KR101855746B1 - 스트레인 게이지를 이용한 유속센서 및 유속의 측정방법 - Google Patents

스트레인 게이지를 이용한 유속센서 및 유속의 측정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스트레인게이지를 이용한 유속센서 및 이를 이용한 유속의 측정방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스트레인게이지를 이용한 유속센서에 의하면, 스트레인 게이지를 이용한 유속센서에 있어서, 유체공급부에서 공급되는 유체가 흐르는 하수도관; 상기 하수도관 내에서 유체의 흐름을 차단하고 제어할 수 있는 볼 밸브; 상기 유채공급부에서 유입되는 유체가 와류인지 층류인지 판단할 수 있도록 상하에서 유속을 측정할 수 있도록 설정된 상기 볼 밸브 내의 제1, 2 스트레인 게이지; 상기 상하에서 제1, 2 스트레인 게이지에서 측정된 유속의 차이가 1m/s 이하일 때 상기 제1, 2 스트레인 게이지로 측정된 지점에서의 유속을 상기 유체공급부에서 공급되는 유채가 흐르는 최대 직경 2000m 이내의 파이프 형태의 하수도관에서의 유속으로 계산하는 유속표시부; 상기 유속표시부에서 측정된 상기 상하수도관에서의 유속의 측정데이터를 실시간으로 전달하여 상기 유로관에서의 고장상태를 검지할 수 있는 고장검지부; 및 상기 고장검지부에서 측정된 유속데이터가 평시의 유속데이터와 1m/s 이상 차이가 발생하는 경우, 서버에 상기 유로관에서 누수가 발생하였다고 유무선 통신망으로 보고할 수 있는 통신부를 포함하되, 상기 제1,2 스트레인게이지는 상기 유로관에서 흐르는 유량에 따라 변형이 발생할 수 있도록 구형으로 형성된 구형볼; 상기 구형볼의 일측에 연결된 지지봉; 상기 지지봉과 연결되어 상기 구형볼을 밀어내는 유속에 따라 변형이 발생할 수 있는 휘트스톤 브리지 형태의 전기 회로; 및 상기 전기회로에서 측정된 저항의 변화량을 바탕으로 상기 구형볼의 유동에 따른 지지봉의 휨정도를 반영하여 상기 하수도관 내에서의 유속을 측정할 수 있는 속도센서를 포함하는것일 수 있다.

Description

스트레인 게이지를 이용한 유속센서 및 유속의 측정방법{FLOW VELOCITY SENSOR USING STRAIN GAUGE AND MEASURING METHOD OF THE SAME }
본 발명은 스트레인게이지를 이용한 유속센서 및 유속의 측정방법에 관한 것이다.
유속센서란 흐르는 유체 내에 위치하여 유체의 속도를 측정하는 디바이스를 말한다. 이러한 유속센서는 유체의 흐름에 따라 반복적으로 굴곡되는 동작을 수행하기 때문에, 피로도의 누적에 따라 부러지거나 파손될 염려가 있다. 또한 이러한 파손은 다비이스 자체의 신뢰도에 영향을 주기 때문에 고려되어야 할 요소가 된다. 또한 유속센서를 반도체 공정등을 이용하여 제조하면, 제조단가가 높아지게 되고, 제조시간이 증가하게 되므로 생산에 어려움이 있다.
종래의 유체 속도 및 압력을 측정하기 위한 방식으로는 피토튜브(pitot tube)를 이용하였다. 피토튜브(Pitot tube)는 풍속의 측정 및 항공기, 선박 등의 속도계에 이용되고 유속의 측정을 바탕으로 유체 흐름의 양을 재는 유량계에도 이용된다.
도 1은 피토튜브의 원리를 설명하기 위해 피토튜브를 간단하게 나타낸 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 피토튜브(1)는 유체의 흐름 속도를 측정하는 계측센서로 기본적인 구조는 내관(3)과 외관(5)의 2중 구조로 이루어진다. 내관(3)의 앞단과 외관(5)의 측면으로 각각 내관홀(3a)과 외관홀(5a)이 형성되어 있어서 각각의 구멍으로 유입된 유체의 압력차이를 측정할 수 있다. 즉, 내관(3)과 외관(5)의 안쪽에서 압력센서에 의해서 내관(3)과 외관(5)에 가해지는 유체의 압력을 측정한다.
유체의 이동방향과 피토튜브(1)의 내관홀(3a)을 정확하게 마주 보도록 피토튜브(1)를 제어하여 정체압력을 측정할 수 있다. 이때 피토튜브(1)의 외관홀(5a)은 유체흐름의 영향을 받지 않기 때문에 정압을 측정할 수 있다.
수학식 1은 이러한 유속과 압력의 관계를 보여주는 수학식이다.
[수학식 1]
Figure 112018000205617-pat00001
V: 유체속도, P2: 정체압력, P1: 정압, ρ: 유체의 밀도
즉, 내관홀(3a)에서는 정압과 유체 흐름에 의한 동압의 합인 정체압력을 알 수 있으며, 이 정체압력으로부터 정압을 뺀 차압, 즉 동압을 [수학식 1]을 통해 계산할 수 있다. 또한 이로부터 속도를 계산할 수 있다. 이때 유체의 밀도는 유체의 종류로 확인할 수 있다. 이때 높이 차에 의해 발생하는 압력 차는 무시할 수 있으므로 생략한다.
또한 최근에는 다이어프램(diaphragm)과 압저항물질(piezoresistive material)로 구성된 센서로 유체의 속도 및 압력을 측정하고 있다. 그러나 이러한 센서는 파이프 내부에 고정하여 사용하거나 유체의 방향이 일정한 곳에 설치되어 유체의 속도 및 압력을 측정한다. 즉 유체의 방향과 센서는 센서의 특성에 맞게 지정된 방향이 일정한 곳에 설치되어 유체의 속도 및 압력을 측정한다. 즉, 유체의 방향과 센서는 센서의 특성에 맞게 지정된 방향이 정확하게 정렬되어야 하기 때문에 유체의 방향이 일정하지 않고 변화하는 곳에서는 정확한 유체의 속도 및 압력을 측정하기 어렵다. 따라서 이러한 센서는 유체의 방향이 수시로 변하는 곳에서는 그때마다 센서의 방향을 바꾸어야 하는 번거로움이 있었으며, 또한 유체의 방향을 정확히 알 수 없으므로 유속을 측정하기 어려운 문제가 있다. 한편 바람이 부는 방향으로 화살표를 가리키도록 설계되어 있는 풍향계의 경우, 2차원적 풍향 정보만을 얻을 수 있으므로 3차원적 풍향정보를 얻는데 한계가 있었다.
(0001)대한민국 공개 특허공보 제10-2000-0058296호(초소형기계기술을 이용한 피토관형식의 압력측정장치)
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 1차적으로 와류(turblant flow)가 아닌 층류(laminar flow)가 발생하는 지점을 확인하고, 2차적으로 상기 층류가 발생하는 지점에서 발생하는 유속과 유량에 대한 정보를 실시간으로 서버에 전달하여 고장지점(누수의 발생지점)에 대한 확인이 용이한 스트레인게이지를 이용한 유속센서에 관한 것이다.
또한 상기와 같이 스트레인게이지를 이용한 유속센서를 통하여 한국수자원공사와 같은 거대한 물관리 그룹에서도 유무선 네트워크를 통하여 실시간으로 누수가 발생하는 지점에 대한 확인이 가능하고 즉각적인 대응조치를 취할 수 있는 상기 스트레인게이지를 이용한 유속의 측정방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 스트레인게이지를 이용한 유속센서는, 스트레인 게이지를 이용한 유속센서에 있어서, 유체공급부에서 공급되는 유체가 흐르는 하수도관; 상기 하수도관 내에서 유체의 흐름을 차단하고 제어할 수 있는 볼 밸브; 상기 유채공급부에서 유입되는 유체가 와류인지 층류인지 판단할 수 있도록 상하에서 유속을 측정할 수 있도록 설정된 상기 볼 밸브 내의 제1, 2 스트레인 게이지; 상기 상하에서 제1, 2 스트레인 게이지에서 측정된 유속의 차이가 1m/s 이하일 때 상기 제1, 2 스트레인 게이지로 측정된 지점에서의 유속을 상기 유체공급부에서 공급되는 유채가 흐르는 최대 직경 2000m 이내의 파이프 형태의 하수도관에서의 유속으로 계산하는 유속표시부; 상기 유속표시부에서 측정된 상기 하수도관에서의 유속의 측정데이터를 실시간으로 전달하여 상기 하수도관에서의 고장상태(즉 누수상태)를 검지할 수 있는 고장검지부; 및 상기 고장검지부에서 측정된 유속데이터가 평시의 유속데이터와 차이가 발생하는 경우, 서버에 상기 하수도관에서 누수가 발생하였다고 유무선 통신망으로 보고할 수 있는 통신부를 포함하되, 상기 제1,2 스트레인게이지는 상기 하수도관에서 흐르는 유량에 따라 변형이 발생할 수 있도록 구형으로 형성된 구형볼; 상기 구형볼의 일측에 연결된 지지봉; 상기 지지봉과 연결되어 상기 구형볼을 밀어내는 유속에 따라 변형이 발생할 수 있는 휘트스톤 브리지 형태의 전기 회로; 및 상기 전기회로에서 측정된 저항의 변화량을 바탕으로 상기 구형볼의 유동에 따른 지지봉의 휨정도를 반영하여 상기 하수도관 내에서의 유속을 측정할 수 있는 속도센서를 포함하는것일 수 있다.
본 발명의 일 실 시예에 있어서, 상기 볼밸브는 내측면에 두 개의 동심원 사이에 있는 도넛 모양의 제1 단턱과, 외측에 보스가 형성되는 밸브몸체; 상기 밸브몸체의 일측에 결합되고, 두 개의 동심원 사이에 있는 도넛 모양의 제2 단턱이 형성되는 체결캡; 상기 밸브몸체와 체결캡의 내부 공간에 삽입되는 개폐용 볼; 상기 개폐용 볼을 회전시키는 조작핸들; 상기 밸브몸체의 보스에 삽입되어 개페용 볼과 조작핸들에 결합되는 스템; 상기 밸브몸체와 체결캡에 형성된 제1,2 단턱의 내측면에 삽입되고 개폐용 볼의 외주면에 밀착되는 밸브시트를 포함하는 것일 수 있다.
도 6을 참조하면, 하수도관의 초기 지점에서는 와류가 발생할 수 있는 지점일 수 있기 때문에 이에 대한 판단 작업이 먼저 필요할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스트레인 게이지를 이용한 유속센서는 상하에 전부 설치되어 있기 때문에 이에 대한 판단 작업이 먼저 필요할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스트레인 게이지를 이용한 유속센서는 상하에 전부 설치되어 있기 때문에 상술한 유무선 통신망을 통해서 실시간으로 상기 유속센서가 설치된 지점에 대한 속도가 측정될 수 있다.
상기 유속센서로 측정된 유속의 차이가 1m/s 이상이 발생하는 경우 상기 지점에 대한 판단에서 상기 지점은 와류가 발생하는 지점이라고 판단할 수 있다.
이와 같은 판단을 하는 단계(s45)는 상술한 유속센서를 이용한 유속에 대한 보고가 이루어지기 전에 이루어지는 것이 바람직하다.
만일 와류가 발생하는 지점에 대하여 실측데이터를 기준 데이터로 삼는다면 정확한 데이터 측정을 통한 누수 발생 지점(고장의 발생 지점)에 대한 판단이 어렵기 때문이다.
이와 같이 층류(laminant flow)가 발생하는 지점은 본 발명에서는 상측과 하측에서의 유속의 차이가 1m/s 이내의 속도 차이를 갖는 지점이라고 정의할 수 있다. 1m/s라고 규정하는 것은 유량에 따라 차이가 발생할 수 있지만 본 발명의 일 실시예에 따른 하수도관의 경우에는 최대 직경 200m이내인 파이프 형태의 하수도관이라고 가정하는 경우 상기 측정데이터에 대한 오차는 유효한 범위 내라고 판단할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 하수도관에 흐르는 유체의 유속을 측정하는 방법에 있어서, 하수도관에서 흐르는 유체의 속도를 측정하기 위한 유속의 측정방법에 있어서, 유체공급부에서 펌프를 통하여 유체가 공급되는 단계(s10); 상기 공급된 유체를 후방으로 흘려 보낼 지 여부를 결정할 수 있는 볼밸브를 통과하는 단계(s20)' 상기 볼밸브에 장착되어 상기 볼밸브 내의 개폐형 볼의 상하측에 장착되어 유체의 흐름에 따라 변형될 수 있는 구형볼에 지지봉을 통해서 연결되어 있는 휘트스톤브리지형태의 스트레인게이지를 통해서 유속을 측정하는 단계(s30); 상기 상하측에 장착되어 있는 스트레인게이지를 통해서 측정된 유속을 비교하는 단계(s40); 및 상기 상하측에 장착되어 있는 제1, 2 스트레인 게이지를 통해서 측정된 유속데이터가 1m/s이상 차이가 발생하는 경우 고장이라고 판단하는 단계(s50)를 포함하되, 상기 유속데이터에 대한 비교치를 실시간으로 측정하여 서버에 전송하여 상기 유체가 통과하는 지점에 설치된 볼 밸브의 조작핸들을 돌려 유체를 정지시키고, 고장 지역(누수)에 대한 검출이 가능한 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유속데이터가 1m/s이상 차이가 발생하는 경우 고장이라고 판단하는 단계(s50) 전에 상기 볼밸브가 설치된 지점이 층류가 발생하는 지점인지 와류가 발생하는 지점인지 판단하는 단계(s45)를 수행하는 것일 수 있다.
상술한 바와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 하수도관 안에서 와류가 발생하는 지점에 대한 1차적인 판단이 가능하고, 이러한 1차적인 판단을 기초로 하여 층류가 발생하는 지점에서 볼밸브 안에 배치된 구형볼에 연결된 지지봉의 휨작용을 바탕으로 이루어지는 스트레인 게이지의 변형작용으로부터 유속을 환산할 수 있어서, 하수도관의 각 지점에 대한 유속에 대한 측정이 가능할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 스트레인 게이지를 이용한 유속센서로부터 얻어지는 유속데이터를 그래프화 또는 쟈료화할 수 있어서 실시간으로 누수의 발생에 따른 변속 지점에 대한 판단이 가능하여 하수도관의 고장에 대한 즉각적인 대응이 가능할 수 있다.
도 1은 피토튜브의 원리를 설명하기 위해 피토튜브를 간단하게 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스트레인게이지를 이용한 유속센서의 구조를 보여주는 분해사시도이다.
도 3은 휘트스톤브릿지 형태의 전기회로를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스트레인 게이지를 이용한 유속센서의 원리를 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스트레인 게이지를 이용한 유속센서가 볼 밸브에 장착된 것을 모식적으로 보여주는 도면이다.
도 6은 하수도관의 각 지점에서 본 발명의 일 실시예에 따른 스트레인게이지를 이용한 유속센서가 장착되어 유속을 측정하는 것을 모식적으로 보여주는 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시 예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고, "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 스트레인게이지를 이용한 유속센서의 구성에 대하여 살펴본다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스트레인게이지를 이용한 유속센서의 구조를 보여주는 분해사시도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스트레인게이지(100)를 이용한 유속센서는, 볼밸브(300) 안에 잠입되어 있어서 상기 볼밸브(300)의 개폐여부에 따라 유체의 흐름을 반영하여 휨작용을 보여줄 수 있는 구형볼(30), 여기서 판형을 가진 물체를 가진 물체를 장착하는 경우 물의 흐름에 따른 경사도를 조정하여야 하고, 이와 같은 경사도가 조절되지 않을 경우 유속에 대한 정확한 측정이 어렵고 구형볼(30) 근처에서의 와류 작용에 대한 영향력을 최소화하기 위해서 구형(sphere)의 형태를 가지는 것이 가장 바람직하다.
상기 구형볼(30)에서 연속하여 지지봉(20)이 형성되어 있고, 상기 지지봉(20)의 구형볼(30)에 대한 반대측에는 휘트스톤 브릿지(wheatstone bridge)형태의 전기회로를 포함하는 속도센서가 장착될 수 있다. 상기 휘트스톤 브릿지의 전기회로를 포함하는 제1 스트레인게이지(60)는, 금속판(40)에 부착된 형태로서, 외부의 유속에 따른 변형 현상이 나타날 수 있다. 이러한 휘트스톤 브리지형태의 전기회로를 보호하여 전기적 부식을 방지하기위해 방수층(50)이 형성될 수 있다.
도 3은 휘트스톤브릿지 형태의 전기회로를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 3을 참조하면, 휘트스톤브릿지 형태의 전기회로는, 2개씩의 저항소자가 대칭을 이루어 어느 일측에 연결된 저항소자들(예를 들면 도 3에서 제1,2 저항소자(164a, 164d) 사이의 중간지점에서 타측에 연결된 저항소자 들(예를 들면 도 3에서 제3,4 저항소자(164b, 164c) 사이의 중간지점(167b)을 연결한 회로 소자인데, 외부에서 유속에 따르는 힘이 작용하여 상기 연결된 저항소자들의 값이 변하면 중간지점 두 군데를 연결한 제5 저항소자(167b)에 전류가 흐르게 되고 이로부터 변형율을 계산할 수 있도록 미소한 전압의 발생을 측정하고, 변형율을 계산하여 유속을 계산하는 방식을 사용할 수 있다. 제1, 3 저항소자(164a, 164b)에는 전원부(165)가 연결되고, 제2, 4 저항소자(164d, 164c) 사이에는 접지부(166)가 연결될 수 있다.
본원발명의 일 실시예에 따른 스트레인 게이지를 이용한 유속센서에서 흐르는 유로가 고온 또는 극저온 일 경우에는 이러한 요소를 고려하기 위해서 써미스터(thermiser)를 더 부가할 수 있지만 본원발명에서의 관심대상이 유로의 흐름과 속도를 제어하고자 하는 하수도관(200)에 한정되어 있기 때문에 이와 같은 구성요소들을 보정하기 위한 인장에 대해서는 논외로 하다.
이와 같이 유속의 변화에 따라 변화되는 휘트스톤브릿지(wheatstone bridge)는 상기 구형볼(30)에 가해지는 외력에 비례하여 저항이 변화되도록 구성된 소자일 수 있다. 이와 같이 유속의 변화에 따른 속도변화를 반영할 수 있는 소자에서 측정된 데이터는 상기 하수도관(200)을 관장하는 서버로 전송되도록 구성될 수 있다. 특히 이와 같은 구성을 위해서 LCD(Liquid Crystal Display)와 같은 표시 소자를 사용할 수 있다.
이를 유속표시부라고 칭하기로 한다. 상기와 같은 유속표시부는 하수도관(200)의 근처에 장착되어 유속의 변화를 외부에서 즉각적으로 관찰가능하도록 구성될 수 있다.
이와 같은 전기적 데이터를 전송하고 반영할 수 있도록 본 발명의 일 실시예에 따른 스트레인게이지(100)를 이용한 유속센서의 경우에는 전기적 연결소자(70)를 더 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스트레인게이지를 이용한 유속센서의 작동원리를 설명하는 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스트레인게이지(100)를 이용한 유속센서는 하수도관(200) 내부에 스트레인게이지(100)가 배치된 상태일 수 있다.
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하지만 이러한 스트레인게이지(100)를 이용해서 유속을 측정하는 방법에 있어서 차이가 발생하는 것은 아니다.
즉 도 4에 도시된 바와 같이 유체가 외부의 힘 등에 의해서 송급되면, 하수도관(200)의 내부에 삽입되어 있는 구형볼(30)을 뒤쪽으로 밀어내는 작용이 발생할 수 있다.
이러한 구형볼(30)을 밀어내는 힘은 상기 구형볼(30)의 상측으로 연결되어 있는 지지봉(20)에 대한 회전작용을 유도할 수 있다. 이와 같은 지지봉(20)의 회전작용은 지지봉(20)에 연결되어있는 스트레인 게이지(휘트스톤 브릿지 형태일 수 있다.)에 변형을 유도할 수 있다.
이와 같은 변형이 두 개의 저항 소자를 연결하고 있는 휘트스톤 브릿지의 내부 저항을 변화시켜서 전압 변화를 유도할 수 있고 이에 대한 전압증폭작용을 통해 유속에 비례하는 변형율에 대한 데이터에 관한 회득이 가능할 수 있다.
이렇게 획득된 데이터는 실시간으로 유무선 통신망을 통해서 상기 하수도관(200)을 관장하고 관리하는 중앙 관제소로 전송될 수 있다. 이와 같은 작용으로서 하수도관(200)의 외부에서 직접 관찰이 가능할 뿐만 아니라 상기 전기 연결소자(70)를 통해서 전기적으로 접속되어 있는 외부 서버에 상존하는 사람들도 실시간으로 상기 하수도관(200)에 대한 상황판단이 가능할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스트레인게이지(100)를 이용한 유속센서는 볼 밸브(300)에 장착된 상태일 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스트레인게이지를 이용한 유속센서가 볼밸브에 장착되어 있는 상태를 모식적으로 보여주는 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스트레인게이지를 이용한 유속센서는 볼 밸브(300)의 개폐형 볼(105)의 상하측에 각각 제1 스트레인 게이지(100A), 제2 스트레인게이지(100B)의 형태로 장착된 상태일 수 있다.
도 5에서는 상하 측에 장착된 경우에 대하여 예시적으로 설명하였지만 상하 좌우 등에 순차적으로 4개의 스트레인게이지가 장착될 수 있고, 그에 따라 스트레인게이지의 변형율을 측정하고 이로부터 유속을 환산하는 방법을 사용할 수 있다.
상기 볼밸브(300)는 내측면에 두 개의 동심원 사이에 있는 도넛 모양의 제1 단턱(122)과, 외측에 보스(140)가 형성되는 밸브몸체(110);와, 상기 밸브몸체(110)의 일측에 결합되고, 두 개의 동심원 사이에 있는 도넛 모양의 제2 단턱(124)이 형성되는 체결캡(95);을 포함할 수 있다. 상기 체결캡(95)의 일측과 타측에는 하수도관(200)이 연장된 형태일 수 있다.
상기 밸브몸체(110)와 체결캡(95)의 내부 공간에 삽입되는 개폐용 볼(105)을 포함할 수 있다. 상기 개폐용 볼(105)은 외부에 상기 체결캡(95)이 열리고 닫힐 수 있도록 구성된 개폐공간(도면번호 미부여)을 포함할 수 있다. 상기 개폐공간의 열림과 닫힘 작용에 따라 상기 하수도관(200)을 흐르는 유체가 상기 볼밸브(300)을 통과하여 후방으로 공급될 수도 있고 차단될 수도 있다. 이와 같은 작용은 볼 밸브(300)의 상측에 장착되어 있는 조작핸들조작핸들(160)에 의해 이루어질 수 있도록 구성되어 있다. ;
상기 조작핸들(160)은 개폐용 볼(105)을 회전시킬 수 있고, 개폐공간을 여닫는 동작을 유도할 수 있다. 즉 상기 하수도관(200)에서 누수가 발생하거나 하여 이상데이터 상기 서버의 데이터 표시부에 표시되는 경우 사용자인 관리자는 상기 조작핸들(160)을 돌리는 작용을 통해 개별수용가로 공급되는 유체에 공급을 차단할 수 있다. 상기 유체는 기름, 물 등 다양한 성상을 나타내는 매질일 수 있지만 통상적으로 하수도관(200)을 구성하는 것이 물이라고 가정할 때 물인 것이 바람직할 수 있다. 이와 같은 볼 밸브(300)를 하수도관(200)을 흐르는 유체의 통로가 길거나 복잡할 경우 누수가 발생할 수 있는 가능성이 높은 지역마다 설치하는 방법을 통해 누수에 대한 감시와 측각적인 대응이 가능할 수 있다. 여기서 즉각적인 대응이라고 함은 즉각적인 유체의 공급을 차단하고 누수가 발생하는 지점에 대한 확인 등의 작업을 수행할 수 있음을 의미할 수 있다.
상기 볼밸브(300)에는 상기 밸브몸체(110)의 보스(140)에 삽입되어 개페용 볼(105)과 조작핸들(160)에 결합되는 스템(130) 및 상기 밸브몸체(110)와 체결캡(95)에 형성된 제1,2 단턱(122, 124)의 내측면에 삽입되고 개폐용 볼(105)의 외주면에 밀착되는 밸브시트(126)를 포함하는 것일 수 있다
또한 상기 스템(130)의 상부에는 유체의 누출을 방지하고 상기 개폐용 볼(1050의 회전작용을 돕기 위한 오링(150)이 부가될 수 있다.
도 6은 상기 스트레인게이지를 이용한 유속센서가 장착되어 있는 볼밸브가 하수도관의 여러 군데에 설치되어 있는 것을 모시적으로 보여주는 도면이다.
도 6을 참조하면, 하수도관(200)의 초기 지점에서는 와류가 발생할 수 있는 지점일 수 있기 때문에 이에 대한 판단 작업이 먼저 필요할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스트레인 게이지(100)를 이용한 유속센서는 상하에 전부 설치되어 있기 때문에 상술한 유무선 통신망을 통해서 실시간으로 상기 유속센서가 설치된 지점에 대한 속도가 측정될 수 있다.
상기 유속센서로 측정된 유속의 차이가 1m/s이상이 발생하는 경우 상기 지점에 대한 판단에서 상기 지점은 와류가 발생하는 지점이라고 판단할 수 있다.
이와 같은 판단을 하는 단계(s45)는 상술한 유속센서를 이용한 유속에 대한 실시간 보고에 대한 작업이 이루어지기 전에 이루어지는 것이 바람직하다. 만일 와류가 발생하는 지점에 대하여 실측데이터를 기준 데이터로 삼는 다면 정확한 데이터 측정을 통한 누수 발생지점에 대한 판단이 어렵기 때문이다.
이와 같이 층류(laminant flow)가 발생하는 지점은 본 발명에서는 상측과 하측에서의 유속의 차이가 1m/s이내의 속도 차이를 갖는 지점이라고 정의할 수 있다. 1m/s라고 규정하는 것은 유량에 따라 차이가 발생할 수 있지만 본 발명의 일 실시에에 따른 하수도관(200)의 경우에는 최대 직경 200m이내인 파이프 형태의 하수도관(200)이라고 가정하는 경우 상기 측정데이터에 대한 오차는 유효한 범위 내라고 판단할 수 있다. 상기와 같은 파이프형태의 하수도관(200)의 직경이 달라지거나 형상이 파이프 형상이 아닌 경우에는 새로운 데이터 기준을 설정하기 위한 추가적인 작업이 필요할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 스트레인게이지를 이용한 유속센서를 이용한 유속의 측정방법에 대하여 논의한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유속센서를 이용한 직경 200m 이내의 파이프 형태의 하수도관(200)에서 유속의 측정방법은 , 유체공급부(미도시)에서 펌프를 통하여 유체가 공급되는 단계(s10와, 상기 공급된 유체를 후방으로 흘려 보낼 지 여부를 결정할 수 있는 볼밸브(300)를 통과하는 단계(s20)'와, 상기 볼밸브(300)에 장착되어 상기 볼밸브(300) 내의 개폐형 볼(105)의 상하측에 장착되어 유체의 흐름에 따라 변형될 수 있는 구형볼(30)에 지지봉(20)을 통해서 연결되어 있는 휘트스톤브리지형태의 스트레인게이지(100A, 100B)를 통해서 유속을 측정하는 단계(s30);와, 상기 상하측에 장착되어 있는 스트레인게이지(100A, 100B)를 통해서 측정된 유속을 비교하는 단계(s40); 및 상기 상하측에 장착되어 있는 제1, 2 스트레인 게이지를 통해서 측정된 유속데이터가 1m/s이상 차이가 발생하는 경우 고장이라고 판단하는 단계(s50)와, 를 포함하되, 상기 유속데이터에 대한 비교치를 실시간으로 측정하여 서버에 전송하여 상기 유체가 통과하는 지점에 설치된 볼 밸브(300)의 조작핸들(160)을 돌려 유체를 정지시키고, 고장 지역에 대한 검출이 가능한 것일 수 있다.
이와 같은 작용을 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 스트레인게이지(100)를 이용한 유속센서를 통한 유속의 측정방법에 따르면 하수도관(200)의 여러 곳에 볼밸브(300)(특히 유속센서가 장착되어 있는 볼밸브(300)가 바람직할 수 있다.)를 설치하여 상하수도관에 대한 고장 점검 수단으로 활용할 수도 있다.
본 발명은 특정한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
1: 피토 튜브 3: 내관
5: 외관 3a; 내관홀
5a: 외관홀 40: 금속판
50: 방수층 60: 제1 스트레인 게이지
70: 전기적 연결소자 95: 연결 캡
100: 스트레인게이지 110: 밸브몸체
200: 하수도관 300: 볼밸브
20: 지지봉 30: 구형볼

Claims (4)

  1. 스트레인 게이지를 이용한 유속센서에 있어서,
    유체공급부에서 공급되는 유체가 흐르는 하수도관;
    상기 하수도관 내에서 유체의 흐름을 차단하고 제어할 수 있는 볼 밸브;
    상기 유체공급부에서 유입되는 유체가 와류인지 층류인지 판단할 수 있도록 상하에서 유속을 측정할 수 있도록 설정된 상기 볼 밸브 내의 제1, 2 스트레인 게이지;
    상기 제1, 2 스트레인 게이지에서 측정된 유속의 차이가 1m/s 이하일 때 상기 제1, 2 스트레인 게이지로 측정된 지점에서의 유속을 상기 유체공급부에서 공급되는 유체가 흐르는 최대 직경 2000m 이내의 파이프 형태의 하수도관에서의 유속으로 계산하는 유속표시부;
    상기 유속표시부에서 측정된 상기 하수도관에서의 유속의 측정데이터를 실시간으로 전달하여 상기 하수도관에서의 고장상태를 검지할 수 있는 고장검지부; 및
    상기 고장검지부에서 측정된 유속데이터가 평시의 유속데이터와 1m/s 이상 차이가 발생하는 경우, 서버에 상기 하수도관에서 누수가 발생하였다고 유무선 통신망으로 보고할 수 있는 통신부를 포함하되,
    상기 제1,2 스트레인게이지는 상기 유로관에서 흐르는 유량에 따라 변형이 발생할 수 있도록 구형으로 형성된 구형볼;
    상기 구형볼의 일측에 연결된 지지봉;
    상기 지지봉과 연결되어 상기 구형볼을 밀어내는 유속에 따라 변형이 발생할 수 있는 휘트스톤 브리지 형태의 전기 회로; 및
    상기 전기회로에서 측정된 저항의 변화량을 바탕으로 상기 구형볼의 유동에 따른 지지봉의 휨정도를 반영하여 상기 하수도관 내에서의 유속을 측정할 수 있는 속도센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 스트레인게이지를 이용한 유속센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 볼밸브는
    내측면에 두 개의 동심원 사이에 있는 도넛 모양의 제1 단턱과, 외측에 보스가 형성되는 밸브몸체;
    상기 밸브몸체의 일측에 결합되고, 두 개의 동심원 사이에 있는 도넛 모양의 제2 단턱이 형성되는 체결캡;
    상기 밸브몸체와 체결캡의 내부 공간에 삽입되는 개폐용 볼;
    상기 개폐용 볼을 회전시키는 조작핸들;
    상기 밸브몸체의 보스에 삽입되어 개페용 볼과 조작핸들에 결합되는 스템;
    상기 밸브몸체와 체결켑에 형성된 제1,2 단턱의 내측면에 삽입되고 개폐용 볼의 외주면에 밀착되는 밸브시트를 포함하는 것을 특징으로 하는 스트레인게이지를 이용한 유속센서.
  3. 하수도관에서 흐르는 유체의 속도를 측정하기 위한 유속의 측정방법에 있어서,
    유체공급부에서 펌프를 통하여 유체가 공급되는 단계(s10);
    상기 공급된 유체를 후방으로 흘려 보낼 지 여부를 결정할 수 있는 볼밸브를 통과하는 단계(s20)'
    상기 볼밸브에 장착되어 상기 볼밸브 내의 개폐형 볼의 상하측에 장착되어 유체의 흐름에 따라 변형될 수 있는 구형볼에 지지봉을 통해서 연결되어 있는 휘트스톤브리지형태의 전기회로를 포함하는 스트레인게이지를 통해서 유속을 측정하는 단계(s30);
    상기 상하측에 장착되어 있는 스트레인게이지를 통해서 측정된 유속을 비교하는 단계(s40); 및
    상기 상하측에 장착되어 있는 제1, 2 스트레인 게이지를 통해서 측정된 유속데이터가 1m/s이상 차이가 발생하는 경우 고장이라고 판단하는 단계(s50)
    를 포함하되,
    상기 유속데이터에 대한 비교치를 실시간으로 측정하여 서버에 전송하여 상기 유체가 통과하는 지점에 설치된 볼 밸브의 조작핸들을 돌려 유체를 정지시키고, 고장 지역에 대한 검출이 가능한 것을 특징으로 하는 스트레인게이지를 이용한 유속의 측정방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 유속데이터가 1m/s이상 차이가 발생하는 경우 고장이라고 판단하는 단계(s50) 전에 상기 볼밸브가 설치된 지점이 층류가 발생하는 지점인지 와류가 발생하는 지점인지 판단하는 단계(s45)를 수행하는 것을 특징으로 하는 스트레인게이지를 이용한 유속의 측정방법.
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