KR100903628B1 - 탁도계 - Google Patents

Abstract

본 발명은 탁도계에 관한 것으로, 이물질 부착 최소화를 위한 측정 사면을 가지는 탁도계를 제공하고자 한다.

이를 위하여, 본 발명은 탁도계에 있어서, 탁도를 측정하기 위해 송신기(광원) 및 수신기가 하나의 쌍으로 구성된 계측수단을 포함하되, 기포 또는 이물질 부착 최소화를 위해, 상기 계측수단의 사면을 수면과 경사지게 형성하는 것을 특징으로 한다.

탁도, 경사, 센서, 진동자, 기포, 이물질

Description

탁도계{Turbidimeter}

본 발명은 탁도계에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이물질 부착 최소화를 위한 탁도계에 관한 것이다.

산업화에 따른 필연적인 부산물인 공해 문제가 우리를 심각하게 위협하고 있다. 그 중에서도 인간이 살아가면서 가장 많이 필요로 하는 자연요소인 대기와 수질의 오염은 인류의 생존을 위협하는 중요한 문제로 대두되고 있다. 이에 따라 우리 가정에서 사용되는 생활용수는 물론 공업용수에 이르기까지 깨끗한 물에 대한 욕구는 점점 증가되고 있으며, 이러한 욕구를 충족시키기 위하여 각종 정수시설 및 폐수처리 시설들이 개발되어 설치, 운영되고 있으나 이를 효율적으로 이용하고 관리하기 위해서는 처리대상인 물의 상태나 오염도의 정확한 측정이 선행되어야 한다.

물의 오염정도를 나타내는 요소로는 pH, 전기전도도, 색도, 잔유물, 탁도 등 의 여러 가지를 들 수 있으며, 이와 같은 물의 오염을 나타내는 여러 요소 가운데서도 특히 물의 혼탁한 정도를 나타내는 탁도는 깨끗한 물의 일차적인 조건이라고 할만큼 중요한 요소라고 할 수 있다. 따라서, 오늘날에 있어 탁도의 측정은 각종 실험실은 물론 많은 수질관리 현장에서 행해지고 있으며, 그 수요도 날로 증가되고 있는 실정이다.

탁도계는 물의 혼탁한 정도는 정량적으로 표시하는 장치로 pH 미터, BOD, TOD, Conductivity 미터 등과 더불어 수질을 측정하는데 사용되고 있다. 이 기기는 최초에 촛불과 Glass Cylinder를 이용한 Jacksan Candle Turbidimeter로부터 시작되어 광학과 전자공학의 발달과 더불어 매우 발전된 형태의 탁도계들이 생산되어 시판되고 있으며, 최근에 이르러서는 단순히 탁도의 측정에만 사용되는 것이 아니라 종합수질관리 시스템에 적용되는 탁도계로의 전환을 위해 다양한 형태의 제품들이 개발되고 있다.

탁도계는 크게 탁도값을 감지하기 위한 광학센서 부분과 이값을 원하는 형태로 디스플레이하기 위한 전자회로 부분으로 나눌 수 있는데, 이 중에서도 특히 광학센서 부분에 대해서는 측정하는 탁도에 따라 혹은 측정의 형태에 따라 다양한 이론이 적용되며 또한 그 형태도 다양하게 할 수 있으므로 최적의 성능을 얻어내기 위해서는 여러 이론에 대한 충분한 고찰과 많은 실험이 필요하다. 전자회로 부분에 대해서는 광학센서의 적용형태가 정해지고 그 출력의 형태가 결정되면 그 출력을 충분한 안정성을 가진 형태의 데이터로 프로세싱하기 적합하도록 설계되어야 할 것이다.

그런데, 탁도계의 특성상 장시간 물속에 입수하여 계측하여야 하므로, 이 경우 이물질이 센서계측 부위[송신기(광원), 수신기]에 붙게 되어 정상적인 계측이 어렵고 측정오차가 커지게 된다. 따라서, 정확한 계측을 위해서는 이물질을 제거하는 것이 필수적이라 할 수 있다.

하지만, 종래의 탁도계는 센서계측 부위에 붙는 이물질로 인해 측정오차가 크게 발생하여 문제가 되었다. 이를 해소하기 위해서는 사람이 인위적으로 이물질을 제거하거나 도 1에 도시된 바와 같이 브러쉬를 이용하여 자동으로 이물질을 제거하였다. 하지만, 브러쉬를 이용한 방법은 제품(계측기)의 크기를 증가시키고 전류소모량을 증가시키는 문제점이 있다.

도 1을 참조하여 보다 구체적으로 살펴보면, 종래의 탁도계에서 이물질을 제거하는 방식은 계측면(센서계측 부위)이 수면과 평행이어서 수면 아래에서 올라오는 기포나 이물질이 센서에 붙어 측정오차가 컸다. 이를 제거하기 위해서 모터를 이용한 브러쉬를 사용하였지만, 이렇게 하면 전체 계측기의 크기가 커지고 유지보수의 어려움 및 에러율이 커지는 문제점이 있다.

따라서 상기와 같은 문제점을 해결하고자 하는 것이 본 발명의 과제이다.

이에, 본 발명은 이물질 부착 최소화를 위한 측정 사면을 가지는 탁도계를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 이물질을 진동자를 이용해 제거함으로써 전류소모량을 줄이고 계측기의 크기를 줄이는데 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 탁도 측정시 측정오차를 줄이는데 또 다른 목적이 있다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 탁도계에 있어서, 탁도를 측정하기 위해 송신기(광원) 및 수신기가 하나의 쌍으로 구성된 계측수단을 포함하되, 기포 또는 이물질 부착 최소화를 위해, 상기 계측수단의 사면을 수면과 경사지게 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은, 상기 계측수단에 부착된 기포 또는 이물질을 제거하기 위한 적어도 하나의 진동자를 더 포함한다.

또한, 본 발명은, 상기 계측수단이 상기 수면과 수직면에 적어도 두 개가 병렬로 배치되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명은, 센서계측 부위[송신기(광원), 수신기]를 경사지게 만들어 이물질이 적게 붙도록 하며 붙은 이물질을 진동자를 이용해 자동으로 제거함으로써, 관리의 용이성, 제품의 소형화 및 전류소모량을 줄일 수 있고, 이물질로 인해 발생하는 측정오차를 최소화할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은, 탁도 측정시 적어도 두 개의 송신기와 수신기를 사용하여 측정오차를 최소화하여 탁도계의 성능을 보다 높일 수 있는 이점이 있다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있을 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것으로, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

전술한 바와 같이 탁도 측정시에는 센서계측 부위[송신기(광원), 수신기]에 붙게 되는 이물질을 제거하는 것이 필수적이다.

따라서, 본 발명에서는 센서계측 부위[송신기(광원), 수신기]의 이물질을 자동으로 제거하여 장기간 관리자의 관리없이도 계측이 가능하도록 하였다. 이를 위해서, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 탁도계에 적어도 하나의 진동자(압전소자, 초음파 진동자, 초소형 모터 등)(13,25)를 장착하여 탁도계의 센서계측 부위[송신기(광원)(11,21,23), 수신기(12,22,24)]에 붙게 되는 이물질을 제거한다.

특히, 본 발명에서는 센서계측 부위[송신기(광원)(11,21,23), 수신기(12,22,24)]에 이물질이 적게 붙도록 한다.

이를 위해, 도 2에 도시된 바와 같이, 센서계측 부위[송신기(광원)(11,21,23), 수신기(12,22,24)]의 사면을 경사지게(예로서, 1~90°) 만들어, 이물질이 적게 붙도록 한다. 이때, 경사면의 최저(최저 경사도)는 수면과 평행이 되지만 않으면 되고[도 2 참조], 최대(최대 경사도)는 수면과 수직(90°)을 유지할 수 있다[도 3 참조]. 이렇게 하면, 이물질이 적게 붙어, 이물질로 인해 발생하는 측정오차를 최소화할 수 있다. 또한, 이렇게 센서계측 부위의 사면을 경사지게 형성하여 이물질을 최소화하였음에도 불구하고, 센서계측 부위에 붙은 이물질은 상기 진동자(13,25)를 이용하여 제거하면 된다. 이렇게 함으로써 이물질로 인해 발생하는 측정오차를 최소화할 수 있다.

이처럼 진동자(13,25)를 이용하게 되면, 모터를 이용하는 것보다 측정기의 소형화가 가능하고, 설계 및 장비 디자인이 용이하며, 특히 전류소모량이 적어지게 된다.

또한, 본 발명에서는 도 3에 도시된 바와 같이 적어도 두 개의 송신기(광원)(21,23)와 수신기(22,24)를 사용하여 탁도를 측정함으로써, 측정오차를 최소화할 수 있으며, 더욱 높은 성능의 탁도계를 제조할 수 있다.

일반적으로, 탁도 측정 방식으로는 크게 투과광을 측정하는 방식[예로서, 파장 660nm 부근의 빛으로 시료와 탁도 표준액과의 투과광의 세기를 비교 측정하여 탁도를 구함], 산란광을 측정하는 방식[시료속의 입장에 의해서 산란된 빛의 강도를 예로서 파장 660nm 부근에서 측정하고 이 값을 탁도 표준액에서의 산란광의 강도와 비교해서 탁도를 구함], 투과광과 산란광을 측정하는 방식[투과광과 산란광을 번갈아 혹은 동시에 측정해서 각가의 비를 구해서 탁도 측정을 함] 등이 있다. 본 발명에서도 이러한 방식 중 하나를 탁도 측정에 사용한다.

참고적으로 광산란법에 대해 살펴보면, 공기나 물과 같이 투명매체중에 입자가 분산되어 있으면 빛을 조사했을 때 빛이 산란되어 광로를 관측할 수 있게 되는 것은 "TYNDALL 현상"으로 잘 알려진 현상이다. 수질을 나타내는 요소의 하나로 탁도를 들 수 있으며, 물이 탁하게 보이는 것은 광산란의 결과이다. 광산란이 있으면 관측하는 물체가 잘 보이지 않게 된다. 따라서, 산란광량을 측정하면 탁도를 정량화할 수 있다. 또 산란광은 입자수에 비례하는 것으로 부유현탁물질의 측정 등에도 이용되고 있다.

액체 속의 부유입자(현탁물)에 빛을 조사하면 빛은 원래의 광축에서 벗어난 방향으로 반사, 산란된다. 이 빛의 반사나 산란의 강도는 현탁물의 종류, 크기, 형 상, 구성, 빛의 파장에 따라 변한다.

탁도 센서는 여러 개의 반사광을 고감도 포토 트랜지스터로 수광한다[수신기(12,22,24)]. 이후, 계측되는 탁도 신호는 변환기에 디지털 전송되어 비연속적인 기포 등에 의한 이상값을 디지털 필터로 삭제하여 최종적인 출력으로 변환된다.

센서의 광원(송신기)(11,21,23)에는 근적외광원(LED)을 채용하여 현탁물 입자의 크기나 측정액의 색이 미치는 영향을 최소한으로 억제하는 것이 바람직하다.

또한, 탁도 센서는 온도 변화나 경년 변화에 의한 광원의 광량 변화를 센서에 내장된 리퍼런스 포토 다이오드로 보상하는 것도 가능하다.

또한, 탁도 센서의 수발광부의 재질로 석영 글라스를 사용할 수도 있고, 보다 경도가 높은 사파이어제를 채용할 수도 있다.

그러나, 본 발명은 전술한 탁도 측정 방식, 탁도 센서의 구성 및 동작에 한정되지 않으며, 기존 탁도계를 대신하여 사용하는 전제로 한다. 다만, 전술한 바와 같이 기존 탁도계에 있어서, 센서계측 부위의 사면을 경사지게 형성하여 이물질을 최소화하고, 센서계측 부위에 붙은 이물질을 진동자(13,25)를 이용하여 제거함으로써 이물질로 인해 발생하는 측정오차를 최소화하는 것이다. 또한, 적어도 두 개의 송신기(광원)(21,23)와 수신기(22,24)를 사용하여 탁도를 측정함으로써, 측정오차를 최소화할 수 있는 것이다.

정리해 보면, 본 발명에 따른 이물질 부착 최소화를 위한 측정 사면을 가지는 탁도계는, 탁도를 측정하기 위해 송신기(광원)(11,21,23) 및 수신기(12,22,24) 가 하나의 쌍으로 구성된 계측수단을 포함하되, 기포 또는 이물질 부착 최소화를 위해, 계측수단의 사면이 수면과 경사지게(1~90°) 형성된다. 탁도계의 면이 수면과 평행이라면 계측 사면에 기포나 이물질이 잘 붙게 된다. 따라서, 도 2 및 도 3과 같이 계측 사면을 경사지게 한다면 기포나 이물질이 붙는 것을 최소화할 수 있다. 경사도 1~90°까지 가능하다. 바람직하게는 도 2와 같이 경사도 45° 또는 도 3과 같이 수면과 계측 사면을 90°로 유지하도록 하여 기포나 이물질이 붙는 것을 최소화할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 탁도계는 계측수단[송신기(광원)(11,21,23) 및 수신기(12,22,24)]에 부착된 기포 또는 이물질을 제거하기 위한 적어도 하나의 진동자(압전소자, 초음파 진동자, 초소형 모터 중 어느 하나임)(13,25)를 더 포함하되, 이때 진동자(13,25)는, 주기적으로 동작(진동)하여 계측수단[송신기(광원)(11,21,23) 및 수신기(12,22,24)]에 붙은 이물질을 제거한다. 진동자(13,25)는 탁도센서의 좌/우/하단에 위치 가능하다. 탁도계는 물속에서 상시 사용해야 하는 특성상 기포나 이물질이 붙을 수밖에 없는데, 이를 제거하기 위해 진동자를 주기적으로 동작시켜 탁도센서에 진동을 준다면 기포나 이물질을 쉽게 제거할 수 있다.

상기에서, 계측수단[송신기(광원)(11,21,23) 및 수신기(12,22,24)]의 사면 경사는, 최소 경사도가 수면과 평행하지 않고(1° 이상이나, 바람직하게는 45°)[도 2 참조], 최대 경사도가 수면과 수직(직각)이다[도 3 참조].

또한, 계측수단[송신기(광원)(11,21,23) 및 수신기(12,22,24)]은, 도 2에 도시된 바와 같이 사면 경사가 최소 경사도부터 최대 경사도 미만의 값인 경우(바람 직하게는 45°), 경사면에 형성된다.

또한, 계측수단[송신기(광원)(11,21,23) 및 수신기(12,22,24)]은, 도 3에 도시된 바와 같이 수면에 대해 계측면의 경사가 최대 경사도(수면과 수직(직각))를 갖는 경우, 수면과 수직면에 형성된다. 이때, 미량의 탁도에서 발생하는 오차율이 크기 때문에, 오차발생을 최소화하기 위하여 수면과 수직면에 적어도 두 개가 병렬로 배치되는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 탁도 측정 정확도 및 감도를 증가시킬 수 있게 된다.

또한, 상기에서 진동자(13,25)를 두 개 배치하는 경우에 있어서, 도 2에 도시된 바와 같이 사면 경사가 최소 경사도부터 최대 경사도 미만의 값이면(바람직하게는 45°), 진동자(13)를 탁도센서의 좌/우에 대칭되게 배치할 수 있다. 또한, 도 3에 도시된 바와 같이 사면 경사가 최대 경사도(수면과 수직(직각))를 가지면, 진동자(25)를 좌측(또는 우측) 및 하단에 배치할 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해되어야만 한다.

도 1은 종래 방식에 따른 탁도계의 구성도이다.

도 2는 본 발명에 따른 탁도계의 일실시예 구성도이다.

도 3은 본 발명에 따른 탁도계의 다른 실시예 구성도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

11,21,23 : 송신기(광원) 12,22,24 : 수신기

13,25 : 진동자

Claims (8)

1. 탁도계의 본체 중 하단에 수질의 혼탁 정도를 측정하는 계측면(센서계측부위)을 구비한 탁도계에 있어서,

   수면에 대해 일정 경사도를 갖는 상기 계측면의 특정 지점에 각각 배치되어, 상기 수질의 혼탁 정도를 측정하는 송신기(광원)와 수신기로 구비된 계측 수단을 포함하는 탁도계.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 계측수단에 부착된 기포 또는 이물질을 제거하기 위한 적어도 하나의 진동자

   를 더 포함하는 탁도계.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 진동자는,

   주기적으로 동작하는 것을 특징으로 하는 탁도계.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 적어도 하나의 진동자는,

   압전소자, 초음파 진동자, 초소형 모터 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 탁도계.
5. 제1 항에 있어서,

   상기 일정 경사도는,

   상기 수면과 평행하지 않은 최소 경사도에서부터 상기 수면과 수직인 최대경사도 사이의 경사도 중 어느 하나의 경사도인 것을 특징으로 하는 탁도계.
6. 삭제
7. 삭제
8. 제5 항에 있어서,

   상기 계측수단은,

   상기 일정 경사도가 최대 경사도인 경우에 적어도 두개의 병렬구조로 상기 최대 경사도(수면과 수직)를 갖는 상기 계측면의 특정 지점에 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 탁도계.

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