KR102018257B1 - 누수감지시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 누수룰 감지하는 시스템 즉, 누수감지시스템에 관한 것이다.
이러한 본 발명은 제1선로와 제1선로에서 평행하게 이격된 제2선로를 포함하는 센서케이블부;
제1선로와 제2선로의 간격에 설치되어, 선택적으로 제어되며 제1선로와 제2선로를 개방회로 또는 폐회로로 형성하는 제1스위치부;
일단이 제2선로의 일단에 연결되고 타단이 접지되는 제1저항과 일단이 제2선로의 타단에 연결되고 타단이 접지된 제2저항을 포함하는 저항부;
제1단, 제2단 그리고 제3단을 포함하여, 선로의 타단에 제1단이 연결되고, 전원의 양극에 제2단이 연결되며 제3단에 전압이 인가되면, 제3단에 인가된 전압크기에 대응하여 제2단에서 제1단으로 흐르는 전류 크기를 가변시키는 제2스위치부;
복수 개의 입력단과 출력단을 포함하여, 제2선로의 일단에 제1입력단이 연결되어 제1저항에 형성된 제1전압을 측정하고, 제2선로의 타단에 제2입력단이 연결되어 제2저항에 형성된 제2전압을 측정하여, 제1전압과 제2전압을 가산하는 메인연산부;
설정된 기준전압과 메인연산부에서 입력된 출력전압을 비교하며, 제2스위치부의 제2단에서 제1단으로 흐르는 전류에 의해, 제1저항과 제2저항에 형성되는 전압의 합이 기준전압과 동일해질 수 있도록 비교전압을 출력해 제3단에 인가하는 비교전압출력부;
센서케이블부의 길이를 가상의 기준간격으로 구획하고, 메인연산부와 연결되어 메인연산부에서 연산된 상기 제1전압과 상기 제2전압을 수신하고, 제1스위치부가 기준간격에 위치하였을 때, 제1스위치부에서 제1저항이 위치한 방향의 제3전압을 연산하고, 제1스위치부에서 제2저항이 위치한 방향의 제4전압을 연산한 후, 제3전압과 제4전압을 메인연산부로 전송하며, 제1전압, 제2전압, 제3전압 및 제4전압을 하나의 표에 출력하는 전압테이블부를 포함하는 누수감지시스템.

Description

누수감지시스템{Leak Detection System}

본 발명은 누수를 감지하는 시스템과 관련된 기술이다.

기계설비의 배관 및 장소에서는 누수가 발생될 수 있다. 일례로, 반도체 시설이나 주요 전자시설 공정에서 누수가 발생될 수 있다. 누수는 작업자의 안전을 해하는 문제 및 화재 및 폭발을 야기시킬 수 있다. 이러한 문제는 반도체 시설이나 전자시설의 공정 전체를 마비시키는 상황으로 이어질 수 있다.

주요 산업시설에는 유체의 누출의 대형 사고를 방지할 수 있는 방제시스템이 설치되고 있다. 많은 방제시스템 가운데 정확성, 안정성 및 신속성을 보장하는 시스템이 주를 이루고 있고, 이러한 특징을 향상시키는 시스템에 대해 연구 개발되고 있다. 일례로, 대한민국 등록특허 제10-1216386호에 개시된 평판형 누액 감지 장치와 같은 장치 및 이러한 감지장치를 기반으로 하는 시스템 등이 연구 개발되고 있다.

그러나 현재 개발된 대다수의 감지장치는 센서 제조사 마다 서로 다른 누수센서의 저항값 및 누수센서의 감도를 가진다. 이에, 현재의 감지장치는 감지장치들 마다 서로 다른 누수위치를 나타내며 실제 누수가 발생되는 위치를 정확하게 파악할 수 없는 문제 및 적은 양의 누수 발생 시 이를 정확히 감지할 수 없는 문제를 가지고 있다.

아울러, 현재의 감지장치는 누수 검출속도가 매우 느려 누수 위치를 신속하게 파악할 수 없는 문제가 있다. 아울러 3선식, 4선식 타입에 사용되는 누수센서와 쉽게 호환 되지 못하는 문제가 있다.

대한민국 공개특허 제10-1216386호 (2012.12.21)

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 누수의 양과 무관하게, 누수가 발생하면 발생된 누수의 위치를 정확히 찾을 수 있도록 하고, 누수를 감지하고 누수에 의해 사고가 발생되지 않도록 하는 시스템을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 해결 하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 누수감지시스템은, 제1선로와 상기 제1선로에서 평행하게 이격된 제2선로를 포함하는 센서케이블부;

상기 제1선로와 상기 제2선로의 사이에 설치되어, 선택적으로 제어되며 상기 제1선로와 상기 제2선로를 개방회로 또는 폐회로로 형성하는 제1스위치부;

일단이 상기 제2선로의 일단에 연결되고 타단이 접지되는 제1저항과 일단이 상기 제2선로의 타단에 연결되고 타단이 접지된 제2저항을 포함하는 저항부;

제1단, 제2단 그리고 제3단을 포함하여, 상기 제1선로의 타단에 상기 제1단이 연결되고, 전원의 양극에 상기 제2단이 연결되며 상기 제3단에 전압이 인가되면, 상기 제3단에 인가된 전압크기에 대응하여 상기 제2단에서 상기 제1단으로 흐르는 전류 크기를 가변시키는 제2스위치부;

복수 개의 입력단과 출력단을 포함하여, 상기 제2선로의 일단에 제1입력단이 연결되어 상기 제1저항에 형성된 제1전압을 측정하고, 상기 제2선로의 타단에 제2입력단이 연결되어 상기 제2저항에 형성된 제2전압을 측정하여, 상기 제1전압과 상기 제2전압을 가산하는 메인연산부;

설정된 기준전압과 상기 메인연산부에서 입력된 출력전압을 비교하며, 상기 제2스위치부의 제2단에서 제1단으로 흐르는 전류에 의해, 상기 제1저항과 상기 제2저항에 형성되는 전압의 합이 상기 기준전압과 동일해질 수 있도록 비교전압을 출력해 상기 제3단에 인가하는 비교전압출력부;

상기 센서케이블부의 길이를 가상의 기준간격으로 구획하고, 상기 메인연산부와 연결되어 상기 메인연산부에서 연산된 상기 제1전압과 상기 제2전압을 수신하고, 상기 제1스위치부가 상기 기준간격에 위치하였을 때, 상기 제1스위치부에서 상기 제1저항이 위치한 방향의 제3전압을 연산하고, 상기 제1스위치부에서 상기 제2저항이 위치한 방향의 제4전압을 연산한 후, 상기 제3전압과 상기 제4전압을 상기 메인연산부로 전송하며, 상기 제1전압, 상기 제2전압, 상기 제3전압 및 상기 제4전압을 하나의 표에 출력하는 전압테이블부를 포함한다.

상기 제1스위치부는 상기 제1선로와 상기 제2선로 사이에 탈착 가능하게 설치되어, 상기 제1저항에 제1전압이 형성되도록 하고, 상기 제2저항에 제2전압이 형성되도록 할 수 있다.

상기 전압테이블부는, 상기 제2스위치부에서 출력되는 전류와 상기 제1저항으로 유입되는 전류 또는 상기 제2저항으로 유입되는 전류를 연산하여 상기 제1선로와 상기 제2선로에 위치한 선로이격저항을 산출할 수 있다.

상기 전압테이블부는 상기 제3전압과 상기 제4전압 간 비율을 연산하여 상기 선로이격저항의 위치를 산출할 수 있다.

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상기 메인연산부는, 상기 제3전압과 상기 제4전압을 입력 받는 입력단을 포함하여, 상기 입력단으로부터 인가되는 전압을 연산해 상기 출력단으로 출력하는 제어모듈(Micro Controller Unit)과 상기 제어모듈에서 출력되는 전압을 가산하는 가산모듈을 포함할 수 있다.

상기 가산모듈은 적어도 하나의 제1연산증폭기로 형성되어 상기 가산모듈이 비반전단자에 연결되고, 출력단자가 반전단자에 연결되어 상기 출력단자에서 출력되는 전압이 상기 비반전단자에 인가되는 전압과 동일하게 될 수 있다.

상기 비교전압출력부는 적어도 하나의 제2연산증폭기로 형성되어 비반전단자에 상기 제1연산증폭기의 출력단이 연결되고, 반전단자에 기준전압원이 연결되고, 출력단이 상기 비반전단자에 연결될 수 있다.

본 발명에 따른 누수의 양이 많든 적든 누수의 양과 상관 없이, 누수가 발생하면 누수의 발생을 감지할 수 있다. 아울러, 누수의 발생 위치를 정확하고 빠르게 파악할 수 있다. 더욱이, 본 발명은 적은 양의 누수도 신속하고 정확하게 감지하며 누수에 의한 사고가 발생되지 않도록 할 수 있다.

또한, 본 발명의 누수감지시스템은 다양한 제조사의 센서케이블부를 사용하여도 센서케이블부에 일정한 전압을 인가하여, 인가된 전압의 분배비율에 따라 누수의 발생 위치를 감지하는 성능을 일정하게 발휘할 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 누수감지시스템의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 누수감지시스템의 센서케이블부, 제1스위치부, 저항부, 제2스위치부, 메인연산부 및 비교전압출력부 간 연결상태를 나타낸 회로도이다.
도 3은 도 2의 개략적인 회로도이다.
도 4는 도 2의 제1스위치부를 통해 센서케이블부의 일단과 타단의 전압이 측정되는 상태를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 1의 전압테이블부가 센서케이블부 복수 개의 구간으로 구획하고, 초기 상태의 일측의 전압과 타측의 전압을 측정한 상태를 나타낸 도면이다.
도 6 내지 도 11은 도 2의 센서케이블부에 제1스위치부의 설치위치에 따라 제1저항과 제2저항에 형성된 전압을 나타낸 도면이다.
도 12는 도 6 내지 도 11의 상황에 대해 전압테이블부가 출력한 전류 및 전압값을 나타낸 표이다.
도 13은 도 2의 센서케이블부에 형성된 저항의 변화에 따라 센서케이블부를 흐르는 전류값이 변화되는 상태를 나타낸 도면이다.
도 14 및 도 15는 도 13의 센서케이블부에 형성된 저항값 변화에 따라 센서케이블부에 흐르는 전류값을 나타낸 표이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 구성요소는 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예를 참조하면 명확해진다.

그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되지 않고 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 본 발명에서 기술되는 실시 예는 단지 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐이다. 아울러, 본 발명에서 개시되는 메인연산부 및 전압테이블부는 프로그램이 설치되어 각종 데이터를 연산할 수 있는 컴퓨터로 형성될 수 있다.

본 명세서에서는 본 발명에 대한 설명이 간결하고 명확해질 수 있도록 먼저, 도 1을 참조하여 본 발명에 대해 개괄적으로 설명한다. 이후, 도 2 내지 도 12을 참조하여, 본 발명의 구성요소의 작동의 특징에 대해 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 누수감지시스템의 블록도이다.

누수감지시스템(1)은 센서케이블부(10)에서 감지되는 누수 량에 대응해 센서케이블부(10)에 서로 다른 크기의 전류를 인가하여 센서케이블부(10)에 항상 일정한 전압이 인가되도록 한다. 이와 같은 누수감지시스템(1)은 센서케이블부(10)에 누수가 위치하였을 때, 양단에서 측정되는 전압의 합은 일정하게 유지되도록 하면서도, 각 단에서 측정되는 전압은 서로 다르게 나타나도록 한다. 이를 통해, 누수감지시스템(1)은 각 단에서 측정되는 전압을 파악해 누수의 발생 위치를 정확히 검출할 수 있다. 또한, 누수감지시스템(10)은 양단의 전압변화를 신속하게 나타내며 미세한 변화 값까지 감지하며 누수의 발생여부를 신속하고 정확하게 검출할 수 있다.

이러한 특징을 갖는 누수감지시스템(1)은 센서케이블부(10), 제1스위치부(20), 저항부(30), 제2스위치부(40), 메인연산부(50), 비교전압출력부(60), 전압테이블부(70)를 구성요소로 포함한다.

이하, 도 2 및 도 3을 참조하여, 누수감지시스템의 구성요소 및 구성요소 간 연결에 대해 구체적으로 설명한다.

센서케이블부(10)는 누수의 발생에 따라 전류가 도통되도록 하며 누수의 발생을 감지한다. 이러한 센서케이블부(10)는 제1선로(110)와 제1선로(110)에서 평행하게 이격된 제2선로(120)를 포함하여 형성될 수 있다. 여기서, 제2선로(120)는 제1선로(110)에 비해 큰 저항을 갖는 전선이 될 수 있다. 본 명세서 상에서는 센서케이블부(10)에 대한 설명이 간결하고 명확해질 수 있도록, 제1선로(110)와 제2선로(120)는 길이가 10m가 되고 제1선로(110)는 저항값은 0에 근사한 선로, 그리고 제2선로(120)는 1m당 저항값 30Ω을 갖는 선로를 일례로 한다.

제1스위치부(20)는 센서케이블부(10)의 기본 상태값을 확인 가능하게 한다. 일례로, 제1스위치부(20)는 제1선로와 제2선로에 일정한 간격에 설치되어 작동하며 제2선로의 일정한 간격의 저항값을 확인할 수 있도록 한다. 이러한 제1스위치부(20)는 제1선로와 제2선로의 사이에 설치되어 후술할 메인연산부(50)에서 출력되는 전압에 의해 작동할 수 있다. 이러한 제1스위치부(20)는 제1단이 이미터단이 되고 제2단이 컬렉터단이 되며 제3단이 베이스단으로 형성된 NPN 트랜지스터로 형성될 수 있다. 제1스위치부(20)는 제1단이 제2선로의 일단에 연결되고, 제2단이 제1선로의 일단에 연결되며 제3단이 메인연산부의 출력단에 연결될 수 있다.

제1스위치부(20)는 메인연산부(50)를 통해 제3단에 전압이 인가되지 않거나 문턱전압 미만의 전압이 인가되었을 때, 제1선로(110)와 제2선로(120)를 개방회로(open circuit)로 유지시킨다. 그러다가, 메인연산부(50)에서 제3단에 문턱전압 이상의 전압이 인가되었을 때 제1선로(110)와 제2선로(120)를 폐회로(closed circuit)로 전환시킨다. 즉, 제1스위치부(20)는 메인연산부(50)에서 출력되는 전압에 따라 제1선로(110)와 제2선로(120)를 개방회로에서 폐회로로 또는 폐회로에서 개방회로로 전환시킨다.

제1스위치부(20)가 제1선로(110)와 제2선로(120)를 폐회로로 형성하였을 때, 제1스위치부(20)는 비교전압출력부(60)와 제2스위치부(40)를 통해 인가되는 전류가 저항부(30)로 흐르도록 한다. 그리고 센서케이블부(10)의 양단에 전압이 형성되도록 한다. 제1스위치부(20)는 제1선로(110)와 제2선로(120) 사이에 탈착 되며 제1선로(110)와 제2선로(120)의 다양한 위치에 설치될 수 있다. 그러면서 제1스위치부(20)는 센서케이블부의 양단에 서로 다른 전압이 형성되도록 한다.

저항부(30)는 제1저항(310)과 제2저항(320)을 포함한다. 이러한 저항부(30)는 센서케이블부(10)의 일단과 타단에 연결될 수 있다. 여기서, 제1저항(310)은 제2선로(120)의 일단에 일단이 연결되고, 그라운드(ground)에 타단이 접지되고 제2저항(320)은 제2선로(120)의 타단에 일단이 연결되고 그라운드(ground)에 타단이 접지되며 센서케이블부(10)에 연결될 수 있다. 이를 통해, 저항부(30)는 제1선로(110)와 제2선로(120) 사이에 제1스위치부(20) 또는 누수에 의해 선로이격저항(80)이 형성되고 제2스위치부(40)가 작동하였을 때, 유입되는 전류에 의해 전압이 형성될 수 있도록 한다. 본 명세서 상에서 제1저항(310)과 제2저항(320)의 값은 계산의 편의 상 100Ω으로 한다.

제2스위치부(40)는 제1단(410), 제2단(420) 그리고 제3단(430)을 포함한다. 일례로, 제2스위치부(40)는 제1단이 이미터단이 되고 제2단이 컬렉터단이 되며 제3단(430)이 베이스단으로 형성된 NPN 트랜지스터로 형성될 수 있다. 제2스위치부(40)는 제1단(410)이 제1선로의 타단에 연결되고, 제2단(420)이 전원의 양극에 연결되며 제3단(430)이 후술할 비교전압출력부(60)로부터 전압이 인가되면, 제3단(430)에 인가된 전압크기에 대응하여 제2단(420)에서 제1단(410)으로 흐르는 전류 크기를 가변 시킨다. 이때, 제3단(430)은 적어도 하나의 저항을 포함하여 비교전압출력부(60)로부터 인가된 전압으로부터 전류를 인가 받는다. 이러한 제2스위치부(40)는 메인연산부(50)와 연결된 베이스단을 통해 유입되는 전류 크기에 따라 제2단(420)에서 제1단(410)으로 서로 다른 크기의 전류를 출력한다. 그리고 출력된 전류를 센서케이블부 가운데 제1선로의 타단에 공급한다.

메인연산부(50)는 복수 개의 입력단과 출력단을 포함하여 제2선로의 일단에 제1입력단이 연결되어 제1저항(310)에 형성된 제1전압(A쪽 전압, 도 12 참조)을 측정한다. 그리고 제2선로의 타단에 제2입력단이 연결되어 제2저항(320)에 형성된 제2전압(B쪽 전압, 도 12 참조)을 측정한다. 그리고 측정된 제1전압과 제2전압을 가산한다.

이러한 메인연산부(50)는 가산모듈(520) 그리고 복수 개의 연산증폭기와 연결되는 제어모듈(Micro Controller Unit)을 포함할 수 있다. 여기서, 복수 개의 연산증폭기기는 제3연산증폭기(513)와 제4연산증폭기(514)가 될 수 있다. 제3연산증폭기(513)는 출력단이 제어모듈(510)의 어느 하나의 출력단 예를 들어 도시된 바와 같이 제어모듈의 10핀과 연결되고, 이러한 출력단이 반전단자로 궤환(Feedback)하고, 비반전단자가 센서케이블부의 일단에 연결되는 구조로 형성될 수 있다. 그리고 제4연산증폭기(514)는 출력단이 제어모듈(510)의 어느 하나의 출력단 예를 들어 도시된 바와 같이 제어모듈의 11핀과 연결되고, 이러한 출력단이 반전단자로 궤환하고, 비반전단자가 센서케이블부의 타단에 연결되는 구조로 형성될 수 있다.

아울러, 제어모듈(510)은 입력단으로 인가되는 신호를 연산하여 출력단으로 출력하며 출력단에 연결된 제3연산증폭기(513)와 제4연산증폭기(514)에서 신호가 증폭해 가산모듈(520)에 인가될 수 있도록 한다.

가산모듈(520)은 제어모듈에서 출력되는 전압을 가산한다. 여기서, 가산모듈(520)은 적어도 하나의 연산증폭기로(Operational Amplifier)를 포함할 수 있다. 연산증폭기의 비반전단자는 제어모듈(510)과 연결되고, 반전단자는 출력단자가 에 연결되어, 출력단자에서 출력되는 전압이 비반전단자에 인가되는 전압과 동일해 질 수 있도록 한다. 즉, 가산모듈(520)은 부궤환(Negative Feedback) 구조로 형성되어, 최종적인 전압이득을 낮춰 작동 안정성을 높이며 출력전압이 입력전압과 같아지도록 할 수 있다. 가산모듈(520)은 이렇게 출력된 전압을 비교전압출력부(60)에 인가한다.

비교전압출력부(60)는 설정된 기준전압과 메인연산부(50)에서 입력된 출력전압을 비교한 후, 비교전압을 출력한다. 이때, 비교전압출력부(60)는 제2스위치부의 제2단(420)에서 제1단(410)으로 흐르는 전류에 의해 제1저항(310)과 제2저항(320)에 형성되는 전압의 합이 기준전압과 동일해 질 수 있는 비교전압을 출력해 제3단(230)에 인가한다.

이러한 비교전압출력부(60)는 적어도 하나의 연산증폭기로 형성되어 비반전단자에 연산증폭기의 출력단이 연결되고 반전단자에 기준전압이 연결되고 출력단이 비반전단자에 연결될 수 있다. 이와 같은 구조의 비교전압출력부(60)는 어떠한 문제에 의해 출력전압이 입력전압 보다 높아지게 되었을 때, 출력전압을 되먹임 하며 입력전압 보다 큰 전압이 출력될 수 없도록 한다.

전압테이블부(70)는 센서케이블부의 길이를 가상의 기준간격으로 구획하고, 복수 개의 간격에서 측정되는 전압을 하나의 표에 출력한다.

이러한 전압테이블부(70)는 센서케이블부의 길이를 가상의 기준간격으로 구획할 수 있다. 일례로, 전압테이블부(70)는 1m의 간격으로 센서케이블부를 구획할 수 있다. 이러한 전압테이블부(70)는 메인연산부와 비교전압출력부 등과 연결되어 메인연산부, 비교전압출력부에서 출력되는 전압을 수신할 수 있다. 그리고 연산된 신호를 메인연산부로 전송할 수 있다.

전압테이블부(70)는 메인연산부로부터 제1전압과 제2전압을 수신하고, 그리고 제1스위치부(20)가 기준간격에 위치하였을 때, 제1스위치부(20)에서 제1저항(310)이 위치한 방향의 제3전압을 연산하고 제1스위치부(20)에서 제2저항(320)이 위치한 방향의 제4전압을 연산한 후 제3전압과 제4전압을 출력한다. 이때, 전압테이블부(70)는 제2스위치부(40)에서 출력되는 전류와 제1저항(310)으로 유입되는 전류 또는 제2저항(320)으로 유입되는 전류를 연산하여 제1선로(110)와 제2선로(120)에 위치한 누수 즉, 선로이격저항(80)을 산출할 수 있다.

전압테이블부(70)는 선로이격저항(80)에서 제1저항(310)이 위치한 방향으로 형성된 제1구간저항에 형성되는 전압을 제3전압으로 연산할 수 있다. 그리고 선로이격저항(80, 도 13참조)에서 제2저항이 위치한 방향으로 형성된 제2구간저항에 형성되는 전압을 제4전압으로 연산할 수 있다. 그리고 연산된 전압을 하나의 표에 나타낼 수 있다. 전압테이블부(70)는 전술한 바와 같이 센서케이블부(10)를 10개 구간으로 나눈 후, 각 구간의 끝에 제1스위치부(20)가 위치하며 제1스위치부(20)를 통해 제1저항(310)과 제2저항(320)으로 유입되며 형성되는 전압을 하나의 표에 나타낼 수 있다. 즉, 전압테이블부(70)는 센서케이블부(10)에 제1스위치부(20)가 설치되고, 설치된 위치에서 작동하며 비교전압출력부(60)에서 출력되는 전류가 제1저항(310) 및 제2저항(320)으로 흐르며 제1저항(310)과 제2저항(320)에 형성되는 전압을 연산한 후, 표에 나타낼 수 있다. 아울러, 전압테이블부(70)는 제3전압과 제4전압을 연산하여 누수 즉, 선로이격저항의 위치를 산출하여 나타낼 수 있다. 이와 같은 전압테이블부(70)는 센서케이블부(10)를 일정간격으로 나누고 구획된 간격에 선로이격저항(80)이 위치하였을 때, 센서케이블부(10)의 일단과 타단에 형성되는 전압을 연산해 표에 나타낼 수 있다.

또한, 전압테이블부(70)는 제1전압, 제2전압, 제3전압 및 제4전압을 포함하는 표를 하나의 기준표로 저장한다. 이후, 누수 발생에 의해 형성되는 전압이 기준표에 저장된 전압과 매칭될 경우, 누수 발생과 누수 발생지점을 추출할 수 있다.

이하, 도 4를 참조하여 센서케이블부의 일단과 타단에 형성되는 전압의 원리에 대해 설명한다.

도 4는 도 2의 제1스위치부를 통해 센서케이블부의 일단과 타단의 전압이 측정되는 상태를 나타낸 도면이다.

제1스위치부(20)는 센서케이블부(10)의 일단에 설치되고, 메인연산부(50)에 의해 턴-온 되어, 제1선로(110)와 제2선로(120)를 폐회로로 형성시킬 수 있다. 그리고, 제2스위치부(40)는 비교전압출력부(60)에 의해 턴-온 되며, 센서케이블부(10)로 전류를 출력할 수 있다. 이때, 전류는 제2선로(120)의 일단에 형성된 제1저항(310)에 제1전압을 형성시키고 제2선로(120)의 타단에 형성된 제2저항(320)에 제2전압을 형성시킨다. 전압테이블부(70)는 제2선로(120)의 일단에 형성되는 전압과 제2선로(120)의 타단에 형성되는 전압을 산출하고, 제2선로(120)의 일단과 타단 간 전압차를 연산 한 후, 제2선로(120)의 타단 방향으로 흐르는 전류를 산출해, 제2선로의 저항을 산출할 수 있다. 일례로, 제2스위치부(40)가 전류 25mA를 출력해 센서케이블부(10)에 인가하면, 전류 25mA는 제2스위치부(40)를 통해 제2선로(120)의 일단으로 대략 20mA, 그리고 제2선로의 타단으로 대략 5mA로 분배되어 흐르게 된다.

전압테이블부(70)는 분배되는 전류에 의해 제2선로(120)의 제1저항(310)에 형성된 2V를 산출할 수 있고, 제2저항(320)에 형성된 0.5V를 산출할 수 있다. 그리고 제2선로(120)의 일단과 타단의 전압차 1.5V를 산출할 수 있다. 그리고 제2선로(120)의 타단에 연결된 제2저항(320)으로 유입되는 전류량을 산출해 센서케이블부의 전체 저항값을 산출할 수 있다. 그리고 센서케이블부(10)를 기준간격으로 나누어, 각 간격의 저항값을 산출할 수 있다.

이하, 도 5 내지 도 12를 참조하여, 전압테이블부의 작동에 대해 구체적으로 설명한다.

도 5는 도 1의 전압테이블부가 센서케이블부 복수 개의 구간으로 구획하고 초기 상태의 일측의 전압과 타측의 전압을 측정한 상태를 나타낸 도면이고, 도 6 내지 도 11은 도 2의 센서케이블부에 제1스위치부의 설치위치에 따라 제1저항과 제2저항에 형성된 전압을 나타낸 도면이다. 그리고 도 12는 도 6 내지 도 11의 상황에 대해 전압테이블부가 출력한 전류 및 전압값을 나타낸 표이다.

전압테이블부(70)는 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 전체의 센서케이블부(10)를 복수 개의 구간으로 나눌 수 있다. 본 명세서 상에서는 설명의 편의상 전압테이블부(70)가 센서케이블부(10)를 10개 구간으로 나눈 것으로 하여 전압테이블부를 설명한다.

전압테이블부(70)는 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 센서케이블부(10)를 10개 구간으로 나눈 후, 하나의 표로 형성할 수 있다. 그리고 도 5의 (c)에 도시된 바와 같이, 표의 각 칸에 센서케이블부(10)의 일단에 형성된 제1전압 그리고 센서케이블부(10)의 타단에 형성된 제2전압을 나타낸다. 전압테이블부(70)는 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이 1구간의 시작점에 제1스위치부(20)가 위치하였을 때, 센서케이블부(10)의 일단에 형성된 전압 2.0V를 산출해 나타낼 수 있고, 센서케이블부(10)의 타단에 형성된 전압 0.5V를 산출해 나타낼 수 있다. 그리고 전압테이블부(70)는 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이 1구간의 끝에 제1스위치부(20)가 위치하였을 때, 센서케이블부(10)의 제1구간저항(311)에 형성된 전압 1.85V를 산출해 나타낼 수 있고, 센서케이블부(10)의 제2구간저항(322)에 형성된 전압 0.65V를 산출해 나타낼 수 있다.

전압테이블부(70)는 도 7의 (c)에 도시된 바와 같이 2구간의 끝에 제1스위치부(20)가 위치하였을 때, 센서케이블부(10)의 일단에 형성된 전압 1.70V를 산출해 나타낼 수 있고, 센서케이블부(10)의 타단에 형성된 전압 0.80V를 산출해 나타낼 수 있다. 그리고 전압테이블부(70)는 도 7의 (d)에 도시된 바와 같이 3구간의 끝에 제1스위치부(20)가 위치하였을 때, 센서케이블부(10)의 제1구간저항(311)에 형성된 전압 1.55V를 산출해 나타낼 수 있고, 센서케이블부(10)의 제2구간저항(322)에 형성된 전압 0.95V를 산출해 나타낼 수 있다.

전압테이블부(70)는 도 8의 (e)에 도시된 바와 같이 4구간의 끝에 제1스위치부(20)가 위치하였을 때, 센서케이블부(10)의 일단에 형성된 전압 1.40V를 산출해 나타낼 수 있고, 센서케이블부(10)의 타단에 형성된 전압 1.10V를 산출해 나타낼 수 있다. 그리고 전압테이블부(70)는 도 8의 (f)에 도시된 바와 같이 5구간의 끝에 제1스위치부(20)가 위치하였을 때, 센서케이블부(10)의 제1구간저항(311)에 형성된 전압 1.25V를 산출해 나타낼 수 있고, 센서케이블부(10)의 제2구간저항(322)에 형성된 전압 1.25V를 산출해 나타낼 수 있다.

전압테이블부(70)는 도 9의 (g)에 도시된 바와 같이 6구간의 끝에 제1스위치부(20)가 위치하였을 때, 센서케이블부(10)의 일단에 형성된 전압 1.10V를 산출해 나타낼 수 있고, 센서케이블부(10)의 타단에 형성된 전압 1.40V를 산출해 나타낼 수 있다. 그리고 전압테이블부(70)는 도 9의 (h)에 도시된 바와 같이 7구간의 끝에 제1스위치부(20)가 위치하였을 때, 센서케이블부(10)의 제1구간저항(311)에 형성된 전압 0.95V를 산출해 나타낼 수 있고, 센서케이블부(10)의 제2구간저항(322)에 형성된 전압 1.55V를 산출해 나타낼 수 있다.

전압테이블부(70)는 도 10의 (i)에 도시된 바와 같이 8구간의 끝에 제1스위치부(20)가 위치하였을 때, 센서케이블부(10)의 일단에 형성된 전압 0.80V를 산출해 나타낼 수 있고, 센서케이블부(10)의 타단에 형성된 전압 1.70V를 산출해 나타낼 수 있다. 그리고 전압테이블부(70)는 도 10의 (j)에 도시된 바와 같이 9구간의 끝에 제1스위치부(20)가 위치하였을 때, 센서케이블부(10)의 제1구간저항(311)에 형성된 전압 0.65V를 산출해 나타낼 수 있고, 센서케이블부(10)의 제2구간저항(322)에 형성된 전압 1.85V를 산출해 나타낼 수 있다.

그리고 전압테이블부(70)는 도 11의 (k)에 도시된 바와 같이 10구간의 끝에 제1스위치부(20)가 위치하였을 때, 센서케이블부(10)의 제1구간저항(311)에 형성된 전압 0.5V를 산출해 나타낼 수 있고, 센서케이블부(10)의 제2구간저항(322)에 형성된 전압 2.0V를 산출해 나타낼 수 있다.

전압테이블부(70)는 도 6 내지 도 11에 도시된 바와 같이, 센서케이블부(10)의 일단에 연결된 제1저항(310) 그리고 타단에 연결된 제2저항으로 흐르는 전류를 산출하고, 제1구간저항(311) 및 제2구간저항(322)에 형성되는 전압을 산출할 수 있다. 그리고 제1저항, 제1구간저항, 제2저항 및 제2구간저항 간 전압비율을 산출할 수 있다. 그리고 이와 같이 산출된 각 값을 도 12에 도시된 바와 같이 표로 출력할 수 있다.

전압테이블부(70)는 이와 같은 표를 기준으로 하여 기준표에 있는 전압비율값과 누수 발생에 의해 측정되는 전압비율값이 매칭되었을 때, 기준표에 있는 전압비율값을 근거로 누수 발생의 위치를 나타낼 수 있다. 일례로, 전압비율값이 3.966이 되면, 누수 발생의 위치가 1구간의 시작위치라고 나타낼 수 있다. 그리고 전압비율값이 2.845가 되면, 누수 발생의 위치가 1구간의 끝 위치라고 나타낼 수 있다. 또한, 전압비율값이 3.966 내지 2.845가 되면, 누수 발생의 위치가 1구간 내의 위치, 나아가 누수 발생의 특정 위치를 나타낼 수 있다.

이하, 도 13 내지 도 15를 참조하여, 센서케이블부에 위치한 선로이격저항의 저항값이 측정되고, 선로이격저항의 저항값에 따라 제2스위치부에서 출력되는 전류량의 변화에 대해 설명한다.

도 13은 도 2의 센서케이블부에 형성된 저항의 변화에 따라 센서케이블부를 흐르는 전류값이 변화되는 상태를 나타낸 표이다. 그리고 도 14 및 도 15는 도 13의 센서케이블부에 형성된 저항값 변화에 따라 센서케이블부에 흐르는 전류값을 나타낸 표이다.

센서케이블부(10)에는 저항값이 서로 다른 값을 갖는 선로이격저항(80)이 위치할 수 있다. 일례로, 선로이격저항(80)이 물 또는 기름 등과 같은 유체가 될 수 있다. 이에, 센서케이블부(10)에는 다양한 저항값의 선로이격저항(80) 그리고 다양한 위치에 선로이격저항(80)이 위치할 수 있다. 센서케이블부(10)는 제1선로(110)와 제2선로(120) 사이에 위치한 다양한 크기를 갖는 선로이격저항(80)을 통해 폐회로 상태가 된다.

제2스위치부(40)에서 센서케이블부(10)로 유입되는 전류는 선로이격저항(80)과 제1구간저항(311) 그리고 선로이격저항(80)과 제2구간저항(322)에 전압을 형성한다. 즉, 센서케이블부(10)의 일단과 타단에 각각 전압을 형성한다. 메인연산부(50)는 센서케이블부(10)의 일단과 타단에 형성된 전압을 받아 증폭한 후, 각 전압을 합산해 비교전압출력부(60)에 인가한다.

비교전압출력부(60)는 센서케이블부의 제1저항 또는 제1구간저항과 센서케이블부의 제2저항 또는 제2구간저항에 형성되는 전압의 합이 기준전압의 크기 일례로, 2.5V가 되도록 제2스위치부의 베이스단에 인가되는 전류를 조정한다. 이를 통해, 제2스위치부에서 센서케이블부의 제1구간저항과 제2구간저항의 합이 항상 2.5V가 유지될 수 있도록 한다.

전압테이블부(70)는 제1선로(110)와 제2선로(120)에 제1선로이격저항 또는 제1선로이격저항과 다른 제2선로이격저항이 위치하였을 때, A쪽 전압과 B쪽 전압에 형성되는 전압 크기로부터 제1선로이격저항과 제2선로이격저항의 값을 산출할 수 있다. 일례로, 비교전압출력부(60)는 도 14에 도시된 바와 같이, A쪽 전압이 1.923으로 측정되고 B쪽 전압이 0.576으로 측정되면, A쪽으로 유입되는 전류를 0.01923 그리고 B쪽으로 유입되는 전류를 0.0057으로 산출하며 제1선로이격저항의 저항값을 20Ω으로 산출할 수 있다. 아울러, 비교전압출력부(60)는 도 15에 도시된 바와 같이, A쪽 전압이 1.886으로 측정되고 B쪽 전압이 0.613으로 측정되면, A쪽으로 유입되는 전류를 0.01886 그리고 B쪽으로 유입되는 전류를 0.00613으로 산출하며 제2선로이격저항의 저항값을 30Ω으로 산출할 수 있다.

그리고 전압테이블부(70)는 도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이 각 구간에서 일단 즉, A쪽 방향으로 흐르는 전류와 A쪽 방향의 전압 그리고 타단 즉, B쪽 방향으로 흐르는 전류와 B쪽 방향의 전압을 산출 한다. 이때, 산출된 전압은 비교전압출력부(60)에 의해 항상 기준전압과 동일한 크기의 값이 될 수 있다.

전압테이블부(70)는 A쪽과 B쪽의 전압 또는 A쪽과 B쪽간 전압비율을 산출하며 작업자에게 제공해, 작업자가 선로이격저항의 위치를 파악할 수 있도록 한다. 또는 전압테이블부(70)는 앞서 형성된 표에 저장된 전압비율값과 누수 발생에 의해 측정되는 전압비율값이 매칭된 경우, 표에 있는 전압비율값을 근거로 누수 발생의 위치를 나타낼 수 있다.

이와 같은 특징을 갖는 본 발명은 센서케이블부의 제1선로(110)와 제2선로(120)에 위치한 선로이격저항(80)의 값이 작든 크든 간에 관계없이 누수에 따른 저항이 형성되면, 누수의 발생을 감지할 수 있다. 아울러, 누수에 따른 전압분배에 따라 누수의 발생 위치를 정확하고 신속하게 파악할 수 있다.

아울러, 누수감지시스템은 센서케이블부가 새롭게 교체되더라도, 센서케이블부의 양단에 항상 기준전압과 동일하도록 전압이 형성되도록 센서케이블부에 전류를 공급한다. 이를 통해, 다양한 제조사의 센서케이블부(10)가 호환되어 일정한 누수 감지 성능을 발휘할 수 있도록 한다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야 한다.

1: 누수감지시스템
10: 센서케이블부 110: 제1선로
120: 제2선로
20: 제1스위치부
210: 제1단 220: 제2단
230: 제3단
30: 저항부
310: 제1저항 320: 제2저항
311: 제1구간저항 322: 제2구간저항
40: 제2스위치부
410: 제1단 420: 제2단
430: 제3단
50: 메인연산부
510: 제어모듈 513: 제3연산증폭기
514: 제4연산증폭기 520: 가산모듈
60: 비교전압출력부 70: 전압테이블부
80: 선로이격저항 S: 전원

Claims (8)

1. 제1선로와 상기 제1선로에서 평행하게 이격된 제2선로를 포함하는 센서케이블부;
   상기 제1선로와 상기 제2선로의 사이에 설치되어, 선택적으로 제어되며 상기 제1선로와 상기 제2선로를 개방회로 또는 폐회로로 형성하는 제1스위치부;
   일단이 상기 제2선로의 일단에 연결되고 타단이 접지되는 제1저항과 일단이 상기 제2선로의 타단에 연결되고 타단이 접지된 제2저항을 포함하는 저항부;
   제1단, 제2단 그리고 제3단을 포함하여, 상기 제1선로의 타단에 상기 제1단이 연결되고, 전원의 양극에 상기 제2단이 연결되며 상기 제3단에 전압이 인가되면, 상기 제3단에 인가된 전압크기에 대응하여 상기 제2단에서 상기 제1단으로 흐르는 전류 크기를 가변시키는 제2스위치부;
   복수 개의 입력단과 출력단을 포함하여, 상기 제2선로의 일단에 제1입력단이 연결되어 상기 제1저항에 형성된 제1전압을 측정하고, 상기 제2선로의 타단에 제2입력단이 연결되어 상기 제2저항에 형성된 제2전압을 측정하여, 상기 제1전압과 상기 제2전압을 가산하는 메인연산부;
   설정된 기준전압과 상기 메인연산부에서 입력된 출력전압을 비교하며, 상기 제2스위치부의 제2단에서 제1단으로 흐르는 전류에 의해, 상기 제1저항과 상기 제2저항에 형성되는 전압의 합이 상기 기준전압과 동일해질 수 있도록 비교전압을 출력해 상기 제3단에 인가하는 비교전압출력부;
   상기 센서케이블부의 길이를 가상의 기준간격으로 구획하고, 상기 메인연산부와 연결되어 상기 메인연산부에서 연산된 상기 제1전압과 상기 제2전압을 수신하고, 상기 제1스위치부가 상기 기준간격에 위치하였을 때, 상기 제1스위치부에서 상기 제1저항이 위치한 방향의 제3전압을 연산하고, 상기 제1스위치부에서 상기 제2저항이 위치한 방향의 제4전압을 연산한 후, 상기 제3전압과 상기 제4전압을 상기 메인연산부로 전송하며, 상기 제1전압, 상기 제2전압, 상기 제3전압 및 상기 제4전압을 하나의 표에 출력하는 전압테이블부를 포함하는, 누수감지시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1스위치부는 상기 제1선로와 상기 제2선로 사이에 탈착 가능하게 설치되어, 상기 제1저항에 제1전압이 형성되도록 하고, 상기 제2저항에 제2전압이 형성되도록 하는, 누수감지시스템.
3. 제1항에 있어서,
   상기 전압테이블부는, 상기 제2스위치부에서 출력되는 전류와 상기 제1저항으로 유입되는 전류 또는 상기 제2저항으로 유입되는 전류를 연산하여 상기 제1선로와 상기 제2선로에 위치한 선로이격저항을 산출하는, 누수감지시스템.
4. 제3항에 있어서,
   상기 전압테이블부는 상기 제3전압과 상기 제4전압 간 비율을 연산하여 상기 선로이격저항의 위치를 산출하는, 누수감지시스템.
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 메인연산부는, 상기 제3전압과 상기 제4전압을 입력 받는 입력단을 포함하여, 상기 입력단으로부터 인가되는 전압을 연산해 상기 출력단으로 출력하는 제어모듈(Micro Controller Unit)과 상기 제어모듈에서 출력되는 전압을 가산하는 가산모듈을 포함하는, 누수감지시스템.
7. 제6항에 있어서,
   상기 가산모듈은 적어도 하나의 제1연산증폭기로 형성되어 상기 가산모듈이 비반전단자에 연결되고, 출력단자가 반전단자에 연결되어 상기 출력단자에서 출력되는 전압이 상기 비반전단자에 인가되는 전압과 동일하게 되는, 누수감지시스템.
8. 제7항에 있어서,
   상기 비교전압출력부는 적어도 하나의 제2연산증폭기로 형성되어 비반전단자에 상기 제1연산증폭기의 출력단이 연결되고, 반전단자에 기준전압원이 연결되고, 출력단이 상기 비반전단자에 연결되는, 누수감지시스템.

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