KR102054932B1

KR102054932B1 - 면적식 유량계

Info

Publication number: KR102054932B1
Application number: KR1020190062422A
Authority: KR
Inventors: 성재훈
Original assignee: 성재훈
Priority date: 2019-05-28
Filing date: 2019-05-28
Publication date: 2019-12-11

Abstract

본 발명은 면적식 유량계에 관한 것이다.
본 발명의 일측면에 따르면, 플로터의 상하 이동 위치에 기초하여 유량을 검출하는 면적식 유량계로서, 플로터에 자성체를 설치하고 자성체의 상하 위치를 전자기적으로 검출하는 센서를 설치함으로써, 유량값을 전자기적 방식으로 검출할 수 있도록 구성된 면적식 유량계가 개시된다.

Description

면적식 유량계 {Rotameter}

본 발명은 면적식 유량계에 관한 것으로서, 플로터의 상하 이동 위치에 기초하여 유량을 검출하는 면적식 유량계로서, 플로터에 자성체를 설치하고 자성체의 상하 위치를 전자기적으로 검출하는 센서를 설치함으로써, 유량값을 전자기적 방식으로 검출할 수 있도록 구성된 면적식 유량계에 관한 것이다.

공업적인 유량측정에 면적식 유량계가 널리 사용되고 있다.

면적식 유량계는, 유량계 바디 내부에 상하 이동이 가능한 플로터가 설치되고, 유량 측정 대상인 유체가 유량계 바디의 하부로 유입되고 상부로 유동하여 배출되도록 하면서, 플로터의 부유 높이로부터 유량을 측정한다.

유량계 바디는 플로터의 부유 높이를 볼 수 있도록 투명 소재로 제작되며, 상하 방향으로 연장 형성되어 상부로 갈수록 단면적이 커지도록 구성된다.

유량계 바디 내부에서 플로터의 자중(自重)에 의한 중력과 유체의 상향 흐름에 의한 힘이 평형되는 위치에서 플로터가 정지 상태를 이룰 때 플로터의 높이에 기초하여 유량을 측정한다.

그런데, 종래의 일반적인 면적식 유량계는 플로터의 부유 높이를 육안을 확인하는 방식이므로, 디지털 방식으로 정확하게 수치화된 유량값을 파악하는데 한계가 있었고 전기적 측정 신호에 기반하지 않으므로 원격에서 모니터링을 할 수 없다는 한계점이 있었다.

이를 고려하여, 전기적 측정 신호값을 생성하는 면적식 유량계가 제안된 바 있다.

종래기술의 일예로, 대한민국 등록특허 10-1630301(2016년06월08일 등록)은 자기왜곡방식의 거리측정을 이용한 테이퍼관형 면적식 유량계에 관한 것으로서, 자석이 내장되어 있고 테이퍼 관내의 유량에 따라 높이가 가변되는 플로트와, 자왜선이 내장되어 있고 테이퍼 관내에 설치되어 플로트의 위치를 자기왜곡방식으로 감지하기 위한 프로브 샤프트와, 프로브 샤프트에 펄스를 인가한 후 플로트에서 반사된 신호를 수신하여 플로트의 위치를 측정한 후 플로트 위치로부터 유량을 산출하는 자기왜곡방식의 거리측정부를 포함하는 구성을 제안하였다.

그런데, 상기 종래기술은 프로브 샤프트에 펄스를 인가한 후 플로트에서 반사된 신호를 수신하여 플로트의 위치를 측정하는 방식이므로, 플로트의 상하 이동에 의한 속도 및/또는 가속도의 발생 상태 등에 의해 거리측정값이 영향을 받을 수 있다는 한계점이 있었다.

대한민국 등록특허 10-1630301(2016년06월08일 등록)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 플로터의 상하 이동 위치에 기초하여 유량을 검출하는 면적식 유량계로서, 플로터에 자성체를 설치하고 자성체의 상하 위치를 전자기적으로 검출하는 센서를 설치함으로써, 유량값을 전자기적 방식으로 검출할 수 있도록 구성된 면적식 유량계를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 상하 방향으로 연장 형성된 유량계 프레임; 상기 유량계 프레임의 내부에 설치되고, 상부로 갈수록 유로 단면적이 커지도록 구성되며, 유량 측정 대상인 유체가 하부로 유입되고 상부로 유동하여 배출되도록 구성된 중공관 형상의 유량계 바디; 상기 유량계 바디 내부에 상하 이동이 가능하도록 설치되며, 자중(自重)에 의한 중력과 유체의 상향 흐름에 의한 힘이 평형되는 위치에서 정지 상태를 이루며, 자성체를 구비한 플로터; 상기 유량계 바디의 측면에 설치되며, 복수의 자기 센서가 상기 플로터의 상하 이동 방향에 상응하도록 미리 설정된 위치에 상하 간격을 가진 상태로 설치되며, 상기 플로터에 구비된 자성체의 자력의 세기를 상기 복수의 자기 센서 중 어느 하나 이상이 측정하도록 구성된 센서부; 및 자성체의 자력의 세기를 측정한 자기 센서의 위치와 자기 센서에서 측정한 자성체의 자력의 세기에 기초하여 자성체의 상하 위치를 검출하며, 자성체의 상하 위치에 기초하여 상기 유량계 바디 내부를 유동하는 유체의 유량을 산출하는 유량 산출부;를 포함하여 구성된 면적식 유량계가 개시된다.

바람직하게, 상기 유량 산출부는, 상기 자성체의 자력의 세기를 측정하여 생성한 복수의 자기 센서의 각각의 아날로그 신호값을 각각의 디지털 신호값으로 변환하는 AD(analog to digital)변환부와, 상기 AD변환부에서 변환된 복수의 자기 센서의 각각의 디지털 신호값에 기초하여 자성체의 상하 위치를 검출하며 상기 유량계 바디 내부를 유동하는 유체의 유량을 산출하는 중앙처리부를 포함하여 구성된다.

바람직하게, 상기 각각의 자기 센서는 설치된 상하 위치에 따라 위치 차이를 갖는 각각의 자기장 인식 범위를 갖는다.

바람직하게, 상기 각각의 자기 센서 중 상호 인접한 위치에 설치된 자기 센서들은 각각의 자기장 인식 범위가 적어도 일부 중첩되도록 구성된다.

바람직하게, 상기 유량 산출부는, 각각의 자기 센서에 대해 각각의 신호 입력 채널을 통해 아날로그 신호값을 입력받으며, 일측 최외곽에 위치한 하나의 자기 센서로부터 타측 최외곽에 위치한 다른 하나의 자기 센서를 향하도록, 설치된 상하 위치 순서에 따라 각각의 자기 센서의 아날로그 신호값을 입력받는다.

바람직하게, 상기 유량 산출부는, 복수의 자기 센서 중에서 자성체의 자력의 세기가 상대적으로 가장 강하게 측정된 하나의 자기 센서의 위치와 상기 자기 센서에서 측정한 자성체의 자력의 세기에 기초하여 자성체의 상하 위치를 검출한다.

바람직하게, 상기 유량 산출부는, 복수의 자기 센서 중에서 자성체의 자력의 세기가 상대적으로 가장 강하게 측정된 2개의 자기 센서의 각각의 위치와 상기 2개의 자기 센서에서 각각 측정한 자성체의 자력의 세기에 기초하여 자성체의 상하 위치를 검출한다.

바람직하게, 상기 유량 산출부는, 상기 AD변환부에서 변환한 각각의 자기 센서의 디지털 신호값을 상기 중앙처리부로 제공하기 전에 전처리를 실행하는 전처리부를 더욱 포함하며, 상기 전처리부는, 상기 AD변환부에서 변환한 각각의 자기 센서의 디지털 신호값의 노이즈를 제거하는 필터 기능과, 각각의 자기 센서의 디지털 신호값을 정규화 처리하는 입력정규화 기능 중의 적어도 어느 하나의 기능을 실행한다.

바람직하게, 상기 유량계 프레임은, 상기 유량계 바디가 내부에 설치되는 메인 프레임과, 상기 메인 프레임의 일측에 부착되며 상기 센서부와 유량 산출부가 내부에 설치되는 서브 프레임을 포함하여 구성된다.

바람직하게, 상기 서브 프레임의 일측에는 복수의 엘이디 칩이 상기 플로터의 상하 이동 위치에 상응하여 발광하도록 미리 설정된 위치에 상하 간격을 가진 상태로 설치된다.

바람직하게, 상기 복수의 엘이디 칩은, 상기 복수의 자기 센서의 각각의 설치 위치에 상응하여 각각 설치되는 복수의 제1 엘이디 칩과, 상기 제1 엘이디 칩과 서로 다른 발광색을 가지며 복수의 제1 엘이디 칩 사이에 상하로 배치되어 설치되는 복수의 제2 엘이디 칩을 포함한다.

바람직하게, 복수의 자기 센서 중에서 자성체의 자력의 세기가 상대적으로 가장 강하게 측정된 하나의 자기 센서의 설치 위치에 상응하는 제1 엘이디 칩이 발광하고, 복수의 자기 센서 중에서 자성체의 자력의 세기가 상대적으로 가장 강하게 측정된 자기 센서와 그 다음으로 강하게 측정된 자기 센서가 각각 측정한 자력의 세기의 차이가 미리 설정된 범위 이내인 경우에는 각각의 자기 센서의 설치 위치에 상응하는 2개의 제1 엘이디 칩 사이에 배치된 제2 엘이디 칩이 더욱 발광하도록 구성된다.

바람직하게 본 발명은, 복수의 자기 센서 중에서 자성체의 자력의 세기가 상대적으로 가장 강하게 측정된 하나의 자기 센서에서 측정한 자력의 세기가 미리 설정된 임계값 미만으로 측정된 경우에는, 상기 제1 엘이디 칩과 제2 엘이디 칩 전체가 점멸하도록 구성된다.

이와 같은 본 발명은, 플로터에 자성체를 설치하고 자성체의 상하 위치를 전자기적으로 검출하는 센서를 설치하며, 플로터의 상하 이동 위치에 기초하여 유량을 검출하므로, 유량값을 전자기적 방식으로 정확하고 편리하게 검출하는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 플로터의 상하 이동 위치에 기초하여 유량을 검출하므로, 플로터의 상하 이동에 의한 속도 및/또는 가속도의 발생 여부 등에 의한 영향을 받지 않고 유량값을 구할 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 면적식 유량계의 사시도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 면적식 유량계의 정면도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 면적식 유량계의 우측면도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 면적식 유량계의 자기 센서의 측정 과정을 설명하기 위한 모식도,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 면적식 유량계의 자기 센서의 측정 과정을 설명하기 위한 또다른 모식도,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 면적식 유량계의 기능 블록도,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 면적식 유량계의 측정 과정을 나타낸 흐름도,
도 8은 본 발명의 또다른 일실시예에 따른 면적식 유량계의 사시도이다.

본 발명은 그 기술적 사상 또는 주요한 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 여러가지 형태로 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되어서는 안 된다.

제1, 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다.

본 출원에서 사용한 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "구비하다", "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 구성요소 또는 이들의 조합이 존재하는 것을 표현하려는 것이지, 다른 구성요소 또는 특징이 존재 또는 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 면적식 유량계의 사시도, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 면적식 유량계의 정면도, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 면적식 유량계의 우측면도, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 면적식 유량계의 자기 센서의 측정 과정을 설명하기 위한 모식도, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 면적식 유량계의 자기 센서의 측정 과정을 설명하기 위한 또다른 모식도, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 면적식 유량계의 기능 블록도이다.

본 실시예의 면적식 유량계는, 유량계 프레임(100), 유량계 바디(20), 플로터(10), 센서부(300) 및 유량 산출부(200)를 포함하여 구성된다.

상기 유량계 프레임(100)은 상하 방향으로 연장 형성된다.

상기 유량계 프레임(100)은, 상기 유량계 바디(20)가 내부에 설치되는 메인 프레임(120)과, 상기 메인 프레임(120)의 일측에 부착되며 상기 센서부(300)와 유량 산출부(200)가 내부에 설치되는 서브 프레임(140)을 포함하여 구성된다.

일예로, 메인 프레임(120)은 상하 방향으로 연장된 박스 형상을 가지며, 일측면이 개방되어 내부(128)에 수납 설치된 유량계 바디(20)와 플로터(10)를 사용자가 육안으로 볼 수 있도록 구성된다. 도 1에 예시된 메인 프레임(120)의 상부(122)에는 표시장치(220)가 구비되어 산출된 유량을 수치로 표시할 수 있다. 표시장치(220)의 하부에는 제어 조작을 위한 버튼식 스위치(부호 미도시)가 구비된다.

서브 프레임(140)은 상하 방향으로 연장된 박스 형상을 가지며, 내부에 센서부(300)와 유량 산출부(200)가 PCB 기판의 형태로 구성되어 설치될 수 있다.

센서부(300)를 구성하는 복수의 자기 센서(302)는 메인 프레임(120) 내부에 설치된 유량계 바디(20)를 향하도록 설치된다.

도 3에 예시된 것처럼 메인 프레임(120)의 하부(124)의 후방 측의 유체 유입구(101)에는 유체 유입관(미도시)이 연결되어 측정 대상 유체(FA)가 유입되며, 측정 대상 유체(FA)는 유량계 바디(20) 내부를 상향 유동하여 메인 프레임(120)의 상부(122)의 후방 측의 유체 배출구(103)에 연결된 유체 배출관(미도시)을 통해 배출된다.

상기 유량계 바디(20)는, 상기 유량계 프레임(100)의 내부에 설치되고, 상부로 갈수록 유로 단면적이 커지도록 구성되며, 유량 측정 대상인 유체(F)가 하부로 유입되고 상부로 유동하여 배출되도록 구성된 중공관 형상을 갖는다. 유량계 바디(20)는 예를 들어, 유리 또는 투명 합성수지 소재로 구성된다.

상기 플로터(10)는, 상기 유량계 바디(20) 내부에 상하 이동이 가능하도록 설치되며, 자중(自重)에 의한 중력(F1)과 유체(F)의 상향 흐름에 의한 힘(F2)이 평형되는 위치에서 정지 상태를 이루며, 자성체(15)를 구비한다. 자성체(15)는 일예로 영구자석이 사용될 수 있으며 플로터(10)의 내부에 내설되거나 외부에 부착 설치될 수 있다.

상기 센서부(300)는, 상기 유량계 바디(20)의 측면에 설치되며, 복수의 자기 센서(302, #1~#n)가 상기 플로터(10)의 상하 이동 방향에 상응하도록 미리 설정된 위치에 상하 간격을 가진 상태로 설치되며, 상기 플로터(10)에 구비된 자성체(15)의 자력의 세기를 상기 복수의 자기 센서(302) 중 어느 하나 이상이 측정하도록 구성된다.

자기 센서(302)는 자성체(15)의 위치 이동에 따른 자력의 세기를 측정할 수 있다면 특정 종류로 한정되지 않고 공지의 자기 센서가 사용될 수 있다.

바람직한 일예로, 자기 센서(302)는 홀 센서(Hall sensor)가 사용될 수 있다. 홀 센서는, 전류가 흐르는 도체에 자기장을 걸어 주면 전류와 자기장에 수직 방향으로 전압이 발생하는 홀 효과를 이용하여 자기장의 방향과 크기를 알아내는 센서이다.

상기 각각의 자기 센서(302)는 설치된 상하 위치에 따라 위치 차이를 갖는 각각의 자기장 인식 범위를 갖는다.

도 4를 참조하면, 자기 센서 #1은 가장 상위 위치에서 상하 방향으로 확장된 자기장 인식 범위(S1~S2 사이 범위)를 가지며, 자기 센서 #2는 자기 센서 #1보다 더 낮은 위치에서 상하 방향으로 확장된 자기장 인식 범위를 갖는다.

일반적으로 홀 센서와 같은 자기장 감응 센서들은 도 5와 같이 센서별 인식각이 존재하며, 인식각과 센서-자성체간 거리에 의해서 자성체를 감지할 수 있는 인식 거리(감지 가능한 자성체의 상하 이동 거리)가 정해진다. 예를 들어, 인식각이 클수록, 자성체로부터의 거리가 멀수록 하나의 자기 센서가 자성체를 감지할 수 있는 인식 거리가 더 커질 수 있다. 이를 감안하여, 자기 센서 상호 간의 설치 간격과 자기 센서-자성체와의 거리가 설정될 수 있다.

바람직하게, 상기 각각의 자기 센서(302) 중 상호 인접한 위치에 설치된 자기 센서(302)들은 각각의 자기장 인식 범위가 적어도 일부 중첩되도록 구성된다.

도 4에서 각각의 자기 센서에서 방사된 화살표(S1,S2)에서 더욱 연장된 점선들은 각각의 자기 센서의 인식각을 연장하여 표시하며, 이들 점선이 형성하는 영역들이 중첩되는 부분들이 자기 센서(302)들의 자기장 인식 범위가 일부 중첩된 부분을 나타낸다.

상기 유량 산출부(200)는, 자성체(15)의 자력의 세기를 측정한 자기 센서(302)의 위치와 자기 센서(302)에서 측정한 자성체(15)의 자력의 세기에 기초하여 자성체(15)의 상하 위치를 검출하며, 자성체(15)의 상하 위치에 기초하여 상기 유량계 바디(20) 내부를 유동하는 유체(F)의 유량을 산출한다.

보다 상세하게, 상기 유량 산출부(200)는, 상기 자성체(15)의 자력의 세기를 측정하여 생성한 복수의 자기 센서(302)의 각각의 아날로그 신호값을 각각의 디지털 신호값으로 변환하는 AD변환부(202)와, 상기 AD변환부(202)에서 변환된 복수의 자기 센서(302)의 각각의 디지털 신호값에 기초하여 자성체(15)의 상하 위치를 검출하며 상기 유량계 바디(20) 내부를 유동하는 유체(F)의 유량을 산출하는 중앙처리부(210)를 포함한다. 중앙처리부(210)로서는 공지의 MCU(Micro Controller Unit)가 사용될 수 있다.

상기 유량 산출부(200)는, 각각의 자기 센서(302)에 대해 각각의 신호 입력 채널을 통해 아날로그 신호값을 입력받으며, 일측 최외곽에 위치한 하나의 자기 센서(302)로부터 타측 최외곽에 위치한 다른 하나의 자기 센서(302)를 향하도록, 설치된 상하 위치 순서에 따라 각각의 자기 센서(302)의 아날로그 신호값을 입력받는다. 이러한 신호값 입력 동작은 전체 채널에 대한 순차적인 스캐닝 동작과 유사하게 이해될 수 있다.

바람직하게, 상기 유량 산출부(200)는, 상기 AD변환부(202)에서 변환한 각각의 자기 센서(302)의 디지털 신호값을 상기 중앙처리부(210)로 제공하기 전에 전처리를 실행하는 전처리부(204)를 포함한다.

상기 전처리부(204)는, 상기 AD변환부(202)에서 변환한 각각의 자기 센서(302)의 디지털 신호값의 노이즈를 제거하는 필터 기능과, 각각의 자기 센서(302)의 디지털 신호값을 정규화 처리하는 입력정규화 기능 중의 적어도 어느 하나의 기능을 실행한다. 일반적으로 자기 센서들은 일부의 편차를 가지고 있기 때문에 모든 자기 센서들의 값을 일정하게 정규화하는 과정을 거치는 것이 바람직하다.

상기 유량 산출부(200)는 측정 및 제어 전원 공급을 위한 전원장치(230), 디지털/아날로그 통신을 위한 통신부(244), 아날로그 통신 신호를 생성하기 위한 DA변환부(242) 등을 더욱 포함할 수 있으며, 통신부(244)를 통해 원격지에 위치한 원격 모니터링 시스템(400)으로 측정값으로 전송할 수 있다.

일예로, 상기 유량 산출부(200)는, 복수의 자기 센서(302) 중에서 자성체(15)의 자력의 세기가 상대적으로 가장 강하게 측정된 하나의 자기 센서(302)의 위치와 상기 자기 센서(302)에서 측정한 자성체(15)의 자력의 세기에 기초하여 자성체(15)의 상하 위치를 검출한다.

즉, 자성체(15)의 자력의 세기가 상대적으로 가장 강하게 측정된 하나의 자기 센서(302)의 위치를 상기 유량 산출부(200)가 판단하여 어느 자기 센서(302)에 자성체(15)가 최근접한 상태인지를 판단할 수 있다.

이와 함께, 하나의 자기 센서(302)를 기준으로 자성체(15)가 최근접한 경우의 자력의 세기를 미리 입력 설정하고, 최근접 위치로부터 상측 또는 하측으로의 이동 거리와 자력의 세기의 변화 관계를 미리 입력 설정해두면, 상기 최근접으로 판단한 자기 센서(302)로부터 자성체(15)가 어느 정도 상측 또는 하측으로 이동한 상태인지를 연산하여 산출할 수 있다. 홀 센서와 같은 자기 센서는 자력의 크기 뿐만 아니라 방향도 측정할 수 있으므로, 자력의 방향에 관한 정보를 이용하면 자성체(15)가 상측 또는 하측으로 어느 정도 이동한 상태인지를 산출할 수도 있다.

다른예로, 상기 유량 산출부(200)는, 복수의 자기 센서(302) 중에서 자성체(15)의 자력의 세기가 상대적으로 가장 강하게 측정된 2개의 자기 센서(302)의 각각의 위치와 상기 2개의 자기 센서(302)에서 각각 측정한 자성체(15)의 자력의 세기에 기초하여 자성체(15)의 상하 위치를 검출한다.

즉, 상기 각각의 자기 센서(302) 중 상호 인접한 위치에 설치된 자기 센서(302)들에 대해 각각의 자기장 인식 범위가 적어도 일부 중첩되도록 구성하는 경우, 하나의 자기 센서(예, 302 #1)에 대해서 최근접 위치로부터 자성체(15)가 어느 정도 상측 또는 하측으로 이동한 지를 산출하고, 다른 하나의 하나의 자기 센서(예, 203 #2)에 대해서 최근접 위치로부터 자성체(15)가 어느 정도 상측 또는 하측으로 이동한 지를 산출하여, 양측 센서에 대해 산출한 결과를 종합하면 자성체(15)의 상하 위치를 산출할 수 있다. 2개의 자기 센서(302)를 이용하는 경우에는 자력의 크기만을 이용하여 자성체(15)의 상하 위치를 산출할 수도 있다. 예를 들어, 자기 센서(예, 302 #1)에서 측정한 자성체(15)의 자력의 세기가 자기 센서(예, 302 #2)에서 측정한 자성체(15)의 자력의 세기보다 큰 값을 갖는다면, 자성체(15)는 자기 센서(예, 302 #1)와 자기 센서(예, 302 #2)의 중간 위치에 있되, 자기 센서(예, 302 #1)에 더욱 근접한 위치에 있는 것으로 산출할 수 있다. 일예로, 정확한 위치 산출값은, 각각의 자기 센서(302)별로 자성체(15)의 위치에 따른 자력의 세기 측정값을 미리 입력 설정하고, 실제 측정값을 입력 설정값에 기초하여 비교 판단하는 방식으로 산출할 수 있으며, 이 외에도 자기 센서-자성체의 위치 관계를 고려하여 기하학적 조건에 의해 산출 수식을 적용할 수도 있다.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 면적식 유량계의 측정 과정을 나타낸 흐름도이다.

유량 측정을 시작하면, 유량 측정 대상인 유체(F)가 유량계 바디(20)의 하부로 유입되고 상부로 유동하여 배출된다(S2).

플로터(10)는 상기 유량계 바디(20) 내부에서 자중(自重)에 의한 중력(F1)과 유체(F)의 상향 흐름에 의한 힘(F2)이 평형되는 위치에서 정지 상태를 이룬다.

플로터(10)에 구비된 자성체(15)의 자력의 세기를 복수의 자기 센서(302) 중 어느 하나 이상이 측정한다.

이 과정에서, 상기 유량 산출부(200)는 각각의 자기 센서(302)에 대해 각각의 신호 입력 채널을 통해 아날로그 신호값을 입력받으며, 일측 최외곽(예, 최상단)에 위치한 하나의 자기 센서(302, #1)로부터 타측 최외곽에 위치한 다른 하나의 자기 센서(302, #n)를 향하도록, 설치된 상하 위치 순서(#1 -> #2 -> ...-> #n)에 따라 각각의 자기 센서(302)의 아날로그 신호값을 입력받는다.

자기 센서(302)의 출력신호는 아날로그 신호값이기 때문에 이를 소프트웨어적으로 처리하기 위해 AD변환부(202)에서 다수개의 센서에 대해 차례대로 디지털 신호값으로 변환한다(S4, S6).

전처리부(204)는 상기 AD변환부(202)에서 변환한 각각의 자기 센서(302)의 디지털 신호값을 상기 중앙처리부(210)로 제공하기 전에 전처리를 실행한다(S8).

아날로그 센서는 주변 환경에 의한 노이즈를 포함하고 있기 때문에 AD변환부(202)에서 출력된 디지털 신호값은 전처리부(204)의 디지털 필터를 거쳐 노이즈를 제거한다.

복수의 자기 센서(302)들은 조금씩 편차를 가지고 있기 때문에 모든 센서들의 값을 일정하게 정규화 과정을 거친다(S10).

복수의 자기 센서(302)들의 센서값을 하나의 센서와 같이 처리할 수 있게 병합을 한다(S12).

병합된 자기 센서값 및/또는 개별 자기 센서값을 참조하여 자성체를 감지한 자기 센서의 위치, 자기 센서에서 측정한 자력의 세기를 판단하고, 자성체의 위치를 판단하며, 유량을 산출한다(S14).

유량 산출을 위해, 상기와 같이 판단된 자성체의 위치값은 최대 유량값에 맞게 정규화 처리를 한다. 이를 통해 자성체의 위치값으로부터 유량값을 산출할 수 있다. 일예로, 자성체의 최고 위치값과 최대 유량값을 매칭하여 자성체의 위치값을 최대 유량값에 기초한 정규화된 값으로 변환할 수 있다.

정규화된 출력값(유량값)을 표시장치(220)에 전달하여 표시되게 한다(S18). 표시장치(220)는 FND(Flexible Numeric Display) 또는 LCD 등이 될 수 있다.

정규화된 출력값을 표준화된 통신 프로토콜에 일치시켜 원격 모니터링 시스템(400)으로 전송을 한다(S20). 일예로, 통신 전송은 RS-485 디지털 통신방식 또는 4~20mA 아날로그 방식을 통해 할 수 있다.

도 8은 본 발명의 또다른 일실시예에 따른 면적식 유량계의 사시도이다.

본 실시에의 면적식 유량계에서, 상기 서브 프레임(140)의 일측에는 복수의 엘이디 칩(280)이 상기 플로터(10)의 상하 이동 위치에 상응하여 발광하도록 미리 설정된 위치에 상하 간격을 가진 상태로 설치된다.

상기 복수의 엘이디 칩(280)은, 상기 복수의 자기 센서(302)의 각각의 설치 위치에 상응하여 각각 설치되는 복수의 제1 엘이디 칩(282)과, 상기 제1 엘이디 칩(282)과 서로 다른 발광색을 가지며 복수의 제1 엘이디 칩(282) 사이에 상하로 배치되어 설치되는 복수의 제2 엘이디 칩(284)을 포함한다.

일예로, 복수의 자기 센서(302) 중에서 자성체(15)의 자력의 세기가 상대적으로 가장 강하게 측정된 하나의 자기 센서(302)의 설치 위치에 상응하는 제1 엘이디 칩(282)이 발광한다.

또한, 복수의 자기 센서(302) 중에서 자성체(15)의 자력의 세기가 상대적으로 가장 강하게 측정된 자기 센서(302)와 그 다음으로 강하게 측정된 자기 센서(302)가 각각 측정한 자력의 세기의 차이가 미리 설정된 범위 이내인 경우에는 각각의 자기 센서(302)의 설치 위치에 상응하는 2개의 제1 엘이디 칩(282) 사이에 배치된 제2 엘이디 칩(284)이 더욱 발광한다. 엘이디 칩(280)은 중앙처리부(210)에 의해 발광 제어될 수 있다.

이러한 구성을 통해, 사용자는 플로터를 육안으로 확인하거나 표시장치(220)의 숫자값을 보는 대신 엘이디 칩의 발광 위치 및/또는 발광 색을 보는 것만으로도 직관적으로 유량값의 대략적인 상태를 확인할 수 있다. 특히, 야간이나 조명이 취약한 환경에서는 이러한 발광 기능을 통해 유량 확인의 편의성을 높일 수 있다.

한편, 복수의 자기 센서(302) 중에서 자성체(15)의 자력의 세기가 상대적으로 가장 강하게 측정된 하나의 자기 센서(302)에서 측정한 자력의 세기가 미리 설정된 임계값 미만으로 측정된 경우에는, 상기 제1 엘이디 칩(282)과 제2 엘이디 칩(284) 전체가 점멸하도록 구성된다.

자성체(15)의 자력의 세기가 상대적으로 가장 강하게 측정된 하나의 자기 센서(302)에서 측정한 자력의 세기가 미리 설정된 임계값 미만으로 측정된 경우는, 자기 센서(302) 중의 적어도 어느 하나에 이상이 발생한 경우로 볼 수 있다. 그러므로, 이러한 경우에는 제1 엘이디 칩(282)과 제2 엘이디 칩(284) 전체가 점멸하도록 하여 사용자가 이상 발생 여부를 용이하게 알 수 있도록 하는 장점이 있다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양하고 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형예들을 포함하도록 기술된 특허청구범위에 의해서 해석돼야 한다.

10: 플로터
15: 자성체
20: 유량계 바디
100: 유량계 프레임
120: 메인 프레임
140: 서브 프레임
200: 유량 산출부
202: AD변환부
204: 전처리부
210: 중앙처리부
280: 엘이디 칩
282: 제1 엘이디 칩
284: 제2 엘이디 칩
300: 센서부
302: 자기 센서

Claims

상하 방향으로 연장 형성된 유량계 프레임;
상기 유량계 프레임의 내부에 설치되고, 상부로 갈수록 유로 단면적이 커지도록 구성되며, 유량 측정 대상인 유체가 하부로 유입되고 상부로 유동하여 배출되도록 구성된 중공관 형상의 유량계 바디;
상기 유량계 바디 내부에 상하 이동이 가능하도록 설치되며, 자중(自重)에 의한 중력과 유체의 상향 흐름에 의한 힘이 평형되는 위치에서 정지 상태를 이루며, 자성체를 구비한 플로터;
상기 유량계 바디의 측면에 설치되며, 복수의 자기 센서가 상기 플로터의 상하 이동 방향에 상응하도록 미리 설정된 위치에 상하 간격을 가진 상태로 설치되며, 상기 플로터에 구비된 자성체의 자력의 세기를 상기 복수의 자기 센서 중 어느 하나 이상이 측정하도록 구성되고, 상기 각각의 자기 센서는 설치된 상하 위치에 따라 위치 차이를 갖는 각각의 자기장 인식 범위를 갖도록 구성된 센서부; 및
자성체의 자력의 세기를 측정한 자기 센서의 위치와 자기 센서에서 측정한 자성체의 자력의 세기에 기초하여 자성체의 상하 위치를 검출하며, 자성체의 상하 위치에 기초하여 상기 유량계 바디 내부를 유동하는 유체의 유량을 산출하는 유량 산출부;를 포함하며,
상기 유량 산출부는,
상기 자성체의 자력의 세기를 측정하여 생성한 복수의 자기 센서의 각각의 아날로그 신호값을 각각의 디지털 신호값으로 변환하는 AD(analog to digital)변환부와, 상기 AD변환부에서 변환된 복수의 자기 센서의 각각의 디지털 신호값에 기초하여 자성체의 상하 위치를 검출하며 상기 유량계 바디 내부를 유동하는 유체의 유량을 산출하는 중앙처리부를 포함하며,
각각의 자기 센서에 대해 각각의 신호 입력 채널을 통해 아날로그 신호값을 입력받으며, 일측 최외곽에 위치한 하나의 자기 센서로부터 타측 최외곽에 위치한 다른 하나의 자기 센서를 향하도록, 설치된 상하 위치 순서에 따라 각각의 자기 센서의 아날로그 신호값을 입력받으며,
복수의 자기 센서 중에서 자성체의 자력의 세기가 상대적으로 가장 강하게 측정된 하나의 자기 센서의 위치와 상기 자기 센서에서 측정한 자성체의 자력의 세기에 기초하여 자성체의 상하 위치를 검출하는 것을 특징으로 하는 면적식 유량계.
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제1항에 있어서,
상기 각각의 자기 센서 중 상호 인접한 위치에 설치된 자기 센서들은 각각의 자기장 인식 범위가 적어도 일부 중첩되도록 구성된 것을 특징으로 하는 면적식 유량계.
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상하 방향으로 연장 형성된 유량계 프레임;
상기 유량계 프레임의 내부에 설치되고, 상부로 갈수록 유로 단면적이 커지도록 구성되며, 유량 측정 대상인 유체가 하부로 유입되고 상부로 유동하여 배출되도록 구성된 중공관 형상의 유량계 바디;
상기 유량계 바디 내부에 상하 이동이 가능하도록 설치되며, 자중(自重)에 의한 중력과 유체의 상향 흐름에 의한 힘이 평형되는 위치에서 정지 상태를 이루며, 자성체를 구비한 플로터;
상기 유량계 바디의 측면에 설치되며, 복수의 자기 센서가 상기 플로터의 상하 이동 방향에 상응하도록 미리 설정된 위치에 상하 간격을 가진 상태로 설치되며, 상기 플로터에 구비된 자성체의 자력의 세기를 상기 복수의 자기 센서 중 어느 하나 이상이 측정하도록 구성되고, 상기 각각의 자기 센서는 설치된 상하 위치에 따라 위치 차이를 갖는 각각의 자기장 인식 범위를 갖도록 구성된 센서부; 및
자성체의 자력의 세기를 측정한 자기 센서의 위치와 자기 센서에서 측정한 자성체의 자력의 세기에 기초하여 자성체의 상하 위치를 검출하며, 자성체의 상하 위치에 기초하여 상기 유량계 바디 내부를 유동하는 유체의 유량을 산출하는 유량 산출부;를 포함하며,
상기 유량 산출부는,
상기 자성체의 자력의 세기를 측정하여 생성한 복수의 자기 센서의 각각의 아날로그 신호값을 각각의 디지털 신호값으로 변환하는 AD(analog to digital)변환부와, 상기 AD변환부에서 변환된 복수의 자기 센서의 각각의 디지털 신호값에 기초하여 자성체의 상하 위치를 검출하며 상기 유량계 바디 내부를 유동하는 유체의 유량을 산출하는 중앙처리부를 포함하여 구성되며,
각각의 자기 센서에 대해 각각의 신호 입력 채널을 통해 아날로그 신호값을 입력받으며, 일측 최외곽에 위치한 하나의 자기 센서로부터 타측 최외곽에 위치한 다른 하나의 자기 센서를 향하도록, 설치된 상하 위치 순서에 따라 각각의 자기 센서의 아날로그 신호값을 입력받으며,
복수의 자기 센서 중에서 자성체의 자력의 세기가 상대적으로 가장 강하게 측정된 2개의 자기 센서의 각각의 위치와 상기 2개의 자기 센서에서 각각 측정한 자성체의 자력의 세기에 기초하여 자성체의 상하 위치를 검출하는 것을 특징으로 하는 면적식 유량계.
상하 방향으로 연장 형성된 유량계 프레임;
상기 유량계 프레임의 내부에 설치되고, 상부로 갈수록 유로 단면적이 커지도록 구성되며, 유량 측정 대상인 유체가 하부로 유입되고 상부로 유동하여 배출되도록 구성된 중공관 형상의 유량계 바디;
상기 유량계 바디 내부에 상하 이동이 가능하도록 설치되며, 자중(自重)에 의한 중력과 유체의 상향 흐름에 의한 힘이 평형되는 위치에서 정지 상태를 이루며, 자성체를 구비한 플로터;
상기 유량계 바디의 측면에 설치되며, 복수의 자기 센서가 상기 플로터의 상하 이동 방향에 상응하도록 미리 설정된 위치에 상하 간격을 가진 상태로 설치되며, 상기 플로터에 구비된 자성체의 자력의 세기를 상기 복수의 자기 센서 중 어느 하나 이상이 측정하도록 구성된 센서부; 및
자성체의 자력의 세기를 측정한 자기 센서의 위치와 자기 센서에서 측정한 자성체의 자력의 세기에 기초하여 자성체의 상하 위치를 검출하며, 자성체의 상하 위치에 기초하여 상기 유량계 바디 내부를 유동하는 유체의 유량을 산출하는 유량 산출부;를 포함하며,
상기 유량 산출부는,
상기 자성체의 자력의 세기를 측정하여 생성한 복수의 자기 센서의 각각의 아날로그 신호값을 각각의 디지털 신호값으로 변환하는 AD(analog to digital)변환부와, 상기 AD변환부에서 변환된 복수의 자기 센서의 각각의 디지털 신호값에 기초하여 자성체의 상하 위치를 검출하며 상기 유량계 바디 내부를 유동하는 유체의 유량을 산출하는 중앙처리부를 포함하며,
상기 AD변환부에서 변환한 각각의 자기 센서의 디지털 신호값을 상기 중앙처리부로 제공하기 전에 전처리를 실행하는 전처리부를 포함하며,
상기 전처리부는,
상기 AD변환부에서 변환한 각각의 자기 센서의 디지털 신호값의 노이즈를 제거하는 필터 기능과, 각각의 자기 센서의 디지털 신호값을 정규화 처리하는 입력정규화 기능 중의 적어도 어느 하나의 기능을 실행하는 것을 특징으로 하는 면적식 유량계.
상하 방향으로 연장 형성된 유량계 프레임;
상기 유량계 프레임의 내부에 설치되고, 상부로 갈수록 유로 단면적이 커지도록 구성되며, 유량 측정 대상인 유체가 하부로 유입되고 상부로 유동하여 배출되도록 구성된 중공관 형상의 유량계 바디;
상기 유량계 바디 내부에 상하 이동이 가능하도록 설치되며, 자중(自重)에 의한 중력과 유체의 상향 흐름에 의한 힘이 평형되는 위치에서 정지 상태를 이루며, 자성체를 구비한 플로터;
상기 유량계 바디의 측면에 설치되며, 복수의 자기 센서가 상기 플로터의 상하 이동 방향에 상응하도록 미리 설정된 위치에 상하 간격을 가진 상태로 설치되며, 상기 플로터에 구비된 자성체의 자력의 세기를 상기 복수의 자기 센서 중 어느 하나 이상이 측정하도록 구성된 센서부; 및
자성체의 자력의 세기를 측정한 자기 센서의 위치와 자기 센서에서 측정한 자성체의 자력의 세기에 기초하여 자성체의 상하 위치를 검출하며, 자성체의 상하 위치에 기초하여 상기 유량계 바디 내부를 유동하는 유체의 유량을 산출하는 유량 산출부;를 포함하며,
상기 유량계 프레임은,
상기 유량계 바디가 내부에 설치되는 메인 프레임과,
상기 메인 프레임의 일측에 부착되며 상기 센서부와 유량 산출부가 내부에 설치되는 서브 프레임을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 면적식 유량계.
제9항에 있어서,
상기 서브 프레임의 일측에는 복수의 엘이디 칩이 상기 플로터의 상하 이동 위치에 상응하여 발광하도록 미리 설정된 위치에 상하 간격을 가진 상태로 설치되는 것을 특징으로 하는 면적식 유량계.
제10항에 있어서,
상기 복수의 엘이디 칩은,
상기 복수의 자기 센서의 각각의 설치 위치에 상응하여 각각 설치되는 복수의 제1 엘이디 칩과,
상기 제1 엘이디 칩과 서로 다른 발광색을 가지며 복수의 제1 엘이디 칩 사이에 상하로 배치되어 설치되는 복수의 제2 엘이디 칩을 포함하는 것을 특징으로 하는 면적식 유량계.
제11항에 있어서,
복수의 자기 센서 중에서 자성체의 자력의 세기가 상대적으로 가장 강하게 측정된 하나의 자기 센서의 설치 위치에 상응하는 제1 엘이디 칩이 발광하고,
복수의 자기 센서 중에서 자성체의 자력의 세기가 상대적으로 가장 강하게 측정된 자기 센서와 그 다음으로 강하게 측정된 자기 센서가 각각 측정한 자력의 세기의 차이가 미리 설정된 범위 이내인 경우에는 각각의 자기 센서의 설치 위치에 상응하는 2개의 제1 엘이디 칩 사이에 배치된 제2 엘이디 칩이 더욱 발광하도록 구성된 것을 특징으로 하는 면적식 유량계.
제11항에 있어서,
복수의 자기 센서 중에서 자성체의 자력의 세기가 상대적으로 가장 강하게 측정된 하나의 자기 센서에서 측정한 자력의 세기가 미리 설정된 임계값 미만으로 측정된 경우에는, 상기 제1 엘이디 칩과 제2 엘이디 칩 전체가 점멸하도록 구성된 것을 특징으로 하는 면적식 유량계.