KR101543278B1 - 복합 다점식 열식질량유량계의 제조방법 및 이에 따른 복합 다점식 열식질량유량계 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복합 다점식 열식질량유량계의 제조방법 및 이에 따른 복합 다점식 열식질량유량계에 관한 것으로, 대형 관로의 유량 측정의 신뢰성이 확보되고, 이를 통한 측정오류를 최소화할 수 있으며, 원형파이프를 절단하여 내측에 유량측정부를 설치함으로써, 조립이 간편하고, 이를 통해 생산성이 향상되며, 원형파이프 절단에 따른 삽입봉의 형상이 유선형을 형성함에 따라 관로 내의 유체의 저항에 대하여 안정적인 대처가 가능함은 물론, 상기와 같은 삽입형 MFM의 센서봉부재의 특징적 제조방법을 통해 센서봉부재 내부에 소형관로측정용 바이패스 캐필러리 가열형 열식질량유량계의 미세관로의 역할과 동일한 미세관로 파이프부재를 다점식으로 형성하여 보다 정확한 유량의 측정이 가능함은 물론, 열적 관성효과에 의한 부정적 현상을 최소화하고 유체가 수평으로 흐르는 관로에 대하여 수직으로 삽입 설치되는 삽입형 열식질량유량계에 소형관로측정용 바이패스 캐필러리 가열형 열식질량유량계에 적용되는 미세관로를 복합적으로 결합하여 상호유기적으로 형성함과 함께 유체가 흐르는 관로의 수직상 상중하 상에 다점식으로 배열형성하여 유량측정오류를 최소화하고, 대형 관로의 유체의 유량 측정의 신뢰성을 확보가 용이하여 산업분야에 널리 사용되고 있는 열식질량유량계의 측정결과에 신뢰성이 확보된 국산화가 가능하고, 이를 통한 산업분야의 경제적 이점의 제공이 가능한 복합 다점식 열식질량유량계의 제조방법 및 이에 따른 복합 다점식 열식질량유량계에 관한 것이다.

Description

복합 다점식 열식질량유량계의 제조방법 및 이에 따른 복합 다점식 열식질량유량계{Manufacturing method of mixed-use multipoint thermal mass flowmeter and mixed-use multipoint thermal mass flowmeter using thesame}

본 발명은 복합 다점식 열식질량유량계의 제조방법 및 이에 따른 복합 다점식 열식질량유량계에 관한 것으로, 유체가 수평으로 흐르는 관로에 대하여 수직으로 삽입 설치되는 삽입형 열식질량유량계에 소형관로측정용 바이패스 캐필러리 가열형 열식질량유량계를 유체가 흐르는 관로의 수직상 상중하 상에 다점식으로 배열형성하여 유량측정오류를 최소화하여 대형 관로의 유체의 유량 측정의 신뢰성을 확보가 용이한 복합 다점식 열식질량유량계의 제조방법 및 이에 따른 복합 다점식 열식질량유량계에 관한 것이다.

종래의 열식 질량유량계는 유체와 고체 간의 열에너지 수주를 이용하여 유량을 측정하는 것으로, 주로 공기, 각종 가스 등과 같은 기체의 질량유량 측정에 적용하였다. 또한, 액체에도 제한적으로 사용되기는 하나 기체와의 에너지 수주량에 비해 과도한 에너지 수주량이 조성되는 액체와의 에너지 수주에 따라 적용 빈도는 높지 않다. 따라서, 이와 같은 종래 열식 질량유량계는 통상 기체의 부피분율이나 질량분율, 몰분율 등 조성을 알고 이를 통해 혼합가스의 질량유량 측정도 가능하다.

이러한, 종래의 열식 질량유량계는 측정방법에 따라 2가지로 대분류되는 데 바이패스 캐필러리 가열형(MFM ; Mass Flow Meter)과 삽입형 MFM 으로 나뉜다. 여기서, 바이패스 캐필러리 가열형은 주관로에 주관로보다 작은 직경의 미세 바이패스 관로를 형성하고, 미세 바이패스 관로의 유입측을 발열센서로 직접 가열한 후, 바이패스 관로의 배출측에서 온도가 상승된 기체온도를 측정하여 온도차에 따른 브릿지회로를 흐르는 전류의 균형이 깨지면서 출력을 발생하고, 이때 기체의 종류와 조성이 일정하다는 가정하에 기체 질량에 의존한 출력전압으로부터 질량유량을 측정하는 것이다.

하지만, 이와 같은 바이패스 캐필러리 가열형 열식 질량유량계는 바이패스관이 주관 외측으로 돌출되는 형상을 하고 있어 외부간섭이 크고, 직경이 큰 대형 관로에는 적용이 힘들며, 설사 대형관로에 설치한다고 하더라도 관로 외측으로 돌출되는 바이패스 관으로 인해 많은 설치공간이 필요로하며, 대형관로의 특성상 관로에 흐르는 기체가 중력 등의 영향으로 관로의 상중하 위치에서 서로 다른 유량측정결과가 나오는 문제로 인해 정확한 측정이 불가능하였다. 따라서, 주로 소형관로의 기체 유량 측정에 사용되는 한계를 가지고 있다.

이를 개선하기 위해 개시되고 있는 것이, 대형 관로에 적합한 삽입형 MFM으로 관로의 중심 또는 관로의 직경을 가로지르는 거리까지 도달이 가능한 센서봉을 형성하고, 센서봉 끝단에는 센서보호가이드 내에 설치된 두 가닥의 센서(온도센서, 유속센서)가 나란히 수직으로 평행하게 형성된다.

이와 같은 삽입형 MFM은 전술한 바이패스 캐필러리 가열형의 대형 관로에 적용이 힘든 단점을 보완한 것으로, 대형 관로의 중심 또는 관로의 직경을 가로지르는 거리까지 센서가 도달되도록 하여 중심에 흐르는 유체의 유량의 측정이 가능하다.

이와 같은 작동관계의 의해 측정하는 삽입형 MFM 열식 질량유량계는 앞서 계속 언급하였지만 소형 관로에도 사용이 가능하나 통상 대형 관로에 더욱 적합한 것으로, 센서에 의한 측정은 정전류방식과 정온도방식의 측정방법을 통해 측정한다. 전자의 정전류방식은 유속센서에 일정한 전류를 가하여 가열시킨 후, 유체 유동에 의한 냉각을 통해 저항 변화를 검출하여 유량을 측정하는 것으로, 유량이 증가하면 냉각량이 증가하여 최초 온도상승으로 인한 저항값보다 전기적 저항값이 줄어들어 이를 통한 저항에 의한 출력값을 산출하여 유량을 측정하는 것이다.

후자의 경우인 정온도방식은 통상 사용되는 방식으로 앞서 구성설명한 삽입형 MFM의 유속센서와 온도센서에 일정한 온도차를 유지하도록 전류를 공급하고, 유속센서와 온도센서측으로 유체가 통과하면서 유량의 증가로 인한 일정한 온도차이를 유속센서와 온도센서의 설정된 온도차를 유지하기 위하여 공급되는 전류공급량을 근거로 증감되는 전류량에 의한 출력값을 산출하여 유량을 측정하는 것이다.

즉, 정온도방식을 통한 종래의 삽입형 MFM의 센서에 의한 측정은 통상적으로 백금 측온저항체가 삽입된 예열된 하나의 센서(유속센서)와 다른 하나의 기준 센서(온도센서)로 구성되어 있으며 공기의 분자가 백금측온저항체가 삽입된 예열된 센서를 통과하면 그 공기 분자가 가지고 있는 고유의 온도전도도 ( Thermal Conductivity ) 및 흐름에 의한 대류 열전달에 의하여 백금 측온저항체가 삽입된 예열된 센서로부터 열을 빼앗아간다. 공기의 흐름이 많으면 많을수록 열손실은 커지게 되며 유량계는 상온차 ( Constant Temperature Differential )원리에 의하여 예열된 센서가 가지는 열손실 만큼 추가적인 기전력을 백금 측온저항체가 삽입된 예열된 센서에 공급하여 주며 이러한 기전력은 공기의 유량이 흐름에 비례적이며, 이을 통해 유량을 측정하는 것이다.

따라서, 현재 전자에 기술한 바이패스 캐필러리 가열형과 삽입형 MFM 방식의 적용이 널리 사용되고 있고, 후술한 삽입형 MFM이 대형 관로에서의 유량 측정이 필요한 주 산업분야에 널리 사용되고 있는 실정이다.

하지만, 이와 같은 삽입형 MFM은 바이패스 캐필러리 가열형에 비해 발열 및 측온 부위의 부피가 큰 이유로 열적 관성효과가 크고 이에 따라 특히 유량이 증가하는 과정에 있어서 응답성이 저하되는 단점이 있으며, 센서의 위치에 가해지는 흐름의 양태 즉, 유동장의 분포에 따라 측정 유량의 오차 요인이 상존하므로 유동의 분포와 구배가 큰 대형 관로의 특성상 유체의 관로 내의 상중하 위치에서 측정값이 달라 정확한 유량 측정에 있어서는 한계가 있다.

그럼에 따라 이와 같은 삽입형 MFM의 측정오류를 좀더 보완하고자 다점식 삽입형 MFM이 개시되고 있다. 이는 관로의 중심에 위치되는 센서를 관로의 상중하 및 상중하 사이에 더 위치하여 센서를 구성하도록 센서봉에 결합하여 각각의 위치에 위치된 센서를 통해 측정된 유량측정값을 토대로 평균하여 유량 측정값을 보정함으로써, 보다 정확한 유량측정을 하고 있는 실정이지만 여전히 소형 관로에 적합한 바이패스 캐필러리 가열형 열식 질량유량계에 비하여 열적 관성효과에 의한 정확도 저하 요인이 제거되지 않음으로서 그 정확성에 대한 신뢰도는 떨어지는 게 현실적이다.

더욱이, 삽입형 열식질량유량계는 삽입봉이 파이프로 형성되어 있어 센서 등의 삽입설치시 수평, 수직도가 정확히 맞게 설치가 불가능하고, 내부 충진물의 설치로 인한 센서의 설치방향의 뒤틀림 등으로 인해 유체 측정에 따른 오차가 발생됨은 물로, 조립 및 생산성이 떨어지는 문제가 있었다.

대한민국 실용신안 공개 20-2012-0000382, 공개일자 2012년 01월 13일. 대한민국 특허공개 10-2005-0074250, 공개일자 2005년 07월 18일. 대한민국 특허공개 10-2004-0099113, 공개일자 2004년 11월 26일.

따라서, 본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출한 것으로, 원형파이프를 절단하여 내측에 유량측정부를 설치함으로써, 센서 및 유량측정을 위한 구성의 수평, 수직도를 맞춘 상태에서 조립이 용이하고, 이를 통해 생산성이 향상되며, 원형파이프 절단에 따른 삽입봉의 형상이 유선형을 형성함에 따라 관로 내의 유체의 저항에 대하여 안정적인 대처가 가능하여 대형 관로의 유량 측정의 신뢰성이 확보되고, 열적 관성효과에 의한 응답성 저하 및 이를 통한 측정오류를 최소화할 수 있는 복합 다점식 열식질량유량계의 제조방법 및 이에 따른 복합 다점식 열식질량유량계를 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 삽입형 MFM의 센서봉 형상을 특징적 제조방법을 통해 새로운 형태의 유선형으로 형성함과 함께 센서봉 내부에 소형관로측정용 바이패스 캐필러리 가열형 열식질량유량계의 미세관로를 다점식으로 형성하여 유체의 흐름에 따른 센서봉 주변 간섭 및 와류 등으로 인한 오차범위를 최소화하고, 삽입형 MFM의 센서가 유속의 증가로 인한 오차범위가 큰 문제를 해결함으로써보다 정확한 유량의 측정이 가능한 복합 다점식 열식질량유량계의 제조방법 및 이에 따른 복합 다점식 열식질량유량계를 제공하는 데 또 다른 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 복합 다점식 열식질량유량계의 제조방법은 원형 파이프 원주 중심의 수직인 y축을 기준으로 상중하 3분할하여 길이방향으로 평행하게 절단하고, 3분할된 원형 파이프의 상,하부분을 유량을 측정하고자 하는 대형관로의 내경에 따라 길이를 절단하는 절단단계(S100)와; 상기 절단단계를 통해 얻어진 분할된 원형 파이프의 상, 하부분에 유량을 측정하고자 하는 대형관로의 내경에 따른 상중하 위치 중 적어도 어느 하나의 위치에 대응되도록 미세관로결합홈(200)을 적어도 하나 이상 전후로 연통되게 형성하는 가공단계(S200)와; 상기 가공단계를 통해 형성된 상,하부분 중 어느 하나의 내측에 형성된 미세관로결합홈(200)에 바이패스 캐필러리 가열형 열식질량유량계 유량측정을 위한 미세관로의 역할을 수행하는 미세관로 파이프 부재(300)가 각각 결합되고, 상기 미세관로 파이프부재(300) 각각에 대응형성되도록 상기 미세관로 파이프 부재 전방측으로 발열센서(410)가 형성되어 직접가열하며, 상기 미세관로 파이프부재의 후방측으로 상기 발열센서(410)에 의해 가열된 온도변화를 측온하는 측온센서(420)가 형성되어 유량측정이 가능하도록 형성되는 유량측정유닛 형성단계(S300)와; 상기 유량측정유닛 형성단계를 통해 상기 미세관로 파이프부재(300)와 상기 발열센서(410), 측온센서(420)가 원형 파이프 상,하부분의 어느 하나에 형성되고, 원형 파이프 상,하부분이 서로 마주보며 대응하여 기밀을 유지하도록 결합하여 유체의 흐름에 대하여 저항이 최소화되도록 유선형의 삽입봉부재(100)가 형성되는 기밀결합단계(S400)와; 상기 발열센서(410)와 측온센서(420)로부터 얻어지는 정보를 전달받아 유량을 연산하고, 표시하도록 상기 기밀결합단계를 통해 얻어진 삽입봉부재(100) 상단에 전기적으로 연결형성되는 연산표시부 형성단계(S500);를 포함한다.

한편, 본 발명에 따른 복합 다점식 열식질량유량계의 제조방법을 통해 형성되는 복합 다점식 열식질량유량계는 원형 파이프 원주 중심의 수직인 y축을 기준으로 상중하 3분할하여 길이방향으로 평행하게 절단하고, 3분할된 원형 파이프의 상,하부분을 유량을 측정하고자 하는 대형관로의 내경에 따라 길이를 절단하며, 상,하부분이 서로 마주보며 대응하여 기밀결합을 통해 유체의 흐름에 대하여 저항이 최소화되도록 유선형으로 형성되는 삽입봉부재(100)와; 상기 삽입봉부재(100)에 유량을 측정하고자 하는 대형관로의 내경에 따른 상중하 위치 중 적어도 어느 하나의 위치에 대응되도록 적어도 하나 이상 전후로 연통되게 형성되는 미세관로결합홈(200)과; 상기 미세관로결합홈(200)에 유체 흐름방향에 대하여 평행하게 대응되어 기밀결합되고, 바이패스 캐필러리 가열형 열식질량유량계 유량측정을 위한 미세관로의 역할을 수행하는 미세관로 파이프 부재(300)와; 상기 미세관로 파이프부재(300) 각각에 대응형성되도록 상기 미세관로 파이프 부재 전방측으로 직접가열을 위한 발열센서(410)가 형성되고, 상기 미세관로 파이프부재의 후방측으로 상기 발열센서(410)에 의해 가열된 온도변화를 측온하는 측온센서(420)가 형성되어 유량측정이 가능하도록 형성되는 유량측정유닛(400)과; 상기 유량측정유닛(400)으로부터 얻어지는 정보를 전달받아 유량을 연산하고, 표시하도록 상기 삽입봉부재(100) 상단에 전기적으로 연결형성되는 연산표시부(500);로 형성된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 미세관로 파이프 부재(300)는 내경 2Ø이상 ~ 5Ø 미만인 것이 바람직하고, 유선형으로 결합되는 상기 삽입봉부재(100)의 내측에는 상기 미세관로 파이프부재(300) 및 상기 유량측정유닛(400)의 유동을 방지하고, 인접하는 상기 미세관로 파이프부재(300) 및 상기 유량측정유닛(400)과 외부 유체흐름에 따른 삽입봉부재(100)의 온도변화에 따른 영향을 최소화하도록 단열재(600)가 충진되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 대형 관로의 유량 측정의 신뢰성이 확보되고, 이를 통한 측정오류를 최소화할 수 있는 것으로, 원형파이프를 절단하여 내측에 유량측정부를 설치함으로써, 조립이 간편하고, 이를 통해 생산성이 향상되며, 원형파이프 절단에 따른 삽입봉의 형상이 유선형을 형성함에 따라 관로 내의 유체의 저항에 대하여 안정적인 대처가 가능하도록 삽입형 MFM의 센서봉 형상을 특징적 제조방법을 통해 센서봉 내부에 소형관로측정용 바이패스 캐필러리 가열형 열식질량유량계를 다점식으로 형성하여 유체의 흐름에 따른 센서봉 주변 간섭 및 와류 등으로 인한 오차범위를 최소화함으로써 보다 정확한 유량의 측정이 가능한 효과가 있다.

또한, 유체가 수평으로 흐르는 관로에 대하여 수직으로 삽입 설치되는 삽입형 열식질량유량계에 소형관로측정용 바이패스 캐필러리 가열형 열식질량유량계에 적용되는 미세관로를 상호유기적으로 결합형성함에 따라 유체가 흐르는 관로의 수직상 상중하 상에 다점식으로 배열형성하여 유량측정오류를 최소화하여 대형 관로의 유체의 유량 측정의 신뢰성을 확보가 용이하도록 함으로써, 산업분야에 널리 사용되고 있는 열식질량유량계의 국산화가 가능하고, 이를 통한 산업분야의 경제적 이점의 제공이 가능한 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 복합 다점식 열식질량유량계의 제조방법에 따른 블럭도이다.
도 2는 본 발명에 따른 복합 다점식 열식질량유량계의 제조방법에 따른 계략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 복합 다점식 열식질량유량계의 전체 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 복합 다점식 열식질량유량계의 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 복합 다점식 열식질량유량계의 평면 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 복합 다점식 열식질량유량계를 통해 대형 관로에 삽입하여 유량측정하는 사용상태 측면도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다.

본 명세서에서, 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예들에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 그리고, 본 명세서에서 사용된(언급된) 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 결코 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 복합 다점식 열식질량유량계의 제조방법 및 이에 따른 복합 다점식 열식질량유량계의 실시예에 따른 기술적 특징을 구체적으로 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 복합 다점식 열식질량유량계의 제조방법에 따른 블럭도이고, 도 2는 본 발명에 따른 복합 다점식 열식질량유량계의 제조방법에 따른 계략도이며, 도 3은 본 발명에 따른 복합 다점식 열식질량유량계의 전체 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 복합 다점식 열식질량유량계의 분해 사시도이며, 도 5는 본 발명에 따른 복합 다점식 열식질량유량계의 측면 단면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 복합 다점식 열식질량유량계를 통해 대형 관로에 삽입하여 유량 측정하는 사용상태 측면도이다.

본 발명에 따른 복합 다점식 열식질량유량계는 원형 파이프를 절단하여 절단된 원형 파이프 내부에 유량계측을 위한 장비의 설치가 용이하고, 조립이 간편하며, 내부 단열재 충진이 장비의 간섭없이 용이함은 물론, 삽입형과 바이패스 캐필러리 가열형 열식질량유량계의 미세관로와 같은 역할을 수행하는 미세관로 파이프 부재를 통해 보다 정확하고 신뢰성 있는 유량측정이 가능한 것으로, 도 1 및 도 2에 나타난 바와 같이, 절단단계(S100), 가공단계(S200), 유량측정유닛 형성단계(S300), 기밀결합단계(S400), 연산표시부 형성단계(S500)를 통해 제작된다.

상기 절단단계(S100)는 대형 관로에 삽입되는 삽입봉을 형성하기 위한 것으로, 원형 파이프 원주 중심의 수직인 y축을 기준으로 상중하 3분할하여 길이방향으로 평행하게 절단하고, 3분할된 원형 파이프의 상,하부분을 유량을 측정하고자 하는 대형관로의 내경에 따라 길이를 절단한다.

상기 가공단계(S200)는 후술되는 미세관로 파이프부재 설치가 가능하도록 절단단계를 통해 얻어진 3분할된 원형 파이프의 상,하부분을 가공하는 것으로, 상기 절단단계를 통해 얻어진 분할된 원형 파이프의 상, 하부분에 유량을 측정하고자 하는 대형관로의 내경에 따른 상중하 위치 중 적어도 어느 하나의 위치에 대응되도록 미세관로결합홈(200)을 적어도 하나 이상 전후로 연통되게 형성한다.

상기 유량측정유닛 형성단계(S300)는 전술한 가공단계를 통해 분할된 원형 파이프에 유량측정을 위한 유량측정유닛을 형성하는 것으로, 상기 가공단계를 통해 형성된 상,하 부분 중 어느 하나의 내측에 형성된 미세관로결합홈(200)에 바이패스 캐필러리 가열형 열식질량유량계 유량측정을 위한 미세관로의 역할을 수행하는 미세관로 파이프 부재(300)가 각각 결합되고, 상기 미세관로 파이프부재(300) 각각에 대응형성되도록 상기 미세관로 파이프 부재 전방측으로 발열센서(410)가 형성되어 직접가열하며, 상기 미세관로 파이프부재의 후방측으로 상기 발열센서(410)에 의해 가열된 온도변화를 측온하는 측온센서(420)가 형성되어 유량측정이 가능하도록 형성된다. 즉, 관내에 흐르는 질량유량의 기체를 발열센서로 직접 가열하였을때의 온도차를 측온센서에서 측정하고, 이와 같은 온도변화를 이용하여 브릿지회로를 흐르는 전류의 균형이 깨지면서 출력을 발생한다. 이때 기체의 물성이 일정하면 기체 질량에 의존하여 출력전압으로부터 질량유량을 구하는 것이다.

상기 기밀결합단계(S400)는 대형 관로의 유체가 미세관로 파이프부재(300) 내로 유입되어 질량유량을 측정하도록 하고, 나머지 유량측정유닛이 설치되는 공간부에는 유체 접촉이 제한되도록 기밀을 유지하는 것으로, 상기 유량측정유닛 형성단계를 통해 상기 미세관로 파이프부재(300)와 상기 발열센서(410), 측온센서(420)가 원형 파이프 상,하부분의 어느 하나에 형성되고, 원형 파이프 상,하부분이 서로 마주보며 대응하여 기밀을 유지하도록 결합하여 유체의 흐름에 대하여 저항이 최소화되도록 유선형의 삽입봉부재(100)가 형성된다.

여기서, 상기 기밀결합단계를 통해 형성되는 삽입봉부재(100)의 유선형의 형상은 대형 관로에 삽입되는 삽입봉부재(100)의 특성상 유체의 흐름방향에 대하여 직교되게 설치됨으로써 발생되는 유체의 저항으로부터 보다 안정적으로 대처가 가능하도록 하기 위함이며, 유체가 삽입봉부재(100)에 접촉되면서 흐르는 후단측으로 와류 등의 발생을 최소화하여 측정오차의 발생을 줄이기 위함이다.

상기 연산표시부 형성단계(S500)는 상기 발열센서(410)와 측온센서(420)로부터 얻어지는 정보를 전달받아 유량을 연산하고, 표시하도록 상기 기밀결합단계를 통해 얻어진 삽입봉부재(100) 상단에 전기적으로 연결형성된다. 여기서, 상기 연산표시부 형성단계에서 표시는 아날로그 및 디지털 방식 중 선택적으로 변경이 가능하다. 또한, 연산표시부의 표시를 관로가 아닌 다른 장소에서 확인이 가능하도록 형성될 수도 있다.

한편, 본 발명에 따른 복합 다점식 열식질량유량계의 제조방법을 통해 제조되는 본 발명에 따른 복합 다점식 열식질량유량계는 삽입식 열식질량유량계와 같이 대형 관로에 적용이 가능하고, 대형 관로와 같이 직경이 큰 관로의 유체 흐름방향에 대하여 수직상의 상중하 유체의 특성을 고려한 다점식 삽입 열식질량유량계의 특징과 측정 정확성을 위한 바이패스 캐필러리 가열형 열식질량유량계의 특징을 모두 갖춤과 함께 대형 관로에서 유체 흐름에 따른 삽입봉부재의 유체흐름저항 및 후단의 와류현상에 의한 측정오차를 최소화할 수 있는 것으로, 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 삽입봉부재(100), 미세관로결합홈(200), 미세관로 파이프부재(300), 유량측정유닛(400), 연산표시부(500)로 구성된다.

상기 삽입봉부재(100)는 대형 관로의 유량을 측정하기 위한 후술되는 미세관로 파이프부재(300) 및 유량측정유닛(400)의 조립이 용이하도록 원형 파이프 원주 중심의 수직인 y축을 기준으로 상중하 3분할하여 길이방향으로 평행하게 절단하고, 3분할된 원형 파이프의 상,하부분을 유량을 측정하고자 하는 대형관로의 내경에 따라 길이를 절단하여 형성한다. 여기서, 상기 삽입봉부재(100)를 형성하기 위한 상,하부분이 서로 마주보며 대응하여 기밀결합을 통해 유체의 흐름에 대하여 저항이 최소화되도록 유선형으로 형성된다.

상기 미세관로결합홈(200)은 상기 삽입봉부재(100)에 유량을 측정하고자 하는 대형관로의 내경에 따른 상중하 위치 중 적어도 어느 하나의 위치에 대응되도록 적어도 하나 이상 전후로 연통되게 형성된다. 상기 미세관로결합홈(200)은 후술되는 미세관로 파이프부재(300)가 기밀결합되도록 미세관로 파이프부재(300) 외경에 대응되게 형성되는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 미세관로결합홈(200)은 삽입봉부재(100)의 수직길이방향에 대하여 직교되는 수평방향 전후로 동일선상에 형성됨으로써, 후술되는 미세관로 파이프부재(300)가 유체 흐름방향과 나란히 평행을 이루는 방향으로 위치된다.

상기 미세관로 파이프부재(300)는 대형 관로가 주관이 되고, 미세관로 파이프부재(300)가 바이패스 미세관로가 되어 미세관로 전방측을 직접가열하여 가열되는 유체의 온도를 후방측에서 측온함에 따라 온도변화를 통해 브릿지회로의 전류 균형을 유지하기 위해 발생되는 출력으로 유체의 질량유량을 구하도록 형성된 것으로, 상기 미세관로 파이프부재(300)는 상기 미세관로결합홈(200)에 유체 흐름방향에 대하여 평행하게 대응되어 기밀결합되고, 바이패스 캐필러리 가열형 열식질량유량계 유량측정을 위한 미세관로의 역할을 수행한다.

여기서, 상기 미세관로 파이프 부재(300)는 내경 2Ø이상 ~ 5Ø 미만인 것이 바람직하다. 내경이 2Ø 미만일 경우 유체가 미세관로 파이프 부재측으로 흐름이 방해되어 측정오차가 발생될 수 있고, 5Ø 이상일 경우에는 유체의 과잉 유입으로 인해 온도변화에 따른 측정오차가 발생되기 때문이다.

상기 유량측정유닛(400)은 전술한 상기 미세관로 파이프부재(300)를 통해 흐르는 유체를 가열하고, 가열된 유체의 온도변화를 통해 유량을 측정하도록 형성된 것으로, 상기 미세관로 파이프부재(300) 각각에 대응형성되도록 상기 미세관로 파이프 부재 전방측으로 직접가열을 위한 발열센서(410)가 형성되고, 상기 미세관로 파이프부재의 후방측으로 상기 발열센서(410)에 의해 가열된 온도변화를 측온하는 측온센서(420)가 형성되어 유량측정이 가능하도록 형성된다.

상기 연산표시부(500)는 상기 유량측정유닛(400)으로부터 얻어지는 정보를 전달받아 유량을 연산하고, 표시하도록 상기 삽입봉부재(100) 상단에 전기적으로 연결형성된다. 여기서, 상기 연산표시부(500)는 아날로그 또는 디지털 중 선택적으로 형성하여 사용자에게 유량정보를 제공한다.

한편, 상기 삽입봉부재(100) 내측에는 단열재(600)는 상기 미세관로 파이프부재(300) 및 상기 유량측정유닛(400)의 유동을 방지하고, 인접하는 상기 미세관로 파이프부재(300) 및 상기 유량측정유닛(400)과 외부 유체흐름에 따른 삽입봉부재(100)의 온도변화에 따른 영향을 최소화하도록 단열재(600)가 충진된다. 즉, 상기 단열재(600)를 통해 미세관로 파이프부재(300)의 직접가열에 따른 가열온도를 보존하여 정삭적으로 가열이 가능하도록 하고, 이에 따른 온도 차이를 측정시, 삽입봉부재(100)가 유체로부터 냉각되어 온도변화에 영향을 줄 수 있는 요소를 배제함으로써, 온도변화를 정확히 측정이 되도록 함으로써, 유량 측정의 신뢰성이 확보되는 것이다.

이와 같은 구성을 통한 본 발명에 따른 복합 다점식 열식질량유량계의 제조방법 및 이에 따른 복합 다점식 열식질량유량계는 대형 관로에 적합하고, 대형관로에 유체 흐름에 대하여 수직으로 삽입하여 유체 흐름에 따른 저항이 최소화되도록 유선형을 형성하여 유량 측정의 오류를 최소화할 수 있다.

즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 유선형으로 형성된 삽입봉부재의 유선형 선단과 말단이 유체와 접하는 면적이 최소화되어 유체의 저항에 따른 유체 유량 측정의 간섭이 최소화될 수 있다. 이는 유체가 흐르는 방향에 대하여 최초 접하는 부분이 삽입봉부재(100)의 유선형 선단으로 유선형 선단에는 미세관로 파이프부재(300)의 전방측이 노출되어 있어 유체의 흐름이 그대로 미세관로 파이프부재(300)로 유체 흐름저항이나 와류 현상없이 유입되고, 이를 발열센서(410)에 의해 가열하여 측온센서(420)를 통해 측정된 온도차이에 따라 브릿지회로의 전류량의 균형변화에 의해 발생되는 출력전압으로부터 질량유량을 구하는 것이다.

따라서, 본 발명에 따른 복합 다점식 열식질량유량계의 제조방법 및 이에 따른 복합 다점식 열식질량유량계는 유체저항을 감소할 수 있는 유선형상을 형성하고, 바이패스 캐필러리 가열형 열식질량유량계의 특징부인 미세관로의 측온을 통한 유량측정의 장점과 대형 관로 직경에 따른 유체의 상, 중, 하 차이에 따른 각각의 유량 체크가 가능하여 이를 통계적으로 산출함으로써, 보다 정확한 유량값을 연산표시부(500)를 통해 사용자에게 제공이 가능한 것이다.

더욱이, 유선형의 삽입봉부재(100)를 형성시, 원형 파이프의 절단된 상, 하 부분을 결합하여 형성함에 따라 내부에 내설되는 유량측정유닛(400)과 미세관로 파이프부재(300)의 설치가 용이한 것은 자명한 것이고, 미세관로결합홈(200)을 가공함에 있어서도 보다 유동적으로 가공 성형이 가능하여 대형 관로의 직경에 따른 적용이 용이하다.

이상에서는 본 발명을 하나의 실시예로서 상세히 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않고, 기술사상 범위 내에서 통상의 지식을 가진 자라면 다양한 변형 및 수정이 가능함은 명백한 것이며, 본 발명의 실시예와 실질적 균등범위까지 포함된다 할 것이다.

S100 : 절단단계 S200 : 가공단계
S300 : 유량측정유닛 형성단계 S400 : 기밀결합단계
S500 : 연산표시부 형성단계
100 : 삽입봉부재 200 : 미세관로결합홈
300 : 미세관로 파이프부재 400 : 유량측정유닛
410 : 발열센서 420 : 측온센서
500 : 연산표시부 600 : 단열재

Claims (4)

1. 원형 파이프 원주 중심의 수직인 y축을 기준으로 상중하 3분할하여 길이방향으로 평행하게 절단하고, 3분할된 원형 파이프의 상,하부분을 유량을 측정하고자 하는 대형관로의 내경에 따라 길이를 절단하는 절단단계(S100)와;
   상기 절단단계를 통해 얻어진 분할된 원형 파이프의 상, 하부분에 유량을 측정하고자 하는 대형관로의 내경에 따른 상중하 위치 중 적어도 어느 하나의 위치에 대응되도록 미세관로결합홈(200)을 적어도 하나 이상 전후로 연통되게 형성하는 가공단계(S200)와;
   상기 가공단계를 통해 형성된 상,하부분 중 어느 하나의 내측에 형성된 미세관로결합홈(200)에 바이패스 캐필러리 가열형 열식질량유량계 유량측정을 위한 미세관로의 역할을 수행하는 미세관로 파이프 부재(300)가 각각 결합되고, 상기 미세관로 파이프부재(300) 각각에 대응형성되도록 상기 미세관로 파이프 부재 전방측으로 발열센서(410)가 형성되어 직접가열하며, 상기 미세관로 파이프부재의 후방측으로 상기 발열센서(410)에 의해 가열된 온도변화를 측온하는 측온센서(420)가 형성되어 유량측정이 가능하도록 형성되는 유량측정유닛 형성단계(S300)와;
   상기 유량측정유닛 형성단계를 통해 상기 미세관로 파이프부재(300)와 상기 발열센서(410), 측온센서(420)가 원형 파이프 상,하부분의 어느 하나에 형성되고, 원형 파이프 상,하부분이 서로 마주보며 대응하여 기밀을 유지하도록 결합하여 유체의 흐름에 대하여 저항이 최소화되도록 유선형의 삽입봉부재(100)가 형성되는 기밀결합단계(S400)와;
   상기 발열센서(410)와 측온센서(420)로부터 얻어지는 정보를 전달받아 유량을 연산하고, 표시하도록 상기 기밀결합단계를 통해 얻어진 삽입봉부재(100) 상단에 전기적으로 연결형성되는 연산표시부 형성단계(S500);를 포함하는 복합 다점식 열식질량유량계의 제조방법.
   
2. 원형 파이프 원주 중심의 수직인 y축을 기준으로 상중하 3분할하여 길이방향으로 평행하게 절단하고, 3분할된 원형 파이프의 상,하부분을 유량을 측정하고자 하는 대형관로의 내경에 따라 길이를 절단하며, 상,하부분이 서로 마주보며 대응하여 기밀결합을 통해 유체의 흐름에 대하여 저항이 최소화되도록 유선형으로 형성되는 삽입봉부재(100)와; 상기 삽입봉부재(100)에 유량을 측정하고자 하는 대형관로의 내경에 따른 상중하 위치 중 적어도 어느 하나의 위치에 대응되도록 적어도 하나 이상 전후로 연통되게 형성되는 미세관로결합홈(200)과; 상기 미세관로결합홈(200)에 유체 흐름방향에 대하여 평행하게 대응되어 기밀결합되고, 바이패스 캐필러리 가열형 열식질량유량계 유량측정을 위한 미세관로의 역할을 수행하는 미세관로 파이프 부재(300)와; 상기 미세관로 파이프부재(300) 각각에 대응형성되도록 상기 미세관로 파이프 부재 전방측으로 직접가열을 위한 발열센서(410)가 형성되고, 상기 미세관로 파이프부재의 후방측으로 상기 발열센서(410)에 의해 가열된 온도변화를 측온하는 측온센서(420)가 형성되어 유량측정이 가능하도록 형성되는 유량측정유닛(400)과; 상기 유량측정유닛(400)으로부터 얻어지는 정보를 전달받아 유량을 연산하고, 표시하도록 상기 삽입봉부재(100) 상단에 전기적으로 연결형성되는 연산표시부(500);로 형성된 것으로,
   상기 미세관로 파이프 부재(300)는 내경 2Ø이상 ~ 5Ø 미만인 것을 특징으로 하는 복합 다점식 열식질량유량계.
   
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