입관(120) 및 유체유출관(110)의 압력을 제1,2검출수단(136, 146)으로 효과적으로 전달할 수 있게 하고, 상기 유체이동관(102)을 흐르는 유체가 제1,2수납홈(130, 140)에 유입되지 않게 하여 본체(100)의 상부 케이스(200)에 장착된 제어부(300)의 전자회로를 보호하는 역할까지 수행하게 된다.
상기 제1,2다이어프램(132, 142)의 재질은 종래의 테트라플루오르에틸렌 플루오르 카본중합체(제품명: 테프론) 대신에 플루오리네이티드 일래스터머(high fluorinated elastomer)로 이루어진다.
또한 상기 플루오리네이티드 일래스터머는 바람직하게는 0.2mm 내외의 두께를 갖게 되는 데, 이는 두께가 너무 두꺼우면 압력전달의 효율이 떨어지게 되고, 두께가 너무 얇으면 압력전달에는 효율적이나 다이어프램의 내구성이 떨어지기 때문이다.
상기 플루오리네이티드 일래스터머는 제품명은 SEAL TECH사의 #5300으로 판매된다.
그리고 상기 플루오리네이티드 일래스터머는 테트라플루오르에틸렌(TFE), PMVE{Perfluoro(Methyl Vinyl Ether)} 및 에틸렌(ethylene)을 주요성분으로 하는 데, 신장율 100% 이상의 탄성체로서 외압이 가해지면 쉽게 변형되지만 외압이 제거되면 즉시 원형으로 복구되는 신축성이 좋은 특징이 있다.
따라서 상기 플루오리네이티드 일래스터머는 기존의 테트라플루오르에틸렌 플루오르 카본중합체보다 신축성이 강하기 때문에 유체이동관의 압력을 더욱 효율적으로 제1,2검출수단(136, 146)에 전달할 수 있게 된다.
상기 제1,2검출수단(136, 146)은 제1,2다이어프램(132, 142)의 상부에 각각 설치되되, 상기 제1,2다이어프램(132, 142)을 통해서 유체유입관(120) 및 유체유출관(110)에 흐르는 유체의 압력을 검출하여 전기적인 신호로 변환시키기 위한 것으로 바람직하게 압전형 센서로 구현한다.
상기 압전형 센서에 대해 보다 상세히 설명하면, 상기 압전형센서는 실리콘 압전형센서로 구현하며, 각각의 압전형센서의 저면(베이스)은 접착제, 열용접이나 기타 공지수단으로 제1,2다이어프램(132, 142)에 접촉되거나 접합될 수 있다.
상기와 같이 제1,2검출수단(136, 146)이 제1,2다이어프램(132, 142)과 결합되면 각각의 제1,2수납홈(130, 140) 내의 위치에서 외주연에 나사산이 형성된 스페이서링(138, 148)에 의해 지지된다.
또한 상기 제1,2검출수단(136, 146)은 저면의 가장자리에 단턱이 형성되어 있어서, 상기 제1,2다이어프램(132, 142)과 제1,2검출수단(136, 146)의 사이에는 제1,2다이어프램(132, 142)과 제1,2검출수단(136, 146)을 지지하고 밀봉하기 위한 밀봉부재(134)가 삽입되게 된다. 상기 밀봉부재(134)는 바람직하게는 폴리테트라플루오르에틸렌으로 구성된다.
상기 제어부(300)는 상기 제1,2검출수단(136, 146)에서 변환된 전기적인 신호를 본체(100)의 일측에 구비된 표시수단(220)으로 표시할 수 있도록 제어하는 것으로, 본체(100)의 상부에 설치된 케이스(200)의 내부에 장착되게 된다.
상기에서 제어부(300)와 외부를 전기적으로 연결하는 전기커넥터(210)는 케이스(200) 에 탈착 가능하게 부착된다. 상기 본체(100)와 케이스(200)는 바람직하게는 폴리테트라플루오르에틸렌 (PTFE) 등의 화학적으로 비활성의 비오염 중합체로 제조된다. 상기 본체(100)는 나사(도시되지 않음)로 상부에 케이스(200)를 설치하기 위해 케이스(200)를 관통하는 체결공(도시되지 않음)이 형성된다.
또한 본체(100)와 케이스(200)를 밀봉하기 위한 본체(100)와 케이스(200) 사이에 별도의 수밀재(도시되지 않음)가 포함될 수 있다.
이하 본 발명에 따른 차압식 유량계(1000)의 결합상태를 설명하면 다음과 같다.
본체에 유체유입관(120) 및 유체유출관(110)이 각각 외부 유체이동관(102)과 인라인 연결되면, 상기 본체(100)의 제1,2수납홈(130, 140)에 제1,2다이어프램(132, 142)이 각각 결합된다.
다음으로 제1,2다이어프램(132, 142)의 상부에 밀봉부재(144)가 결합되며, 상기 밀봉부재(144)는 제1,2검출수단(136, 146)의 저면의 단턱에 삽입되게 된다.
다음으로 상기 결합된 제1,2검출수단(136, 146)의 상부에 스페이서링(148)이 제1,2수납홈(130, 140)의 내측면의 나사산과 나사산 결합되어 제1,2검출수단(136, 146)이 제1,2수납홈(130, 140)에 장착되게 된다.
또한 상기 제1,2검출수단(136, 146)이 장착된 본체(100)의 상부에는 케이스(200)가 구비되어 상기 케이스(200)에 내부에는 제1,2검출수단(136, 146)과 연결된 제어부(300)가 구비되게 된다.
이하 본 발명에 따른 차압식 유량계(1000)의 작용 및 효과를 설명하면 다음과 같다.
유체유입관(120)으로 유체가 유입되면 유체이동관(102)으로 유체가 흐르게 되고, 제1,2검출수단(136, 146)이 각각 오피리스관을 사이에 두고 압력을 측정할 때, 기존의 유량계처럼 오링(133, 143)과 멤브레인이 따로 구비되지 않고 제1,2다이어프램(132, 142)에 의해 일체형으로 형성됨으로써 빠른 응답속도를 이용하여 유체유입관(120) 및 유체유출관(110)의 압력을 제1,2검출수단(136, 146)으로 효과적으로 전달할 수 있게 하고, 상기 유체이동관(102)을 흐르는 유체가 제1,2수납홈(130, 140)에 유입되지 않게 하여 본체(100)의 상부 케이스(200)에 장착된 제어부(300)의 전자회로를 보호하는 역할까지 효과까지 창출하게 된다.
이하 본 발명의 제1,2검출수단(136, 146)을 제어하는 제어부(300)에 대해 설명하면 다음과 같다.
도 6 내지 도 8과 같이, 상기 제어부(300)는 상기 제1,2검출수단(136, 146)에서 변환된 전기적인 신호를 표시할 수 있도록 제어하는 것으로, 전원공급부(310), 정전류회로부(320), 차동증폭부(330), 선형출력부(340), 로우컷회로부(350), 전류변환출력부(360), 표시수단제어부(370) 및 표시수단(380)을 포함하여 구비한다.
상기 제어부(300)는 적절한 케이블에 의해(도시되지 않음) 에 의해 전기커넥터(210)의 내부접촉부에 연결된다. 바람직한 실시예에 있어서 전기커넥터(210)는 화학적 불황성 재료로 제조된다.
상기 전원공급부(310)는 외부로부터 전원을 공급받는 것으로, 상기 본체(100)의 일측에 구비된 전기컨넥터(210)와 연결된 케이블로부터 24V의 전원을 공급받게 된다.
또한 외부로부터 24V의 전원을 인가받고, 이를 ICL7815, ICL7662칩을 이용하여 +15V, -15V, +5V로 변압하게 된다. 따라서 이를 제1,2검출수단(136, 146) 및 제어부의 전자회로로 공급하게 된다.
상기 정전류회로부(320)는 전원공급부(310)로부터 전원을 공급받는 제1,2검출수단(136, 146)에서 각각 측정된 전압값의 전압감도를 일정하게 조절하여 1,2검출수단(136, 146) 간의 전압감도를 일치시키는 역할을 한다.
이는 각 제1,2검출수단(136, 146)에서 나오는 전압을 LM324칩을 이용하여 구현하게 된다.
상기 차동증폭부(330)는 정전류회로부(320)로부터 입력받은 1,2검출수단(136, 146)에서 검출된 전압 간의 차이를 증폭하는 것으로, 0을 인가하여 옵셋을 조절하는 VR3와, 버퍼의 역할을 하는 LM324칩을 이용하여 구현한다.
상기 선형출력부(340)는 차동증폭부(330)에서 입력받은 전압을 선형화시키는 것으로, 상기 차동증폭부(330)에서 인가받은 전원은 2차원 포물선 곡선을 그리며 일정하기 않은 곡선이 된다. 따라서 유량의 차이에 의에 발생되는 전압이 비례하지 않고 불규칙한 전압 값이 발생되므로 중간 값이 신뢰성이 떨어지는 문제점이 발생할 수 있다.
상기와 같은 2차원 포물선 곡선은 유량측정에 대한 계산 값의 오류를 일으키므로 이를 선형 출력으로 바꿔주는 역할을 한다.
상기 선형출력부(340)는 곱셈기 칩인 MPY634칩을 이용하여 구현하게 된다.
상기 MPY634칩은 멀티플라이어칩으로서 칩 내부의 블록다이어그램이 디바이드기능, 스캐어루트(square-rooter) 기능을 하는 것으로,
Figure 112005070480671-pat00016
의 기능을 하게 되는 데, 상기
Figure 112005070480671-pat00017
는 차동증폭부(330)에서 입력받은 전압 값이 되고,
Figure 112005070480671-pat00018
은 그라운드가 된다. 그리고 10V는 칩에서 설정된 증폭값으로, 상기와 같은 기능으로 인해 차동증폭부(330)에서 입력받은 증폭값에 루트가 씌워지는 스캐어루트 작용으로 인해 증폭값이 선형화되게 된다.
상기 로우컷회로부(350)는 선형출력부(340)에서 입력받은 선형화 된 전압에서 일정레벨 이하의 전압을 제거하는 것으로, 유량계에서 유량이 흐르지 않을 때는 0값이 나와야 하는 데, 옵셋 값의 발생과 같은 잔여전압에 의한 비신뢰된 값이 발생하므로, 이를 제거하기 위한 기능을 한다.
상기 로우컷회로부(350)는 1V 또는 0.5V 와 같이 설정된 전압 이하는 제거하 며 VR1을 이용하여 구현한다.
상기 전류변환출력부(360)는 로우컷회로(350)에서 입력받은 전압을 전류신호로 변환시키는 것으로, 디지털 대 아나로그 컨버터의 역할을 한다.
따라서 상기 로우컷회로(350)에서 나오는 전압출력의 폭에 의존하여 4 mA 내지 20 mA 의 범위의 전류시그널로 아나로그 시그널 출력을 변환시키는 기능을 한다.
즉, 제1,2검출수단(136, 146)에 의해 검출된 유량의 디지털값이 아나로그 시그널로 변환되고, 그 전류폭은 연산된 유량값에 직접 비례하면서 4 mA 와 20 mA 사이의 범위 내에 있다.
상기 유량지시의 4 mA 내지 20 mA 의 아나로그 전류를 제공하는 것에 부가하여, 검출된 압력에 비례하는 4 mA ∼ 20 mA 전류시그널을 외부의 PLC와 같은 외부 컨트롤회로로 전송하여 사용될 수 있다.
상기 표시수단제어부(370)는 선형출력부(340)의 0 ∼ 10V의 전압을 이용하여 표시수단(220)으로 표시할 수 있도록 제어하는 것으로, ICL7107/FP칩을 이용하여 구현한다.
상기 표시수단(380)은 표시수단제어부로부터 입력받은 전류값을 디스플레이 하는 것으로, 바람직하게는 8세그먼트를 복수로 이용하여 구현하게 되며, 전류 값 을 숫자로 표시 할 수 있는 모든 표시수단(380)을 포함하여 구현할 수 있다.
또한 케이스(200)의 일측에 구비된 전기콘센트(220)를 이용하여 본 발명의 유량계(1000)는 다종의 주변장치와 데이터를 입출력 할 수 있다.
본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위 까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
상기와 같은 구성에 의한 본 발명에 따르면, 제1,2검출수단에 압력을 전달하고 유동회로와 전자회로를 차폐하는 멤브레인 대신 오링일체형 다이어프램을 구비하여 차압센서에 전달하는 유체의 압력의 응답속도를 배가하는 효과가 있다.
또한 상기 다이어프램은 가장자리에 오링 일체형으로 형성됨으로써 전자회로와 유동회로간의 실링 역할을 할 수 있게 하는 효과가 있다.
또한 상기 유량계에서 측정된 압력값을 표시수단을 이용하여 사용자에게 실시간 표시하게 하는 효과가 있다.
또한 선형출력부를 구비하여 차압센서에서 입력받은 전압을 선형화시켜 노이즈를 제거함으로써 미소유량을 측정 가능하게 하는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 유체유입관 및 유체유출관 사이에 오피리스관을 갖는 본체와, 상기 유체유입관 및 유체유출관에 제1,2유압감지관으로 연결된 제1,2수납홈과, 상기 제1,2수납홈에 장착되되, 유체유입관 및 유체유출관에 흐르는 유체의 압력을 검출하여 전기적인 신호로 변환시키는 제1,2검출수단과, 상기 제1,2검출수단에서 변환된 전기적인 신호를 표시할 수 있도록 제어하는 제어부로 이루어진 차압식 유량계에 있어서,
    상기 제1,2검출수단의 저면에 각각 장착되어 유압감지관을 통해서 유체유입관 및 유체유출관의 압력을 전달하고 유압감지관을 밀폐할 수 있도록 가장자리에 오링이 일체로 형성된 제1,2다이어프램을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 차압식 유량계.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 다이어프램과 제1,2검출수단의 사이에는 다이어프램과 제1,2검출수단을 지지하고 밀봉하기 위한 밀봉부재가 삽입된 것을 특징으로 하는 차압식 유량계.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 다이어프램은 유체를 격리하고 유체의 압력변화를 제1,2검출수단으로 전달하기 위해 플루오리네이티드 일래스터머의 재질로 이루어지고,
    0.2mm 내외의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 차압식 유량계.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제1,2검출수단은 압전형 센서인 것을 특징으로 하는 차압식 유량계.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제어부는
    외부로부터 전원을 공급받는 전원공급부와;
    상기 제1,2검출수단으로 부터 각각 입력된 전압의 전압감도를 조절하는 정전류회로부와;
    상기 정전류회로부로부터 입력받은 제1,2검출수단 간의 전압차이를 증폭하는 차동증폭부;
    상기 차동증폭부로에서 입력받은 전압을 스캐어루트시켜 선형화시키는 선형출력부;
    상기 선형출력부에서 입력받은 선형화 된 전압에서 일정레벨 이하의 전압을 제거하는 로우컷회로부;
    상기 로우컷회로에서 입력받은 전압을 전류신호로 변환시키는 전류변환출력 부;
    상기 선형출력부에서 입력받은 선형화 된 전압을 전압 값을 유량으로 환산하여 표시수단으로 표시할 수 있도록 제어하는 표시수단제어부; 및
    상기 표시수단제어부로부터 입력받은 유량을 디스플레이 하는 표시수단을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 차압식 유량계.
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