KR102168818B1 - 불연속 레벨 측정 장치 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 불연속 레벨 측정 장치 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 사용이 간편하고 실시간으로 액체의 높이를 파악할 수 있으며, 보다 정확하게 액체의 높이를 측정할 수 있는 불연속 레벨 측정 장치 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
이러한 본 발명은, 하단에 형성되는 삽입공 및 상측에 형성되는 벤트(vent)홀을 포함하는 외측파이프, 하단에 형성되는 유입공 및 상측에 형성되고 상기 벤트홀과 연통되는 공기배출공을 포함하되, 상기 외측파이프의 내측에 수용되는 내측파이프 및 상하 방향을 따라 상기 내측파이프의 외면에 다수 구비되되, 초음파를 발생시키고 상기 초음파의 반사파를 수신하는 센서부를 포함한다.

Description

불연속 레벨 측정 장치 및 이의 제조방법{WATER LEVEL MEASURING DEVICE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 불연속 레벨 측정 장치 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 사용이 간편하고 실시간으로 액체의 높이를 파악할 수 있으며, 보다 정확하게 액체의 높이를 측정할 수 있는 불연속 레벨 측정 장치 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
화학, 식품, 의학, 제약 및 반도체 등 다양한 분야에서 액체의 높이를 빠르고 간편하게 그리고 정밀하게 측정할 수 있는 기술들이 요구되고 있다.
화학, 식품, 의학, 제약 및 반도체 등 다양한 분야 액체를 보다 용이하게 보관하기 위해 밀폐된 탱크 등의 용기에 보관하였는데 용기에 보관된 액체의 높이는 직관적으로 볼 수 없기 때문에 용기 내에 막대를 넣었다 꺼내어 막대에 묻은 액체를 통해 막대에 표시된 눈금과 대조하여 액체의 높이를 측정하는 방법이 사용되었다.
종래의 기술인 등록실용신안 제20-0486524호(이하 종래기술)는 상기한 바와 같이 막대에 묻은 액체와 눈금을 대조하여 액체의 높이를 측정하는 액체 운반선의 적량 게이지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 눈금이 표시된 테이프의 종단에 웨이트가 구비된 액체 운반선의 적량 게이지에 있어서, 상기 웨이트(100)는 상부에는 벤트홀(112)이 형성되고 하단에는 유입구(122)가 형성되며 내부에 상기 벤트홀(112)과 유입구(122)를 연결하는 수직방향 관통공(132)이 형성되고, 상기 관통공(132)의 유입구(122) 측에는 액체의 계면과 접하면 부유되고 유입구(122) 직경보다 큰 직경을 갖는 플로팅 볼(140)이 배치되며, 상기 웨이트(100)는 전체 또는 수직방향 일부분이 투명하게 형성되어 관통공(132) 내부에 묻은 액체의 높이를 계측할 수 있도록 형성되어 용기에서의 액체 높이를 측정할 수 있는 것이다.
이러한 종래기술은 관측자가 직접 액체의 높이를 관측해야 하므로 오차가 크고, 특히 실시간으로 관측하기 위해서는 관측자가 상시 위치하여 눈금을 파악해야 한다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 오차가 적어 액체를 보다 정확하게 측정할 수 있고, 액체의 높이를 실시간으로 측정할 수 있는 불연속 레벨 측정 장치 및 이의 제조방법의 제공을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 내구성이 우수한 불연속 레벨 측정 장치 및 이의 제조방법의 제공을 목적으로 한다.
상기 과제의 해결을 목적으로 하는 본 발명은 다음의 구성 및 특징을 갖는다.
하단에 형성되는 삽입공 및 상측에 형성되는 벤트(vent)홀을 포함하는 외측파이프, 하단에 형성되는 유입공 및 상측에 형성되고 상기 벤트홀과 연통되는 공기배출공을 포함하되, 상기 외측파이프의 내측에 수용되는 내측파이프 및 상하 방향을 따라 상기 내측파이프의 외면에 다수 구비되되, 초음파를 발생시키고 상기 초음파의 반사파를 수신하는 센서부를 포함한다.
또한 상기 외측파이프 및 상기 내측파이프 사이에 실리콘을 포함하는 충진재가 개재될 수 있다.
또한 상하 방향을 따라 상기 내측파이프의 외면에 압전소자가 삽입되는 다수의 끼움홈을 형성시키는 가공단계, 상기 끼움홈에 에폭시를 도포하고, 상기 끼움홈에 전선이 연결되는 상기 압전소자를 삽입하는 설치단계, 상기 외측파이프의 내측에 상기 내측파이프를 삽입하고 상호 결합시키는 결합단계 및 상기 외측파이프 및 상기 내측파이프 사이에 실리콘을 포함하는 충진재를 채우는 충진단계를 포함한다.
상기 구성 및 특징을 갖는 본 발명은 상하 방향을 따라 내측파이프의 외면에 다수 구비되어 초음파를 발생시키고 반사파를 수신하는 센서부를 포함함으로써, 액체의 높이를 보다 정확하게 측정할 수 있고, 액체의 높이를 실시간으로 측정할 수 있다는 효과를 갖는다.
또한 본 발명은 외측파이프의 내측에 수용되는 내측파이프의 외측에 센서부가 구비됨으로써, 센서부의 내구성을 향상시킬 수 있다는 효과를 갖는다.
또한 본 발명은 외측파이프가 벤트홀을 포함하고, 내측파이프가 공기배출공을 포함함으로써, 액체를 유입공을 통해 외측파이프의 내측으로 유입시킬 수 있다는 효과를 갖는다.
또한 본 발명은 외측파이프 및 내측파이프 사이에 실리콘을 포함하는 충진재가 개재됨으로써, 압전소자 외측으로 초음파 및 반사파 중 적어도 하나가 난사되거나, 회전되는 것 등을 억제하여 액체의 높이를 보다 정확하게 측정할 수 있다는 효과를 갖는다.
또한 본 발명은 끼움홈에 에폭시에 도포하는 설치단계를 포함함으로써, 기포 발생을 억제하기 때문에 액체의 높이를 보다 정확하게 측정할 수 있다는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 불연속 레벨 측정 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 외측파이프를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 내측파이프를 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 내측파이프에 설치된 센서부를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 불연속 레벨 측정 장치가 컨트롤러에 연결된 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 불연속 레벨 측정 장치의 제조방법이다.
도 7은 본 발명의 추가 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 구현예(態樣, aspect)(또는 실시예)들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예(태양, 態樣, aspect)(또는 실시예)를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, ~포함하다~ 또는 ~이루어진다~ 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 명세서에서 기재한 ~제1~, ~제2~ 등은 서로 다른 구성 요소들임을 구분하기 위해서 지칭할 것일 뿐, 제조된 순서에 구애받지 않는 것이며, 발명의 상세한 설명과 청구범위에서 그 명칭이 일치하지 않을 수 있다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결(결합)" 또는 "전기적으로 연결(결합)"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결(결합)" 또는 "간접적으로 연결(결합)"되어 있는 경우도 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 불연속 레벨 측정 장치를 설명하기 위한 단면도이고, 도 2는 외측파이프를 설명하기 위한 단면도이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 불연속 레벨 측정 장치(LM)는 액체의 높이(레벨)를 측정(계측)하기 위한 것으로 이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 연속 레벨 측정 장치(ML)를 설명의 편의상 '본 장치'라 칭하기로 한다. 이러한 본 장치(불연속 레벨 측정 장치(LM))는 외측파이프(1), 내측파이프(2) 및 센서부(3)를 포함한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 외측파이프(1)는 하단에 형성되는 삽입공(11) 및 상측에 형성되는 벤트(vent)홀(12)을 포함한다. 외측파이프(1)는 예시적으로 상하 방향의 길이를 가질 수 있는데, 여기에서 상하 방향이란 도 1을 기준으로 좌측-우측 방향을 의미할 수 있고, 상측은 도 1에서 좌측, 우측은 도 1에서 우측을 의미할 수 있다. 이하의 설명에서 동일하게 적용하기로 한다.
외측파이프(1)는 내측에 후술하는 내측파이프(2)와 센서부(3)가 삽입되어 수용되는 수용공간을 형성하는 도관(Pipe)일 수 있다. 여기에서 내측이란 도 1에서 좌측-우측 방향과 평행한 후술하는 내측파이프(2)의 중심선을 향하는 방향을 의미하고, 외측은 도 1에서 좌측-우측 방향과 평행한 후술하는 내측파이프(2)의 중심선에서 외측 반경 방향을 의미할 수 있다. 이하의 설명에서 동일하게 적용하기로 한다.
상기한 벤트홀(12)은 내측과 외측을 관통하는 통공일 수 있는데. 상단과 하단을 연결하는 측면에 형성된 것일 수 있다. 이러한 외측파이프(1)는 후술하는 센서부(3)의 전선(32)이 배출되도록 상단에 형성되는 연결공(13)을 포함할 수 있다. 즉, 상하 방향의 길이를 가지는 외측파이프(1)는 내측에 상하 방향의 길이를 가지는 수용공간을 형성하고, 상기 수용공간은 상단에 형성되는 연결공(13)과 연통되고 하단에 형성되는 삽입공(11)이 연통될 수 있다.
본 장치는 외측파이프(1)의 상측 외주에서 외측으로 돌출 구비되는 고정부재(4)를 포함할 수 있다. 고정부재(4)는 예시적으로 액체가 수용되는 용기와 탈착 가능하게 결합되는 것으로, 예를 들어 고정부재(4)는 외주에 용기의 상측과 나사산 결합을 위한 암나사산 또는 수나사산이 형성될 수 있다.
고정부재(4)는 내측에 상기 외측파이프(1)가 삽입 관통되는 통공을 형성할 수 있고, 고정부재(4)에 외측파이프(1)가 삽입 관통된 상태에서 용접 등의 방식으로 상호 결합된 것일 수 있다.
이와 같이, 본 장치는 외측파이프(1)의 외주면에서 외측으로 돌출 구비되는 고정부재(4)를 포함함으로써, 용기에 수용되는 액체의 높이를 보다 정밀하게 측정할 수 있고, 용기에서 후술하는 센서부(3)의 기준 높이를 설정할 수 있다는 이점이 있다(캘리브레이션).
본 장치에서 고정부재(4)는 외측파이프(1)의 벤트홀(12)보다 상측에 구비되는 것이 바람직하다.
도 3은 내측파이프를 설명하기 위한 단면도이다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 내측파이프(2)는 하단에 형성되는 유입공(21) 및 상측에 형성되고 벤트홀(12)과 연통되는 공기배출공(22)을 포함하되, 외측파이프(1)의 내측에 수용된다.
상술하였듯이 내측파이프(2)는 외측파이프(1)의 내측에 형성되는 상기 수용공간에 수용될 수 있다. 내측파이프(2)는 내측에 액체 및 기체 중 적어도 하나가 이동 또는 수용되는 내측공간(23)이 형성되는 도관(Pipe)일 수 있다.
이러한 내측파이프(2)는 상측이 외측으로 절곡되어 상단에 형성되는 공기배출공(22)이 외측파이프(1)의 벤트홀(12)과 연통될 수 있다. 벤트홀(12)의 테두리와 공기배출공(22)을 형성하는 내측파이프(2)의 상단은 용접 등의 방식으로 상호 연결되어 외측파이프(1) 및 내측파이프(2)는 상호 결합될 수 있다.
예시적으로 내측파이프(2)는 하단 외주에서 외측 반경 방향으로 돌출 구비되는 플랜지(25)를 포함할 수 있다. 이러한 플랜지(25)는 하단에서 외측파이프(1)와 내측파이프(2)의 사이 공간의 하단을 밀폐하여 액체가 외측파이프(1)와 내측파이프(2)의 사이 공간으로 유입되는 것을 억제할 수 있다.
플랜지(25)는 내측파이프(2)의 하단 외주에서 외측 반경 방향으로 돌출 구비되는 것으로, 외측파이프(1)에 수용공간에 내측파이프(2)가 수용된 상태에서 플랜지(25)가 외측파이프(1)의 하단 테두리와 용접 등의 방식으로 상호 결합될 수 있고, 이를 통해 외측파이프(1) 및 내측파이프(2)는 상호 결합될 수 있다.
본 장치의 하측이 액체에 장입되는 경우, 액체는 유입공(21)을 통해 내측파이프(2)의 내측공간(23)으로 진입되는데, 이때 내측공간(23) 내에 수용되는 기체가 상기 공기배출공(22) 및 벤트홀(12)을 통해 배출됨으로써, 내측공간(23)의 기압이 낮아져 용기 내에서 액체의 높이와 내측공간(23)에서 액체의 높이가 동일해지도록 액체가 내측공간(23)으로 유입되어 수용될 수 있다.
도 4는 내측파이프에 설치된 센서부를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 불연속 레벨 측정 장치가 컨트롤러에 연결된 상태를 설명하기 위한 도면이다. 도 1 내지 도 5를 참조하면, 센서부(3)는 상하 방향을 따라 내측파이프(2)의 외면에 다수 구비되되, 초음파를 발생시키고 상기 초음파의 반사파를 수신한다.
보다 구체적으로 설명하면, 센서부(3)는 압전소자(31) 및 압전소자(31)와 전기적으로 연결된 전선(32)을 포함할 수 있다. 이때 내측파이프(2)는 상기 압전소자(31)가 삽입되어 끼워질 수 있도록, 외면에서 내측으로 패인 끼움홈(24)을 포함할 수 있다.
상술하였듯이, 센서부(3)는 상하 방향을 따라 내측파이프(2)의 외면에 다수 구비된다고 하였는데, 끼움홈(24) 또한 상기 압전소자(31)가 상하 방향을 따라 다수 설치되도록 상하 방향을 따라 내측파이프(2)의 외면에 다수 구비될 수 있다.
끼움홈(24)은 에폭시(EX)가 도포되어 경화되면서 삽입되어 끼워진 압전소자(31)와 끼움홈(24)을 고정시킬 수 있다.
이와 같이, 본 장치는 초음파를 발생시키고 반사파를 수신하는 센서부(3)가 내측파이프(2)의 외면에 구비되어 외측파이프(1)와 내측파이프(2)의 사이에 구비되기 때문에 액체가 이동 및 수용되는 내측공간(23)으로부터 센서부(3)를 보호할 수 있기 때문에, 센서부(3)의 손상을 억제할 수 있다는 이점이 있다.
특히 본 장치가 측정하고자 하는 액체는 독성이 강한 경우, 압전소자(31) 및 전선(32)을 포함하는 센서부(3)를 보다 용이하게 보호할 수 있기 때문에, 본 장치의 범용성이 향상된다는 이점이 있다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 상기 전선(32)은 컨트롤러(CT)와 전기적으로 연결되는 케이블(CB)과 전기적으로 연결되어, 컨트롤러(CT)와 압전소자(31)는 전기적으로 상호 연결될 수 있다. 컨트롤러(CT)는 압전소자(31)와 전기적으로 연결되어 압전소자(31)에 전압을 인가할 수 있는데, 압전소자(31)는 컨트롤러(CT)가 인가하는 전압에 의해 진동을 발생시키고 이러한 진동에 의해 초음파를 발생시킬 수 있다.
상술하였듯이, 압전소자(31)는 내측파이프(2)에서 상하 방향을 따라 다수 구비된다고 하였는데, 예시적으로 다수의 압전소자(31) 각각은 컨트롤러(CT)가 인가하는 전압에 의해 수평 방향(도 1을 기준으로 상하 방향으로 이하에서 동일하게 적용하기로 한다)을 따라 진행하는 초음파를 발생시킬 수 있고, 수평 방향을 따라 진행하는 초음파는 내측파이프(2)에서 상기 내측공간(23)을 형성하는 내측벽(내주면)에서 압전소자(31)의 반대 방향에서 반사되어 다시 수평 방향으로 행하여 다시 압전소자(31)를 진동케 함으로써 전압을 발생시키도록 할 수 있다.
이와 같이, 반사파에 의해 압전소자(31)가 발생시키는 전압은 상기 컨트롤러(CT)에 전송될 수 있다. 초음파 및 반사파는 매질에 따라 속도가 다르므로, 액체와 기체의 경계면을 기준으로 이웃하는 압전소자(31)가 발생시키는 전압의 세기가 서로 다르며, 이를 통해 액체의 높이를 파악할 수 있는 것이다.
예시적으로 컨트롤러(CT)는 상하 방향을 따라 구비되는 다수의 압전소자(31) 중에서 어느 하나가 발생시키는 전압과 다른 하나가 발생시키는 전압이 상이한 경우 경보음을 발생시키도록 설정될 수 있다.
이와 같이, 본 장치는 상하 방향을 따라 내측파이프(2)의 외면에 다수 구비되고 초음파를 발생시키는 동시에 반사파를 수신하는 센서부(3)를 포함함으로써, 액체의 높이를 실시간으로 측정할 수 있으며, 액체의 높이를 보다 정확하게 측정할 수 있다는 이점이 있다.
도 1을 참조하면, 본 장치는 외측파이프(1) 및 내측파이프(2) 사이에 실리콘을 포함하는 충진재가 개재될 수 있다. 센서부(3)에서 압전소자(31)는 내측파이프(2)의 외면에 구비되기 때문에 외측파이프(1)와 내측파이프(2)의 사이 공간에 배치되는데, 컨트롤러(CT)가 인가하는 전압에 의해 진동하여 초음파를 발생시킬 때, 내측파이프(2)의 내측공간(23)뿐만 아니라 외측파이프(1)와 내측파이프(2) 사이 공간 등으로 초음파를 발생시킬 수 있다.
이러한 경우, 압전소자(31)가 발생하는 초음파(반사파 포함)가 외측파이프(1)와 내측파이프(2)의 사이 공간에서 진행하여 회전하고 반사되는 등의 문제가 발생하기 때문에 내측파이프(2)의 내측공간(23)에서 반사되는 반사파를 정확하게 수신할 수 없다는 문제점이 있다.
상기한 문제점을 억제하고자, 본 장치는 외측파이프(1)와 내측파이프(2)의 사이에 실리콘을 포함하는 충진재가 개재되어, 압전소자(31)가 발생되는 초음파가 외측파이프(1)와 내측파이프(2)의 사이 공간으로 진행하는 것을 억제하기 때문에 내측파이프(2)의 내측공간(23)으로 유입된 액체의 높이를 보다 정확하게 측정할 수 있다는 이점이 있다.
한편, 이하에서는 본원의 일 실시예에 따른 불연속 레벨 측정 장치의 제조방법(이하 본 방법)에 대해 설명한다. 다만, 본 방법은 상술한 본 장치의 제조방법으로서, 본 장치와 동일하거나 상응하는 기술적 특징을 포함하므로, 앞서 살핀 구성과 동일하거나 유사한 구성에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하고, 중복되는 설명은 간략히 하거나 생략하기로 한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 불연속 레벨 측정 장치의 제조방법이다. 도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 방법은 불연속 레벨 측정 장치(LM)의 제조방법으로서, 가공단계(S1), 설치단계(S2), 결합단계(S3) 및 충진단계(S4)를 포함한다.
먼저, 도 3 및 도 6을 참조하면, 가공단계(S1)는 상하 방향을 따라 내측파이프(2)의 외면에 압전소자(31)가 삽입되는 다수의 끼움홈(24)을 형성시키는 단계이다.
예시적으로 가공단계(S1)는 펀치 등을 이용하여 내측파이프(2)의 외면을 압입함으로써 끼움홈(24)을 형성시키거나, 내측파이프(2)의 외면을 절삭하여 끼움홈(24)을 형성시킬 수 있다.
가공단계(S1)에서는 끼움홈(24)에서 상기 압전소자(31)와 접촉되는 면을 연마하는 버핑(buffing) 공정을 수행할 수 있다. 이를 통해 초음파를 보다 균일하게 발생시킬 수 있다.
도 3, 도 4 및 도 6을 참조하면, 설치단계(S2)는 끼움홈(24)에 에폭시(EX)를 도포하고, 끼움홈(24)에 전선(32)이 연결되는 압전소자(31)를 삽입하는 단계이다. 에폭시(EX)는 예시적으로 전도성일 수 있는데, 에폭시(EX)를 끼움홈(24)에서 압전소자(31)와 접촉되는 면에 도포한 후에, 에폭시(EX)가 경화되기 전에 압전소자(31)를 상기 끼움홈(24)에 삽입하여 끼운 상태에서 에폭시(EX)를 경화시켜, 압전소자(31)를 끼움홈(24)에서 고정할 수 있다.
상기 에폭시(EX)는 끼움홈(24)에 삽입된 압전소자(31)가 진동할 때 기포 발생을 억제하여 초음파 및 반사파의 진행을 균일하게 함으로써, 액체의 높이를 보다 정밀하게 측정할 수 있도록 하는 구성이다.
설치단계(S2)에서 압전소자(31)는 세라믹 재질일 수 있으며, 끼움홈(24)에 삽입되어 설치된 압전소자(31)에 전선(32)을 납땜하여, 압전소자(31)와 전선(32)을 전기적으로 연결할 수 있다.
도 1, 도 2 및 도 6을 참조하면, 결합단계(S3)는 외측파이프(1)의 내측(수용공간)에 내측파이프(2)를 삽입하고 상호 결합시키는 단계이다. 예시적으로 내측파이프(2)는 외측파이프(1)의 하단에 형성된 삽입공(11) 또는 연결공(13)을 통해 외측파이프(1)의 수용공간에 삽입되어 수용될 수 있다.
외측파이프(1)의 수용공간에 수용된 내측파이프(2)는 외측파이프(1)와 용접 등의 방식으로 상호 결합될 수 있는데, 예시적으로 외측파이프(1)에서 벤트홀(12)의 테두리와 내측파이프(2)의 공기배출공(22)이 용접 등의 방식으로 결합되어 외측파이프(1)와 내측파이프(2)가 상호 결합될 수 있다.
또한 내측파이프(2)의 하단 외주에서 외측으로 돌출 구비되는 플랜지(25)와 외측파이프(1)가 용접 등의 방식으로 상호 결합되어 외측파이프(1) 및 내측파이프(2)가 상호 결합될 수 있다.
도 1 및 도 6을 참조하면, 충진단계(S4)는 외측파이프(1) 및 내측파이프(2) 사이에 실리콘을 포함하는 충진재를 채우는 단계이다. 예시적으로 상기 결합단계(S3) 이후에 외측파이프(1) 및 내측파이프(2)의 사이 공간의 하단은 플랜지(25)에 의해 밀폐되어 있지만, 상기 사이 공간의 상단은 개구되어 있을 수 있으며, 따라서 외측파이프(1)의 연결공(13)을 통해 상기 충진재를 투입하고, 상기 사이 공간의 상단 개구된 부분을 통해 상기 충진재가 사이 공간으로 유입되어, 시간이 경과됨에 따라 경화될 수 있다.
이와 같이, 충진단계(S4)를 포함함으로써, 외측파이프(1)와 내측파이프(2)의 사이 공간을 통해 초음파가 진행하는 것을 억제하여, 액체의 높이를 보다 정확하게 측정할 수 있다는 이점이 있다.
상술한 충진단계(S4) 이전에, 압전소자(31)에 연결된 전선(32)은 상기 외측파이프(1)의 연결공(13)으로 배출되도록 하여, 컨트롤러(CT)의 케이블(CB)과 연결시키는 것이 바람직하다.
한편, 본 방법은 헬륨 리크 테스트를 수행하는 검사단계(미도시)를 포함할 수 있다. 이는 해당 분야의 통상의 기술자에게 자명하므로 보다 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
한편, 본 장치는 액체가 수용되는 다양한 형상 및 크기를 가지는 다양한 용기에 설치 및 설치 해제가 반복적으로 수행되는 것으로, 설치 및 설치 해제를 반복하여 수행함에 따라 용기 등에 부딪혀 스크래치 등이 발생할 우려가 있다.
따라서 본 장치의 외측파이프(1)는 스크래치 등의 손상을 억제하고 내구성을 향상시키기 위해 금속재질로 형성될 수 있는데, 본 장치는 액체의 높이(레벨)를 측정(계측)하기 위한 것으로 사용 특성상 액체, 수분, 수증기 등과 항시 접촉하기 때문에 부식이 발생할 우려가 있다.
외측파이프(1)는 외면에 스크래치 등의 손상이 발생되는 경우 틈부식이 발생하여 부식이 촉진될 수 있다. 또한 외측파이프(1)의 외면에 부식이 발생되는 경우 응력이 집중되어 응력부식균열이 발생할 수 있기 때문에 균열 및 파손이 촉진된다는 문제점이 있다.
도 1 및 도 7을 참조하면, 외측파이프(1)는 상기 문제의 해결을 위한 수단으로서 외면에 구비되는 코팅막(G)을 포함할 수 있다. 코팅막(G)은 상기 외측파이프(1)의 외면에 접하되 제1온도 범위에서 연화되는 접착층(G1), 상기 접착층(G1) 상부에 구비된 발열층(G2), 상기 발열층(G2) 상부에 구비되되 상기 제1온도 범위보다 높은 제2온도 범위에서 연화되는 중간층(G3) 및 상기 중간층(G3)의 상부에 구비되되 상기 제2온도 범위보다 높은 제3온도 이상에서 연화되는 보호층(G4)을 포함할 수 있다.
이러한 코팅막(G)은 보호층(G4)을 포함함으로써, 표면이 경도가 높아 내마모성이 우수하여 외측파이프(1)에 스크래치 등이 발생되는 것이 억제되며, 발수성을 구비하여 외측파이프(1)가 부식되는 것을 억제할 수 있다. 특히 코팅막(G)은 표면의 보호층(G4)과 달리 보다 낮은 온도인 제1온도 범위 및 제2온도 범위에서 각각 연화되는 접착층(G1)과 중간층(G3)을 포함함으로써, 코팅막(G) 표면에 구비되는 보호층(G4)의 물리, 화학적인 특성을 유지하면서도 열팽창, 굽힘 등의 외부 환경에 따른 코팅막(G)의 잔류 응력을 보다 효과적으로 제거하여 벗겨짐 등의 파손을 억제할 수 있어 사용수명을 연장할 수 있기 때문에 보다 오랜 시간 동안 외측파이프(1)를 외부 환경으로부터 보호할 수 있다.
구체적인 실시예로, 접착층(G1)은 폴리부틸아크릴레이트(PBA, Polybutylacrylate) 및 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA, Polymethyl methacrylate)를 포함할 수 있다. 접착층(G1)의 두께가 두꺼울 경우 후술하는 발열층(G2)과 외측파이프(1)의 외면에 접촉하는 부분의 온도 구배가 생겨 접착층(G1)에서 외측파이프(1)의 외면에 접촉하는 부분의 연화가 원활히 이루어지지 않을 수 있기 때문에 두께는 0.020mm 내지 0.150mm 인 것이 바람직하다.
예시적으로 접착층(G1)은 폴리부틸아크릴레이트와 폴리메틸메타아크릴레이트가 열합침된 것일 수 있다. 상기 접착층(G1)의 연화 온도는 90℃ 내지 100℃로서 상기한 제1온도 범위에 해당된다.
이와 같이, 코팅막(G)에서 접착층(G1)은 제일 낮은 온도인 제1온도 범위에서 연화되므로 외측파이프(1)의 외면과 접착력이 우수하여 박리가 억제된다.
발열층(G2)은 상기 접착층(G1)의 상부에 구비되는 것으로, 폴리아세틸렌 및 요오드를 포함한다. 폴리아세틸렌은 공액 이중 결합 상태에서 전자가 흐르는 틈새가 없지만, 요오드와 같이 이종의 저분자를 혼입함으로써 틈새를 넓힐 수 있기 때문에 전자가 흐름으로써, 전기를 인가하는 경우 전기저항에 의해 발열되는 것이다.
이와 같이, 발열층(G2)을 포함함으로써, 상기한 접착층(G1)과 후술하는 중간층(G3)을 연화시키기 위해 큰 전압을 인가할 필요가 없기 때문에 보다 경제적으로 코팅막(G)의 사용 수명을 연장시킬 수 있다는 이점이 있다.
중간층(G3)은 상기 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트 100 중량부 및 카르복실레이트 아크릴 공중합체 200 중량부를 포함할 수 있다. 상기한 중량비를 벗어나는 경우 접착층(G1) 및 보호층(G4)간의 접착력이 부족하게 되어 사용 중 피막박리가 일어나게 되는 문제점이 발생할 수 있다. 상기 중간층(G3)의 연화 온도는 150℃ ~ 160℃로서 상기 제2온도 범위에 해당된다.
상기 보호층(G4)은 톨루엔중의 폴리메틸페닐실록산이 50 중량부, 실리콘-함유 섬유 50 중량부, 실리콘카바이드 50 중량부, 망간옥사이드 6 중량부, 오르가노실리콘-티탄화합물 18 중량부를 포함할 수 있다.
폴리메틸페닐실로산이 50 중량부 미만일 경우 연화 온도가 감소하여, 상기 제2온도 범위와의 차이가 적어지며 경도가 감소되고, 50 중량부를 초과할 경우 경제적이지 않다. 실리콘-함유 섬유가 50 중량부 미만일 경우 발수성이 떨어지며 50 중량부를 초과하는 경우 발수성이 향상되는 경향이 크지 않기 때문에 경제적이지 않다. 실리콘카바이드가 50 중량부 미만일 경우 내마모성이 감소되며 50 중량부를 초과할 경우 내마모성이 향상되는 경향이 크지 않아 경제적이지 않다. 오르가노실리콘-티탄화합물가 18 중량부 미만일 경우 표면 경도 및 내마모성이 감소되고 18 중량부를 초과할 경우 경화 정도가 뚜렷하지 않아 경제적이지 않다.
이와 같은, 보호층(G4)의 연화 온도는 650℃(상기 제3온도)로서 상기 제2온도 범위보다 높은 온도인 제3온도 미만의 온도에서도 경도를 유지하여 내마모성을 유지하고, 발수성을 유지하므로 외측파이프(1)를 외부 환경으로부터 효과적으로 보호할 수 있다.
상술한 바와 같이, 코팅막(G)은 외측파이프(1)의 외면에 구비되어, 외측파이프(1)와의 열팽창 계수의 차이, 형상과 외력에 의한 굽힘 등에 의해 압축 응력, 인장 응력과 같은 잔류 응력이 발생될 수 있고, 이러한 잔류 응력 발생되는 경우, 코팅막(G)은 크레이징(crazing)이라 불리는 미세실금, 크랙, 힐록(hillock), 주름(wrinkling), 파괴 등이 발생할 수 있다.
따라서 접착층(G1) 및 중간층(G3)이 각각 제1온도 범위와 제2온도 범위에 도달하도록 발열층(G2)에 전기를 인가함으로써, 접착층(G1)과 중간층(G3) 각각에 잔류 응력을 제거하여 잔류 응력에 의한 파괴 등이 발생되는 것을 억제하는 것이다.
이때 보호층(G4)이 연화되지 않도록 발열층(G2)은 제3온도 미만으로 발열되는 것이 중요하며, 따라서 접착층(G1), 중간층(G3)이 각각 제1온도 범위 및 제2온도 범위에 도달하여 연화하는 과정 중에서도 보호층(G4)은 연화되지 않아 우수한 경도, 내마모성, 발수성 등의 특성을 유지할 수 있다.
특히 발열층(G2)이 제2온도 범위에서 제1온도 범위와 인접한 온도(예시적으로 150℃)로 발열되는 경우, 중간층(G3)의 연화 정도는 접착층(G1)보다 적게 되어 중간층(G3)이 접착층(G1)과 보호층(G4)의 완충 역할을 하게 되기 때문에 접착층(G1)과 보호층(G4)의 가교 역할을 할 수 있는 것이다.
즉, 보호층(G4)의 물리, 화학적인 특성을 유지하면서 코팅막(G)의 잔류 응력을 효과적으로 분산 완화할 수 있기 때문에, 외측파이프(1)를 스크래치, 부식 등의 외부 환경으로부터 지속적으로 보호할 수 있다는 이점이 있다.
이상에서 첨부된 도면을 참조하여 설명한 본 발명은 통상의 기술자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
불연속 레벨 측정 장치: LM
외측파이프: 1 삽입공: 11
벤트홀: 12 연결공: 13
내측파이프: 2 유입공: 21
공기배출공: 22 내측공간: 23
끼움홈: 24 플랜지: 25
센서부: 3 압전소자: 31
전선: 32 에폭시: EX
컨트롤러: CT 케이블: CB

Claims (4)

  1. 하단에 형성되는 삽입공 및 상측에 형성되는 벤트(vent)홀을 포함하는 외측파이프;
    하단에 형성되는 유입공 및 상측에 형성되고 상기 벤트홀과 연통되는 공기배출공을 포함하되, 상기 외측파이프의 내측에 수용되는 내측파이프; 및
    상하 방향을 따라 상기 내측파이프의 외면에 다수 구비되되, 초음파를 발생시키고 상기 초음파의 반사파를 수신하는 센서부;
    를 포함하고,
    외측파이프는 외면에 구비되는 코팅막을 포함하되, 상기 코팅막은 상기 외측파이프의 외면에 접하되 제1온도 범위에서 연화되는 접착층, 상기 접착층 상부에 구비된 발열층, 상기 발열층 상부에 구비되되 상기 제1온도 범위보다 높은 제2온도 범위에서 연화되는 중간층 및 상기 중간층의 상부에 구비되되 상기 제2온도 범위보다 높은 제3온도 이상에서 연화되는 보호층을 포함하고,
    상기 접착층은 폴리부틸아크릴레이트 및 폴리메틸메타아크릴레이트를 포함하되, 두께는 0.020mm 내지 0.150mm 이고,
    상기 발열층은 폴리아세틸렌 및 요오드를 포함하고,
    상기 중간층은 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트 100 중량부 및 카르복실레이트 아크릴 공중합체 200 중량부를 포함하고,
    상기 보호층은 톨루엔중의 폴리메틸페닐실록산이 50 중량부, 실리콘-함유 섬유 50 중량부, 실리콘카바이드 50 중량부, 망간옥사이드 6 중량부, 오르가노실리콘-티탄화합물 18 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 불연속 레벨 측정 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 외측파이프 및 상기 내측파이프 사이에 실리콘을 포함하는 충진재가 개재되는 것을 특징으로 하는 불연속 레벨 측정 장치.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 기재된 불연속 레벨 측정 장치의 제조방법에 있어서,
    상하 방향을 따라 상기 내측파이프의 외면에 압전소자가 삽입되는 다수의 끼움홈을 형성시키는 가공단계;
    상기 끼움홈에 에폭시를 도포하고, 상기 끼움홈에 전선이 연결되는 상기 압전소자를 삽입하는 설치단계;
    상기 외측파이프의 내측에 상기 내측파이프를 삽입하고 상호 결합시키는 결합단계; 및
    상기 외측파이프 및 상기 내측파이프 사이에 실리콘을 포함하는 충진재를 채우는 충진단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 불연속 레벨 측정 장치 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20160026733A (ko) * 2014-08-29 2016-03-09 에어 프로덕츠 앤드 케미칼스, 인코오포레이티드 초음파 액체 수위 감지 시스템

Patent Citations (1)

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KR20160026733A (ko) * 2014-08-29 2016-03-09 에어 프로덕츠 앤드 케미칼스, 인코오포레이티드 초음파 액체 수위 감지 시스템

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