KR100790513B1

KR100790513B1 - 비중계

Info

Publication number: KR100790513B1
Application number: KR1020050011895A
Authority: KR
Inventors: 홍영복; 민달기
Original assignee: 홍영복; 민달기
Priority date: 2005-02-14
Filing date: 2005-02-14
Publication date: 2008-01-02
Also published as: KR20060091372A

Abstract

본 발명은 비중계에 관한 것으로서, 구체적으로는 수중에 정치하고 실외에서 사용할 수 있으며, 밀도가 일정하지 않은 층분리된 폐수의 수심별 밀도를 액체의 교란없이 한꺼번에 직접 계측할 수 있는 비중계에 관한 것이다. 본 발명의 비중계는 상하부 비중이 다른 액체의 비중 측정이 정확하므로 처리 비용이 추가로 발생하지 않아 경제적이고, 신속한 처리를 할 수 있어 시간이 절약된다.

비중계, 침전조, 농축조, 비중알, 비중계 케이지

Description

비중계{Hydrometer}

도 1a는 종래의 유리비중계를 나타내는 도면이고,

도 1b는 종래의 유리비중계로 액체의 비중을 측정하는 도면이며,

도 2는 본 발명의 비중알을 포함한 비중계를 설치한 도면이고,

도 3은 본 발명의 비중알을 포함한 비중계의 모양을 나타낸 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: 일반 유리 비중계 2: 납구슬

3: 유리 비중계의 눈금 4: 측정 눈금

5: 측정하려는 액체

11: 비중 1.00인 비중알을 포함한 비중계

12: 비중 1.05인 비중알을 포함한 비중계

13: 비중 1.10인 비중알을 포함한 비중계

14: 비중 1.15인 비중알을 포함한 비중계

15: 비중 1.20인 비중알을 포함한 비중계

16: 비중 1.25인 비중알을 포함한 비중계

17: 비중알 케이지

18: 비중알을 포함한 비중계 내부

19: 비중알을 포함한 비중계 외피 20: 투명 외벽

21: 비중 1.00인 액체층 22: 비중 1.05인 액체층

23: 비중 1.10인 액체층 24: 비중 1.15인 액체층

25: 비중 1.20인 액체층 26: 비중 1.25인 액체층

본 발명은 비중계 관한 것으로, 보다 상세하게는 수중에 정치하고 실외에서 사용할 수 있으며, 밀도가 일정하지 않은 층분리된 폐수의 수심별 밀도를 액체의 교란없이 한꺼번에 직접 계측할 수 있는 비중계에 관한 것이다.

물질의 밀도(또는 비중)를 측정하는 기술은 물질의 물성을 파악하는 가장 기본적인 원리중 하나이다. 일반적으로 고체 물질의 경우에는 부피(V)와 질량(M)을 측정하여 식 ⑴과 같이 산정하며, 기체 물질의 경우에는 기체의 상태방정식을 이용하여 산정하고 있다. 액체 물질의 경우에도 고체의 경우와 마찬가지로 부피와 질량을 산정하여 측정할 수 있으며, 특히 액체의 밀도(density)는 물의 밀도를 기준으로 하여 무차원량인 비중(specific weight)을 사용하고 있다.

밀도 (ρ) = 질량 ÷ 부피 = M / V 식 (1)

그러나 비중을 분석할 때마다 액체의 부피와 질량을 측정해야 하는 번거로움을 생략하기 위하여 비중계(hydrometer)가 발명되었다.

일반 비중계는 아르키메데스의 원리를 이용하여, 비중계가 갖는 정해진 범위의 부력을 평가하여 액체물질의 밀도를 측정하는 장치이다.

도 1a는 종래의 유리비중계를 나타내는 도면이고, 도 1b는 종래의 유리비중계로 액체의 비중을 측정하는 도면이다.

도 1a와 같이, 유리 비중계(1)는 일반적으로 시판되는 것은 하부 직경 17.5mm, 상부 직경 3.4mm, 총 길이 150mm의 유리제품으로 아랫부분 내부에는 납구슬(2, lead shot)이 들어 있어서 전체 중량을 맞추었으며, 윗부분에는 눈금(3)이 새겨져 있어서 수치를 읽을 수 있도록 되어 있다. 액체의 비중은 고체와 달리 물질에 따라 큰 차이가 없기 때문에 대략 0.7에서 1.85 사이의 비중을 계측할 수 있는 제품이 사용되며, 유리 비중계 한 세트(set)에는 단계적으로 0.1 범위의 비중을 읽을 수 있는 20개의 비중계가 내장되어 있다. 1개 비중계의 눈금의 범위는 0.1 정도로서, 최저 눈금은 0.002이다. 한 예로 비중 0.900에서 1.000을 읽을 수 있는 비중계는 상부 눈금이 작은 비중 수치로, 하부 눈금이 큰 비중 수치로 새겨져 있다.

기존의 유리 비중계(1)를 측정하려는 액체(5, 물)에 넣으면, 납구슬이 담지되어 있는 하부가 무겁기 때문에 도 1b와 같이 물 속에 정지하게 된다. 따라서 액체 비중의 측정은 물 속에 비중계를 넣었을 때, 수면과의 경계면(4)이 눈금 범위내에 있는 비중계를 택하는 작업과, 비중계가 물 속에서 정지되었을 때 수면과의 경 계선과 맞물리는 눈금을 읽으면 측정과정이 종료된다. 이 유리 비중계는 제품상의 특별한 하자가 없는 한 비교적 정확한 측정이 가능하게 된다.

또한 최근에는 전자식 비중계가 제작되어 시판되고 있다. 전자식 비중계는 기계의 검지부에 대상 액체를 몇 방울 적하하면, 기계가 자동적으로 액체의 비중을 표시하는 장치로 구성되어 있다. 즉, 고농도 현탁물질의 농도를 측정하는 방법으로는 중량법 및 광학적인 방법 등이 있으나, 이들은 시료의 채취과정에서 상당량의 오차를 수반하게 되며 성층을 형성하는 침전조에서는 대표성을 상실할 우려가 있게 될뿐 아니라 성층의 수직변위별 고형물농도를 평가하기가 어렵다. 따라서 가장 이상적인 고형물 농도의 측정방법으로는 시료의 채취과정을 거치지 않는 현장(in-situ) 측정법이 고려되어지며, 이러한 방법으로는 압밀된 농축계면 내부의 밀도를 측정하는 기법의 개발을 필요로 하게 되었다.

한편, 기존의 비중계는 유리 제품으로 구성되어 있지만, 비교적 정확한 물리량을 측정할 수 있는 제품이다. 그러나 기존의 유리 비중계는 다음과 같은 2가지 치명적인 불편함이 있다.

첫째, 기존의 유리 비중계는 아르키메데스의 원리에 의하여 액체의 부력을 이용한 측정기계이므로, 비중계의 일부분은 수중에 존재하며, 나머지 부분은 대기중으로 노출된다. 따라서 비중계를 실외에서 물 속에 넣었을 때, 수류의 흐름이나 바람이 불 경우 비중계가 정지하지 못하고 상하 또는 좌우로 흔들리게 되므로 수면과 접하는 경계면을 읽을 수 없다. 따라서 이 유리 비중계는 진동 및 외력이 작용하지 않는 안정된 실내 장소에서만 사용이 가능하다.

둘째, 기존의 유리 비중계는 순수한 액체에만 적용할 수 있다는 것이다. 일반적인 오폐수용 침전지 및 농축조, 토목현장에서의 침사지와 같은 액체는 수심에 따라 액체의 농도가 차이가 난다. 즉, 수심에 따라 층분리되어진 액체의 경우 유리 비중계는 측정시 비중계가 수면상에 정치하여 수표면 근처의 비중만을 계측할 수 있으며, 깊은 수심의 분리된 층의 밀도를 측정할 수 없게 된다.

따라서 본 발명자들은 기존의 유리 비중계가 갖는 단점을 보완하여 새로운 비중계를 개발하여 본 발명을 완성하였다.

즉, 수면이 아닌 수중에 정치하는 비중알을 포함하는 비중계를 개발함으로써, 수심별로 밀도가 일정하지 않은 층분리된 폐수의 수심별 밀도를 액체의 교란없이 한꺼번에 직접 계측할 수 있도록 하였다.

본 발명의 목적은 수중에 정치하고 실외에서 사용할 수 있으며, 밀도가 일정하지 않은 층분리된 폐수의 수심별 밀도를 액체의 교란없이 한꺼번에 직접 계측할 수 있는 비중계를 제공함에 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적은 서로 다른 비중을 갖는 다수개의 비중알; 및 상기 비중알을 가두는 케이지를 포함하는 비중계에 의해 달성된다.

본 발명의 비중알을 포함하는 비중계는 측정하려고 하는 액체의 각 깊이에서의 비중을 측정할 수 있다.

상기 비중계는 침전조 또는 농축조의 비중 측정에 이용될 수 있다.

상기 비중알을 포함하는 비중계는 사용 범위에 따라 여러 비중을 측정할 수 있다. 일예로, 상기 비중알은 0.5~2.0의 비중을 가질 수 있고, 상기 비중알의 비중 간격은 0.01~0.10이 될 수 있다.

상기 비중알을 포함하는 비중계의 상기 비중알은 각 비중 수치에 따라 도색을 달리할 수 있다.

상기 비중알을 포함하는 비중계의 상기 비중알의 크기는 10~50mm 인 것을 포함할 수 있고, 상기 비중알의 크기는 측정하려고 하는 액체의 비중에 따라 달리 결정될 수 있다.

상기 비중알을 포함하는 비중계의 상기 비중알의 외피는 플라스틱으로, 내부는 금속을 포함하여 이루어질 수 있다.

또한, 상기 비중알을 가두는 케이지는 플라스틱망 또는 스테인레스망으로 형성할 수 있다.

상기 비중알을 포함하는 비중계는 설치후 투명 외벽을 통해 비중알들의 각 위치를 관측하여 액체의 비중을 측정할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 비중계의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 비중알을 포함한 비중계를 설치한 도면이고, 도 3은 본 발명의 비중알을 포함한 비중계의 모양을 나타낸 도면이다.

침사지, 침전조, 농축조와 같은 오폐수용 처리시설에서 물속에 포함된 부유물질(Suspended Solids)은 시간의 경과에 따라 끊임없이 하부로 중력 침전하게 되어, 하부에 슬러지층을 형성할 수 있다.

상기 부유물질이 중력침강함에 따라 침사지, 침전조, 농축조는 도 2와 같이 상부의 밀도가 적은 액체층으로부터 하부로 내려갈수록 밀도가 큰 층으로 성층화할 수 있다. 비중 1.00인 액체층(21) 하부에 비중 1.05인 액체층(22)이 형성될 수 있고, 그 하부에 비중 1.10인 액체층(23)이 형성될 수 있고, 그 하부에 비중 1.15인 액체층(24)이 형성될 수 있고, 그 하부에 비중 1.20인 액체층(25)이 형성될 수 있고, 그 하부에 1.25인 액체층(26)이 형성될 수 있다.

이때 기존의 유리 비중계(1)는 수표면 10cm 정도의 밀도만을 표현하는 단점이 있어서 전체적으로 수심별 밀도의 구성을 파악할 수 없다. 굳이 깊이별로 밀도를 측정하기 위해서는, 밀도를 알고자 하는 수심의 액체를 시료채취하여야 하나, 해당 수심의 시료만을 채취하기도 어렵고, 시료 채취과정에서 침사지, 침전조, 농축조의 성층상태를 교란(disturb)시키게 됨으로써 반응조 고유의 기능을 간섭할 수 있다.

이를 방지하기 위한 방법으로는 비중알을 포함하는 비중계를 개발하는 것이다.

도 3과 같이, 비중알을 포함하는 비중계는 기존의 유리 비중계와 같은 막대 형이 아니라, 알형으로서 외피(19)는 플라스틱으로 제작하여 파손되지 않도록 하며, 내부(18)에는 납구슬(Lead shot)을 포함하는 금속, 돌덩이를 주입하여 0.50-2.00(사용목적에 따라 범위를 더 크게 할 수 있음)까지 여러 개를 제작하고, 비중에 따라 도색을 달리한다. 비중계의 크기는 침전조의 규모에 따라 10-50mm까지 다양하게 제작할 수 있다.

도 2와 같이, 이들 비중계들을 마찰이 적은 플라스틱망 또는 스테인레스망(17, cage)에 비중이 큰 비중알로부터 비중이 작은 비중알순으로 넣은 후, 폐수처리장치에 설치하고, 비중계가 설치된 폐수처리장 외벽에 유리로 투명 외벽(20)을 설치하여 외부에서 관측이 가능하도록 한다.

침전조에 폐수가 주입된 초기에는 폐수의 밀도가 교란에 의하여 거의 유사하기 때문에 폐수의 비중보다 작은 비중의 비중알들이 모두 수면으로 떠오를 수 있고, 폐수의 비중보다 큰 비중의 비중알들이 모두 하부로 가라앉을 수 있다. 이후 시간이 경과함에 따라 폐수는 성층화될 것이고, 이에 따라 수심별로 비중을 달리하게 되며 이에 해당하는 비중알이 해당 수심위치에 떠오를 수 있다. 침전조 외부에서 유리벽을 통하여 비중알의 색을 판별함으로써, 수심에 따른 폐수의 현장 밀도를 직접 계측할 수 있게 된다.

즉, 비중 1.00인 비중알을 포함하는 비중계(11)는 비중 1.00인 액체층(21)에서 관측될 수 있고, 비중 1.05인 비중알을 포함하는 비중계(12)는 비중 1.05인 액체층(22)에서 관측될 수 있고, 비중 1.10인 비중알을 포함하는 비중계(13)는 비중 1.10인 액체층(23)에서 관측될 수 있고, 비중 1.15인 비중알을 포함하는 비중계 (14)는 비중 1.15인 액체층(24)에서 관측될 수 있고, 비중 1.20인 비중알을 포함하는 비중계(15)는 비중 1.20인 액체층(25)에서 관측될 수 있고, 비중 1.25인 비중알을 포함하는 비중계(16)는 비중 1.25인 액체층(26)에서 관측될 수 있다.

본 발명의 비중알을 포함한 비중계는 시료채취과정을 거치지 않고 직접 반응조에 비중계를 투입함으로써 반응조 내부의 수심별 비중을 측정할 수 있는 장치로서 활용될 수 있으므로 상.하부 비중이 다른 액체의 비중 측정이 정확하므로 처리 비용이 추가로 발생하지 않아 경제적이고, 신속한 처리를 할 수 있어 시간이 절약된다.

Claims

수심별로 비중이 달리 형성되는 오폐수용 처리시설의 침전조 또는 농축조에서 수심별로 다른 폐수의 비중을 측정하기 위해 폐수처리장에 설치된 비중계에 있어서,

폐수의 수심별로 각각 다른 관측 위치에서 관측되도록 상이한 비중을 가지며, 각 비중에 따라 도색을 달리하는 다수 개의 구형 비중알;

상기 다수 개의 구형 비중알을 가두는 망 형상의 케이지; 및,

상기 케이지가 설치된 폐수처리장의 외벽에 설치된 투명 유리

를 포함하는 것을 특징으로 하는 비중계.
삭제
제1항에 있어서, 상기 비중알은 0.5~2.0의 비중을 갖는 것을 특징으로 하는 비중계.
삭제
제1항에 있어서, 상기 비중알의 크기는 10~50mm 인 것을 특징으로 하는 비중계.
제5항에 있어서, 상기 비중알의 크기는 측정하려고 하는 액체의 비중에 따라 달리 결정되는 것을 특징으로 하는 비중계.
제1항에 있어서, 상기 비중알의 외피는 플라스틱, 내부는 금속을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 비중계.
제7항에 있어서, 상기 금속은 납인 것을 특징으로 하는 비중계.
제1항에 있어서, 상기 케이지는 플라스틱망 또는 스테인레스망으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 비중계.