KR100797339B1 - 차압식 유량 계측기의 헌팅에 따른 퍼지 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 차압식 유량 계측기에 있어서, 헌팅신호를 자동으로 검출함으로써 기포의 발생을 판단하여 자동 에어퍼지를 수행하여 기포발생으로 인한 신뢰성문제를 근본으로 해결할 수 있는 자동 퍼지 장치를 제공한다.

본 발명의 자동 퍼지 장치에 따르면, 차압식 유량 계측기가 기포에 의한 데이터 관리 시에 발생하는 오차를 제거하여 시스템의 신뢰성을 향상시킬 뿐만 아니라, 에어퍼지작업에 따른 로스타임을 줄여주는 등 작업효율을 향상시켜 준다.

차압식 유량 계측기, 에어퍼지

Description

차압식 유량 계측기의 헌팅에 따른 퍼지 장치{AIR-PURGE APPARATUS FOR DIFFERENTIAL PRESSURE FLOWMETER}

도1은 종래의 차입식 유량 계측기 구성도.

도2는 본 발명에 따른 차압식 유량 계측기의 구성도.

도3은 본 발명에 따른 차압식 유량 계측기에 채용되는 제어부의 구성도.

도4는 본 발명에 따른 차압식 유량 계측기에 채용되는 제어부의 동작흐름도.

도5는 본 발명에 따른 차압식 유량 계측기의 에어퍼지 기동 시퀀스를 나타내는 그래프.

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

120: 미분회로부 130: 신호변환부

140: J-K 플립플롭 150: TAC 회로부

162: 제1 카운터 164: 제1 비교판별부

166: 제2 카운터 168: 제2 비교판별부

본 발명은 차압식 유량 계측기에 관한 것으로, 특히, 신호의 정확성을 필요 로 하는 공정 및 데이터 적산관리용으로 이용되는 차압식 유량 계측기의 자동퍼지장치에 관한 것이다.

일반적으로 산업현장에서 사용되는 액체의 흐르는 양을 측정하는 데 여러가지 방식이 적용되고 있으나, 가장 널리 사용되고 있는 방식은 오리피스(orifice)에 의한 유량 측정 방식이다. 이 방식은 유체의 흐름에 따라 배관에 설치된 오리피스의 하이(high)측과 로우(low)측의 압력 편차를 전기적 신호로 변환하여 유량을 검출한다. 이러한 방법은 현재 가장 많이 활용되고 있으며 안정적인 방식이다.

도1은 종래의 차압식 유량 계측기의 구성도이다. 도1을 참조하면, 소정의 유체가 흐르는 배관(5) 내부에는 오리피스(3)가 설치되고, 그 전단과 후단에 각각 제1 및 제2 도압관(6,7)이 연결된다. 상기 제1 및 제2 도압관(6,7) 일측에는 유체의 흐름을 조절하는 밸브(1,2)가 각각 마련되고, 그 타측에는 트랜스미터(transmitter:15)와 연결된다. 트랜스미터(15)는 각 도압관(6,7)과 연결부는 3방향 밸브(14)로 연결된다. 상기 트랜스미터(15)는 두 도압관(6,7)에서 제공되는 유량에 의한 유압차이를 신호로 발생시킨다. 상기 트랜스미터(15)에서 발생되는 신호는 트랜스미터 연산부(22)에 전송되어 정량적인 유압의 차이를 통해 유량을 연산할 수 있다.

하지만, 오리피스의 전단(고압)과 후단(저압)의 압력 편차를 전기적 신호로 변환하여 유량을 검출하기 때문에 압력의 임의적인 영향에 의하여 변동이 발생하면 제어설비에는 치명적인 영향을 미치며 적산 데이터는 신뢰성이 결여되므로 데이터로서의 가치를 상실한다 차압식 유량 계측기에 가장 많이 발생하는 문제점으로서 검출배관 내에 발생하는 기포로서 유량검출을 어렵게 한다. 기포가 발생하여 배관의 차압에 영향을 줌으로써 검출되는 신호가 심하게 헌팅(hunting)현상을 일으켜 제어설비에는 막대한 영향을 발생시키며 데이터의 신뢰성을 저하시키는 원인이다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 트랜스미터 하부에 각 도압관에 전자변(16,17)을 구비하고 이 전자변(16,17)을 퍼지신호스위치(26)를 이용하여 전자변동작제어부(26)를 개방하여 기포를 제거하기 위한 에어퍼지공정을 수행한다.

하지만, 종래의 기술을 특별한 방법이나 기포발생에 대한 판별회로를 가지고 있지 않기 때문에, 정확한 에어퍼지 시점을 판단할 수 없었다. 따라서, 제어설비의 트러블 또는 데이터의 허위치가 반영된 후에 사후 정비에 의존하였다. 결국, 생산성의 저하와 인력의 낭비를 초래하게 되었다.

이와 같이, 당 기술분야에서는 기포발생시점을 정확하게 판단하여 에어퍼지를 가동시킬 수 있는 자동퍼지장치가 요구되어 왔다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로, 그 목적은 기포발생으로 인한 신뢰성문제를 근본으로 해결하기 위하여 자동으로 헌팅신호를 자동으로 검출함으로써 기포의 발생을 판단하여 자동 에어퍼지를 수행할 수 있는 자동 퍼지장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 소정의 배관 내에 설치된 오리피스의 전단과 후단에 각각 연결되어, 그로부터 유체의 흐름을 유도하는 제1 도압관 과 제2 도압관, 상기 제1 도압관 및 제2 도압관의 타측에 각각 연결되어 유도된 유량의 압력차이를 신호로 발생시키는 트랜스미터 및 상기 제1 도압관 및 제2 도압관에 각각 설치된 제1 밸브 및 제2 밸브로 이루어진 차압식 유량 계측기에 구비되는 헌팅현상에 따른 자동 퍼지 장치에 있어서,

상기 제1 도압관 및 상기 제2 도압관의 흐름을 차단하기 위한 제1 전자변;상기 트랜스미터에 제공되는 상기 제1 도압관과 제2 도압관에 각각 연결된 제2 및 제3 전자변; 상기 제1 전자변을 차단하고 상기 제2 및 제3 전자변을 개방하여 에어퍼지를 실행하기 위한 전자변동작제어부; 및 상기 트랜스미터에서 발생되는 신호를 미분처리한 후에 클럭신호로 변조하고, 변조된 클럭신호로부터 발생시간에 해당하는 폭을 갖는 펄스신호로 변환한 후에, 상기 펄스신호를 카운터하여 소정의 시간당 정해진 횟수로 발생된 카운터를 헌팅신호로 판단하고, 그 헌팅신호가 기준횟수 이상으로 검출되면, 에어퍼지기동시점으로 판단하여 상기 전자변동작제어부에 에어퍼지 실행을 명령하는 에어퍼지기동판단부를 포함하는 자동퍼지장치를 제공한다.

본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 상기 에어퍼지기동판단부를, 상기 트랜스미터에서 발생된 신호를 미분처리하기 위한 미분회로부; 상기 미분처리된 신호를 클럭신호로 변환하기 위한 신호변환부; 상기 클럭신호를 발생시간에 해당하는 폭을 갖는 펄스신호로 변환하는 J-K 플립플롭; 상기 펄스신호를 시간당 펄스신호로 변환하는 TAC(Time to Amplitude Convertor) 회로부; 상기 펄스신호를 일정한 시간단위로 카운터하는 제1 카운터부; 상기 펄스 신호의 카운터 중 제1 시간 이하로 발생된 신호를 헌터신호로 판단하는 제1 비교판별회로부, 상기 판단된 헌터신호의 발생횟 수를 카운터하는 제2 카운터부; 및 상기 제2 카운터부에서 얻은 카운터가 제2 시간 내에 기준횟수를 초과하면, 에어퍼지기동시점으로 판단하여 상기 전자변동작제어부에 에어퍼지 실행을 명령하는 제2 비교판별회로부로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도2는 본 발명에 따른 자동 퍼지장치를 구비한 차압식 유량 계측기의 구성도이다.

도2를 참조하면, 차압식 유량 계측기는 소정의 배관(35)과 그와 연결된 제1 및 제2 도파관(36,37)과 트랜스미터(45)로 크게 구성된다. 상기 배관(35) 내에는 오리피스(33)가 설치되어, 오리피스(33)의 전단과 후단에 각각 제1 도압관(36) 및 제2 도압관(37)이 연결되고, 그 연결부에는 제1 밸브(31) 및 제2 밸브(32)가 구비되어 있다. 상기 제1 및 제2 밸브(31,32)를 개방함으로써 상기 배관(35)의 유체의 흐름을 상기 트랜스미터(45)로 유도할 수 있다.

상기 제1 도압관(36) 및 제2 도압관(37)과 트랜스미터(45)의 연결부에는 제3 및 제4 밸브(44b,44c)가 있으며, 상기 제1 도압관(36)과 제2 도압관(37)을 연결하는 제1 전자변(44a)이 구비되고, 상기 밸브들은 상기 제1 전자변(44a)을 통해 종래의 3방향식 밸브와 동일한 기능을 유지할 수 있다. 즉, 제1 및 제2 도압관(36,37)의 흐름을 차단하고 에어퍼지작업이나 트랜스미터 정비 등을 가능하게 한다. 또한, 제1 전자변(44a)은 제1 도압관(36)과 제2 도압관(37)의 압력을 균일하도록 제어하는 역할도 한다. 한편, 상기 트랜스미터(45)에서는 상기 제1 도압관(36) 및 상기 제2 도압관(37)의 유량에 의한 유압차이를 전기적 신호로 발생하여 트랜스미터 연산부(50)에 제공되어, 배관의 유량을 계산할 수 있다.

여기서, 본 발명에 따른 자동 퍼지 장치는, 상기 제1 도압관 및 상기 제2 도압관의 흐름을 차단하기 위한 제1 전자변(44a)과, 상기 트랜스미터(45)에 제공되는 상기 제1 도압관(36)과 제2 도압관(37)에 각각 연결되어 에어퍼지작업을 수행할 수 있는 제2 및 제3 전자변(46,47)과, 상기 제1 전자변(44a)을 차단하고 상기 제2 및 제3 전자변(46,47)을 개방하여 에어퍼지를 실행하기 위한 전자변동작제어부(80)와, 및 상기 에어퍼지기동판단부(100)로 구성된다.

상기 자동퍼지장치에서 제1, 제2 및 제3 전자변(44a,46,47)은 전자변동작 제어부(80)에 의해 작동되며, 에어퍼지기동시, 제1 전자변(44a)은 자동으로 폐쇄되고, 제2 및 제3 전자변(46,47)이 개방되어 에어퍼지공정을 수행하게 된다.

본 발명의 중요한 특징은 에어퍼지기동판단부(100)에 있다. 종래에 에어퍼지 자동작동을 구현하기 어려웠던 이유는 기포발생여부의 판단방법에 있었다. 본 발명에서는 헌팅신호발생여부를 기준으로 하여 그 판단방법과 장치를 제공함으로써 이 문제를 해결하였다. 이러한 문제를 해결한 수단은 바로 신호변조를 통해 에어퍼지실행을 명령하는 에어퍼지기동판단부이다.

상기 에어퍼지기동판단부(100)는 트랜스미터(45)에서 발생되는 신호를 미분처리한 후에 클럭신호로 변조하고, 변조된 클럭신호로부터 발생시간에 해당하는 폭을 갖는 펄스신호로 변환한 후에, 상기 펄스신호를 카운터하여 소정의 시간당 정해진 횟수로 발생된 카운터를 헌팅신호로 판단하고, 그 헌팅신호가 기준횟수 이상으 로 검출되면, 에어퍼지기동시점으로 판단하여 상기 전자변동작제어부에 에어퍼지 실행을 명령하는 역할을 한다.

이러한 에어퍼지기동판단부(100)는 트랜스미터(45)로부터 신호를 수신하여 전압형태로 변환하는 I/V변환기(110)와, 펄스신호로 변환하기 위한 미분회로부(120)와 신호변환부(130), 펄스신호를 발생시간에 해당하는 폭을 갖는 펄스신호로 변환하는 J-K플립풀롭(140), 상기 펄스신호를 시간당 펄스신호로 변환하는 TAC회로부(150) 및 상기 펄스신호를 시간단위로 카운터하고 이 중 헌터신호를 식별하는 카운터/비교회로부(160)로 구성된다. 사용되는 방식에 따라 I/V변환기는 선택적으로 채용가능하다.

본 발명에서 에어퍼지 시점을 판단하기 위해서 적용되는 원리는 트랜스미터의 도압관 내에 기포가 발생하면 로측과 하이측의 압력편차에 영향을 주어 검출값이 헌팅되는데. 이러한 헌팅신호를 이용하여 트랜스미터의 기포 발생 여부를 판단하는 신호로 사용하는 것다. 실제 사용량 신호가 정상적으로 헌팅하는 경우를 검출하기 위하여 소정시간 동안(약 30초동안)에 헌팅하는 횟수(예, 5회)를 기준값으로 적용하여 상태를 판단하도록 하였다. 이를 차압식 유량 계측기의 종류와 형태에 따라 달라질 수 있다.

이와 같이, 본 발명은, 이러한 헌팅 현상을 기준시간 동안에 카운트 하여 설정치를 벗어나는 경우를 판단하여 전자밸브를 설치하여 기계적으로 에어퍼지 기동장치 회로를 가동하여 기포를 제거해주는 데 목적이 있다.

상기 에어퍼지 기동판단부는 도3에 바람직한 실시형태로서 도시되어 있으며, 도4는 각 구성요소에서 처리되는 신호형태를 도시한다. 도3에 채택된 지시부호의 경우, 도2와 유사하거나 동일한 부분에 대해서는 유사하거나 동일한 부호로 지시하였다.

도3을 참조하여, 상기 에어퍼지 기동판단부(100)의 구성 및 동작원리를 구체적으로 설명한다. 상기 에어퍼지 기동판단부는 미분회로부(120), 제1 및 제2 신호변환부(132,136), J-K 플립풀롭(140), TAC회로부(150) 및, 제1 및 제2 카운터(162,168)와 제1 및 제2 비교판별부(164,166)로 구성된 카운터/비교판별회로부(160)로 이루어진다.

도4와 함께 참조하여, 그 헌팅신호로부터 에어퍼지시점을 검출하는 작동을 살펴보면, 일단 미분회로부(120)에서 상기 트랜스미터에서 발생된 신호를 미분처리하고, C-MOS로 구성된 제1 신호변환부(132)에서는 상기 미분처리된 신호를 신호발생시점을 나타내는 제1 클럭신호로 변환하며, 이어 제2 신호변환부(136)에서 상기 제1 클럭신호를 동일한 레벨의 제2 클럭신호로 정형화시킨다. 상기 제2 클럭신호는 상기 J-K플립풀롭(140)에서 발생시간에 해당하는 폭을 갖는 펄스신호로 변환시키고, 상기 TAC회로부(150)는 상기 펄스신호를 시간당 펄스신호로 변환한다. 다음으로, 상기 제1 카운터부(162)에서는 상기 펄스신호를 일정한 시간단위로 카운터하여, 제1 비교판별회로부(162)에서는 그 횟수에 대해 상기 펄스 신호의 카운터 중 소정의 시간(예, 30초) 이내로 발생된 신호를 헌터신호로 판단한다.

이와 같이, 판단된 헌터신호의 발생횟수가 상기 제2 카운터부(166)에서 체크 되고, 상기 제2 비교판별회로(168)는 그 횟수가 소정시간 내에 기준횟수를 초과하면, 에어퍼지기동시점으로 판단하여 상기 전자변동작제어부(80)에 에어퍼지 실행을 명령한다.

이와 같이, 에어퍼지기동판단부(100)에서는 헌팅신호 발생을 검출하여 그 헌팅신호의 횟수가 일정시간 내에 소정의 횟수로 발생되는 경우에 에어퍼지를 자동으로 실행하게 한다. 따라서, 기포가 발생하는 경우에 에어 퍼지 작업을 자동으로 수행하게 되어, 차압식 유량 계측기에서 데이터 관리 시에 발생하는 오차를 제거함으로써 시스템의 신뢰성을 향상시켰다. 그리고, 자동으로 기포를 퍼지함으로써 정비업무에 있어서 로스타임을 줄여주어 정비효율을 향상시킬 수도 있다.

도5 에어퍼지 기동 시퀀스 타임 차트의 기동순서를 보면 에어퍼지 기동 판단에 의해 스타트접점을 받으면 도5 제1 전자밸브가 30초 동안 동작한다. 이어, 제2 전자밸브(로우측)가 상기 제2 전자밸브의 동작개시 5초 후에 15 초간 동작하고, 제3 전자밸브(하이측)는 제1 전자밸브 동작개시 10초 후에 15초 동안 동작한다.

이로써, 제1 전자밸브는 트랜스미터의 균압용 전자밸브로서 오픈되어 제1 도압관(로측)과 제2 도압관(하이측)의 압력을 같도록 한 후에, 5초 후 제2 전자밸브는 자동 에어퍼지용 밸브로 오픈되어 15초간 에어퍼지를 하고 10초 후 제3 전자밸브는 에어퍼지용 밸브로 15초간 에어퍼지를 시킨다.

이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되 는 것이 아니고, 첨부된 청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 명백할 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 차압식 유량 계측기의 자동퍼지장치는 헌팅신호를 자동으로 검출함으로써 기포의 발생을 판단하여 자동 에어퍼지를 수행하여 기포발생으로 인한 신뢰성문제를 근본으로 해결할 수 있다. 이로써, 차압식 유량 계측기가 기포에 의한 데이터 관리 시에 발생하는 오차를 제거하여 시스템의 신뢰성을 향상시킬 뿐만 아니라, 에어퍼지작업에 따른 로스타임을 줄여주는 등 작업효율을 향상시켜 준다.

Claims (2)

1. 소정의 배관 내에 설치된 오리피스의 전단과 후단에 각각 연결되어, 그로부터 유체의 흐름을 유도하는 제1 도압관과 제2 도압관, 상기 제1 도압관 및 제2 도압관의 타측에 각각 연결되어 유도된 유량의 압력차이를 신호로 발생시키는 트랜스미터 및 상기 제1 도압관 및 제2 도압관에 각각 설치된 제1 밸브 및 제2 밸브로 이루어진 차압식 유량 계측기에 구비되는 헌팅현상에 따른 자동 퍼지 장치에 있어서,

   상기 제1 도압관 및 상기 제2 도압관의 흐름을 차단하기 위한 제1 전자변;

   상기 트랜스미터에 제공되는 상기 제1 도압관과 제2 도압관에 각각 연결된 제2 및 제3 전자변;

   상기 제1 전자변을 차단하고 상기 제2 및 제3 전자변을 개방하여 에어퍼지를 실행하기 위한 전자변동작제어부; 및

   상기 트랜스미터에서 발생되는 신호를 미분처리한 후에 클럭신호로 변조하고, 변조된 클럭신호로부터 발생시간에 해당하는 폭을 갖는 펄스신호로 변환한 후에, 상기 펄스신호를 카운터하여 소정의 시간당 정해진 횟수로 발생된 카운터를 헌팅신호로 판단하고, 그 헌팅신호가 기준횟수 이상으로 검출되면, 에어퍼지기동시점으로 판단하여 상기 전자변동작제어부에 에어퍼지 실행을 명령하는 에어퍼지기동판단부를 포함하는 자동퍼지장치
2. 제1항에 있어서,

   상기 에어퍼지기동판단부는,

   상기 트랜스미터에서 발생된 신호를 미분처리하기 위한 미분회로부;

   상기 미분처리된 신호를 클럭신호로 변환하기 위한 신호변환부;

   상기 클럭신호를 발생시간에 해당하는 폭을 갖는 펄스신호로 변환하는 J-K 플립플롭;

   상기 펄스신호를 시간당 펄스신호로 변환하는 TAC(Time to Amplitude Converter) 회로부;

   상기 펄스신호를 일정한 시간단위로 카운터하는 제1 카운터부;

   상기 펄스 신호의 카운터 중 제1 시간 이하로 발생된 신호를 헌터신호로 판단하는 제1 비교판별회로부;

   상기 판단된 헌터신호의 발생횟수를 카운터하는 제2 카운터부; 및,

   상기 제2 카운터부에서 얻은 카운터가 제2 시간 내에 기준횟수를 초과하면, 에어퍼지기동시점으로 판단하여 상기 전자변동작제어부에 에어퍼지 실행을 명령하는 제2 비교판별회로부로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동퍼지장치.

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