KR101356764B1

KR101356764B1 - 유체를 이용하여 피측정구조물의 내부 공간을 측정하기 위한 체적측정장치 및 이를 이용한 체적측정방법

Info

Publication number: KR101356764B1
Application number: KR1020120106653A
Authority: KR
Inventors: 윤원희
Original assignee: 주식회사 다윈솔루션
Priority date: 2012-09-25
Filing date: 2012-09-25
Publication date: 2014-01-27

Abstract

유체를 이용한 내부 공간의 체적측정장치 및 이를 이용한 체적측정방법이 개시된다. 개시된 체적측정장치는 압축 유체의 공급을 제어하기 위한 유체공급제어밸브; 상기 유체공급제어밸브를 통해 공급되는 압축 유체의 유량을 측정하는 질량유량계; 상기 압축 유체가 상기 질량유량계를 통과하여 피측정구조물의 내측 공간으 유입됨에 따라 변환하는 상기 피측정구조물의 내부 압력을 측정하는 압력센서; 및 상기 피측정구조물의 내부 공간의 압력이 상기 압력센서에 의해 미리 설정된 압력과 동일한 압력으로 검출되면 상기 유체공급제어밸브를 클로즈시키고, 상기 질량유량계에 의해 검출된 유량과 경과된 시간 및 유체의 비중량을 함께 계산하여 상기 피측정구조물의 내부 체적을 산출하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

유체를 이용하여 피측정구조물의 내부 공간을 측정하기 위한 체적측정장치 및 이를 이용한 체적측정방법{APPARATUS AND METHOD FOR MEASURING INNER VOLUME OF TESTED STURCTURE USING FLUID}

본 발명은 체적측정장치 및 이를 이용한 체적측정방법에 관한 것으로, 유체의 압력과 질량유량계를 통과하는 유체의 량을 측정하여 소정의 구조물(파이프, 탱크 등)의 내부 공간의 체적을 측정하는 체적측정장치 및 이를 이용한 체적측정방법에 관한 것이다.

일반적으로 파이프나 탱크와 같이 주로 내부가 밀폐된 구조물(이하, 피측정구조물이라 함)의 내부 공간의 체적을 측정하기 위해서는, 파이프의 경우 길이와 내경을 통해 산출하였고, 탱크의 경우 외부 체적과 탱크를 이루는 판재의 두께 등을 이용하여 산출하였다.

그런데, 이와 같은 종래의 피측정구조물의 내부 공간 측정방법의 경우, 파이프 내벽에 이물질이 쌓이거나 탱크 내부로 소정의 구조물이 돌출되어 있는 경우 정밀한 내부 체적이 불가능하였다.

본 발명은 유체의 압력과 질량유량계를 통과하는 유체의 양를 측정하여 소정의 구조물(파이프, 탱크 등)의 내부 공간의 체적을 측정하는 체적측정장치 및 이를 이용한 체적측정방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 압축 유체의 공급을 제어하기 위한 유체공급제어밸브; 상기 유체공급제어밸브를 통해 공급되는 압축 유체의 유량을 측정하는 질량유량계; 상기 압축 유체가 상기 질량유량계를 통과하여 피측정구조물의 내측 공간으로 유입됨에 따라 변환하는 상기 피측정구조물의 내부 압력을 측정하는 압력센서; 및 상기 피측정구조물의 내부 공간의 압력이 상기 압력센서에 의해 미리 설정된 압력과 동일한 압력으로 검출되면 상기 유체공급제어밸브를 클로즈시키고, 상기 질량유량계에 의해 검출된 유량과 경과된 시간 및 유체의 비중량을 함께 계산하여 상기 피측정구조물의 내부 체적을 산출하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 체적측정장치를 제공한다.

상기 유체공급제어밸브의 전단에는, 유입되는 유체의 압력을 조절하여 유체가 일정한 압력으로 상기 질량유량계를 통과시키기 위한 압력조절부가 연결될 수 있다.

상기 유체공급제어밸브 후단에는, 상기 유체공급제어밸브를 통과한 압축 유체를 상기 질량유량계의 용량에 알맞은 정도의 유량으로 조절하여 상기 질량유량계로 공급하기 위한 유량조절밸브가 연결될 수 있다.

상기 질량유량계 전단에 연결되며, 상기 압축 유체에 포함된 오염물질을 필터링하는 정밀여과부를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 정밀여과부는 멤브레인 필터를 채용할 수 있다.

상기 질량유량계의 후단에 연결되며, 상기 피측정구조물 측으로 압축 유체의 이송을 제어하기 위한 측정밸브 및 상기 압축 유체를 외부로 배출하기 위한 배출밸브를 구비하는 매니폴더부를 포함할 수 있다.

상기 매니폴더부는 레퍼런스 탱크 밸브를 더 포함하며, 상기 체적측정장치를 통해 얻어지는 측정값의 신뢰성을 검증하기 위한 상기 레퍼런스 탱크 밸브에 연통되는 레퍼런스 탱크를 더 포함하는 것도 물론 가능하다.

또한, 본 발명은, 피측정구조물의 내부 공간으로 압축 유체를 주입하는 단계; 질량유량계를 통해 상기 피측정구조물로 상기 압축 유체를 공급하는 시점부터 공급을 차단하는 시점까지 압축유체의 유량을 측정하는 단계; 압력센서에 의해 검출된 상기 피측정구조물의 내부 공간의 압력이 미리 설정된 압력에 도달하면 압축 유체의 공급을 차단하는 단계; 및 상기 측정된 압축유체의 유량(Q), 상기 압축 유체가 미리 설정된 소정 압력 값에 도달할 때까지 걸린 시간(t) 및 미리 기록된 압축 유체의 비중량()을 통해, 하기 수학식 1과 같이 피측정구조물의 체적(V)을 산출하는 것을 특징으로 하는 체적측정방법을 제공함으로써, 상기 목적을 달성할 수 있다.

(수학식 1)

상기 피측정구조물은 단면적(A)이 일정한 파이프이며, 상기 체적(V)에 대한 산출값을 이용하여 하기 수학식 2와 같이 상기 파이프의 길이(L)를 산출할 수 있다.

(수학식 2)

상기 압축 유체를 주입하는 단계는 상기 유체공급제어밸브를 통과한 압축 유체를 상기 질량유량계의 용량에 알맞은 정도의 유량으로 조절하는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같이 본 발명에 있어서는, 유체를 이용하여 파이프, 탱크 등의 밀폐된 내부 공간의 체적을 정밀하게 측정할 수 있으므로, 장비의 신뢰성을 극대화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 체적측정장치를 나타내는 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 체적측정장치의 기구부를 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 체적측정장치를 통해 밀폐된 공간을 측정하는 과정을 순차적으로 나타내는 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예 들에 대하여 상세하게 설명한다. 이하에서 설명되는 실시예 들은 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명 및 구체적인 도시를 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 발명의 이해를 돕기 위하여 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.

도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 체적측정장치(1)는 하우징(10), 압력조절부(20), 유체공급제어밸브(30), 유량조절밸브(40), 정밀여과부(50), 질량유량계(60), 압력센서(70), 매니폴더부(80) 및 레퍼런스 탱크(90)를 포함한다.

하우징(10)은 일측에 측정 유체를 주입하기 위한 주입포트(11)가 배치되고, 타측에 피측정구조물(탱크, 관로 등)이 연결되는 연결포트(13)가 배치된다. 이 경우 하우징(10)은 내측에 압력조절부(20), 유체공급제어밸브(30), 유량조절밸브(40), 정밀여과부(50), 질량유량계(60), 압력센서(70), 매니폴더부(80) 및 레퍼런스 탱크(90)가 내장된다.

압력조절부(20)는 주입포트(11)를 통해 외부에서 유입되는 유체의 압력을 조절하여 유체가 일정한 압력으로 질량유량계(60)를 통과하도록 한다. 이와 같이 압력조절부(20)에 의해 유체의 압력이 일정하게 되면 질량유량계(60)에서 검출되는 측정값의 범위가 불규칙하게 되지 않고 안정된 값을 얻을 수 있다 이와 같은 압력조절부(20)는 레귤레이터(regulator))로 이루어질 수 있다.

유체공급제어밸브(30)는 압력조절부(20)의 후단에 연결되며, 압력조절부(20)에서 소정 압력으로 조정된 압축 유체를 질량유량계(60)로 공급해 주며, 질량유량계(60)의 후단에 설치된 압력센서(70)가 미리 설정된 압력에 도달하면 질량유량계(60)를 통과되는 유체를 차단한다. 이러한 유체공급제어밸브(30)는 솔레노이드 밸브로 이루어질 수 있다.

유량조절밸브(40)는 유체공급제어밸브(30)의 후단에 연결되며, 유체공급제어밸브(30)를 통과한 압축 유체를 질량유량계(60)의 용량에 알맞은 정도의 유량으로 조절하여 질량유량계(60)로 공급한다. 이러한 유량조절밸브(40)는 스피드 콘트롤러 밸브로 이루어질 수 있다.

정밀여과부(50)는 유량조절밸브(40)와 질량유량계(60) 사이에 연결되며, 압축 유체에 포함된 오염물질에 의해 질량유량계(60)가 오염되고 이로 인해 오동작되는 것을 방지하도록 유량조절밸브(40)를 통과한 압축 유체를 여과시킨다. 이러한 정밀여과부(50)는 멤브레인 필터로 이루어질 수 있다. 이와 같은 멤브레인 필터는 멤브레인은 주로 역삼투압 정수방식에 사용되는 인공삼투막으로 층별로 밀도가 다른 다공성 물질(폴리머필름)로 된 지지층과 매우 얇은 고밀도 분리층으로 이루어질 수 있다.

질량유량계(mass flow meter)(60)는 정밀여과부(50) 후단에 연결되며, 통과하는 압축 유체의 유량을 측정한다. 이 경우 질량유량계(60)의 전/후단에는 각각 제1 및 제2 개폐밸브(V1,V2)가 설치된다. 이와 같은 질량유량계(60)는 압축 유체가 통과하게 되면 질량유량계(60)의 내부에 배치된 센서튜브(미도시)가 진동하게 되고 이에 따라 센서튜브 양쪽에 전향력(coriolis force)이 발생하며 이 힘에 의한 센서튜브의 뒤틀림 각도로 유량을 산출하는 방식이다. 통상의 질량유량계는 콜리올리스(coriolis)유량계로서 그 원리는 배관 내를 유동하는 유체가 가진 관성력의 크기를 측정하고 이를 질량 유량으로 환산하는 것이다. 전술한 대다수의 유량계가 체적유량 또는 유속측정을 주목적으로 하는 반면 본 발명에 적용되는 질량유량계(60)는 질량 유량 및 밀도 측정이 가능함으로 체적 유량도 구해 낼 수 있으며, 측정 정확도는 균질액체의 경우 ±0.1%, 교정 시 0.01%까지도 가능하다.

제1 개폐밸브(V1)는 정밀여과부(50)와 질량유량계(60) 사이에 배치되어, 질량유량계(60)로 공급되는 압축 유체의 공급을 선택적으로 차단할 수 있다. 제2 개폐밸브(V2)는 질량유량계(60)와 매니폴더부(80) 사이에 배치되어, 질량유량계(60)의 후단으로부터 압축 유체가 질량유량계(60)로 역류하는 것을 선택적으로 차단할 수 있다.

매니폴더부(80)는 질량유량계(60)의 후단(상세하게는 제2 개폐밸브(V2)의 후단)에 연결된다. 매니폴더부(80)는 내부에 측정밸브(81), 레퍼런스 탱크 밸브(82) 및 배기밸브(83)를 포함하며, 각 밸브(81,82,83)는 단일 연결파이프(84)에 각각 연통된다.

측정밸브(81)는 제1 연결배관(81a)을 통해 하우징(10)의 연결포트(13)에 연결되고, 레퍼런스 탱크 밸브(82)는 제2 연결배관(82a)을 통해 레퍼런스 탱크(90)에 연통 가능하게 연결되며, 배기밸브(83)는 피측정구조물 또는 레퍼런스 탱크 밸브(82) 내의 압축 유체를 매니폴더부(80) 외측으로 배출한다. 이 경우, 배기밸브(83)는 소음기(83a)를 장착하여 배기 시 발생하는 소음을 최소화할 수 있다.

한편, 상기 각 밸브(81,82,83) 중 측정밸브(81)가 오픈된 경우 레퍼런스 탱크 밸브(82) 및 배기밸브(83)는 클로즈되고, 레퍼런스 탱크 밸브(82)가 오픈된 경우 측정밸브(81) 및 배기밸브(83)가 클로즈되며, 배기밸브(83)가 오픈되는 경우에는 압축 유체가 주입되었던 측정밸브(81) 또는 레퍼런스 탱크 밸브(82)가 오픈된다.

레퍼런스 탱크(90)는 피측정구조물의 체적을 측정하는 측정값의 신뢰성을 검증하기 위한 수단으로 사용된다. 이를 위해, 레퍼런스 탱크(90)는 미리 정확한 내부 체적을 측정하여 그 측정값을 조작되지 않는 값으로 기록해 둔다. 이에 따라, 기록된 레퍼런스 탱크의 측정값과 질량유량계(60)를 사용하여 측정된 피측정구조물의 내부 체적 값을 비교하고, 이 두 값의 차이가 없다면 본 발명의 일 실시예에 따른 체적측정장치의 성능에 이상이 없다는 것을 증명할 수 있다.

아울러, 레퍼런스 탱크(90)는 그 형상이 원기둥, 육면체 및 다각면체 중 어느 것으로 이루어져도 무방하다. 다만, 레퍼런스 탱크(90)는 그 체적이 변경되지 않고 일정하게 유지될 수 있는 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 본 실시예의 체적측정장치는 상술한 각 구성을 제어하기 위해 각 구성과 전기적으로 연결되는 제어부(100)을 포함하며, 아울러 각종 명령 또는 입력값(유체의 비중량 등, 여기서 비중량(γ)은 측정되는 압축 유체의 질량 유량(Q) 및 소정 미리 설정해 놓은 압력에 도달할 때까지의 시간(t)과 함께 하기 수학식 1과 같이 계산하여 피측정구조물의 내부 체적(V)을 산출하는데 사용된다)을 제어부(100)로 입력하기 위한 키패드 입력부(110)와, 입력값 또는 측정값 등 각종 정보를 표시하기 위한 디스플레이부(100)가 제어부(100)에 각각 전기적으로 연결된다.

이하에서는 도 3을 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 체적측정장치를 이용하여 피측정구조물(탱크, 관로 등)의 내부 체적을 측정하는 과정을 순차적으로 설명한다.

먼저, 하우징(10)의 연결포트(13)에 측정하고자 하는 피측정구조물(탱크, 관로 등)을 연통 가능하게 연결하고, 주입포트(11)에 체적측정장치 내로 주입하기 위한 소정의 유체 공급장치(미도시)를 연결한다. 이와 같이 전처리 작업을 행한 후 작업자가 키패드 입력부(110)를 통해 측정 시작신호를 제어부(100)에 인가한다(S1).

제어부(100)는 유량공급제어밸브(30), 유량조절밸브(40), 제1 및 제2 개폐밸브(V1,V2), 측정밸브(81)를 오픈시키고, 반대로 레퍼런스 탱크 밸브(82)와 배기 밸브(83)는 각각 클로즈시킨다(S2).

유량공급제어밸브(30)가 오픈됨에 따라, 유체는 압력조절부(20)를 통과하면서 소정 압력으로 조정된 채로 유량공급제어밸브(30)를 통과한다. 유량공급제어밸브(30)를 통과한 압축 유체는 유량조절밸브(40)로 유입되며 이때, 유량조절밸브(40)에 의해 미리 설정된 유량으로 조정되어 유량조절밸브(40)로부터 배출된다(S3).

유량조절밸브(40)로부터 배출되는 압축 유체는 정밀여과부(50) 및 제1 개폐밸브(V1)를 순차적으로 거쳐 질량유량계(60)를 통과한다. 이때, 질량유량계(60)는 통과하는 압축 유체의 유량을 측정한다(S4).

그 후 압축 유체는, 제2 밸브(V2)를 거쳐 연결파이프(84)를 따라 이송되어 측정 밸브(81)를 통해 피측정구조물 내부로 유입된다(S5).

이와 같이, 압축 유체의 일정한 유량을 지속적으로 질량유량계(60)를 흐르게 한 후, 압력센서(70)에 의해 미리 설정된 압력값과 동일한 압력값이 검출되면, 압력센서(70)는 제어부(100)로 압력신호를 전송한다(S6).

제어부(100)는 유량공급제어밸브(30)를 클로즈 시켜 더 이상의 압축 유체가 질량유량계(60)를 통하지 못하도록 한다. 이어서, 제어부(100)는 압축 유체가 미리 설정된 소정 압력 값에 도달할 때까지 걸린 시간(t) 및 질량유량계(60)에서 측정된 압축 유체의 질량 유량(Q) 및 미리 기록되어 있는 유체의 비중량(γ)을 하기 수학식 1과 같이 산출하여 피측정구조물의 내부 체적을 산출할 수 있다(S7).

이와 같이 본 실시예는 측정 매체를 유체를 이용함에 따라 피측정구조물의 내부 형상에 관계없이 정확한 내부 체적을 측정할 수 있다.

한편, 본 실시예의 체적측정장치의 정확도는, 상기와 동일한 과정을 거쳐 레퍼런스 탱크(90) 내부의 체적을 측정하고, 미리 기록된 레퍼런스 탱크(90) 내부의 체적과 비교함으로써 확인할 수 있다. 이 경우, 상술한 측정 과정과 상이한 것은 레퍼런스 탱크 밸브(82)는 오픈하고 측정 밸브(81)는 클로즈시키는 단계이다.

또한, 본 실시예는 피측정구조물의 단면적(A)이 일정한 파이프인 경우 상기 수학식 1에 의해 산출된 파이프의 체적(V)의 산출값을 이용하여 하기 수학식 2와 같이 상기 파이프의 길이(L)를 산출할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.

10: 하우징 20: 압력조절부
30: 유체공급제어밸브 40: 유량조절밸브
50: 정밀여과부 60: 질량유량계
70: 압력센서 80: 매니폴더부
90: 레퍼런스 탱크 100: 제어부
110: 키패드 입력부 120: 디스플레이부

Claims

압축 유체의 공급을 제어하기 위한 유체공급제어밸브;
상기 유체공급제어밸브를 통해 공급되는 압축 유체의 유량을 측정하는 질량유량계;
상기 압축 유체가 상기 질량유량계를 통과하여 피측정구조물의 내측 공간으 유입됨에 따라 변환하는 상기 피측정구조물의 내부 압력을 측정하는 압력센서; 및
상기 피측정구조물의 내부 공간의 압력이 상기 압력센서에 의해 미리 설정된 압력과 동일한 압력으로 검출되면 상기 유체공급제어밸브를 클로즈시키고, 상기 질량유량계에 의해 검출된 유량과 경과된 시간 및 유체의 비중량을 함께 계산하여 상기 피측정구조물의 내부 체적을 산출하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 체적측정장치.
제1항에 있어서,
상기 유체공급제어밸브의 전단에는, 유입되는 유체의 압력을 조절하여 유체가 일정한 압력으로 상기 질량유량계를 통과시키기 위한 압력조절부가 연결되는 것을 특징으로 하는 체적측정장치.
제2항에 있어서,
상기 유체공급제어밸브 후단에는, 상기 유체공급제어밸브를 통과한 압축 유체를 상기 질량유량계의 용량에 알맞은 정도의 유량으로 조절하여 상기 질량유량계로 공급하기 위한 유량조절밸브가 연결되는 것을 특징으로 하는 체적측정장치.
제1항에 있어서,
상기 질량유량계 전단에 연결되며, 상기 압축 유체에 포함된 오염물질을 필터링하는 정밀여과부를 포함하는 것을 특징으로 하는 체적측정장치.
제4항에 있어서,
상기 정밀여과부는 멤브레인 필터인 것을 특징으로 하는 체적측정장치.
제3항에 있어서,
상기 질량유량계의 후단에 연결되며, 상기 피측정구조물 측으로 압축 유체의 이송을 제어하기 위한 측정밸브 및 상기 압축 유체를 외부로 배출하기 위한 배출밸브를 구비하는 매니폴더부를 포함하는 것을 특징으로 하는 체적측정장치.
제6항에 있어서,
상기 매니폴더부는 레퍼런스 탱크 밸브를 더 포함하며,
상기 체적측정장치를 통해 얻어지는 측정값의 신뢰성을 검증하기 위한 상기 레퍼런스 탱크 밸브에 연통되는 레퍼런스 탱크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 체적측정장치.
피측정구조물의 내부 공간으로 압축 유체를 주입하는 단계;
질량유량계를 통해 상기 피측정구조물로 상기 압축 유체를 공급하는 시점부터 공급을 차단하는 시점까지 압축유체의 유량을 측정하는 단계;
압력센서에 의해 검출된 상기 피측정구조물의 내부 공간의 압력이 미리 설정된 압력에 도달하면 압축 유체의 공급을 차단하는 단계; 및
상기 측정된 압축유체의 유량(Q), 상기 압축 유체가 미리 설정된 소정 압력 값에 도달할 때까지 걸린 시간(t) 및 미리 기록된 압축 유체의 비중량(γ)을 통해, 하기 수학식 1과 같이 피측정구조물의 체적(V)을 산출하는 것을 특징으로 하는 체적측정장치.
(수학식 1)
제8항에 있어서,
상기 피측정구조물은 단면적(A)이 일정한 파이프이며,
상기 체적(V)에 대한 산출값을 이용하여 하기 수학식 2와 같이 상기 파이프의 길이(L)를 산출하는 것을 특징으로 하는 체적측정장치.
(수학식 2)
제8항에 있어서,
상기 압축 유체를 주입하는 단계는 유체공급제어밸브를 통과한 압축 유체를 상기 질량유량계의 용량에 알맞은 정도의 유량으로 조절하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 체적측정장치.