KR101089275B1

KR101089275B1 - 비만관용 전자유량계

Info

Publication number: KR101089275B1
Application number: KR1020090082342A
Authority: KR
Inventors: 이동수
Original assignee: 이동수
Priority date: 2009-09-02
Filing date: 2009-09-02
Publication date: 2011-12-02
Also published as: KR20110024368A

Abstract

본 발명은 전자식으로 액체의 유량 및 유속을 측정하는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공급파이프를 따라서 흐르는 액체의 유량 및 유속을 공급파이프가 만관상태가 아니라도 정확하게 측정할 수 있는 전자유량계에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 측정관을 통과하는 액체의 유량 및 유속을 측정하는 전자유량계에 있어서, 상기 측정관의 중심축에 직교하는 방향으로 자계를 인가하는 복수의 여자코일 쌍; 상기 여자코일에 의한 유도기전력을 측정하도록, 상기 측정관의 내벽에 서로 대향해서 배치된 복수의 기전력감지전극 쌍; 상기 각각의 기전력감지전극 쌍에서 측정된 기전력을 증폭하는 복수의 제1증폭기; 상기 제1증폭기에서 증폭된 신호를 수신하여 디지털 신호로 변환하는 복수의 제1 A/D컨버터; 및 상기 복수의 제1 A/D컨버터에서 신호를 수신하고 연산하는 신호처리부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자유량계가 제공된다.

비만관, 여자코일, 수위센서

Description

비만관용 전자유량계{ELECTRONIC FLOW METER FOR PARTIALLY FILLED PIPELINE}

본 발명은 전자식으로 액체의 유량 및 유속을 측정하는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공급파이프를 따라서 흐르는 액체의 유량 및 유속을 공급파이프가 만관상태가 아니라도 정확하게 측정할 수 있는 전자유량계에 관한 것이다.

도 1은 종래의 전자유량계의 단면도이다. 도 1을 참조하면, 전자유량계는 액체가 통과하는 측정관(1), 자기장을 발생시키기 위한 여자코일(2) 및 기전력을 측정하기 위한 기전력감지전극 쌍(3)을 포함한다. 상기 측정관(1)의 양측에는 액체가 흐르는 관이 연결된다. 이 관에 흐르는 액체는 측정관(1)의 내부로 흐르게 되고 이때 전자유도법칙에 의해 유기된 기전력을 측정하여 유량으로 환산하여 출력하게 된다. 이 기전력 값은 증폭기(4), A/D컨버터(5), 신호 처리부(6)를 거쳐서 증폭되고 변환되며, 표시부(7)에 평균유속 및 유량의 형태로 표시된다. 이 기전력은 유체의 평균유속과 전극 간의 거리에 따라서 변하므로 이를 이용하여 유속 및 유량을 측정할 수 있다. 전자유량계의 유량 측정은 도체가 자계 내를 횡단할 때, 도체의 양단에 기전력이 유기된다는 패러데이의 전자기 유도 법칙을 이용하는 것이다. 흐르는 액체는 움직이는 도체에 해당하므로 액체에 기전력이 유도된다. 전자유량계의 측정 원리 공지의 기술이므로 상세한 설명은 생략한다.

상술한 바와 같이 종래의 전자유량계는 하나의 위치에서 유속을 측정하고, 관의 단면적과 곱하여 유량을 측정한다. 따라서 기본적으로 배관이 만관이 되었을 때 정확한 측정값이 나오며, 비만관 상태의 액체의 유량을 측정할 때에는 큰 오차가 있다. 또한, 만관 상태라 하더라도 액체의 유속은 관내의 위치별로 차이가 있으므로 하나의 위치에서만 유속을 측정하는 종래의 전자유량계에서는 오차가 발생할 수 있다.

본 발명의 상술한 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 본 발명에 의하면, 측정관을 통과하는 액체의 유량 및 유속을 측정하는 전자유량계에 있어서, 상기 측정관의 중심축에 직교하는 방향으로 자계를 인가하는 복수의 여자코일 쌍; 상기 복수의 여자코일 쌍에 순차적으로 전력을 인가하는 스위칭여자회로; 상기 여자코일에 의한 유도기전력을 측정하도록, 상기 측정관의 내벽에 서로 대향해서 배치된 복수의 기전력감지전극 쌍; 상기 각각의 기전력감지전극 쌍에서 측정된 기전력을 증폭하는 제1증폭기; 상기 제1증폭기에서 증폭된 신호를 수신하여 디지털 신호로 변환하는 제1 A/D컨버터; 및 상기 제1 A/D컨버터에서 신호를 수신하고 연산하는 신호처리부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자유량계가 제공된다.

또한, 상기 측정관을 통과하는 액체의 수위를 측정하도록, 상기 측정관에 설치되는 수위센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자유량계가 제공된다. 수위 를 측정하면 평균 유량을 측정할 수 있다는 장점이 있다.

본 발명에 따른 전자유량계는 복수의 기전력감지전극 쌍을 이용하여 다양한 위치에서 유속을 측정하여 평균유속을 계산하므로 측정오차를 줄일 수 있다. 또한, 복수의 기전력감지전극 쌍과 수위센서가 설치되어 있으므로 비만관시에도 정확한 유량측정이 가능하다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 도면에서 구성요소의 크기와 형상 등은 발명의 이해를 돕기 위해 과장되거나 단순화되어 나타날 수 있다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전자유량계의 블록도이며, 도 3은 도 2에 도시된 전자유량계의 일부분의 구성을 나타낸 개략도이다. 도 2를 참고하면, 본 발명에 따른 전자유량계는 스위칭여자회로(10), 유속측정부(20), 수위센서(30), 제1, 제2증폭기(40, 50), 제1, 제2 A/D컨버터(60, 70), 신호처리부(80) 및 표시부(90)를 포함한다. 도 3을 참고하면, 유속측정부(20)는 측정관(21), 복수의 여자코일 쌍(22), 복수의 기전력감지전극 쌍(23)을 포함한다.

측정관(21)은 유속 및 유량 측정 대상이 되는 액체가 통과하는 관이다. 측정관(21)의 내경은 액체가 통과하는 파이프라인(미도시)의 내경과 동일한 것이 바람직하다. 액체의 흐름을 방해하지 않도록 하기 위함이다. 측정관(21)의 내부는 절연체 라이닝(211)이 설치되어 있다.

여자코일(22)은 측정관(21)의 중심축에 직교하는 방향으로 자계를 인가하도록 측정관(21)의 외주면에 설치되어 있다. 각각의 여자코일(22)은 각각의 기전력감지전극(23)으로부터 일정한 간격으로 이격된 상태로 기전력감지전극(23)을 감싸는 형태로 배치된다. 여자코일(22)은 두 개가 한 쌍을 이루도록 서로 마주보고 설치되어 있다. 본 실시예에서는 총 다섯 쌍의 여자코일 쌍(22)이 설치되어 있다.

여자코일(22)은 스위칭여자회로(10)를 통해서 전원공급수단(미도시)과 연결되어 있다. 스위칭여자회로(10)는 측정관(21) 내에 같은 높이로 설치되어 있는 각각의 여자코일 쌍(22)에 순차적으로 전류가 흐르도록 한다. 동시에 모든 여자코일 쌍(22)에 전류가 흐르면, 모든 여자코일 쌍(22)에서 동시에 자기장이 발생하게 되며, 하나의 여자코일 쌍(22)에서 발생하는 자기장이 다른 여자코일 쌍(22)에서 발생하는 자기장과 간섭을 일으켜 측정값에 오차가 생기기 때문이다.

기전력감지전극(23)은 측정관(21)을 관통하여 설치되며, 그 일단이 측정관(21)의 내부에 노출된다. 기전력감지전극(23)도 두 개가 한 쌍을 이루도록 서로 마주보고 설치되어 있다. 여자코일(22)에 의해서 인가된 자계를 통과하면서 흐르는 액체는 전기전도성이 있기 때문에 움직이는 도체로서 작용을 한다. 따라서 액체가 흐르는 방향과 자계의 방향에 수직인 방향으로 유도기전력이 발생한다. 이 기전력 은 액체의 유속에 비례한다. 기전력감지전극(23)은 이 유도기전력을 측정한다. 기전력감지전극(23)은 측정관(21)의 내부에 설치된 절연체 라이닝(211)에 의해서 절연된다.

기전력감지전극(23)에서 측정된 유도기전력은 제1증폭기(40)를 통해서 일정한 크기로 증폭된다. 제1증폭기(40)는 제1 A/D컨버터(60)와 접속되며, 제1 A/D컨버터(60)는 제1증폭기(40)에서 인가되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다. 변환된 신호는 제1 A/D컨버터(60)와 접속된 신호처리부(80)에서 처리된다. 신호처리부(80)는 변환된 신호를 저장, 연산할 수 있는 마이크로프로세서와 같은 것이 될 수 있다. 신호처리부(80)는 각각의 여자코일 쌍(22)으로부터 측정한 유도기전력 값을 측정관(21)의 높이별 유속으로 변환하고, 그 평균값을 연산한다. 신호처리부(80)에서 연산 된 값은 표시부(90)를 통하여 표시된다.

수위센서(30)는 통상의 공지된 수위센서를 사용한다. 예를 들면, 초음파 수위센서, 정전용량식 수위센서 등이 있다. 초음파 수위센서는 송신기에서 발사한 초음파가 측정 면에서 반사되어 돌아오기까지의 시간을 측정하여 수위를 측정한다. 정전용량식 수위센서는 측정 전극 간 또는 측정 전극과 용기 간의 전기 용량이 수위에 비례하여 변화하는 것을 이용하는 것이다. 본 실시예에서는 정전용량식 수위센서를 사용하였다. 수위센서(30)에서 특정된 전기 용량 값은 제2증폭기(50)를 통해서 증폭되고, 제2 A/D컨버터(70)를 통해서 디지털 신호로 변환된다. 변환된 신호는 신호처리부(80)에 입력되어, 연산 된 유속의 평균값과 함께 유량 계산에 사용된다. 측정관(21)의 형상은 정해져 있으며, 수위센서(30)를 통해서 수위를 측정할 수 있으므로 유체의 단면적을 계산할 수 있다. 이 단면적 값에 유속의 평균값을 곱하면 유량의 평균값을 얻을 수 있다.

이하, 상술한 바와 같이 구성된 본 실시예의 전자유량계의 작동 메커니즘에 대해 설명한다. 일단, 전원공급수단에서 일정한 주기로 위상이 변화하는 전원을 발생시킨다. 발생한 전원은 스위칭여자회로(10)에 의해서 각각의 여자코일 쌍(22)에 순차적으로 공급된다. 예를 들면, 가장 아래에 배치된 여자코일 쌍(22e)에서부터 가장 위에 배치된 여자코일 쌍 순(22a)으로 전원이 공급될 수 있다. 이를 기준으로 설명한다. 가장 아래에 배치된 여자코일 쌍(22e)에 전원이 공급되면, 이 여자코일 쌍(22e) 주위에 자기장이 발생하고, 이 여자코일 쌍(22e)에 인접한 기전력감지전극 쌍(23e)에서 흐르는 액체가 자기장을 관통함으로써 유기되는 유도기전력을 측정하게 된다. 측정된 기전력은 제1증폭기(40)를 통해서 증폭되고, 제1 A/D컨버터(60)를 통해 디지털신호로 변환된 후 신호처리기(80)에서 처리되어 저장된다. 다음으로, 아래에서 두 번째에 배치된 여자코일 쌍(22d)에 전원이 공급되고, 상술한 것 마찬가지로 이 여자코일 쌍(22d)에 인접한 기전력감지전극 쌍(23d)에서 유도기전력을 측정하여 제1증폭기(40)를 통해서 증폭되고, 제1 A/D컨버터(60)를 통해 디지털신호로 변환된 후 신호처리기(80)에서 처리되어 저장된다. 이러한 방법으로 가장 위에 배치된 여자코일 쌍(22a)에서 측정된 신호까지 신호처리기(80)에 저장되면 저장된 유속 값들의 평균값을 연산한다.

유속 측정과 동시에 수위센서(30)에서 측정된 전기 용량 값이 제2증폭기(50)를 통해서 증폭되고, 제2 A/D컨버터(70)를 통해서 디지털 신호로 변환된 후 신호처 리부(80)에 입력된다. 이 측정값을 처리하여 측정관(21)을 흐르는 액체의 수위를 계산하고, 이 수위를 이용하여 흐르는 액체의 단면적을 계산한다. 다음으로, 이 단면적 값에 유속 값의 평균값을 곱하여 평균 유량을 계산한다. 마지막으로 위치별 유속, 평균 유속, 평균 유량을 표시부(90)에 표시한다.

이상, 본 발명의 일실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함은 명백하다.

도 1은 종래의 전자유량계의 단면도

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전자유량계의 블록도

도 3은 도 2에 도시된 전자유량계의 일부분의 구성을 나타낸 개략도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 스위칭여자회로 20: 유속측정부

21: 측정관 22: 여자코일

23: 기전력감지전극 30: 수위센서

40: 제1증폭기 50: 제2증폭기

60: 제1 A/D컨버터 70: 제2 A/D컨버터

80: 신호처리부 90: 표시부

Claims

측정관을 통과하는 액체의 유량 및 유속을 측정하는 전자유량계에 있어서,

상기 측정관의 중심축에 직교하는 방향으로 자계를 인가하는 복수의 여자코일 쌍;

상기 복수의 여자코일 쌍 중 같은 높이로 설치되어 있는 여자코일 쌍에 순차적으로 전력을 인가하는 스위칭여자회로;

상기 여자코일에 의한 유도기전력을 측정하도록, 상기 측정관의 내벽에 서로 대향해서 배치된 복수의 기전력감지전극 쌍;

상기 각각의 기전력감지전극 쌍에서 측정된 기전력을 증폭하는 제1증폭기;

상기 제1증폭기에서 증폭된 신호를 수신하여 디지털 신호로 변환하는 제1 A/D컨버터;

상기 제1 A/D컨버터에서 신호를 수신하여 높이별 유속을 연산하는 신호처리부; 및

상기 측정관을 통과하는 액체의 수위를 측정하도록, 상기 측정관에 설치되는 수위센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 비만관용 전자유량계.
삭제
제1항에 있어서,

상기 수위센서에서 측정된 신호를 증폭하는 제2증폭기 및 상기 제2증폭기에서 증폭된 신호를 수신하여 디지털 신호로 변환하는 제2 A/D컨버터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비만관용 전자유량계.
제1항에 있어서,

상기 수위센서는 정전용량식 수위센서인 것을 특징으로 하는 비만관용 전자유량계.
제1항에 있어서,

상기 신호처리부에서 처리된 신호를 출력하는 표시부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비만관용 전자유량계.