KR101090952B1

KR101090952B1 - 유체진동방식 유량측정장치의 측정 보정 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR101090952B1
Application number: KR1020100112425A
Authority: KR
Inventors: 양형기
Original assignee: (주)케이디씨텍
Priority date: 2010-11-12
Filing date: 2010-11-12
Publication date: 2011-12-13

Abstract

본 발명은 유체진동방식의 유량측정장치의 측정 보정 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
본 발명에서는 관을 통하여 유체를 공급하기 위한 유체공급장치와, 상기 유체공급장치로부터 공급되는 유체가 통과할 때 고유의 진동주파수를 발생시키는 유체 진동체와, 상기 유체 진동체를 통과한 유체의 통과량 및 차단을 통제하는 전자식밸브와, 상기 전자식밸브를 통과한 유체가 누적 저장되는 기준탱크와, 상기 유체 진동체로부터 취득되는 유체통과 시간, 진동주파수, 상기 전자식밸브의 설정 통과 유량, 상기 기준탱크의 설정 누적량의 정보를 기초로 상기 유체 진동체의 고유 선형 보정 계수를 계산하여 저장하기 위한 컴퓨터장치를 포함하는 유체진동방식 유량측정장치의 측정 보정 장치 및 그 방법이 제시된다.

Description

유체진동방식 유량측정장치의 측정 보정 장치 및 그 방법{A compensation method for measurement of a fluidic oscillation type flow meter}

본 발명은 유체진동방식의 유량측정장치의 측정 보정 장치 및 그 방법에 관한 것이다. 더 상세하게는 유체의 통과량을 측정하는 계량기 중에서 유체진동방식을 이용하여 만든 계량기의 특성으로 인한 측정값의 비일관성과 유체진동방식을 구현하기 위하여 제작되는 유체 진동체의 제작시 사출물에서 성형시에 발생되는 틀 변형으로 인한 측정값의 비일관성을 보정하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

유체 제트의 진동을 이용하는 유량 측정계에 관한 내용으로 제트로 분사되는 유체가 제트 출구를 벋어나면서 압력이 떨어지고 떨어진 압력에 의하여 유체가 벽면을 따라 흐르게 되는데 이러한 현상을 코안다 효과(Coanda effect)라 한다.

코안다 효과에 의하여 벽면을 흐르는 유체가 내부 구조에 의하여 그 일부가 다시 제트 입구 쪽으로 오도록 유체의 길을 만들게 되면 직진하는 유체와 벽을 타고 흐르던 유체가 충돌하면서 분출되는 유체의 진행 방향을 방해하게 되어 유체의 제트는 진동을 하게 된다. 이때 진동하는 주기는 유체가 흐르는 유량에 비례하게 되고 이 비례하는 값을 이용하면 유량의 값을 판단할 수 있게 된다. 이러한 원리를 유체 진동(Fluidic Oscillation)이라 하고, 이러한 방식을 구성하여 만든 형태를 유체 진동체(Fluidic Oscillator)라 부른다.

상기 유체 진동체는 유체를 강하게 분사하는 제트 분사구, 제트 분사 후 압력이 떨어져 코안다 효과에 따라 벽면을 흘러 다시 제트 분사구 쪽으로 흐르게 하는 피드백 통로, 그리고 분사된 유체의 진동을 돕는 방해물(obstacle)로 구성된다.

유량에 따른 유체 진동주기를 분석하기 위해서는 유체가 흐름이 규칙적인 층류가 되어야 하는데 이러한 안정된 흐름 여부를 알기 위해 레이놀즈수(Reynolds number) 분석을 한다. 이때 난류가 되기 시작하는 경계 값을 임계 레이놀즈수라 한다. 이러한 현상은 층류를 안정되게 만들도록 설계된 유체 진동체에서도 사출 성형 물의 성형 환경(압력, 온도, 습도 등의 조건)에 따라 임계값을 넘는 조건의 유체 진동체가 만들어질 수 있다. 이와 같은 유체 진동체를 통과하는 동일 유량에서 측정되는 데이터 값이 상이하게 되는 문제점이 있다.

또한, 상기와 같은 유체진동방식을 이용하여 만든 계량기의 특성으로 인하여 계량기를 통과하는 유체가 선형적 유량의 크기 변화할 때에 유량 변화에 따른 유체 진동 주파수가 변하여 측정 데이터는 비선형적 데이터로 검출되어 일정한 비례 값에 의하여 측량되지 못하는 문제점이 있다.

따라서, 유체진동방식의 유량측정장치에서 임계값을 넘는 조건의 유체 진동체로 인한 문제점 및 유량 변화에 따른 유체 진동 주파수의 변화에도 불구하고 항상 일관된 측정이 가능하게 하는 유량측정장치 및 그 방법이 요망된다.

본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 유체진동방식의 유량측정장치에 있어서, 상기 유량측정장치에 사용되는 유체 진동체로 인하여 발생되는 유량 측정의 비일관성과 유량 변화에 따른 유체 진동 주파수의 변화에 의한 유량 측정의 비일관성을 보정하여 일관된 유량측정을 할 수 있는 유량측정장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술적 해결 수단으로서, 본 발명에서는 유체진동방식을 구현하기 위한 유체 진동체에 유량을 단계적으로 양을 조절하여 관을 통하여 보낼 수 있는 유체탱크와 펌프를 포함하는 유량공급장치와, 관을 통과하는 유량을 측정하기 위한 유체 진동체와, 상기 유체 진동체로부터 유체가 통과할 때 발생되는 유체진동주파수를 검출하기 위한 진동주파수검출장치와, 상기 관을 통하여 공급되는 유량을 통제하기 위한 전자식밸브와, 상기 전자식밸브의 구동을 제어하기 위한 밸브제어장치와, 상기 전자식밸브를 통과하여 유입되는 유체를 누적 저장하기 위한 기준탱크와, 상기 기준탱크의 유체 누적량을 체크하기 위한 레벨미터장치와, 상기 레벨미터장치에서 설정된 누적량이 검지되어 송신된 신호를 수신하여 상기 밸브제어장치로 차단신호를 송신하기 위한 밸브제어부와, 상기 레벨미터장치로부터 수신된 상기 기준탱크의 누적량, 상기 누적량의 유체 통과 시간 및 상기 진동주파수검출장치로부터 상기 유체 진동체로부터 검출된 진동주파수 데이터를 수신하여 상기 유체 진동체의 고유 선형보정계수를 계산하기 위한 계산부와, 상기 계산부에서 계산된 고유 선형보정계수를 상기 유체 진동체 정보와 연계하여 저장하기 위한 저장부와, 상기 계산부 및 밸브제어부를 제어하기 위한 제어부를 포함하는 컴퓨터장치를 포함하는 유체진동방식 유량측정장치의 측정 보정 장치 및 상기 장치를 이용한 측정 보정 방법이 제시된다.

본 발명에 의하면, 유체진동방식의 유량측정장치에 있어서, 상기 유량측정장치에 사용되는 유체 진동체로 인하여 발생되는 유량 측정의 비일관성과 유량 변화에 따른 유체 진동 주파수의 변화에 의한 유량 측정의 비일관성을 보정하여 일관된 유량측정을 할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 유체진동방식 유량측정장치의 측정 보정 장치의 실시예에관한 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 유체진동방식 유량측정장치의 측정 보정 방법의 실시예를설명하기 위한 흐름도이다.

이하에서, 본 발명의 실시예의 발명의 구성을 첨부된 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예에 관한 이해를 돕기 위해서, 유체진동방식에서 사용하는 유량측정장치의 유체진동체에 관한 설명을 하기로 한다. 특히 민감한 유체 제트발생 부분이 유체 진동체의 사출 성형시 각각의 유체 진동체가 변형을 일으켜 의도된 형태에서 벗어나는 경우가 있다. 이 경우 유체 진동체의 실험적 자료에 의한 유량 흐름에 따른 정하여진 유체 진동수가 변형되어 유량을 계측함에 있어서 많은 오차를 발생하게 된다. 이러한 유체 진동체에 의한 측정시 유량의 크기가 적을 수록 그 정확도가 떨어지는 것으로 알려져 있다.

유체의 흐름에서 층류에서 난류로 변하는 임계점은 대략 2000~2800 이상인 레이놀즈수의 경우이다. 유체가 난류로 변하는 유량을 측정하는 계산식은 다음과 같다.

상기 식에서,

임계 레이놀즈수 = 2500

동점성계수(kinematic viscosity) = (1.007 x 10⁶) ㎡/s

유체 통과 단면 지름 = 일반 가정용 상수도 경우 = 15mm

인 경우, 유량은 약 0.136 ㎥/h 로 계산되고 이것을 분석하면 시간당 0.136㎥ 이하인 경우부터 발생한다는 의미이다. 또한 유량제트 발생부의 단면적 변화가 0.01인치 변화에 따라서 발생되는 진동주파수에 큰 차이를 나타내는 것으로 알려져 있다.

도 1은 본 발명의 유체진동방식 유량측정장치의 측정 보정 장치의 실시예에관한 개략적인 구성도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 유량측정장치의 측정 보정 장치는, 유체진동방식을 구현하기 위한 유체 진동체에 유량을 단계적으로 양을 조절하여 관을 통하여 보낼 수 있는 유체탱크(110)와 펌프(120)를 포함하는 유체공급장치(100)와, 관을 통과하는 유량을 측정하기 위한 유체 진동체(200)와, 상기 유체 진동체(200)로부터 유체가 통과할 때 발생되는 유체진동주파수를 검출하기 위한 진동주파수검출장치(210)와, 상기 관을 통하여 공급되는 유량을 통제하기 위한 전자식밸브(300)와, 상기 전자식밸브(300)의 구동을 제어하기 위한 밸브제어장치(310)와, 상기 전자식밸브(300)를 통과하여 유입되는 유체를 누적 저장하기 위한 기준탱크(400)와, 상기 기준탱크(400)의 유체 누적량을 체크하기 위한 레벨미터장치(410)와, 상기 레벨미터장치(410)에서 설정된 누적량이 검지되어 송신된 신호를 수신하여 상기 밸브제어장치(310)로 차단신호를 송신하기 위한 밸브제어부(510)와, 상기 레벨미터장치(410)로부터 수신된 상기 기준탱크(400)의 누적량, 상기 누적량의 유체 통과 시간 및 상기 진동주파수검출장치(210)로부터 상기 유체 진동체(200)로부터 검출된 진동주파수 데이터를 수신하여 상기 유체 진동체(200)의 고유 선형보정계수를 계산하기 위한 보정계수계산부(520)와, 상기 보정계수계산부(520)에서 계산된 고유 선형보정계수를 상기 유체 진동체(200)의 정보와 연계하여 저장하기 위한 저장부(530)와, 상기 보정계수계산부(520) 및 밸브제어부(510)를 제어하기 위한 제어부(540)를 포함하는 컴퓨터장치(100)를 포함하여 이루어진다.

상기 유체저장탱크(110)에 저장되어 있는 측정 대상 유체가 상기 펌프(120)의 구동으로 관으로 이송된다. 상기 이송되어 오는 유체는 상기 유체진동장치(200)를 통과하게 되고, 이때 상기 유체진동체(200)를 통과하는 유체에서 진동이 일어나고 유량에 따른 특유의 진동주파수가 발생한다. 상기 진동주파수검출장치(210)에서는 상기 유체진동체(200)에서 발생되는 진동주파수를 검출하여 상기 검퓨터장치(500)의 보정계수계산부(520)로 송신한다. 상기 유체진동체(200)를 통과한 유체는 상기 전자식밸브(300)에서 통제되어 설정된 유량만을 통과시킨다. 상기 전자식밸브(300)를 통과한 유체는 상기 기준탱크(400)에 누적되어 저장된다. 상기 기준탱크(400)에 누적되는 유체의 양을 상기 레벨미터장치(410)에서 체크하고 있다가, 유체의 누적량이 설정된 양에 도달하면 상기 레벨미터장치(410)에서 상기 컴퓨터장치(500)로 그 신호를 송신한다. 상기 레벨미터장치(410)로부터 송신된 신호에 기초해서 상기 컴퓨터장치(500)의 밸브제어부(510)에서는 상기 밸브제어장치(310)로 밸브차단신호를 송신하고 상기 밸브제어장치(310)의 제어에 의해 상기 전자식밸브(300)가 차단된다. 상기 전자식밸브(300)를 차단시키고 상기 컴퓨터장치(500)의 제어부(540)의 제어신호에 따라서 상기 보정계수계산부(520)에서 상기 유체진동체(200) 고유의 선형 보정 계수를 계산하여 상기 저장부(530)에 저장한다.

상기 기준탱크(400)는 예를 들어, ±0.05% 오차 범위의 100ℓ 탱크와 같은 탱크를 사용할 수 있다.

상기 유체 진동체(200)의 고유의 선형 보정 계수의 계산은, 상기 유체 진동체(200)의 유량이 통과된 시간, 상기 전자식밸브(300)에 설정된 통과 유량, 상기 기준탱크(400)에 설정된 누적 유량을 계산하여 정하여진 표준 시간당 유량을 계산하고, 상기 유체 진동체(200)에서 통과시 발생한 유체 진동주파수를 근거로 상기 유체 진동체(200)의 고유 선형 보상 계수를 계산하여 저장한다.

상술한 방법으로 유체의 최소유량에서 임계유량까지 단계별로 0.001 ㎥/h 씩 증가시키면서 상술한 동일 과정을 거쳐 각각의 단계별 상기 유체 진동체(200)의 고유의 선형 보정 계수를 계산하여 저장한다.

또한, 같은 방법으로 0.1 ㎥/h 단위로 세계 수도 미터 15mm 규격의 과대 유량까지 증가시키면서 상술한 동일 과정을 거쳐 단계별 상기 유체 진동체(200)의 고유 선형 보정 계수를 계산하여 저장한다.

상기 유체 진동체(200)로 구성한 유체측정장치를 최종적으로 조립할 때에 상기 유체 진동체(200)의 고유 진동주파수에 맞는 고유의 선형 보정 계수를 상기 저장부(530)에서 찾아내어 상기 유체측정장치에 적용시킨다.

상기 유체 진동체(200)의 고유의 선형 보정 계수를 계산하는 과정을 점 더 상세히 설명하기로 한다.

우선 일반 가정용 수도관을 예를 들면, 15mm 규격으로 기준되는 진동 주파수를 1초에 한번 진동하는 즉 진동 주기가 1000 msec 기준시 약 0.06 ㎥/h가 되어 상기에서 기술한 레이놀즈 임계 예상 기준인 0.135 ㎥/h의 약 50% 내의 비선형 분포 대에 속하게 된다.

즉, 기준 진동 주기 유량 0.06 ㎥/h에서 그 이하인 최대 0.016 ㎥/h (세계 수도 미터 15mm 규격 최소 유량)까지의 비선형 분포와 임계 예상 최대 유량인 0.135 ㎥/h 유량까지를 시간당 유량 0.001 ㎥/h 단위로 세분하여 주기를 측정하고, 측정 주기에 일정 시간 동안 발생된 발생 주기수를 곱하여 계산한 후 측정된 값을 상기 기준탱크(400)에 담겨진 유량 누적치로 나누면 선형 보정 계수의 값이 나오게 된다.

이러한 방법으로 임계 예상 최대 유량까지 선형 보정 계수를 정하고, 그 이후 유량에 대해서는 0.1 ㎥/h 단위로 세계 수도 미터 15mm 규격 과대 수량인 2.5 ㎥/h까지 동일한 방법으로 선형 보정 계수를 산출하게 된다.

이렇게 함으로써, 세계 수도 미터 15mm 규격에 의거한 임계 예상 유량 이하에서의 오차 범위 ±5%, 및 임계 예상 유량 이상 범위에서의 ± 2% 범위 안에 들어가는 안정된 선형 보정 계수를 각 유체 진동체가 갖게 함으로서 유체 진동체 사출에 의한 성형 변형에 대한 불량율을 최소화할 수 있다.

도 2는 본 발명의 유체진동방식 유량측정장치의 측정 보정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

본 발명의 유체진동방식 유량측정장치의 측정 보정 방법은, 유체공급장치에서 유체를 관을 통하여 공급하는 단계(S100)와, 상기 유체공급장치로부터 공급되는 유체가 유체 진동체를 통과할 때 발생되는 진동 주파수를 진동주파수검출장치에서 검출하는 단계(S102)와, 상기 진동주파수검출장치에서 상기 검출된 진동주파수를 컴퓨터장치로 송신하는 단계(S104)와, 상기 유체 진동체를 통과한 유체를 전자식밸브에서 설정된 유량으로 통과하도록 통제하는 단계(S106)와, 상기 전자식밸브를 통과한 유체가 기준탱크에 누적 저장되는 단계(S108)와, 레벨미터장치에서 상기 기준탱크의 유체 누적량을 체크하여 설정된 양으로 검지되면 그 검지신호를 상기 컴퓨터장치로 송신하는 단계(S110)와, 상기 컴퓨터장치에서 상기 레벨미터장치의 검지신호를 수신하여 상기 전자식밸브를 차단시키는 단계(S112)와, 상기 컴퓨터장치에서 상기 유체 진동체의 유량이 통과된 시간, 상기 전자식밸브에 설정된 통과 유량, 상기 기준탱크에 설정된 누적 유량을 계산하여 정하여진 표준 시간당 유량을 계산하는 단계(S114)와, 상기 컴퓨터장치에서 상기 유체 진동체에서 통과시 발생한 유체 진동주파수를 근거로 상기 유체 진동체의 고유의 선형 보정 계수를 계산하는 단계(S116)와, 상기 컴퓨터장치에서 상기 계산된 유체 진동체의 고유 선형 보정 계수를 저장장치에 저장하는 단계(S118)를 포함한다.

상기 본 발명의 유량측정장치의 측정 보정 방법은, 상기 전자식밸브에서 기준 유량과 임계 예상 최대 유량의 범위에서 단위 유량으로 세분하여 각 단계별 상기 유체 진동체의 고유 선형 보정 계수를 상술한 방법으로 구하여 저장한다.

상기 본 발명의 유량측정장치의 측정 보정 방법은, 상기 유체 진동체를 포함하는 유량측정장치를 구성할 때, 상기 컴퓨터장치에서 상기 유체 진동체의 진동주파수를 기초로 상기 저장되어 있는 상기 유체 진동체의 고유의 선형 보정 계수를 검색하여 상기 유량측정장치에 적용시키는 것을 특징으로 한다.

100 : 유체공급장치
200 : 유체 진동체
300 : 전자식밸브
400 : 기준탱크
500 : 컴퓨터장치

Claims

관을 통하여 유체를 공급하기 위한 유체공급장치와,
상기 유체공급장치로부터 공급되는 유체가 통과할 때 고유의 진동주파수를 발생시키는 유체 진동체와,
상기 유체 진동체를 통과한 유체의 통과량 및 차단을 통제하는 전자식밸브와,
상기 전자식밸브를 통과한 유체가 누적 저장되는 기준탱크와,
상기 유체 진동체로부터 취득되는 유체통과 시간, 진동주파수, 상기 전자식밸브의 설정 통과 유량, 상기 기준탱크의 설정 누적량의 정보를 기초로 상기 유체 진동체의 고유 선형 보정 계수를 계산하여 저장하기 위한 컴퓨터장치를 포함하는 유체진동방식 유량측정장치의 측정 보정 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 유체진동방식 유량측정장치의 측정 보정 장치는,
상기 유체공급장치가 유량을 단계별로 공급하도록 하는 수단과,
상기 유체 진동체에 발생되는 상기 진동주파수를 검출하기 위한 진동주파수검출장치와,
상기 기준탱크에서 설정된 유체 누적량을 검지하기 위한 레벨미터장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유체진동방식 유량측정장치의 측정 보정 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 컴퓨터장치는 상기 전자식밸브의 개폐, 유체 통과량 제어를 위한 밸브제어부와,
상기 유체 진동체의 고유 선형 보정 계수를 계산하기 위한 보정계수계산부와,
상기 계산된 선형 보정 계수를 저장하기 위한 저장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체진동방식 유량측정장치의 측정 보정 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 컴퓨터장치에서 상기 유체 진동체의 고유 선형 보정 계수의 계산은,
상기 유체 진동체의 유량이 통과된 시간, 상기 전자식밸브에 설정된 통과 유량, 상기 기준탱크에 설정된 누적 유량을 계산하여 정하여진 표준 시간당 유량과, 상기 유체 진동체의 진동주파수를 기초로 계산하는 것을 특징으로 하는 유체진동방식 유량측정장치의 측정 보정 장치.
유체공급장치에서 유체를 관을 통하여 공급하는 단계와,
상기 유체공급장치로부터 공급되는 유체가 유체 진동체를 통과할 때 발생되는 진동 주파수를 진동주파수검출장치에서 검출하여 컴퓨터장치로 전송하는 단계와,
상기 유체 진동체를 통과한 유체를 전자식밸브에서 설정된 유량으로 통과하도록 통제하는 단계와,
상기 전자식밸브를 통과한 유체가 기준탱크에 누적 저장되는 단계와,
레벨미터장치에서 상기 기준탱크의 유체 누적량을 체크하여 설정된 양으로 검지되면 그 검지신호를 상기 컴퓨터장치로 송신하는 단계와,
상기 컴퓨터장치에서 상기 레벨미터장치의 검지신호를 수신하여 상기 전자식밸브를 차단시키는 단계와,
상기 컴퓨터장치에서 상기 유체 진동체의 고유 및 상기 레벨미터장치로부터의 유량이 통과된 시간, 상기 전자식밸브에 설정된 통과 유량, 상기 기준탱크에 설정된 누적 유량을 계산하여 정하여진 표준 시간당 유량을 계산하는 단계와,
상기 컴퓨터장치에서 상기 유체 진동체에서 통과시 발생한 유체 진동주파수를 근거로 상기 유체 진동체의 고유의 선형 보정 계수를 계산하는 단계와,
상기 컴퓨터장치에서 상기 계산된 유체 진동체의 고유 선형 보정 계수를 저장장치에 저장하는 단계를 포함하는 유체진동방식 유량측정장치의 측정 보정 방법.
삭제
청구항 5에 있어서,
상기 유량측정장치의 측정 보정 방법은,
상기 유체 진동체를 포함하는 유량측정장치를 구성할 때, 상기 컴퓨터장치에서 상기 유체 진동체의 진동주파수를 기초로 상기 저장되어 있는 상기 유체 진동체의 고유의 선형 보정 계수를 검색하여 상기 유량측정장치에 적용시키는 것을 특징으로 하는 유체진동방식 유량측정장치의 측정 보정 방법.