KR101057008B1 - 유량감지센서용 전자감지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유량감지센서용 전자감지장치에 관한 것으로, 선박과 해양플랜트에 사용하는 내연기관의 엔진의 피스톤 냉각을 위해서 , 피스톤 냉각용 엔진오일이 내부에서 흐르고, 그 엔진오일이 수집관까지 흐르는 유량을 감지하고 관리하기 위한 시스템이다.

Description

유량감지센서용 전자감지장치{ A electron sense device for oil quantity sense sensor }

본 발명은 유량감지센서용 전자감지장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 설명하면, 선박과 해양플랜트용 내연기관의 엔진의 피스톤 냉각을 위해 강제로 온도에 따라 오일순환펌프로 피스톤 냉각용 엔진오일을 강제 순환시켜 사용하며, 상기 피스톤 냉각용 엔진오일의 유량을 감지 관리하기 위하여 외부에서 피스톤 냉각오일의 유량 상태와 운전 상태를 에러 종류에 따라 가시적으로 확인할 수 있는 것이 가능하게 된 유량감지센서용 전자감지장치에 관한 것이다.

선박과 해양플랜트용의 엔진 과열상태를 알고자, 엔진오일의 유체흐름과 온도를 감지하는 유량감지용 센서는 크게 3가지로, 깔때기형, 날개형, 정전용량형 센서가 사용되었다.

깔때기형 센서는, 집유장치에 설치된 깔때기로 들어온 피스톤 냉각오일의 양이 일정량 초과되면 그 무게로 스위치를 작동하며, 그 문제점으로, 펌프오일의 순환이 일시정지하고 있어도 정상으로 인식한다는 문제점이 있었다.

정전용량형 센서는, 집유장치에 설치된 정전용량형 센서를 설치하여 들어온 피스톤 냉각용 엔진오일의 양에 따라 오일과 센서와 접촉 유무에 따라서 정전용량값이 변화로 스위치를 구동하며, 그 문제점으로, 온도보상과 정밀하고 세밀한 제어가 어렵다.

날개형 센서는, 유량의 흐름으로 날개를 돌려 전기를 발생시키는 전자기기에서 나온 기전력의 변화로 스위치를 구동하며, 그 문제점으로, 오일온도(55도이상), 고온에 노출로 내구성이 취약하다.

최근 사용되고 있는 제품의 경우, 특히 유량을 감지하기위해 센서의 내부히터를 고저항체인 박막으로 사용하며, 이는 고전류에 대한 내구성이 취약하고, 저발열의 히팅과, 아날로그 회로를 적용과, 유량 레벨에 대한 정확성 떨어지며 엔진의 이상운전이 발생한다.

상기 이상운전에 대해, 센서와 회로의 대한 오류를 검증하기 위한 별도의 검증 방법이 없었기 때문에, 문제 발생시 센서와 회로부를 전체 분해하여 새제품으로 교체해야 한다. 또한 센서 교체 시 셋팅은 유량에 대한 조정은 가능하나, 센서의 상태를 자가진단할 수 있는 방법이 없었기 때문에, 교체시 조정과 부품 불량이 발생할 수 있으며, 엔진 운전에 문제가 발생한다.

이를 개선하기 위해서 대한민국 특허등록번호 제 10-994537호의 '선박용 냉연기관의 피스톤 냉각 오일의 유량감지를 위한 열량식 유량감지 시스템'이 제안된 바가 있으나, 상기 특허는 기계식으로 작동과 자가진단이 결여되어 에러 내용을 확인할 수가 없었으므로 엔진을 효율적으로 운전하여 유지보수 관리가 어렵다는 문제점이 있었다.

상기 문제점으로 선박의 고가 엔진에 대한 수명과 직결된 피스톤 냉각오일의 흐름 정보에 대한 더욱 신뢰성이 높은 센서와 전자모듈 시스템에 의한 자가진단이 가능한 유량감지장치의 전자모듈 시스템이 필요하며, 정확성과 안정성이 요구된다.

본 발명의 목적은, 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 엔진 내부의 엔진오일 유량의 흐름과 비흐름의 상태가 표시되는 온도를 감지한 아날로그 신호를 디지털신호처리 기술을 활용하여, 별도의 LCD 연결포트를 구비하여, 유량감지센서의 신호에 대한 처리결과를 LCD 연결포트를 이용해 모니터링이 가능하며, 이와 같은 가시적인 감시가 가능하게 되어 자가 검진 기능을 수행하는 것이 가능한 유량감지센서용 전자감지장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 이러한 목적은, 엔진오일 변화의 감지를 위해 차열식 열감지방식을 사용하며, 상기 차열식 열감지방식에서 그 센서가 엔진오일에 잠김과 비잠김 상태에 따른 Low와 High의 유량신호와 히팅부의 온도신호를 CPU가 받으며, 상기 CPU는 온도보상 없이 두 신호를 비교분석하여 그 결과를 LED와 LCD연결포트로 출력하며, 함께 릴레이 스위치(SW1/SW2)를 개폐하고, 상기 LED는 LED 점등색(녹색/적색)으로 유량상태(흐름/비흐름)를 알 수 있으며, 또 LED 점등색(황색-3Hz/주황색-1Hz)이면 운전상태가 Low Power/Sensor-Heater 상태임을 표시하고, LCD연결포트에 필요에 따라 연결한 LCD에는 3줄로 유량상태와 운전상태를 영문자로 표시하는 것이 가능한 본 발명에 따른 유량감지센서용 전자감지장치에 의하여 달성된다.

본 발명에 따른 유량감지센서용 전자감지장치는, CPU를 사용함에 따라 부품의 결함여지를 줄일 수 있으며, 공간상의 활용도가 높고, 유량 감지센서의 감지신호 처리 결과를 LED와 LCD를 통해 센서의 이상유무와 엔진의 운전상태를 모니터함으로써, 고가의 엔진 시스템에 대한 유지관리와 교체정비가 용이하다는 우수한 효과가 있다.

도 1는 본 발명의 제1실시예에 따른 유량감지센서용 전자감지장치의 유량감지센서가 집유관에 설치되어 연결케이블로 인출되어 디지털신호처리장치에 연결된 상태가 도시된 정면도
도 2은 본 발명의 제1실시예에 따른 유량감지센서용 전자감지장치의 유량감지센서의 분해사시도
도 3a,3b는 유량감지센서용 전자감지장치의 회로도 및 CPU의 블럭도
도 4는 유량감지센서의 신호의 변화
도 5는 엔진의 운전상태에 대한 릴레이 스위치(SW1/SW2)와 LED 점등과 에러 내용표
도 6는 전자모듈과 외부LCD와의 연결을 도시한 사시도

유량감지센서는 피스톤 냉각용 엔진오일을 오일순환펌프를 통해서 냉각기로 보내진 과열된 오일이 냉각기를 거쳐 냉각된 엔진오일이 나오는 출유관을 모으는 집진관으로 흐르게 되는 구조에서 오일이 정상 흐름일 경우 집진관에 오일이 차는 형태로 되어 있으며, 펌프가 작동하지 않는 구조에서는 집진관에 오일이 비워져 있는 형태로 되어 있다.

이러한 집진관의 측면하부에 유량감지센서가 취부되어, 상기 유량감지센서는 오일순환펌프가 작동하여 출유관을 통해 나온 엔진오일이 흐를 경우 엔진오일에 잠기게 되며, 비흐름일 경우 온도센서가 엔진오일과 접촉하지 못하게 되는 구조로 되어있다.

본 발명의 유량감지센서용 전자감지장치에서는, 피스톤 냉각용 엔진오일의 온도와 유량의 흐름정도와 히터로 사용되는 온도센서의 이상유무와 히터로 사용되는 온도센서의 저발열에 대한 모니터와 자가진단 기능을 제공한다.

본 발명의 제1실시예에 따른 유량감지센서용 전자감지장치(A)는, 도1에 도시한 바와 같이, 집유관(10)의 측면의 하부에 설치된 유량감지센서(11)와, 상기 유량감지센서(11)의 출력부에 일단부가 연결되어 연장되는 연결케이블(12)과, 상기 연결케이블(12)의 타단부에 연결된 디지털신호처리부(13)를 포함한다.

상기 유량감지센서(11)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 도면의 하단에 튜브 형태의 보호관(1)으로 제조되고, 이러한 부분에 차열식 감지하기 위해 2개의 보호관으로 히터부(1a)는 히터를 통해 발열 하기위한 하나의 튜브 구조로 되어 있는 히터부와, 비히터부(1b)로 구분된다. 여기서 히터부(1a)는 백금 박막형 온도센서(3a)에 일정 전류를 인가하게 되면 일정 저항체로 자가발열(Self-heating)을 하게 되는 히터로 사용되며, 그 내부에 별도 백금 박막형 온도센서(3b)를 장착하여 백금 박막형 온도센서(3a)의 히터 발열 온도가 측정된다. 백금박막형 온도센서(3a)로는 100Ω와 1000Ω을 사용할 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 100Ω의 센서를 사용하여 더욱 안정적인 히팅이 되도록 설계되었다. 그리고 비히터부(1b)는 히터와 영향이 없는 주위 환경의 온도를 계측하기 위한 백금 박막형 온도센서(3c)를 장착되고, 여기 비히터부(1b)에 사용자 요구에 의해서 백금 온도센서를 이용하여 저항형 출력을 요구할 경우 별도의 저항체인 백금박막형 온도센서(3d)가 추가될 수 있다.

백금박막형 온도센서(3a,3b,3c,3d)(이하, '온도센서'라고도 칭함)에 통신선(4)를 각각 접합하고 센서고정체(6)의 정해진 위치에 각각 백금박막형 온도센서(3a,3b,3c,3d)를 부착한다. 그리고 상기 온도센서와 센서 몸체(8)의 전기적 절연을 위해 0.1mm 두께의 폴리아미드 필름을 삽입해 절연성을 확보하며 보호관(1)의 내경에 들어갈 수 있는 크기로 설계된 절연튜브(7)의 내부에 넣는다. 이때 절연튜브(7)과 센서고정체(6)는 접합제를 통해 일체형을 제조되어 보호관(1)에 내부 장입하고 센서 통신선(4)으로 고탄력인 스폰지 고무(5)를 상부 조립하여 내부에 이물질이 들어오지 않게 한 후 몰딩하고, 각각 보호관(1)이 센서 몸체(8)에 나사로 고정된 후 상부 연결하는 센서 마개(9)로 조립하며, 내부에는 몰딩으로 견고하게 제조된다.

상기 디지털신호처리부(13)는, 도3a에 도시된 바와 같이, 유량감지센서(11)의 감지된 신호를 연결케이블(12)을 통해 입력받는 프로그램된 디지털신호처리부(13)의 CPU(131)와, 상기 CPU(131)에서 인출되어 상기 CPU(131)가 입력된 신호를 비교판단하여 결과신호를 표시하는 LED(132)와, 상기 CPU(131)에서 인출되어 히팅온도를 조정하는 릴레이(133)와, 상기 CPU(131)에서 인출되어 외부 감시용 LCD 연결 포트(134)를 포함한다.

상기 CPU(131)는, 도 3b에 도시된 바와 같이, 유량감지센서(11)의 신호가 입력되는 수신부(131a), 상기 수신부(131a)에서 수신된 신호를 비교 연산하는 연산제어부(131b), 상기 연산제어부(131b)에서 연산된 결과를 출력되는 출력부(131c)를 포함한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 디지털신호처리부(13)는 출력포트(13a,13b)가 구비되어 엔진오일 온도 계측 모니터(B)와 엔진유량 감시 모니터(C)에 결과를 보내 유량의 감지와 그 운전상태를 관리하며, LED(132)와 외부 감시용 LCD 연결 포트(134)로도 결과를 송출한다.

도 3a는 본 발명의 제1실시예에 따른 회로도로서, 전원부(135)와, 그 전원부(135)의 출력을 5V와 15V로 변환시키는 직류변환부(136,137), 그 직류변환부(136,137)는, 센서전원을 인가하는 5V의 직류변환부(136)와, 히터로 사용되는 온도센서(3a)의 전원을 인가하는 15V의 직류변환부(137)로 분리 설계되었다. 또한 히터로 사용되는 온도 센서(3a)의 불량으로 히팅이 되지 않을 경우도 엔진오일의 흐름과 비흐름을 판단하여, LED(132), 릴레이(133), 외부 감시용 LCD 연결 포트(134)에 표시하게 되었다.

따라서 CPU(131))가 히터부(1a)의 온도센서(3a)에 전류를 흐르게 하여 전류가 흐르지 않을 경우, 별도 경고신호로 LED(132), 릴레이(133), 외부 감시용 LCD 연결 포트(134)에 알려 준다.

디지털신호처리부(13)의 최종 출력부(13aa,13bb)는 크게 둘로 나누어져 있다.

하나는, 출력부(13aa)는 디지털신호처리부(13)내에 CPU(131)와 온도 센서(3a,3b,3c)를 구동하기 위한 24V전압과 엔진유량 감시 모니터(C)로 출력을 보내기 위한 4개의 신호라인(2C,1C,1A,2B)으로 구성되어 있으며, 그 신호라인(2C,1C,1A,2B)의 출력 신호를 엔진유량 감시 모니터(C)으로 보낸다.

또 다른 출력부(13bb)는 냉각된 엔진오일의 온도상태를 백금저항 출력(6a, 6b, 6c)으로 엔진오일의 온도계측용 신호를 엔진 오일 온도 계측 모니터(B)으로 보내기 위한 신호로 구분되어 있다.

디지털신호처리부(13)의 커버에 LED(132)가 있어, 유량감지센서용 전자감시장치(A)의 동작중 이상 유무를 외부에서 커버를 열지 않고 감시할 수 있다. 또, 상기 유량감지센서용 전자감지장치(A)의 이상 발생과 릴레이 작동에 문제가 있거나 할 경우, LCD 연결포트(134)을 설계하여, 유량감지센서(11)의 상태와 알람의 종류를 정확하게 검증하며, 셋팅이 용이하게 설계하였다.

별도로 설치된 외부 LCD 모듈(50)을 연결하여(도 6에 도시됨), 상기 모듈의 점검셋팅 완료 후 외부 LCD 모듈(50)을 분리하여 사용이 가능하다.

도 4는, 유량감지센서의 센서 신호의 변화도로써, 엔진오일의 흐름 정도에 의한 온도에 따른 엔진오일의 흐름과 비흐름을 도표로 나타내었다. 도 4에서는 선박에 사용되는 디젤엔진용 냉각오일이 적용된 것이 도시되었다.

이러한 디젤 엔진용 냉각오일에 대한 차열식 유량 스위치 모듈에서 오일이 흐를 때와 흐르지 않을 때를 기준하여 0~1000 범위로 임의의 출력범위를 정하여, 엔진오일에 의한 온도차에 의한 센서값을 그래프로 나타내었다. 가로축은 온도를 나타내고 세로축은 엔진오일의 온도차에 의해 발생되는 아날로그 전압(mv)을 CPU가 변환한 디지털값인 시스템 시그날(System Signal)값으로 표시되어 0~1000 범위로 표기되었다.

도 4을 보면, 히터부(1a)의 온도를 감지하는 온도센서(3b)와 비히터부(1b)의 온도센서를 브릿지회로를 이용하여 차등 나타나는 전압값에 대한 차이값을 나타내는 시스템 시그날값의 온도에 변화에 따른 변화를 나타냈다. 상기 신호의 시스템 시그날값은, 히터부(1a)와 비히터부(1b)간에 온도차이가 크면 높은 수치로 올라가며, 낮은 온도차이일 경우 낮게 떨어진다. 즉, 도 4에서 엔진오일이 흐름일 경우에는 시스템 시그날값이 온도가 4 ~ 70℃에서는 400 에서 350사이에 분포되나 엔진오일이 비흐름일 경우에는 시스템 시그날값이 온도가 4 ~ 70℃에서는 700 에서 690사이에 분포되게 되어, 비흐름일 경우에는 공기 중에 히터로 사용되는 온도센서가 발열되는 열량은 쉽게 주위의 온도를 올리면서 증가하여 높은 온도의 저항출력을 얻을 수 있지만, 오일에 잠겨 사용하는 흐름의 사용환경에서는 온도센서의 열량이 오일에 전달되어 낮아지게 된다. 따라서 히터부(1a)의 온도를 감지하는 온도센서는 낮게 떨어지게 되며, 비히터부(1b)의 온도센서와 유사하게 됨에 따라 시스템 시그날값은 낮아진다.

본 발명에서 디지털신호처리부(13)의 CPU(131)를 이용함에 따라 저항이나 콘덴서와 같은 내부 회로 온도 보상 없이도 사용이 가능함을 알 수 있으며, 회로에서의 온도환경 변화에 영향을 전혀 받지 않음을 알 수 있다.

따라서 본발명의 유량감지센서용 전자감지장치의 시스템 시그날값은 500~600 이 중간으로 기준으로 되어, 그보다 낮은 값은 흐름으로 인식하고, 그보다 높은 값은 비흐름으로 인식하여 출력한다.

도 5의 내용표는, 엔진유량 감시모니터(C)에 보내는 릴레이신호값 SW1과 SW2의 개폐와 LED점등 상태의 신호를 나타낸다. 2개의 릴레이 접점 스위치(SW1,SW2)를 사용하며, 각 접점이 닿으면 닫힘(CLOSE), 접점이 떨어지면 열림(OPEN)으로 구분한다.

도1에 도시한 바와 같이, 디지털신호처리부(13)에는 엔진오일 온도 계측 모니터(B)와 엔진유량 감시 모니터(C)가 연결된다. 디지털신호처리부(13)에는 LED(132)로 현장에서 작동이 확인 할 수 있도록 설치되어 있으며, 도 5에 표기된 색깔로 스위치 SW1과 SW2의 개폐와 LED 점등색으로 유체상태(엔진오일의 흐름과 비흐름), 파워공급상태와 센서/히터알람의 상태를 표시한다. 즉, 각각의 릴레이 스위치(SW1/SW2)의 개폐의 조합에 의하여 상기 LED는 LED 점등색(녹색/적색)으로 유량상태(흐름/비흐름)를 알 수 있으며, 또 LED 점등색(황색-3Hz/.주황색-1Hz)이면 운전상태가 Low Power/Sensor-Heater부의 알람 상태임을 인식할 수 있게 되는 것이다.

상기 Low Power 알람은, 전원부(135)에 공급하는 전원 24V가 15~16V로 떨어졌음을 나타내고, 또 Sensor-Heater부의 알람은, 히터부와 비히터부의 온도센서의 이상을 나타낸다.

도 6에는 본 발명의 시스템에서 점검과 셋팅에 사용되는 LCD모듈(50)이 LCD 연결포트(134)에 접속됨을 보여준다. 디지털신호처리부(13)에 내부 2층 기판으로 제작된 부분에서 아래층의 기판에 LCD 연결포트(134)가 구비되어 있으며, LCD 연결포트(134)에 LCD모듈(50)을 장착하여 보기위해서는 커버(60)를 분리한 후 연결된다. 공간상의 문제와 안정성을 위해 계측 시 연결 후 측정 감시하기 위함이며, 측정과 셋팅후 실제 구동에서는 LCD 모듈(50) 없이 작동한다.

LCD 모듈(50)에는 총 3개의 정보가 표시되며, 그 정보는 시스템 모듈에서, 히터부(1a)와 비히터부(1b)간의 출력값 차이를 나타내는 SC유닛값과, 히터부(1a)에 흐르는 전류값과,센서의 상태를 나타낸다.

시스템 시그날값이 500~600보다 작으면 흐름, 크면 비흐름과, 히터부(1a)에 흐르는 전류값과, 온도센서의 상태로는 정상이면 Normal로, 비정상이면 알람 내용을 Heater alarm, Sensor alarm. Low Power voltage alarm로 구분하여 나타낸다.

이상과 같이 본 발명에 따른 유량감지센서용 전자감지장치는 상기 피스톤 냉각용 오일의 유량을 감지 관리하기 위하여 외부에서 피스톤 냉각오일의 유량 상태와 운전 상태를 에러 종류에 따라 가시적으로 확인할 수 있는 것이 가능하게 된 것이다.

위에서 기술된 것들은 예시적으로 기술되었을 뿐이고 본 발명을 제한하려는 의도는 없으며 본 발명의 정신 및 범위내에서 다양한 변형과 수정이 수행될 수 있음은 물론이라고 할 것이다.

본 발명에 따른 유량감지센서용 전자감지장치는 일반 계측기의 제조공장에서 동일한 제품을 반복적으로 제조하는 것이 가능하다고 할 것이므로 산업상 이용가능성이 있는 발명이라고 할 것이다.

1. 보호관 4. 통신선 5. 스폰지 고무
6. 센서고정체 7. 절연튜브 8. 센서몸체
9. 센서 마개 10. 집유관 11. 유량감지센서
12. 연결케이블 13. 티지털신호처리부
131. CPU 132. LED 133. 릴레이
134. LCD연결포트 135. 전원부 136. 5V 직류변환부
137. 15V 직류변환부

Claims (1)

1. 내연기관의 엔진의 피스톤 냉각용 오일이 흐르는 집진관에서 흐름과 비흐름을 감지하기 위한 유량감지센서용 전자감지장치(A)에 있어서,
   상기 유량감지센서용 전자감지장치(A)는 유량감지센서(11)와, 디지털신호처리부(13)와, 상기 유량감지센서(11)와 디지털신호처리부(13)를 연결하는 연결케이블(12)로 구성되며,
   집유관(10)의 측면의 하부에 유량감지센서(11)가 설치되고, 상기 유량감지센서(11)의 출력부는 연결케이블(12)에 연결되고, 상기 연결케이블의 타단부는 디지털신호처리부(13)에 연결되고,
   상기 디지털신호처리부(13)는, 유량감지센서(11)의 감지된 신호를 연결케이블(12)을 통해 입력받는 CPU(131)와, 상기 CPU(131)에서 인출되어 상기 CPU(131)가 입력된 신호를 비교판단하여 결과신호를 표시하는 LED(132)와, 상기 CPU(131)에서 인출되어 히팅온도를 조정하는 릴레이(133)와, 상기 CPU(131)에서 인출되어 외부 감시용 LCD 연결 포트(134)를 포함하여,
   상기 CPU(131)가 입력된 신호를 비교판단하여 결과신호를 상기 LED(132)와, 릴레이(133)와, 외부 감시용 LCD 연결 포트(134)로 송출하여 피스톤 냉각용 오일유량의 상태를 감지하는 것을 특징으로 하는 유량감지센서용 전자감지장치.
   
   

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