KR101525177B1 - 휴대용 폴리머 용액 농도측정장치 및 이를 이용한 폴리머 용액의 농도측정방법 - Google Patents

휴대용 폴리머 용액 농도측정장치 및 이를 이용한 폴리머 용액의 농도측정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 물 공급유닛을 통해 공급되는 용해수에 의해 용해장치의 용해탱크에서 용해되는 폴리머 용액의 농도를 측정하는 휴대용 폴리머 용액 농도측정장치로서, 장치 본체; 및 상기 장치 본체에 케이블을 통해 전기적으로 연결되는 센서를 포함하며, 상기 센서는, 상부 케이스; 상기 상부 케이스에 착탈가능하게 결합되는 하부 케이스; 일단부는 상기 상부 케이스 및 상기 하부 케이스의 내부에 수용되고 타단부는 상기 상부 케이스의 일측으로 노출되는 센서 본체; 및 상기 하부 케이스의 일측에 결합되는 로크 너트를 포함한다.

Description

휴대용 폴리머 용액 농도측정장치 및 이를 이용한 폴리머 용액의 농도측정방법{Portable concentration measuring device for polymer solution and a method of measuring concentration using the same}
본 발명은 휴대용 폴리머 용액 농도측정장치 및 이를 이용한 폴리머 용액의 농도측정방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폴리머 용액의 농도를 실시간으로 측정할 수 있을 뿐만 아니라, 폴리머의 성상과, 용해수의 온도 및 성상에 따른 보정이 가능하여 폴리머 용액의 실제 농도의 도출이 가능한 휴대용 폴리머 용액 농도측정장치 및 이를 이용한 폴리머 용액의 농도측정방법에 관한 것이다.
현재 국내에서 사용되는 폴리머(고분자 응집제) 용해장치는 크게 2가지 형식으로 연속식 용해장치인 다단 용해조 형식과 간헐식 용해장치인 분사식 폴리머 용해장치가 대부분을 차지하고 있다.
이들 종래의 용해장치는 다음과 같은 문제점이 있다. 호퍼 높이에 따라 이송스크류의 분말 이송량 편차가 발생되거나 습기 노출로 인한 분말 응고 현상으로 인해 이송량 편차가 발생하여 용해농도에 편차가 발생하게 된다.
또한 용해수의 유량 대비 이송 스크류의 회전수를 제어하여 농도를 결정하므로, 실제 교반되고 있는 용해탱크 내의 실제 농도 측정이 전혀 이루어지지 않는 문제점이 있다.
뿐만 아니라 하절기와 동절기의 용해수 온도 또는 성상에 따라 용해농도의 편차가 발생될 수 있으나, 용해수의 온도나 성상, 즉 용해수가 어느 지역의 시상수인지에 따라, 또는 처리수인지, 공업용수인지에 따라 용해농도가 달라지게 되는 문제점이 전혀 반영되지 않고 있다.
이렇듯 용해농도의 편차가 심하면 용해농도 불균일로 후단 수처리 공정의 약품투입량 조정이 어렵고, 기준 농도보다 용해농도가 낮을 경우는 수질개선 효율이 저하될 수 있으며, 기준 농도보다 용해농도가 높을 경우는 약품소모량이 증가되어 수질환경에 악영향을 끼칠 뿐만 아니라 수처리 비용이 증가하는 문제점이 발생하게 된다.
따라서 이송량 편차에 상관없이 용해탱크 내부의 실제 농도를 실시간으로 측정할 필요가 있으며, 나아가 용해장치의 용해탱크 내로 투입되는 폴리머의 성상이나, 용해수의 온도 및 성상에 대응하여 용해농도를 측정할 수 있는 측정장치를 개발할 필요성이 제기된다.
[문헌 1] 대한민국 등록특허 제10-656568호 [문헌 2] 대한민국 등록특허 제10-1063767호
본 발명은 폴리머 용액의 농도를 실시간으로 측정할 수 있을 뿐만 아니라, 폴리머의 성상과, 용해수의 온도 및 성상에 따른 보정이 가능하여 폴리머 용액의 실제 농도의 도출이 가능한 휴대용 폴리머 용액 농도측정장치 및 이를 이용한 폴리머 용액의 농도측정방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 목적은 물 공급유닛을 통해 공급되는 용해수에 의해 용해장치의 용해탱크에서 용해되는 폴리머 용액의 농도를 측정하는 휴대용 폴리머 용액 농도측정장치로서, 장치 본체; 및 상기 장치 본체에 케이블을 통해 전기적으로 연결되는 센서를 포함하며, 상기 센서는, 상부 케이스; 상기 상부 케이스에 착탈가능하게 결합되는 하부 케이스; 일단부는 상기 상부 케이스 및 상기 하부 케이스의 내부에 수용되고 타단부는 상기 상부 케이스의 일측으로 노출되는 센서 본체; 및 상기 하부 케이스의 일측에 결합되는 로크 너트를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 폴리머 용액 농도측정장치에 의해 달성된다.
상기 장치 본체에는 상기 용해탱크 내의 폴리머 용액의 저항값을 측정하여 전압값으로 변환하여 도출하는 저항 측정회로, 상기 용해탱크 내의 폴리머 용액의 온도값을 측정하여 도출하는 온도 측정회로; 상기 저항 측정회로 및 상기 온도 측정회로로부터 검출된 전압값 및 온도값을 디지털로 변환하는 AD 변환기; 및 상기 AD 변환기로부터 출력된 전압값 및 온도값을 입력받아 상기 폴리머 용액의 농도값을 산출하는 중앙제어부를 포함할 수 있다.
상기 중앙제어부는 상기 AD 변환기로부터 전압값 및 온도값을 입력받고 최종 전압값을 도출하는 전압보정부; 상기 전압보정부로부터 최종 전압값을 입력받고 농도를 연산하는 농도연산부; 및 상기 농도연산부로부터 도출된 농도값을 입력받아 표시부를 통해 실시간 표시되도록 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 최종 전압값은 다음의 식에 의해 도출될 수 있다.
Figure 112014087518783-pat00001
여기서 V는 용해탱크 전압값, T는 용해탱크 측정 온도값, V0는 용해수 전압값, T0는 용해수 측정 온도값, Tref는 기준온도를 나타내며, AT는 용해수의 전압변화율 상수, Vdiff는 센서간 전압차, Vcc는 용해수 보정 전압값을 나타낸다.
상기 농도연산부에서 도출되는 농도값은 상기 최종 전압값과 다차 함수의 관계식으로 표현될 수 있다.
또한 본 발명은 물 공급유닛을 통해 공급되는 용해수에 의해 용해장치의 용해탱크에서 용해되는 폴리머 용액의 농도를 측정하는 휴대용 폴리머 용액 농도측정장치의 농도측정방법으로서, 폴리머 약품을 섞은 농도별 시료 용액과 용해수를 준비하는 단계; 상기 농도별 시료 용액과 용해수에 대하여 전압과 온도를 측정하여 최종 전압값 도출에 필요한 값을 생성하여 전압보정부 및 농도연산부에 저장하는 단계; 상기 용해장치의 용해탱크 및 상기 용해수의 전압 및 온도를 측정한 후 전압보정부에서 최종 전압값을 도출하는 단계; 상기 최종 전압값을 이용하여 농도연산부에서 농도값을 연산하는 단계; 및 상기 농도연산부에서 연산된 상기 농도값을 표시부에 표시하는 단계를 포함하는 휴대용 폴리머 용액 농도측정장치를 이용한 농도측정방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 폴리머 용액의 농도를 실시간으로 측정할 수 있을 뿐만 아니라, 폴리머의 성상과 용해수의 온도 및 성상에 따른 보정이 가능하여 폴리머 용액의 실제 농도의 도출이 가능한 휴대용 폴리머 용액 농도측정장치 및 이를 이용한 폴리머 용액의 농도측정방법이 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 폴리머 용액 농도측정장치의 외형을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 폴리머 용액 농도측정장치의 센서 분해도를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 농도측정장치(100)의 구성을 블록도로 도시한 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 전압값과 농도와의 상관성을 보여주는 실험결과를 나타낸 도표이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 중앙제어부의 농도 산출 모듈의 구성을 도시한 블록도이다.
도 6은 일반적인 분말형 폴리머 용해장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 본 발명에 따른 휴대용 농도측정장치를 이용하여 용해장치의 용해탱크 내에서 교반되고 있는 폴리머 약품용액의 농도를 도출하는 과정을 나타낸 흐름도이다.
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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 폴리머 용액 농도측정장치의 외형을 나타낸 도면이며, 도 2는 센서의 분해도를 도시한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 폴리머 용액 농도측정장치(100)는 장치본체(110)와 케이블(120)을 통해 연결되는 센서(130)를 포함한다. 센서(130)가 측정할 유체에 침지되어 유체의 전기적 특성을 검출하여 케이블(120)을 통해 장치 본체(110)에 전달하면, 장치 본체(110)는 이를 처리하여 농도값을 산출하여 디스플레이하게 된다.
이를 위하여 장치 본체(110)에는 LCD 디스플레이(111)가 구비되고 있다. 나아가 외부와의 통신을 위한 통신포트(112), 입력 버튼들(113), 충전포트(114)가 구비될 수 있으며, 배면에 배터리가 장착될 수 있다. 충전단자(114)와 배터리는 농도측정장치(100)의 휴대를 위하여 구비되는 구성이다.
LCD 디스플레이(111)에는 폴리머의 종류와, 측정된 농도값 및 온도값이 표시될 수 있다.
센서(130)는 원통형으로 형성되며, 상부 케이스(131)와 상부 케이스(131)에 착탈가능하게 결합되는 하부 케이스(132), 케이블(120)에 연결된 일단부는 상부 케이스(131)와 하부 케이스(132)의 내부에 수용되고 타단부는 상부 케이스(131)의 일측으로 노출되는 센서 본체(133)를 포함할 수 있다. 하부 케이스(132)의 일측에는 로크 너트(134)가 더 결합될 수 있다.
상부 케이스(131)와 하부 케이스(132)가 탈착가능하게 형성됨으로써, 내부에 수용되는 센서 본체(133)의 유지 관리가 용이해짐으로써 폴리머 용액의 찌꺼기들이 센서 본체(133)에 제거되지 않고 잔류되어 측정에 지장을 주는 현상을 방지할 수 있다.
상부 케이스(131)와 하부 케이스(132)에는 무드 볼트(131a, 132a)가 더 결합되어 상부 케이스(131)와 결합되는 하부 케이스(132)나 센서 본체(133), 또는 하부 케이스(132)에 결합되는 로크 너트(134)의 이탈을 방지할 수 있다.
나아가 다수의 오링(O-ring)이 구비됨으로써 센서 본체(133)로 유체가 유입되는 것을 막을 수 있게 된다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 농도측정장치(100)의 구성을 블록도로 도시한 도면이다.
장치 본체(110)는 케이블(120)을 통해 센서(130)와 전기적으로 연결되며, 센서(130)는 폴리머 용액의 전도도, 예컨대 저항값과 온도를 측정할 수 있다.
장치 본체(110)에는 저항 측정회로(116), AD 변환기(117) 및 온도변환회로(118)가 포함될 수 있다.
장치 본체(110)의 저항 측정회로(116)에서는 센서(130)로 구형파를 보내고 센서(130)를 통하여 반사되는 파형을 복원하여 이 신호를 AD 변환기(117)로 전달한다. 즉, 본 발명에 따른 농도측정장치(100)는 물체가 가지는 고유 특성 중 하나인 저항값을 측정하되 폴리머 용액의 농도별 저항값에 따라 반사되는 파형이 다르므로, 이 차이로 저항의 변화를 측정할 수 있으며, 측정된 저항값은 저항 측정회로(116)에서 전압값으로 변환된 후 이 전압값을 기초로 폴리머 약품용액의 실제 농도를 도출하는 방식이 적용되고 있다.
또한 센서(130)를 통해 측정된 온도값은 온도 측정회로(118)로 전달되어 AD 변환기(117)를 통해 디지털로 변환된다.
AD 변환기(117)를 통해 디지털로 변환된 신호는 중앙 제어부(115)를 통해 농도값으로 변환되어 LCD 디스플레이(111)를 통해 표시된다.
또한 아답터(Adaptor)를 통해 전원이 입력되면 충전포트(114)에서는 배터리(B) 충전에 적합한 전압으로 변환하여 배터리(B)에 공급하며, 배터리(B)의 충전이 완료되면 배터리 보호를 위하여 충전을 차단하여 과충전을 방지할 수 있다. 배터리(B)에서 출력된 전압은 전원회로(P)에서 보드에서 필요한 전압으로 변환된다. 배터리 잔량 감지회로(119)는 배터리(B)의 전압을 체크하여 중앙제어부(115)가 배터리(B)의 잔량을 체크할 수 있도록 한다.
타이머(Timer)는 시간을 계산하여 프로그램에 의해 날짜 및 시간 정보를 기록하여 준다.
입력 버튼(113)은 각종 기능을 선택하기 위한 스위치이며 LCD 디스플레이(111)는 날짜, 시간 폴리머 측정값 및 온도 등 각종 정보를 디스플레이한다.
통신 포트(112)는 외부의 PC 등과 연결하여 메모리(M)에 저장되는 데이터베이스의 입출력이 가능하도록 구성된다.
따라서 전원이 입력되면 Reset 회로(R)에 의하여 초기화되고 중앙제어부(115)에 내장된 프로그램에 의하여 AD 변환기(117)가 제어되어 저항 측정회로(116) 및 온도 측정회로(118)에 의하여 저항과 온도가 측정되며, 측정된 수치들은 AD 변환기(117)에 의하여 디지털로 변환된 후 중앙제어부(115)로 입력된다. 중앙제어부(115)를 통한 농도 산출 과정은 이하에서 서술된다.
중앙제어부(115)의 농도 산출을 위해서는 저항 측정회로(116)를 통하여 측정되는 저항값이 변환되어 출력되는 전압값과 실제 농도와의 상관성을 예측하여 도출된 수식이 적용될 수 있을 것인데, 도 4a 및 도 4b는 이러한 저항 측정회로(116)를 통하여 검출된 전압값과 실제 농도와의 상관성을 보여주는 실험결과를 나타낸 도표이다.
즉, 도 4a는 농도별 시료를 준비하여 그 전압값을 검출하여 나타낸 표이며, 도 4b는 이를 그래프로 나타낸 것으로서 검출된 전압값과 이에 대응하는 시료별 농도값은 다차 함수의 관계식이 성립할 수 있음을 알 수 있다. 따라서, 농도값의 환산은 도 4b에 도시된 바와 같은 전압값과 농도값의 상관그래프를 이용하여 이루어지게 되며, 도 4b에 도시된 그래프는 농도별 시료를 만들어 측정되는 저항값에 해당하는 전압값을 수회 측정하고 그 평균 전압값을 그 농도에 해당하는 전압값으로 설정하는 테이블(도 4a)을 작성하여 도출될 수 있다.
따라서, 센서(130)를 이용하여 저항값을 측정하고 그 저항값을 전압값으로 변환하여 도 4b에 나타낸 전압값과 농도값의 상관그래프를 이용하여 측정된 전압값에 해당하는 농도값을 필요에 따라 일부 보정하여 휴대용 농도측정장치(100)의 LCD 디스플레이(111)에 표시함으로써 측정 유체의 실제 농도를 판별할 수 있게 된다.
이와 같이 농도측정장치(100)를 통해 측정된 저항값은 최종적으로 수치화된 디지털 전압값으로 변환되어 처리되며, 농도측정장치(100)의 센서(130)에 구비되는 온도센서(미도시)를 통해 측정된 온도값 역시 디지털 값으로 변환되어 폴리머 용액의 실제 농도값 산출에 이용된다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 중앙제어부의 농도 산출을 위한 구성을 도시한 블록도이다. 따라서 본 발명에 따른 농도측정장치(100)를 통해 측정된 전압값과 온도값이 실제 교반되고 있는 용해장치 내의 폴리머 약품용액의 농도를 측정하기 위해 중앙제어부(115)의 농도 산출 모듈(115A)에서 어떻게 이용되고 처리되는지가 설명될 것이다.
먼저 상기한 바와 같이 AD 변환기(117)로부터 도출된 전압값 및 온도값은 전압보정부(115a)로 입력된다. 이때, 폴리머 약품용액의 실제 농도를 산출하기 위하여 폴리머 약품용액의 농도에 영향을 줄 수 있는 여러 인자에 대한 측정값이 전압보정부(115a)로 함께 입력되도록 함이 바람직하다.
도 6을 참조하면, 일반적인 분말형 폴리머 용해장치가 도시된다. 도시된 바와 같이 용해장치에는 용해탱크(3)가 구비되며, 용해탱크로는 물 공급유닛(1)에 의하여 용해수가 공급되고 있으며, 약품공급기(1)에 의하여 분말 폴리머가 투입되고 있다. 따라서 배경기술에서 설명한 바와 같이 용해탱크 내의 폴리머 용액의 농도는 용해탱크 내의 온도와 용해탱크로 유입되는 용해수의 온도 및 성상, 그리고 폴리머의 종류에 따라 크게 영향을 받을 것이다.
따라서 특정 폴리머에 대하여 용해장치의 용해탱크 내의 온도와 용해탱크로 유입되는 용해수의 전압값 및 온도값이 전압보정부(115a)로 입력된다면, 용해수의 온도 및 성상, 용해탱크 내의 온도, 또는 폴리머의 성상에 따라 폴리머 약품용액의 농도가 왜곡되어 도출되는 현상을 방지할 수 있게 된다.
이에 따라 전압보정부(115a)에서는 여러 요인을 고려하여 측정 전압값을 보정함으로써 농도값 도출에 사용될 최종 전압값을 도출하게 된다. 다시 말해, 용해탱크를 통해 검출된 전압값은 용해탱크 내의 온도, 그리고 용해수의 온도 및 성상에 의해 크게 영향을 받는 값이므로, 용해탱크 내에서 검출된 전압값을 그대로 신뢰하여 대응하는 농도값을 도출한다면, 그 정확도가 떨어질 수 밖에 없기 때문이다.
최종 전압값(V'')은 다음과 같은 수학식을 이용하여 도출할 수 있다.
Figure 112014087518783-pat00002
여기서 V는 용해탱크 전압값, T는 용해탱크 측정 온도값, V0는 용해수 전압값, T0는 용해수 측정 온도값, Tref는 기준온도를 나타내며, AT는 용해수의 전압변화율 상수, Vdiff는 센서간 전압차, Vcc는 용해수 보정 전압값을 나타낸다.
이때, AT, Vdiff, Vcc는 최종 전압값(V'') 도출을 위하여 전압보정부(115a)에 기저장되는 값으로서 아래와 같은 과정을 통해 도출된다.
상기한 값의 도출을 위해 사용될 시료 용액은 사용 온도범위에서 온도에 따라 전압값이 선형적으로 변화한다는 가정이 전제된다. 나아가 각종 용해수(예를 들어, 천안 시상수, 평택 시상수, 시흥 시상수 등)는 특정 온도(예컨대 25도)에서의 전압값은 차이가 있을 수 있지만 그 기울기는 같으며, 폴리머 약품용액의 농도값(C)은 센서 전압값(V)과 아래의 3차 다항식의 관계식(용해수의 특성에 따라 1차 혹은 다차 다항식의 관계가 성립할 수도 있을 것이다)으로 표시될 수 있음을 전제한다.
C=A3×V3+A2×V2+A1×V+A0
AT 값 도출
AT 값은 특정 용해수의 온도 변화에 대한 센서 전압 변화율로서 다음과 같은 시료 용액을 준비하여 결정한다. 먼저 특정한 용해수를 선택하고 이 용해수에 일정량씩의 특정 폴리머 분말 혹은 액상 폴리머를 섞어서 몇가지 농도별 시료 용액을 준비한다. 통상적으로 농도별 폴리머 약품용액 5가지와 용해수의 6가지 시료 용액을 준비하여 센서를 이용하여 측정한다. 모든 측정시에는 도 1 및 도 2에 도시된 휴대용 농도측정장치(100)에 구비된 센서가 사용된다.
용해수에 센서를 장착한 후 온도를 사용 온도 범위 내에서 변화시키면서 전압값(V1, V2)) 및 온도값(T1, T2)을 측정하여 다음과 같이 AT 값을 계산한다.
AT=(V2-V1)/(T2-T1)
측정 전압값 보정
다음으로 각각의 농도별 시료 용액에 센서를 꽂고 전압값(V) 및 온도값(T)을 측정한다. 상기에서 이미 AT 값을 도출하였으므로, 다음의 식을 이용하여 측정되는 전압값(V)을 보정하여 보정전압값(V')을 얻을 수 있다.
V'=V-AT*(T-Tref)
다항식 완성
보정전압값(V')과 각 시료 용액의 농도 C를 이미 알고 있으므로, 상기한 농도값과 전압값 사이의 관계식, 즉 C=A3×V'3+A2×V'2+A3×V'+A0에 대입하여 A3, A2, A1, A0를 계산하여 농도값 도출을 위한 다항식을 완성한다. 완성된 다항식은 후술하는 농도연산부(115b)의 농도연산을 위해 농도연산부(115b)에 저장된다.
Vcc 값 도출
용해수에 대한 V-AT*(T-Tref)값을 용해수 보정 전압값인 Vcc로 저장해 둔다. 이는 최종 전압값(V'') 도출 시, 시료 용액 측정시의 용해수 레벨로 전압값을 보정하기 위한 것이다.
Vdiff 값 도출
Vdiff는 센서간 전압차를 나타내는 값으로서, 시료 용액과 함께 준비된 용해수에 대하여 용해탱크 센서와 용해수 센서를 각각 침지시켜 두 측정값 차이를 Vdiff로 저장하게 되며, 다음의 식을 이용하여 도출한다.
Figure 112014087518783-pat00003
여기서 Vcw= 용해탱크 센서 측정전압
Tcw= 용해탱크 센서 측정온도
Vcw0= 용해수 센서 측정전압
Tcw0= 용해수 센서 측정온도
결국, Vdiff값은 용해탱크 센서와 용해수 센서의 회로 차이에 의한 측정 오차를 보정하기 위한 값이다.
상기와 같이 AT, Vdiff, Vcc값이 도출 가능하므로, 이 값을 전압보정부 (115a)에 기저장한 후, 수학식 1에 대입하여 최종 전압값(V'')을 도출한다.
결국 최종 전압값(V'') 도출을 위한 수학식 1은 수식 {V-AT*(T-Tref)}-{V0-AT*(T0-Tref)}을 통해 유입되는 용해수의 전압값 변화를 보정한 후, Vdiff값을 빼줌으로써 센서간 회로 차이에 의한 측정 오차를 보정하고 마지막으로 Vcc값을 더해줌으로써 시료 용액 측정시의 용해수 레벨로 전압값을 보정함으로써 도출될 수 있게 된다.
나아가 결과적으로 최종 전압값(V'')은 특정의 폴리머 분말 또는 액상 폴리머를 투입한 폴리머 시료 용액을 기초로 도출된 것이므로, 폴리머 성상이 반영된 값이 된다. 따라서 이후 용해장치에 다른 종류의 분말 폴리머 또는 액상 폴리머를 투입하게 되는 경우에는 별도의 시료 용액들을 다시 준비하여 이러한 최종 전압값 도출에 필요한 값들을 측정하고 전압보정부(115a) 및 농도연산부(115b)에 재저장함으로써 폴리머의 성상에 따른 교정이 가능하게 된다.
농도 연산부(115b)는 상기와 같이 도출된 최종 전압값(V'')과 이미 알고 있는 다항식의 계수 A3, A2, A1, A0를 이용하여 다음의 식으로 농도(C)를 연산한다.
Figure 112014087518783-pat00004
상기와 같이 농도 연산부(115b)를 통해 도출된 농도값(C)은 폴리머 용해장치의 실제 농도값이 되며, 도출된 농도값(C)은 제어부(115c)로 전달된다. 제어부(115c)에 도출된 농도값(C)이 전달되면, 제어부(115c)는 LCD 디스플레이(111)를 통해 도출된 농도값이 실시간으로 표시될 수 있도록 제어한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 본 발명에 따른 휴대용 농도측정장치를 이용하여 용해장치의 용해탱크 내에서 교반되고 있는 폴리머 약품용액의 농도를 도출하는 과정을 나타낸 흐름도이다.
먼저, 폴리머 약품을 섞은 몇가지 농도별 시료 용액과 용해수를 준비한다(S1). 시료 용액은 상기한 바와 같이 특정 폴리머를 일정 비율로 섞어 농도별로 5가지 용액을 준비하는 것이 바람직하다.
다음으로 상기한 시료 용액과 용해수에 대하여 전압과 온도를 측정하여 최종 전압값 도출에 필요한 값을 생성하여 전압보정부(115a) 및 농도연산부(115b)에 저장한다. 시료 용액과 용해수에 대하여 측정되는 전압값과 온도값은 최종 전압값 도출에 필요한 상기한 AT, Vdiff, Vcc값으로 도출되어 휴대용 농도측정장치(100)의 전압보정부(115a) 및 농도연산부(115b)에 저장되어 이용된다.
이후 용해장치의 용해탱크 및 용해수의 전압 및 온도를 측정한 후 전압보정부(115a)에서 최종 전압값을 도출한다(S3). 전압보정부(115a)는 기저장된 AT, Vdiff, Vcc값을 이용하여 용해탱크 내 폴리머 용액에 대한 측정 전압값을 보정하여 최종 전압값을 도출하게 된다.
다음으로, 도출된 최종 전압값을 이용하여 농도연산부(115b)에서 농도를 연산한다(S4).
마지막으로, 농도연산부(115b)에서 연산된 농도값을 휴대용 농도측정장치의 LCD 디스플레이(111)에 표시한다(S5). 따라서 용해장치 내에서 교반되고 있는 폴리머 약품용액의 실제 농도를 실시간으로 측정하는 것이 가능해진다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 폴리머 용액의 농도를 실시간으로 측정할 수 있을 뿐만 아니라, 폴리머의 성상과, 용해수의 온도 및 성상에 따른 보정이 가능하여 폴리머 용액의 실제 농도의 도출이 가능해지게 됨으로써, 용해장치 내의 폴리머 용액에 대한 농도의 판별 및 조정이 가능해져 결과적으로 수질개선 및 수처리비용 절감에 기여할 수 있게 된다.
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.
100 : 휴대용 농도측정장치 111: LCD 디스플레이
112: 통신 포트 113: 입력 버튼
114: 충전 포트 115: 중앙제어부
116: 저항 측정회로 117: AD 변환기
118: 온도측정회로 120: 케이블
130: 센서 131: 상부 케이스
132: 하부 케이스 133: 센서 본체
134: 로크 너트

Claims (6)

  1. 물 공급유닛을 통해 공급되는 용해수에 의해 용해장치의 용해탱크에서 용해되는 폴리머 용액의 농도를 측정하는 휴대용 폴리머 용액 농도측정장치로서,
    장치 본체; 및
    상기 장치 본체에 케이블을 통해 전기적으로 연결되는 센서를 포함하며,
    상기 센서는,
    상부 케이스;
    상기 상부 케이스에 착탈가능하게 결합되는 하부 케이스;
    일단부는 상기 상부 케이스 및 상기 하부 케이스의 내부에 수용되고 타단부는 상기 상부 케이스의 일측으로 노출되는 센서 본체; 및
    상기 하부 케이스의 일측에 결합되는 로크 너트를 포함하며,
    상기 장치 본체에는 상기 용해탱크 내의 폴리머 용액의 저항값을 측정하여 전압값으로 변환하여 도출하는 저항 측정회로,
    상기 용해탱크 내의 폴리머 용액의 온도값을 측정하여 도출하는 온도 측정회로;
    상기 저항 측정회로 및 상기 온도 측정회로로부터 검출된 전압값 및 온도값을 디지털로 변환하는 AD 변환기; 및
    상기 AD 변환기로부터 출력된 전압값 및 온도값을 입력받아 상기 폴리머 용액의 농도값을 산출하는 중앙제어부를 포함하며,
    상기 중앙제어부는
    상기 AD 변환기로부터 전압값 및 온도값을 입력받고 최종 전압값을 도출하는 전압보정부;
    상기 전압보정부로부터 최종 전압값을 입력받고 농도를 연산하는 농도연산부; 및
    상기 농도연산부로부터 도출된 농도값을 입력받아 표시부를 통해 실시간 표시되도록 제어하는 제어부를 포함하며,
    상기 최종 전압값은 다음의 식에 의해 도출되는 것을 특징으로 하는 휴대용 폴리머 용액 농도측정장치.
    Figure 112015003689714-pat00005

    여기서 V는 용해탱크 전압값, T는 용해탱크 측정 온도값, V0는 용해수 전압값, T0는 용해수 측정 온도값, Tref는 기준온도를 나타내며, AT는 용해수의 전압변화율 상수, Vdiff는 센서간 전압차, Vcc는 용해수 보정 전압값을 나타낸다.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 농도연산부에서 도출되는 농도값은 상기 최종 전압값과 다차 함수의 관계식으로 표현되는 것을 특징으로 하는 휴대용 폴리머 용액 농도측정장치.
  6. 물 공급유닛을 통해 공급되는 용해수에 의해 용해장치의 용해탱크에서 용해되는 폴리머 용액의 농도를 측정하는 휴대용 폴리머 용액 농도측정장치의 농도측정방법으로서,
    폴리머 약품을 섞은 농도별 시료 용액과 용해수를 준비하는 단계;
    상기 농도별 시료 용액과 용해수에 대하여 전압과 온도를 측정하여 최종 전압값 도출에 필요한 값을 생성하여 전압보정부 및 농도연산부에 저장하는 단계;
    상기 용해장치의 용해탱크 및 상기 용해수의 전압 및 온도를 측정한 후 전압보정부에서 최종 전압값을 도출하는 단계;
    상기 최종 전압값을 이용하여 농도연산부에서 농도값을 연산하는 단계; 및
    상기 농도연산부에서 연산된 상기 농도값을 표시부에 표시하는 단계를 포함하며,
    상기 최종 전압값은 다음의 식에 의해 도출되는 것을 특징으로 하는 휴대용 폴리머 용액 농도측정장치를 이용한 농도측정방법.
    Figure 112015003689714-pat00014

    여기서 V는 용해탱크 전압값, T는 용해탱크 측정 온도값, V0는 용해수 전압값, T0는 용해수 측정 온도값, Tref는 기준온도를 나타내며, AT는 용해수의 전압변화율 상수, Vdiff는 센서간 전압차, Vcc는 용해수 보정 전압값을 나타낸다.
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