KR101507330B1 - 용존산소센서 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 초 순수부터 오·폐수 등 모든 수질까지 다양한 수질의 용존산소를 측정할 수 있으며 기밀구조로 측정에 방해되는 기포나 이물질의 유입을 방지하고 체결 외력에 의한 격막의 변형을 예방할 수 있는 용존산소센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 센서몸체의 하부에 결합되는 측정캡의 내부로 전극부의 외면에 밀착 끼움되며 기포나 이물질의 유입을 방지하는 기밀부를 형성하고, 상기 기밀부의 하부에 위치하며 체결에 의한 전극부와 접촉이나 외력에 의해 격막의 형태 변형을 방지하며 측정시 외부로부터 작용하는 여러 작용력에 의해 격막을 보호하는 측정부로 구성하는 것을 특징으로 하여; 기계적 강도가 뛰어나 내구성이 우수하며 고온과 같은 극한 측정환경에서 쉽게 변형이 발생되지 않아 측정의 정밀도를 유지할 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 용존산소센서에 관한 것으로, 특히 초 순수부터 오·폐수 등 모든 수질의 용존 산소량을 측정할 수 있으며 센서몸체나 측정캡의 내부에 기포 및 이물질의 유입을 차단하고 격막의 변형 방지 및 보호가능한 용존산소센서에 관한 것이다.
일반적으로 용존산소란 물속에 용존하는 산소량을 말하는 것으로 공기 속의 산소에 의해 공급되고, 그 용해량은 온도나 기압에 좌우되는 성질이 있으며 대기압하에서의 20℃의 순수의 용존산소(DO)는 약 9ppm 정도이며 온도가 저하됨에 따라 상승하여 4℃에서 약 13ppm이 된다. 생물의 호흡이나 용해 물질의 산화 등에 소모되기 때문에 더러워진 물일수록 용존산소(DO)는 감소한다.
반면에 조류(藻類) 등이 번식하면 광합성 작용으로 DO가 증가하여 과포화를 나타내는 경우도 있다. 하수처리에 있어서의 활성 오니법에서는 미생물의 활동을 조장하기 때문에 폭기를 하여 용존산소(DO)를 공급하지만, 보일러수에서는 부식을 방지하기 위해서 용존산소(DO)를 제거한다.
이러한, 용존산소의 농도는 물의 온도와 기압 및 불순물의 농도에 따라 달라지는데, 자연에 존재하는 대부분의 물은 고요한 상태를 유지할 수 있지만 환경조건에 따라서 바람 등의 영향으로 수면이 고요하지 않고 난류상태(turbulence)가 생길 경우에 대기 중의 산소는 물 속으로 녹아 들어간다. 이렇게 대기 중의 산소가 물 속에 녹아 들어가는 것을 전달이라고 하며 그 율을 전달률이라고 한다.
그리고, 수중 어패류에 대한 용존산소의 최소 생존농도는 5ppm 이상이며 DO가 2ppm이하가 되면 악취가 발생하기 시작한다. 하천수에서의 용존산소와 자정작용의 관계는 자정작용의 진행에 대하여 재포기, 탈산소(산소의 소비)에서 발생하는 산소량의 수지라는 점에서 산소평형이 유지되는가가 문제이다. 재포기가 탈산소보다 우세하면 산소평형이 보전되어 자정작용이 진행되지만, 반대의 경우 평형이 깨어져서 물이 부패상태로 된다. 용존산소(DO)의 부족곡선식(oxygen sag curve)은 하천에 생화학적산소요구량(BOD)물질이 유입되고 재포기가 일어나 물의 이동에 따라 용존산소 부족량의 단면도이며 숟가락모양(spoon-shaped)을 이룬다. 이 곡선을 용존산소 부족곡선이라 하며, 산소부족량(oxygen deficit)이란 주어진 수온에서 포화산소량과 실제 용존산소량과의 차이를 말한다. 여름철에 천천히 흐르는 하천은 수온이 높고 포기율이 낮아 용존산소가 낮은 반면 온도는 높아서 미생물 번식이 커 용존산소 소모량이 많아 유기물을 함유하는데 폐수가 혼입하면 용존산소농도가 떨어져서 혐기성 상태가 될 가능성이 크다.
이러한, 산소의 용해도는 기압이 높고 수온이 낮을수록 용해 염분농도가 낮을수록 커지나, 20℃ 순수한 물 1L에 최대 9.092mg 밖에 녹지 않을 정도로 물에 잘 녹지 않는다.
아울러, 용존 산소량은 유기물질과 같은 산소 소비체가 수중에 존재한다면 낮은 값을 나타내게 된다. 한편 물이 깨끗하면 할수록 급류하천 등과 같이 공기와의 접촉기회가 많거나 조류(algae) 및 수생식물의 산소 동화작용이 현저할수록 용존 산소량은 높은 값을 나타내게 된다.
| 수온(℃) |
포화용존산소량(mg/L) |
| 0 5 10 15 20 25 30 35 40 |
14.621 12.770 11.288 10.084 9.092 8.263 7.559 6.950 6.412 |
이러한, 용존산소의 중요성은 액체 폐기물에서 용존산소는 그 생물학적 변화가 호기성 미생물에 의해 일어나는지, 또는 혐기성 미생물에 의해 일어나는지를 판단하는 인자가 된다. 전자는 자유산소를 사용하여 유기물질과 무기물질을 무해한 최종 생성물로 산화하는 반면, 후자는 황산염과 같은 특정한 무기염의 환원을 통해 이러한 변화를 일으키는 것으로 최종 생성물이 때로 매우 해로운 것일 수도 있다.
이 두 형태의 미생물은 자연에 보편적으로 존재하고 있으므로 호기성 미생물에 유리한 상태(호기성 조건)를 유지하는 것은 대단히 중요하며, 그렇지 않을 경우에는 혐기성 미생물이 자라게 되어 좋지 못한 상태(nuisance condition)로 바뀌어 진다. 그러므로 용존산소의 측정은 오염물질이 유입되는 자연수와 가정하수, 산업폐수를 정화하는 호기성 처리공정을 호기성 상태로 유지하는데 있어서 매우 중요한 일이다.
그리고, 용존산소의 측정값은 이밖에도 여러 가지 목적에 쓰이며, 환경공학에서 매우 중요한 단일 시험 항목 중의 하나이다. 하천 오염의 제어에서 요구하는 대부분은 어족과 기타의 수중생물의 성장과 생식에 유리한 조건을 유지시켜 주어야 하는 것이다. 즉, 수중생물들이 항상 건강한 상태를 유지할 수 있는 충분한 농도로 용존산소가 존재하도록 해 주어야 한다.
아울러, 용존산소의 측정은 생물학적산소요구량(BOD)측정의 바탕이 된다. 그러므로 가정하수와 산업폐수의 오염의 세기를 평가하는데 이용되는 가장 중요한 측정항목이다. 생물학적 산화반응의 속도도 여러 시간 간격에 걸쳐 시스템 내의 잔류하는 용존산소를 측정한다. 호기성 처리공정은 모두 용존산소에 의존하므로, 용존산소의 검출시험은 적절한 양의 공기를 공급하여 정확히 호기성 상태가 유지되도록 폭기속도를 조절하고 과도한 공기공급을 방지하는데 반드시 필요하다.
더불어, 산소는 철 및 강철제품 특히 배수관망과 증기 보일러에서 부식을 일으키는 중요한 인자이다. 물리적 또는 화학적 방법으로 보일러 급수의 산소를 제거하는 것은 화력발전소에서 흔히 하는 일이다. 이때도 용존산소의 검출시험 결과를 이용하여 제어한다.
이러한, 용존산소 측정 방법은 용존산소 측정기술을 크게 두 갈래로 나눌 수 있다. 하나는 광 기반 측정법으로 통상 발광식이라 하고, 다른 하나는 클라크 전기화학식이나 멤브레인 전극식이다. 그 밑으로도 약간의 하위분류가 있는데 예를 들면 광학센서에도 두 종류가 있는데, 둘 모두 발광(산소의 영향을 받음)을 측정하지만 하나는 발광의 지속시간을 보는 반면 다른 방식은 발광의 세기를 감지하고 클라크 전기화학센서는 폴라로그래픽과 갈바닉식이 있다.
먼저, 갈바닉 측정방식은 측정 셀에서 전기화학적 변위에 의해 음극과 양극 사이에서 전위차가 자발적으로 생성이 된다. 이것은 양극에서 산소 분자를 줄이기에 충분하며, 음극에서 상응하는 산화 반응을 일으키기에 충분하다. 음극과 양극 사이의 전위차는 전해액 내의 산소 농도에 비례한다. 갈바닉 측정 셀은 자발적으로 분극화가 일어난다. 다시 말하면, 전원이 연결되면 사용이 바로 가능하다는 의미이다.
그리고, 폴라로그래픽 측정방식은 음극과 양극 사이에서 발생되는 전위차가 양극에서 산소 분자를 줄이기에는 충분하지 않기 때문에 외부 분극 전압이 공급되어야 하며, 외부전압이 공급된 후에 전해질 내의 산소 농도에 비례하는 전류가 측정이 된다. 안정적인 분극 전압이 음극과 양극 사이에서 자발적으로 생성되지 않기 때문에 분극 시간이 필요하다. 센서 형태에 따라 약 2시간 정도 필요하며, 만약 전지의 버퍼링(buffering)이 제공되지 않고 전원이 공급되면 분극 시간 후에 바로 사용이 가능한 것이다.
근래에는 전기 화학적 측정의 최적화와 더 향상된 측정 방법에 대한 연구가 진행되어 왔다.
이러한, 전기화학식 측정기술의 가장 큰 특징으로는 용존산소를 측정하는 동안에 악조건의 수질에서 격막이 파손되는 문제점과 센서를 조립할 때 체결 외력에 의해 격막이 변형되어 격막의 전체 면적에 대하여 균일한 기체투과율을 확보하지 못하는 문제점이 있었다.
또한, 기존의 센서는 조립할 때 내부전해액을 충진하여 두개의 전극을 침적시키는 형태인데 체결시 내부전해액에 기포가 유입되어 기포에 의한 산소 기체의 분극 작용시 간섭을 일으킴으로써 측정에 영향을 주는 동시에 측정오차를 발생시키는 문제점이 있었다.
도 1에 도시된 바와 같이, 기존의 센서는 격막을 보호하기 위해 메쉬형태의 보호망을 이용하는 종래의 기술은 많이 개시되었지만 메쉬형태의 보호망을 이용할 경우 메쉬의 격자 공간에 이물질이 끼임되는 문제점이 있었다.
이로 인하여, 센서의 전극이 내부전해액에 삽입될 때 측정에 악 영향을 주는 기포의 배기기능과 외부로부터의 유입을 방지하는 동시에 체결시 외력이나 수질의 물리적 외력과 이물질에 의한 오염방지 및 파손현상을 예방하며, 격막의 보호 기능 뿐만 아니라 기체 투과기능을 갖도록 개선된 용존산소센서가 절실히 요구되는 실정이다.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출한 것으로 측정부의 내부에 기포의 유입을 방지하며 체결 외력이나 고온에 의해 격막이 변형 및 파손되지 않는 기계적 강도가 뛰어난 용존산소센서를 제공하는데 목적이 있다.
그리고, 본 발명의 다른 목적은 초 순수부터 오·폐수 등 모든 수질의 용존 산소량을 측정할 수 있으며 전극부와 기밀부의 접촉으로 표면장력에 의해 전극부의 표면에 발생한 기포나 표면의 이물질이 내부로 유입되는 것을 방지하도록 하는 데 있다.
더불어, 본 발명의 또 다른 목적은 전극과 격막의 사이에 지지판을 설치하여 전극이 밀착되더라도 체결시 외력에 의해 변형되지 않고 산소 기체가 중앙 및 주변을 통해 유입되어 투과 면적이 확대되도록 하는 데 있다.
아울러, 본 발명의 다른 목적은 코팅보호망을 이용하여 산소 기체를 투과 기능을 수행하며 수질의 유속, 압력으로부터 격막의 변형과 파손을 방지하는 동시에 매끈한 표면의 특징으로 이물질이 침착, 부착되지 않도록 하는 데 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 커플러를 이용하여 체결의 편의성을 증대하고 다양한 신호선의 채택으로 다양한 측정환경에서 구비장비에 따라 대응할 수 있도록 하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 미터기와 연결되는 신호선이 설치된 센서몸체에 형성되는 제1,2전극로 이루어지는 전극부에서 격막을 통해 투과하는 산소 기체에 의해 수질 내에 용해된 산소량을 ppb, ppm 또는 mg/L, %, μg/L로 나타내는 용존산소(DO:Dissolved Oxygen) 농도값을 측정하도록 용존산소센서에 있어서, 상기 센서몸체의 하부에 설치되는 측정캡의 내부에는 전극부의 외면에 긴밀하게 밀착 끼움되여 측정캡의 내부에 불필요한 기포 및 이물질의 유입을 방지하는 기밀부를 형성하고, 상기 기밀부의 하부에 위치되며 측정캡을 센서몸체에 설치시 전극부와 밀착하며 접촉할 때 발생되는 설치작용력과 수질 유동 외력에 의해 격막의 변형을 방지하며, 상기 기밀부의 하부 끝단에 설치되며 측정캡의 하부 끝단에 걸림되는 통 형태의 고정구를 형성하고, 상기 고정구의 내부에 설치되는 통 형상의 고정체의 하부에 설치되어 격막의 내측면을 접촉 가압하며 수질의 유속, 압력의 작용에 대해 격막을 지지하는 격막지지판으로 격막의 외측으로 산소 기체만을 투과하는 기능과 보호기능을 하는 측정부를 형성하여, 초 순수부터 오·폐수 등의 모든 수질을 측정하며 격막을 교체할 수 있도록 구성하는 것을 특징으로 하는 용존산소센서를 제공한다.
이상에서와 같이 본 발명은 측정부의 내부에 기포의 유입을 방지하며 체결시 외력이나 고온에 의해 격막이 변형 및 파손되지 않는 기계적 강도가 뛰어나 내구성이 우수한 효과가 있다.
그리고, 초 순수부터 오·폐수 등 모든 수질의 용존 산소량을 측정할 수 있으며 전극과 기밀부의 접촉으로 표면장력에 의해 전극부의 표면에 발생한 기포나 표면의 이물질이 내부로 유입되는 것을 방지하여 내부전해액의 오염을 방지하는 효과가 있다.
더불어, 전극과 격막의 사이에 지지판을 설치하여 전극이 밀착되더라도 체결 외력에 의해 변형되지 않고 산소 기체가 중앙 및 주변을 통한 투과 면적이 확대되도록 하는 효과가 있다.
아울러, 코팅보호망을 이용하여 산소 기체를 투과 기능을 수행하며 수질의 유속, 압력으로부터 격막의 변형과 파손을 방지하는 동시에 매끈한 표면의 특징으로 이물질이 침착, 부착되지 않아 측정 지시치에 변동이 발생하는 헌팅(Hunting)현상이 발생하지 않는 효과가 있다.
또한, 커플러를 이용하여 체결의 편의성을 증대하고 다양한 신호선의 채택으로 다양한 측정환경에서 구비장비에 따라 대응가능해 범용성이 증대되는 효과가 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 격막과 보호망을 나타낸 단면도 및 메쉬에 이물질이 침착 발생하는 부분도,
도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 용존산소센서를 나타낸 분해사시도, 결합사시도, 부분 단면도,
도 5 및 도 6은 온도보상을 위한 제1,2실시 예에 따른 신호선의 사시도,
도 7 및 도 8은 온도보상이 불필요한 제3,4실시 예에 따른 신호선의 사시도,
도 9는 도 4의 A 부분의 확대 단면도로 센서몸체와 분리형태의 체결구 및 센서몸체와 일체형태의 체결구를 나타낸 단면도,
도 10은 제2전극이 와이어를 감아 형성된 것을 나타낸 부분 사시도,
도 11은 기밀부의 분해사시도,
도 12는 측정부의 분해사시도,
도 13은 분리형과 일체형의 체결구를 나타낸 도 4의 A 부분의 확대 단면도,
도 14는 본 발명에 따른 용존산소센서를 침적형 측정방식으로 측정하는 사용상태도이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 용존산소센서를 나타낸 분해사시도, 결합사시도, 부분 단면도,
도 5 및 도 6은 온도보상을 위한 제1,2실시 예에 따른 신호선의 사시도,
도 7 및 도 8은 온도보상이 불필요한 제3,4실시 예에 따른 신호선의 사시도,
도 9는 도 4의 A 부분의 확대 단면도로 센서몸체와 분리형태의 체결구 및 센서몸체와 일체형태의 체결구를 나타낸 단면도,
도 10은 제2전극이 와이어를 감아 형성된 것을 나타낸 부분 사시도,
도 11은 기밀부의 분해사시도,
도 12는 측정부의 분해사시도,
도 13은 분리형과 일체형의 체결구를 나타낸 도 4의 A 부분의 확대 단면도,
도 14는 본 발명에 따른 용존산소센서를 침적형 측정방식으로 측정하는 사용상태도이다.
이에 상기한 바와같은 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 용존산소센서는 미터기와 연결되는 신호선이 설치된 센서몸체(10)에 설치되는 제1,2전극에서 격막을 통해 투과하는 산소 기체에 의해 수질 내에 용해된 산소량을 ppb, ppm 또는 mg/L, %, μg/L로 나타내는 용존산소(DO:Dissolved Oxygen) 농도값을 측정하는 것으로써, 센서몸체(10)의 하부에 결합되는 측정캡(13)의 내부로 제2전극(12)의 외면에 밀착 끼움되며 기포 유입을 방지하는 기밀부(20)를 형성하고, 상기 기밀부(20)의 하부에 위치하며 체결에 의한 제1전극(11)과의 접촉으로 격막(31)의 형태 변형을 방지하며 측정시 외부로부터 작용하는 여러 작용력에 의해 격막(31)을 보호하는 측정부(30)로 구성하는 용존산소센서(100)를 구성한다.
이때, 상기 제1,2전극(11)(12)은 신호선(14)이 형성된 센서몸체(10)의 반대편에 설치되는 것으로 제1,2전극(11)(12)의 구획하기 위해 제1전극(11)은 절연성을 갖는 유리나 합성수지 재질과 같은 절연재질로 형성되는 원통 형상의 절연체(11a)의 내부에서 하부 끝단을 통해 끝단이 노출되도록 설치하며, 상기 절연체(11a)의 외면에는 제2전극(12)이 감싸진 전극부(19)를 형성하며, 상기 전극부(19)의 전체적인 형상은 기밀부(20)에 삽입될 수 있는 원기둥 형태이며 하부 끝단은 정밀도를 갖는 라운드 형태로 형성되는 것이다.
여기서, 상기 제1,2전극(11)(12)은 여러 가지 전극 재질로 구성할 수 있으며 전극 재료는 일 예로 금속이나 귀금속 재질인 금, 은, 백금 등과 같은 것 중에서 서로 다른 재질로 선택하여 구성할 수 있다.
아울러, 상기 제1,2전극(11)(12)을 살펴보면 본 발명에서는 일 예로 제1전극(11)은 금(Au)을 채택한 음극(Cathode, Kathode)으로 형성하고, 상기 제2전극(12)은 은(Ag)을 채택한 양극(Anode)으로 채택하여 구성한 것을 특정하여 설명하는데 이러한, 제1,2전극(11)(12)은 서로 다른 재질이면서 필요에 따라 상호 반응 가능한 다른 다양한 재질로 변경 구성할 수도 있으며, 재질에 따라 극성을 다르게 변경하여 구성할 수 있을 것이다.
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 용존산소센서(100)의 경우 전극부(19)가 연결되는 센서몸체(10)의 끝단에는 측정캡(13)의 체결을 위한 수나선단이 형성된다.
이러한, 상기 본 발명에서 설명하는 일 예의 용존산소센서(100)의 특징은 스테인리스 재질의 센서몸체(10)의 상부로 미터기(200)와 연결을 위한 신호선(14)이 형성되는데, 상기 신호선(14)은 제1전극(11)과 연결되는 음극(K:Cathode, Kathode)단자(K)와 제2전극(12)과 연결되는 양극(A:Anode)단자(A), 센서몸체(10)의 내부에 설치되는 온도센서(10b)에 연결되는 한 쌍의 온도단자(T)(T), 실드(Shield:S)나 접지단자(E:Earth)로 이루어져 상기 신호선(14)은 센서몸체(10)에 일체로 형성하는 것을 일 예로 설명하고 있는데 다른 실시 예에 따른 센서몸체(10)와 분리될 수 있는 신호선(14)의 특징을 살펴보면 다음과 같다.
1. 도 5에 도시된 바와 같이, 제 1 실시 예에 따른 상기 신호선(14)은 센서몸체(10)의 내부에 설치되는 온도센서(10b)의 온도 보상을 위해 센서몸체(10)와 다수개의 핀(P) 방식으로 접속하는 커넥터(15)의 반대편으로 미터기(200)에 단자 방식으로 접속하는 다수개의 터미널단자(16)로 구성하여, 상기 용존산소센서(100)의 센서몸체(10)의 상부에 형성되는 대응커넥터(10c)에 커넥터(15)가 연결되도록 형성된다.
이러한, 상기 제 1 실시 예에 따른 상기 신호선(14)의 터미널단자(16) 중 하나는 양극단자(A:Anode)을 나타내는 것이고, 다른 하나는 음극단자(K:Cathode, Kathode)을 나타내며, 나머지 두 개는 온도센서(10b)의 온도 보상을 위한 온도센서단자(T)(T), 나머지 하나는 실드(Shield:S)나 접지단자(E)로 이루어지는 것이다.
2. 도 6에 도시된 바와 같이, 제 2 실시 예에 따른 상기 신호선(14)은 상기 센서몸체(10)의 내부에 설치되는 온도센서(10b)의 온도 보상을 위해 센서몸체(10)와 다수개의 핀(P) 방식으로 접속하는 커넥터(15)의 반대편으로 미터기(200)에 단자 방식으로 접속하는 다수개의 터미널단자(16) 및 BNC커넥터(17)로 구성하여, 상기 용존산소센서(100)의 센서몸체(10)의 상부에 형성되는 대응커넥터(10c)에 BNC커넥터(17)가 연결되도록 형성된다.
이러한, 상기 제 2 실시 예에 따른 상기 신호선(14) 중 터미널단자(16)는 두 개가 온도센서(10b)의 온도 보상을 위한 온도센서단자(T)(T), 나머지 하나는 실드(Shield:S)나 접지단자(E)로 이루어지는 것이며, BNC커넥터(17)의 중앙에 형성되는 핀(P)은 음극(K:Cathode, Kathode)을 나타내는 것이고 음극의 핀(P) 주변으로 형성되는 원통 형상의 접속단자는 양극(A:Anode)을 나타내는 것이다.
이때, 상기 제 1,2 실시 예에 따른 신호선(14)은 온도센서(10b)에 의한 온도보상이 요구되는 측정현상에서 용존산소센서(100)와 미터기(200)를 연결하는 것으로 센서몸체(10)의 내부에는 온도센서(10b)가 설치되어 있지만 제1,2전극(11)(12)과 접점되지 않도록 절연하여 구성된 것이다.
3. 도 7에 도시된 바와 같이, 제 3 실시 예에 따른 상기 신호선(14)은 센서몸체(10)와 미터기(200)에 BNC커넥터 방식으로 각각 접속되는 제1BNC커넥터(17a)와 제2BNC커넥터(17b)로 구성하여, 상기 용존산소센서(100)의 센서몸체(10)의 상부에 형성되는 대응커넥터(10c)에 제1BNC커넥터(17a)가 연결되도록 형성된다.
이러한, 상기 제 3 실시 예에 따른 상기 신호선(14)은 전선의 양 끝단에 제1,2BNC커넥터(17a)(17b)가 형성되는데 각 중앙에 형성되는 핀(P)은 음극(K:Cathode, Kathode)을 나타내는 것이고 음극의 핀(P) 주변으로 형성되는 원통 형상의 접속단자는 양극(A:Anode)을 나타내는 것이다.
4. 도 8에 도시된 바와 같이,제 4 실시 예에 따른 상기 신호선(14)은 센서몸체(10)에는 BNC커넥터 방식으로 접속하는 제1BNC커넥터(17a)의 반대편으로 미터기(200)와 단자 방식으로 접속하는 다수개의 터미널단자(16)로 구성하여, 상기 용존산소센서(100)의 센서몸체(10)의 상부에 형성되는 대응커넥터(10c)에 제1BNC커넥터(17a)가 연결되도록 형성된다.
이러한, 상기 제 4 실시 예에 따른 상기 신호선(14) 중 제1BNC커넥터(17a)는 중앙에 형성되는 핀(P)은 음극(K:Cathode, Kathode)을 나타내는 것이고 음극의 핀(P) 주변으로 형성되는 원통 형상의 접속단자는 양극(A:Anode)을 나타내는 것이며, 상기 터미널단자(16) 중 하나는 양극과 연결되고 다른 하나는 음극과 연결되는 것이다.
아울러, 상기 제 3,4 실시 예에 따른 신호선(14)은 온도센서(10b)에 의한 온도보상이 요구치 않는 측정현상에서 용존산소센서(100)와 미터기(200)를 연결하도록 구성된 것으로, 상기 온도센서(13)는 미터기(200)와 연결되지 않지만 센서몸체(10)의 내부에서 제1,2전극(11)(12)과 접점되지 않도록 설치되는 것이다.
더불어, 상기 BNC커넥터(17), 제1BNC커넥터(17a), 제2BNC커넥터(17b)의 구성에서 중앙에 형성되는 핀(P)은 음극(K:Cathode, Kathode), 음극의 핀(P) 주변에 형성되는 원통 형상의 접속단자는 양극(A:Anode)으로 설명하고 있으나, 필요에 따라 제1,2극(11)(12)의 재질 변경에 의해 극성은 서로 반대로 변경할 수도 있을 것이다.
한편, 도 9에 도시된 바와 같이 용존산소센서(100)의 센서몸체(10)를 센서홀더(300)에 설치하기 위한 체결구(18)를 살펴보면 다음과 같다.
1. 제 1 실시 예에 따른 상기 체결구(18)는 센서몸체(10)에는 측정시 고정을 위한 별도의 센서홀더(300)와 체결을 위해 센서몸체(10)에서 자유 회전하며 센서홀더와 결합시 센서몸체(10)는 회전하지 않는 상태로 체결하도록 구성한다.
이러한, 상기 체결구(18)는 외주면에 수나사선이 형성되어 센서홀더(300)와 나선 체결 방식으로 체결되는 것으로 센서몸체(10)는 움직이지 않는 상태에서 체결구(18)만을 회전시켜 센서홀더(300)에 체결할 수 있도록 구성한 것이다.
2. 제 2 실시 예에 따른 상기 체결구(18)는 센서몸체(10)에는 측정시 고정을 위한 별도의 센서홀더(300)와 체결을 위해 센서몸체(10)와 일체로 형성되어 센서홀더(300)에 센서몸체(10)와 함께 회전하는 상태로 체결하도록 구성한다.
도 10에 도시된 바와 같이, 상기 제2전극(12)은 원통 형태나 와이어를 코일 형태로 감아 구성할 수도 있는 것으로 용존산소센서(100)의 제조나 사용상 특성에 따라 다르게 적용하여 구성할 수 있을 것이다.
도 11 내지 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 기밀부(20)의 기밀가이드(21)는 절연체이면서 인체에 무해한 것으로 재질은 EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer)를 일 예로 적용할 수도 있다.
이러한, 상기 기밀가이드(21)는 길이 방향 중앙에 기밀구(22)가 제2전극(12)의 외주면에 밀착될 때 팽창을 위한 팽창공간(21a)을 서로 마주보도록 구성하여 기밀구(22)의 팽창시 팽창공간(21a)을 통해 팽창하도록 구성한 것이다.
아울러, 상기 기밀가이드(21)의 내부에 설치되며 제2전극(12)의 외주면과 밀착 접촉하는 원통 형상의 절연체 재질의 탄성력을 갖는 기밀구(22)로 형성하며, 재질은 실리콘을 일 예로 적용 구성할 수도 있다.
이때, 상기 기밀구(22)는 기밀가이드(21)의 내부공간으로 삽입되어 상하 끝단이 걸림 체결되는 것으로, 기밀구(22)의 내경(22a)은 전극부(19)의 제2전극(12)에 밀착되는 소직경(22b)과 상기 소직경(22b)의 하부로 내부전해액(40)이 소량 충진되는 공간 형성을 위한 대직경(22b)으로 구성된다.
아울러, 상기 측정부(30)는 기밀가이드(21)의 하부 끝단에 설치되며 측정캡(13)의 하부 끝단에 걸림되는 통 형태의 고정구(32)를 형성하는데, 상기 고정구(32)는 금속재질 중 스테인리스 스틸로 제작된 측정캡(13)의 내부에 직접적으로 끼움되어 외력이 작용하더라도 변형이 없도록 측정캡(13)과 동일 재질로 구성함이 바람직할 것이다.
이때, 상기 고정구(32)의 내부에 설치되는 통 형상의 고정체(33)에 의해 격막(31)의 내측면을 접촉 가압하며 지지하는 격막지지판(34)을 구성한다.
이러한, 상기 격막지지판(34)은 제1전극(11)이 격막(32)과 밀착 접촉하기 위한 접촉홀(34a)을 구성하는데, 상기 접촉홀(34a)은 측정부(30)의 내부공간에 충진되는 내부전해액(50)으로 산소 기체가 원활히 용해되도록 통로를 확보하기 위한 구성이다.
이때, 상기 접촉홀(34a)의 주변으로 제2전극(12)을 벗어나 고정체(33)의 내부 공간내에 위치하며 산소 기체의 유동 기능과 응력분사 및 복원력 향상을 위한 보조기체투과홀(34b)을 구성하는데, 본 발명에서는 접촉홀(34a)을 기준으로 보조기체투과홀(34b)을 120°를 이루는 원형 배치로 구성하는 것을 일 예로 설명한다.
여기서, 상기 보조기체투과홀(34b)의 직경은 접촉홀(34a)의 직경보다 작게 형성하여 격막지지판(34)의 강성을 유지할 수 있도록 형성하며, 필요에 따라 다양한 개수로 형성할 수 있을 것이다.
아울러, 상기 측정부(30)는 격막지지판(34)의 하부에 위치하는 격막(31)의 하부에 설치하여 고정구(32)의 내부 하부 끝단에 걸림 설치하며, 산소 기체만을 투과 기능과 격막(31)을 수질의 유속, 압력, 이물질로부터 보호기능을 하는 원판 형태의 코팅보호망(35)을 구성한다.
이러한, 상기 코팅보호망(35)은 비부식성이며 탄성이 있는 합성수재나 엔지니어링플라스틱(EP), 스틸과 같은 재질로 형성되는 보호망(35a)의 전체를 매끄럽게 코팅하는 절연재질의 보호투과막층(35b)이 격막(31)의 외측면에 밀착하도록 구성하는 것이다.
이때, 상기 엔지니어링 플라스틱(EP)은 전기ㆍ전자분야와 기계분야 등 넓은 범위에 이용되고 있는 것으로, 성능과 특징은 그 화학구조에 따라 다르고 주로 폴리아마이드·폴리아세틸·폴리카보네이트·PBT(폴리에스터수지)·변성 PPO(폴리페닐렌옥사이드)의 5종류로 분리되며 이외 여러 종류의 재질이 있다.
이러한, 상기 이들 플라스틱의 공통점은 분자량이 몇 십∼몇 백 정도의 저분자 물질인 종래의 플라스틱과는 달리, 몇 십만∼몇 백만이나 되는 고분자물질이며, 강도·탄성뿐만 아니라, 내충격성·내마모성·내열성·내한성·내약품성·전기절연성 등이 뛰어나 그 용도도 가정용품·일반잡화는 물론, 카메라·시계부품·항공기 구조재·일렉트로닉스 등 각 분야에 걸쳐 사용할 수 있으며 본 발명에서는 엔지니어링플라스틱과 유리섬유나 탄소섬유 등을 혼합시켜 구성할 수도 있을 것이다.
더불어, 상기 보호투과막층(35b)과 격막(31)은 인체에 무해하며 절연기능 및 탄성을 갖는 EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer), 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리우페탄(Polyurethan), 테플론(Teflon), EPR고무, 에폭시(Epoxy), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE, polytetrafluoroethylene)와 같은 재질을 하나 또는 혼합하여 투명하거나 불투명하게 구성할 수도 있다.
여기서, 상기 격막(32)을 불투명하게 할 경우 햇빛과 같은 직사광선의 투광을 차단할 수도 있을 것이다.
이때, 상기 보호투과막층(35b)은 전체를 동일한 재질로 구성할 수도 있지만 본 발명에서는 보호망(35a)을 기준으로 내면과 외면의 재질을 서로 다르게 구성하는 것을 일 예로 설명하는데, 보호망(35a) 내측면은 테플론층(35c), 외측면은 실리콘층(35d)로 구성하여, 상기 테플론층(35c)과 격막(32)이 접촉하더라도 마찰저항계수가 작은 테플론의 특성에 의해 격막(32)이 외력에 의해 움직일 경우 마찰에 의해 파손되는 것을 방지하도록 구성한 것이다.
즉, 상기 코팅보호망(35)은 내부전해액(40)의 소실 현상이 발생하지 않으며 기계적 강도가 우수하여 신장 변화가 발생될 수 있는 고온의 스팀수나 멸균장치에 사용되는 수질을 측정시 적합하도록 구성한 것이다.
이러한, 상기 기밀구(22)의 소직경(22a)와 대직경(22b)을 포함하는 내측 공간과 측정부(30)의 고정체(33)의 내측공간에 내부전해액(40)을 충진시킨 상태로 결합시 기밀구(22)의 소직경(22a)가 전극부(19)의 제2전극(12) 외면에 긴밀한 밀착 끼움방식으로 결합되어 일부 내부전해액(40)과 내부에 존재하는 기포와, 상기 제2전극(12)의 외면과 내부전해액(40)이 접촉시 표면장력에 의해 제2전극(22)의 외면에 발생하는 기포의 유입 및 이물질의 유입을 방지하도록 구성하는 것이다.
즉, 상기 용존산소센서(100)는 센서몸체(10)에서 측정캡(13)을 체결/해체할 수 있어, 상기 측정캡(13)을 센서몸체(10)에서 해체한 후 기밀부(20)와 측정부(30)를 각각 교체할 수도 있는 분리형태의 구성이다.
이러한, 상기 용존산소센서(100)의 다른 실시 예로서 측정캡(13)을 채택하지 않고 센서몸체(10)의 길이를 측정캡(13)의 길이 만큼 연장한 내부공간 하부에 설치되어 제2전극(12)의 외면에 긴밀하게 밀착 끼움되여 내부에 불필요한 기포 유입 및 발생을 방지하는 기밀부(20)를 형성하고, 상기 기밀부(20)의 하부에 위치되며 제1전극(11)과 균일하게 밀착을 유도하며, 상기 격막(31)의 외측으로 산소 기체만을 투과하는 기능과 보호기능을 하는 측정부(30)로 구성할 수도 있을 것이다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 작용 및 효과를 설명하면 다음과 같다.
도 2 내지 도 14에 도시된 바와 같이, 상기 용존산소센서(100)를 이용하여 수질의 용존산소농도를 측정하기 위한 조립과정을 살펴보면, 상기 용존산소센서(100)는 기밀부(20)의 기밀가이드(21)에 기밀구(22)를 삽입하여 결합하고, 상기 측정부(30)는 고정구(32)의 내부 공간에 순차적으로 코팅보호망(35), 격막(31), 격막지지판(34)을 적층 삽입한 후 고정체(33)를 고정구(32)의 내부로 결합하여 측정부(30)를 조립한 후 측정부(30)의 고정구(32)를 기밀가이드(21)의 하부로 실링 결합한다.
이후, 상기 용존산소센서(100)는 측정캡(13)의 내부 공간에 코팅보호망(35)이 하부로 위치하여 측정시 수질과 접촉하도록 삽입하며, 상기 측정부(30)의 고정구(32)는 측정캡(13)의 내면에 형성된 밀폐링(13a)과 접촉하여 측정캡(13)의 내부로 물의 유입을 완전히 차단하게 된다.
다음으로, 상기 기밀구(22)의 소직경(22a)와 대직경(22b)을 포함하는 내측 공간과 측정부(30)의 고정체(33)의 내측공간에 내부전해액(40)을 완충한 상태에서 전극부(19)를 기밀구(22)에 삽입시키면 측정캡(13)을 센서몸체(10)에 나선 결합하여 용존산소센서(100)의 조립을 완료한다.
이렇게, 상기 용존산소센서(100)를 결합할 때 전극부(19)가 내부전해액이 완충된 기밀부(20)과 측정부(30)의 내부로 삽입되는 과정에서 기밀구(22)의 소직경(22a)의 내면이 제2전극(12)의 외면에 긴밀하게 밀착되는 끼움방식으로 결합된다.
이때, 상기 기밀구(22)가 제2전극(12)의 외면에 긴밀하게 접촉되어 가압함으로써 일부 내부전해액(40)과 기밀구(22) 및 고정체(33)의 내부에 존재하는 기포를 배기하며, 제2전극(12)의 외면과 내부전해액(40)이 접촉시 표면장력에 의해 제2전극(22)의 외면에 발생하는 기포의 유입을 방지하는 특징이 있다.
또한, 상기 기밀구(22)가 제2전극(12)의 외면에 긴밀하게 접촉된 상태로 결합됨으로써 제2전극(12)의 외면에 이물질이 존재할 경우 내부전해액(40)으로 유입되지 못하게 제거하는 기능적 특징이 있다.
아울러, 상기 용존산소센서(100)를 조립시 나선 체결로 인한 전극부(19)의 제1전극(11)과 절연체(11a)가 측정캡(13)과 함께 회전하는 격막지지판(34)의 접촉홀(34a)을 통해 격막(31)에 접촉할 때 격막(31)의 내측면은 격막지지판(34)이 지지하고, 격막(31)의 외측면은 코팅보호망(35)이 지지함으로써 격막(31)이 체결을 위한 외력에 의해 회오리 형태로 비틀려 찌그러들지 않는 특징이 있다.
이렇게, 상기 격막지지판(34)과 코팅보호망(35)에 의해 격막(31)을 지지하여 격막(31)의 형태 변화가 발생하지 않게 되어 측정시 기체투과량이 격막(31)의 전 면적에 의해 균일하게 투과되어 측정 지시치가 변동되는 헌팅(Hunting)현상을 방지하는 특징이 있다.
더불어, 상기 용존산소센서(100)를 조립시 전극부(19)의 제1전극(11)과 절연체(11a)는 격막지지판(34)의 접촉홀(34a)을 통과해 격막(31)과 긴밀하게 밀착될 때 격막지지판(34)이 절연체(11a)의 끝면을 일부분 지지하게 됨으로써 체결력이 과도하게 격막(31)에 전달되는 것을 방지하며 격막(31)에 과도한 체결력이 작용하더라도 격막지지판(34)과 코팅보호망(35)이 지지하게 되어 과도한 변형 방지 및 원 상태로 쉽게 복원되는 특징이 있다.
그리고, 상기 격막(31), 격막지지판(34), 코팅보호망(35)은 단면으로 투영시 수질과 접촉하는 방향으로 완만한 융기 곡률을 이루고 있어 융기된 쪽에서 외력이나 측정수의 물리적 외력이 작용하더라도 응력을 분산시키는 특징이 있으며, 변형이 발생되더라도 쉽게 복원될 수 있는 특징이 있다.
이러한, 상기 용존산소센서(100)를 이용하여 수질의 용존산소량(D0)를 측정방식은 수질을 측정하기 위하여 센서홀더(300)와 결합되어 수질 속에 침적하여 측정하는 침적형 측정방식이나, T형상 등과 같은 다양한 형상의 배관을 따라 흐르는 수질을 측정하는 유통형 측정방식, Y형상 등과 같은 다양한 형상의 배관을 따라 수질이 일방향으로 유입되어 타방향으로 배출되는 장소에 수질이 유통가능한 센서홀더에 결합하여 측정하는 삽입형 측정방식, 배관이나 탱크 등의 물을 샘플링하여 샘플링홀더로 유입시키면서 측정과 동시에 배출하는 측정방식의 샘플링 측정방식에 적용할 수 있으나, 본 발명에서는 침적형 측정방식을 일 예로 들어 설명한다.
이렇게, 상기 용존산소센서(100)를 센서홀더(300)에 설치시 체결구(18)를 이용하여 설치하게 되는데, 체결구(18)가 센서몸체(10)에서 회전하는 구조일 경우에는 센서몸체(10)는 회전하지 않는 상태로 체결구(18)를 이용하여 센서홀더(300)에 간단히 체결할 수 있는 특징이 있다.
그리고, 상기 체결구(18)가 센서몸체(10)와 일체로 형성된 구조일 경우에는 체결구(18)와 센서몸체(10)를 함께 회전하는 방식으로 체결구(18)를 센서홀더(300)에 체결한다.
다음으로, 상기 용존산소센서(100)를 센서홀더(300)에 설치 완료하면 온도 보상 여부와 용존산소센서(100) 및 미터기(200)의 단자 특징을 판단하여 알맞은 신호선(14)을 채택하여 용존산소센서(100)와 미터기(200)를 연결하여 측정준비를 완료한다.
이때, 상기 신호선(14)의 선택은 용존산소센서(100)를 이용하여 용존산소량을 측정하는 현장에서 온도보상이 필요한지 여부를 판단하여 선택할 수 있어 온도보상 여부에 따른 별도의 센서가 요구치 않고 신호선(14)을 간단히 교체하여 사용함으로써 범용성을 증대시키는 특징이 있다.
이러한, 상기 용존산소센서(100)를 이용한 수질의 용존산소량 측정 방식은 폴라로그래픽 측정법과 갈바닉 측정법으로 구분할 수 있는데 제1,2전극(11)(12)의 구성 재질에 의해 반응식은 다르게 나타나며, 본 발명의 용존산소센서(100)는 제1,2전극(11)(12)을 각각 금과 은으로 제작 구성한 것을 일 예로 들며, 두 측정방식 중 일 예로 폴라로그래픽 측정법을 적용하여 용존산소량을 측정하는 것을 설명하며 각 측정법을 간단히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 폴라로그래픽 측정법은 측정부(30)에 충진된 내부전해액(40)은 -극인 제1전극(11)에서 +극인 제2전극(12)으로 전기신호를 미터기(200)로 전달되어 측정값이 수질 내에 용해된 산소량으로 ppb, ppm 또는 mg/L, %, μg/L 로 나타내며 표시된다. 폴라로그래픽 측정방식은 기전력을 통상적으로 약 0.7 V 전후로 인가하면 이에 대해 산소 가변압이 상기 회로에 유발한 전류변화를 감지하게 된다. 즉, 산소가 측정부(30)의 격막(31)을 통해 유입되면 -극인 제1전극(11)에서 환원할수록 전극부(19)에서 감지하는 전기신호(전류)는 증가하며, 산소가 증가함에 따라 신호도 커지고 역으로 산소가 감소하면 신호도 작지게 된다.
이러한, 상기 폴라로그래픽 측정 과정을 다음의 서로 다른 두 종의 재질을 일 예로 하여 +극인 은이 산화하고 -극인 금을 통해 산소가 환원되는데 아래 식과 같은 반응 화학식으로 나타낼 수 있다.
은 +극 반응: 4Ag + 4Cl- → 4AgCl + 4e-
금 -극 반응: O2 + 2H2O + 4e- → 4OH-
전체반응: O2 + 2H2O + 4Ag + 4KCl → 4AgCl + 4KOH
한편, 갈바닉 측정법은 다음의 서로 다른 두 종의 재질을 일 예로 제1전극(11)은 은(Ag), 제2전극(12)은 아연(Zn)으로 형성한 경우로 설명하면, 미터기(200)는 측정부(30)로부터 돌아오는 전기신호를 받는 역할을 한다. 이 신호는 코팅보호망(35)과 격막(31)을 통과하는 산소량에 비례하며, 산소가 코팅보호망(35)과 격막(31)을 통과해 -극에서 환원하면 전극부(19)가 읽어 들이는 전기신호(전류)가 증가한다. 산소가 증가하면 신호도 커지고 산소가 감소하면 신호도 작아지며. 이를 +극인 아연의 산화와 -극인 은을 통한 산소의 환원 과정을 화학적으로 나타내면 아래 식과 같은 반응 화학식으로 나타낼 수 있다.
아연 +극 반응: 2Zn →2Zn2 + + 4e-
은 -극 반응: O2 +2H2O + 4e- → 4OH-
전체반응: O2 + 2H2O + 2Zn →2Zn(OH)2
즉, 상기 용존산소센서(100)는 수질에 접촉시킨 상태에서 용존산소량을 측정할 경우 수질에 용해된 산소기체는 코팅보호망(35)의 보호투과막층(35b)과 격막(31)을 순차적으로 통과한 후 내부전해액(40)으로 용해되면서 전극부(18)의 분극 반응으로 측정하게 된다.
이때, 상기 산소기체는 코팅보호망(35)의 보호투과막층(35b)과 격막(31)을 투과하여 격막지지판(34)의 접촉홀(34a)을 통해 유입되지만 보조기체투과홀(34b)을 통해 산소 기체의 투과로 투과면적을 확대하여 기체 투과율이 증대되는 특징이 있다.
그리고, 상기 용존산소센서(100A)는 초 순수부터 오·폐수 등 모든 수질을 측정할 수 있는 것으로 코팅보호망(35)에 의해 격막(31)이 직접적으로 수질과 접촉하지 않아 수질의 빠른 유속이나 압력과 같은 물리적 외력이나 이물질 등에 의한 파손을 방지할 수 있는 특징이 있다.
아울러, 수질의 물리적 외력이 코팅보호망(35)에 작용하더라도 보호망(35a)에 의해 1차적으로 외력의 지지 및 분사하고, 격막지지판(34)에 의해 2차적으로 외력을 지지 분산함으로써 기계적 강도가 증대되어 저온이나 고온에서도 열화 현상이나 물리적 변형이 발생하지 않는 특징이 있다.
더불어, 상기 코팅보호망(35)은 보호망(35a)을 보호투과막층(35b)으로 감싸고 있어 오염도가 심한 수질의 측정시에도 코팅보호망(35)의 표면에 이물질이 침착되는 현상이 발생하지 않아 산소 기체 투과율에 영향을 주지 않아 측정치가 수시로 변하는 헌팅(Hunting) 현상이 나타나지 않아 지시치가 일정하게 유지되는 특징이 있다.
그리고, 용존산소센서의 격막을 보호하기 위해 근래에 메쉬형태의 보호망을 이용하는 종래의 기술은 많이 개시되었지만 메쉬형태의 보호망을 이용할 경우 메쉬의 격자에 이물질이 끼임되는 문제점이 있었고, 격막이 수질과 직접적으로 접촉함에 따라 완전한 보호를 하지 못하는 문제점이 있는 반면, 본 발명은 코팅보호망(35)을 이용하여 격막(31)을 수질과 완전히 차단하여 보호하는 특징이 있는 동시에 산소 기체를 투과할 수 있어 측정에 영향을 미치지 않는 기술적으로 개선된 특징이 있는 것이다.
아울러, 종래에 개시된 용존산소센서는 전극의 끝단이 내부전해액(40) 속에서 격막에 밀착되는 단순한 구조로 형성되어 체결력에 의한 격막의 변형이 발생되는 문제점이 있는 반면, 본 발명은 격막지지판(34)을 채택하여 외력에 의한 격막(31)의 변형을 완벽히 방지할 수 있는 개선된 특징이 있는 것이다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
10 : 센서몸체 10a : 기밀캡
10b : 온도센서 10c : 대응커넥터
11 : 제1전극
11a : 절연체 12 : 제2전극
13 : 측정캡 13a : 밀폐링
14 : 신호선 15 : 커넥터
16 : 터미널단자 17 : BNC커넥터
17a : 제1BNC커넥터 17b : 제2BNC커넥터
18 : 체결구 19 : 전극부
20 : 기밀부 21 : 기밀가이드
21a : 팽창공간 22 : 기밀구
22a : 소직경 22b : 대직경
30 : 측정부 31 : 격막
32 : 고정구 33 : 고정체
34 : 격막지지판 34a : 접촉홀
34b : 보조기체투과홀 35 : 코팅보호망
35a : 보호망 35b : 보호투과막층
35c : 테플론층 35d : 실리콘층
40 : 내부전해액 100 : 용존산소센서
200 : 미터기 300 : 센서홀더
A : 양극단지 K : 음극단자
T,T : 온도단자 E : 접지단자
P : 핀
10b : 온도센서 10c : 대응커넥터
11 : 제1전극
11a : 절연체 12 : 제2전극
13 : 측정캡 13a : 밀폐링
14 : 신호선 15 : 커넥터
16 : 터미널단자 17 : BNC커넥터
17a : 제1BNC커넥터 17b : 제2BNC커넥터
18 : 체결구 19 : 전극부
20 : 기밀부 21 : 기밀가이드
21a : 팽창공간 22 : 기밀구
22a : 소직경 22b : 대직경
30 : 측정부 31 : 격막
32 : 고정구 33 : 고정체
34 : 격막지지판 34a : 접촉홀
34b : 보조기체투과홀 35 : 코팅보호망
35a : 보호망 35b : 보호투과막층
35c : 테플론층 35d : 실리콘층
40 : 내부전해액 100 : 용존산소센서
200 : 미터기 300 : 센서홀더
A : 양극단지 K : 음극단자
T,T : 온도단자 E : 접지단자
P : 핀
Claims (16)
- 미터기와 연결되는 신호선이 설치된 센서몸체(10)에 형성되는 제1,2전극(11)(12)로 이루어지는 전극부에서 격막을 통해 투과하는 산소 기체에 의해 수질 내에 용해된 산소량을 ppb, ppm 또는 mg/L, %, μg/L로 나타내는 용존산소(DO:Dissolved Oxygen) 농도값을 측정하도록 용존산소센서에 있어서,
상기 센서몸체(10)의 하부에 설치되는 측정캡(13)의 내부에는 전극부의 외면에 긴밀하게 밀착 끼움되여 측정캡(13)의 내부에 불필요한 기포 및 이물질의 유입을 방지하는 기밀부(20)를 형성하고,
상기 기밀부(20)의 하부에 위치되며 측정캡(13)을 센서몸체(10)에 설치시 전극부와 밀착하며 접촉할 때 발생되는 설치작용력과 수질 유동 외력에 의해 격막(31)의 변형을 방지하며, 상기 기밀부(20)의 하부 끝단에 설치되며 측정캡(13)의 하부 끝단에 걸림되는 통 형태의 고정구(32)를 형성하고, 상기 고정구(32)의 내부에 설치되는 통 형상의 고정체(33)의 하부에 설치되어 격막(31)의 내측면을 접촉 가압하며 수질의 유속, 압력의 작용에 대해 격막(31)을 지지하는 격막지지판(34)으로 격막(31)의 외측으로 산소 기체만을 투과하는 기능과 보호기능을 하는 측정부(30)를 형성하여, 초 순수부터 오·폐수 등의 모든 수질을 측정하며 격막(31)을 교체할 수 있도록 구성하는 것을 특징으로 하는 용존산소센서. - 제 1항에 있어서, 상기 센서몸체(10)의 내부에 설치되는 온도센서의 온도 보상을 위해 센서몸체(10)와 다수개의 핀(P) 방식으로 접속하는 커넥터(15)의 반대편으로 미터기(200)에 단자 방식으로 접속하는 다수개의 터미널단자(16)로 신호선(14)을 구성하는 것을 특징으로 하는 용존산소센서.
- 제 1항에 있어서, 상기 센서몸체(10)의 내부에 설치되는 온도센서의 온도 보상을 위해 센서몸체(10)와 다수개의 핀(P) 방식으로 접속하는 커넥터(15)의 반대편으로 미터기(200)에 단자 방식으로 접속하는 다수개의 터미널단자(16) 및 BNC커넥터(17)로 신호선(14)을 구성하는 것을 특징으로 하는 용존산소센서.
- 제 1항에 있어서, 상기 센서몸체(10)와 미터기(200)에 BNC커넥터 방식으로 각각 접속되는 제1BNC커넥터(17a)와 제2BNC커넥터(17b)로 신호선(14)을 구성하는 것을 특징으로 하는 용존산소센서.
- 제 1항에 있어서, 상기 센서몸체(10)에는 BNC커넥터 방식으로 접속하는 제1BNC커넥터(17a)의 반대편으로 미터기(200)와 단자 방식으로 접속하는 다수개의 터미널단자(16)로 신호선(14)을 구성하는 것을 특징으로 하는 용존산소센서.
- 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 센서몸체(10)에는 측정시 고정을 위한 별도의 센서홀더와 체결을 위해 센서몸체(10)에서 자유 회전하며 센서홀더와 결합시 센서몸체(10)는 회전하지 않는 상태로 체결하는 체결구(18)를 구성하는 것을 특징으로 하는 용존산소센서.
- 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 센서몸체(10)에는 측정시 고정을 위한 별도의 센서홀더와 체결을 위해 센서몸체(10)와 일체로 형성되어 센서홀더에 센서몸체(10)와 함께 회전하는 상태로 체결하는 체결구(18)를 구성하는 것을 특징으로 하는 용존산소센서.
- 제 1항에 있어서, 상기 기밀부(20)는 측정캡(13)의 내부에 설치하는 원통 형상의 기밀가이드(21)를 형성하며,
상기 기밀가이드(21)의 내부에 설치되며 제2전극(12)의 외주면과 밀착 접촉하는 원통 형상의 절연체 재질의 탄성력을 갖는 기밀구(22)를 형성하여,
상기 기밀구(22)의 내측 공간에 내부전해액을 충진시킨 상태로 측정캡(13)을 센서몸체(10)에 결합시 기밀구(22)가 제2전극(12)의 외면에 긴밀하게 밀착 끼움되여 결합되어 제2전극(12)과 내부전해액의 표면장력에 의한 발생 기포 유입을 방지하며 제2전극(12)의 외면에 존재하는 이물질의 유입을 방지하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 용존산소센서. - 제 8항에 있어서, 상기 기밀가이드(21)는 길이 방향 중앙에 기밀구(22)가 제2전극(12)의 외주면에 밀착될 때 팽창을 위한 팽창공간(21a)을 서로 마주보도록 구성하는 것을 특징으로 하는 용존산소센서.
- 삭제
- 제 1항에 있어서, 상기 측정부(30)의 격막지지판(34)은 제1전극(11)이 격막(31)과 밀착 접촉하며 격막(31)을 투과한 산소 기체가 내부전해액으로 원활히 유입되도록 통로 기능을 하는 접촉홀(34a)을 구성하는 것을 특징으로 하는 용존산소센서.
- 제 11항에 있어서, 상기 접촉홀(34a)의 주변으로 제2전극(12)을 벗어나며 고정체(33)의 내부 공간내에 위치하도록 형성되며 산소 기체의 유입 기능과 응력분사 및 복원력 향상을 위한 다수개의 보조기체투과홀(34b)을 구성하는 것을 특징으로 하는 용존산소센서.
- 제 1항 또는 제 11항에 있어서, 상기 측정부(30)에는 격막(32)의 하부에 위치하여 측정캡(31)의 내부 하부 끝단에 걸림 설치하며, 산소 기체만을 투과 기능과 격막(32)을 수질의 유속, 압력, 이물질로부터 보호기능을 하는 원판 형태의 코팅보호망(35)을 구성하는 것을 특징으로 하는 용존산소센서.
- 제 13항에 있어서, 상기 코팅보호망(35)은 비부식성이며 탄성이 있는 합성수재나 엔지니어링플라스틱(EP), 스틸 재질로 형성되는 보호망(35a)의 전체를 매끄럽게 코팅하는 절연재질의 보호투과막층(35b)이 격막(31)의 외측면에 밀착하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 용존산소센서.
- 제 14항에 있어서, 상기 보호투과막층(35b)과 격막(31)은 인체에 무해하며 절연기능 및 탄성을 갖는 EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer), 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리우페탄(Polyurethan), 실리콘, 테플론(Teflon), EPR고무, 에폭시(Epoxy), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE, polytetrafluoroethylene) 중 하나를 이용하여 투명하거나 불투명하게 구성하며,,
상기 보호투과막층(35b)은 보호망(35a)을 기준으로 내면과 외면의 재질을 동일하거나 서로 다르게 구성하는 것을 특징으로 하는 용존산소센서. - 제 1항에 있어서, 상기 제2전극(12)은 원통 형태나 와이어를 코일 형태로 감아 구성하는 것을 특징으로 하는 용존산소센서.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020140143958A KR101507330B1 (ko) | 2014-10-23 | 2014-10-23 | 용존산소센서 |
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| KR1020140143958A KR101507330B1 (ko) | 2014-10-23 | 2014-10-23 | 용존산소센서 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR101507330B1 true KR101507330B1 (ko) | 2015-03-31 |
Family
ID=53028947
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1020140143958A KR101507330B1 (ko) | 2014-10-23 | 2014-10-23 | 용존산소센서 |
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| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101507330B1 (ko) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017155353A1 (ko) * | 2016-03-11 | 2017-09-14 | 대윤계기산업 주식회사 | 센서 모듈, 커넥터 모듈 및 이를 포함하는 수질측정장치 |
| KR101780985B1 (ko) | 2016-08-05 | 2017-09-25 | 대윤계기산업 주식회사 | 용존산소 측정기 |
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2014
- 2014-10-23 KR KR1020140143958A patent/KR101507330B1/ko active IP Right Grant
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