KR100844025B1 - 수질측정센서의 신호변환전송기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수질의 수소이온농도, 산화환원전위, 용존산소농도, 전기전도도, 잔류염소, 부유물질농도, 탁도 등의 특성을 측정하는 수질측정센서의 고유출력신호 범위 및 단위를 표준화된 범위 및 단위로 측정결과가 나타나도록 하는 수질측정센서의 신호변환전송기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수소이온농도(단위:mV), 산화환원전위(단위:mV), 용존산소농도(단위:mV), 전기전도도(단위:Ω), 잔류염소(단위:mV), 부유물질농도(MLSS,SS:(단위:mV,mA)), 탁도(단위:mV,mA), 나트륨(단위:mV) 등을 측정하는 수질측정센서의 각기 다른 고유 출력신호 범위 및 단위를 규격범위 즉, 4~20mA로 변환, 전송하는 신호변환전송기를 포함한다.

따라서 수질의 여러 가지 특성을 측정하는 다양한 수질측정센서의 서로 각기 다른 고유 출력신호 범위 및 단위를 통일된 출력 표준범위와 단위로 변환하여 표시가능함으로써 수질측정센서의 특징에 맞는 개별적인 계측기 혹은 측정기 등이 불필요하게 되는 효과가 있다.

수질, 수소이온농도, 산화환원전위, 용존산소농도, 전기전도도, 잔류염소, 부유물질농도, 탁도, 나트륨, 게인(GAIN), 4선식, 3선식, 2선식, 신호변환부

Description

수질측정센서의 신호변환전송기{Signal conversion transmitter of medulla measurement sensor}

본 발명은 수질측정센서의 신호변환전송기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수질에 포함하고 있는 수소이온농도(단위:mV), 산화환원전위(단위:mV), 용존산소농도(단위:mV), 전기전도도(단위:Ω), 잔류염소(단위:mV), 부유물질농도(MLSS,SS:(단위:mV,mA)), 탁도(단위:mV,mA), 나트륨(단위:mV) 등을 측정하는 각각의 수질측정센서의 고유출력신호 범위 및 단위를 표준화된 범위 및 단위 측정값으로 변환하여 표시하는 수질측정센서의 신호변환전송기를 제공한다.

종래에는 현장에서 예를 들어 수질 특성 중 하나인 수소이온농도(pH)를 측정하기 위한 구비조건으로 수질측정센서와 측정기(Meter 혹은 Controller)를 조합하여 그 수치를 판독하고, 그 측정된 신호를 전기적 통일신호 즉, 4~20mA, RS-232C, RS-485등을 자체적으로 혹은 별도의 신호변환기를 사용하여 제어실로 전송한다.

마찬가지로, 다른 측정항목 즉 ORP(산화환원전위), DO(용존산소), 전기전도도, 잔류염소, MLSS, 혹은 SS(부유물질농도), 탁도, 나트륨 등 여러 가지 수질항목 을 상기와 같은 방식으로 측정한다.

상기한 종래 측정방식은 수질측정센서마다 각각 별도의 측정기를 사용하여 측정하여야 하는 불편함이 있고, 출력되는 전송신호 또한 측정기에 별도의 신호변환기라는 장치를 부가하여 4~20mA, RS-232C, RS-485등의 신호로 변환 전송하는 문제점이 있었다.

또한, 상기와 같은 종래의 측정방식은 수질측정센서의 개별마다 별도의 측정기가 요구되어 장비의 부피가 증대되며 매우 고가의 시스템 운영을 필요함으로써 유지, 관리 보수에 따른 경제적 부담이 가중되는 문제점이 있었다.

그러므로 유저는 신호전송기에 어떠한 수질센서를 연결하더라도 국제적인 통일신호 즉, 4~20mA로 변환하여 전송하는 장치로 수질측정센서마다 서로 다른 측정기 및 별도의 계측기나 콘트롤러 조합없이도 출력값을 확인할 수 있는 신호변환전송기를 필요로 하고 있는 실정이다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출한 것으로 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 수질의 여러 가지 특성을 측정하는 다양한 수질측정센서의 서로 각기 다른 고유 출력신호 범위 및 단위를 하나로 통일된 출력 표준범위와 단위로 변환, 표시 가능한 수질측정센서의 신호변환전송기를 제공함에 그 목적으로 하고 있다.

또한, 본 발명은 수질측정센서의 서로 각기 다른 고유 출력신호 범위 및 단위를 통일된 출력 표준범위와 단위로 변환하여 별도의 계측기나 콘트롤러 및 디지털 표시부에 표시 가능한 수질측정센서의 신호변환전송기를 제공함을 또 다른 목적으로 하고 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 별도의 전원을 인가하는 2선과 신호선 2선으로 총 4선으로 구성된 4선식 방식 외에, 전원의 +,-의 2선과 이 중 전원선의 -선과 다른 1선인 +신호선이 연결되어 총 3선으로 구성된 3선식, 그리고 1선은 전원의 +, 또 다른 1선은 GND와 신호선으로 총 2선으로 구성된 2선식 방식을 택일적으로 사용할 수 있도록 하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 전원 공급방식을 4선식 방식이나 2선식, 3선식 방식을 선택적으로 사용가능하여 전원 공급에 의한 측정여건 및 사용상의 제약을 받지 않도록 하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 과제 해결 수단은, 수소이온농도(단위:mV), 산화환원전위(단위:mV), 용존산소농도(단위:mV), 전기전도도(단위:Ω), 잔류염소(단위:mV), 부유물질농도(MLSS,SS:(단위:mV,mA)), 탁도(단위:mV,mA), 나트륨(단위:mV) 등과 같은 해당 측정값을 통일된 규격범위와 단위값(4~20mA)로 변환, 전송하는 수질측정센서의 신호변환전송기를 제공한다.

이를 위해 본 발명은 수소이온농도, 산화환원전위, 용존산소농도, 전기전도도, 잔류염소, 부유물질농도(MLSS,SS), 탁도, 나트륨 등을 측정하는 수질측정센서의 센서단자가 연결되는 센서단자부와;, 전원을 공급받기 위해 전원케이블이 연결되는 전원단자부와;, 센서단자부에 연결된 수질측정센서의 기전력 값(센서 고유의 아날로그 신호)이 체크되는 아날로그회로부와;, 아날로그회로부에서 전달받은 수질측정센서의 아날로그신호를 4~20㎃의 범위인 출력신호로 변환하는 신호변환부와;, 수질측정센서의 최소치, 최대치 기전력 값을 측정을 위한 최소치, 최대치 기준값에 맞도록 표준, 셋팅하기 위해 조정하는 최소값단자 및 최대값단자로 이루어진 게인단자부와;, 게인단자부를 통해 표준, 세팅이 완료된 수질측정센서의 기전력 최소값에 대하여 4㎃ 값이 출력되도록 하는 제로조정단자 및 기전력 최대값에 대하여 20㎃값이 출력되도록 출력값을 조정하는 스팬조정단자로 이루어진 출력값조정부와;, 신호변환부의 출력신호를 게인단자부로 게인조정할 때 조정되는 값을 표준검사장비로 전송하여 표시되도록 하는 제1출력단자부와;, 신호변환부의 출력신호를 콘트롤러로 전송하여 표시하기 위한 제2출력단자부로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 수소이온농도, 산화환원전위, 용존산소농도, 전기전도도, 잔류염소, 부유물질농도(MLSS,SS), 탁도, 나트륨 등을 측정하는 수질측정센서의 센서단자가 연결되는 센서단자부와;, 전원을 공급받기 위해 전원케이블이 연결되는 전원단자부와;, 센서단자부에 연결된 수질측정센서의 기전력 값(센서 고유의 아날로그 신호)을 아날로그신호로 인식, 전달받는 아날로그회로부와;, 아날로그회로부에서 전달받은 수질측정센서의 아날로그신호를 4~20㎃의 범위인 출력신호로 변환하는 신호변환부와;, 아날로그회로부에서 전달받은 수질측정센서의 아날로그신호를 디지털신호로 변환하는 디지털회로부의 디지털출력신호를 표시하는 LCD표시창으로 이루어진 디지털부와;, 수질측정센서의 최소치, 최대치 기전력 값을 측정을 위한 최소치, 최대치 기준값에 맞도록 표준, 셋팅하기 위해 조정하는 최소값단자 및 최대값단자로 이루어진 게인단자부와;, 게인단자부를 통해 표준, 세팅이 완료된 수질측정센서의 기전력 최소값에 대하여 4㎃ 값이 출력되도록 하는 제로조정단자 및 기전력 최대값에 대하여 20㎃값이 출력되도록 출력값을 조정하는 스팬조정단자로 이루어진 출력값조정부와;, 신호변환부의 출력신호를 콘트롤러로 전송하여 표시하기 위한 출력단자부가 구비되는 수질측정센서의 신호변환전송기를 제공함에 또 다른 특징이 있다.

상기 신호변환전송기의 전원 공급 방식은 2선식, 3선식, 4선식 방식 중 하나로 연결되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 수질측정센서의 신호변환전송기를 제공한다.

이상에서와 같이 본 발명은 수질의 여러 가지 특성을 측정하는 다양한 수질 측정센서의 서로 각기 다른 고유 출력신호범위 및 단위를 하나로 통일화된 출력 표준범위 및 단위값로 변환, 표시가능함으로써 수질측정센서의 특징에 맞는 개별적인 신호변환기가 불필요하게 되는 효과가 있다.

그리고, 수질측정센서의 서로 각기 다른 고유 출력신호 범위 및 단위를 통일된 출력 표준범위와 단위로 변환하여 별도의 계측기나 콘트롤러로 전송하여 표시하거나, 자체에 구비된 디지털 표시부를 이용하여 표시가능함으로써 계측기나 콘트롤러의 유/무에 따른 사용상의 제약점이 감소되는 효과가 있다.

더불어, 전원의 공급방식을 별도로 전원공급이 이루어지도록 하는 4선식 방식과, 전원과 신호선을 동시에 사용하는 2선식 방식, 그리고 전원선의 일부를 남은 신호선과 함께 사용하는 3선식을 전원공급 여건에 따라 택일적으로 사용할 수 있도록 하는 효과가 있다.

아울러, 전원 공급방식을 4선식 방식이나 2선식, 3선식 방식을 선택적으로 사용가능하여 전원 공급에 의한 측정여건 및 사용상의 제약을 받지 않도록 하는 범용성의 증대 효과가 있다.

이에 상기한 바와 같은 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 수질측정센서의 신호변환전송기는 수소이온농도(단위:mV), 산화환원전위(단위:mV), 용존산소농도(단위:mV), 전 기전도도(단위:Ω), 잔류염소(단위:mV), 부유물질농도(MLSS,SS:(단위:mV,mA)), 탁도(단위:mV,mA), 나트륨(단위:mV) 등을 측정하는 수질측정센서(500)의 각기 다른 고유 출력신호 범위 및 단위를 규격범위와 단위를 4~20 및 mA로 변환,전송하는 신호변환전송기(100,200)로 구성된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 신호변환전송기(100)는 센서단자부(10), 전원단자부(20), 아날로그회로부(30), 신호변환부(40), 게인단자부(50), 출력값조정부(60), 제1출력단자부(70), 제2출력단자부(80)가 PCB기판에 배치된다.

센서단자부(10)는 수소이온농도, 산화환원전위, 용존산소농도, 전기전도도, 잔류염소, 부유물질농도(MLSS,SS), 탁도, 나트륨 등을 측정하는 수질측정센서(500)의 센서단자(501)가 연결된다. 즉, 센서단자부(10)는 수질측정센서(500)의 각기 다른 종류 및 제조회사, 제조국가에 따라 센서단자(501)의 핀 갯수가 다르게 구성되고 있어 본 발명에서는 최소 2개에서 5개 이상의 센서단자(501)가 연결된다.

전원단자부(20)는 외부 전원을 제공받기 위해 전원케이블이 연결되는 것으로, 이때의 전원케이블은 전원이 외부에서 별도로 공급되는 4선식 방식에 사용된다.

아날로그회로부(30)는 센서단자부(10)에 연결된 수질측정센서(500)의 기전력 값(센서 고유의 아날로그 신호)이 체크되도록 구성된 것으로, 수질측정센서(500)의 고유 기전력 값을 인식하기 위한 것이다.

신호변환부(40)는 아날로그회로부(30)에서 전달받은 수질측정센서(500)의 아날로그신호를 4~20㎃의 범위인 출력신호로 변환하도록 구성된 것으로, 이때 출력신호는 4~20mA의 범위로 출력되는 신호를 나타낸다.

게인(Gain)단자부(50)는 측정된 수질측정센서(500)의 최소치, 최대치 기전력 값을 측정을 위한 최소치, 최대치 기준값에 맞도록 표준, 셋팅하기 위해 조정하는 최소값단자(51) 및 최대값단자(52)로 이루어진다. 상기 최소값단자(51)는 수질측정센서(500)의 고유 최소치 기전력 값을 임의의 기준값 최소치에 일치시키기 위해 조정되는 것으로 수질측정센서(500)를 영점용액(A)에 침적시킨 상태에서 이루어지며, 최대값단자(52)는 수질측정센서(500)의 고유 최대치 기전력 값을 임의의 기준값 최대치에 일치시키기 위해 조정되는 것으로 수질측정센서(500)를 교정용액(B)에 침적시킨 후 인위적으로 조작하여 조정하도록 구성된 것이다.

영점용액(A)은 각각의 센서에서 고유 최소치 기전력에 대응하는 신호가 발생될 수 있도록 제작된 일반적인 국제표준용액 혹은 가공된 용액이며 , 교정용액(B)은 각각의 센서에서 고유 최대치 기전력에 대응하는 신호가 발생될 수 있도록 제작되어진 일반적인 국제표준용액 혹은 가공된 용액으로 일반적으로 표준전류/전압발생기(600)에서 수질측정센서(500) 대신에 전류나 전압을 발생시켜 영점용액(A)이나 교정용액(B)에 침적시키면 수질측정센서(500)에서는 표준전류/전압발생기(600)에서 발생되는 신호와 같게 나오는 용액이다.

출력값조정부(60)는 게인단자부(50)를 통해 표준, 세팅이 완료된 수질측정센서(500)의 기전력 최소값에 대하여 4㎃ 값이 출력되도록 조정하는 제로조정단자(61) 및 기전력 최대값에 대하여 20㎃값이 출력되도록 출력값을 조정하는 스팬조정단자(62)로 이루어진다.

제로조정단자(61)는 수질측정센서(500)가 측정수의 특성을 측정한 결과 기전력 최소값이 측정된 경우 출력값이 4㎃가 표시되도록 조정하는 단자이며, 스팬조정단자(62)는 수질측정센서(500)가 측정수의 특성을 측정한 결과 기전력 최대값이 측정된 경우 출력값이 20㎃가 표시되도록 조정하는 단자이다. 즉, 출력값조정부(60)를 이용하여 출력값을 조정하면 수질측정센서(500)의 기전력 최소값에서는 4㎃가 표시되어 측정수의 특성을 나타내는 최소값을 표시하는 것이며, 기전력 최대값에서는 20㎃가 표시되어 측정수의 특성을 나타내는 최대값을 표시하는 것이다.

제1출력단자부(70)는 신호변환부(40)의 출력신호를 게인단자부(50)로 게인조정할 때 조정되는 값을 표준검사장비(300)로 전송하여 표시되도록 구성된 단자이다. 즉, 제1출력단자부(70)는 신호변환부(40)의 출력신호를 게인단자부(50)로 게인조정할 때 조정되는 값을 오직 표준검사장비(300)로 전송하여 표시되도록 구성된 단자로 게인교정을 실시하여 수질측정센서(500)의 표준을 조정할 때만 사용되며 실제 측정현장에서의 측정시에는 사용되지 않는 단자이다.

표준검사장비(300)는 게인단자부(50)를 이용하여 기전력 값을 조정할 때 값의 변화를 표시하기 위한 검사장비로 실제 측정현장에서는 제거하여 측정이 이루어지게 된다.

제2출력단자부(80)는 신호변환부(40)의 출력신호를 콘트롤러(400)로 전송하여 표시하기 위해 구성된 것으로, 측정수의 특성을 측정한 수질측정센서(500)의 출력신호를 전송하기 위해 구성된 것이다.

도 2는 또 다른 실시 예를 나타낸 것으로, 신호변환전송기(200)는 센서단자 부(110), 전원단자부(120), 아날로그회로부(130), 신호변환부(140), 디지털부(150), 게인단자부(160), 출력값조정부(170), 출력단자부(180)가 PCB기판 상에 배치된다.

센서단자부(110)는 센서단자부(10)와, 전원단자부(120)는 전원단자부(20)와, 아날로그회로부(130)는 아날로그회로부(30)와, 신호변환부(140)는 신호변환부(40)와, 게인단자부(160)는 게인단자부(50)와, 출력값조정부(170)는 출력값조정부(60)와, 출력단자부(180)는 제2출력단자부(80)와 동일한 구성 및 기능을 수행하도록 구성된다.

신호변환전송기(200)의 구성에 있어 센서단자부(110)는 수소이온농도, 산화환원전위, 용존산소농도, 전기전도도, 잔류염소, 부유물질농도(MLSS,SS), 탁도, 나트륨 등을 측정하는 수질측정센서(500)의 센서단자(501)와 연결되고, 전원단자부(120)는 외부 전원을 공급받기 위해 전원케이블이 연결된다.

아날로그회로부(130)는 센서단자부(11)에 연결된 수질측정센서(500)의 기전력 값(센서 고유의 아날로그 신호)이 체크되도록 구성된다.

신호변환부(140)는 아날로그회로부(10)에서 전달받은 수질측정센서(500)의 아날로그신호를 4~20㎃의 범위인 출력신호로 변환하며, 디지털부(150)는 아날로그회로부(130)에서 변환된 아날로그신호를 디지털신호로 변환하는 디지털회로부(151)의 디지털출력신호를 표시하는 LCD표시창(152)으로 이루어진다.

즉, 디지털회로부(151)는 표준검사장비(300)를 통해서만 게인조정 및 출력값 교정수치를 볼 수 있는 것을 간단히 신호변환전송기(200)에서 확인하기 위한 것으 로 별도의 표준검사장비(300)를 준비하는 번거로움이 제거되도록 구성된 것이다.

게인단자부(160)는 신호변환부(140)에서 변환된 수질측정센서(500)의 최소치, 최대치 기전력 값을 측정을 위한 최소치, 최대치 기준값에 맞도록 표준, 셋팅하기 위해 조정하는 최소값단자(161) 및 최대값단자(162)로 이루어진다.

출력값조정부(170)는 게인단자부(160)를 통해 표준, 세팅이 완료된 수질측정센서(500)의 기전력 최소값에 대하여 4㎃ 값이 출력되도록 하는 제로조정단자(171) 및 기전력 최대값에 대하여 20㎃값이 출력되도록 출력값을 조정하는 스팬조정단자(172)로 이루어진다.

출력단자부(180)는 신호변환부(140)의 출력신호를 콘트롤러(400)로 전송하여 표시하기 위해 구성된다.

이와 같이 신호변환전송기(100,200)에 공통적으로 사용되는 콘트롤러(400)는 계측기, 컴퓨터, PLC, 검사장비 등으로 대체하여 구성되어도 바람직할 것이다. 즉, 신호변환전송기(200)는 디지털부(150)의 LCD표시창(152)로 측정값이 출력 가능하지만, 출력단자부(180)에 콘트롤러(400)를 연결하여 상세한 측정값을 전송하여 확인할 수 있다.

도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 상기 신호변환전송기(100,200)의 전원 공급 방식은 2선식, 3선식, 4선식 방식 중 하나로 연결되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 신호변환전송기(100,200)에 전원을 공급하는 방식은 2선식 전원공급방식, 3선식 전원공급방식, 4선식 전원공급방식 중에 선택적으로 사용가능하며 이 에 대하여 살펴보면 다음과 같다.

도 3a에 도시된 바와 같이, 2선식 전원공급방식은 2선의 케이블을 이용하여 신호변환전송기(100,200)를 구동하는 전원과 4~20mA를 출력하는 출력선의 역할을 동시에 수행한다. 이를 테면, 2선에 전원과 신호가 함께 존재하는 것으로 콘트롤러(400) 등에서 전원이 공급받으면 4~20mA의 출력을 내보내는 방식으로, 1선에는 +전원, 다른 1선에는 GND와 신호로 구성된 방식이다.

도 3b에 도시된 바와 같이, 3선식 전원공급방식은 1선에는 +신호, 다른 1선에는 +전원을, 그리고 나머지 1선에는 -전원과 1신호로 구성된 방식이다.

도 3c에 도시된 바와 같이, 4선식 전원공급방식은 1선은 +신호, 다른 1선은 -신호, 그리고 나머지 두 선은 각각 +전원과 -전원선으로 구성된 방식으로, 즉 신호변환전송기(100,200)를 구동하기 위해서 2선으로 전원을 공급하고(이를 테면 DC 24V) 나머지 2선으로는 4~20mA의 출력을 전송하는 방식이다.

본 발명에서는 신호변환전송기(100,200)에 공급되는 전원공급방식은 4선식을 이용하도록 구성되는 것이 바람직할 것이다.

또한, 본 발명에서 최소값단자(51,161), 최대값단자(52,162), 제로조정단자(61,171), 스팬조정단자(62,172)는 회전방식으로 구성되었으나, 디지털회로방식을 이용하면 버튼식으로도 변형이 가능할 것이다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 신호변환전송기(100,200)는 여러 종류의 수질측정센서(500)의 각 제조사 및 각 LOT마다 다른 기전력의 최소/최대범위를 통일하기 위하여 용액을 이용하 는 게인조정 및 표준전류/전압발생기(600)를 이용한 게인조정과 출력값을 4~20mA로 표준화시키는 출력값 조정이 필요하다.

첫째, 용액을 이용한 게인조정 방법은 영점용액(A) 및 교정용액(B)을 이용하는 게인조정방법과 표준전류/전압발생기(600)를 이용하는 게인조정방법으로 구분할 수 있으며, 게인조정에서 최소값을 조정이 완료되면 최소값에 대한 출력값조정이 이루어지고, 최소값에 대한 출력값조정 후 게인조정의 최대값 조정을 시행한 다음 최대값에 대한 출력값조정을 통해 수질측정센서(500)의 각기 다른 기전력을 표준화시키게 된다.

신호변환전송기(100)를 게인조정 할 경우를 살펴보면, 게인인조정 및 출력값조정을 위해서는 여러 종류의 수질측정센서(500)의 센서단자(501)를 신호변환전송기(100)의 센서단자부(10)에 연결하고, 표준검사장비(300)를 제1출력단자부(70)에 연결한다.

도 4a 및 4b에 도시된 바와 같이, 수질측정센서(500)를 증류수에 잘 세척한 후 영점용액(ZERO:A)에 담그게 되면 수질측정센서(500)에서는 최소의 기전력이(전류 혹은 전압 또는 저항 등) 발생되는데, 즉 측정치의 최소수치에 해당되는 기전력이 발생하게 된다. 이때, 정확한 영점을 맞추기 위해서 게인단자부(50)를 조정하여 제작 시 이론적으로 설계된 수질측정센서(500)의 최소치와 일치하도록 조정하는 것이다.

다음으로, 영점용액(A)에 수질측정센서(500)를 담그고 표준검사장비(300)를 제1출력단자부(70)와 연결하고, 표준검사장비(300)를 통해 수질측정센서(500)의 최 소 수치가 안정되는 것이 확인되면 게인단자부(50)의 최소값단자(51)를 조작하여 수질측정센서(500)의 영점을 조정한다.(예를 들면, DO(용존산소)센서의 경우 수질측정센서(500)의 최소 수치인 0mV가 나타나도록 조정한다.)

이렇게, 게인영점 조정이 끝나면 표준검사장비(300)를 제1출력단자부(70)에서 해체시켜 제2출력단자부(80)로 바꾸어 연결하고, 표준검사장비(300)에 표시되는 수치를 보면서 전송되는 최소신호가 나타나게 출력값조정부(60)의 제로조정단자(61)를 조작하여 조정한다.(예를 들면, 전류신호일 경우 전송되는 최소 수치인 4mA가 나타나도록 조정한다.)

이후, 수질측정센서(500)의 최대치(SLOP)조정을 하기 위해서 영점용액(A)에 담궈져 있던 수질측정센서(500)를 증류수로 잘 씻어내고 교정용액(B)에 수질측정센서(500)를 담그고 표준검사장비(300)를 제1출력단자부(70)에 연결하고, 표준검사장비(300)에 표시되는 수질측정센서(500)의 최대 수치가 안정되면 게인단자부(50)의 최대값단자(52)를 조작하여 수질측정센서(500)의 최대치(SLOP)를 조정한다. (예를 들면, DO센서의 경우 센서의 최대 수치가 900mV를 나타내는 센서라면 900mV가 나타나도록 조정한다.)

다음으로, 게인단자부(50)를 이용하여 수질측정센서(500)의 최대치(SLOP)조정이 끝나면, 표준검사장비(30)를 제2출력단자부(80)에 연결하고, 표준검사장비(30)에 표시되는 수치를 보면서 전송되는 수질측정센서(500)의 최대값이 나타나게 출력값조정부(60)의 스팬조정단자(62)를 조작하여 조정한다.(예를 들면, 전류신호일 경우 전송되는 최대 수치인 20mA가 나타나도록 조정한다.)

이와 같이, 수질측정센서(500)의 게인조정과 출력값교정이 끝나면 신호변환전송기(100)의 센서단자부(10)에 수질측정센서(500)의 센서단자(501), 전원단자부(20)에 전원케이블, 신호변환전송기(100)의 제2출력단자부(80)에 출력을 전송받을 콘트롤러(400)를 연결하여 측정준비를 한다.

다음으로, 표준전류/전압발생기(600)를 이용하는 게인조정방법은 용액을 이용하여 게인조정 교정 시 영점용액(A)이나 교정용액(B)의 오염도에 따라 약간 오차를 일으킬 수 있는 경우가 있기 때문에 표준장비인 표준전류/전압발생기(600)를 이용하여 교정하는 방법이 정확하며, 편리하게 사용된다.

이때, 수질측정센서(500)에서 출력되는 기전력 대신 표준전압/전류발생기(600)를 이용하여 수질측정센서(500)의 기전력을 대체 신호를 발생시키면서 조정하는 방법으로 다음과 같다.

도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 표준전류/전압발생기(600)를 센서단자부(10)에 연결한 다음 표준검사장비(300)를 제1출력단자부(70)에 연결하고 게인단자부(50)의 최소값단자(51)를 조작하여 표준전류/전압발생기(600)의 수치와 일치되도록 영점을 조정한다. (예를 들면, 표준전류/전압발생기(600)에서 0mV를 인가한 다음 표준검사장비(300)를 보면서 마찬가지로 0mV가 되도록 게인단자부(50)의 최소값단자(51)를 조작하여 조정한다.)

이렇게, 게인영점조정이 끝나면 표준검사장비(300)를 제2출력단자부(80)에 이동시켜 연결하고, 표준검사장비(300)에 표시되는 수치를 보면서 전송되는 최소신호가 나타나게 출력값조정부(60)의 제로조정단자(61)를 조작하여 조정한다.(예를 들면, 전류신호일 경우 전송되는 최소 수치인 4mA가 나타나도록 조정한다.)

도 5b에 도시된 바와 같이, 최소값에 대한 출력값조정이 완료되면 수질측정센서(500)의 최대치(SLOP)조정을 하기 위해서 표준전류/전압발생기(600)에서 측정될 최대치를 입력하고 표준검사장비(300)를 제1출력단자부(70)에 연결하고, 게인단자부(50)의 최대값단자(52)를 조작하여 표준전류/전압발생기(600)의 최대수치와 일치되도록 최대치(SLOP)을 조정한다.(예를 들면, DO센서의 최대 기전력이 900mV라면 표준전압/전류발생기(600)에서 900mV를 인가하고 표준검사장비(300)에서 그 수치가 같도록 조정한다.)

다음으로, 최대값에 대한 게인영점조정이 완료되면 표준검사장비(300)를 제2출력단자부(80)에 연결하고, 표준검사장비(300)에 표시되는 최대수치를 보면서 전송되는 최대신호가 나타나게 출력값조정부(60)의 스팬조정단자(62)를 조작하여 조정한다. (예를 들면, 전류신호일 경우 전송되는 최대 수치인 20mA가 나타나도록 조정한다.)

도 6a 내지 도 7b에 도시된 바와 같이, 신호변환전송기(200)는 용액을 이용한 게인조정방법 및 표준전류/전압발생기(600)를 이용한 게인조정및 출력값을 조정하는 방식은 신호변환전송기(100)와 동일한 방식으로 이루어지되, 표준검사장비(300)를 이용하지 않는 상태에서 게인조정 및 출력값조정 값이 디지털부(150)의 LCD표시창(152)에 직접표시되어 표준검사장비(300)를 별도로 운용하지 않은 상태로 조정가능한 것이다.

이와 같이, 수질측정센서(500)의 게인조정과 출력값교정이 끝나면 신호변환 전송기(100,200)의 센서단자부(10,110)에 수질측정센서(500)의 센서단자(501), 전원단자부(20,120)에 전원케이블, 신호변환전송기(100,200)의 제2출력단자부(80) 및 출력단자부(180)에 출력을 전송받을 콘트롤러(400)를 연결한다.

공통적으로, 신호변환전송기(100,200)에 전원을 공급받기 위한 전원공급방식이 4선식 전원공급방식일 경우에는 전원케이블을 전원단자부(20,120)에 연결하며, 반면 전원의 공급방식이 2선식 전원공급방식일 경우에는 출력신호를 받을 콘트롤러(400)에서 전원을 제2출력단자부(80) 및 출려단자부(180)에 연결하고, 3선식 전원공급방식일 경우에는 2선식과 같으며 나머지 1선만 전원단자부(20,120)의 한쪽에 연결한다.

결과적으로, 신호변환전송기(100)는 게인단자부(50)를 통한 수질측정센서(500)의 게인조정 및 출력값조정부(60)를 통한 출력값 조정 -> 수질측정센서(500)에서의 측정 -> 센서단자부(10) -> 아날로그회로부(30) -> 신호변환부(40) -> 제2출력단자부(80) -> 콘트롤러(400)로 측정된 값이 산출된다.

한편, 신호변환전송기(200)는 게인단자부(160)를 통한 수질측정센서(500)의 게인조정 및 출력값조정부(170)를 통한 출력값 조정 -> 수질측정센서(500)에서의 측정 -> 센서단자부(110) -> 아날로그회로부(130) -> 디지털부(15)의 디지털회로부(151) -> LCD표시창(152)과 동시에 신호변환부(140) -> 출력단자부(180)에 연결되는 콘트롤러(400)를 통해 측정된 값이 산출된다.

도 8에 도시된 바와 같이, 신호변환전송기(100,200)는 현장에서 도면에는 도시되지 않은 벽면취부 방식이나, 판넬형 취부 방식 등으로 설치가능할 것이다.

일 예로, 신호변환전송기(100,200)을 이용하여 수소이온농도(pH)의 농도를 측정하면, 수소이온농도를 측정하는 수질측정센서(500)에서의 기전력은 보통 +420mV~-420mV의 신호가 나오는데, 이 기전력을 환산하여 보통 pH0~14pH로 나타내 지며, 수소이온농도를 측정하는 수질측정센서(500)의 기전력 범위인 +420mV~-420mV의 중간값은 0mV가 된다. 즉, 0mV의 지시치는 우리가 잘 알고 있는 수소이온농도의 중성인 pH7를 나타내며, 이것을 전류신호인 4~20mA로 변환하면 중간 수치인 12mA가 콘트롤러(400)나 LCD표시창(152)에 표시되는 것이다.

간략하게, 다시 한번 계산해 보면 표 1에 도시된 바와 같다.

지시치 기전력/신호	0 PH	7 PH	14 PH
센서 기전력	+420mV	0mV	-420mV
전송되는 전기적신호	4mA	12mA	20mA

아울러, 표 2는 각 수소이온농도, 산화환원전위, 용존산소농도, 전기전도도, 잔류염소, 부유물질농도, 탁도를 측정하는 수질측정센서(500)의 센서신호의 일 예와 출력신호로 변환되어 표시되는 것을 나타낸다.

측정항목	센서신호(일례)	4mA조정	20mA조정	출력전송신호
수소이온농도(pH)	+420mV~-420mV	+420mV	-420mV	4~20mA
산화환원전위(ORP)	+2000mV~-2000mV	+2000mV	-2000mV	4~20mA
용존산소농도(DO)	0~900mV	0mV	900mV	4~20mA
전기전도도	20Ω~5MΩ	20Ω	5MΩ	4~20mA
잔류염소	0~900mV	0mV	900mV	4~20mA
부유물질농도(MLSS)	2.5V~250mV	2.5V	250mV	4~20mA
부유물질농도(SS)	250mV~2.5V	250mV	2.5V	4~20mA
탁도	0~3V	0V	3V	4~20mA
나트륨	-200mV~+200mV	-200mV	+200mV	4~20mA

이로 인하여, 여러 가지 수질측정센서(500)를 이용하여 측정된 결과값을 나타낼 때 수질측정센서(500)의 신호단위에 맞는 별도의 콘트롤러(400)를 구비해야하는 번거로운 점이 해소되는 이점이 있다.

더불어, 전원공급방식을 2선식, 3선식, 4선식을 이용하여 측정환경 및 측정제약조건에 제한받지 않는 상태로 전원의 공급이 가능한 장점이 있다.

아울러, 신호변환전송기(200)의 자체에 측정값을 표시할 수 있는 LCD표시창(152)이 형성되어 있어 별도의 표준검사장비(300)가 요구되지 않게 되어 측정장비의 간소화를 이룰 수 있는 이점이 있다.

그리고, 하나의 신호변환전송기(100,200)를 사용하여 여러 종류의 수질측정센서(500)의 측정값을 연산, 변환가능하여 장비운용효율 및 경제성이 증대되는 장점이 있는 것이다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시 예를 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 신호변환전송기의 교정 및 사용을 위한 구성도,

도 2는 도 1과 다른 신호변환전송기의 교정 및 사용을 위한 구성도,

도 3a 내지 도 3b는 2선식, 3선식, 4선식 전원공급방식을 나타낸 회로도,

도 4a는 도 1의 신호변환전송기의 영점용액를 이용하여 수질측정센서의 최소값 게인조정과 출력값조정을 위한 구성도,

도 4b는 도 1의 신호변환전송기의 교정용액를 이용하여 수질측정센서의 최대값 게인조정과 출력값조정을 위한 구성도,

도 5a는 도 1의 신호변환전송기의 표준전압/전류발생기를 이용하여 수질측정센서의 최소값 게인조정과 출력값조정을 위한 구성도,

도 5b는 도 1의 신호변환전송기의 표준전압/전류발생기를 이용하여 수질측정센서의 최대값 게인조정과 출력값조정을 위한 구성도,

도 6a는 도 2의 신호변환전송기의 영점용액를 이용하여 수질측정센서의 최소값 게인조정과 출력값조정을 위한 구성도,

도 6b는 도 2의 신호변환전송기의 교정용액를 이용하여 수질측정센서의 최대값 게인조정과 출력값조정을 위한 구성도,

도 7a는 도 2의 신호변환전송기의 표준전압/전류발생기를 이용하여 수질측정센서의 최소값 게인조정과 출력값조정을 위한 구성도,

도 7b는 도 2의 신호변환전송기의 표준전압/전류발생기를 이용하여 수질측정센서의 최대값 게인조정과 출력값조정을 위한 구성도,

도 8은 도 1의 신호변환전송기를 적용하여 현장에서의 사용상태를 나타낸 개략도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 센서단자부 20 : 전원단자부

30 : 아날로그회로부 40 : 신호변환부

50 : 게인단자부 51 : 최소값단자

52 : 최대값단자 60 : 출력값조정부

61 : 제로조정단자 62 : 스팬조정단자

70 : 제1출력단자부 80 : 제2출력단자부

100 : 신호변환전송기 110 : 센서단자부

120 : 전원단자부 130 : 아날로그회로부

140 : 신호변환부 150 : 디지털부

151 : 디지털회로부 152 : LCD표시창

160 : 게인단자부 161 : 최소값단자

162 : 최대값단자 170 : 출력값조정부

171 : 제로조정단자 172 : 스팬조정단자

180 : 출력단자부 200 : 신호변환전송기

300 : 표준검사장비 400 : 콘트롤러

500 : 수질측정센서 501 : 센서단자

600 : 표준전류/전압발생기 A : 영점용액

B : 교정용액

Claims (4)

1. 수소이온농도(단위:mV), 산화환원전위(단위:mV), 용존산소농도(단위:mV), 전기전도도(단위:Ω), 잔류염소(단위:mV), 부유물질농도(MLSS,SS:(단위:mV,mA)), 탁도(단위:mV,mA), 나트륨(단위:mV) 등을 측정하는 수질측정센서(500)의 센서단자(501)가 연결되는 센서단자부(10)와;,

   외부 전원을 공급받기 위해 전원케이블이 연결되는 전원단자부(20)와;,

   센서단자부(10)에 연결된 수질측정센서(500)의 기전력 값(센서 고유의 아날로그 신호)이 체크되는 아날로그회로부(30)와;,

   아날로그회로부(30)에서 전달받은 수질측정센서(500)의 아날로그신호를 4~20㎃의 범위인 출력신호로 변환하는 신호변환부(40)와;,

   수질측정센서(500)의 최소치, 최대치 기전력 값을 측정을 위한 최소치, 최대치 기준값에 맞도록 표준, 셋팅하기 위해 조정하는 최소값단자(51) 및 최대값단자(52)로 이루어진 게인단자부(50)와;,

   게인단자부(50)를 통해 표준, 세팅이 완료된 수질측정센서(500)의 기전력 최소값에 대하여 4㎃ 값이 출력되도록 하는 제로조정단자(61) 및 기전력 최대값에 대하여 20㎃값이 출력되도록 출력값을 조정하는 스팬조정단자(62)로 이루어진 출력값조정부(60)와;,

   신호변환부(40)의 출력신호를 게인단자부(50)로 게인조정할 때 조정되는 값을 표준검사장비(300)로 전송하여 표시되도록 하는 제1출력단자부(70)와;,

   신호변환부(40)의 출력신호를 콘트롤러(400)로 전송하여 표시하기 위한 제2출력단자부(80)로 구성되어 해당하는 수질측정센서(500)의 고유출력신호 범위 및 단위를 표준화된 범위 및 단위 측정값으로 변환하여 표시하는 수질측정센서의 신호변환전송기.
2. 제 1항에 있어서, 상기 신호변환전송기(100)의 전원 공급 방식은 2선식, 3선식, 4선식 방식 중 하나로 연결되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 수질측정센서의 신호변환전송기.
3. 수소이온농도(단위:mV), 산화환원전위(단위:mV), 용존산소농도(단위:mV), 전기전도도(단위:Ω), 잔류염소(단위:mV), 부유물질농도(MLSS,SS:(단위:mV,mA)), 탁도(단위:mV,mA), 나트륨(단위:mV) 등을 측정하는 수질측정센서(500)의 센서단자(501)가 연결되는 센서단자부(110)와;,

   외부 전원을 공급받기 위해 전원케이블이 연결되는 전원단자부(120)와;,

   센서단자부(110)에 연결된 수질측정센서(500)의 전력 값이 체크되는 아날로그회로부(130)와;,

   아날로그회로부(130)에서 전달받은 수질측정센서(500)의 아날로그신호를 4~20㎃의 범위인 출력신호로 변환하는 신호변환부(140)와;,

   아날로그회로부(130)에서 전달받은 수질측정센서(500)의 아날로그신호를 디지털신호로 변환하는 디지털회로부(151)의 디지털출력신호를 표시하는 LCD표시창(152)으로 이루어진 디지털부(150)와;,

   수질측정센서(500)의 최소치, 최대치 기전력 값을 측정을 위한 최소치, 최대치 기준값에 맞도록 표준, 셋팅하기 위해 조정하는 최소값단자(161) 및 최대값단자(162)로 이루어진 게인단자부(160)와;,

   게인단자부(160)를 통해 표준, 세팅이 완료된 수질측정센서(500)의 기전력 최소값에 대하여 4㎃ 값이 출력되도록 하는 제로조정단자(171) 및 기전력 최대값에 대하여 20㎃값이 출력되도록 출력값을 조정하는 스팬조정단자(172)로 이루어진 출력값조정부(170)와;,

   신호변환부(140)의 출력신호를 콘트롤러(400)로 전송하여 표시하기 위한 출력단자부(180)로 구성되어 해당하는 수질측정센서(500)의 고유출력신호 범위 및 단위를 표준화된 범위 및 단위 측정값으로 변환하여 표시하는 수질측정센서의 신호변환전송기.
4. 제 3항에 있어서, 상기 신호변환전송기(200)의 전원 공급 방식은 2선식, 3선식, 4선식 방식 중 하나로 연결되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 수질측정센서의 신호변환전송기.

Images