KR100791480B1

KR100791480B1 - 열식 삽입형 유량계측 장치

Info

Publication number: KR100791480B1
Application number: KR1020020034560A
Authority: KR
Inventors: 최각진
Original assignee: 기가일렉컴(주)
Priority date: 2002-06-20
Filing date: 2002-06-20
Publication date: 2008-01-03
Also published as: KR20030097265A

Abstract

본 발명의 열식 삽입형 유량계측 장치는, 입력 전압을 공급받아 제1 및 제2 정전압(V1, V2) 및 동작전압(V3)을 공급하는 DC전원 공급장치(21); 제1 정전압(V1)으로 각각이 유체온도를 센싱하는 적어도 하나 이상의 센서를 갖는 적어도 하나 이상의 유체온도 센싱부(22, 22'); CPU로부터의 제어신호(Co)에 따라 제1 및 제2 정전압(V1, V2) 중의 어느 하나를 선택하여 선택된 전압(Vs)을 출력하는 전압선택부(24); 전압선택부(24)로부터의 선택된 전압(Vs)으로 각각이 손실열량을 센싱하는 적어도 하나 이상의 센서를 갖는 적어도 하나 이상의 손실열량 센싱부(25, 25'); 제1 및 제2 정전압(V1, V2)에 기하여 전압변동을 측정하는 전압변동 계측부(23); 및 DC전원 공급장치(21), 유체온도 센싱부(22, 22'), 전압선택부(24), 손실열량 센싱부(25, 25') 및 전압변동 계측부(23)를 제어하는 CPU(6); 를 포함하며, 이때 유체온도 센싱부(22, 22') 및 손실열량 센싱부(25, 25')는, 온도 동저항이 적은 표준저항(Rs)과 온도 동저항 특성을 갖는 제1, 제2동저항센서 및 A/D 변환기(22a, 22b)(25a, 25b)가 각각 구비된 구성으로 이루어진다.

열식 삽입형 유량계측 장치, 유체온도 센싱부, 손실열량 센싱부

Description

열식 삽입형 유량계측 장치{HEATER-INSERTED-TYPED FLOW METERING APPARATUS}

도 1은 종래의 열식 삽입형 공기유량 측정장치의 외관도.

도 2는 도 1의 A-A 단면도.

도 3은 본 발명에 관한 열식 삽입형 유량계측 장치의 블럭도.

도 4는 도 3의 전압선택부의 회로도.

도 5는 도 3의 유체온도 센싱부의 상세도.

도 6은 센서를 유체관에 삽입하는 방법의 일례.

도 7은 센서를 유체관에 배치하는 다른 예.

도 8은 각 센서의 인가 전압 및 측정 전압간의 관계를 설명하기 위한 회로도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 모듈하우징 2 : 커넥터

3 : 부 공기통로 4 : 주 공기통로

5 : 회로기판 6 : 열선

7 : 감온저항체 8, 9 : 터미널

10 : 나사 11 : 본체

21 : DC전원 공급장치 22, 22' : 유체온도 센싱부

23 : 전압변동계측부 24 : 전압선택부

25, 25' : 손실열량 센싱부 26 : CPU

27 : 유량표시부 28 : 유속표시부

29 : 유체온도표시부 30 : 유체선택부

31 : 통신포트

본 발명은 도관 내를 흐르는 유체의 양을 열선식 전자회로로 감지하여 측정하는 열식 삽입형 유량계측 장치 및 방법에 관한 것으로, 정밀한 유량측정이 가능하면서도 제어가 용이한 지능형 열식 삽입형 유량계측 장치에 관한 것이다.

열식 유량계란, 유체의 흐름에 따라 손실열량을 계산하여 유속을 구하고, 이를 기반으로 유량을 계산하는 유량계를 말한다. 지능형 열식 유량계란, 센서의 길이, 유체 관경, 전원변동에 따른 정밀도 향상, 센서 치부 방법에 따른 평균량의 변화 영향 등의 유체관련 정보를 토대로 유체종류 선택정보와 센싱된 전압, 전류 및 전력으로부터 유량, 평균유속 및 유체온도를 계량 및 계측할 수 있는 센서 삽입형 유량계이다.

일반적으로, 열식 유량계로서 질량 유량계에 속하는 열식 질량 유량계는, 측정방법에 따라 바이패스 가열형, 직접 파이프 가열형, 및 삽입형이 있다.

이중, 종래의 열선식 삽입형 유량계로서 대한민국 특허 제 166087 호와 같은 것이 있다. 이는, 도 1에서 보듯이, 열선식 공기유량계의 전용공기통로의 생략을 가능하게 하고 소형화, 공간절약화 및 저가격의 열선식 공기유량계를 제공하는 것을 목적으로 하며, 이상의 목적을 달성하기 위하여 열선식 공기유량계를 기설공기통로에 삽입형으로 하며, 회로모듈과 부공기통로를 일체로 구성하고 커넥터부만이 주공기통로의 외부에 위치하도록 삽입한 것이다.

제1도 및 제2도는 주공기통로를 형성하는 본체에 상기 종래의 열식공기유량계를 장착한 장치로서, 도 1은 종래의 열식 삽입형 공기유량 측정장치의 외관도이고, 도 2는 도 1의 A-A 단면도이다.

이를 좀더 설명하면, 열선(6) 및 감온저항체(7)를 배치한 부 공기통로(3)는, 회로기판(5)을 유지하는 공기의 흐름방향으로 보아 편평상(扁平狀)의 모듈하우징(1)에 일체로 구성되고 주 공기통로(4)를 구성하는 본체(11)내에 삽입되어 고정나사(10)에 의하여 고정된다. 이때, 모듈하우징(1)에 마찬가지로 일체로 구성된 커넥터(2)는 본체(11)의 바깥쪽에 위치한다.

이 본체(11)를 내연기관의 흡기계층에 흡기 공기의 전 유량(12)이 본체(11)의 주 공기통로(4)를 통하도록 배치하고 부 공기통로에의 분류된 공기에 의하여 전 유량을 검출하는 것이다. 여기서 회로기판(5)은 열선(6)을 가열하거나 감온저항체(7)로부터의 신호를 처리하든지 하는 회로이지만 기타 여러 가지의 보정기능을 구비할 수도 있다.

그래서 모듈하우징(1)은 본체(11)에 설치된 공기의 흐름방향으로 편평상의 취부구멍으로부터 공기류에 대하여 직각이 되도록 삽입된 후에 나사(10)로 본체에 고정된다. 이 경우 본체(11)의 바깥쪽으로 나가는 것은 커넥터(2)의 부분이다. 부재번호 8, 9는 각각 터미널이다.

따라서 내연기관에 흡입되는 공기는 본체(11)의 공기통로(4)를 통하여 흐르지만 그 일부는 공기통로 3 을 통하여 흐르고 도중에 설치한 열선(6)에서 그 유량이 측정된다. 그리고 모듈하우징(1)이 흡입 공기량으로 냉각되므로 센서의 열손실로부터 유량을 계산하게 된다.

그러나, 상기 종래의 유량계는, 관내 일부분에 치부하여 전류제어 회로에서 열전대에 일정한 전류를 흘려주어 유속에 따른 손실열량으로 유속을 측정한 후, 별도의 유체 관경을 측정하거나 또는 유체관의 구조를 설정하여 유량을 측정함으로, 유량 측정에 영향을 미치는 변동 정전 유량, 열전대의 동 저항 변화, 치부위치에 따른 레놀즈 변화, 외면 국부 설계수 변화로 인한 정밀 유량을 계산하기 어렵고, 유체 관경의 측정을 별도로 해야 하며, 유체관의 형태 (곡관, 직관 등)에 따라 측정오차가 발생하므로, 20D 이상의 이상 유체 상태로 실장 방법을 달리하면 문제가 있었다.

즉, 유량이 이상유체인 경우에는 비교적 정확하나, 유량계를 취부하는 위치에 따라 달라질 수 있다. 즉, 도관을 통과하는 유량은 도관의 중심에서 가장 유속이 빠르고 가장자리로 갈수록 느려지며, 또한 중력의 영향으로 아래쪽으로 갈수록 유량이 많아지며, 특히 도관이 구부려져 있거나 분기되어 있는 부위에서 측정하는 경우에는, 도관 내의 어느 일 위치에서 측정하는 것은 오차가 너무 크게 된다.

또한, 상기 종래의 방식은 편류 및 와류 발생시에 대한 대책이 전혀 없어 오차가 너무 심하다.

아울러, 일반적으로 종래의 열식 삽입형 유량계측 방식은 정전류원을 공급하여 유량을 측정하게 되나, 정전류원의 공급은 정전압원의 공급에 비해 복잡하다.

본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 도관 내의 일 위치가 아닌, 전체 위치에서 유량의 측정이 이루어지도록 하여 정밀측정이 가능하고, 편류 및 와류 발생시에도 비교적 정밀한 측정이 가능한 열식 삽입형 유량계측 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 정전압원의 공급에 의하여 측정이 가능한 유량계측장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 추가의 목적이나 효과는, 첨부한 도면을 참고하여 기술한 이하의 발명의 상세한 설명으로부터 더욱 명확해질 것이다.

본 발명은 관내에 흐르는 기체 또는 액체의 유량을 정밀하게 측정할 수 있도록 한 지능형 열식 삽입형 유량 계측장치에 관한 것으로서, 기체 또는 액체의 유속에 따라 온도 센서의 온도 변화와 센서의 손실열량을 활용하여 유속, 유량을 측정할 수 있는 주 원리와, 센서를 설치하는 위치와 치부방법에 따라 계측량의 편차를 달리한다는 부 원리와, 온도 및 손실열량 센서에서 계량된 전류 및 전압을 A/D화한 후 계산에 의해 저항, 동 저항, 센서 길이와 유체 흐름 관의 직경을 알 수 있는 부 원리와, 유체에 관한 점도, 비열 등의 고유 값을 알 수 있다는 부 원리와, 유체에 관한 유속 상태를 실험방정식으로부터 계산할 수 있다는 부 원리와, 센서의 특성 값을 알 수 있다는 부 원리를 적용하여 마이크로 프로세서가 계산하여 유속 및 유량을 계측할 수 있는 장치를 제공한다.

즉, 이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 열식 삽입형 유량계측 장치는, 입력 전압을 공급받아 제1 및 제2 정전압(V1, V2) 및 동작전압(V3)을 공급하는 DC전원 공급장치(21); 상기 제1 정전압(V1)으로 각각이 유체온도를 센싱하는 적어도 하나 이상의 센서를 갖는 적어도 하나 이상의 유체온도 센싱부(22, 22'); CPU로부터의 제어신호(Co)에 따라 제1 및 제2 정전압(V1, V2) 중의 어느 하나를 선택하여 선택된 전압(Vs)을 출력하는 전압선택부(24); 상기 전압선택부(24)로부터의 선택된 전압(Vs)으로 각각이 손실열량을 센싱하는 적어도 하나 이상의 센서를 갖는 적어도 하나 이상의 손실열량 센싱부(25, 25'); 상기 제1 및 제2 정전압(V1, V2)에 기하여 전압변동을 측정하는 전압변동 계측부(23); 및 상기 DC전원 공급장치(21), 유체온도 센싱부(22, 22'), 전압선택부(24), 손실열량 센싱부(25, 25') 및 전압변동 계측부(23)를 제어하는 CPU(6); 를 포함하며, 상기 적어도 하나 이상의 유체온도 센싱부(22, 22')는, 유체의 고유온도를 센싱하되, 온도 동저항이 적은 표준저항(Rs)과 온도 동저항 특성을 갖는 제1동저항센서 및 A/D 변환기(22a, 22b)로 구성되며, 상기 적어도 하나 이상의 손실열량 센싱부(25, 25')는, 상기 유체온도 센싱부(22, 22')의 제1동저항 센서에 공급된 에너지의 소모되는 양을 측정하되, 온도 동저항이 적은 표준저항과 온도 동저항 특성을 갖는 제2동저항센서 및 A/D 변환기(25a, 25b)로 구성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 CPU(26)에 접속되는 입출력부로서, 디스플레이부(27-29), 유체선택부(30) 및 통신포트(31)를 더 포함한다.

또한 바람직하게는, 상기 제 1 및 제 2동저항 센서는 유체관에 삽입되되, 상기 유체관의 일측 표면에서 반대쪽 표면까지 관통되는 것을 특징으로 한다.

더욱이 바람직하게는, 상기 유체온도 센싱부(22, 22')는 적어도 두 개 이상의 센서(S11-S14)를 포함하며, 상기 손실열량 센싱부(25, 25')도 적어도 두 개 이상의 센서(S21-S24)를 포함하여 이루어진다.

이하 첨부된 도 3 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 최적 실시예에 관한 열식 삽입형 유량계측 장치에 대하여 설명한다.

도 3은 본 발명에 관한 열식 삽입형 유량계측 장치의 블록도이고, 도 4는 도 3의 전압선택부의 회로도이고, 도 5는 도 3의 유체온도 센싱부의 상세도이다. 또한, 도 6 및 도 7은 센서를 유체관에 삽입하는 방법의 실예이고, 도 8은 각 센서의 인가 전압 및 측정 전압간의 관계를 설명하기 위한 회로도이다.

먼저, 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명의 열식 삽입형 유량계측 장치는, AC나 DC 전압을 공급받아 제1 및 제2 정전압(V1, V2) 및 동작전압(V3)을 공급하는 DC전원 공급장치(21), 제1 정전압(V1)으로 유체온도를 센싱하는 적어도 하나 이상의 유체온도 센싱부(22, 22'), CPU로부터의 제어신호(Co)에 따라 제1 및 제2 정전압(V1, V2) 중의 어느 하나를 선택하여 선택된 전압(Vs)을 출력하는 전압 선택부(24), 상기 전압선택부(24)로부터의 선택된 전압(Vs)으로 손실열량을 센싱하는 적어도 하나 이상의 손실열량 센싱부(25, 25'), 상기 제1 및 제2 정전압(V1, V2)에 기하여 전압변동을 측정하는 전압변동 계측부(23), 및 이들을 제어하는 CPU(26)를 포함한다.

각 장치의 기능을 이하 좀더 상술한다.

먼저, DC전원 공급장치(21)는, 일반 상용 교류 전원 또는 DC 전원을 공급받아, 제1 및 제2 정전압(V1, V2) 및 동작전압(V3)을 만들어 공급한다. 여기에서, 제1 정전압(V1)은, 유체온도 센싱부의 측정용 전압이고, 유체온도 센싱부와 손실열량 센서부의 오차를 측정하고, 유체 센서의 표면적(A)과 유체센서 길이(l)를 측정하기 위한 전압이며, 제2 정전압(V2)은 손실 열량 센싱부에 가열 에너지를 공급하고 센서의 잔종 열량, 유체의 유속, 열전도에 의한 열량 손실 및 총열량을 계산하기 위한 전압이며, 동작전압(V3)은 유체온도 센싱부, 손실열량 센싱부에서 측정된 아날로그 값을 A/D 변환하기 위한 전압이다. 일반적으로 V1<<V2≤V3의 관계가 있다.

전압선택부(24)는, 제1 및 제2 정전압을 손실열량 센싱부에 선택 공급하는 부분으로서, V1을 선택공급하는 경우는 초기화 또는 오차를 보정할 때이다.

유체온도 센싱부(22, 22')는, 유체의 고유온도를 센싱하는 곳으로, 온도 동저항이 적은 표준저항(Rs)과 온도 동저항 특성을 갖는 제1동저항센서 및 A/D 변환기(22a, 22b)로 구성된다.

손실열량 센싱부(25, 25')는, 상기 유체온도 센싱부(22, 22')의 제1동저항 센서에 공급된 에너지의 소모되는 양을 측정하는 곳으로, 온도 동저항이 적은 표준저항과 온도 동저항 특성을 갖는 제2동저항센서 및 A/D 변환기(25a, 25b)로 구성된다.

CPU(26)는, 프로세서와 주변회로로 구성되며, 전압선택부, 유체온도 센싱부, 손실열량 센싱부를 각 제어신호 (Co, Cn, Cm) 로 제어하여 전원공급(V1, V2)을 선택하도록 하고, 각 센싱부에서 A/D화된 데이터를 가공하여 유량, 유속, 유체온도를 계산하여 유량, 유속, 유체온도 표시부에 숫자로 표시하며, 또한 원거리에 위치한 장치와 연결시키는 기능을 갖는다. 또한, 유체물류 선택한 값에 따라서 앞의 유량, 유속계산 파라미터를 선정한다.

여기에서, Co는 손실열량 센싱부의 전압을 선택하는 제어신호이며, Co 및 전압선택부의 동작이 도 4에 도시되어 있다. 제어신호 Co 가 '하이' 인 경우, Q1이 '온' 되어 V1(t)을 Vs(t)로 출력하게 되고, 제어신호 Co 가 '로우'인 경우, Q2가 '온' 되어 V2(t)를 Vs(t)로 출력하게 된다.

또한, 다른 제어신호 Cm1 및 Cm2는 각각, 유체온도 센싱부(22) 내의 한 표준저항 및 제1동저항 센서에 걸리는 전압을 A/D 변환한 값을 CPU가 읽어들이기 위한 제어신호이며, 또 다른 제어신호 Cn1 및 Cn2는 각각, 손실열량 센싱부(25) 내의 한 표준저항 및 제2동저항 센서에 걸리는 전압을 A/D 변환한 값을 CPU가 읽어들이기 위한 제어신호이며, Cp1 및 Cp2는 전압변동 계측부(23) 내의 V1 전압 및 V2 전압을 A/D 변환한 값을 CPU가 읽어 들이기 위한 제어신호이다.

한편, 측정 데이터 Om1 및 Om2는 각각, 유체온도 센싱부(22)에서 표준저항 및 제1동저항 센서에 걸리는 전압을 A/D 변환한 값이며, 다른 측정 데이터 On1 및 On2는 각각, 손실열량 센싱부(25)에서 표준저항 및 제2동저항 센서에 걸리는 전압을 A/D 변환한 값이며, Op1 및 Op2는 각각, 전압변동 계측부(23)의 V1 전압 및 V2 전압을 A/D 변환한 값이다.

이외에도 도 3에서 보듯이 본 발명의 장치는, CPU(26)에 접속되는 입출력부로서, 유량표시부(27), 유속표시부(28) 및 유체온도표시부(29) 등의 디스플레이부, 유체선택부(30) 및 통신포트(31)를 더 포함한다.

유체온도 센싱부(22)의 개략 구성도는 도 5에서 보는 바와 같다.

즉, 정전압 V1 및 V2는 정전압원으로 공급되기는 하나, 엄밀한 의미에서 정전압은 되지 못하기 때문에 실제로는 시간에 따라 변하는 전압이며, 따라서 V1(t) 및 V2(t)로 표현된다. 공급전압 V1(t)이 표준저항(Rs) 및 동저항(R(t))의 직렬회로에 인가되며, 각 측정점 a 및 b 점에서 측정된 전압은 12비트 A/D 변환기에 의해 디지털 값으로 변환된 후, 각각 측정값 Om1 및 Om2로 CPU에 입력된다.

손실열량 센싱부(25) 역시 상기 도 5와 같은 구성을 지니며, 이때 정전압은 V1이 될 수도 V2가 될 수도 있으며, 측정 출력값은 On1 및 On2가 된다. 여기에서 Rs는 비 동저항인 정밀 표준저항으로 R0±0.05%의 특성을 갖는 저항이며, R(t)는 열선화된 발열하면서도 온도 동 저항 특성을 갖는 센서로서 외부 비전도 코팅된 일종의 센서이다.

이들의 동작을 설명하면, 먼저, 유체온도 측정을 위한 시간변동 V1(t) 전압과 에너지를 공급하기 위한 시간변동 V2(t) 전압을 선택하도록 하여 센서의 오차를 계산하고, 또한 V1(t) 및 V2(t) 전압변동을 도 3의 전압변동 제어부(23)에서 A/D 변환하여 중앙제어부(26)에서 보정할 수 있게 하며, 도 5에서와 같이 비 동저항체인 표준저항(Rs)을 동저항 특성을 갖는 센서와 직렬로 연결하여, 변동전압 V1(t) 및 V2(t)에 따라 a-b 간에 걸리는 전압 및 b-c 간에 걸리는 전압을 각각 A/D변환하여, 유량을 측정할 수 있게 한다.

한편, 상기 제1 및 제2동저항 센서를 유체관에 삽입하는 방법이 도 6에 도시되어 있다. 도 6의 실시예에서는, 2개 1조의 센서가 4조 예시되어 있다. 이때 예를들어, 센서 S1 및 S2는 유체온도 센싱부(22)의 센서로 사용되며, C3 및 S4는 손실열량 센싱부(25)의 센서로 사용될 수 있다. 각 센싱부에는 한 개의 센서만 있어도 되나, 복수개의 센서를 삽입함으로써 측정 오차 레놀즈 함수의 정밀도를 높이는 것이 가능하다.

도 7에는, 유체온도 센싱부(22) 및 손실열량 센싱부(25)를 각각 4개의 센서로 구현한 실시예가 도시되어 있다. 각 센서는, 표준저항(Rs)을 통해 V1(t) 및 V2(t)에 각각 접속되며, 각 표준저항에 접속된 동저항(S11-S14, S21-S24)이 도관 표면의 일 지점을 관통하되 도관의 중심점을 지나면서 관통하여 도관의 정반대쪽을 통하여 도관 밖으로 빠져나오면서 접지되도록 구성된다. 따라서, 동저항은 도관면과 수직하게 만나게 된다. 동저항이 도관의 중심선을 통과하게 되므로, 동저항이 도관의 특정 위치에 취부되는 종래기술에 비해 더 정확한 측정이 가능하게 된다.

그리고, 각 동저항은 중심선만을 관통할 뿐 엇갈리게 지나므로 서로 만나지는 않게 된다. 각 센서의 표준저항 및 동저항에 걸리는 전압(V11(t), V12(t); V21(t), V22(t))이 별도로 측정 및 A/D 변환되어 CPU로 출력되며, CPU에서 이들 정보가 합산되어 유체 정보를 측정하게 되기 때문에, 와류나 편류 현상이 존재할 경 우에도 비교적 정확한 측정이 가능하게 된다.

한편, 도 8을 참조하여 본 발명에 관한 유량계를 이용하여 유량을 측정하는 원리를 설명한다. 도 8에서 보듯이, 유체온도 센싱부의 4개 센서 중 m번째 센서의 표준저항(R_s1m) 및 비발열 동저항(R_1m(t))의 직렬회로에 상대적으로 저전압의 V_A(t)가 인가되며, 손실열량 센싱부의 4개 센서 중 n번째 센서의 표준저항(R_s2n) 및 발열체인 히터 동저항(R_2n(t))의 직렬회로에 V_A(t) 및 V_B(t) 가 스위치(SW)를 통해 인가되도록 되어 있다.

먼저, 스위치(SW)가 접점 A점으로 스위칭되어 접속되어 있을 경우, 비교적 저전압의 V_A(t)가 양 센싱회로에 인가되며, 따라서, 양 센싱회로의 표준저항(R_s1m, R_s2n) 및 동저항(R_1m(t), R_2n(t))에 각각 동일한 전압이 걸리거나(V_Am1(0)=V_Bm1(0), V_Am2(0)=V_Bm2(0)), 아니면 표준저항의 저항값에 대응하여 고정된 전압값이 출력되어야 하므로, 이를 통해 초기유체 온도를 비교하고 보정을 행함으로써 보다 제작상의 오차를 해소하고 측정오자가 적은 정밀한 측정이 가능하도록 측정 조건을 세팅하게 된다.

다음, 스위치의 접점이 B점으로 절환되면서 본격적인 유체 측정이 시작된다. V_B(t)는 V_A(t)보다 훨씬 높은 전압으로, 따라서 상기 히터 동저항체는 가열되어 발열하게 되며 따라서 유체의 흐름이 없다면 Ro의 높은 저항값을 지녀야 한다. 그러나 유체의 흐름이 있게 되는 경우, 당연히 유체의 유속에 의해 열을 빼앗기게 되므 로, Ro보다 작은 R_Bn2(t)의 저항값을 가지게 되며, 따라서 유체온도 센싱부의 측정전압(V_Am1(t), V_Am2(t))은 변동이 없으나, 열손실량 센싱부의 측정 전압(V_Bm1(t), V_Bm2(t))에는 영향을 주게 된다. 결국 이 변화를 읽어들여 현재 유속을 측정하는 것이 가능하게 된다.

이를 수식으로 표현하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 유체온도 센싱부(22, 22')의 전류(i_A) 및 동저항(r₁)은 수학식 1과 같이 계산된다.

즉, V_Am1(t) 및 V_Am2(t)를 측정하면 센서(동저항)(S11-S14)의 저항값을 알 수 있으며, 이를 동저항체의 길이로 나누어 보면 저항율을 알 수 있는 바, 동저항체의 저항율은 유체의 온도를 반영하므로, 결국 유체의 온도를 알 수 있게 된다.

이제, 스위치의 접점을 B점으로 절환하고 열손실량 센싱부(25, 25')에 고전압을 인가하여 가열된 센서(S21-S24)에서의 전압을 측정하면, 열손실량 센싱부에서도 상기 수학식 1과 같은 등식이 성립하며, 이때 유체의 흐름이 있는 경우, 유체의 흐름에 의해 열을 빼앗기게 되므로, 가열히터인 센서(S21-S24)의 온도가 인가된 전압(V_B(t))에 의한 예상 온도보다 낮아지게 되는 바, 결국 동저항의 증감분은 유속에 서의 변화저항을 나타내게 된다. 따라서, 레놀즈 함수를 통해 유속을, 그리고 럿셀 넘버를 통해 도전율을 알 수 있게 된다.

이상 본 발명을 첨부도면에 도시된 실시예들을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 당업자가 용이하게 생각해 낼 수 있는 범위 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 따라서, 본 발명의 한계는 다음의 특허청구범위에 의해서만 한정되어야 한다.

이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 열식 삽입형 유량계측 장치에 의하면, 도관 내의 일 위치가 아닌, 전체 위치에서 유량의 측정이 이루어지므로, 정밀측정이 가능하며, 편류 및 와류 발생시에도 비교적 정밀한 측정이 가능하다. 또한, 정전류원이 아닌 정전압원의 공급에 의하여 측정이 가능한 유량계를 제공하게 되므로, 제어가 용이하다.

Claims

입력 전압을 공급받아 제1 및 제2 정전압(V1, V2) 및 동작전압(V3)을 공급하는 DC전원 공급장치(21);

상기 제1 정전압(V1)으로 각각이 유체온도를 센싱하는 적어도 하나 이상의 센서를 갖는 적어도 하나 이상의 유체온도 센싱부(22, 22');

CPU로부터의 제어신호(Co)에 따라 제1 및 제2 정전압(V1, V2) 중의 어느 하나를 선택하여 선택된 전압(Vs)을 출력하는 전압선택부(24);

상기 전압선택부(24)로부터의 선택된 전압(Vs)으로 각각이 손실열량을 센싱하는 적어도 하나 이상의 센서를 갖는 적어도 하나 이상의 손실열량 센싱부(25, 25');

상기 제1 및 제2 정전압(V1, V2)에 기하여 전압변동을 측정하는 전압변동 계측부(23); 및

상기 DC전원 공급장치(21), 유체온도 센싱부(22, 22'), 전압선택부(24), 손실열량 센싱부(25, 25') 및 전압변동 계측부(23)를 제어하는 CPU(6);

를 포함하며,

적어도 하나 이상이 구비되는 상기 유체온도 센싱부(22, 22')는, 유체의 고유온도를 센싱하되, 온도 동저항이 적은 표준저항(Rs)과 온도 동저항 특성을 갖는 제1 동저항 센서 및 A/D 변환기(22a, 22b)로 구성되며,

적어도 하나 이상이 구비되는 상기 손실열량 센싱부(25, 25')는, 상기 유체온도센싱부의 제1동저항 센서에 공급된 에너지의 소모되는 양을 측정하되, 온도 동저항이 적은 표준저항과 온도 동저항 특성을 갖는 제2동저항 센서 및 A/D 변환기(25a, 25b)로 구성되는 것을 특징으로 하는 열식 삽입형 유량계측 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 CPU(26)에 접속되는 입출력부로서, 디스플레이부(27-29), 유체선택부(30) 및 통신포트(31)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 및 제2동저항 센서는 유체관에 삽입되되, 상기 유체관의 일측 표면에서 반대쪽 표면까지 관통되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 유체온도 센싱부(22, 22')는 적어도 두 개 이상의 센서(S11-S14)를 포함하며, 상기 손실열량 센싱부(25, 25')도 적어도 두 개 이상의 센서(S21-S24)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 장치.