KR101567400B1 - 밸브 제어 장치 및 밸브 제어 방법 - Google Patents

밸브 제어 장치 및 밸브 제어 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101567400B1
KR101567400B1 KR1020140134170A KR20140134170A KR101567400B1 KR 101567400 B1 KR101567400 B1 KR 101567400B1 KR 1020140134170 A KR1020140134170 A KR 1020140134170A KR 20140134170 A KR20140134170 A KR 20140134170A KR 101567400 B1 KR101567400 B1 KR 101567400B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
magnetic field
shaft
valve
output signal
control unit
Prior art date
Application number
KR1020140134170A
Other languages
English (en)
Inventor
박문수
Original Assignee
동주에이피 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 동주에이피 주식회사 filed Critical 동주에이피 주식회사
Priority to KR1020140134170A priority Critical patent/KR101567400B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101567400B1 publication Critical patent/KR101567400B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K1/00—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces
    • F16K1/32—Details
    • F16K1/52—Means for additional adjustment of the rate of flow
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/02—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
    • F16K31/04—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a motor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K37/00—Special means in or on valves or other cut-off apparatus for indicating or recording operation thereof, or for enabling an alarm to be given
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K5/00—Plug valves; Taps or cocks comprising only cut-off apparatus having at least one of the sealing faces shaped as a more or less complete surface of a solid of revolution, the opening and closing movement being predominantly rotary
    • F16K5/08—Details
    • F16K5/10—Means for additional adjustment of the rate of flow

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Indication Of The Valve Opening Or Closing Status (AREA)

Abstract

본 발명의 일 실시예는 밸브 제어 장치는 유체의 이동 통로에 위치하여 유체의 흐름을 조절하는 밸브; 밸브에 연결되어 회전하는 샤프트; 샤프트의 회전에 따라 변화하는 자기장을 감지하는 자기장 감지부; 및 자기장 감지부에서 감지한 자기장을 기초로 샤프트의 회전을 제어하는 제어부를 포함하며, 제어부는, 자기장 감지부가 감지한 자기장을 기초로 샤프트의 회전각에 대응되는 출력신호를 출력하고 입력신호와 비교하는 연산제어부와, 출력신호의 크기와 입력신호의 크기의 차이값에 대응되는 토크를 샤프트에 가하는 구동제어부를 포함하고, 연산제어부는, 입력신호의 크기와 샤프트에 가하는 토크의 관계가 급속 개방형(Fast Opening), 선형 비례형(Linear) 또는 등가 개방형(Equal Percentage) 특성이 되도록 입력신호의 크기를 보정할 수 있다. 이를 통해, 밸브 제어 장치는 비접촉 방식으로 밸브의 회전각을 확인할 수 있어, 기계적인 접촉이 줄어들고, 내구성, 온도 특성 및 측정값 신뢰도 등이 향상될 수 있다.

Description

밸브 제어 장치 및 밸브 제어 방법 {Apparatus and method for valve control}
본 발명은 밸브 제어 장치 및 밸브 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 밸브는 액체, 분말, 가스 등의 유체가 흐르는 유체의 이동 통로 등에 위치하고 관의 내부를 흐르는 유체의 흐름을 차단 또는 유통시키기 위하여 관을 개방 또는 폐쇄시키는 데에 사용된다.
이와 같은 유체의 이동 통로에 위치하는 밸브는 내부의 작동원(예를 들어, 관을 밀폐 또는 유통시키는 것을 구현하는 나이프, 디스크 또는 볼 등이 내장되는 형태)에 따라, 게이트 밸브, 버터 플라이 밸브, 볼 밸브, 디스크 밸브 등으로 나눠질 수 있다.
특히, 버터 플라이 밸브나 볼 밸브 등은 회전을 통해서 유체의 이동 통로를 개방 또는 폐쇄시킬 수 있다. 여기서, 밸브의 회전각에 따라 흐르는 유체의 유량이 달라진다. 따라서, 밸브의 회전을 정밀하게 제어하여 유체의 흐름을 정밀하게 조절할 수 있다.
밸브의 회전을 정밀하게 제어하기 위해서는 밸브의 회전각을 정밀하게 감지할 필요가 있다. 밸브의 회전각을 감지하지 위한 방법으로 밸브에 연결된 센서를 이용하는 방법이 있을 수 있다. 그러나, 회전각을 감지하는 센서가 밸브에 연결될 경우, 밸브의 기계적인 동작에 의한 내구성 저하, 열 발생, 오작동 등이 발생될 수 있는 문제점이 있다. 또한, 밸브의 기계적인 동작이 자유롭지 못하여 밸브에 유격이 발생할 수 있고 유체 누설 가능성이 많다는 문제점이 있다.
상기한 문제점들을 해결하기 위해서, 본 발명의 일 실시예는, 센서가 밸브와 연결되지 않아도 밸브의 회전각을 정밀하게 감지할 수 있는 밸브 제어 장치 및 밸브 제어 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 제어 장치는, 유체의 이동 통로에 위치하여 상기 유체의 흐름을 조절하는 밸브; 상기 밸브에 연결되어 회전하는 샤프트; 상기 샤프트의 회전에 따라 변화하는 자기장을 감지하는 자기장 감지부; 및 상기 자기장 감지부에서 감지한 자기장을 기초로 상기 샤프트의 회전을 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는, 상기 자기장 감지부가 감지한 자기장을 기초로 상기 샤프트의 회전각에 대응되는 출력신호를 출력하고 입력신호와 비교하는 연산제어부와, 상기 출력신호의 크기와 상기 입력신호의 크기의 차이값에 대응되는 토크를 상기 샤프트에 가하는 구동제어부를 포함하고, 상기 연산제어부는, 상기 입력신호의 크기와 상기 샤프트에 가하는 토크의 관계가 급속 개방형(Fast Opening), 선형 비례형(Linear) 또는 등가 개방형(Equal Percentage) 특성이 되도록 상기 입력신호의 크기를 보정할 수 있다.
또한, 상기 샤프트는 상기 자기장 감지부에 근접하여 고정된 마그네트를 포함하고, 상기 자기장 감지부는 상기 마그네트의 자기장을 감지하여 상기 샤프트의 회전각을 감지할 수 있다.
또한, 상기 자기장 감지부는 상기 샤프트가 위치한 방향으로 연결한 직선을 법선(normal line)으로 하는 평면에 위치하는 복수의 홀 센서를 포함하고, 상기 복수의 홀 센서는 상기 법선을 축으로 하여 서로 90도의 각도로 이격된 지점에 위치하여 상기 샤프트의 회전각을 감지할 수 있다.
삭제
또한, 상기 자기장 감지부는 감지한 자기장을 기초로 상기 샤프트의 회전각에 대응되는 아날로그 신호를 출력하고, 상기 연산제어부는 상기 아날로그 신호를 연산 증폭하여 대응되는 출력신호를 출력하고 입력신호와 비교할 수 있다.
삭제
또한, 상기 구동제어부는, 상기 샤프트를 회전시키는 스텝 모터; 및 상기 스텝 모터의 회전력을 증폭시키는 감속기어; 를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 제어 방법은, 유체의 이동 통로에 위치하여 상기 유체의 흐름을 조절하는 밸브의 제어에 있어서, 상기 밸브에 연결된 샤프트의 회전에 따라 변화하는 자기장을 감지하는 자기장 감지 단계; 상기 자기장 감지 단계의 감지 결과를 기초로 상기 샤프트의 회전각에 대응되는 출력신호를 출력하는 출력신호 출력 단계; 상기 출력신호를 입력신호와 비교하는 비교 단계; 상기 비교 결과를 기초로 상기 밸브의 회전각을 제어하는 제어 단계; 및 상기 입력신호의 크기와 상기 비교 결과의 관계가 급속 개방형(Fast Opening), 선형 비례형(Linear) 또는 등가 개방형(Equal Percentage) 특성이 되도록 상기 입력신호의 크기를 보정하는 보정 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 출력신호 출력 단계에서 출력된 출력신호를 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation)하는 출력신호 변조 단계; 및 상기 출력신호 변조 단계에서 변조된 펄스신호의 폭을 카운트하는 카운트 단계; 를 더 포함할 수 있다.
삭제
본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 제어 장치는 비접촉 방식으로 밸브의 회전각을 확인할 수 있어, 기계적인 접촉이 줄어들고, 내구성, 온도 특성 및 측정값 신뢰도 등이 향상될 수 있다.
또한, 상기 밸브 제어 장치는 샤프트의 변위 변화에 영향을 거의 받지 않고 상기 샤프트 및 밸브의 회전각을 확인할 수 있다. 또한, 상기 밸브 제어 장치는 샤프트 및 밸브의 회전각을 0도에서 360도까지 연속적으로 확인할 수 있어, 광각이나 협각 등의 다양한 각도 변화를 원활하게 안정적으로 감지할 수 있다.
한편, 출력신호의 크기를 보정함으로써, 상기 밸브 제어 장치는 밸브 및 샤프트의 회전각뿐만 아니라, 유체의 양이나 흐르는 방향, 압력 등 까지도 정밀하고 간단하게 조절할 수 있다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 제어 장치를 나타낸 개념도이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 제어 장치를 나타낸 배치도이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 제어 장치에 포함된 밸브를 나타낸 도면이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 제어 장치에 포함된 자기장 감지부를 나타낸 도면이다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 제어 장치의 보정 동작에 따른 파라미터의 변화를 나타낸 그래프이다.
도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 제어 방법을 나타낸 순서도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 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 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 실시 예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 제어 장치를 나타낸 개념도이다.
도1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 제어 장치(100)는 밸브(110), 샤프트(120), 자기장 감지부(130), 제어부(140), 연산제어부(141) 및 구동제어부(142)를 포함할 수 있다.
밸브(110)는, 유체의 이동 통로에 위치하여 상기 유체의 흐름을 조절할 수 있다. 여기서, 유체는 물, 기름 등의 액체일 수 있고, 가스 등의 기체일 수 있다. 또한, 상기 밸브(110)는 샤프트(120)와 연결된 일체형 구조일 수 있다. 따라서, 상기 밸브(110)와 상기 샤프트(120)는 같은 회전각으로 회전할 수 있고, 회전각 검출이 용이해질 수 있다.
샤프트(120)는, 밸브(110)에 연결되어 회전하고 자기장을 출력할 수 있다. 여기서, 상기 샤프트(120)는 유체의 이동 통로 및 밸브(110)의 회전 방향을 평면으로 한 법선(normal line)을 축으로 하여 상기 밸브(110)를 회전시킬 수 있다. 상기 샤프트(120)는 원통 축의 형태일 수 있다. 이를 통해, 구동제어부(142)의 회전력을 전달하여 상기 밸브(110)를 제어할 수 있다.
자기장 감지부(130)는, 샤프트(120)에서 출력되는 자기장을 감지할 수 있다. 예를 들어, 상기 샤프트(120)가 회전할 경우, 자기장 감지부(130)가 감지하는 자기장의 크기 및 방향은 변화될 수 있다. 이처럼, 자기장 감지부(130)가 자기장을 감지함으로써, 상기 샤프트(120)의 회전각을 확인할 수 있다. 상기 샤프트(120)의 회전각 확인을 통해, 상기 자기장 감지부(130)는 밸브(110)의 회전각도 확인할 수 있다. 상기 자기장 감지부(130)는 감지한 자기장을 기초로 샤프트(120)의 회전각에 대응되는 전압을 출력할 수 있다.
또한, 상기 자기장 감지부(130)는 감지한 자기장을 기초로 샤프트(120)의 회전각에 대응되는 펄스신호의 폭을 변조하여 변조된 펄스신호를 출력할 수 있다. 여기서, 상기 펄스신호는 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation) 방식으로 변조될 수 있다. 예를 들어, 상기 샤프트(120)의 회전각이 0도(밸브 개도율 0%)이면, 상기 펄스신호의 듀티비(duty rate)는 0%일 수 있다. 마찬가지로, 상기 샤프트(120)의 회전각이 90도(밸브 개도율 100%)이면, 상기 펄스신호의 듀티비(duty rate)는 100%일 수 있다.
상기 펄스신호가 펄스 폭 변조 방식일 경우, 상기 펄스신호는 노이즈에 둔감해질 수 있다. 예를 들어, 샤프트(120)에서 출력되는 자기장의 변화가 미약할 수 있고, 상기 샤프트(120) 등의 기계적인 동작으로 인해 자기장 감지부(130)와 근접한 영역에서 노이즈가 심하게 발생될 수 있다. 따라서, 상기 펄스신호가 노이즈에 둔감해질 경우, 상기 자기장 감지부(130)는 상기 샤프트(120)의 회전각을 더욱 정밀하게 감지할 수 있다.
제어부(140)는, 자기장 감지부(130)에서 감지한 자기장을 기초로 샤프트(120)의 회전을 제어할 수 있다. 상기 제어부(140)는 자기장을 통해 샤프트(120)의 회전각을 알 수 있다. 예를 들어, 상기 제어부(140)는 샤프트(120)의 회전각을 더 크게 제어하기위해 상기 샤프트(120)를 시계방향으로 회전시킬 수 있다. 마찬가지로, 상기 제어부(140)는 샤프트(120)의 회전각을 더 작게 제어하기위해 상기 샤프트(120)를 반시계방향으로 회전시킬 수 있다. 한편, 상기 제어부(140)는 연산제어부(141) 및 구동제어부(142)를 포함할 수 있다.
연산제어부(141)는, 자기장 감지부(130)가 감지한 자기장을 기초로 샤프트(120)의 회전각에 대응되는 출력신호를 출력하고 입력신호와 비교할 수 있다. 여기서, 상기 연산제어부(141)는 출력신호의 크기와 입력신호의 크기의 차이값을 구동제어부(142)로 보내줄 수 있다.
또한, 상기 연산제어부(141)는 펄스신호의 폭을 카운트하여 폭에 대응되는 출력신호를 출력하고 입력신호와 비교할 수 있다. 상기 펄스신호의 진폭이 일정하다면, 상기 펄스신호의 폭은 상기 펄스신호의 크기와 비례한다. 따라서, 상기 펄스신호의 폭을 카운트함으로써, 상기 펄스신호의 크기를 확인할 수 있다. 예를 들어, 상기 입력신호가 구형파가 아닌 크기가 일정한 신호일 경우라 하더라도, 상기 입력신호는 펄스 폭 변조된 출력신호와 비교할 수 있다.
또한, 상기 연산제어부(141)가 펄스신호의 폭을 카운트할 경우, 출력신호는 디지털 값이 될 수 있다. 예를 들어, 상기 연산제어부(141)는 카운터(counter)를 이용하여 디지털 값을 출력할 수 있다. 따라서, 밸브 제어 장치(100)는 아날로그 값을 디지털 값으로 변환하는 아날로그-디지털 변환기(ADC)의 추가가 필요하지 않으므로, 전체 구성이 간단해질 수 있다.
또한, 상기 연산제어부(141)는 출력신호의 크기가 밸브(110)의 밸브용량계수의 제곱근에 비례하도록 상기 출력신호의 크기를 보정할 수 있다. 상기 출력신호의 크기 보정의 구체적인 내용에 대해서는 도5를 참조하여 후술한다.
구동제어부(142)는, 출력신호의 크기와 입력신호의 크기의 차이값에 대응되는 토크를 샤프트(120)에 가할 수 있다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 제어 장치를 나타낸 배치도이다.
도2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 제어 장치(100)는 밸브(110), 샤프트(120), 마그네트(121), 자기장 감지부(130), 홀 센서(131), 제어부(140), 연산제어부(141), 구동제어부(142), 스텝 모터(143), 감속기어(144) 및 인쇄회로기판(150)을 포함할 수 있다.
밸브(110)는, 유체의 이동 통로에서 회전함으로써, 상기 유체의 양이나 흐르는 방향, 압력 등을 조절할 수 있다. 예를 들어, 상기 밸브(110)는 회전을 통해서 유체의 이동 통로를 개방 또는 폐쇄시키는 버터 플라이 밸브나 볼 밸브 등의 구조일 수 있다.
한편, 상기 밸브(110)는 밸브용량계수를 조절할 수 있다. 여기서, 밸브용량계수는 Cv나 Kv를 쓸 수 있다. Cv의 크기는 Kv의 크기의 약 1.17배이므로, Cv와 Kv 는 서로 쉽게 환산될 수 있다. 따라서, 이하 밸브용량계수는 Kv를 기준으로 설명되지만, Cv까지 포함되는 것은 물론이다.
샤프트(120)는, 자기장 감지부(130)에 근접하여 고정된 마그네트(121)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 자기장 감지부(130)는 상기 마그네트(121)의 자기장을 감지하여 상기 샤프트(120)의 회전각을 감지할 수 있다. 여기서, 상기 자기장 감지부(130) 아래에 위치한 상기 마그네트가 회전함으로써, 상기 자기장 감지부(130)는 샤프트(120)의 회전각을 더 정밀하게 제어할 수 있다. 예를 들어, 자기장 감지부(130)와 마그네트(121)의 근접 거리는 1~3mm일 수 있다.
상기 샤프트(120)는 자기장을 출력할 수 있다. 도2는 마그네트(121)를 이용하여 자기장을 출력하는 샤프트(120)를 도시한다. 그러나, 상기 샤프트(120)가 자기장을 출력하는 방법은 마그네트(121)를 이용한 방법에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 샤프트(120)의 재질 자체가 자화되는 물질일 수 있고, 샤프트(120)내부에 코일이 추가될 수 있다.
자기장 감지부(130)는, 샤프트(120)가 위치한 방향으로 연결한 직선을 법선(normal line)으로 하는 평면에 위치하는 복수의 홀 센서(131)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 복수의 홀 센서(131)는 상기 법선을 축으로 하여 서로 90도의 각도로 이격된 지점에 위치하여 상기 샤프트(120)의 회전각을 감지할 수 있다. 상기 복수의 홀 센서(131)가 샤프트(120)의 회전각을 감지하는 구체적인 내용에 대해서는 도4를 참조하여 후술한다.
제어부(140)는 연산제어부(141)와 구동제어부(142)가 일체인 일체형일 수 있고, 연산제어부(141)와 구동제어부(142)가 분리된 분리형일 수 있다. 도2는 분리형 제어부(140)를 도시한다.
연산제어부(141)는, 외부로부터 입력신호를 입력받을 수 있다. 또한, 상기 연산제어부(141)는 자기장 감지부(130)에서 감지한 자기장에 대응되는 출력신호를 외부로 출력할 수 있다. 즉, 출력신호는 밸브(110)를 제어하는데 이용될 수 있고, 상기 밸브(110)의 회전각 정보를 외부로 알리는데 이용될 수도 있다.
구동제어부(142)는, 샤프트(120)를 회전시키는 스텝 모터(143) 및 상기 스텝 모터(143)의 회전력을 증폭시키는 감속기어(144)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 스텝 모터(143)는 연산제어부(141)에서 입력받은 신호 크기의 차이값에 대응되는 회전력을 감속기어(144)에 가할 수 있다. 이때, 감속기어(144)는 회전속도를 감속시킴으로써, 입력받은 회전력을 증폭시켜 샤프트(120)에 가할 수 있다. 이를 통해, 구동제어부(142)는 샤프트(120)에 가하는 토크를 정밀하게 제어할 수 있다.
인쇄회로기판(150)는, 자기장 감지부(130)와 제어부(140) 사이에 연결되어 상기 자기장 감지부(130)를 고정시킬 수 있다. 즉, 상기 인쇄회로기판(150)가 자기장 감지부(130)를 고정시킴으로써, 상기 자기장 감지부(130)는 샤프트(120)의 회전을 더 정밀하게 제어할 수 있다.
또한, 상기 인쇄회로기판(150)은 자기장 감지부(130)에서 출력되는 출력전압을 증폭시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 자기장 감지부(130)에 포함된 홀 센서(131)는 그 특성상 출력되는 전압이 매우 작을 수 있다. 따라서, 상기 인쇄회로기판(150)는 상기 홀 센서(131)가 감지한 자기장을 전기적으로 원할하게 처리할 수 있도록 출력전압을 증폭시킬 수 있다. 한편, 상기 인쇄회로기판(150)은 자기장 감지부(130)의 펄스 폭 변조를 보조하는 회로들을 포함할 수 있다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 제어 장치에 포함된 밸브를 나타낸 도면이다.
도3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 제어 장치(100)에 포함된 밸브(110)와 유체 이동 통로는 회전각에 따라 순서대로 도시되고, 하단에는 유체의 이동 방향에서 보여지는 밸브(110)의 개도 상태가 도시된다.
도3의 좌측에는 밸브 개도율0%일 때의 밸브(110)가 도시된다. 이는 샤프트(120)의 회전각이 0도(또는 180도)임을 의미할 수 있다. 이때, 유체 이동 통로가 완전히 막히므로 유량이 최소값이다.
반면, 도3의 우측에는 밸브 개도율100%일 때의 밸브(110)가 도시된다. 이는 샤프트(120)의 회전각이 90도(또는 270도)임을 의미할 수 있다. 이때, 유체 이동 통로가 완전히 열리므로 유량이 최대값이다.
한편, 도3의 중앙에는 밸브 개도율0%~100%일 때의 밸브(110)가 도시된다. 이는 샤프트(120)의 회전각이 0도(또는 180도)에서 90도(또는 270도)임을 의미할 수 있다. 이때, 유체 이동 통로가 일부만 막힌다. 여기서, 샤프트(120)의 회전각과 유량은 선형적인 관계가 아닐 수 있다. 예를 들어, 상기 샤프트(120)의 회전각이 45도일 때, 유체의 유량은 최대값의 절반보다 작을 수 있다. 일반적으로, 샤프트(120)의 회전각과 유체의 유량은 2차함수에 가까운 관계가 될 수 있다. 샤프트(120)의 회전각과 유체의 유량과의 관계에 대한 구체적인 내용은 도5를 참조하여 후술된다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 제어 장치에 포함된 자기장 감지부를 나타낸 도면이다.
도4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 제어 장치(100)에 포함된 자기장 감지부(130)는 좌측 상단에 도시되고, 자기장 감지부가 감지하는 자기장을 출력하는 샤프트(120) 및 마그네트(121)는 우측 상단에 도시되고, 샤프트(120)의 회전각에 따른 마그네트(121)와 자기장 감지부(130)의 배치는 하단에 도시된다.
자기장 감지부(130)에 포함된 복수의 홀 센서(131)는 홀효과(hall effect)를 이용하여 마그네트(121)의 N극 및 S극의 위치를 감지할 수 있다. 예를 들어, 상기 복수의 홀 센서(131)는 중심에서 X축 방향으로 향하는 직선 및 Y축 방향으로 향하는 직선상에 각각 배치될 수 있다. 이하 샤프트(120)의 회전각을 4가지로 나눠서 설명한다.
샤프트(120)의 회전각이 0도 또는 180도인 경우, X축에 배치된 홀 센서는 오른쪽 방향 또는 왼쪽 방향으로 향하는 자기장을 감지할 수 있고, Y축에 배치된 홀 센서는 상대적으로 미약한 자기장을 감지할 수 있다. 여기서, Y축에 배치된 홀 센서가 감지한 자기장의 크기에서 X축에 배치된 홀 센서가 감지한 자기장의 크기를 감산한 값은 기준값(최소값)이 될 수 있다. 또한, 홀 센서가 자기장의 방향을 감지할 경우, 상기 홀 센서는 상기 샤프트(120)의 회전각이 0도인지 180도인지 구분할 수 있다.
샤프트(120)의 회전각이 90도 또는 270도인 경우, Y축에 배치된 홀 센서는 위쪽 방향 또는 아래쪽 방향으로 향하는 자기장을 감지할 수 있고, X축에 배치된 홀 센서는 상대적으로 미약한 자기장을 감지할 수 있다. 여기서, Y축에 배치된 홀 센서가 감지한 자기장의 크기에서 X축에 배치된 홀 센서가 감지한 자기장의 크기를 감산한 값은 최대값이 될 수 있다. 또한, 홀 센서가 자기장의 방향을 감지할 경우, 상기 홀 센서는 상기 샤프트(120)의 회전각이 90도인지 270도인지 구분할 수 있다.
이처럼, 복수의 홀 센서(131)가 각각의 홀 센서가 감지한 자기장의 차이값을 감지함으로써, 자기장 감지부(130)는 상기 복수의 홀 센서(131)와 마그네트(121)사이의 거리 변화에 영향을 거의 받지 않을 수 있다. 따라서, 상기 자기장 감지부(130)는 샤프트(120)의 변위 변화에 영향을 거의 받지 않고 상기 샤프트(120)의 회전각을 확인할 수 있다.
또한, 자기장 감지부(130)는 샤프트(120)나 밸브(110)의 회전각을 0도에서 360도까지 연속적으로 확인할 수 있다. 따라서, 상기 자기장 감지부(130)는 안정적으로 동작할 수 있고, 광각이나 협각 등의 다양한 각도 변화를 원활하게 감지할 수 있다. 저항값의 변화를 감지하는 포텐션미터는 회전각도가 제한적이며, 온도변화에 민감하여 오작동의 문제점을 가지고 있다. 따라서, 상기 포텐션미터와 비교하여 상기 자기장 감지부(130)를 이용하는 자기장 감지 방법은 더욱 안정적이다.
한편, 자기장 감지부(130)는 샤프트(120)나 밸브(110)와 직접 접촉하지 않고도 회전각을 확인할 수 있다. 즉, 상기 자기장 감지부(130)와 샤프트(120) 사이에 기계적인 접촉이 없으므로, 밸브 제어 장치(100) 전체의 내구성, 온도 특성 및 측정값 신뢰도 등이 향상될 수 있다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 제어 장치의 보정 동작에 따른 파라미터의 변화를 나타낸 그래프이다.
도5를 참조하면, 그래프의 가로축은 연산제어부(141)가 입력 받는 입력 전류(입력신호)의 크기일 수 있다. 그래프의 세로축은 밸브(110)를 통해 흐르는 유량을 나타내는 밸브용량게수일 수 있다.
예를 들어, 상기 입력 전류가 4mA일 때, 밸브(110)의 회전각(개도율)이 0도(0%)일 수 있다. 또한, 상기 입력 전류가 20mA일 때, 밸브(110)의 회전각(개도율)이 90도(100%)일 수 있다. 여기서, 상기 입력 전류와 상기 밸브(100)의 회전각은 선형적인 관계일 수 있다.
또한, 밸브(110)의 회전각과 유체의 유량을 나타내는 밸브용량계수는 2차함수에 가까운 관계가 될 수 있다. 즉, 연산제어부(141)가 입력 받는 입력 전류(입력신호)와 밸브(110)의 밸브용량계수는 이상적으로 도5의 왼쪽 곡선과 같이 2차함수에 가까운 관계가 될수 있다.
상기 연산제어부(141)가 출력신호의 크기를 보정함으로써, 밸브 제어 장치(100)는 밸브(110) 및 샤프트(120)의 회전각뿐만 아니라, 유체의 양이나 흐르는 방향, 압력 등 까지도 정밀하고 간단하게 조절할 수 있다.
도5를 참조하면, 오른쪽 곡선은 연산제어부(141)가 출력신호의 크기를 보정하기 전의 관계를 나타내며, 왼쪽 곡선은 연산제어부(141)가 출력신호의 크기를 보정한 후의 관계를 나타낸 것으로 등가 개방형 유량 특성 곡선에 해당하며, 곡선의 형태는 표준으로 전해져 있지 않다.
상기의 등가 개방형(Equal Percentage) 특성뿐만 아니라, 선형 비례형(Linear), 급속 개방형(Fast Opening)의 특성에 따라 얻고자하는 밸브 용량 계수의 곡선에 맞춰 임의 보정 가능하다.
여기서, 출력신호의 보정값은 유체의 종류, 밸브 제어 장치(100)의 설계 및 재질에 따라 달라질 수 있다.
한편, 상기 출력신호의 보정값은 유체의 종류에 따라서 달라진다.
예를 들어 상기 유체가 액체일 경우, 밸브용량계수는 아래 수학식 1과 같이 표현될 수 있다. 여기서, Q는 유량(m3/h), G는 액체의 비중(물일경우 = 1), △P는 압력손실(bar), Kv는 밸브 용량 계수이다.
Figure 112014095011072-pat00001
또한 상기 유체가 기체일 경우, 밸브용량계수는 아래 수학식 2와 같이 표현될 수 있다. 여기서, W는 증기의 양(kg/h), P1은 1차 절대압력(bara), P2는 2차 절대압력(bara), X는 압력강하율((P1-P2)/P1), Kv는 밸브 용량 계수이다.
Figure 112014095011072-pat00002
즉, 연산제어부(141)는 유체가 액체일 때와 유체가 기체일 때를 구분하여 출력신호의 보정값을 다르게 설정할 수 있다. 이를 통해, 밸브 제어 장치(100)는 유체의 양이나 흐르는 방향, 압력 등을 원활하게 조절할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 제어 방법을 설명한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 제어 방법은 도 1을 참조하여 상술한 밸브 제어 장치(100)에서 수행될 수 있으므로, 상술한 설명과 동일하거나 그에 상응하는 내용에 대해서는 중복적으로 설명하지 아니한다.
도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 제어 방법을 나타낸 순서도이다.
도6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 제어 방법은, 입력신호 입력 단계(S10), 자기장 감지 단계(S20), 출력신호 출력 단계(S30), 출력신호 변조 단계(S40), 카운트 단계(S50), 보정 단계(S60), 비교 단계(S70) 및 제어 단계(S80)를 포함할 수 있다.
입력신호 입력 단계(S10)에서는, 상기 밸브 제어 장치가, 외부에서 입력신호를 입력받을 수 있다.
자기장 감지 단계(S20)에서는, 상기 밸브 제어 장치가, 상기 밸브의 회전각을 자기장을 이용하여 감지할 수 있다.
출력신호 출력 단계(S30)에서는, 상기 밸브 제어 장치가, 상기 자기장 감지 단계(S20)의 감지 결과를 기초로 상기 밸브의 회전각에 대응되는 출력신호를 출력할 수 있다.
출력신호 변조 단계(S40)에서는, 상기 밸브 제어 장치가, 상기 출력신호 출력 단계(S30)에서 출력된 출력신호를 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation)하거나 아날로그 신호로 출력할 수 있다.
카운트 단계(S50)에서는, 상기 밸브 제어 장치가, 상기 출력신호 변조 단계(S40)에서 변조된 펄스신호의 폭을 카운트할 수 있다.
보정 단계(S60)에서는, 상기 밸브 제어 장치가, 상기 밸브의 회전각 출력신호와 입력신호를 비교하여 상기 출력신호의 크기에 전술한 밸브용량계수를 적용하여 보정할 수 있다.
비교 단계(S70)에서는, 상기 밸브 제어 장치가, 상기 입력신호와 상기 출력신호를 비교할 수 있다.
제어 단계(S80)에서는, 상기 밸브 제어 장치가, 상기 비교 결과를 기초로 상기 밸브의 회전각을 제어할 수 있다.
이상에서는 본 발명을 실시 예로써 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형이 가능할 것이다.
100: 밸브 제어 장치 110: 밸브
120: 샤프트 121: 마그네트
130: 자기장 감지부 131: 홀 센서
140: 제어부 141: 연산제어부
142: 구동제어부 143: 스텝 모터
144: 감속기어 150: 인쇄회로기판
S10: 입력신호 입력 단계 S20: 자기장 감지 단계
S30: 출력신호 출력 단계 S40: 출력신호 변조 단계
S50: 카운트 단계 S60: 보정 단계
S70: 비교 단계 S80: 제어 단계

Claims (10)

  1. 유체의 이동 통로에 위치하여 상기 유체의 흐름을 조절하는 밸브;
    상기 밸브에 연결되어 회전하는 샤프트;
    상기 샤프트의 회전에 따라 변화하는 자기장을 감지하는 자기장 감지부; 및
    상기 자기장 감지부에서 감지한 자기장을 기초로 상기 샤프트의 회전을 제어하는 제어부를 포함하며,
    상기 제어부는, 상기 자기장 감지부가 감지한 자기장을 기초로 상기 샤프트의 회전각에 대응되는 출력신호를 출력하고 입력신호와 비교하는 연산제어부와, 상기 출력신호의 크기와 상기 입력신호의 크기의 차이값에 대응되는 토크를 상기 샤프트에 가하는 구동제어부를 포함하고,
    상기 연산제어부는, 상기 입력신호의 크기와 상기 샤프트에 가하는 토크의 관계가 급속 개방형(Fast Opening), 선형 비례형(Linear) 또는 등가 개방형(Equal Percentage) 특성이 되도록 상기 입력신호의 크기를 보정하는 밸브 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 샤프트는 상기 자기장 감지부에 근접하여 고정된 마그네트를 포함하고,
    상기 자기장 감지부는 상기 마그네트의 자기장을 감지하여 상기 샤프트의 회전각을 감지하는 밸브 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 자기장 감지부는 상기 샤프트가 위치한 방향으로 연결한 직선을 법선(normal line)으로 하는 평면에 위치하여 교차 축방향의 자력선을 측정하는 복수의 홀 센서를 포함하고,
    상기 복수의 홀 센서는 상기 법선을 축으로 하여 서로 90도의 각도로 이격된 지점에 위치하여 상기 샤프트의 회전각을 감지하는 밸브 제어 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 자기장 감지부는 감지한 자기장을 기초로 상기 샤프트의 회전각에 대응되는 아날로그 신호를 출력하고,
    상기 연산제어부는 상기 아날로그 신호를 연산 증폭하여 대응되는 출력신호를 출력하고 입력신호와 비교하는 밸브 제어 장치.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 상기 구동제어부는,
    상기 샤프트를 회전시키는 스텝 모터; 및
    상기 스텝 모터의 회전력을 증폭시키는 감속기어; 를 포함하는 밸브 제어 장치.
  8. 유체의 이동 통로에 위치하여 상기 유체의 흐름을 조절하는 밸브의 제어에 있어서,
    상기 밸브에 연결된 샤프트의 회전에 따라 변화하는 자기장을 감지하는 자기장 감지 단계;
    상기 자기장 감지 단계의 감지 결과를 기초로 상기 샤프트의 회전각에 대응되는 출력신호를 출력하는 출력신호 출력 단계;
    상기 출력신호를 입력신호와 비교하는 비교 단계;
    상기 비교 결과를 기초로 상기 밸브의 회전각을 제어하는 제어 단계; 및
    상기 입력신호의 크기와 상기 비교 결과의 관계가 급속 개방형(Fast Opening), 선형 비례형(Linear) 또는 등가 개방형(Equal Percentage) 특성이 되도록 상기 입력신호의 크기를 보정하는 보정 단계를 포함하는 밸브 제어 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 출력신호 출력 단계에서 출력된 출력신호를 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation)하는 출력신호 변조 단계; 및
    상기 출력신호 변조 단계에서 변조된 펄스신호의 폭을 카운트하는 카운트 단계; 를 더 포함하는 밸브 제어 방법.
  10. 삭제
KR1020140134170A 2014-10-06 2014-10-06 밸브 제어 장치 및 밸브 제어 방법 KR101567400B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140134170A KR101567400B1 (ko) 2014-10-06 2014-10-06 밸브 제어 장치 및 밸브 제어 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140134170A KR101567400B1 (ko) 2014-10-06 2014-10-06 밸브 제어 장치 및 밸브 제어 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101567400B1 true KR101567400B1 (ko) 2015-11-10

Family

ID=54605399

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140134170A KR101567400B1 (ko) 2014-10-06 2014-10-06 밸브 제어 장치 및 밸브 제어 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101567400B1 (ko)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102072554B1 (ko) * 2019-08-22 2020-02-03 (주)비에스티코리아 노즐 세척장치
WO2021033815A1 (ko) * 2019-08-22 2021-02-25 (주)비에스티코리아 노즐 세척장치
WO2021085711A1 (ko) * 2019-10-28 2021-05-06 주식회사 코렌스 다방향 전환밸브용 액추에이터
KR20220105741A (ko) * 2021-01-21 2022-07-28 윤용현 정밀 시그널 밸브
KR20220138256A (ko) * 2021-04-05 2022-10-12 디엘이앤씨 주식회사 동작 상태 감지장치를 포함하는 개폐장치

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100688399B1 (ko) * 2004-02-19 2007-03-02 가부시키가이샤 덴소 나비형 밸브를 구비한 배기 가스 재순환 장치
JP2009081935A (ja) * 2007-09-26 2009-04-16 Nippon Gear Co Ltd 電動アクチュエータ
KR100898698B1 (ko) 2007-09-28 2009-05-20 한국전력공사 개도 검출 장치 및 이를 포함하는 회전형 역지밸브
JP2011503469A (ja) 2007-11-07 2011-01-27 キョントン ネットワーク カンパニー リミテッド 流量制御弁

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100688399B1 (ko) * 2004-02-19 2007-03-02 가부시키가이샤 덴소 나비형 밸브를 구비한 배기 가스 재순환 장치
JP2009081935A (ja) * 2007-09-26 2009-04-16 Nippon Gear Co Ltd 電動アクチュエータ
KR100898698B1 (ko) 2007-09-28 2009-05-20 한국전력공사 개도 검출 장치 및 이를 포함하는 회전형 역지밸브
JP2011503469A (ja) 2007-11-07 2011-01-27 キョントン ネットワーク カンパニー リミテッド 流量制御弁

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102072554B1 (ko) * 2019-08-22 2020-02-03 (주)비에스티코리아 노즐 세척장치
WO2021033815A1 (ko) * 2019-08-22 2021-02-25 (주)비에스티코리아 노즐 세척장치
WO2021085711A1 (ko) * 2019-10-28 2021-05-06 주식회사 코렌스 다방향 전환밸브용 액추에이터
KR20220105741A (ko) * 2021-01-21 2022-07-28 윤용현 정밀 시그널 밸브
KR102521351B1 (ko) * 2021-01-21 2023-04-13 윤용현 정밀 시그널 밸브
KR20220138256A (ko) * 2021-04-05 2022-10-12 디엘이앤씨 주식회사 동작 상태 감지장치를 포함하는 개폐장치
KR102467699B1 (ko) * 2021-04-05 2022-11-16 디엘이앤씨 주식회사 동작 상태 감지장치를 포함하는 개폐장치

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101567400B1 (ko) 밸브 제어 장치 및 밸브 제어 방법
JP4358678B2 (ja) 変位量測定装置
KR101596811B1 (ko) 밸브 제어 장치 및 밸브 시스템
JP5635079B2 (ja) 流速測定のための電磁流量計
JP5820876B2 (ja) 弁アクチュエータ
US20160139608A1 (en) Feedback-controlled fluid valve
JP2008522319A (ja) 可変オリフィスを備えたプロセス流体流量装置
US8746032B1 (en) Flow metering system
CN112713838B (zh) 致动器和操作致动器的方法
JP4764793B2 (ja) 弁体変位検出機能付き弁および同機能付き逆止弁
WO2018079173A1 (ja) 流体制御弁用診断装置、流体制御装置、及び流体制御弁用診断プログラム
KR20170121824A (ko) 마그네틱 유량계를 구비한 볼 밸브
CN105044423A (zh) 磁传感器
JP2007079996A (ja) 圧力制御装置
WO2013117577A1 (en) Differential pressure gas flow measuring device
CN101846489A (zh) 用磁阻传感器以非接触方式测量位置的装置及其操作方法
US20220235879A1 (en) Position sensor for a fluid flow control device
JP4488344B2 (ja) 水道メータ
CN107941482B (zh) 故障检测阀装置
JP7248464B2 (ja) 電動アクチュエータおよび劣化指標計算方法
JPH04318424A (ja) 電磁流量計
JP7248466B2 (ja) 電動アクチュエータおよび劣化指標計算方法
JP2016194423A (ja) 位置検出方法、駆動装置及び制御弁の制御ユニット
JP3312978B2 (ja) 燃焼装置
KR20070080661A (ko) 전자식 수도미터 역회전 감지장치

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181212

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200110

Year of fee payment: 6