KR100783614B1 - 유체의 물성 측정 장치 및 이를 구비한 통합형 유체 물성모니터링 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은, 크기가 작게 제작되는 것이 가능하고 유체와 접촉하여 유동에 저항하는 변위를 편리하게 발생시킬 수 있는 변위 발생기를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 목적은 상기와 같은 변위 발생기를 이용하여 작게 제작하는 것이 용이하고, 정확한 측정이 가능하며, 감도가 우수한 새로운 구조의 유체의 물성 측정 장치를 제공하는 것이다. 이를 위하여 본 발명에서는, 소정 길이의 프루브가 중심축 둘레로 회전 변위를 발생할 수 있게 하는 회전 변위 발생기로서, 상기 프루브의 일측에 연결되어 상기 프루브가 축방향으로 회전하도록 하는 압전 엑츄에이터를 포함하고, 상기 압전 엑츄에이터는 탄성체에 압전 소자가 하나 이상 부착되어 만들어진 회전 변위 발생기를 제공한다. 또한, 이러한 회전 변위 발생기를 기구부로 채용한 유체의 물성 측정 장치와 이를 구비하는 통합형 유체 물성 모니터링 시스템을 제공한다.

Description

유체의 물성 측정 장치 및 이를 구비한 통합형 유체 물성 모니터링 시스템{Apparatus of measuring the properties of fluid, and integrated system of monitoring the properties of fluid having the same}

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 유체의 물성 측정 장치의 개략적인 구성을 보여주는 도면,

도 2는 도 1에 도시된 유체의 물성 측정 장치의 기구부의 구성을 보여주는 사시도,

도 3은 도 2의 III 방향에서 바라본 평면도,

도 4는 모노모프 엑츄에이터의 구동 원리를 개략적으로 보여주는 도면,

도 5는 도 2 및 도 3에 도시된 프루브가 소정 각도 회전된 상태를 보여주는 평면도,

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 유체의 물성 측정 장치의 개략적인 구성을 보여주는 도면,

도 7은 도 6에 도시된 유체의 물성 측정 장치의 기구부의 구성을 보여주는 분리 사시도,

도 8은 도 7의 VIII-VIII 선을 따라 취한 단면도,

도 9는 도 7에 도시된 기구부의 변형예의 구성을 보여주는 분리 사시도,

도 10은 도 9의 X-X 선을 따라 취한 단면도,

도 11은 도 7 및 도 9에 도시된 기구부의 다른 변형예의 구성을 보여주는 분리 사시도,

도 12 내지 도 14는 이상에서 설명한 본 발명에 따른 유체의 물성 측정 장치에 적용되는 진동 방지 구조의 일례들을 보여주는 도면,

도 15 및 도 16은 프루브와 하우징이 연결되는 부분의 상세 설계 예를 보여주는 도면,

도 17 내지 도 25는 앞서 설명된 유체의 물성 측정 장치에서 전기전도도를 측정하기 위한 전극을 부착하는 방식의 여러 가지 형태를 보여주는 도면,

도 26은 본 발명에 따른 유체의 물성 측정 장치에 설치된 전극을 이용하여 전기전도도, 정전용량 및 유전상수를 측정하는데 사용될 수 있는 브리지 회로의 일례를 보여주는 도면, 그리고

도 27은 본 발명에 따른 통합형 유체 물성 모니터링 시스템의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.

본 발명은 유체의 물성 측정 장치 및 이를 구비한 통합형 유체 물성 모니터링 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 정밀한 유체의 물성 측정이 가능하고 센서부에 미치는 측정 노이즈를 차단할 수 있는 유체의 물성 측정 장치 및 이를 구비한 통합형 유체 물성 모니터링 시스템에 관한 것이다.

각종 기계장치를 구성하는 터빈이나 엔진, 차량의 트랜스미션과 같이 오일이 사용되고 그 오일의 상태가 기계 장치의 작동에 많은 영향을 미치는 경우에는 오일의 여러 가지 물성을 실시간으로 측정할 필요성이 매우 크다. 그러나 종래의 (절대)점도, 동점도 및 밀도 등의 유체의 물성 측정 장치나 방법들은 실험실에서 측정하기에는 적합할 수 있으나, 실시간으로 기계 장치의 작동에 반영하기 위해 이러한 물성 데이터들을 제공하기에는 적합하지 않다. 이에 기존의 기계 장치에 장착되어 기존의 기계 장치의 설계에 크게 영향을 미치지 않는 작은 크기로 제작이 가능하고 동시에 유체의 물성을 정확히 측정할 수 있는 장치의 개발 필요성이 크게 대두되고 있다.

또한, 제조 공정 중에 용융된 플라스틱류의 상태, 된장이나 간장 등의 식품류의 발효상태를 확인하거나, 기타 정밀화학, 고분자, 접착제, 코팅용 페인트, 일반 페인트, 수용액류, 이상(two-phase) 또는 다상(multi-phase) 유동체의 상태를 확인하기 위해 산업 현장에서 실시간으로 유체의 물성을 측정할 수 있도록 크기를 작게 제작하는 것이 용이하고 정확한 유체의 물성 측정이 가능한 유체의 물성 측정 장치를 개발할 필요성이 매우 크다.

한편, 측정 대상 유체가 기계 장치에 사용되는 엔진 오일이나 윤활유인 경우, 기계 장치가 작동하면서 발생하는 여러 요인에 의해 유체의 물성이 변화하게 된다.

예를 들어, 발전용 터어빈과 자동차 엔진 크랭크들과 같은 기계 장치에 사용되는 윤활유에 대해 고려해 보자. 이러한 윤활유는 고온의 공기와 피스톤과 실린더 사이의 폭발누출 가스(blow-by gas)등과 접촉하여 산화될 수 있다. 또는, 이러한 윤활유는 극심한 온도의 증가와 감소에 따라 물리적 성질이 변화할 수 있다. 또한, 이러한 윤활유는 휘발성분의 감소로 인해 점도와 밀도가 증가하거나, 기포와 고형 탄화물질의 혼입, 연료의 유입으로 인한 희석(dilution)등에 의해 사용시간이 경과함에 따라 열화(劣化)되어 그 성능이 저하되게 된다.

산업용 윤활유의 대표적인 자동차 엔진오일의 사용환경은 온도변화의 범위가 크고(-20℃ 내지 +150℃ 정도), 기계적인 충격도 많이 받는다. 따라서 윤활유가 열화되기 쉽고, 탄화물이 혼입되기 쉬운 상태이며, 이러한 극한상황에서는 잘 정제된 윤활유라 하더라도 시간경과에 따라 그 성질이 크게 변화된다.

즉, 윤활 특성이 저하될 뿐 아니라 피스톤의 실린더 접착 원인이 되는 등 원동기 장치의 사용에 무리가 가기 때문에 사용환경과 사용기간을 감안하여 적절한 시점마다 교환되어야 한다. 또한 최적 윤활 상태가 아닌 상태에서의 연료의 연소는 많은 공해 물질을 발생시키기 때문에 공해물질의 저감 차원에서도 윤활유의 적정교체가 필요하다.

이러한 윤활유 또는 엔진 오일의 열화를 평가하고 교체 시기를 알려줄 수 있는 새로운 유체 물성 측정 장치와 이를 이용하여 실시간으로 유체의 상태를 모니터링 해줄 수 있는 시스템에 대한 개발 필요성이 크게 대두되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 가지 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 정밀한 유체의 물성 측정이 가능하고 센서부에 미치는 측정 노이즈를 차단할 수 있는 유체의 물성 측정 장치를 제공하는 것이다. 또한, 이러한 유체의 물성 측정 장치를 구비하여 실시간으로 근거리는 물론 원격으로도 유체의 상태를 사용자에게 알려줄 수 있는 통합형 유체 물성 모니터링 시스템을 제공하는 것이다.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 선단부가 유체와 접하여 점성저항에 저항하는 방향으로 변위를 발생시킬 수 있도록 설치된 프루브; 상기 프루브에서 발생된 변위에 따른 신호를 출력하는 센서부; 상기 전원부로부터의 동력을 상기 변위 발생부에 입력 신호로 공급하고, 상기 센서부의 출력을 바탕으로 미리 저장된 데이터와 비교 연산하여 유체의 물성 데이터를 계산하는 제어부; 및 상기 프루브의 후방에 연결되어 상기 프루브가 축방향으로 회전하도록 하는 압전 엑츄에이터를 포함하고, 상기 프루브에는 상기 프루브의 후단부에 진동 방지 수단이 설치된 것을 특징으로 하는 유체의 물성 측정 장치를 제공함으로써 달성된다.

여기서, 상기 진동 방지 수단은 상기 프루브에 형성된 홈 및/또는 단차를 포함하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 진동 방지 수단은 상기 프루브의 후방에 결합되고 홈 및/또는 단차를 포함하는 구조물인 것이 바람직하다.

여기서, 상기 프루브에는 유체와 접촉하여 유체의 전기전도도, 정전용량 및 유전상수를 측정할 수 있도록 전극이 설치될 수 있다.

또한 상기와 같은 본 발명의 목적은, 선단부가 유체와 접하여 점성저항에 저항하는 방향으로 변위를 발생시킬 수 있도록 설치된 프루브; 상기 프루브에서 발생된 변위에 따른 신호를 출력하는 센서부; 상기 전원부로부터의 동력을 상기 변위 발생부에 입력 신호로 공급하고, 상기 센서부의 출력을 바탕으로 미리 저장된 데이터와 비교 연산하여 유체의 물성 데이터를 계산하는 제어부; 상기 프루브의 후방에 연결되어 상기 프루브가 축방향으로 회전하도록 하는 압전 엑츄에이터; 및 상기 프루브와 연결되고 상기 프루브를 구동하는 압전엑츄에이터를 수용하는 하우징을 포함하고, 상기 하우징에는 상기 프루브가 연결된 부분에 진동 방지 수단이 설치된 유체의 물성 측정 장치를 제공함으로써 달성된다.

여기서, 상기 진동 방지 수단은 상기 하우징에 형성된 홈 및/또는 단차를 포함하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 프루브와 상기 하우징은 상대 변위가 일어나지 않고 유체가 침투하지 못하도록 견고하고 긴밀하게 결합된 것이 바람직하다.

여기서, 상기 프루브와 상기 하우징은 상대 변위가 일어날 수 있도록 베어링으로 연결되고, 상기 베어링 연결부를 통해 유체가 침투하지 못하도록 씰링된 것이 바람직하다.

여기서, 상기 하우징에는 유체와 접촉하여 유체의 전기전도도, 정전용량 및 유전상수를 측정할 수 있도록 전극이 설치될 수 있다.

또한 상기와 같은 본 발명의 목적은, 측정부, 연산부 및 지시부를 포함하고, 상기 측정부는 절대점도, 밀도, 동점도, 온도, 전기전도도, 정전용량, 유전상수, 전산가 및 전염기가를 포함하는 유체 물성 중 어느 하나 이상을 측정하고, 상기 연산부는 상기 측정부에서 측정된 데이터를 이용하여 유체의 다른 물성 중 하나 이상을 연산하여 결정하고, 상기 지시부는 상기 측정부에서 측정된 데이터, 상기 연산부에서 계산되어 결정된 데이터, 또는 측정된 데이터와 계산된 데이터를 바탕으로 한 유체의 상태에 대한 판단 데이터를 사용자에게 통지하는 기능을 수행하는 통합형 유체 물성 모니터링 시스템을 제공함으로써 달성된다.

여기서, 상기 사용자는 상기 유체가 위치하는 곳과 공간적으로 분리되어 있고, 상기 지시부는 정보통신회선을 통해 상기 측정부 및 연산부로부터 유체의 물성에 대한 정보를 받아 사용자에게 통지할 수 있도록 구성될 수 있다.

이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세히 설명한다.

도 1에는 본 발명의 제1 실시예에 따른 유체의 물성 측정 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이 도시되어 있다.

도 1에 도시된 것과 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 유체의 물성 측정 장치는 기구부(20), 전원부(30) 및 제어부(40)를 포함한다.

상기 기구부(20)는, 유체와 접하는 프루브(26), 상기 프루브(26)가 점성저항에 저항하는 방향으로 변위를 발생시키도록 하는 변위 발생부 및 상기 변위 발생부에 설치되어 발생된 변위에 따른 신호를 출력하는 센서부를 포함한다. 상기 변위 발생부는 기구부의 하우징(25) 하측에 연장된 프루브(26)를 그 중심축 둘레로 제자리에서 회전하는 방향으로 회전 변위를 발생시키는 기능을 한다. 상기 변위 발생부의 상세한 구성에 대해서는 추후에 설명한다. 또한, 상기 센서부는 상기 프루브의 회전 방향 변위가 대기 중에서와 유체에 잠긴 상태에서 서로 상이하게 되는 상대적인 크기를 출력하는 기능을 한다.

상기 전원부(30)는 상기 변위 발생부에 동력을 제공하는 기능을 수행한다.

상기 제어부(40)는 상기 전원부(30)로부터의 동력을 상기 변위 발생부에 입력 신호로 공급하고, 상기 센서부의 출력을 바탕으로 미리 저장된 데이터와 비교하거나 미리 저장된 수식을 이용하여 연산하여 유체의 물성 데이터를 계산하는 기능을 수행한다. 여기서 측정이 가능한 유체의 물성 데이터는 통상 점도이지만, 경우에 따라서는 밀도 등 다른 물성 데이터도 측정 가능하다.

또한, 본 발명에 따른 유체의 물성 측정 장치에는 별도의 온도계(미도시)를 설치하여 유체의 온도를 측정할 수 있고, 온도 데이터를 상기 제어부에 디지털 신호로 입력하여 점도 등의 물성 데이터 연산에 활용할 수도 있다.

또한, 본 발명에 따른 유체의 물성 측정 장치에는 디스플레이부(50)가 더 설치되어 상기 제어부에서 연산한 데이터에 대한 정보를 사용자가 볼 수 있도록 디스플레이 하도록 할 수도 있다.

도 2에는 도 1에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 유체의 물성 측정 장치에서 커버가 개방된 상태를 보여주는 사시도로서, 기구부의 구성을 보여주는 도면이 도시되어 있고, 도 3에는 도 2의 III 방향에서 바라본 평면도가 도시되어 있 으며, 도 4에는 도 2에 도시된 유체의 물성 측정 장치의 기구부에 사용되는 압전 엑츄에이터의 구성 원리를 간략히 보여주는 도면이 도시되어 있고, 도 5에는 도 3과 비교되는 도면으로 프루브가 소정 각도 회전된 상태를 보여주는 도면이 도시되어 있다.

도 2 및 도 3에 도시된 것과 같이, 유체의 물성 측정 장치의 기구부(20)를 구성하는 변위 발생부는, 하측으로부터 연장되어 점도 측정 대상 유체에 일정 부분 이상 잠기는 프루브(26)를 상부 양측에서 지지하는 두 개의 압전 엑츄에이터(21)를 포함한다. 상기 프루브(26)는 실린더 형상인 것이 바람직하고, 하부의 점도 측정 대상 유체에 잠기는 부분의 길이는 직경의 5배 이상 긴 것이 바람직하다. 상기 압전 엑츄에이터(21)는 일단은 상기 프루브(26)에 고정되고 타단은 하우징(25)에 고정된다.

상기 프루브(26)가 실린더 형상인 것이 바람직한 것은, 유체의 점도를 측정할 때의 이상적인 기구부의 형상이 무한히 긴 바운더리 시스템(boundary system)인 것을 고려한 것으로, 구석 효과(side effect)를 최소화할 수 있고 산업용으로 제작하기에 적합한 형상이 실린더 형상이기 때문이다. 또한, 프루브(26)의 길이가 직경의 5배 이상 긴 것은, 길이가 길면 길수록 구석 효과의 영향을 피할 수 있기 때문으로, 5배 이상이면 구석 효과가 무시할 수 있는 수준으로 작아지기 때문이다.

상기 프루브(26)의 외부 형상은 실린더인 것이 바람직하고, 내부는 도면에 도시된 것과 같이 속이 빈 중공으로 이루어지거나, 또는 속이 채워진 형태의 실린더도 모두 적용이 가능하다.

상기 각각의 압전 엑츄에이터(21)는 폭에 비해 두께가 얇고 길게 형성된 판상의 탄성체(23)와, 상기 탄성체(23)의 일면에 부착된 압전 소자(S1, S2)를 포함한다.

도 2 및 도 3에 도시된 압전 엑츄에이터(21)를 도 4에 도시된 것과 같이 일단을 고정시킨 상태로 배치하고, 상기 압전 소자(S1)의 양면에 전압을 인가하면, 상기 압전 소자(S1)는 변형된다. 변형의 방향은 압전 소자(S1)의 분극 방향과 어느 쪽에 + 또는 - 전압을 인가하는지의 전압 인가 방향에 따라 달라진다. 어떠한 경우라도 압전 소자(S1)의 분극 방향과 전압 인가 방향을 조절하여 압전 소자(S1)의 길이가 길어지거나 짧아지도록 조절할 수 있다.

전압이 인가됨에 따라 압전 소자(S1)의 길이가 길어지도록 조절하면, 도 4에 점선으로 표시된 것과 같이 압전 엑츄에이터(21)가 일방향으로 변형하게 된다. 인가되는 전압의 크기를 조절하여 압전 엑츄에이터(21)의 변형량을 조절할 수도 있다.

이와 같이 구동되는 압전 엑츄에이터(21)를 이용하는 도 3에 도시된 기구부(20)에서 적절한 전압을 인가하는 경우에는 도 5에 도시된 것과 같이 프루브(26)를 회전시킬 수 있다. 그리고 인가한 전압을 제거하는 경우에는 도 3에 도시된 상태로 복원된다. 이와 같은 원리에 의해 변위 발생부가 작동하게 된다.

한편, 압전 엑츄에이터(21)의 구동의 위해서는 탄성체(23)의 일면에만 압전 소자(S1, S2)가 부착된 모노모프(monomorph) 형태여도 위와 같은 운동을 일으킬 수 있고, 만약 양면에 각각 압전 소자(S1, S2, R1, R2)를 부착하는 바이모프(bimorph) 형태로 압전 엑츄에이터(21)를 구성하는 경우에는 변위를 더욱 크게 할 수 있다.

또한, 바이모프 형태로 압전 엑츄에이터(21)를 구성한 상태에서 일측의 압전 소자(S1, S2)만을 구동에 사용하고, 타측의 압전 소자(R1, R2)는 센싱을 위해 사용할 수도 있다. 즉, 본 발명의 제1 실시예에 따른 유체의 물성 측정 장치를 구성하는 기구부 중 센서부로서 구동에 사용되지 않는 압전 소자(R1, R2)를 사용할 수 있다.

도 3에 도시된 것과 같이, 탄성체 양면에 각각 압전 소자(S1, S2, R1, R2)가 배치된 상태에서, 일측면의 압전 소자(S1, S2)에 전압을 인가하여 프루브(26)를 소정 각도 회전시키고, 일측의 압전 소자(S1, S2)가 변형됨에 따라 함께 변형된 타측면의 압전 소자(R1, R2)에서는 압전 소자의 물리적 특성에 의해 변형량에 비례하는 전압이 발생한다. 이와 같이 타측면의 압전 소자(R1, R2)에서 발생한 전압을 측정하면 프루브(26)의 회전 변위를 측정할 수 있다. 또한, 소정의 전압을 인가할 때의 대기 중에서의 프루브(26)의 회전 변위와, 점도를 측정하고자 하는 유체에 프루브(26)가 일정 깊이 이상 잠긴 상태에서의 프루브(26)의 회전 변위를 각각 측정함으로써 이를 토대로 해당 유체의 점도를 계산할 수 있다.

한편, 도 2 및 도 3에 도시된 것과 같이, 상기 복수 개의 압전 엑츄에이터(21)는 서로 일정한 간격으로 배치된 것이 바람직하다. 이는 압전 엑츄에이터(21)가 프루브(26)에 작용하는 힘이 균일하여야 프루브(26)를 균일하게 회전시킬 수 있기 때문이다. 또한, 도 2 및 도 3에는 상기 압전 엑츄에이터(21)들이 상기 프루브(26)에 실질적으로 직각을 이루면서 고정된 상태로 도시되어 있는데, 본 발 명은 이에 한정되지 않고 압전 엑츄에이터(21)들이 상기 프루브(26)에 경사를 가지면서 고정된 경우도 포함한다.

<제2 실시예>

도 6에는 본 발명의 제2 실시예에 따른 유체의 물성 측정 장치의 구성을 보여주는 도면이 도시되어 있고, 도 7에는 도 6에 도시된 유체의 물성 측정 장치의 기구부의 구성을 개략적으로 보여주는 분리 사시도가 도시되어 있으며, 도 8에는 도 7의 VIII-VIII 선을 따라 취한 단면도가 도시되어 있다.

도 6에 도시된 것과 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 유체의 물성 측정 장치는 제1 실시예와 마찬가지로 기구부(120), 전원부(30) 및 제어부(40)를 포함한다.

제2 실시예가 앞서 설명한 제1 실시예와 다른 점은, 상기 기구부(120)의 구성이 제1 실시예의 기구부(20)의 구성과 상이하다는 것이다. 제2 실시예에 있어서의 기구부(120)의 구성은 다음과 같다.

도 7에 도시된 것과 같이 본 발명의 제2 실시예에 다른 유체의 물성 측정 장치의 기구부(120)는 일측에 나사산(126a)이 형성된 중공 실린더형의 프루브(126)와, 상기 프루브(126) 내측에 설치되는 압전 엑츄에이터(21)를 포함한다. 상기 압전 엑츄에이터(21)는 두 개가 설치되고, 상기 프루브(126)의 양단부를 마감하는 외측 마감재(128) 및 내측 마감재(129)에 각각 그 단부가 고정된다. 상기 외측 마감재(128)는 상기 프루브(126)의 단부 외측에서 상기 프루브(126)와 고정되고, 상기 내측 마감재(129)는 상기 프루브의 내측에서 상기 프루브(126)와 고정됨으로써, 실 질적으로 상기 압전 엑츄에이터(21)들은 상기 프루브(126)의 양단부에 고정된 것과 같이 배치된다.

상기 두 개의 압전 엑츄에이터(21)는 상기 프루브(126)의 중심축에 대해 서로 실질적으로 180도를 이루면서 배치되어 있고, 상기 프루브(126)와 실질적으로 평행하게 배치되는 것이 공간을 축소하는데 유리하기 때문에 바람직하다. 다만, 상기 압전 엑츄에이터(21)는 상기 프루브(126)와 반드시 평행하게 배치되어야 하는 것은 아니고 평행하게 배치되지 않고 경사를 이루면서 배치되는 경우도 본 발명에 포함된다.

상기 압전 엑츄에이터(21)는 제1 실시예에서와 마찬가지로 탄성체(23)에 구동을 위한 압전 소자(S1, S2)와 센싱을 위한 압전 소자(R1, R2)가 각각 부착된 형태로 구성된다.

상기 프루브(126)는 일측에 형성된 나사산(126a)을 이용하여 점도 측정 대상 유체(70)를 수용하고 있는 용기(160)의 벽면에 고정될 수 있고, 고정된 상태에서 상기 압전 엑츄에이터(21)의 구동에 의해 회전 변위를 일으키면서 점도를 측정할 수 있게 한다. 점도의 측정 방식은 제1 실시예에서와 동일하다.

도 9에는 도 7에 도시된 기구부의 변형예가 도시되어 있고, 도 10에는 도 9의 X-X 선을 따라 취한 단면도가 도시되어 있다.

도 9 및 도 10에 도시된 것과 같이, 본 변형예의 기구부에서는 압전 엑츄에이터(21)가 4개가 사용되어 서로 실질적으로 직각을 이루면서 배치되어 있다. 이와 같이 4개의 동일한 형태의 압전 엑츄에이터(21)를 사용하는 경우, 프루브(126) 의 회전 변위를 더 크게 증가시킬 수 있고, 각각의 압전 엑츄에이터(21)에 부착된 센싱용 압전 소자(R1, R2)에서 측정되는 값들을 종합하여 측정의 오차를 줄일 수 있는 장점이 있다.

도 11에는 도 7에 도시된 기구부의 다른 변형예가 도시되어 있다.

도 11에 도시된 것과 같이, 본 변형예의 기구부에서는 프루브(126)의 단부, 즉 외측 마감재(128)의 단부면에 질량부(328)가 부착된다. 상기 질량부(328)가 더 부착됨으로써, 프루브(126)가 회전 변위를 일으키는 동작 중에 프루브(126)의 회전 모멘텀이 더 크게 발생할 수 있게 되고, 보다 정확한 점도 측정에 도움이 된다.

도 6 내지 도 11에 도시된 프루브(126)의 경우에도 직경에 비하여 유체에 접하는 부분의 길이가 5배 이상 긴 것이 구석 효과를 피할 수 있어 바람직하다.

도 12 내지 도 14에는 이상에서 설명한 본 발명에 따른 유체의 물성 측정 장치에 진동 방지 구조를 적용한 예들을 보여주는 도면이 도시되어 있다.

회전 변위가 발생하면서 유체와 접하는 프루브(26, 126)에서는 작동 중에 진동이 발생한다. 이 진동은 회전 변위를 발생시키는 펄스 신호 입력 값에 대한 출력 값을 측정할 때 측정값에 잡음(noise)으로 포함될 가능성이 있다. 이에 이를 차단하여 신호 대 잡음비(signal to noise ratio)를 개선할 필요성이 제기된다. 이러한 진동 차단 구조의 일례로 도 12 내지 도 14에 도시된 것과 같은 홈(25a) 또는 단차(25b)가 형성된 구조가 적용될 수 있다.

도 12에는 도 1 및 도 2에서 설명된 실시예에서 도시한 하우징(25')에 복수 개의 단차(25b)와 홈(25a)이 형성된 모습이 도시되어 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 하우징(25)을 도 12과 같이 단차(25b)와 홈(25a)이 형성된 형태로 변형하는 경우, 프루브(26)에서 작동 중에 발생하는 진동이 센서부에서 측정되는 신호에 잡음으로 포함되는 것을 예방할 수 있다. 단, 이와 같은 단차(25b)와 홈(25a)을 형성하는 구조는 도시된 것과 같은 구조로 한정되지 않고 다양하게 변형이 가능하다. 한편, 도 12에 도시된 것과 같이, 단차(25b) 중 특정 단차에 나사산(26a)을 형성하면 본 발명의 제1실시예에 따른 유체의 물성 측정 장치(20)를 도 6에 도시된 것과 같은 유체를 담고 있는 용기(160)의 벽면에 결합하여 사용하는 것도 가능하다.

도 13 및 도 14에는 도 6 내지 도 11을 참조하여 설명된 제2 실시예에 진동 방지 구조가 적용된 예들이 도시되어 있다. 도 13은 제2 실시예에서 용기(160)와 결합되는 부분으로부터 용기(160) 내측에 진동 방지 구조가 형성된 예이다. 또한, 도 14는 제2 실시예에서 용기(160) 외측에 진동 방지 구조가 형성된 예이다.

도 12 내지 도 14에 도시된 예들에서는 공통적으로 유체와 접촉하는 프루브와 그 후방의 센서부가 구조적으로 명확히 구분되어 프루브의 진동이 후방의 센서부에서 측정되는 신호에 잡음으로 포함되는 것을 방지할 수 있다. 이러한 단차 및 홈의 형성 구조는 도시된 것으로 한정되지 않고 다양하게 변화될 수 있음은 물론이다. 그리고, 이러한 단차 또는 홈이 형성된 부분은 프루브와 별도로 가공되어 결합될 수도 있고, 프루브와 일체로 가공된 상태에서 단차와 홈이 형성될 수도 있다.

도 15 및 도 16에는 프루브와 하우징이 연결되는 부분의 상세 설계 예가 도 시되어 있다.

본 발명에 따른 유체의 물성 측정 장치에서는 프루브가 하우징과 연결되도록 만들어지고, 하우징에 대해 상기 프루브가 상대적으로 회전 변위를 발생하도록 구성된다. 이 경우에 연결 부분을 설계하는 방식에 따라 측정되는 진동감도에 미치는 영향이 달라질 수 있다. 예를 들어, 도 15에 도시된 것과 같이 용접에 의하는 경우와, 도 16에 도시된 것과 같이 베어링, 긴결재 및/또는 접착제 등을 사용하여 전달 토크의 손실을 저감하는 저손실 결합부를 사용하는 경우에는 각각 진동감도가 달라지므로, 유체의 물성 측정에 있어서 각각 다른 교정 과정을 거쳐야 한다. 단, 공통적으로 용접에 의하거나 저손실 결합부를 구성하는 경우 모두 시료의 증발 등이 문제될 수 있으므로 고도의 긴밀이 유지되도록 결합되어야 한다. 본 발명에서는 이러한 프루브와 하우징의 연결부의 상세 설계는 한정되지는 않지만 바람직하게는 도 15 또는 도 16에 도시된 형태로 설계되는 것이 바람직하다.

지금까지는 유체의 물성 측정 장치에서 온도와 점도를 측정할 수 있는 구성에 대해서만 설명하였다. 물론 온도와 점도를 측정하는 경우, 밀도와 동점도의 측정도 가능하다. 그런데, 측정 대상 유체가 기계 장치에 사용되는 엔진 오일이나 윤활유인 경우, 기계 장치가 작동하면서 발생하는 여러 요인에 의해 유체의 물성이 변화하게 된다.

예를 들어, 발전용 터어빈과 자동차 엔진 크랭크들과 같은 기계 장치에 사용되는 윤활유에 대해 고려해 보자. 이러한 윤활유는 고온의 공기와 피스톤과 실린더 사이의 폭발누출 가스(blow-by gas)등과 접촉하여 산화될 수 있다. 또는, 이러한 윤활유는 극심한 온도의 증가와 감소에 따라 물리적 성질이 변화할 수 있다. 또한, 이러한 윤활유는 휘발성분의 감소로 인해 점도와 밀도가 증가하거나, 기포와 고형 탄화물질의 혼입, 연료의 유입으로 인한 희석(dilution)등에 의해 사용시간이 경과함에 따라 열화(劣化)되어 그 성능이 저하되게 된다.

산업용 윤활유의 대표적인 자동차 엔진오일의 사용환경은 온도변화의 범위가 크고(-20℃ 내지 +150℃ 정도), 기계적인 충격도 많이 받는다. 따라서 윤활유가 열화되기 쉽고, 탄화물이 혼입되기 쉬운 상태이며, 이러한 극한상황에서는 잘 정제된 윤활유라 하더라도 시간경과에 따라 그 성질이 크게 변화된다.

즉, 윤활 특성이 저하될 뿐 아니라 피스톤의 실린더 접착 원인이 되는 등 원동기 장치의 사용에 무리가 가기 때문에 사용환경과 사용기간을 감안하여 적절한 시점마다 교환되어야 한다. 또한 최적 윤활 상태가 아닌 상태에서의 연료의 연소는 많은 공해 물질을 발생시키기 때문에 공해물질의 저감 차원에서도 윤활유의 적정교체가 필요하다.

이러한 윤활유 또는 엔진 오일의 열화를 평가하는 지표로는 오일 내의 슬러지양, 점도, 전산가(Total Acid Number: TAN) 등이다. 이러한 여러 변수 중 어느 한 가지만으로는 그 열화의 정확한 정도를 평가할 수는 없으며, 이러한 수치를 종합적으로 평가 및 판단해야 한다.

따라서, 본 발명에 따른 유체의 물성 측정 장치에, 전기전도도를 더 측정할 수 있는 구성을 추가하고, 윤활유 및 엔진 오일의 열화를 판단하기 위해 점도, 밀 도, 동점도, 유전율, 정전용량 그리고 전기전도도를 고려하여 윤활유 및 엔진 오일의 열화의 정도를 평가할 수 있도록 한다. 즉, 상기한 점도와 온도의 측정 기능에 전기전도도 측정 기능을 추가하여, 점도, 온도, 밀도, 동점도의 물리적 성질과 함께 유체의 전기전도도를 포함한 전기적 특성을 동시에 고려할 수 있도록 하는 것이다.

전기전도도는 용액이 전류를 운반할 수 있는 정도를 말하며, 용액 중의 이온세기를 신속하게 평가할 수 있는 전기적 성질을 말한다. 사용단위는 전기저항의 역수차원인 ohm^-1 또는 mho로 나타낸다. mho는 국제단위계인 S(Siemens) 단위로 통용되어 mS/m (milli-Siemens/meter)와 μS/cm(microSiemens/centi meter)단위를 많이 사용한다. 그리고, mS/m는 10 S/cm (또는 10 mhos/cm)이다.

본 발명에 사용되는 전기전도도의 측정 원리는 다음과 같다.

윤활유 또는 오일 시료와 접촉하는 2 개의 서로 다른 극성의 전극에 일정한 전압을 가해주면 가한 전압이 전류를 흐르게 하며, 이때 흐르는 전류의 크기는 용액의 전도도에 의존하게 된다. 이때 용액 또는 오일시료가 가지는 저항 R은 다음의 수학식 1로 표시할 수 있다.

여기에서 θ는 비저항(Ω·㎝)이고 t 는 두 전극간의 거리(㎝), A 는 전극의 단면적 (cm2)이다.

전기전도도 C는 다음의 수학식 2로 표현될 수 있다.

여기에서 K(=1/θ)는 비전도도(mho/cm)이며, 교정을 통해 셀정수값(A/t)을 정해서 사용할 수 있다. 따라서 측정결과는 측정된 시료의 전기전도도 값(mho)에 셀정수(㎝-1)를 곱하여 시료의 전기전도도값을 mho/cm의 단위로 표시한다. 이러한 전기전도도는 온도차에 의한 영향(약 2%/℃)이 크므로 측정 기준치는 일정한 기준온도(예: 25℃)를 정하여 오일의 열화 평가기준으로 활용한다.

전기전도도를 측정하기 위해서는 유체와 맞닿는 부분에 전극을 두 개 이상 설치하여야 한다. 이하에서는 전극이 설치되는 구조의 다양한 실시예들에 대해 살펴본다.

도 17 내지 도 22에는 앞서 설명된 유체의 물성 측정 장치에서 전기전도도를 측정하기 위한 전극을 부착하는 방식의 여러 가지 형태를 보여주는 도면이 도시되어 있다.

도 17은 도 1 및 도 2을 참조하여 설명된 형태의 유체의 물성 측정 장치에서 하우징의 측벽에 전극이 설치된 형태가 도시되어 있다. 도 1에 도시된 것과 같이, 도 1 및 도 2에 도시된 유체의 물성 측정 장치의 경우 하우징의 일부가 유체에 잠긴 상태로 유체의 물성을 측정하게 되는데, 이때 전극이 유체와 접할 수 있도록 하 우징의 측벽에 전극을 설치할 수 있다.

도 18에는 도 1 및 도 2을 참조하여 설명된 형태의 유체의 물성 측정 장치에서, 윤활유와 접촉을 원활하게 하기 위해 하우징 하부면에 전기전도도 측정용 전극들을 부착한 형태가 도시되어 있다.

도 19에는 도 6 내지 도 11을 참조하여 설명된 형태의 유체의 물성 측정 장치 또는 이의 변형예로서 원통 돌출형으로 구성된 경우에 프루브의 측면에 전기전도도 측정용 전극들을 부착한 형태가 도시되어 있다.

도 20 내지 도 22에는 전기전도도 전극이 환형으로 구성된 경우에 도 17 내지 도 19에 도시된 전극의 배치와 달라진 구성을 보여주는 도면들이 도시되어 있다. 환형으로 전극을 구성하는 경우, 프루브를 중심으로 특정 방향에서 유체의 전기전도도 특성이 국부적으로 다른 경우라도 전체 적인 전기전도도를 측정할 수 있는 장점이 있다.

도 23 내지 도 25에는 전기전도도 전극을 다중으로 배치하는 경우의 예가 도시되어 있다. 다중으로 전극을 설치하는 경우, 바람직하게는 4개에서 12개 사이의 전극을 짝수 개로 설치하는 것이 바람직하다.

전기전도도는 또한 오일내에 용해된 입자농도(TDS, total dissolved solids), 염분농도(salinity)등 전해특성, 오일의 산화정도를 나타내는 전산가(TAN, total acid number) 및 연료의 연소시 생성되는 산성물질을 중화시키기 위한 능력의 정도를 나타내는 전염기가(total base number, TBN) 와 비례하므로 다음 의 수학식 3 및 4와 같이 함수화가 가능하다.

즉, 전산가 및 전염기가는 전기전도도의 함수 및 점도(μ), 밀도(ρ) 및 온도(T)의 함수의 곱으로 표현할 수 있다.

이러한 함수는 교정실험을 통해 정해지며, 선형 또는 비선형 함수화가 가능하다.

효율적인 엔진오일의 사용범위는 전산가(TAN)의 경우 4 이상 바람직하게는 6 이상을 유지하여야 하고, 전염기가(TBN)의 경우 1 이상 바람직하게는 2 이상을 유지하여야 한다. 본 발명에 따른 유체의 물성 측정 장치는 전산가(TAN)는 1 내지 10 mgKOH/g , 전염기가는 0.5 내지 5 mgKOH/g 범위에서 측정할 수 있는 것이 바람직하며, 이를 통해 엔진 오일 또는 윤활유의 사용기간, 오염의 정도, 교체시점의 정확한 지시 등이 가능하게 된다.

이러한 전기전도도, 전산가 및 전염기가의 수치는 디젤이나 가솔린 엔진 자동차의 윤활유의 열화 평가는 물론 압축기, 유압기기, 터빈, 기어, 펌프, 천연 가스 엔진 등에서 일반적으로 사용되는 윤활유 및 수질의 오염도 등 다양한 현장적용이 가능하다.

전기전도도 측정방법은 정해진 서로 다른 극성의 전극에 전압 0.1 내지 24V 범위, 주파수 1kHz 내지 1MHz 범위의 교류 전원을 공급하는 교류 브릿지를 사용하는 회로를 이용하여 측정할 수 있다.

전기전도도를 측정하면서 가한 전류와 전압의 데이터로부터 전기전도도 측정치로부터 정전용량이나 유전상수(dielectric constant)의 측정이 가능하며, 이러한 측정 변수들은 오일의 열화에 따른 정전용량의 증가치 또는 감소치를 감지할 수 있게 한다. 정전용량의 수치 변화를 모니터링하여 불순물의 함유 추이를 알 수 있고, 정전용량 수치가 기준치 이상 증가할 경우 즉각적인 교체 조치를 지시하도록 하여 엔진 또는 산업용 기계 장치의 파손을 미연에 방지할 수 있다.

이하에서는 전기전도도, 정전용량 및 유전상수를 측정하는 방법에 대해 보다 상세히 설명한다. 전기전도도, 정전용량 및 유전상수의 측정에는 앞서 언급한 것과 같이 교류 브릿지 회로를 사용하는 것이 편리하다. 도 26에는 본 발명에 따른 유체의 물성 측정 장치에 구비된 전극이 저항(Rx)과 커패시터(Cx)의 값을 동시에 가지도록 하는 경우의 교류 브리지 회로의 구성예가 도시되어 있다.

도 26에 도시된 것과 같이, 매칭 저항(Rs) 및 커패시터(Cs)를 사용하여 영전압(null voltage)이 되도록 조정하여 유체의 전기전도도 및 저항 임피던스를 측정하고 이를 통해 정전용량(Cx)과 유전상수(ε)를 결정한다.

먼저 전기전도도는 저항 임피던스의 역수 이므로, 다음의 수학식 5로부터 전 기전도도의 측정이 가능하다.

C = 1/Z = I(t)/V(t)

여기서 전압(V) 및 전류(I)는 교류 주파수로 인가한 RMS 전압과 측정된 전류값이 된다.

이러한 일반적인 수식은 거리 및 도전판의 단위 면적이 1인 이상적인 경우를 말하므로, 실제 적용의 경우 측정 셀의 형식과 구조에 크게 의존하므로 일정한 기계적 전기적 사양에 따라 제작한 표준용액을 사용하여 셀상수를 교정하여 적용하게 된다.

셀상수의 결정은 해당 센서를 이용하여 다음의 수학식 6과 같은 관계식으로부터 얻을 수 있다.

Ke = C × k = I(t)/V(t)×k

여기서 Ke는 측정되는 전기전도도, C는 전기적 방법으로 측정한 단위 전기전도도이며, k는 제작된 센서의 형식과 사양에 따라 정해지는 셀상수이다.

일반적으로 정전용량(Cx)은 다음의 수학식 7로 나타낼 수 있다.

Cx = Q/ V(t)

여기서, Q는 전하량을 나타내고, V(t)는 전압을 나타낸다.

이를 미분형으로 전개하면 다음의 수학식 8로 나타낼 수 있다.

Cx = dQ/dV

전체 전하량은 전류와 시간의 곱으로 나타낼 수 있으므로, 전하량은 다음의 수학식 9와 같이 나타낼 수 있다.

dQ= Cx × dV = dI × dt

따라서, 정전용량은 다음의 수학식 10과 같이 나타낼 수 있다.

Cx = dI/dV × dt = dt/dZc

또한, 정전용량은 다음의 수학식 11과 같이 나타낼 수 있다.

Cx = j2πfZc

따라서, 도 26의 회로에서 허수부분의 위상차 정보로부터 Zc를 얻을 수 있 고, 결과적으로 시료의 상태별 정전용량(Cx)을 구할 수 있다. 위상차 측정방법은 일반적인 제로크로싱(zero-crossing) 기법과 간단한 논리 게이트를 이용하여 측정 가능하다.

이와 같은 방법으로 측정되는 유체의 정전용량(Cx)은, 정해진 기계적 전기적 사양을 가지는 장치에 대해 미리 측정된 진공의 기준값 Co와 비교하여 다음의 수학식 12와 같이 유전상수(誘電常數, dielectric constant)로 환산하여 제시가 가능하다.

ε = Cx / Co

여기서 ε는 정의된 상대 유전상수 또는 상대 유전율이다.

온도 증가에 따라 전기전도도 및 유전상수는 크게 증가하며, 비저항은 크게 감소한다. 점도와 동점도는 온도증가에 따라 크게 감소한다. TAN 및 TBN를 측정하기 위한 본 장치의 온도 의존성도 배제할 수 없으므로 설계 시 백금 저항 온도계(PRT, platinum resistance thermometer) 또는 적절한 온도 등급의 서모커플(thermo couple) 등 사용하여 온도를 측정하고 온도 의존성을 교정하여 보상하도록 한다. 적절한 양산 기준으로 제작된 제품들은 모든 제품에 대해 교정할 필요는 없으며, 샘플링 기법에 의한 품질의 관리가 가능하다.

본 발명에 따른 유체의 물성 측정 장치에서는 고주파 교류를 브릿지 회로를 통해 전극에 가해주고, 전류의 크기와 단일 쌍 또는 다중 쌍 배열 전극이 가지는 임피던스, 위상 등의 변수를 측정한다. 그리고, 프루브를 구동하여 측정된 점도, 밀도 및 동점도 값과 함께 대상 유체의 TAN, TBN, 정전용량, 전기전도도, 유전상수 등을 통합적으로 고려하여 유체 상태의 모니터링이 가능하게 한다.

도 27에는 본 발명에 따른 통합형 유체 물성 모니터링 시스템의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이 도시되어 있다.

도 27에 도시된 것과 같이 통합형 유체 물성 모니터링 시스템(800)은 측정부(810), 연산부(820) 및 지시부(830)를 포함한다.

상기 측정부에는 앞서 설명한 본 발명에 따른 유체의 물성 측정 장치가 배치될 수 있다. 상기 측정부의 출력값은 유체의 물성 측정 장치에서 측정된 점도, 온도, 전기전도도 등일 수 있고, 또는 이러한 값을 연산하기 위한 로우 데이터(raw data) 일 수 있다.

상기 연산부는 유체 물성 계산 기능 및 유체 상태 평가 기능을 수행한다. 상기 연산 유닛은 기본적인 연산을 위해, 측정된 데이터, 설정된 수치, 연산에 사용되는 알고리즘 등을 저장하는 메모리 유닛, 저장된 메모리에서 필요한 정보를 읽어들여 연산을 수행하는 연산처리 유닛을 포함한다. 연산처리 유닛은 마이크로프로세서또는 디지털신호처리기(Digital Signal Processor: DSP)를 포함할 수 있다. 상기 연산부는 측정부에서 입력 받은 데이터를토대로 유체의 각종 물성을 계산해 내고, 미리 설정된 값들과의 비교를 통해 유체의 현재 상태를 평가한다. 상기 연 산부의 출력 값은 점도, 온도, 전기전도도, 동점도, 밀도, 정전용량, 전산가, 전염기가, 유전상수 등의 데이터를 포함할 수 있고, 유체 상태에 대한 평가 결과를 포함할 수 있다.

상기 지시부는 상기 연산부에서 출력된 결과를 사용자에게 알려주는기능을 하는 것으로, 전자 제어 유닛(Electronic Control Unit: ECU)을 포함한다. 상기 전자 제어 유닛은 디지털 또는 아날로그 형태의 디스플레이부를 포함할 수 있다.

측정된 유체의 절대점도, 온도, 동점도, 밀도, 전기전도도, 전산가, 전염기가, 정전용량, 유전상수 등의 일련의 데이터는 내장된 마이크로프로세서 또는 디지털신호처리기에서 종합적으로 총괄분석 및 연산되어 정해진 기준별 지시를 전자 제어 유닛으로 출력하게 된다. 전자 제어 유닛은 이러한 상황별 출력을 운전자 또는 조업자(operator)에게 즉시 통지하게 된다.

연산부에서의 판단과 지시부에서의 즉각적인 통지는, 예를 들어, 점도 또는 밀도가 15% 이상 증가 할 경우 윤활유의 교체를 준비하거나, 20% 이상 증가할 경우 즉각적인 교체를 지시하는 방식, 또는 연료의 디젤유 또는 가솔린의 엔진 오일로의 유입에 따른 희석효과(dilution effect)가 나타나는 것을, 점도 또는 정전용량이나 점도값이 정해진 기준범위 이하로 감소하는 것으로부터 감지하여 즉각적인 조치를 취하는 방식으로 이루어질 수 있다.

또한 이러한 측정값은 사용자 습관을 기록해두는 운전 행태 분석 데이터와 함께 자동차 및 산업용 장비의 사용방법을 지시하거나, 특히 윤활유 또는 엔진오일의 정확한 교체주기를 지시할 수 있도록 하는 데 사용될 수 있다. 유체의 점도, 밀도, 온도, 전기전도도, 정전용량을 동시에 측정 또는 계산해 낼 수 있는 유체 물성 모니터링 시스템은 차량의 엔진 오일은 물론 기어 윤활유 및 광범위한 산업용 기계의 윤활 공정에 적용되어 넓은 범위의 활용이 가능하다.

예를 들어, 본 발명에 따른 통합형 유체 물성 모니터링 시스템은, 자동차, 선박, 항공기, 원동기 등의 엔진 오일의 열화감지, 선박용 디젤 엔진에 유입되는 벙커 C유 연료의 점도 및 물성 측정, 송전 변압기내부의 절연유의 절연특정 실시간 감시, 발전기의 터빈 윤활유의 열화감지, 고분자, 폴리머 또는 잉크 제조 공정에서의 점도 및 물성 측정, 기타 전산가 및 전염기가의 측정이 요구되는 산업장치, 식품발효 공정의 점도, 밀도 또는 성숙도 측정, 페인트 제조공정에서 점도 측정, 기타 고분자 중합 반응 공정의 중합도 실시간 측정 등에 작업에 활용될 수 있다. 또한, 이러한작업들에서 관련 기계 장치의 출고 시부터 폐기 시점까지의 모든 사용자의 행태 또는 운전 행태, 운전이력 데이터를 자료화하여 개별 장치 또는 차량의 최적 운전 및 제어에 활용될 수 있다.

본 발명에 따른 통합형 유체 물성 모니터링 시스템은 자동차, 대형 터빈 등의 기계 장치에 있어서 운전비용의 절감, 운전 및 조업비용의 절감에 기여하게 된다.

본 발명에 따른 통합형 유체 물성 측정 시스템에 의하면, 자동차 등의 엔진 오일 또는 산업용 터빈의 윤활 시스템에서 엔진 오일 또는 윤활유의 물성을 측정하고, 통합적으로 판단하며, 그 결과에 따라 적절한 교체 시기를 지시하도록 할 수 있다. 이에 따라 불필요한 엔진 오일이나 윤활유 교환으로 발생되는 폐오일로 인 한 환경오염 방지에도 기여할 수고, 시기에 늦은 엔진 오일이나 윤활유의 교환으로 인한 불필요한 에너지 및 경제적 손실을 대폭 감소시킬 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 통합형 유체 물성 모니터링 시스템은 인터넷(TCP/IP) 및 산업용 통신 버스를 이용하여 원격감시 시스템으로 이용될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 크기가 작으면서도 정확하게 실시간 점도, 온도 및 전기전도도의 측정이 가능한 유체의 물성 측정 장치를 제공할 수 있다. 특히, 압전 소자를 엑츄에이터와 센서로서 사용함으로써 전압 신호로써 기구부의 동작을 정교하게 조절할 수 있고, 점도 측정 대상 유체의 점도에 따라 정확하게 점도를 측정해 낼 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 유체의 물성 측정 장치에 의하면, 유체의 점도, 온도, 전기전도도를 토대로 동점도, 밀도, 정전용량, 전산가, 전염기가, 유전상수 등을 측정할 수 있어 유체의 상태에 대한 종합적인 평가가 가능하게 된다.

본 발명에 따른 유체의 물성 측정 장치는 크기를 작게 제작하기에 용이한 구조를 가짐으로써 산업 현장에서 제조 공정 중의 유체 상태의 원료나 제품의 상태를 점검하기 위해 사용되기 적합하다. 또한, 터빈이나 엔진 등의 기계 장치에서 기계 장치의 기존 설계를 크게 변경하지 않고도 장착이 가능할 정도로 작게 제작하는 것이 가능하며, 이를 통해 기계 장치의 작동에 큰 영향을 미치는 윤활유 등의 상태를 점검하도록 장착하기에 적합하다.

지금까지 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시 적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 한다.

Claims (11)

1. 삭제
2. 선단부가 유체와 접하여 점성저항에 저항하는 방향으로 변위를 발생시킬 수 있도록 설치된 프루브;

   상기 프루브에서 발생된 변위에 따른 신호를 출력하는 센서부;

   상기 전원부로부터의 동력을 상기 변위 발생부에 입력 신호로 공급하고, 상기 센서부의 출력을 바탕으로 미리 저장된 데이터와 비교 연산하여 유체의 물성 데이터를 계산하는 제어부; 및

   상기 프루브의 후방에 연결되어 상기 프루브가 축방향으로 회전하도록 하는 압전 엑츄에이터를 포함하고,

   상기 프루브에는 상기 프루브의 후단부에 진동 방지 수단이 설치되며,

   상기 진동 방지 수단은 상기 프루브에 형성된 홈 및/또는 단차를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체의 물성 측정 장치.
3. 선단부가 유체와 접하여 점성저항에 저항하는 방향으로 변위를 발생시킬 수 있도록 설치된 프루브;

   상기 프루브에서 발생된 변위에 따른 신호를 출력하는 센서부;

   상기 전원부로부터의 동력을 상기 변위 발생부에 입력 신호로 공급하고, 상기 센서부의 출력을 바탕으로 미리 저장된 데이터와 비교 연산하여 유체의 물성 데이터를 계산하는 제어부; 및

   상기 프루브의 후방에 연결되어 상기 프루브가 축방향으로 회전하도록 하는 압전 엑츄에이터를 포함하고,

   상기 프루브에는 상기 프루브의 후단부에 진동 방지 수단이 설치되며,

   상기 진동 방지 수단은 상기 프루브의 후방에 결합되고 홈 및/또는 단차를 포함하는 구조물인 것을 특징으로 하는 유체의 물성 측정 장치.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

   상기 프루브에는 유체와 접촉하여 유체의 전기전도도, 정전용량 및 유전상수를 측정할 수 있도록 전극이 설치된 것을 특징으로 하는 유체의 물성 측정 장치.
5. 삭제
6. 선단부가 유체와 접하여 점성저항에 저항하는 방향으로 변위를 발생시킬 수 있도록 설치된 프루브;

   상기 프루브에서 발생된 변위에 따른 신호를 출력하는 센서부;

   상기 전원부로부터의 동력을 상기 변위 발생부에 입력 신호로 공급하고, 상기 센서부의 출력을 바탕으로 미리 저장된 데이터와 비교 연산하여 유체의 물성 데이터를 계산하는 제어부;

   상기 프루브의 후방에 연결되어 상기 프루브가 축방향으로 회전하도록 하는 압전 엑츄에이터; 및

   상기 프루브와 연결되고 상기 프루브를 구동하는 압전엑츄에이터를 수용하는 하우징을 포함하고,

   상기 하우징에는 상기 프루브가 연결된 부분에 진동 방지 수단이 설치되며,

   상기 진동 방지 수단은 상기 하우징에 형성된 홈 및/또는 단차를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체의 물성 측정 장치.
7. 선단부가 유체와 접하여 점성저항에 저항하는 방향으로 변위를 발생시킬 수 있도록 설치된 프루브;

   상기 프루브에서 발생된 변위에 따른 신호를 출력하는 센서부;

   상기 전원부로부터의 동력을 상기 변위 발생부에 입력 신호로 공급하고, 상기 센서부의 출력을 바탕으로 미리 저장된 데이터와 비교 연산하여 유체의 물성 데이터를 계산하는 제어부;

   상기 프루브의 후방에 연결되어 상기 프루브가 축방향으로 회전하도록 하는 압전 엑츄에이터; 및

   상기 프루브와 연결되고 상기 프루브를 구동하는 압전엑츄에이터를 수용하는 하우징을 포함하고,

   상기 하우징에는 상기 프루브가 연결된 부분에 진동 방지 수단이 설치되며,

   상기 프루브와 상기 하우징은 상대 변위가 일어나지 않고 유체가 침투하지 못하도록 견고하고 긴밀하게 결합된 것을 특징으로 하는 유체의 물성 측정 장치.
8. 선단부가 유체와 접하여 점성저항에 저항하는 방향으로 변위를 발생시킬 수 있도록 설치된 프루브;

   상기 프루브에서 발생된 변위에 따른 신호를 출력하는 센서부;

   상기 전원부로부터의 동력을 상기 변위 발생부에 입력 신호로 공급하고, 상기 센서부의 출력을 바탕으로 미리 저장된 데이터와 비교 연산하여 유체의 물성 데이터를 계산하는 제어부;

   상기 프루브의 후방에 연결되어 상기 프루브가 축방향으로 회전하도록 하는 압전 엑츄에이터; 및

   상기 프루브와 연결되고 상기 프루브를 구동하는 압전엑츄에이터를 수용하는 하우징을 포함하고,

   상기 하우징에는 상기 프루브가 연결된 부분에 진동 방지 수단이 설치되며,

   상기 프루브와 상기 하우징은 상대 변위가 일어날 수 있도록 베어링으로 연결되고,

   상기 베어링 연결부를 통해 유체가 침투하지 못하도록 씰링된 것을 특징으로 하는 유체의 물성 측정 장치.
9. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 하우징에는 유체와 접촉하여 유체의 전기전도도, 정전용량 및 유전상수를 측정할 수 있도록 전극이 설치된 것을 특징으로 하는 유체의 물성 측정 장치.
10. 삭제
11. 측정부, 연산부 및 지시부를 포함하고,

    상기 측정부는 절대점도, 밀도, 동점도, 온도, 전기전도도, 정전용량, 유전상수, 전산가 및 전염기가를 포함하는 유체 물성 중 어느 하나 이상을 측정하고,

    상기 연산부는 상기 측정부에서 측정된 데이터를 이용하여 유체의 다른 물성 중 하나 이상을 연산하여 결정하고,

    상기 지시부는 상기 측정부에서 측정된 데이터, 상기 연산부에서 계산되어 결정된 데이터, 또는 측정된 데이터와 계산된 데이터를 바탕으로 한 유체의 상태에 대한 판단 데이터를 사용자에게 통지하는 기능을 수행하며,

    상기 사용자는 상기 유체가 위치하는 곳과 공간적으로 분리되어 있고,

    상기 지시부는 정보통신회선을 통해 상기 측정부 및 연산부로부터 유체의 물성에 대한 정보를 받아 사용자에게 통지할 수 있는 통합형 유체 물성 모니터링 시스템.

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