KR101343593B1

KR101343593B1 - 유량측정모듈, 유량측정모듈을 구비하는 유량측정장치 및 유량측정방법

Info

Publication number: KR101343593B1
Application number: KR1020130103774A
Authority: KR
Inventors: 신창순; 유찬
Original assignee: 신동아전자(주)
Priority date: 2013-08-30
Filing date: 2013-08-30
Publication date: 2013-12-20

Abstract

본 발명은 개폐 밸브(140)에 의해 선택적으로 개방 또는 폐쇄되는 유로(150)에 설치되어 유로 내를 흐르는 유체의 유량을 계측하는 유량측정모듈(110)에 관한 것으로서, 유로 내를 흐르는 유체의 흐름에 대응하는 유체진동을 발생하는 유체진동체(111)와, 유체진동체(111)가 발생하는 유체진동의 주파수를 측정하는 유체진동주파수 측정부(112)와, 개폐 밸브가 구동되는 과도기간에 상기 유로 내를 흐르는 유체의 양에 대응하는 주파수의 보정 유체진동주파수를 기억하는 기억부(115)와, 보정 유체진동주파수에 대응하는 유체진동을 발생하는 보정 유체진동주파수 발생부(116)와, 과도기간에는 보정 유체진동주파수 발생부(116)가 발생하는 보정 유체진동주파수를 출력하고, 과도기간 이외의 기간에는 유체진동주파수 측정부(112)가 측정한 유체진동주파수를 출력하도록 제어하는 제어부(114)를 구비한다.

Description

유량측정모듈, 유량측정모듈을 구비하는 유량측정장치 및 유량측정방법{MODULE FOR MEASURING FLOW RATE, FLOW RATE MEASURING DEVICE HAVING THE SAME, AND FLOW RATE MEASURING METHOD}

본 발명은 가스 등의 기체나 수도 등의 액체를 비롯한 유체의 유량을 계측하는 유량측정장치에 관한 것으로, 특히 볼 밸브에 의해 유로를 개방 및 폐쇄하는 타입의 유로에서 유량검출용 센서로 유체진동소자를 이용하여 유량을 계측하는 유량측정장치가 이 볼 밸브의 개방 또는 폐쇄동작 중에 발생하는 유체의 압력의 변동에 의한 계측 오차를 간편하게 보정하는 유량측정모듈, 이 유량측정모듈을 구비하는 유량측정장치 및 유량측정방법에 관한 것이다.

유체진동형 유량계는 유로를 형성하는 본체 내에 유체진동소자(fluidic element)가 설치되어 있고, 이 유체진동소자는 유로 내로 유체를 분출하는 분출노즐 및 분출노즐과 마주하는 유로 내에 배치된 타깃을 구비하고 있다. 또, 타깃을 사이에 두고 양측에는 측벽을 서로 대칭적으로 설치하여, 분출노즐로부터 분출되는 유체의 진동현상에 의해 발생하는 교번 압력파를 전기적인 주파수신호로 변환함으로써 유량을 검출하게 되어 있다.

다시 말해, 유체진동소자는 분출노즐로부터 유로에 유체를 분출하면 점성 유체의 분류가 가까운 벽으로 이끌리는 이른바 코안다 효과(coanda effect)에 의해 분출 유체는 예를 들어 우측 측벽을 따라서 흐르고, 이 우측 측벽으로 흐른 유체의 일부는 귀환 유체가 되어서 이 귀환 유체의 유체 에너지가 분출 유체에 부여되어 분출 유체가 좌측 측벽을 따라서 흐르게 되고, 이번에는 좌측 측벽으로 흐른 유체의 일부가 귀환 유체가 되어서 이 귀환 유체의 유체 에너지가 분출 유체에 부여되어 분출 유체가 다시 우측의 측벽을 따라서 흐르게 된다.

즉, 분출 노즐로부터 유로 내로 분출되는 유체의 진동현상에 의해 교번 압력파가 발생하며, 이 교번 압력파를 전기적인 주파수신호로 변환하고, 그 주파수로부터 유량을 산출함으로써 유체의 유량을 검출한다.

일반적으로 유체진동형 유량측정장치에서는 유로의 개방이나 폐쇄시의 과도상태에서의 과도응답에 기인한 유량 측정의 오차가 발생하며, 이와 같은 유로 개폐시의 과도응답을 검출하는 기술로 예를 들어 특허문헌 1에 기재된 기술이 있다.

도 1은 특허문헌 1의 종래의 과도응답 검출장치의 회로도이다.

도 1에 도시하는 것과 같이, 종래의 과도응답 검출장치는 유로에 설치된 과도응답을 검출하고자 하는 유량계인 피 측정대상 유량계(6)와, 피 측정대상 유량계(6)를 통과하는 유체의 유량을 정확하게 측정할 수 있는 기준유량 측정수단(9)과, 유로를 개폐함으로써 피 측정대상 유량계(6)에 흐르는 유체의 흐름을 정지시킬 수 있는 솔레노이드밸브(7)와, 피 측정대상 유량계(6)의 유량측정 데이터로서의 출력신호인 아날로그 출력(a1)과 기준유량 측정수단(9)의 기준유량 측정데이터로서의 출력신호인 아날로그 출력(a2) 및 솔레노이드밸브(7)에서의 유로의 개폐데이터로서의 출력신호(A)를 기록하는 기록장치(11)로 구성된다.

상기 구성의 과도응답 검출장치에서 예를 들어 유체가 흐르고 있는 상태에서 솔레노이드밸브(7)를 차단한 때의 피 측정대상 유량계(6)의 아날로그 출력(a1)을 기록장치(11)에 기록하고, 동시에 솔레노이드밸브(7)가 개방에서 폐쇄로 변화하는 타이밍이 0V에서 5V로 상승하는 상승신호로서 기록장치(11)에 기록되고, 기준유량 측정수단(9)의 아날로그 출력(a2)도 기록장치(11)에 기록된다.

따라서 솔레노이드밸브(7)가 개방에서 폐쇄로의 타이밍과 기준유량 측정수단(9)의 아날로그 출력(a1) 및 피 측정대상 유량계(6)의 아날로그 출력(a2)을 비교함으로써 솔레노이드밸브(7)의 차단시, 즉, 유로의 차단시의 유체 유량의 과도상태를 재현하는 동시에 출력신호의 변화에 대해서도 검토할 수 있다.

또, 솔레노이드밸브(7)를 폐쇄에서 개방으로 변화시킨 때의 솔레노이드밸브(7)의 타이밍과 기준유량 측정수단(9)의 아날로그 출력(a1) 및 피 측정대상 유량계(6)의 아날로그 출력(a2)을 비교함으로써 상기와는 역으로 솔레노이드밸브(7)의 개방시, 즉, 유로의 개방시의 유체 유량의 과도상태를 재현하는 동시에 출력신호의 변화에 대해서도 검토할 수 있다.

이에 의해 피 측정대상 유량계(6)의 과도응답에 기인한 측정 오차에 대해서 검토할 수 있게 된다.

특허문헌 1 : 일본국 특개평10-142015호 공보(1998. 5. 29. 공개)

그러나 상기 특허문헌 1의 기술은 유로의 개방시 및 폐쇄시의 유체 유량의 과도상태를 재현하는 동시에 출력신호의 변화에 대해서도 검토할 수 있고, 이에 의해 피 측정대상 유량계의 과도응답에 기인한 측정 오차에 대해서 검토할 수 있으나, 과도응답을 보정하기 위한 보정방법에 대해서는 방법을 제시하고 있지 않다.

또, 특허문헌 1은 과도응답에 검출장치의 구성이 매우 복잡하고, 오차를 확인하는 방법도 기록장치에 기록된 각 출력신호(a1, a2, A)의 비교에 의하며, 그것도 육안에 의한 방법이므로 실질적인 오차의 보정은 어렵다는 문제도 있다.

한편, 유체진동형 유량측정장치는 일반 가정이나 공장 등에 공급되는 가스 또는 수도의 적산유량을 계측하는 용도 이외에도, 예를 들어 산업기기를 비롯한 각종 가정용, 공업용 기기 등의 응용기기에 설치되어 응용기기 자체의 순시 유량 또는 적산 유량 연산장치와 연동하여 순시 유량 및/또는 적산유량을 구하거나, 또는, 경우에 따라서는 당해 응용기기에서 필요로 하는 형태로 가공된 순시 및/또는 적산유량을 구하는 일종의 유량측정모듈 형태로 유통되는 경우도 있다.

이 경우 유량측정모듈 공급자는 유체진동체와, 유체진동체의 진동을 전기적인 주파수신호로서 측정하는 유체진동주파수 측정부 및 보정계수를 기억하는 기억부 등을 포함하는 최소한의 구성으로 하여 유량측정모듈을 공급하고, 응용기기 제작자는 이 유량측정모듈을 해당 응용기기의 순시 및/또는 적산유량 연산수단과 연동시켜서 사용한다.

그러나 상기 경우에는 유량측정용 모듈과 이 모듈을 이용하여 유량을 연산하는 응용기기는 서로 정보를 공유하여야 하고, 유량측정용 모듈이 기억하는 보정계수와 이 보정계수로부터 실제 유량을 측정하는 순시 및/또는 적산유량 연산장치는 서로 동작특성이 일치하여야 하며, 동작특성이 일치하지 않는 경우에는 동작특성을 일치시키기 위한 별도의 장치를 추가로 구비하여야 한다는 등의 여러 문제가 있다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 것으로, 간단한 구성에 의해 유로의 개방 및 폐쇄시의 과도응답에 대한 보정을 할 수 있는 유량측정모듈, 유량측정모듈을 구비하는 유량측정장치 및 유량측정방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 유량측정모듈은, 개폐 밸브에 의해 선택적으로 개방 또는 폐쇄되는 유로에 설치되어 유로 내를 흐르는 유체의 유량을 계측하는 유량측정모듈로, 상기 유로 내를 흐르는 유체의 흐름에 대응하는 유체진동을 발생하는 유체진동 발생수단과, 상기 유체진동 발생수단이 발생하는 유체진동의 주파수를 측정하는 유체진동주파수 측정수단과, 상기 개폐 밸브가 구동되는 과도기간에 상기 유로 내를 흐르는 유체의 양에 대응하는 주파수의 보정 유체진동주파수를 기억하는 기억수단과, 상기 보정 유체진동주파수에 대응하는 유체진동을 발생하는 보정 유체진동주파수 발생수단과, 상기 과도기간에는 상기 보정 유체진동주파수 발생수단이 발생하는 보정 유체진동주파수를 출력하고, 상기 과도기간 이외의 기간에는 상기 유체진동주파수 측정수단이 측정한 유체진동주파수를 출력하도록 제어하는 제어수단을 포함한다.

바람직하게는, 상기 유량측정모듈은 선택스위치를 더 포함하고, 상기 선택스위치는 상기 과도기간에는 상기 보정 유체진동주파수 발생수단의 출력을 외부의 유량계측수단과 접속하고, 상기 과도기간 이외의 기간에는 상기 유체진동주파수 측정수단의 출력을 상기 외부의 유량계측수단에 출력한다.

바람직하게는, 상기 과도기간은 상기 개폐 밸브가 유로를 개방하는 개방 정도에 따른 복수의 과도유형을 가지며, 상기 기억수단은 상기 복수의 과도유형 각각에 대응하는 복수의 보정 유체진동주파수를 기억하고 있고, 상기 유량측정모듈은 상기 개폐 밸브의 개방 정도를 판정하는 밸브 개방도 판정수단을 더 구비하며, 상기 보정 유체진동주파수 발생수단은 상기 복수의 과도유형 중 상기 밸브 개방도 판정수단이 판정한 밸브의 개방 정도에 대응하는 보정 유체진동주파수의 유체진동을 발생한다.

바람직하게는, 상기 유량측정모듈에서 발생한 노이즈 신호를 필터링하는 필터를 더 포함한다.

본 발명의 유량측정장치는, 상기 어느 하나의 유량측정모듈과, 상기 유량측정모듈로부터 출력되는 유체 진동에 의거하여 순시 유량을 연산하는 순시유량 연산수단을 포함한다.

바람직하게는, 상기 순시유량 연산수단이 계측한 순시유량을 적산하여 적산유량을 연산하는 적산유량 연산수단을 더 포함한다.

본 발명의 유량측정방법은, 개폐 밸브에 의해 선택적으로 개방 또는 폐쇄되는 유로에 설치되어 유로 내를 흐르는 유체의 유량에 따라서 진동하는 유체진동소자를 갖는 유체진동형 유량계에 의한 유량측정방법으로, 상기 유량계는 상기 개폐 밸브가 구동되는 과도기간에 상기 개폐 밸브가 유로를 개방하는 개방 정도에 따른 복수의 과도유형별로 각각 대응하는 복수의 보정 유체진동주파수를 기억하고 있고, 상기 개폐 밸브의 동작 유무를 판정하는 단계와, 상기 판정의 결과 상기 개폐 밸브가 동작중인 것으로 판정되면 상기 개폐 밸브의 개방 정도를 판정하는 단계와, 판정된 상기 개폐 밸브의 개방 정도에 대응하는 보정 유체진동주파수의 유체진동을 발생시키는 단계와, 발생한 상기 유체진동에 의거하여 유량을 계측하는 단계를 포함한다.

본 발명에 의하면, 밸브가 개방 또는 폐쇄동작을 하고 있는 과도기간에는 과도응답에 의한 오차를 보정한 보정 유체진동주파수에 의해 순시 및/또는 적산유량을 연산 계측하고, 과도기간 이외의 기간에는 유체진동소자의 유체진동주파수 측정수단이 측정한 유체진동주파수에 의해 순시 및/또는 적산유량을 연산 계측하도록 함으로써 과도기간에 발생하는 유체진동소자의 과도응답에 의한 유량 계측의 오차를 방지할 수 있다.

또, 유량측정모듈 공급자는 보정 유체진동주파수 발생수단을 구비하는 유량측정모듈을 모듈 단위로 공급하고, 산업기기를 비롯하여 유량측정을 필요로 하는 각종 응용기기를 제작하는 기기 제작자는 이 유량측정모듈에 의해, 별도의 보정의 단계를 거치지 않고 바로 순시 및/적산유량을 필요한 형태로 측정할 수 있다는 효과가 있다.

또, 밴드패스필터에 의해 모터 등에 의해서 발생하는 노이즈 신호를 제거함으로써 더 정확한 유량의 계측이 가능하다.

도 1은 종래의 과도응답 검출장치의 회로도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시형태의 유량측정장치의 구성을 나타내는 블록도,
도 3은 볼 밸브의 개폐상태를 나타내는 개념도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시형태의 보정 유체진동주파수 계측동작의 흐름을 나타내는 플로차트,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시형태의 유량측정 동작의 흐름을 나타내는 플로차트이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.

먼저, 본 발명의 바람직한 실시형태의 유량측정장치(100)의 구성에 대해서 설명한다. 도 2는 본 발명의 바람직한 실시형태의 유량측정장치의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 2에 도시하는 것과 같이, 본 실시형태의 유량측정장치(100)는 유량측정모듈(110)과 외부장치(130)로 이루어진다.

유량측정모듈(110)은 유로(150) 내에 설치되어 당해 유로(150) 내를 흐르는 유체의 흐름에 의해 유체진동을 발생하는 유체진동체(111)와 유체진동체(111)에 설치되어 유체진동체(111)가 발생하는 유체진동을 전기적인 주파수신호로 변환하는 유체진동주파수 측정부(112)로 이루어지는 유체진동소자(120)와, 선택스위치(113)와, 제어부(114)와, 기억부(115)와, 보정 유체진동주파수 발생부(116)와, 밸브 개방도 측정부(117) 및 밴드패스필터(118)를 구비한다.

유로(150)는 내부로 가스 또는 수도 등의 유체가 통과하는 유체의 이동통로이며, 통상 금속 또는 합성수지 등으로 이루어진다. 유로(150)는 유로(150) 내를 흐르는 유체의 흐름을 개방 및 차단하는 동시에 유로(150)를 흐르는 유체의 양을 조절하는 밸브(140)와 밸브(140)를 구동하는 밸브 구동용 모터(160)를 구비하고 있다.

밸브(140)는 제어부(114)의 제어하에 구동되는 모터(160)에 의해 유로(150)를 개폐 구동되고, 밸브(140)의 개폐의 정도는 밸브 개방도 측정부(117)에 의해 측정되어 제어부(114)로 입력되며, 제어부(114)는 밸브 개방도 측정부(117)가 측정한 밸브(140)의 개방 정도에 의거하여 후술하는 보정 유체진동주파수를 산출하고, 밸브(140)의 구동중에는 이 보정 유체진동주파수를 후술하는 외부장치(130)에 출력하여 순시 및/또는 적산유량을 산출한다.

밸브(140)로는 구멍이 뚫린 구 형상의 밸브를 회전시킴으로써 개폐하는 통상의 볼 밸브를 사용하며, 이 볼 밸브는 회전각도가 90도이다.

본 실시형태에서는 설명의 편의를 위해 밸브(140)가 동작중인 과도기간의 밸브(140)의 개방 정도를 나타내는 개폐상태를 ㉮ 밸브가 완전히 닫힌 상태에서 완전히 열린 상태로의 변화, ㉯ 밸브가 완전히 열린 상태에서 완전히 닫힌 상태로의 변화, ㉰ 밸브가 완전히 닫힌 상태에서 절반만 열린 상태로의 변화, ㉱ 밸브가 절반만 열린 상태에서 완전히 열린 상태로의 변화, ㉲ 밸브가 완전히 열린 상태에서 절반만 열린 상태로의 변화, ㉳ 밸브가 절반만 열린 상태에서 완전히 닫힌 상태로의 변화의 6개의 상태변화를 하는 것으로 가정하여 설명하는 것으로 한다.

이를 위해 밸브 개방도 측정부(117)는 밸브가 완전히 닫힌 상태(밸브 개방각도=0도), 절반만 열린 상태(밸브 개방각도=45도) 및 완전히 열린 상태(밸브 개방각도=90도)를 각각 인식할 수 있는 센서(117a, 117b, 117c)를 구비하고 있고, 제어부(114)는 밸브 개방도 측정부(117)의 각 센서(117a, 117b, 117c)로부터 입력되는 신호에 의해 밸브(140)의 동작상태가 상기 ㉮ 내지 ㉳ 중 어느 유형에 해당하는가를 판단한다.

유체진동소자(120)는 유로 내로 유체를 분출하는 분출노즐 및 분출노즐과 마주하는 유로 내에 배치된 타깃과, 타깃을 사이에 두고 양측에 대칭적으로 설치된 측벽 등을 구비하며, 분출노즐로부터 분출되는 유체의 진동현상에 의해 교번 압력파를 발생하는 유체진동체(111)와, 이 교번 압력파를 전기적인 주파수신호로서 검출하는 유체진동주파수 측정부(112)를 포함하며, 유체진동소자(120)는 공지의 구성의 소자이다.

제어부(114)는 유량측정모듈(110)의 각 부를 제어하는 기능을 담당한다.

기억부(115)는 후술하는 밸브(140) 구동시의 앞에서 설명한 과도기간의 복수의 유형에 대응하는 복수의 보정 유체진동주파수를 각각의 과도기간 유형별로 대응시켜서 기억하며, 보정 유체진동주파수의 상세에 대해서는 후술한다.

보정 유체진동주파수 발생부(116)는 제어부(114)의 제어에 따라서 기억부(115)에 기억된 보정 후의 유체진동주파수에 대응하는 주파수의 진동을 발생하는 일종의 펄스 발생기(pulse generator)이다.

선택스위치(113)는 제어부(114)의 제어에 따라서 유체진동소자(120)의 유체진동주파수 측정부(112)로부터 출력되는 유체진동주파수 또는 보정 유체진동주파수 발생부(116)에서 발생한 보정 유체진동주파수 값을 선택적으로 외부장치(130)에 출력하는 일종의 스위치이다.

밴드패스필터(118)는 유량측정장치(100) 내에서 발생하는 노이즈, 특히 모터(160)의 구동에 의해 발생하여 유체진동주파수 측정부(112)가 측정한 유체진동주파수나 보정 유체진동주파수 발생부(116)가 발생하는 보정 유체진동주파수 신호에 혼입되는 노이즈를 필터링한다.

본 실시형태와 같이 모터에 의해 밸브를 개폐하는 장치에서는 모터에서 발생하는 노이즈가 각 부분의 전기신호에 미치는 영향이 크며, 특히 모터의 기동시 및 정지시에 발생하는 노이즈는 그 영향이 크나, 본 실시형태에서는 밴드패스필터(118)에 의해 노이즈를 제거함으로써 더 정확한 유량 계측을 가능하게 한다.

한정되는 것은 아니나, 통상의 유체진동장치에서 발생하는 유체진동주파수는 0.1 ~ 60㎐의 범위이며, 밴드패스필터(118)는 0.1 ~ 60㎐를 기준으로 하여, 그 외의 주파수의 신호는 노이즈로 판단하여 필터링한 후 외부장치(130)로 출력한다. 밴드패스필터(118)는 본 발명의 필수적인 요소는 아니며, 필요에 따라서는 생략해도 좋다.

외부장치(130)는 순시 및/또는 적산유량 연산부(131)를 구비하며, 유량측정모듈(110)로부터 출력되는 유체진동주파수 신호에 의거하여 순시 및/또는 적산유량을 측정하는 예를 들어 산업기기, 가정용 기기, 공업용 기기 등의 응용기기이며, 순시 및/또는 적산유량 연산부(131)는 상기 응용기기에서 실제로 유량을 연산하는 부분으로서, 유량측정모듈(110)의 유체진동주파수 측정부(112) 및 보정 유체진동주파수 발생부(116)로부터 출력되는 유체진동주파수에 의거하여, 응용기기의 필요에 따라서 순시유량만을 측정하거나, 또는 순시 유량과 이 순시 유량을 적산한 적산 유량을 함께 측정한다.

외부장치(130)는 본 발명의 주제는 아니므로 구체적인 설명은 생략하며, 당해 장치에 제공되는 유체진동주파수에 의거하여 순시 및/또는 적산유량을 산출하는 기능을 갖는 것이면 공지의 어떤 장치라도 좋다.

다음에, 본 실시형태의 유량측정장치(100)의 동작에 대해서 설명한다. 도 4는 본 발명의 바람직한 실시형태의 보정 유체진동주파수 계측동작의 흐름을 나타내는 플로차트, 도 5는 본 발명의 바람직한 실시형태의 유량측정 동작의 흐름을 나타내는 플로차트이다.

도 4를 참조하면서 보정 유체진동주파수 산출하는 방법에 대해서 설명한다.

먼저, 유량측정모듈(110)을 유로(150)에 설치하고, 유량측정모듈(110)과 외부장치(130) 간을 접속한다(단계 S 11).

이어서, 단계 S12에서 유량측정모듈(110)이 설치된 유로(150)의 유로의 구경을 입력한다. 여기서 입력하는 유로의 구경은 후술하는 보정 유체진동주파수를 산출하기 위한 기본 요소가 된다.

이어서, 유로(150) 내에 유체를 흘리지 않는 상태에서 제어부(114)는 모터(160)를 구동시켜서 밸브(140)를 완전히 닫힌 상태에서 완전히 열린 상태로 개방시키고, 개방에 소요되는 소요시간을 계측한다.

본 실시형태에서는 밸브(140)는 앞에서 설명한 ㉮ 내지 ㉳의 6개의 상태로 각각 개폐될 수 있으나, ㉮와 ㉯에 소요되는 소요시간과 ㉰, ㉱, ㉲, ㉳ 각각에 소요되는 소요시간은 사실상 동일할 것이므로, 개방에 소요되는 소요시간의 계측은 상기 ㉮의 동작에 소요되는 시간만 측정하면 좋으며, ㉰, ㉱, ㉲, ㉳에 소요되는 소요시간은 상기 ㉮의 동작에 소요되는 시간의 절반으로 하면 된다.

소요시간의 계측은 밸브 개방도 측정부(117)에 의해 이루어지며, 구체적으로는 밸브(140)가 완전히 닫힌 상태에서 완전히 열린 상태로 개방됨에 따라서, 도 3의 각 센서(117a, 117b, 117c)로부터 각각 제어부(114)에 입력신호를 예를 들어 미 도시의 카운터에 의해 카운트함으로써 계측할 수 있다.

이어서, 단계 S14에서 밸브가 완전히 개방되었는가 여부를 판단하여, 완전히 개방되었으면(단계 S14=YES) 단계 S15로 진행하고, 완전히 개방되지 않았으면(단계 S14=NO) 단계 S13으로 되돌아가서 소요시간 계측을 계속한다.

단계 S14의 판단결과 밸브(140)가 완전히 개방되었으면, 유로(150) 내로 유체를 흘려보내고, 단계 S16으로 진행하여 유로(150) 내를 흐르는 순시 유량을 계측한다. 이때의 순시유량의 계측은 유체진동주파수 측정부(112)에서 측정한 유체진동주파수로부터 외부장치(130)의 순시 및/또는 적산유량 연산부(131)가 계측할 수 있다.

다음에, 단계 S17로 진행하여 단계 S17에서 계측한 순시 유량 및 단계 S12에서 입력된 유로(150)의 구경으로부터 유속을 계산한다.

즉, 단계 S16에서 측정된 순시 유량은 유로(150)가 완전히 개방된 상태에서 유로(150) 내를 통과하는 유체의 유량이며, 단계 S12에서 입력된 유로(150)의 구경으로부터 유로의 단면적을 얻을 수 있으므로, 유속은 V=Q/S가 된다.

여기서, V는 유속[㎧], Q는 순시 유량[ℓ/h], S는 유로의 단면적[㎡]이다.

이어서, 상기 단계 S12 내지 단계 S17에서 얻은 정보로부터 밸브(140)가 앞에서 설명한 ㉮ 내지 ㉳의 6개의 상태로 변화하는 시간 동안의 보정 유체진동주파수를 계산하고, 그 결과를 기억부(115)에 기억한다.

이하, 보정 유체진동주파수를 구하는 방법에 대해서 설명한다. 또, 이하에서는 설명의 편의상 밸브(140)가 앞에서 설명한 ㉮의 상태로 변화하는 시간 동안의 보정 유체진동주파수를 구하는 방법을 중심으로 설명한다.

여기서, 단계 S12에서 입력된 구경정보로부터 유로(150)의 반경(R), 단계 S13에서 밸브(140) 개방에 소요되는 소요시간(T), 단계 S16에서 유체진동주파수 측정부(112)가 측정한 유체진동주파수로부터 유체진동주기(F)를 얻고, 단계 S17에서 유속(V)의 정보를 얻어서, 이들 정보로부터 보정 유체진동주파수를 구한다.

보정 유체진동주파수는 밸브(140)가 앞에서 설명한 ㉮ 내지 ㉳의 6개의 상태 중 어느 하나의 상태로 변화하는 동안의, 즉 유량측정장치(100)의 과도기간에서 유로(150)를 통과하는 유량의 근사치를 계산으로 구하고, 이 계산된 근사치에 대응하는 보정 유체진동주파수 값을 구해서, 후술하는 것과 같이 밸브(140)가 개방 또는 폐쇄동작을 하는 기간 동안은 유체진동주파수 측정부(112)가 측정한 유체진동주파수 대신 보정 유체진동주파수에 의해 순시 및/또는 적산유량 연산부(131)가 순시 및/또는 적산유량을 연산하도록 하기 위한 값이다.

따라서 상기 유량의 근사치는 가능한 한 실제 유량 값에 가까워야 하며, 이는 밸브(140)가 개폐동작을 하는 동작기간인 과도기간을 몇 개의 구간으로 분할하여 각 분할된 구간에서 측정된 순시 유량으로부터 과도기간의 총 유량을 결정하는가에 따라서 좌우되며, 분할 구간은 가능한 한 여러 개로 세분하는 것이 바람직하다.

본 실시형태에서는 분할된 구간의 수(n)는 n=T/F로 하여 이후의 계산을 하는 것으로 하며, 이 분할된 구간의 수는 다른 표현으로 하면 과도기간 동안의 유량계산횟수가 된다.

또, 본 실시형태에서 유로(150)를 개폐하는 밸브(140)로서 사용되는 볼 밸브는 완전히 닫힌 상태에서는 유로가 폐쇄되고, 완전 개방상태에서는 유로의 형상은 원형이 되며, 폐쇄상태와 개방상태 사이에서는 유로의 형상이 타원 형상이 되며, 폐쇄상태에서 개방상태로 변화해 감에 따라서 타원의 크기(단면적)는 점점 커지고, 반대로 개방상태에서 폐쇄상태로 감에 따라서 타원의 크기(단면적)는 점점 작아진다.

따라서 타원 형상을 하는 유로의 단면적이 점점 작아지면 타원의 장축 및 단축의 반경도 점점 작아지며, 유량계산횟수 1회당 단축의 길이가 감소 또는 증가하는 증감의 단위(Lu)는 Lu=2R/P가 된다.

과도기간의 각 분할구간에서의 단축의 반경을 Li(n)이라고 하면, 완전 폐쇄시에는 Li(0)=0이 되고, 완전 개방시에는 Li(n)=R이 되며, 밸브(140)가 점점 폐쇄되어 감에 따라서 단축의 반경은 Lu, 2Lu, … 만큼 감소하고, 이를 일반화하면, Li(n)=Li(n-1)-Lu로 나타낼 수 있다.

상기 각 값으로부터 장축의 반경(Lh(n))은,

가 되고, 이로부터 유로(150)의 단면적(S(n))은,

S(n)=Li(n)×Lh(n)×π가 된다.

또, 각 분할구간에서 유로(150)를 통과하는 유체의 유량(Q(n))은 Q(n)=V×S(n)이 되고, 과도기간의 각 분할구간에서의 유량을 합산한 총 유량(Qt)은 Qt=ΣQ(n)(n=0에서 n까지)이 된다.

여기서, 유체 진동이 1회 발생할 때의 단위 유량을 Q1이라고 하면, 과도기간 전체의 총 유량 Qt를 단위 유량 Q1으로 나누면 과도기간(T) 동안의 유체진동횟수(c), 즉, c=Qt/Q1이 되고, 유체진동횟수 c를 과도기간 T로 나눈 값 c/T를 얻을 수 있고, 이값이 바로 보정 유체진동주파수 값, 즉 순시 및/또는 적산유량 연산부(131)가 과도기간 중에 유로(150) 내를 흐르는 유량을 연산하기 위해서 보정 유체진동주파수 발생부(116)가 발생시켜야 하는 보정 유체진동주파수가 된다.

이상에서는 밸브(140)가 앞에서 설명한 ㉮의 상태로 변화하는 시간 동안의 보정 유체진동주파수를 구하는 방법에 대해서 설명하였으나, ㉯ 내지 ㉳에 대해서도 동일한 방법으로 보정 유체진동주파수를 구할 수 있으므로 ㉯ 내지 ㉳에 대한 설명은 생략한다.

제어부(114)는 이상의 방법에 의해 보정 유체진동주파수를 구하고, 구해진 보정 유체진동주파수를 기억부(115)에 기억한 후에 루틴을 종료한다.

이때 단계 S18에서 제어부(114)는 과도기간의 각 유형 ㉮ 내지 ㉳에 대해 각각의 유형에 대응하는 보정 유체진동주파수를 구하고, 구해진 보정 유체진동주파수 값을 6개의 각각의 유형별로 기억부(115)에 기억시킨다.

그러나 과도기간의 유형 ㉮, ㉯는 밸브(140)의 동작시간이라는 측면에서 보면 동일하고, ㉰ 내지 ㉳도 밸브(140)의 동작시간이라는 측면에서 보면 동일하므로, ㉮ 및 ㉯에 해당하는 유형과 ㉰ 내지 ㉳에 해당하는 유형의 2개의 유형에 대해서만 보정 유체진동주파수 값을 구해서 기억부(115)에 기억시키는 것으로 해도 좋다.

다음에, 본 실시형태의 유량측정장치(100)에 의해 순시 및/또는 적산유량을 계측하는 방법에 대해서 도 5를 참조하면서 설명한다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시형태의 유량측정 동작의 흐름을 나타내는 플로차트이다.

순시 및/또는 적산유량 측정을 시작하면 제어부(114)는 먼저 밸브 개방도 측정부(117)를 통해서 밸브(140)가 개방 또는 폐쇄동작을 수행하고 있는가, 즉 밸브(140)가 동작중인가 여부를 확인하고(단계 S21), 만일 동작중이면(단계 S21=YES) 선택스위치(113)를 제어하여 유체진동소자(120)의 유체진동주파수 측정부(112)와 순시 및/또는 적산유량 연산부(131) 사이의 접속을 차단하고 보정 유체진동주파수 발생부(116)를 순시 및/또는 적산유량 연산부(131)와 접속한다. 다시 말해 제어부(114)는 밸브(140)가 동작중인 것으로 판단하면 유체진동주파수 측정부(112)가 측정한 유체진동주파수 출력을 무시하고 보정 유체진동주파수 발생부(116)를 순시 및/또는 적산유량 연산부(131)와 접속한 후(단계 S22) 단계 S23으로 진행한다.

단계 S23에서 제어부(114)는 밸브 개방도 측정부(117)를 통해서 밸브(140)의 동작 유형이 앞에서 설명한 ㉮ 내지 ㉳ 중 어느 유형에 해당하는가를 확인한다.

다음에, 단계 S24에서 제어부(114)는 기억부(115)에 기억되어 있는 보정 유체진동주파수 값 중 단계 S23에서 확인된 유형에 대응하는 보정 유체진동주파수 값을 판독하고, 보정 유체진동주파수 발생부(116)를 제어하여 판독한 보정 유체진동주파수를 발생시켜서 선택스위치(113)를 통해서 외부장치(130)의 순시 및/또는 적산유량 연산부(131)에 출력한다.

이어서, 외부장치(130)의 순시 및/또는 적산유량 연산부(131)는 보정 유체진동주파수 발생부(116)로부터 수신한 보정 유체진동주파수에 의거하여 순시 유량 및/또는 적산유량을 연산 계측한다(단계 S25).

만일, 단계 S21에서 밸브(140)가 동작중이 아닌 것으로 판단되면(단계 S21=NO) 제어부(114)는 선택스위치(113)를 제어하여 보정 유체진동주파수 발생부(116)와 순시 및/또는 적산유량 연산부(131) 사이의 접속을 차단하는 동시에 유체진동주파수 측정부(112)를 순시 및/또는 적산유량 연산부(131)과 접속하여, 유체진동주파수 측정부(112)가 측정한 유체진동주파수 값을 외부장치(130)의 순시 및/또는 적산유량 연산부(131)에 출력한다.

이에 따라 외부장치(130)의 순시 및/또는 적산유량 연산부(131)는 유체진동주파수 측정부(112)가 측정한 유체진동주파수에 의해 순시 및/또는 적산유량을 연산 계측한다(단계 S25).

또, 순시 및/또는 적산유량 연산부(131)는 공지의 순시유량 연산수단 및 적산유량 연산수단을 이용하며, 본 발명의 주제는 아니므로 그 구성 및 동작에 대한 상세한 설명은 생략한다.

이상 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해서 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시형태로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상 내에서 다양한 변경 및 변형이 가능하다.

상기 실시형태에서는 순시 및/또는 적산유량 연산부(131)는 순시 및/또는 적산유량을 연산하여 순시 및 적산유량을 계측하는 것으로 하였으나, 순시 및/또는 적산유량 연산부(131)는 순시 유량만 계측하는 장치로 해도 좋고, 적산 유량만 계측하는 장치로 해도 좋으며, 또는 순시 유량 및 적산 유량을 모두 계측하는 장치로 해도 좋다.

또, 상기 실시형태에서는 보정 유체진동주파수의 계측은 유량측정모듈(110)을 응용기기인 외부장치(130)와 접속한 때에 실행하는 것으로 하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 미리 예상되는 각각의 유로의 구경에 대응하는 보정 유체진동주파수 값을 공지의 방법으로 계측하여 기억해 두고, 유량 측정시에는 해당 유로의 구경에 대응하는 보정 유체진동주파수 값에 의해 순시 및/또는 적산유량을 연산 계측하는 것으로 해도 좋다.

또, 상기 실시형태에서는 유량측정모듈(110)을 순시 및/또는 적산유량 연산부(171)를 갖는 외부장치(130)와 접속하여 사용하는 것으로 하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 유량측정모듈(110)과 외부장치(130)의 순시 및/또는 적산유량 연산부(131)를 일체로 하는 유량측정장치로 해도 좋다.

또, 상기 실시형태에서는 유로(150)를 개폐하는 밸브로 볼 밸브를 이용하며, 과도기간의 유형을 ㉮ 내지 ㉳의 6개의 유형으로 구분하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 유로 개폐용 밸브는 볼 밸브 이외의 다른 밸브를 이용해도 좋고, 과도기간의 유형도 더 세분하여 설정해도 좋다.

이상에서 설명한 것과 같이, 본 발명의 유량측정장치는 유로를 개방 또는 폐쇄하는 밸브가 개방 또는 폐쇄동작을 하고 있는 과도기간에는 유체진동소자의 과도응답에 의한 유량 계측의 오차를 방지하기 위해, 이 과도응답에 의한 오차를 보정한 보정 유체진동주파수에 의해 순시 및/또는 적산유량을 연산 계측하고, 밸브 동작기간인 과도기간 이외의 기간에는 유체진동소자의 유체진동주파수 측정부가 측정한 유체진동주파수에 의해 순시 및/또는 적산유량을 연산 계측하도록 함으로써 과도기간에 발생하는 유체진동소자의 과도응답에 의한 유량 계측의 오차를 방지할 수 있다.

100 유량측정장치
110 유량측정모듈
111 유체진동체
112 유체진동주파수 측정부
113 선택스위치
114 제어부
115 기억부
116 보정 유체진동주파수 발생부
117 밸브 개방도 측정부
118 밴드패스필터
130 외부장치
131 순시 및/또는 적산유량 연산부
140 밸브
150 유로
160 모터

Claims

개폐 밸브에 의해 선택적으로 개방 또는 폐쇄되는 유로에 설치되어 유로 내를 흐르는 유체의 유량을 계측하는 유량측정모듈로,
상기 유로 내를 흐르는 유체의 흐름에 대응하는 유체진동을 발생하는 유체진동 발생수단과,
상기 유체진동 발생수단이 발생하는 유체진동의 주파수를 측정하는 유체진동주파수 측정수단과,
상기 개폐 밸브가 구동되는 과도기간에 상기 유로 내를 흐르는 유체의 양에 대응하는 주파수의 보정 유체진동주파수를 기억하는 기억수단과,
상기 보정 유체진동주파수에 대응하는 유체진동을 발생하는 보정 유체진동주파수 발생수단과,
상기 과도기간에는 상기 보정 유체진동주파수 발생수단이 발생하는 보정 유체진동주파수를 출력하고, 상기 과도기간 이외의 기간에는 상기 유체진동주파수 측정수단이 측정한 유체진동주파수를 출력하도록 제어하는 제어수단을 포함하는 유량측정모듈.
청구항 1에 있어서,
상기 유량측정모듈은 선택스위치를 더 포함하고,
상기 선택스위치는 상기 과도기간에는 상기 보정 유체진동주파수 발생수단의 출력을 외부의 유량계측수단과 접속하고, 상기 과도기간 이외의 기간에는 상기 유체진동주파수 측정수단의 출력을 상기 외부의 유량계측수단에 출력하는 유량측정모듈.
청구항 1에 있어서,
상기 과도기간은 상기 개폐 밸브가 유로를 개방하는 개방 정도에 따른 복수의 과도유형을 가지며,
상기 기억수단은 상기 복수의 과도유형 각각에 대응하는 복수의 보정 유체진동주파수를 기억하고 있고,
상기 유량측정모듈은 상기 개폐 밸브의 개방 정도를 판정하는 밸브 개방도 판정수단을 더 구비하며,
상기 보정 유체진동주파수 발생수단은 상기 복수의 과도유형 중 상기 밸브 개방도 판정수단이 판정한 밸브의 개방 정도에 대응하는 보정 유체진동주파수의 유체진동을 발생하는 유량측정모듈.
청구항 1에 있어서,
상기 유량측정모듈에서 발생한 노이즈 신호를 필터링하는 필터를 더 포함하는 유량측정모듈.
청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 기재된 유량측정모듈과,
상기 유량측정모듈로부터 출력되는 유체 진동에 의거하여 순시 유량을 연산하는 순시유량 연산수단을 포함하는 유량측정장치.
청구항 5에 있어서,
상기 순시유량 연산수단이 계측한 순시유량을 적산하여 적산유량을 연산하는 적산유량 연산수단을 더 포함하는 유량측정장치.
개폐 밸브에 의해 선택적으로 개방 또는 폐쇄되는 유로에 설치되어 유로 내를 흐르는 유체의 유량에 따라서 진동하는 유체진동소자를 갖는 유체진동형 유량계에 의한 유량측정방법으로,
상기 유량계는 상기 개폐 밸브가 구동되는 과도기간에 상기 개폐 밸브가 유로를 개방하는 개방 정도에 따른 복수의 과도유형별로 각각 대응하는 복수의 보정 유체진동주파수를 기억하고 있고,
상기 개폐 밸브의 동작 유무를 판정하는 단계와,
상기 판정의 결과 상기 개폐 밸브가 동작중인 것으로 판정되면 상기 개폐 밸브의 개방 정도를 판정하는 단계와,
판정된 상기 개폐 밸브의 개방 정도에 대응하는 보정 유체진동주파수의 유체진동을 발생시키는 단계와,
발생한 상기 유체진동에 의거하여 유량을 계측하는 단계를 포함하는 유량측정방법.