KR101178455B1 - 수처리용 폴리머 약품용액의 농도측정장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수처리용 폴리머 약품용액의 농도측정장치에 관한 것으로서, 특히 설정된 주기와 전압을 가지는 사각파를 생성하는 사각파 발생기; 상기 사각파 발생기에서 출력된 사각파를 반전시켜 출력하는 인버터; 유체에 침지되어 유체의 저항을 측정하는 두 개의 탐침으로 구성되며, 제1 탐침에는 상기 사각파 발생기의 출력 신호가 인가되고, 제2 탐침에는 상기 인버터의 출력 신호가 인가되는 탐침부; 상기 탐침부로부터 측정된 유체의 저항에 따른 전압값으로 변환시켜 출력하는 저항-전압 변환부; 상기 저항-전압 변환부의 출력된 아날로그 전압값을 수치화된 디지털 값으로 변환시키는 마이크로 프로세서; 및 상기 저항-전압 변환부의 출력단에 배치되며, 구동 회로의 부하 효과를 방지하는 버퍼를 포함하며, 상기 저항-전압 변환부는, 상기 사각파 발생기의 출력단과 상기 인버터의 출력단 사이에 구비되는 가변 저항을 포함하며, 상기 탐침부에서의 상기 인버터의 출력과 연결되는 단자로부터 전압값을 추출하여 상기 버퍼로 제공하는 것을 특징으로 한다
Description
본 발명은, 농도 측정 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 물체가 가지는 고유 특성 중 하나인 저항값을 이용하여 액체의 농도를 측정하는, 수처리용 폴리머 약품용액의 농도측정장치에 관한 것이다.
종래의 액체의 농도를 측정하는 방법으로서 다음과 같은 특허들이 출원되었다. 먼저, 한국공개특허공보 10-1992-0003051 "농도측정기(주식회사엘에스)"(문헌 1)에서는 센서헤드가 구동되면서 유입되는 액체의 농도값을 검출하게 되는데, 액체의 농도값에 따라 D.C 모터의 회전속도가 변화하는 점을 이용하여 액체의 농도를 측정한다.
또한, 한국공개특허공보 10-2007-0080816 "액체 농도를 정밀하게 측정하기 위한 센서의 제조방법 및 이에 의해 제조된 센서(한연수)"(문헌 2)에는 절연체 튜브인 센서튜브의 내부에 채워진 액체의 전기용량을 측정하여 액체에 대한 농도를 측정하기 위해 하이(High) 전극과 로우(Low) 전극을 각각 갖는 링 형상을 형성시키고, 상기의 링 형상 전극을 절연체 튜브인 센서튜브의 외측면에 2개 이상 위치시켜 구비시킴으로써 액체의 농도를 정밀하게 측정하기 위한 센서의 제조방법이 개시되었다.
한국공개특허공보 10-2007-0049947 "액체의 농도 및 레벨을 정밀하게 측정하기 위한 센서의 제조방법 및 이에 의해 제조된 센서(한연수)"(문헌 3)에는 유연성이 있는 절연체 필름의 표면에 2개 이상의 복수의 전극(High, Low)을 형성시키고, 상기의 전극을 형성시킨 절연체 필름을 절연체 튜브의 외측 표면에 부착시켜 액체의 농도 및 레벨을 정밀하게 측정하는 방법이 제안되었다.
아울러, 한국공개특허공보 10-1996-0005076 "초음파식 액체농도측정장치(일본 스미또모 가가꾸 가부시끼가이샤)"(문헌 4)는 초음파 수발신부 및 초음파 반사부에 대한 기포제거 수단을 갖는 초음파식 액체농도 측정장치에 관한 것으로, 매우 높은 점도하에서, 신속한 측정이 가능한 초음파식 액체농도 측정장치를 제공한다. 이때, 상기 초음파식 액체농도 측정장치는 농도측정용 액체 중에 설치된 초음파 수발신부 및 초음파 반사부를 가지며, 초음파 수발신부로부터 초음파를 발신하고, 상기 초음파 반사부에서 반사하여 되돌아오는 초음파를 초음파 수신부에서 수신하며, 발신으로부터 수신까지의 시간을 측정함으로써, 액체 중에서의 초음파의 전파속도를 구하고, 이 전파속도가 액체의 농도에 의존하는 성질을 이용하여, 액체의 농도를 구한다.
한편, 액체의 농도가 굴절량과 상관 관계를 가지는 점을 이용하여 액체의 농도를 구하는 방법이 제안되었다.
도 1의 그래프는 설탕물 농축액(Sugar concentration)과 굴절량(Refractive index)의 상관관계를 나타내는 그래프로서 설탕물의 농도가 증가하면 굴절량이 증가함을 알 수 있다. 이러한 굴절률 특성에 특정 파장의 빛을 사용해서 이 빛이 물질을 투과하면서 굴절하는 각도로 농도의 측정이 가능하다.
그러나, 이러한 측정기를 구성하기 위해서는 고가의 광원 발생 장치(Light source)와 측광기(Photo detector)의 구성이 필요하고, 측정 시에도 용액의 샘플을 채취하고, 이를 측정기에 직접 인지시켜야 하는 등의 어려움이 있다. 한편, 굴절계(refractometer)는 빛에 대한 물질의 굴절률을 측정하기 위한 기계를 말하며, 이미 굴절률을 알고 있는 물질과 굴절률을 조사하려는 물질을 붙여놓고 그 경계면으로 빛을 조사하였을 때 전반사되는 때의 입사각을 이용하여 굴절률을 구한다. 다른 형태로서 빛의 간섭현상을 이용한 간섭굴절계도 있다. 또한, 액체의 농도를 측정하는 다른 방법으로서 전자유도 작용에 의한 전기 전도율 측정방식이 있다.
한편, 물체가 가지는 고유 특성 중 하나인 저항값을 이용하여 액체의 농도를 측정하는 방법을 고려할 수 있으나, 이러한 농도 측정 방법은 고농도(고점도) 용액 저항 측정에 문제가 있다.
즉, 도 2에 도시된 바와 같이 전극(탐침) 사이에 직류(DC, Direct Current)를 인가하여 측정하는 경우, 처음 전압을 인가하게 되면 용액 내 전자(電子)들이 분극(Polarization) 되면서 저항이 점차 증가하여 측정값이 계속 변하게 되고, 전자들이 안정화되어 측정값이 안정될 때까지 수십 초 이상의 시간이 소요된다. 또한 안정화 여부도 정확한 판단이 불가하여 측정이 매우 어려워지는 단점이 있다.
또한, 도 3에서 도 4로 직류의 인가에 의하여 안정화가 이루어진 상태에서도 물리적 변화(용액의 유동, 교반 등)에 따른 교란(Disturbance)이 발생하면 바로 안정화(분극의 정렬)가 깨져 저항값의 변화가 생기므로 이러한 외부교란의 영향을 고려하여 보정하지 않으면 측정값을 신뢰할 수 없게 된다.
따라서, 액체의 농도 측정에 저항값을 이용하면서도, 종래와 같은 분극 및 불안정화에 따른 측정의 어려움을 해결할 수 있는 방안이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 물체가 가지는 고유 특성 중 하나인 저항값을 이용하여 액체의 농도를 측정하는, 수처리용 폴리머 약품용액의 농도측정장치를 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 물체가 가지는 고유 특성 중 하나인 저항값을 이용하여 액체의 농도를 측정하며 휴대가 가능하도록 구현된, 수처리용 폴리머 약품용액의 농도측정장치를 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 물체가 가지는 고유 특성 중 하나인 저항값을 이용하여 액체의 농도를 측정하며, 수중 전동기 내부 절연유의 농도변화를 인식하여 침수를 인식함으로써 침수 감지 센서에 응용하는, 수처리용 폴리머 약품용액의 농도측정장치를 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하고, 후술하는 본 발명의 특유의 효과를 달성하기 위한, 본 발명의 특징적인 구성은 하기와 같다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 수처리용 폴리머 약품용액의 농도측정장치는, 설정된 주기와 전압을 가지는 사각파를 생성하는 사각파 발생기; 상기 사각파 발생기에서 출력된 사각파를 반전시켜 출력하는 인버터; 유체에 침지되어 유체의 저항을 측정하는 두 개의 탐침으로 구성되며, 제1 탐침에는 상기 사각파 발생기의 출력 신호가 인가되고, 제2 탐침에는 상기 인버터의 출력 신호가 인가되는 탐침부; 상기 탐침부로부터 측정된 유체의 저항에 따른 전압값으로 변환시켜 출력하는 저항-전압 변환부; 상기 저항-전압 변환부의 출력된 아날로그 전압값을 수치화된 디지털 값으로 변환시키는 마이크로 프로세서; 및 상기 저항-전압 변환부의 출력단에 배치되며, 구동 회로의 부하 효과를 방지하는 버퍼를 포함하며, 상기 저항-전압 변환부는, 상기 사각파 발생기의 출력단과 상기 인버터의 출력단 사이에 구비되는 가변 저항을 포함하며, 상기 탐침부에서의 상기 인버터의 출력과 연결되는 단자로부터 전압값을 추출하여 상기 버퍼로 제공하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 장치는 상기 저항-전압 변환부의 출력단에 배치되며, 상기 저항-전압 변환부의 출력 전압값을 정류시키는 정류기를 더 포함한다.
또한, 상기 장치는 상기 저항-전압 변환부의 출력단에 배치되며, 상기 저항-전압 변환부의 출력 전압값에서 불필요한 고주파 성분을 제거시키는 저주파 필터를 더 포함한다.
한편, 상기 사각파 발생기, 상기 인버터, 상기 저항-전압 변환부 및 상기 마이크로 프로세서는 휴대용 케이스의 내부에 구비되며, 상기 탐침은 절연체 내에서 케이블을 통해 결합되어 상기 휴대용 케이스와 연결될 수 있다.
상기 두 개의 탐침은 서로 이격 배치되며, 상기 절연체 하부로 노출될 수 있다.
상기 절연체에는 온도계가 더 설치될 수 있다.
본 발명에 따르면, 수처리용 폴리머 약품용액의 농도측정장치를 일반적인 농도측정이 불가능한 곳, 고농도/고점도의 액체 농도 측정이 필요한 곳, 실시간으로 농도측정이 필요한 곳, 농도측정과 농도의 제어가 동시에 필요한 곳 등에 설치함으로써 정확한 원자재 관리와 공정관리/품질관리가 가능한 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 종래에는 실시간 농도 측정이 불가능하였던 하수처리 공정에 사용 중인 폴리머(고분자 응집제) 용액의 정확한 농도를 측정함으로써 폴리머 사용량을 정확하게 조절하고, 약품사용량을 줄여 자연환경 보호와 에너지 절감을 할 수 있는 장점이 있다.
수중 교반기 외에 수면 아래에서 구동하는 전동기의 경우 회전부의 기밀유지를 위해 일반적으로 메카니컬 씰을 사용한다. 이때 전동기 내부는 절연유를 사용하게 된다. 따라서, 사용 중 전동기 내부로 물 등의 액체가 들어와 침수가 발생할 경우 본 발명에 따른 농도 측정 장치를 절연유의 농도 변화를 감지하여 침수 여부를 확인하는 저가의 센서로 응용하는 것이 가능하다.
도 1은 설탕물 농축액과 굴절량의 상관 관계를 나타내는 그래프이다.
도 2는 전극 사이에 직류를 인가할 때, 전자들의 상태를 나타내는 모식도이다.
도 3 및 도 4는 전극 사이에 직류를 인가할 때, 안정화되는 상태를 나타내는 모식도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 수처리용 폴리머 약품용액의 농도측정장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 농도 측정 장치의 회로도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 휴대용 농도 측정 장치를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 농도 측정 장치가 구비된 고체입자 용해장치의 측면 구조도이다.
도 9는 본 발명에 적용되는 농도 측정 장치를 이용하여 측정한 전압값과 농도값에 대한 기준 테이블이다.
도 10은 도 9의 기준 테이블에 의해 도출된 전압값과 농도값의 상관그래프이다.
도 2는 전극 사이에 직류를 인가할 때, 전자들의 상태를 나타내는 모식도이다.
도 3 및 도 4는 전극 사이에 직류를 인가할 때, 안정화되는 상태를 나타내는 모식도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 수처리용 폴리머 약품용액의 농도측정장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 농도 측정 장치의 회로도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 휴대용 농도 측정 장치를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 농도 측정 장치가 구비된 고체입자 용해장치의 측면 구조도이다.
도 9는 본 발명에 적용되는 농도 측정 장치를 이용하여 측정한 전압값과 농도값에 대한 기준 테이블이다.
도 10은 도 9의 기준 테이블에 의해 도출된 전압값과 농도값의 상관그래프이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 적절하게 설명된다면 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 동일 또는 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
본 발명은 물체가 가지는 고유 특성 중 하나인 저항값을 이용하여 액체의 농도를 측정하는 수처리용 폴리머 약품용액의 농도측정장치를 제안한다. 특히, 본 발명은 직류를 이용할 경우 나타나는 분극에 따른 문제점을 해결하기 위해 교류를 이용하여 저항을 측정한다.
한편, 본 발명은 일반적인 산업/제조 공정에 응용이 가능하다. 예컨대, 일반적인 농도측정이 불가능한 곳, 고농도/고점도의 액체 농도 측정이 필요한 곳, 실시간으로 농도측정이 필요한 곳, 농도측정과 농도의 제어가 동시에 필요한 곳 등에 이용될 수 있다.
또한, 하수처리기계에서 수중펌프 및 교반기의 내부 침수 감지용 센서로도 활용될 수 있으며, 하수처리 공정에 사용 중인 폴리머 용액의 농도 조절이 필요한 폴리머 용해장치(예컨대, 패치타입, 3단 용해조 타입 등)에 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 농도 측정 장치는 먼저 저항을 측정하고자 하는 물체에 전극을 연결하여 미리 알려진 정전압(V,volts)을 인가(印加) 한다. 그런 다음, 이 물체를 통해서 흐르는 전류(I,ampers)를 측정하여 R=V/I를 계산하면 해당 물체의 저항값이 된다. 이때, 역으로 미리 정해진 전류를 흘리고 물체 양단의 전압을 측정함으로써 저항값을 측정할 수 있다.
한편, 직류를 사용하며 일정한 교란(Disturbance)을 주는 방법이 제안될 수 있다. 이러한 방법은 측정하고자 하는 용액을 작은 관(Pipe)을 통하여 지속적으로 순환(Recirculation)시키고 이 관의 내부에 측정기를 설치한다. 이렇게 하면, 관내로 공급되는 용액의 유량과 압력이 일정하게 유지되며 용액의 유속도 일정하게 유지될 것이고, 이때 충분한 유속을 갖게 되면 직류에 의한 분극이 생기기 전에 용액은 전극(탐침)을 지나게 되어 어느 정도 안정적인 저항값을 얻을 수 있다. 그러나, 이러한 방법을 사용하기 위해서는 펌프 및 배관 등의 부가장치가 필요하게 되어 휴대가 불가능해지는 단점이 있다.
따라서, 본 발명은 교류(AC, Alternating Current)를 이용한 저항 측정 방법을 제안하고자 하는 것으로서, 교류에 의해 분극(Polarization)이 생기는 수초의 시간보다 훨씬 더 빠른 주기로 탐침의 극성을 반복하여 바꿈으로써 분극이 생기지 않도록 하며, 이를 바탕으로 하여 농도별 저항값의 차이로 농도를 판별할 수 있게 된다. 본 발명에 따른 방법은 다른 방법에 비하여 구성이 단순하고 부가장치의 규모가 작아 가격이 저렴하며 휴대가 가능한 장점이 있다.
먼저 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 교류(AC, Alternating Current)를 이용한 농도 측정 장치의 기본원리를 설명한다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 저항을 이용한 농도 측정 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 농도 측정 장치는 사각파 발생기((Square wave generator; 10), 인버터(inverter; 11), 저항-전압 변환부(Resistance to Voltage converter; 12), 탐침부(13), 버퍼(buffer; 14), 정류기(rectifier; 15), 저주파 필터(Low pass filter; 16), 마이크로 컨트롤러(Micro controller; 17) 등을 포함하여 구성할 수 있다. 한편, 본 발명에 따른 농도 측정 장치는 도 5에 도시된 구성과 다른 형태로 구현하는 것도 가능하며, 일부 구성요소들은 제외되거나, 도시되지 않은 구성요소들이 더 추가될 수도 있다. 즉, 본 발명에 따른 농도 측정 장치는 교류를 발생시키는 수단과, 상기 발생된 교류를 용액에 인가하는 탐침 수단과, 상기 탐침 수단을 통해 흐르는 전류에 대한 전압값을 수치화하여 나타낼 수 있는 수단을 기본적으로 구비하고, 여기에 새로운 구성을 추가하거나 변경함으로써 다양한 형태로 구현할 수 있다.
일 예로서, 도 5를 참조하면 먼저 사각파 발생기(10)는 용액에서 분극(Polarization)이 발생하지 않는 최소의 전압 및 주파수를 가지는 사각파를 생성한다. 예컨대, 전압은 -12V 내지 12V이고, 주파수는 482Hz의 사각파를 생성할 수 있다.
인버터(11)는 상기 사각파 발생기(10)의 출력 신호를 변환(Inverting)하여 역상의 신호(Signal shape)를 출력한다.
한편, 상기 사각파 발생기(10)와 인버터(11)에서 각각 출력되는 두 개의 사각파(Square wave)는 저항-전압 변환부(12)로 인입되어 측정장치에 장착되는 탐침부(전극)(13)에 전달된다. 이때 상기 탐침부(13)의 두 개의 탐침 전극(탐침) 사이에는 상기 생성된 사각파에 의해 교류가 흐르게 되고, 상기 탐침은 측정할 유체에 침지시키게 된다. 이때, 상기 탐침 사이에는 용액의 농도에 따라 고유한 저항값을 가지게 된다.
이와 같이, 상기 전극 사이에 형성되는 저항값에 따라 저항-전압 변환부(12)의 출력 전압값은 비례적으로 변하게 된다.(저항값 ∝ 저항-전압 전환기의 출력 전압값) 한편, 상기 저항-전압 변환부(12)의 출력 전압은 파동(Fluctuation) 폭이 크므로 버퍼(14) 및 정류기(15)를 거쳐 정류된 후, 저주파 필터(16)로 입력되고, 1차로 저주파 필터(16)를 사용하여 4.8Hz 이상의 신호는 걸러냄으로써 안정된 신호를 얻는다.
마지막으로, 상기 저주파 필터(16)를 통하여 얻어진 신호는 AVR 등과 같은 마이크로 컨트롤러(17) 내에 구성된 아날로그-디지털 변환기(Analog to digital converter; A/D converter)를 통하여 수치화된 디지털 값으로 변환되고, 측정값의 신뢰도를 높이기 위해 상기 측정된 값을 복수회(예컨대, 30회) 읽어 그 평균값을 최종 측정값으로 사용할 수 있다.
한편, 상기 도 5의 각 기능블록은 소프트웨어 또는 하드웨어 형태로 다양한 방법에 의해 구성하는 것이 가능하며, 예컨대 도 6과 같은 회로로 구현할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 농도 측정 장치의 회로도이다. 즉, 상술한 도 5의 각 구성블록을 도 6의 회로와 같이 구현할 수 있다. 따라서, 도 5 및 도 6에서 동일한 참조 번호는 동일한 기능을 하는 구성으로 볼 수 있다.
도 6을 참조하면, 사각파 발생기(10)는 연산 증폭기(operational amplifier)로 구현할 수 있으며, 원하는 전압 및 주파수의 출력 파형을 얻기 위해 적어도 하나의 저항 및 콘덴서들이 추가될 수 있다. 아울러, 안정된 신호를 출력하기 위하여, 풀 업 저항 또는 풀 다운 저항 등이 더 추가될 수 있다. 한편, 도 6에서는 연산 증폭기를 사용하여 사각파 발생기(10)를 구현하였으나, 다른 회로 및 신호 발생기를 사용하여 구현하는 것도 가능하다.
상기 사각파 발생기(10)의 출력은, 예컨대 0V 내지 +9V의 정현파로서, 상기 출력값은 저항-전압 변환부(12)를 거쳐 탐침부(13)의 한쪽 전극으로 공급되며, 아울러 인버터(11)로 공급된다. 즉, 상기 사각파 발생기(10)의 출력은 인버터(11)를 구성하는 연산 증폭기의 역상 입력 단자(- 단자)로 입력되고, 연산 증폭기를 통해 역상으로 신호가 반전되어 출력(예컨대, -9V 내지 0V)된다. 따라서, 상기 인버터(11)의 출력은 상기 사각파 발생기(10)의 출력값의 역상 신호로서 상기 저항-전압 변환부(12)를 거쳐 탐침부(13)의 다른쪽 전극으로 공급된다.
상기 저항-전압 변환부(12)는 다양한 형태로 구현 가능하며, 도시된 바와 같이 사각파 발생기(10)의 출력과 인버터(11)의 출력 사이에 가변 저항을 구비하고, 상기 저항-전압 변환부(12)에서 상기 탐침부(13)의 상기 인버터(11)의 출력과 연결되는 단자로부터 전압값을 추출하여 버퍼(14)로 제공함으로써 용액의 농도에 따라 변화하는 저항에 따른 전압값을 얻을 수 있다.
상기 버퍼(14)는 연산 증폭기로 구현된 전압 플로워로서 구동 회로의 부하 효과를 막는 완충 증폭 회로이다. 상기 버퍼(14)에서 출력되는 전압 신호는 다이오드(diode) 등으로 구성되는 정류기(15)를 거쳐 정류되어, 저주파 필터(16)로 제공된다. 상기 저주파 필터(16)는 비드(BEAD), 코일 및 콘덴서 등의 다양한 고주파 제거 수단으로 구현할 수 있다. 상기 저주파 필터(16)에서는 입력된 신호의 불필요한 고주파 성분을 제거한다.
마지막으로, 상기 저주파 필터(16)를 통과한 측정된 전압 신호는 마이크로 컨트롤러(17)로 제공되며, 마이크로 컨트롤러(17)의 A/D 컨버터에 의해 아날로그 전압값을 디지털로 수치화하여 출력한다.
한편, 상기 마이크로 컨트롤러(17)는 다양한 소자로 구현하는 것이 가능하며, 예컨대, AVR A/D 컨버터와 같은 RISC(Reduced instruction set computer) 방식의 소자로 구현할 수 있다.
한편, 상기와 같이 본 발명에 따라 구현된 농도 측정 장치는 다양한 형태로 구현되어 응용될 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 휴대용 농도 측정 장치를 나타내는 도면이다. 도 7을 참조하면, 휴대용 농도 측정 장치(100)는 그 하단부에 노출되도록 형성되는 탐침(120a, 120b)과, 상기 탐침(120a, 120b)에 케이블(110)을 통하여 연결되어 측정된 농도값을 표시하며, 상기한 사각파 발생기, 인버터, 저항-전압 변환부 및 마이크로 프로세서가 구비되는 휴대용 케이스(101)를 포함하도록 구성될 수 있다.
탐침(120a, 120b)은 절연체(130) 내에서 케이블(110)과 연결되며, 그 단부가 절연체(130)의 하단부에 노출되도록 구성된다. 도시된 도면에서는 탐침(120a, 120b)이 절연체 저면으로 돌출되는 것으로 도시되었으나, 탐침은 측정할 유체에 접촉되기만 하면 저항값의 측정이 가능하므로, 반드시 탐침이 돌출되도록 형성되어야 하는 것은 아니며, 두 개의 탐침이 서로 이격되면서 절연체의 외부로 노출되도록 구성되면 족하다. 나아가 절연체(130)에는 온도계가 추가적으로 설치됨으로써 유체 농도의 측정 시 온도에 따른 보정이 고려될 수 있다. 이와 같이, 농도 측정 장치를 휴대 가능하도록 구현함으로써 다양한 분야에 이용하는 것이 가능하다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 농도 측정 장치를 이용하여 고체입자 용해장치의 용해탱크 내의 유체 농도를 측정하는 예를 나타낸 것이다. 도 8을 참조하면, 고체입자 용해장치의 정면도, 측면도가 도시되는데, 여기에는 본 발명에 따른 농도 측정 장치(200a, 200b, 200c)가 용해조 및/또는 숙성조에 삽입되어 있어, 용해탱크 내의 폴리머 약품용액의 농도값이 휴대용 케이스(101)를 통해 자동으로 표시될 수 있게 된다. 따라서 측정된 고체입자 용해장치의 용해탱크 내의 농도값에 기초하여, 폴리머의 투입량을 증가시킬지 또는 감소시킬지를 반영할 수 있어 약품의 성능 발휘에 가장 이상적이고 효과적인 농도를 유지시킬 수 있어 수처리 효율 향상을 크게 기대할 수 있게 된다.
도 8에 도시된 고체입자 용해장치의 유체 농도 측정과정을 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 농도 측정 장치(200a, 200b, 200c)에 구비된 탐침에 도 5 및 도 6에 도시된 사각파 발생기(10) 및 인버터(11)를 통해 사각파와 반전된 사각파가 입력된다. 이에 따라 탐침 사이에는 교류가 인가된다. 상술한 바와 같이, 탐침에 교류를 인가함으로써 용액 내 전자들의 분극화를 방지하여 정렬되지 않은 상태, 즉 유체가 유동상태일 때의 평균적인 저항값을 측정할 수 있도록 하였다. 이는 용해장치 내의 유체가 교반 및 유동되고 있는 특수 상황을 감안한 것으로 직류를 인가할 경우 측정값의 편차가 심하여 일정한 저항값이 도출되지 않아 농도측정의 정확도가 떨어지기 때문이다.
따라서 교류가 인가된 탐침을 폴리머 약품용액에 침지시켜 폴리머 약품용액의 저항값을 측정하고 측정된 값을 저항-전압 변환부(12)를 통해 전압값으로 변환하여 버퍼(14)를 통해 측정하고 정류기(15) 및 저주파 필터(16)를 거쳐 농도값으로 환산하여 휴대용 케이스(101)를 통해 표시하게 된다.
이때 농도값의 환산은 도 10에 도시된 바와 같은 전압값과 농도값의 상관그래프를 이용하여 이루어지는데, 도 10에 도시된 그래프는 농도별 시료를 만들어 저항값에 해당하는 전압값을 수회 측정하고 그 평균 전압값을 그 농도에 해당하는 전압값으로 설정하는 테이블(도 9)을 작성하여 도출될 수 있다.
따라서, 탐침에 교류를 인가시켜 저항값을 측정하고 그 저항값을 전압값으로 변환하여 도 10에 나타낸 전압값과 농도값의 상관그래프를 이용하여 측정된 전압값에 해당하는 농도값을 휴대용 케이스(101)에 표시함으로써 용해장치 내의 농도를 판별할 수 있다. 이로써 고체입자 용해장치에 구비된 용해탱크 내의 유체 농도를 정확히 측정할 수 있게 되며, 이에 따라 고체입자 용해장치에 투입되는 폴리머 약품의 투입량이 조절될 수 있어 원하는 농도값에 도달하도록 조절하는 것이 가능하게 된다.
이와 같이 본 발명에 따른 농도 측정 장치를 이용하면, 일반적인 농도측정이 불가능한 곳, 고농도/고점도의 액체 농도 측정이 필요한 곳, 실시간으로 농도측정이 필요한 곳, 농도측정과 농도의 제어가 동시에 필요한 곳 등에 휴대하면서 실시간 농도측정을 수행할 수 있음으로써 정확한 원자재 관리와 공정관리/품질관리가 가능하게 되는 장점이 있다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
10 : 사각파 발생기 11 : 인버터
12 : 저항-전압 변환부 13 : 탐침부
14 : 버퍼 15 : 정류기
16 : 저주파 필터 17 : 마이크로 컨트롤러
100 : 휴대용 농도 측정 장치 101 : 휴대용 케이스
110 : 케이블 120 : 탐침
130 : 절연체 200 : 농도 측정 센서
12 : 저항-전압 변환부 13 : 탐침부
14 : 버퍼 15 : 정류기
16 : 저주파 필터 17 : 마이크로 컨트롤러
100 : 휴대용 농도 측정 장치 101 : 휴대용 케이스
110 : 케이블 120 : 탐침
130 : 절연체 200 : 농도 측정 센서
Claims (6)
- 수처리용 폴리머 약품용액의 농도측정장치로서,
설정된 주기와 전압을 가지는 사각파를 생성하는 사각파 발생기;
상기 사각파 발생기에서 출력된 사각파를 반전시켜 출력하는 인버터;
상기 폴리머 약품용액에 침지되어 상기 폴리머 약품용액의 저항을 측정하도록 배치되는 두 개의 탐침으로 구성되며, 제1 탐침에는 상기 사각파 발생기의 출력 신호가 인가되고, 제2 탐침에는 상기 인버터의 출력 신호가 인가됨으로써, 상기 제1 탐침과 상기 제2 탐침 사이에는 482Hz의 교류가 흘러 유체의 분극이 방해되어 상기 제1 탐침 및 상기 제2 탐침 사이에 전하의 무질서 상태가 유도되는 탐침부;
상기 탐침부의 상기 제1 탐침 및 상기 제2 탐침 사이의 유체 저항을 전압값으로 변환시켜 출력하는 저항-전압 변환부;
상기 저항-전압 변환부의 출력단에 배치되며, 구동 회로의 부하 효과를 방지하는 버퍼;
상기 버퍼의 출력 전압값을 정류시키는 정류기;
상기 정류기의 출력단에 배치되며, 상기 정류기의 출력 전압값에서 불필요한 고주파 성분을 제거시키는 저주파 필터; 및
상기 저주파 필터의 출력 전압값을 수치화된 디지털 전압값으로 변환시켜 상기 폴리머 약품용액의 농도값을 도출하는 마이크로 컨트롤러를 포함하며,
상기 폴리머 약품용액의 농도값은 용매에 대한 용질의 양을 달리함으로써 형성된 복수의 농도별 시료 각각에 대하여 복수회 측정된 평균 전압값과 각 시료별 농도값과의 상관관계에 기초하여 도출되며,
상기 저항-전압 변환부는,
상기 사각파 발생기의 출력단과 상기 인버터의 출력단 사이에 구비되는 가변 저항을 포함하며,
상기 탐침부에서의 상기 인버터의 출력과 연결되는 단자로부터 전압값을 추출하여 상기 버퍼로 제공하며,
상기 두 개의 탐침은 하나의 절연체 내부에서 상호 이격 배치되며, 일부가 상기 절연체 하부로 노출되며,
상기 절연체에는 상기 폴리머 약품용액의 온도에 따른 농도 보정을 위하여 온도계가 더 설치되는 것을 특징으로 하는, 수처리용 폴리머 약품용액의 농도측정장치.
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 사각파 발생기, 상기 인버터, 상기 저항-전압 변환부 및 상기 마이크로 프로세서는 휴대용 케이스의 내부에 구비되며, 상기 탐침은 절연체 내에서 케이블을 통해 결합되어 상기 휴대용 케이스와 연결되는 것을 특징으로 하는 수처리용 폴리머 약품용액의 농도측정장치.
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| KR1020110084981A KR101178455B1 (ko) | 2011-08-25 | 2011-08-25 | 수처리용 폴리머 약품용액의 농도측정장치 |
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| KR1020110084981A KR101178455B1 (ko) | 2011-08-25 | 2011-08-25 | 수처리용 폴리머 약품용액의 농도측정장치 |
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| KR101178455B1 true KR101178455B1 (ko) | 2012-08-30 |
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| KR1020110084981A KR101178455B1 (ko) | 2011-08-25 | 2011-08-25 | 수처리용 폴리머 약품용액의 농도측정장치 |
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| KR (1) | KR101178455B1 (ko) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101525177B1 (ko) * | 2014-09-16 | 2015-06-03 | 강명수 | 휴대용 폴리머 용액 농도측정장치 및 이를 이용한 폴리머 용액의 농도측정방법 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005127906A (ja) * | 2003-10-24 | 2005-05-19 | Kumamoto Technology & Industry Foundation | 濃度計測装置および濃度計測方法 |
-
2011
- 2011-08-25 KR KR1020110084981A patent/KR101178455B1/ko not_active IP Right Cessation
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|---|---|---|---|---|
| KR101525177B1 (ko) * | 2014-09-16 | 2015-06-03 | 강명수 | 휴대용 폴리머 용액 농도측정장치 및 이를 이용한 폴리머 용액의 농도측정방법 |
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