KR101996987B1

KR101996987B1 - 압력 트랜스미터

Info

Publication number: KR101996987B1
Application number: KR1020180079602A
Authority: KR
Inventors: 김형모; 조영일; 김준기; 이제환; 정지영
Original assignee: 한국원자력연구원
Priority date: 2018-07-09
Filing date: 2018-07-09
Publication date: 2019-07-08

Abstract

본 발명은 압력 트랜스미터에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 변위 부재 및 제2 변위 부재를 포함하고, 제1 매개 유체를 내부에 수용하며, 내부에 수용된 상기 제1 매개 유체가 상기 제1 변위 부재의 변위에 의해 가압될 수 있도록 구성되는 제1 챔버; 제2 매개 유체를 내부에 수용하고, 수용된 상기 제2 매개 유체가 타겟 유체와 열교환 가능하도록 배치되며, 상기 타겟 유체가 가하는 압력에 의해 변위되지 않도록 구성되는 제2 챔버; 및 상기 제2 변위 부재의 변위를 측정함으로써 상기 타겟 유체의 압력값을 제공하는 압력계를 포함하고, 상기 제1 변위 부재는 상기 타겟 유체의 압력에 의해 변위되고, 상기 제2 변위 부재는 상기 제1 변위 부재의 변위에 의해 가압되는 상기 제1 매개 유체의 변위에 의해 변위되는, 압력 트랜스미터가 제공될 수 있다.

Description

압력 트랜스미터{PRESSURE TRANSMITTER}

본 발명은 압력 트랜스미터에 대한 발명이다.

원자력 시스템 등의 설비에서는 200℃이상 700℃이하의 수백도 범위에서 운용되며, 이러한 설비에서는 상압일 때 넓은 온도 범위에서 액체 상태로 존재하는 물질이 작업 유체로서 이용된다. 예를 들어, 98℃의 녹는점과 890℃의 끓는점을 가지는 액화소듐이 작업 유체로서 사용될 수 있다.

이러한 시스템의 상태를 파악하기 위해서는 작업 유체의 차압, 정압 등의 압력을 측정할 필요가 있는데, 압력계의 센서는 작업 유체의 높은 온도를 견디지 못하므로 압력 트랜스미터를 통해 작업 유체의 압력을 측정한다. 또한, 작업 유체가 상온에서 고화될 우려가 있는 경우, 압력 트랜스미터는 별도의 매개 유체를 통하여 작업 유체의 압력이 압력계까지 전달되도록 구성된다. 이러한 압력 트랜스미터의 매개 유체는 작업 유체로부터 가압되어 이동(변위)하고, 이러한 매개 유체의 변위는 스트레인 게이지 등으로 측정된다.

한편, 설비가 안정적으로 운용되기 위해서는 작업 유체의 압력이 ±1% 이상의 높은 수준의 정밀도로 측정될 필요가 있다. 그러나, 작업 유체의 온도는 수백 도의 범위에서 변할 수 있고, 이러한 작업 유체와 인접하게 배치되는 매개 유체의 온도도 수백 도의 범위에서 변하게 된다. 매개 유체의 온도가 이와 같이 큰 폭으로 변하게 될 경우 매개 유체 자체의 부피가 온도 변화에 따라 변하게 된다. 따라서, 스트레인 게이지로 측정된 매개 유체의 변위에는 작업 유체의 압력으로 인한 변위뿐만 아니라 매개 유체 자체의 부피변화로 인한 변위도 포함되게 되므로 이러한 영향을 보상할 수 있는 압력 트랜스미터가 요구되고 있다.

한국 등록특허 제10-1200190호

본 발명의 실시예들은 넓은 온도 범위에서도 높은 정확도로 타겟 유체의 압력을 측정할 수 있는 압력 트랜스미터를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 제1 변위 부재 및 제2 변위 부재를 포함하고, 제1 매개 유체를 내부에 수용하며, 내부에 수용된 상기 제1 매개 유체가 상기 제1 변위 부재의 변위에 의해 가압될 수 있도록 구성되는 제1 챔버; 제2 매개 유체를 내부에 수용하고, 수용된 상기 제2 매개 유체가 타겟 유체와 열교환 가능하도록 배치되며, 상기 타겟 유체가 가하는 압력에 의해 변위되지 않도록 구성되는 제2 챔버; 및 상기 제2 변위 부재의 변위를 측정함으로써 상기 타겟 유체의 압력값을 제공하는 압력계를 포함하고, 상기 제1 변위 부재는 상기 타겟 유체의 압력에 의해 변위되고, 상기 제2 변위 부재는 상기 제1 변위 부재의 변위에 의해 가압되는 상기 제1 매개 유체의 변위에 의해 변위되는, 압력 트랜스미터가 제공될 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 수백 도 범위의 넓은 범위로 온도가 변하는 타겟 유체에 대해서도 압력을 정확히 측정할 수 있다는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 압력 트랜스미터를 나타내는 사시도이다.
도 2은 본 발명의 제2 실시예에 따른 압력 트랜스미터를 나타내는 사시도이다.

이하에서는 본 발명의 사상을 구현하기 위한 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

아울러 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '전달된다', '연결된다', '접촉된다', '압력을 가한다'고 언급된 때에는 그 다른 구성요소에 직접적으로 전달, 연결, 접촉되거나, 직접적으로 압력을 가할 수도 있지만 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로 본 발명을 한정하려는 의도로 사용된 것은 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.

이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 압력 트랜스미터(1)의 구체적인 구성에 대하여 설명한다.

도 1을 참조하면, 압력 트랜스미터(1)는 타겟 유체(TF)의 차압 및 정압 중 하나 이상을 측정할 수 있다. 타겟 유체(TF)는 압력 트랜스미터(1)가 압력을 측정하고자 하는 대상으로서, 플랜트 등의 작업 유체일 수 있으며, 탱크, 파이프 등의 대상체(2) 내에 수용되거나 유동하는 것일 수 있다. 이러한 타겟 유체(TF)는 일예로 액체 소듐일 수 있다. 이러한 압력 트랜스미터(1)는 유체 수용체(100), 제1 챔버(200), 제2 챔버(300), 및 압력계(400)를 포함할 수 있다.

유체 수용체(100)는 타겟 유체(TF)를 수용할 수 있는 타겟 유체 공간을 제공할 수 있다. 유체 수용체(100)는 타겟 유체(TF)가 대상체(2)로부터 타겟 유체 공간에 유입될 수 있도록 구성될 수 있다. 이러한 타겟 유체 공간에는 빈 공간 없이 유체 수용체(100)로 가득 채워져 있다. 유체 수용체(100)는 파이프와 같은 장형 부재로 형성될 수 있다. 타겟 유체(TF)가 유체 수용체(100)로 유입됨으로써 동압 성분이 제거될 수 있다.

제1 챔버(200)는 내부에 제1 매개 유체 수용 공간을 형성하고, 이러한 제1 매개 유체 수용 공간에 제1 매개 유체(F1)를 가득 수용한다. 제1 챔버(200)는 파이프, 모세관, 실린더 등의 형상을 가질 수 있다.

제1 매개 유체(F1)는 소듐(Na)을 포함하는 알칼리 금속, 소듐-포타슘(Na-K) 합금, 납-비스무스(Pb-Bi) 합금, 납(Pb) 중 어느 하나 이상의 용융금속일 수 있다.

제1 챔버(200)는 유체 수용체(100)에 지지될 수 있다. 제1 챔버(200)는 제1 변위 부재(210), 제2 변위 부재(220) 및 제1 챔버 부재(230)를 포함할 수 있다.

제1 변위 부재(210)는 타겟 유체(TF)의 압력에 의해 변위될 수 있다. 이러한 제1 변위 부재(210)는 유체 수용체(100) 또는 제1 챔버 부재(230)에 지지될 수 있다. 제1 변위 부재(210)는 일측이 타겟 유체(TF)와 접촉하고, 타측이 제1 매개 유체(F1)와 접촉하도록 배치될 수 있다. 제1 변위 부재(210)는 멤브레인, 다이어프램 등의 가요성 막일 수 있으며, 이러한 가요성 막은 타겟 유체(TF)와 제1 매개 유체(F1) 사이에 배치될 수 있다. 제1 변위 부재(210)는 타겟 유체(TF)의 압력에 의해 제1 매개 유체(F1)를 가압하는 방향으로 변위될 수 있다. 본 명세서에서 어떠한 구성요소의 '변위'는 그 구성요소의 구성요소의 지지부 내지 연결부가 이동하지 않더라도 무게 중심이 이동하는 것으로 충분하며, 이러한 무게 중심의 이동은 열팽창으로 인한 것도 포함한다.

제2 변위 부재(220)는 제1 매개 유체(F1)에 의해 변위될 수 있다. 다시 말해, 제1 매개 유체(F1)는 제1 변위 부재(210)의 변위에 의해 변위되고, 제2 변위 부재(220)는 이러한 제1 매개 유체(F1)의 변위에 의해 변위될 수 있다(압력변위). 제2 변위 부재(220)의 압력변위는 제1 변위 부재(210)의 변위와 동일할 수 있다. 또한, 제1 매개 유체(F1)는 타겟 유체(TF)와 열교환(가열 등)하여 온도가 변할 수 있고, 제1 매개 유체(F1)와 같은 액체의 부피도 온도 변화에 따라 변화하므로, 제2 변위 부재(220)의 변위에는 이러한 제1 매개 유체(F1)의 부피 변화로 인한 변위가 포함될 수 있다(열변위). 따라서, 압력계(400)가 측정한 제2 변위 부재(220)의 변위는 압력변위뿐만 아니라 열변위도 포함할 수 있다.

제2 변위 부재(220)는 멤브레인, 다이어프램 등의 가요성 막일 수 있다. 또한, 제2 변위 부재(220)는 제1 변위 부재(210)와 동일한 재질, 크기 및 형상을 가질 수 있다. 이러한 제2 변위 부재(220)는 제1 변위 부재(210)의 반대측에 배치될 수 있으며 제1 챔버 부재(230)에 지지될 수 있다. 제2 변위 부재(220)는 일측이 제1 매개 유체(F1)와 접촉하도록 배치될 수 있다. 한편, 제2 변위 부재(220)가 변위되는 방향은 제1 변위 부재(210)가 변위되는 방향과 동일할 수 있다.

제1 챔버 부재(230)는 제1 매개 유체 수용 공간의 적어도 일부를 형성할 수 있다. 제1 챔버 부재(230)는 유체 수용체(100)에 지지될 수 있고 유체 수용체(100)로부터 멀어지는 방향으로 연장될 수 있다. 제1 챔버 부재(230)는 유체 수용체(100)와 일체형으로 구성될 수도 있다. 제1 챔버 부재(230)의 유체 수용체(100) 측의 단부에는 제1 변위 부재(210)가 배치되고, 그 반대측 단부에는 제2 변위 부재(220)가 배치될 수 있다. 또한, 제1 챔버 부재(230)에는 제1 매개 유체(F1)가 주입되기 위하여 선택적으로 개방되는 봉입구(미도시)가 제공될 수 있다. 이러한 제1 챔버 부재(230)는 강체 등의 비가요성 재료로 형성될 수 있으며, 후술할 솔리드 부재(310)와 동일한 재료로 형성될 수 있다.

제2 챔버(300)는 내부에 제2 매개 유체 수용 공간을 형성하고, 이러한 제2 매개 유체 수용 공간에 제2 매개 유체(F2)를 가득 수용한다. 제2 챔버(300)는 파이프, 모세관, 실린더 등의 형상을 가질 수 있다. 제1 챔버(200)와 제2 챔버(300)는 각각의 내부에 수용된 제1 매개 유체(F1)와 제2 매개 유체(F2)가 동일한 온도 구배를 가지도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제2 챔버(300)의 제2 매개 유체 수용 공간은 제1 챔버(200)의 제1 매개 유체 수용 공간과 동일한 크기 및 형상을 가질 수 있다.

또한, 제1 챔버(200)와 제2 챔버(300)는 서로 인접한 위치에 배치되거나 서로 접촉하도록 배치될 수 있다. 뿐만 아니라, 제1 챔버(200)와 제2 챔버(300)는 적어도 하나의 부재를 공유할 수 있으며, 이러한 공유부재의 적어도 일부는 제1 매개 유체(F1)와 제2 매개 유체(F2) 사이에 개재될 수 있다.

한편, 제1 챔버(200) 및 제2 챔버(300)는 제1 매개 유체(F1)와 제2 매개 유체(F2)가 서로 압력을 가하지 않도록 구성될 수 있다. 따라서, 제1 챔버(200)와 제2 챔버(300)가 서로 접촉하도록 배치될 경우에는 적어도 공유부재는 강체 등의 비가요성 재료로 형성될 수 있다.

또한, 제1 챔버(200)와 제2 챔버(300) 사이 및 그 내부에는 제1 매개 유체(F1)와 제2 매개 유체(F2) 간의 열전달 효율을 향상시키기 위해 열전달용 핀(fin, 미도시)이 제공될 수도 있다.

제2 매개 유체(F2)는 제1 매개 유체(F1)와 동일한 열팽창 계수를 가지는 액체일 수 있다. 다시 말해, 제1 매개 유체(F1)와 제2 매개 유체(F2)는 소정 온도에서 동일한 부피를 가질 때 다른 온도에서도 동일한 부피를 가질 수 있다. 예를 들어, 제2 매개 유체(F2)는 제1 매개 유체(F1)와 동일한 액체일 수 있다. 제2 챔버(300)는 유체 수용체(100)에 지지될 수 있다.

제2 챔버(300)는 솔리드 부재(310), 제3 변위 부재(320) 및 제2 챔버 부재(330)를 포함할 수 있다.

솔리드 부재(310)는 타겟 유체(TF)의 압력에 의해 변위되지 않도록 구성될 수 있다. 이러한 솔리드 부재(310)는 유체 수용체(100) 또는 제2 챔버 부재(330)에 이동하지 않도록 고정 지지될 수 있다. 솔리드 부재(310)는 일측이 타겟 유체(TF)와 접촉하고, 타측이 제2 매개 유체(F2)와 접촉하도록 배치될 수 있다. 솔리드 부재(310)는 금속판 등과 같이 소정의 힘, 압력에도 그 형상을 유지할 수 있는 부재일 수 있으며, 판 형상을 가질 수 있다. 솔리드 부재(310)는 타겟 유체(TF)와 제2 매개 유체(F2) 사이에 배치될 수 있다. 솔리드 부재(310)는 제1 변위 부재(210)와 동일한 열전달 효율을 가지도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 솔리드 부재(310)는 형상, 크기 및 열전도 계수 중 하나 이상이 제1 변위 부재(210)와 동일하도록 구성될 수 있다.

제3 변위 부재(320)는 제2 매개 유체(F2)에 의해 변위될 수 있다. 다시 말해, 제2 매개 유체(F2)는 타겟 유체(TF)와 열교환하여 온도가 변할 수 있고, 제2 매개 유체(F2)와 같은 액체의 부피도 온도 변화에 따라 변화하므로, 제3 변위 부재(320)는 이러한 제2 매개 유체(F2)의 부피 변화로 인해 변위될 수 있다. 한편, 제2 매개 유체(F2)와 타겟 유체(TF) 사이에는 변위되지 않는 솔리드 부재(310)가 개재되어 있으므로, 제2 매개 유체(F2)는 타겟 유체(TF)의 압력에 의해 변위되지는 않는다. 따라서, 제3 변위 부재(320)의 변위에는 압력변위는 포함되지 않는다.

제3 변위 부재(320)는 멤브레인, 다이어프램 등의 가요성 막일 수 있다. 또한, 제3 변위 부재(320)는 제2 변위 부재(220)와 동일한 재질, 크기 및 형상을 가질 수 있다. 이러한 제3 변위 부재(320)는 솔리드 부재(310)의 반대측에 배치될 수 있으며 제2 챔버 부재(330)에 지지될 수 있다. 제3 변위 부재(320)는 일측이 제2 매개 유체(F2)와 접촉하도록 배치될 수 있다. 한편, 제3 변위 부재(320)가 변위되는 방향은 제2 변위 부재(210)가 변위되는 방향과 동일할 수 있다. 한편, 제1 변위 부재(210)와 제2 변위 부재(220)간의 거리는 솔리드 부재(310)와 제3 변위 부재(320) 간의 거리와 동일할 수 있다.

제2 챔버 부재(330)는 제2 매개 유체 수용 공간의 적어도 일부를 형성할 수 있다. 제2 챔버 부재(330)는 유체 수용체(100)에 지지될 수 있고 유체 수용체(100)로부터 멀어지는 방향으로 연장될 수 있다. 제2 챔버 부재(330)는 유체 수용체(100)와 일체형으로 구성될 수도 있다. 제2 챔버 부재(330)의 유체 수용체(100) 측의 단부에는 솔리드 부재(310)가 배치되고, 그 반대측 단부에는 제3 변위 부재(320)가 배치될 수 있다. 또한, 제2 챔버 부재(330)에는 제2 매개 유체(F2)가 주입되기 위하여 선택적으로 개방되는 봉입구(미도시)가 제공될 수 있다. 이러한 제2 챔버 부재(330)는 강체 등의 비가요성 재료로 형성될 수 있으며, 솔리드 부재(310)와 동일한 재료로 형성되거나 일체로 형성될 수 있다.

제2 챔버 부재(330)는 제1 챔버 부재(230)와 별도의 부재일 수도 있으나, 반드시 이에 한정된 것은 아니다. 예를 들어, 제2 챔버 부재(330)의 일부는 제1 챔버 부재(230)의 일부로 구성될 수 있으며, 일부가 서로 연결되도록 구성될 수도 있다. 또한, 다른 예로, 제1 챔버 부재(230)와 제2 챔버 부재(330)는 서로 일체형의 부재로 형성될 수도 있다.

압력계(400)는 제2 변위 부재(220)의 변위를 측정함으로써 사용자 또는 다른 장치에게 타겟 유체(TF)의 압력값을 제공할 수 있다. 압력계(400)가 제공하는 압력값은 제1 매개 유체(F1)의 온도변화에 따른 부피변화의 영향 및 제2 변위 부재(220)의 열변위의 영향이 제거된 것일 수 있다.

이러한 압력계(400)는 제1 스트레인 게이지(410), 제2 스트레인 게이지(420), 표시 장치(440) 및 연산부(430)를 포함할 수 있다. 제1 스트레인 게이지(410)는 실리콘 오일이 수용된 모세관을 통해 제2 변위 부재(220)와 연결될 수 있고, 이러한 모세관을 통해 제2 변위 부재(220)의 변위를 측정할 수 있다. 또한, 제2 스트레인 게이지(420)도 실리콘 오일이 수용된 모세관을 통해 제3 변위 부재(320)와 연결될 수 있고, 이러한 모세관을 통해 제3 변위 부재(320)의 변위를 측정할 수 있다. 연산부(430)는 제1 스트레인 게이지(410) 및 제2 스트레인 게이지(420)에서 측정된 변위에 기초하여 압력값을 연산할 수 있다. 연산부(430)는 연산된 타겟 유체(TF)의 압력값을 표시 장치(440)를 통해 표시하거나 또는 다른 장치에게 제공할 수 있다. 표시 장치(440)는 액정 등의 디스플레이 장치일 수 있다.

연산부(430)는 제1 스트레인 게이지(410)를 통해 측정한 제2 변위 부재(220)의 변위에서, 제1 매개 유체(F1)의 온도변화에 따른 부피변화의 영향 및 제2 변위 부재(220)의 열변위의 영향을 제거하는 보상연산을 수행할 수 있다. 이러한 연산부(430)는 마이크로프로세서를 포함하는 연산 장치, 및 상기의 연산방식이 저장된 메모리에 의해 구현될 수 있다.

이하 보상연산의 일 예에 대하여 설명한다. 본 예시에 따르면, 연산부(430)는 제1 스트레인 게이지(410)에서 측정된 제2 변위 부재(220)의 변위에서 제2 스트레인 게이지(420)에서 측정된 제3 변위 부재(320)의 변위를 빼는 연산을 수행할 수 있다. 제2 변위 부재(220)의 변위에서 제3 변위 부재(320)의 변위를 뺀 값은, 압력계(400)에서 측정된 제2 변위 부재(220)의 변위에서 제2 변위 부재(220)의 열변위가 제거된 제2 변위 부재(220) 압력변위이다. 이러한 제2 변위 부재(220)의 압력변위는 제1 변위 부재(210)의 변위와 동일할 수 있다. 연산부(430)는 제2 변위 부재(220)의 압력변위(연산을 통해 얻은 제1 변위 부재(210)의 변위)를 토대로 압력값을 산출한다. 이러한 보상연산에 의해 산출된 압력값은 제1 매개 유체(F1)의 온도변화에 따른 압력변화의 영향이 제거된 타겟 유체(TF)의 압력값일 수 있다.

다시 말해, 제2 변위 부재(220)의 변위는 제1 변위 부재(210)의 변위에 의해 발생할 뿐만 아니라 제1 매개 유체(F1)의 온도 변화에 따른 유체 자체의 부피변화에 의해서도 발생하게 된다. 한편, 솔리드 부재(310)는 제2 매개 유체(F2)에 타겟 유체(TF)의 압력을 전달하지는 않지만, 제2 매개 유체(F2)와 타겟 유체(TF) 간의 열교환은 허용하므로, 제2 매개 유체(F2)도 타겟 유체(TF)와의 열교환에 따라 온도가 변함으로써 그 부피도 변하게 된다. 따라서, 제1 매개 유체(F1)의 부피가 타겟 유체(TF)와의 열교환으로 인해 변하더라도, 제2 매개 유체(F2)의 부피도 타겟 유체(TF)와의 열교환으로 인해 제1 매개 유체(F1)와 동일하게 변하게 된다.

제2 매개 유체(F2)의 부피 변화에 따라 제3 변위 부재(320)가 변위되는데, 제3 변위 부재(320)의 변위는 제1 매개 유체(F1)의 부피 변화에 따른 제2 변위 부재(220)의 변위(열변위)와 동일하다. 따라서, 제2 변위 부재(220)의 변위에서 제3 변위 부재(320)의 변위를 뺀 값은, 압력계(400)에서 측정된 제2 변위 부재(220)의 변위에서 제2 변위 부재(220)의 열변위가 제거된 제2 변위 부재(220) 압력변위이다. 제2 변위 부재(220)의 압력변위로부터 연산된 압력값은 제1 매개 유체(F1)의 열변위의 영향 및 온도 변화에 따른 압력변화의 영향이 제거된 타겟 유체(TF)의 압력값에 해당한다.

한편, 연산부(430)는 다른 방식으로 보상연산을 수행하는 것도 가능하다. 이하 보상연산의 다른 예에 대햐여 설명한다. 본 예시에 따르면, 연산부(430)는 제1 스트레인 게이지(410)에서 측정된 제2 변위 부재(220)의 변위로부터 제1 매개 유체(F1)의 압력값을 얻고, 제2 스트레인 게이지(420)에서 측정된 제3 변위 부재(320)의 변위로부터 제2 매개 유체(F2)의 압력값을 얻은 후, 제1 매개 유체(F1)의 압력값에서 제2 매개 유체(F2)의 압력값을 빼는 연산을 수행함으로써 타겟 유체(TF)의 압력값을 얻는다.

앞서 서술한 것처럼, 제2 변위 부재(220)의 변위는 제1 변위 부재(210)의 변위에 의해 발생할 뿐만 아니라 제1 매개 유체(F1)의 온도 변화에 따른 유체 자체의 부피변화에 의해서도 발생하게 된다. 한편, 솔리드 부재(310)는 제2 매개 유체(F2)에 압력을 전달하지는 않지만, 제2 매개 유체(F2)와 타겟 유체(TF) 간의 열교환은 허용하므로, 제2 매개 유체(F2)는 타겟 유체(TF)와의 열교환에 따라 그 부피가 변하게 된다. 따라서, 제1 매개 유체(F1)의 부피가 타겟 유체(TF)와의 열교환으로 인해 변하더라도, 제2 매개 유체(F2)의 부피도 타겟 유체(TF)와의 열교환으로 인해 제1 매개 유체(F1)와 동일하게 변하게 된다.

다시 말해, 제1 매개 유체(F1)의 부피변화에 따라 제2 변위 부재(220)가 받는 압력은, 제2 매개 유체(F2)의 부피변화에 따라 제3 변위 부재(320)가 받는 압력과 동일하다. 따라서, 제2 변위 부재(220)의 변위로부터 연산한 압력값에서 제3 변위 부재(320)의 변위로부터 연산한 압력값을 뺀 값은, 제1 매개 유체(F1)의 열변위의 영향이 제거된 타겟 유체(TF)의 압력값에 해당한다.

한편, 본 예시에 따라 압력계(400)가 제1 매개 유체(F1)의 압력값과 제2 매개 유체(F2)의 압력값을 통하여 타겟 유체(TF)의 압력값을 제공할 때에는, 제1 매개 유체(F1)의 압력값에서 제2 매개 유체(F2)의 압력값을 빼는 연산을 통하여 압력계(400)가 타겟 유체(TF)의 압력값을 직접 산출하여 제공하는 것뿐만 아니라, 제1 매개 유체(F1)의 압력값과 제2 매개 유체(F2)의 압력값을 모두 제공함으로써 사용자로 하여금 양자를 빼게 하여 실질적으로 사용자에게 타겟 유체의 압력값을 간접적으로 제공하는 것까지 포함한다.

본 실시예에 따르면, 압력 트랜스미터(1)는 수백 도 범위의 넓은 범위로 온도가 변하는 타겟 유체(TF)에 대해서도 압력을 정확히 측정할 수 있다는 효과가 있다. 다시 말해, 본 실시예에 따른 압력 트랜스미터(1)는 고온의 타겟 유체(TF)뿐만 아니라 저온의 타겟 유체(TF)에 대해서도 높은 수준의 정밀도로 압력을 측정할 수 있다. 또한, 압력 트랜스미터(1)에서는 타겟 유체(TF)의 온도에 맞게 매개 유체 자체의 부피 및 압력 변화가 보상되므로, 사용자는 이러한 압력 트랜스미터(1)를 사용함에 있어서 영점을 설정하지 않고 곧바로 사용할 수 있다.

한편, 이러한 구성 이외에도 본 발명의 제2 실시예에 따르면, 압력 트랜스미터(1)는 다른 방식으로 온도의 영향이 제거된 타겟 유체(TF)의 압력값을 제공할 수 있다. 이하, 도 2를 더 참조하여, 본 발명의 제2 실시예를 설명한다. 제2 실시예를 설명함에 있어서, 상술한 실시예와 비교하였을 때의 차이점을 위주로 설명하며 동일한 설명 및 도면부호는 상술한 실시예를 원용한다.

도 2를 참조하면, 제2 변위 부재(220)는 제1 매개 유체(F1)뿐만 아니라 제2 매개 유체(F2)가 가하는 압력도 받도록 배치될 수 있다. 다시 말해, 압력 트랜스미터(1)의 제2 변위 부재(220)의 일측은 제1 매개 유체(F1)에 접촉하여 제1 매개 유체(F1)에 의해 가압될 수 있고, 제2 변위 부재(220)의 타측은 제2 매개 유체(F2)에 접촉하여 제2 매개 유체(F2)로부터 가압받을 수 있도록 구성된다. 제1 매개 유체(F1)가 제2 변위 부재(220)에 압력을 가하는 방향은 제2 매개 유체(F2)가 제2 변위 부재(220)에 압력을 가하는 방향과 반대이다. 또한, 제2 변위 부재(220)는 제1 챔버(200)의 단부와 제2 챔버(300)의 단부 사이에 개재되도록 배치될 수 있다.

압력계(400)는 추가적인 보상연산 없이 제2 변위 부재(220)의 변위를 측정하는 것만으로도 제1 매개 유체(F1)의 온도변화에 따른 압력변화의 영향이 제거된 타겟 유체(TF)의 압력값을 얻을 수 있다.

다시 말해, 제1 챔버(200)와 제2 챔버(300)는 각각의 내부에 수용된 제1 매개 유체(F1)와 제2 매개 유체(F2)가 동일한 온도 구배를 가지도록 구성되고, 제1 매개 유체(F1)가 타겟 유체(TF)와의 열교환에 의해 온도가 변할 경우 제2 매개 유체(F2)도 제1 매개 유체(F1)와 동일하게 타겟 유체(TF)와의 열교환에 의해 온도가 변하게 된다. 또한, 제1 매개 유체(F1)는 온도 변화에 의해 그 압력이 변하게 되고, 제2 매개 유체(F2)도 제1 매개 유체(F1)와 동일하게 압력이 변하게 된다. 따라서, 제1 매개 유체(F1)가 그 온도 변화에 의해 압력이 변화되어 제2 변위 부재(220)의 일측에 압력을 가하는 만큼, 제2 매개 유체(F2)도 그 온도 변화에 의해 압력이 변화되어 제2 변위 부재(220)의 타측에 압력을 가하게 된다. 한편, 앞서 서술한 것과 같이 제1 매개 유체(F1)와 제2 매개 유체(F2)는 서로 반대 방향에서 제2 변위 부재(220)에 압력을 가하도록 구성된다. 따라서, 제1 매개 유체(F1)가 제2 변위 부재(220)에 가하는 압력 중, 제1 매개 유체(F1)가 그 온도 변화에 따라 제2 변위 부재(220)에 가하는 압력은, 제2 매개 유체(F2)가 그 온도 변화에 따라 제2 변위 부재(220)에 가하는 압력에 의해 상쇄된다.

본 실시예에 따르면, 압력계(400)는 보상연산 없이 제2 변위 부재(220)의 변위를 측정하는 것 만으로도, 제1 매개 유체(F1)의 열변위의 영향이 제거된 타겟 유체(TF)의 압력값을 얻을 수 있게 된다. 한편, 본 실시예에 따르면 압력 트랜스미터(1)의 제3 변위 부재(320), 제2 스트레인 게이지(420) 및 연산부(430)는 생략될 수 있다.

이상 본 발명의 실시예들을 구체적인 실시 형태로서 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 기초 사상에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 개시된 실시형태들을 조합/치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다.

1: 압력 트랜스미터 2: 대상체
100: 수용체 200: 제1 챔버
210: 제1 변위 부재 220: 제2 변위 부재
230: 제1 챔버 부재 300: 제2 챔버
310: 솔리드 부재 320: 제3 변위 부재
330: 제2 챔버 부재 400: 압력계
410: 제1 스트레인 게이지 420: 제2 스트레인 게이지
430: 연산부 440: 표시 장치
TF: 타겟 유체 F1: 제1 매개 유체
F2: 제2 매개 유체

Claims

제1 변위 부재 및 제2 변위 부재를 포함하고, 제1 매개 유체를 내부에 수용하며, 내부에 수용된 상기 제1 매개 유체가 상기 제1 변위 부재의 변위에 의해 가압될 수 있도록 구성되는 제1 챔버;
제2 매개 유체를 내부에 수용하고, 수용된 상기 제2 매개 유체가 타겟 유체와 열교환 가능하도록 배치되며, 상기 타겟 유체가 가하는 압력에 의해 변위되지 않도록 구성되는 제2 챔버; 및
상기 제2 변위 부재의 변위를 측정함으로써 상기 타겟 유체의 압력값을 제공하는 압력계를 포함하고,
상기 제1 변위 부재는 상기 타겟 유체의 압력에 의해 변위되고,
상기 제2 변위 부재는 상기 제1 변위 부재의 변위에 의해 가압되는 상기 제1 매개 유체의 변위에 의해 변위되는, 압력 트랜스미터.
제 1 항에 있어서,
상기 제2 챔버는 상기 제2 매개 유체의 변위에 의해 변위되는 제3 변위 부재를 포함하고,
상기 압력계는,
상기 제3 변위 부재의 변위를 측정하고, 상기 제2 변위 부재의 변위에서 상기 제3 변위 부재의 변위를 상쇄하는 연산을 통하여 제1 변위 부재의 변위를 얻고, 상기 연산을 통해 얻은 상기 제1 변위 부재의 변위를 이용하여 상기 타겟 유체의 압력값을 제공하는, 압력 트랜스미터.
제 1 항에 있어서,
상기 제2 챔버는 상기 제2 매개 유체의 변위에 의해 변위되는 제3 변위 부재를 포함하고,
상기 압력계는,
상기 제2 변위 부재의 변위를 측정함으로써 상기 제1 매개 유체의 압력값을 얻고, 상기 제3 변위 부재의 변위를 측정함으로써 상기 제2 매개 유체의 압력값을 얻으며, 상기 제1 매개 유체의 압력값과 상기 제2 매개 유체의 압력값을 통하여 상기 타겟 유체의 압력값을 제공하는, 압력 트랜스미터.
제 1 항에 있어서,
상기 제2 변위 부재는 상기 제2 매개 유체가 가하는 압력을 받도록 배치되고,
상기 타겟 유체와의 열교환에 의해 변화된 상기 제2 매개 유체의 압력이 상기 제2 변위 부재에 가해지고, 상기 제2 매개 유체가 가하는 상기 압력은 상기 제2 변위 부재가 상기 제1 매개 유체의 온도 변화에 의해 변위되는 것을 방지하는, 압력 트랜스미터.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 매개 유체와 상기 제2 매개 유체는 동일한 열팽창 계수를 가지는, 압력 트랜스미터.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 챔버는 상기 타겟 유체와 상기 제2 매개 유체의 사이에 배치되는 솔리드 부재를 더 포함하고,
상기 솔리드 부재는 상기 제1 변위 부재와 동일한 열전달 효율을 가지는, 압력 트랜스미터.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버는 각각의 내부에 수용된 상기 제1 매개 유체와 상기 제2 매개 유체가 타겟 유체와 열교환할 때에도 동일한 온도 구배를 가지도록 구성되는, 압력 트랜스미터.
제 7 항에 있어서,
상기 제1 챔버 및 상기 제2 챔버는 동일한 형상 및 동일한 부피를 가지는, 압력 트랜스미터.
제 7 항에 있어서,
상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버는 서로 접촉하도록 배치되고, 적어도 하나의 부재를 공유하도록 구성되며,
상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버가 서로 공유하는 상기 부재의 적어도 일부는 상기 제1 매개 유체와 상기 제2 매개 유체의 사이에 배치되는, 압력 트랜스미터.
제 9 항에 있어서,
상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버 중 하나 이상의 내부에는 상기 제1 매개 유체와 상기 제2 매개 유체 간의 열전달 효율을 향상시키는 열전달용 핀(fin)이 제공되는, 압력 트랜스미터.