KR100755297B1 - 제어밸브 일체형 차압식 유량계 - Google Patents

제어밸브 일체형 차압식 유량계 Download PDF

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Abstract

본 발명은 액체 및 기체와 같은 유체의 유량을 측정하는 차압식 유량계에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유체이동관으로 흐르는 유체의 수송량을 제어하는 흐름제어수단이 유량계의 본체와 일체로 구비된 제어밸브 일체형 차압식 유량계에 관한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유체유입관 및 유체유출관 사이에 오피리스관으로 이루어진 유체이동관을 갖는 본체와, 상기 본체에 장착된 제1,2검출수단과, 상기 유체이동관 사이에 결합되어 유체이동관에 흐르는 유체의 수송량을 제어하는 흐름제어수단에 있어서, 상기 흐름제어수단은 상기 유체가 유입되는 유입관이 일측에 연결되고, 유체가 배출되되 본체의 유체유입관과 연결된 배출관이 타측에 연결된 집수부재와, 상기 집수부재의 상부에 설치되되, 상부에는 내측면에 통공이 형성된 하우징과, 상기 집수부재에 연결된 유입관 또는 유출관의 출입구를 개폐시키는 개폐부재와, 상기 하우징의 내부에 구비되되, 일단은 개폐부재와 결합되고 타단은 수납공간이 형성된 구동부재와, 일단은 구동부재의 타단에 결합되어 하우징의 통공을 통해서 상하운동되고, 타단은 조작 노브가 형성된 조작부재를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
차압식 유량계, 제어밸브, 흐름제어, 유체온오프

Description

제어밸브 일체형 차압식 유량계{Differential pressure flowmeter intereated with controlvalve}
도 1은 본 발명에 따른 제어밸브 일체형 차압식 유량계의 사시도
도 2는 본 발명에 따른 제어밸브 일체형 차압식 유량계의 분해사시도.
도 3은 본 발명에 따른 제어밸브 일체형 차압식 유량계의 절개사시도.
도 4는 본 발명에 따른 제어밸브 일체형 차압식 유량계의 개폐부재의 폐쇄상태를 나타내는 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 제어밸브 일체형 차압식 유량계의 개폐부재의 개방상태를 나타내는 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 제어밸브 일체형 차압식 유량계의 일실시예를 나타내는 단면도.
도 7 내지 도 9는 본 발명에 따른 제어밸브 일체형 차압식 유량계의 회로구성도.
도 10은 종래의 멤브레인 및 본 발명의 오링일체형 다이어프램의 사진
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ※
1: 제어밸브 일체형 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
150: 제3수납홈
200: 케이스 210: 전기커넥터
220: 표시수단 300: 제어부
400: 흐름제어수단 410: 집수부재
420: 개폐부재 430: 흐름차단판
450: 구동부재 460: 탄성체
480: 조작부재
본 발명은 액체 및 기체와 같은 유체의 유량을 측정하는 차압식 유량계에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유체이동관으로 흐르는 유체의 수송량을 제어하는 흐름제어수단이 유량계의 본체와 일체로 구비된 제어밸브 일체형 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 조리 기구 전후 압력차와 유량과의 사이에는 일정한 관계가 성립되어 짐으로써 곧 차압을 측정유량으로 구하는 것이다.
상기와 같은 유량계에서 유량계의 유체이동관을 흐르는 유체의 수송량을 사용자가 제어하는 다양한 기술이 공지되어 있었다.
상기와 같은 차압식 유량계의 종래기술은 대한민국 공개특허공보 2003- 0090485호의 "비오염 본체를 가진, 화학적 불활성의 흐름 제어장치"에 잘 나타나 있었다.
대한민국 공개특허공보 2003-0090485호에 나타난 기술은 유체 흐름 순환로와 접속되게 적합한 화학적 불활성의 유체 제어 모듈로, 상기 모듈이: 화학적 불활성 유체 도관; 유체에 노출되는 밸브의 부분이 화학적 불활성인, 도관에 결합되는 조정가능의 제어 밸브; 유체에 노출되는 압력 센서의 부분이 화학적 불활성인, 도관에 결합되는 제 1의 압력 센서; 감소의 단면 구역을 가지어 도관 내의 유체의 흐름을 제한하는, 상기 도관 내에 배치되는 수축; 및 상기 제어 밸브와 상기 제 1의 압력 센서를 에워싸는 화학적 불활성 하우징으로 이루어진 것으로서,
유체 흐름 순환로를 통해 흐르는 흐름의 용적을 제어하는 데 활용되며 모듈을 자동적으로 조정 또는 '측정'할 수 있어 유체 제어 모듈의 압력 센서들에 있어서의 대기압이나 드리프트의 변화를 보정하는 장점이 있었지만 다음과 같은 문제점이 있었다.
상기 유량계의 본체에 별도의 표시수단이 구비되지 않고 상기 유량계와 연결된 제어수단에 의해 자동적으로 조절됨으로써 제조원가가 지나치게 비싸고, 작업자가 유량계 본체를 이용하여 수동적으로 유량계의 유량을 조절하지 못하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로써, 유체이동관으로 흐르는 유체의 수송량을 제어하는 흐름제어수단이 유량계의 본체와 일체로 구비된 제어밸브 일체형 차압식 유량계를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유체유입관 및 유체유출관 사이에 오피리스관으로 이루어진 유체이동관을 갖는 본체와, 상기 본체에 장착된 제1,2검출수단과, 상기 유체이동관 사이에 결합되어 유체이동관에 흐르는 유체의 수송량을 제어하는 흐름제어수단에 있어서,
상기 흐름제어수단은 상기 유체가 유입되는 유입관이 일측에 연결되고, 유체가 배출되되 본체의 유체유입관과 연결된 배출관이 타측에 연결된 집수부재와,
상기 집수부재의 상부에 설치되되, 상부에는 내측면에 통공이 형성된 하우징과, 상기 집수부재에 연결된 유입관 또는 유출관의 출입구를 개폐시키는 개폐부재와,
상기 하우징의 내부에 구비되되, 일단은 개폐부재와 결합되고 타단은 수납공간이 형성된 구동부재와,
일단은 구동부재의 타단에 결합되어 하우징의 통공을 통해서 상하운동되고, 타단은 조작 노브가 형성된 조작부재를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하도록 한다.
도 1 내지 도 3과 같이, 본 발명에 따른 제어밸브 일체형 차압식 유량계(1)는 본체(100), 제1,2검출수단(136, 146), 밀봉부재(134), 제1,2다이어프램(132, 142), 스페이서링(138, 148), 케이스(200), 표시수단(220), 이를 제어하는 제어부(300) 및 흐름제어부재(400)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 압력강 하를 일으키도록 한다.
여기서 상기 오피리스관(103)에 의한 압력 측정의 원리를 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 제어밸브 일체형 차압식 유량계(1)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 112005070480143-pat00001
여기서 관을 수평으로 하게 되면 우치에너지가 동일하므로 다음 왼쪽과 같으 며 양변을
Figure 112005070480143-pat00002
로 나누게 되면 오른쪽과 같은 결과가 된다.
Figure 112005070480143-pat00003
,
Figure 112005070480143-pat00004
Figure 112005070480143-pat00005
이므로
Figure 112005070480143-pat00006
결과식 연속의 법칙에서
Figure 112005070480143-pat00007
에 대해 정리한 것을 대입하면 다음과 같다.
Figure 112005070480143-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 112005070480143-pat00009
)은
Figure 112005070480143-pat00010
(n: 기준상태, T: 절대온도(T=273.15 + ℃, P: 절대압력)
이 되며, 압축성 유체의 중량 유량은 구하는 식에 대입하면
Figure 112005070480143-pat00011
Figure 112005070480143-pat00012
{
Figure 112005070480143-pat00013
= 기체 팽창 보정계수(0.01252),
Figure 112005070480143-pat00014
= 유량계수(
Figure 112005070480143-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 외주 연의 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 오링이 일체로 형성되어 있다.
[도 10]은 종래의 멤브레인 및 본 발명의 오링(133, 143)일체형 다이어프램의 사진으로, 사진의 왼쪽은 본 발명의 오링(133, 143)일체형 다이어프램이며, 오른쪽은 종래의 멤브레인이다.
[도 10]에 도시된 바와 같이, 기존의 유량계처럼 오링과 멤브레인이 따로 구비되지 않고 일체형으로 형성됨으로써 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 기존의 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 것으 로 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 바람직하 게는 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 제어밸브 일체형 차압식 유량계(1)의 본체(100)의 결합상태를 설명하면 다음과 같다.
도 2 내지 도 3과 같이, 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 제어밸브 일체형 차압식 유량계(1)의 본체의 작용 및 효과를 설명하면 다음과 같다.
상기 제어밸브 일체형 차압식 유량계(1)는 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 오링과 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 제어밸브 일체형 차압식 유량계(1)의 제1,2검출수단(136, 146)을 제어하는 제어부(300)에 대해 설명하면 다음과 같다.
도 7 내지 도 9와 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 112005070480143-pat00016
의 기능을 하게 되는 데, 상기
Figure 112005070480143-pat00017
는 차동증폭부(330)에서 입력받은 전압 값이 되고,
Figure 112005070480143-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 제거하며 VR1을 이용하여 구현한다.
상기 전류변환출력부(360)는 로우컷회로(350)에서 입력받은 전압을 전류신호로 변∼환시키는 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 m ∼ 20 mA 전류시그널을 외부의 PLC와 같은 외부 컨트롤회로로 전송하여 사용될 수 있다.
상기 표시수단제어부(370)는 선형출력부(340)의 0 ∼ 10V의 전압을 이용하 여 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 값을 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.
이하 본 발명의 제어밸브 일체형 차압식 유량계(1)의 흐름제어부재(400)에 대해 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 3과 같이, 상기 제어밸브 일체형 차압식 유량계(1)의 흐름제어부재(400)는 유체이동관(102) 사이에 결합되어 유체이동관(102)에 흐르는 유체의 수송량을 제어할 수 있도록 본체(100)와 일체로 구비된 것으로, 상기 흐름제어부재(400)는 집수부재(410), 하우징(401), 개폐부재(420), 흐름제어판(430), 제1지지부재(440), 구동부재(450), 탄성체(460), 제2지지부재(470) 및 조작부재(480)를 포함하여 구비한다.
상기 집수부재(410)는 본체(100)의 제3수납홈(150)의 내부에 형성된 것으로, 상기 제3수납홈(150)에서 집수부재(410)의 상부에 후술하는 흐름제어판(430)이 결합될 수 있도록 단턱(152)이 형성되어 있다.
또한 상기 집수부재(410)는 상기 유체가 외부로부터 유입되는 외부유체유입관(122)이 연결될 수 있도록 일측에 유입구(104)가 형셩되고, 유체가 배출되되 본체(100)의 유체유입관(120)과 연결될 수 있도록 유출구(105)가 타측에 형성된다.
따라서 상기 유입구(104)에서 유출구(105)로 흐르는 유체의 연결통로이자 집수하는 역할을 하며, 상기 집수부재(410)는 본체(100)와 일체형으로 구비될 수 있으며, 상기 본체(100)와는 따로 구비되어 본체(100)에 결합하여 장착할 수도 있다.
또한 상기 집수부재(410)는 유입구(104) 및 유출구(105)가 사용자에 설계에 따라 다양한 위치에 구성되어도 본 발명에 따른 효과는 동일하게 된다.
상기 하우징(401)은 집수부재(410) 및 본체(100)의 제3수납홈(150)의 상부에 설치된 것으로, 상기 하우징(401)의 상부에는 내측면에 나사산이 형성된 통공(401-2)이 형성되고, 또한 상기 하우징(401)의 일측에는 구동부재(450)의 상하운동의 감도를 조절하기 위해 에어 또는 유체가 유출입되는 적어도 하나의 유통공(402, 403)이 형성되어 있다.
상기 유통공은 하측에 에어 또는 유체가 유입되며, 상측에 에어 또는 유체가 배출될 수 있도록 바람직하게 2개(402, 403)가 형성된다.
상기 개폐부재(420)는 구동부재(450)의 일단의 나사산(452)이 삽입되어, 집수부재(410)에 연결된 유입구(104) 또는 유출구(105)의 출입구를 개폐시키는 것으로, 후술하는 구동부재(450)의 상하운동에 따라 유체의 흐름량을 조절 가능하도록 구동부재(450)의 일단의 나사산(452)이 삽입될 수 있게 상부가 개방되어 있다.
또한 상기 개폐부재(420)는 차폐 가능한 소재로 구성되며, 상기 개폐부재(420)의 외주연에는 집수부재(410)와 하우징(401)과의 차폐를 위해 제3수납홈(150)의 단턱(152)에 장착하여 개폐부재(420)의 상하이동 시에도 집수부재(410)에서 하우징(401)으로 유체가 유입되는 것을 방지할 수 있도록 흐름제어판(430)이 일체로 형성되어 있다.
따라서, 상기 개폐부재(420)에 의해 유입구(104) 및 유출구(105)를 동시에 개폐하면서 제어할 수도 있고, 유입구(104) 또는 유출구(105) 중 어느 하나를 선택적으로 개폐하여도 효과는 같을 것이다.
상기 제1지지부재(440)는 집수부재(410)의 상부에 설치되는 것으로, 상기 구동부재(450)의 일단이 왕복운동 할 수 있도록 중앙부가 관통되어 있다.
상기 구동부재(450)는 하우징(401)의 내부에 구비되어 상하운동함으로써 개 폐부재(420)를 이용하여 집수부재(410)의 유입구(104) 및 유출구(105)를 개폐시키는 것으로, 상기 구동부재(450)는 일단은 개폐부재(420)와 결합되기 위해 나사산(452)이 형성되어 있다.
또한 상기 구동부재(450)의 타단은 후술하는 탄성체(460)가 삽입되기 위해 수납공간(454)이 형성되어 있으며, 상기 수납공간(454)의 내측에는 후술하는 조작부재(480)의 일단(482)과 결합되기 위해 구동축(456)이 형성되어 있다.
상기 수납공간(454)의 외측에는 하우징(401)에서 구동부재(450)가 상하운동 시 하우징(401) 내에서 상부와 하부를 차폐하는 역할을 하기 위해 복수의 기밀부재(453)가 형성되어 있다.
상기 기밀부재(453)는 기밀부재(453) 사이에 상부와 하부의 공간을 유동적으로 조절 가능하도록 요홈(458)이 형성되어 있다.
따라서 상기 기밀부재(453)에 의해 유통공(402, 403)에 에어 또는 유체가 유입되어 상기 탄성체(460)를 압축정도를 조절함으로써 구동부재(450)의 상하운동에 대한 감도가 조절될 수 있게 한다.
상기 탄성체(460)는 일단이 구동부재(450)의 수납공간(454)의 구동축(456)에 삽입되고, 타단은 하우징(401) 내측의 상부 요홈(401-1)에 삽입되어 탄성력을 발생시키는 것으로, 바람직하게 스프링을 이용하여 구현하게 된다.
상기 조작부재(480)는 사용자가 조작하여 유체이동관(102)으로 흐르는 유체 의 수송량을 제어가능하게 하는 것으로, 일단은 구동부재(450)의 타단에 결합되어 하우징(401)의 통공을 통해서 상하운동 할 수 있도록 외주연에 나사산(482)이 형성되고, 타단은 사용자가 조작할 수 있도록 노브(481)가 형성되어 있다.
또한 하우징(401)과 조작부재(480)의 사이에는 제2지지부재(470)가 삽입되어, 상기 조작부재(480) 일단을 연장할 수 있으며, 상기 개폐부재(410)의 상하이동거리를 유동적으로 조절 가능하여 유체의 흐름량의 최소 및 최대치를 조절할 수 있게 한다.
이하 본 발명의 제어밸브 일체형 차압식 유량계(1)의 흐름제어부재(400)의 결합상태에 대해 설명하면 다음과 같다.
상기에서 기술한 바와 같이, 외부로부터 유체가 흐름제어수단(400)으로 유입되기 위해서 외부유체이동관(122)이 집수부재(410)의 유입구(104)에 연결되고, 본체(100)의 유체유입관(120)에 집수부재(410)의 유출구(105)가 결합되게 된다.
다음으로 상기 집수부재(410)의 상부에는 하우징(401)이 설치되며, 상기 집수부재(410)에는 개폐부재(420)가 설치되며, 상기 개폐부재(420)에는 하우징(401) 내에 설치된 구동부재(450)의 일단에 연결되게 된다.
또한 상기 구동부재(450)의 수납홈(454)과 하우징(401)의 내측 상부 요홈(401-1)에는 탄성체가 삽입되며, 상기 구동부재(450)는 타단에 조작부재(480)의 일 단과 결합되어 타단의 노브(481)로 사용자가 조작 가능하게 된다.
이하 본 발명의 제어밸브 일체형 차압식 유량계(1000)의 흐름제어부재(400)의 동작상태에 대해 설명하면 다음과 같다.
도 4 내지 도 5와 같이, 상기 제어밸브 일체형 차압식 유량계(1000)는 외부유체이동관(122)과 연결된 집수부재(410)의 유입구(104)에 유체가 유입되면, 상기 집수부재(410)를 통해서 유출구(105)로 유체가 이동하게 되며, 상기 유출구(105)는 본체(100)의 유체유입관(120)에 연결되게 된다.
또한 상기 하우징(401)의 일측에 구비된 유통공(402, 403)으로 인해 에어 또는 유체가 하우징(401)으로 유입되면서, 상기 구동부재(450)의 수납공단의 저면을 상측으로 밀어내게 된다. 이에 따라 구동부재(450)의 수납공간에 삽입된 탄성체가 압축되면서 유통공(402, 403)에 유입된 에어 또는 유체의 양에 의해 압축감도가 일정하게 유지되게 된다.
한편 유체가 집수부재(410) 및 본체(100)의 유체이동관(102)으로 이동하게 되면 본체(100)의 표시수단(220)에는 유량이 표시되고, 사용자가 유체의 수송량을 조절하기 위해 노브(481)를 회전시키게 된다.
이에 따라 상기 조작부재(480)의 일단(482)에 형성된 나사산으로 인해 조작부재(480)가 하측으로 이동하게 되며, 상기 개폐부재(420)가 집수부재(410)에서 유입구(104) 또는 유출구(105) 중 적어도 하나를 유체 출입구를 닫게 된다. 따라서 상기와 같은 작용으로 인해 집수부재의 유입구(104) 또는 유출구(105)가 닫히게 됨으로써 유체의 흐름을 정지시킬 수 있으며, 상기 노브(481)의 조작에 따라 미소 유량의 흐름제어가 가능하게 된다.
이하 본 발명의 제어밸브 일체형 차압식 유량계(1000)의 흐름제어부재(500)의 일실시예에 관해 설명하면 다음과 같다.
도 6과 같이, 상기 일실시예에 따른 흐름제어부재(500)는 하우징(501), 집수부재(510), 개폐부재(520), 구동부재(550), 조작부재(580)를 포함하여 구비한다.
상기 집수부재(510)는 본체(100)의 제3수납홈(150)의 내부에 형성된 것으로, 상기 제3수납홈(150)에서 집수부재(410)의 상부에 후술하는 흐름제어판(530)이 결합될 수 있도록 단턱(152)이 형성되어 있다.
또한 상기 집수부재(510)는 상기 유체가 외부로부터 유입되는 외부유체유입관(122)이 연결될 수 있도록 일측에 유입구(104)가 형셩되고, 유체가 배출되되 본체(100)의 유체유입관(120)과 연결될 수 있도록 유출구(105)가 타측에 형성된다.
따라서 상기 유입구(104)에서 유출구(105)로 흐르는 유체의 연결통로이자 집수하는 역할을 하며, 상기 집수부재(510)는 본체(100)와 일체형으로 구비될 수 있으며, 상기 본체(100)와는 따로 구비되어 본체(100)에 결합하여 장착할 수도 있다.
또한 상기 집수부재(510)는 유입구(104) 및 유출구(105)가 사용자에 설계에 따라 다양한 위치에 구성되어도 본 발명에 따른 효과는 동일하게 된다.
상기 하우징(501)은 집수부재(510) 및 본체(100)의 제3수납홈(150)의 상부에 설치된 것으로, 상기 하우징(401)의 상부에는 내측면에 나사산이 형성된 통공(401-2)이 형성되어 있다.
상기 개폐부재(520)는 구동부재(550)의 일단의 나사산(552)이 삽입되어 상기 집수부재(510)에 연결된 유입구(104) 또는 유출구(105)의 출입구를 개폐시키는 것으로, 후술하는 구동부재(550)의 상하운동에 따라 유체의 흐름량을 조절 가능하도록 구동부재(550)의 일단의 나사산(552)이 삽입될 수 있게 상부가 개방되어 내측에 나사산(522)이 형성되어 있다.
또한 상기 개폐부재(520)는 차폐 가능한 소재로 구성되며, 상기 개폐부재(520)의 외주연에는 집수부재(510)와 하우징(501)과의 차폐를 위해 제3수납홈(150)의 단턱(152)에 장착하여 개폐부재(520)의 상하이동 시에도 집수부재(510)에서 하우징(501)으로 유체가 유입되는 것을 방지할 수 있도록 흐름제어판(530)이 일체로 형성되어 있다.
따라서 상기 개폐부재(520)에 의해 유입구(104) 및 유출구(105)를 동시에 개 폐하면서 제어할 수도 있고, 상기 유입구(104) 또는 유출구(105) 중 어느 하나를 선택적으로 개폐하여도 효과는 같을 것이다.
상기 제1지지부재(540)는 집수부재(510)의 상부에 설치되는 것으로, 상기 구동부재(550)의 일단이 왕복운동 할 수 있도록 중앙부가 관통되어 있다.
상기 구동부재(550)는 하우징(501)의 내부에 구비되어 상하운동함으로써 개폐부재(510)를 집수부재(510)의 유입구(104) 및 유출구(105)를 개폐시키는 것으로, 일단은 개폐부재(520)의 나사산(522)과 결합되도록 나사산(552)이 형성되어 있고, 타단은 조작부재(480)와 연결되도록 구동축(556)이 형성되어 있다.
상기 조작부재(580)는 사용자가 회전하여 유체이동관(102)으로 흐르는 유체의 수송량을 제어가능하게 하는 것으로, 일단(582)은 구동부재(550)의 타단의 구동축(556)에 결합되어 하우징(501)의 통공을 통해서 상하운동 할 수 있도록 외주연에 나사산(482)이 형성되고, 타단(481)은 사용자가 나사로 조작할 수 있도록 나사머리가 형성되어 있다.
또한 하우징(501)과 조작부재(580)의 사이에는 상기 조작부재(580) 일단의 나사산의 길이를 연장할 수 있으며, 상기 개폐부재(510)의 상하이동거리를 유동적으로 조절 가능하게 할 수 있도록 제2지지부재(570)가 구비되어 있다.
이하 본 발명의 제어밸브 일체형 차압식 유량계(1)의 흐름제어부재(400)의 일실시예에 대한 동작상태에 대해 설명하면 다음과 같다.
도 6과 같이, 상기 제어밸브 일체형 차압식 유량계(1)의 흐름제어부재(400)는 외부의 유체이동관(102)과 연결된 유입구(104)에 유체가 유입되면, 상기 집수부재(510)를 통해서 유출구(105)로 유체가 이동하게 되며, 상기 유출구(105)가 연결된 본체(100)의 유체유입관(120)에 연결되게 된다.
한편 유체가 집수부재(510) 및 본체(100)의 유체이동관(102)으로 이동하게 되면 본체(100)의 표시수단(220)에는 유량이 표시되고, 사용자가 유체의 수송량을 조절하기 위해 조작부재(580)의 타단(581)에 형성된 나사머리를 회전시키게 된다.
이에 따라 상기 구동부재(550)가 일단에 형성된 나사산으로 인해 하측으로 이동하게 되며, 상기 개폐부재(520)를 집수부재(510)의 유입구를 닫게 된다. 따라서 상기와 같은 작용으로 인해 집수부재(510)의 유입구(104) 또는 유출구(105)가 닫히게 됨으로써 유체의 흐름을 정지시킬 수 있으며, 상기 조작부재(580)의 조작에 따라 미소 유량의 흐름제어가 가능하게 된다.
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, 유체이동관으로 흐르는 유체의 수송량을 제어하는 흐름제어수단이 유량계의 본체와 일체로 구비되어 사용자가 본체에 구비된 표시수단으로 유량을 확인하면서, 손쉽게 유체의 수송량을 제어할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 유체유입관 및 유체유출관 사이에 오피리스관으로 이루어진 유체이동관을 갖는 본체와, 상기 본체에 장착되어 유체이동관으로 흐르는 유체의 압력을 검출하는 제1,2검출수단과, 상기 제1,2검출수단에서 검출된 유체의 압력에 따라 측정되는 유량을 표출하는 표시수단과, 상기 본체에 결합되어 유체이동관으로 흐르는 유체의 수송량을 제어하는 흐름제어수단으로 이루어진 유량계에 있어서,
    상기 흐름제어수단은
    상기 유체가 유입되는 유체유입관이 일측에 연결되고, 유체가 배출되되 본체의 유체유입관과 연결된 배출관이 타측에 연결된 집수부재;
    상기 집수부재의 상부에 설치되되, 상부에는 내측면에 통공이 형성된 하우징;
    상기 집수부재에 연결된 유입관 또는 유출관의 출입구를 개폐시키는 개폐부재;
    상기 하우징의 내부에 구비되되, 일단은 개폐부재와 결합되고 타단은 수납공간이 형성된 구동부재; 및
    일단은 구동부재의 타단에 결합되어 하우징의 통공을 통해서 상하운동되고, 타단은 조작 노브가 형성된 조작부재;를 포함하여 조작부재의 조작을 통해서 유체이동관에 흐르는 유체의 수송량을 제어하는 흐름제어수단을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 제어밸브 일체형 차압식 유량계.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 하우징의 일측에는 구동부재의 상하운동의 감도를 조절하기 위해 에어 또는 유체가 유출입되는 적어도 하나의 유통공이 구비된 것을 특징으로 하는 제어밸브 일체형 차압식 유량계.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 흐름제어수단은
    유체가 유입되는 유입관이 일측에 연결되고, 유체가 배출되되 본체의 유체유입관과 연결된 배출관이 타측에 연결된 집수부재;
    상기 집수부재의 상부에 설치되되, 상부에는 내측면에 통공이 형성된 하우징;
    상기 집수부재에 연결된 유입관 또는 유출관의 출입구를 개폐시키는 개폐부재;
    상기 하우징의 내부에 구비되되, 일단은 개폐부재와 결합되는 구동부재; 및
    상기 구동부재의 타단에 결합되어 하우징의 통공을 통해서 상하운동 시키는 조작부재를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 제어밸브 일체형 차압식 유량계.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 개폐부재에는 집수부재와 하우징과의 차폐를 위한 흐름제어판이 더 구비된 것을 특징으로 하는 제어밸브 일체형 차압식 유량계.
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