KR102314819B1 - 열전도도 보정 질량유량계 - Google Patents

열전도도 보정 질량유량계 Download PDF

Info

Publication number
KR102314819B1
KR102314819B1 KR1020200032066A KR20200032066A KR102314819B1 KR 102314819 B1 KR102314819 B1 KR 102314819B1 KR 1020200032066 A KR1020200032066 A KR 1020200032066A KR 20200032066 A KR20200032066 A KR 20200032066A KR 102314819 B1 KR102314819 B1 KR 102314819B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
thermal conductivity
pipe
gas
mixed gas
unit
Prior art date
Application number
KR1020200032066A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20210115776A (ko
Inventor
김영희
Original Assignee
김영희
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 김영희 filed Critical 김영희
Priority to KR1020200032066A priority Critical patent/KR102314819B1/ko
Publication of KR20210115776A publication Critical patent/KR20210115776A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102314819B1 publication Critical patent/KR102314819B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/68—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
    • G01F1/684—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow
    • G01F1/6842—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow with means for influencing the fluid flow
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/68—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
    • G01F1/684—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow
    • G01F1/688—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow using a particular type of heating, cooling or sensing element
    • G01F1/6888—Thermoelectric elements, e.g. thermocouples, thermopiles

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Volume Flow (AREA)
  • Details Of Flowmeters (AREA)

Abstract

본 발명은 열전도도 보정 질량유량계에 관한 것으로서, 그 구성은 가스가 흐르는 배관에 접속 플렌지로 연결되어 내부에 흐르는 기체상태의 가스 및 공기를 측정하여 열전도도 보정을 위한 질량유량계에 있어서, 스테인레스 스틸봉으로 배관 내부에 각각 삽입되어 가스의 흐름에 맞서는 히터부는 혼합가스 온도측정 센서부 보다 10mm 길게 구성되어 배관내 낮은 유량의 흐름에 있어 히터부로부터 혼합가스 온도측정 센서부에 대한 열의 대류 현상을 막아 주고, 가스의 유량의 흐름에 따라 열손실을 가져오는 히터부와 혼합가스 온도측정 센서부로 구성되어 상온차를 유지시키기 위해서 외부 전원을 공급받는 유량측정용 센서와 배관 내에 삽입되어 배관 내부의 혼합가스의 열전도도를 측정하는 측온저항체인 열전도도 센서부와 배관 외부에 설치되어 외부공기의 열전도도를 측정하는 측온저항체인 외부 공기 열전도도 센서부의 측정센서부로 형성되어 하나는 히터로서 열을 발생시키고 다른 하나는 배관 내부의 가스상태의 온도를 측정하여 두 저항체의 온도차를 검출하고, 표준 공기대비 전도율을 산출, 열전도도를 연산하여 파라미터 상으로 입력하여 내장된 열전도 검출기를 통해 자동으로 열전도도 보정하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

열전도도 보정 질량유량계{Mass Flow Meter and Controller}
본 발명은 열전도도 보정 질량유량계에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 혼합 가스가 흐르는 배관 내부에 기체상태의 가스 및 공기 측정을 위하여 2개의 백금 측온저항체(Pt RTD)로 형성되어 히터로서 열을 발생시키고 다른 하나는 배관 내부의 가스상태의 온도를 측정할 수 있는 유량측정용 센서 엘리먼트가 구비된 질량유량계를 통해 배관 내 혼합가스의 열전도도를 표준 교정 열전도도에 보정하여 혼합가스의 정확한 유량을 측정할 수 있는 열전도도 보정 질량유량계에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 가스가 배관에 흐를 때 가스들이 가지고 있는 열전도도를 열식유량계 자체에서 직접적으로 측정하고 측정 결과를 표준 조건에서의 기체인 공기와 비교하여 그 상관 계수를 도입하여 혼합가스에 대한 정확한 유량을 측정할 수 있는 열전도도 보정 질량유량계에 관한 것이다.
산업이 점점 고도화되면서 발전소, 화학반응 공정, 빌딩 공조분야, 반도체 제조 등 다양한 분야에서 유체 특히 가스의 유량을 정밀하게 측정하는 것이 요구되고 있다.
가스나 기체의 유량을 측정하는 대표적인 방법으로는 오리피스를 비롯한 차압유량계, 볼텍스 유량계, 초음파 유량계, 면적식 유량계 등이 있다. 이들 유량계들은 유체의 체적만을 측정하는 체적식 유량계로 비교적 구조가 간단하여 전통적으로 많이 사용되고는 있으나, 측정부위의 온도나 압력이 설계치와 달라지는 경우에는 온도나 압력에 따른 유체의 부피 팽창과 수축을 적절히 보상하지 못한다는 단점이 있었다.
유체 주변의 압력이나 온도 영향을 받지 않고 질량유량을 비교적 정확하게 측정할 수 있는 방법으로 열식 질량 유량계가 제안되었다. 열식 질량유량계는 흐르는 유체 내에 가열된 물체를 놓으면 유체와 가열된 물체 사이에 열전달이 일어나 가열된 물체가 냉각되고, 그 냉각되는 비율은 유속의 함수가 된다는 점을 이용하여 가열되는 물체의 온도변화를 측정함으로써 질량유량으로 환산하는 유량계이다. 열식 질량유량계는 유량 콘트롤용 밸브와 결합되어 질량유량제어기(Mass Flow Controller) 로 많이 사용되고 있다.
대표적인 열식 질량유량계로는 저유량 가스 측정용으로 많이 사용되는 바이패스 캐필러리(Bipass Capillary), 액체의 미소유량 측정용으로 활용되는 파이프 직접 가열식 유량계 및 대구경 덕트 등 대유량 측정에 적합한 삽입형 열식 유량계(Insertion Thermal Mass Flow Meter) 등이 있다.
일반적으로 가스측정용 열식질량유량계 (Thermal Mass Flow Meter)는 제조 공장에서는 공기의 표준 조건인 0℃ 1Atm에서 교정을 하고 있다.
단일 가스 및 혼합가스의 유량을 교정 실험실에서 실제적으로 사용하는 것은 불가능하기 때문에 일반적으로 공기를 표준 조건에서 사용하고 있다.
첨부된 도 1에 도시된 바와 같이 종래의 열식 질량유량계는 관(1)을 흘러가는 유체(6)의 질량유량을 측정하고자 하는 경우, 관(1)의 내부(2)로 열선(3)을 삽입 배치하고 이와 병렬로 온도 보정용 콜드와이어(4)를 설치한다. 유체(6)가 흘러가는 상태에서 구동회로(5)를 이용하여 열선(3)이 일정한 온도를 유지하도록 전류를 인가한다. 고유량이 흘러갈 때는 열선(3)에 높은 전류가 필요하고 저유량인 경우에는 낮은 전류량으로도 열선(3)의 온도가 일정하게 유지된다. 대류열전달의 원리에 의해 열선(3)을 흐르는 전류와 질량 유량간에는 단조 증가함수의 관계가 있으므로 이에 의해 질량유량을 검출할 수 있다.
비록 종래 열식 유량계가 유량 측정범위가 넓고 응답성이 뛰어나다는 장점은 있으나, 구조가 단순하지 않고 관(1)의 내부(2)에 열선(3)을 삽입하게 되므로 측정을 위한 유량변화를 피할 수 없다는 단점이 있다. 또한, 계측기 주변에서 발생하는 환경온도의 변화요인을 정확히 반영할 수 없어 미세한 유량의 측정에 있어서는 측정오차가 상당하는 문제점도 있다.
또한, 공기 이외의 단일 가스 및 혼합가스의 유량을 측정하기 위해서는 단일 가스 및 혼합가스에 대하여는 이론적인 상관계수를 도입하여 유량계 교정 시 보정을 하고 있다. 이러한 데이터는 주문자가 제공을 하고 있으나 매우 부정확하고 실제적으로는 현장의 조건과 맞지 않는 경우가 많이 있다.
그런데 이러한 것을 보정하기 위하여는 출력의 K 팩터를 사용하기도 하는데 이것은 교정을 위한 것이 아니고 단순히 출력을 보정하기 때문에 실제적인 오류가 많이 나온다
공기 및 가스와 같은 기체의 경우 산업현장에서 공정에 사용되는 화학 반응은 분자량이며 이러한 분자량들을 정확히 측정하는 것은 배관내에 흐르는 체적유량에 포함된 분자량의 유량이며 이것을 질량(Mass)이라 하고 모든 유량계는 표준조건에의 질량 유량을 측정하는 것이 유량계의 표준이다
따라서, 본 발명은 배관 내부의 가스상태의 온도에 따라 혼합가스의 열전도도를 보정할 수 있는 질량유량계를 제안하고자 한다.
1. 펄스히팅 방식 질량유량계 및 그 측정방법(flow meter using heat pulse)(특허등록번호 제10-1519837호) 2. 소결필터가 장착된 열식 질량유량계(Thermal Mass Flow Meter with Sintered Filter)(특허등록번호 제10-1682145호) 3. 질량유량계(Mass Flow Meter and Controller)(특허등록번호 제10-1308082호)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 혼합 가스가 흐르는 배관 내부에 기체상태의 가스 및 공기 측정을 위하여 2개의 백금 측온저항체(Pt RTD)로 형성되어 히터로서 열을 발생시키고 다른 하나는 배관 내부의 가스상태의 온도를 측정할 수 있는 유량측정용 센서 엘리먼트가 구비된 질량유량계를 통해 배관 내 혼합가스의 열전도도를 표준 교정 열전도도에 보정하여 혼합가스의 정확한 유량을 측정할 수 있는 열전도도 보정 질량유량계를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명은 배관 내부에 흐르는 혼합가스 유량에 대하여 평균 열전도도를 산출하여 기준 공기 유량으로 정확한 유량측정을 할 수 있도록 한 것으로 실제적인 유량의 교정에 있어서는 사용자가 혼합가스를 사용하더라도 이러한 혼합가스의 조성비를 맞추어 실제 혼합가스로 제조 업체에서 교정하는 것은 어려운 실정이므로 표준 조건의 공기를 이용하여 열전도도 상관계수를 자동으로 실시간 적으로 구하여 교정할 수 열전도도 보정 질량유량계를 제공하는데 있다.
본 발명에 따른 열전도도 보정 질량유량계는 가스가 흐르는 배관에 접속 플렌지로 연결되어 내부에 흐르는 기체상태의 가스 및 공기를 측정하여 열전도도 보정을 위한 질량유량계에 있어서, 스테인레스 스틸봉으로 배관 내부에 각각 삽입되어 가스의 흐름에 맞서는 히터부는 혼합가스 온도측정 센서부보다 10mm 길게 구성되어 배관내 낮은 유량의 흐름에 있어 히터부로부터 혼합가스 온도측정 센서부에 대한 열의 대류 현상을 막아 주고, 가스의 유량의 흐름에 따라 열손실을 가져오는 히터부와 혼합가스 온도측정 센서부로 구성되어 상온차를 유지시키기 위해서 외부 전원을 공급받는 유량측정용 센서와 배관 내에 삽입되어 배관 내부의 혼합가스의 열전도도를 측정하는 측온저항체인 열전도도 센서부와 배관 외부에 설치되어 외부공기의 열전도도를 측정하는 측온저항체인 외부 공기 열전도도 센서부의 측정센서부로 형성되어 하나는 히터로서 열을 발생시키고 다른 하나는 배관 내부의 가스상태의 온도를 측정하여 두 저항체의 온도차를 검출하고, 표준 공기대비 전도율을 산출, 열전도도를 연산하여 파라미터 상으로 입력하여 내장된 열전도 검출기를 통해 자동으로 열전도도 보정하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 열전도도 보정 질량유량계의 측정 센서부는 유량측정용 센서보다 앞쪽에 설치되는데, 이는 유량측정용 센서보다 뒤쪽에 설치하면 혼합가스의 저유량 측정시 히터부에서 대류되는 열이 혼합가스 온도측정 센서부에 닿아서 배관 내부의 가스 온도를 정확히 측정하지 못하고 상온차 편이를 일으키므로 혼합가스 온도측정 센서부는 히터부보다 앞선 쪽에 위치하여 혼합가스의 저유량 측정시 히터부에서 대류되는 열이 혼합가스 온도측정 센서부에 닿지 않는 방향으로 위치하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 열전도도 보정 질량유량계는 센서 튜브 하종단에 위치하여 동일한 히터부의 저항으로 단위 면적당 가열온도를 상승시키고 이로 인하여 습윤성이 있는 가스의 측정시 열확산 효과를 배가시켜 바이오가스 및 압축 공기 등의 측정에 있어 히터부가 습윤에 포화되는 곳을 방지하는 유량센서 엘리먼트 히터를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 열전도도 보정 질량유량계는 혼합 가스가 흐르는 배관 내부에 기체상태의 가스 및 공기 측정을 위하여 2개의 백금 측온저항체(Pt RTD)로 형성되어 히터로서 열을 발생시키고 다른 하나는 배관 내부의 가스상태의 온도를 측정할 수 있는 유량측정용 센서 엘리먼트가 구비된 질량유량계를 통해 배관 내 혼합가스의 열전도도를 표준 교정 열전도도에 보정하여 혼합가스의 정확한 유량을 측정할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 열전도도 보정 질량유량계는 가스가 배관에 흐를 때 가스들이 가지고 있는 열전도도를 열식유량계 자체에서 직접적으로 측정하고 측정 결과를 표준 조건에서의 기체인 공기와 비교하여 그 상관 계수를 도입하여 혼합가스에 대한 정확한 유량을 측정할 수 있어 혼합가스를 사용하더라도 이러한 혼합가스의 조성비를 맞추어 실제 혼합가스로 표준 조건의 공기를 이용하여 열전도도 상관계수를 자동으로 실시간 적으로 구하여 교정할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 열전도도 보정 질량유량계는 열전도도 보정을 이용하여 혼합가스의 유량측정을 정확하게 할 수 있도록 고안된 것으로 혼합가스의 상황 변경에 대응하며 실시간의 열전도도를 구현하여 혼합가스가 가지고 있는 열전도도의 개별적인 상관 계수를 구하고 이를 토대로 정확한 혼합가스의 유량을 측정할 수 있는 효과가 있다
또한, 본 발명의 실시예에 따른 열전도도 보정 질량유량계는 배관 내부에 흐르는 기체상태의 가스 및 공기를 측정을 위해 혼합가스 온도측정 센서부가 2개의 백금 측온 저항체(Pt RTD)로 형성되어 하나는 히터로서 열을 발생시키고 다른 하나는 배관 내부의 가스상태의 온도를 측정하고 열전도도를 연산하여 파라미터상으로 입력하여 유량계 자체에 자동 열전도 검출기를 내장하여 자동으로 열전도도 보정을 하여 정확한 측정을 도모할 수 있다.
도 1은 종래의 열식 질량유량계의 단면도
도 2는 본 발명에 따른 열전도도 보정 질량유량계의 단면도
도 3은 본 발명에 따른 열전도도 보정 질량유량계의 배관 연결 구성도
도 4는 도 3에 따른 열전도도 보정 질량유량계의 내부 블록도
이하, 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명은 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 열전도도 보정 질량유량계의 단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 열전도도 보정 질량유량계의 배관 연결 구성도를 도시한 것으로서, 첨부된 도 2 내지 도 3을 참조하여 열전도도 보정 질량유량계의 세부구성 및 동작을 살펴보면, 본 발명에 따른 열전도도 보정 질량유량계(100)는 배관(10) 내부에 흐르는 기체상태의 가스 및 공기를 측정하기 위하여 배관(10) 내에 삽입되어 배관 내부의 혼합가스의 열전도도를 측정하는 측온저항체인 열전도도 센서부(162)와 배관(10) 외부에 설치되어 외부공기의 열전도도를 측정하는 측온저항체인 외부 공기 열전도도 센서부(163)로 형성되어 하나는 히터로서 열을 발생시키고 다른 하나는 배관 내부의 가스상태의 온도를 측정하여 두 저항체의 온도차를 검출하고, 표준 공기대비 전도율을 산출, 열전도도를 연산하여 파라미터 상으로 입력하여 내장된 열전도 검출기를 통해 자동으로 열전도도 보정한다.
보다 구체적으로, 일반적으로 가스는 고유의 열전도도를 가지고 있으며 가스 분자들이 예열된 히터를 통과할 때 가스온도 이상으로 예열된 히터는 열손실이 발생하며 이 열손실은 유량에 직접적으로 비례한다. 가스온도 이상으로 예열된 히터의 온도와 가스온도를 측정하는 센서는 상온차(Constant Temperature Differential)의 상관관계를 가지는데, 이러한 상온차는 가스의 흐름에 따라 항상 일정하계 유지시켜주는 전자제어부의 역할이다. 즉, 유량이 정지되어 있는 상태에서의 상온차와 최대 유량이 흘렀을 때의 상온차는 일정하다.
보다 세부적으로 유량이 정지된 상태에서 예열된 히터의 기준 온도는 가스의 흐름이 증가할수록 증가된 열손실을 가져오며 이것은 상온차를 깨트리게 되므로 전자 제어부에서는 열손실의 양만큼 온도를 올리기 위해서 예열된 센서에 추가적인 궤환 전압을 공급하여 상온차를 유지시켜준다.
따라서, 공기에 대비하여 단일가스 및 혼합가스의 유량측정에 있어서는 열전도도를 연산하여 파라미터 상으로 입력하여야 하는데 본 발명의 질량유량계 자체에 자동 열전도 검출기를 내장하여 자동으로 열전도도 보정을 통해 정확한 측정이 된다.
측정 센서부(140)는 유량측정용 센서(150,160)보다 앞쪽에 설치되는데, 이는 유량측정용 센서(150,160)보다 뒤쪽에 설치하면 혼합가스의 저유량 측정시 히터부(150)에서 대류되는 열이 혼합가스 온도측정 센서부(160)에 닿아서 배관(10) 내부의 가스 온도를 정확히 측정하지 못하고 상온차 편이를 일으키므로 혼합가스 온도측정 센서부(160)는 히터부(150)보다 앞선 쪽에 위치하여 혼합가스의 저유량 측정시 히터부(150)에서 대류되는 열이 혼합가스 온도측정 센서부(160)에 닿지 않는 방향으로 위치하도록 구성된다.
상기 유량센서 엘리먼트 히터(155)는 센서 튜브 하종단에 위치하여 동일한 히터부(150)의 저항으로 단위 면적당 가열온도를 상승시키고 이로 인하여 습윤성이 있는 가스의 측정시 열확산 효과를 배가시켜 바이오가스 및 압축 공기 등의 측정에 있어 히터부(150)가 습윤에 포화되는 곳을 방지한다.
한편, 열전도도 측정 센서부(140)는 히터부(150) 및 혼합가스 온도측정 센서부(160)의 전단에 구비되어 배관직경(D) 보다 > 1 xD 곳에 위치하여 유량계 센서와 독립하여 구동함으로써 측정 정확도를 높이는 구조를 가진다.
상기 유량측정용 센서(150,160)는 스테인레스 스틸봉으로 배관 내부에 삽입되어 구동하는 것으로 크게 히터부(150) 및 혼합가스 온도측정 센서부(160)로 구성된다.
즉, 질량유량계의 하종단이 밀봉 용접된 2.3mm 외경의 스테인레스 스팅봉이 배관내 가스의 흐름에 맞서는 히터부(150)는 혼합가스 온도측정 센서부(160) 보다 10mm 길게 구성되어 배관내 매우 낮은 유량의 흐름에 있어 히터부(150)로 부터 혼합가스 온도측정 센서부(160)에 대한 열의 대류 현상을 막아 준다.
또한, 유량측정용 센서(150,160)는 표면처리를 RA10 EP 처리를 하여 장기간 사용에 있어서도 점성이 있는 가스가 부착이 되지 않도록 한다.
상기 히터부(150)의 하종단에 구비된 유량센서 엘리먼트 히터(155)는 히터로 사용하는 백금저항체가 센서튜브 내부에서 하종단에 완전히 밀착되도록 하여 최대의 열확산을 가져올 수 있도록 하고 사이즈는 폭 1.6mm 길이 3.2 mm의 100Ω을 사용한다.
혼합가스 온도측정 센서부(160)는 가스온도를 측정하고 사이즈는 폭 1.6mm 길이 3.2 mm의 분해능을 높이기 위하여 1000Ω을 사용한다.
본 발명의 배관내 설치된 열전도도 보정 질량유량계(100)는 파라미터 입력 및 수정에 있어서 전면 커버부(130)를 개방하여 4개의 푸쉬 버튼을 사용하거나, 전면 커버부(130)를 개방하지 않고 4개의 적외선 스위치(120)에 대하여 터치 구동을 통해 파라미터 입력 및 프로그램 수정하는 것을 기본사양으로 하고 4개의 적외선 스위치(120)의 사용은 폭발성 가스가 존재하는 위험지역에서 사용할 수 있다.
따라서, 질량유량계 특성에 가스의 열전도도를 알아낼 수 있는 백금 측온저항체로 열전도도 검출기를 추가하여 소프트웨어 알고리즘으로 보정하여 혼합가스의 유량을 측정하는 것으로 도 4에 도시된 바와 같이 열전도도를 검출하는 측정 센서부(140)로서 배관 내부의 혼합가스의 열전도도를 측정하기 위한 배관 내부 열전도도 센서부(162)와 외부공기의 열전도도를 측정하기 위한 외부 공기 열전도도 센서부(163)로서 두 쌍의 백금 측온저항체로 되어 있고 하나는 배관 내부에 삽입되고 다른 하나는 대기중의 온도를 검출한다.
도 4는 열전도도 보정 질량유량계의 내부 블록도를 도시한 것으로, 첨부된 도 2 내지 도 4를 참조하여 질량유량계의 내부 구성 및 동작을 살펴보면, 본 발명의 열전도도 보정 질량유량계는 가스가 흐르는 배관(10)에 접속 플렌지(20)로 연결되어 가스의 유량을 측정하는데 열전도도 저항 측정 센서부(140)가 결합되어 혼합가스 열전도도를 보정하게 된다. 즉, 상기 배관(10)에 유입되는 가스는 단일 또는 혼합가스로 공기와 다른 열전도도를 가지고 있으므로 열전도도 측정 센서부(140)에서 공기대비 열전도 저항값을 검출(176)하여 비교기(174)를 통하여 제어부(52)에서 공기의 교정값과 비교하여 보정하게 된다.
가스의 유량의 흐름에 따라 열손실을 가져오는 히터부(150)와 가스온도 측정센서(160)으로 구성되어 상온차를 유지시키기 위해서 제어부(172)의 추가 전원공급이 이루어져 전원공급의 추가분은 질량 유량의 흐름에 비례하여 제공된다.
일반적으로 질량유량계(100)을 교정할 때 기준 가스로 0℃ 760mmHg 표준상태의 공기를 사용하므로 공기 이외의 가스는 교정시 상관계수(Coefficient Factor)를 계산해서 팩터로 입력하고 제어부(172)는 소프트웨어 알고리즘으로 연산하여 동작된다.
상기 혼합가스 온도측정 센서부(160)는 두 개의 정밀한 백금 측온체로 되어 구성되어 배관내부 열전도도 센서부(162)는 배관(161)내 삽입되고 외부 공기 열전도도 센서부(163)는 배관 외부에 설치되며 저항값 검출부(176)에서는 열전도도 ㅅ센서부(175)를 통하여 두 지점의 온도차를 검출하여 비교기(177)를 통하여 표준 공기대비 전도율을 산출한다.
상기 제어부(172)는 유량센서부(171)과 비교기(177)에서 연산된 열전도계수를 자동으로 업데이트시키면 출력부(178)는 아날로그 및 디지털 출력을 하고 데이터로거(174) 및 통신부(173)로 전송한다.
한편, 저항값 검출부(176)는 배관 내부 열전도도센서부(162) 및 외부 공기 열전도도 센서부(163)에서 검출된 저항값을 상기 제어부(172)의 제어신호에 따라 비교기(177)로 전송하여 저항값 검출부(176)을 통해 검출된 두 지점의 온도차에 대해 표준 공기대비 전도율을 산출되도록 한다.
상기 유량계 디스플레이부(110)의 전면에는 제어부(172), 통신부(173), 데이터로거(174), 저항값 검출부(176), 비교기(177)가 구비되고, 전면에 4개의 LED로 적외선 스위치(120)가 부착되어 IR Source가 외부로 발광하여 유량계의 전면 커버부(130)을 해체하지 않고 터치 구동을 통해 LED의 적외선 스위치(120)의 구동을 통해 유량계의 디스플레이부(110)의 내부 파라미터를 구동 및 조정할 수 있어 방폭 위험 지역 등에서 사용할 수 있다.
한편, 상기 저항값 검출부(176)는 휘스톤브리지로 구성되어 배관 내부 및 대기중의 실제 온도를 검출하여 비교기(177)에 전송한다.
즉, 상기 저항값 검출부(176)는 배관내부 열전도도센서부(162) 및 외부 공기 열전도도 센서부(163)에서 검출된 저항값을 상기 제어부(172)의 제어신호에 따라 상기 비교기(177)로 전송한다.
대기 중의 온도는 교정에 필요한 표준 공기인 0℃ 와는 차이가 발생하면 비교기(177)에서 보정하여 제어부(172) 전달하여 표준조건에서의 열전도도를 생성한다.
즉, 상기 비교기(177)는 저항값 검출부(176)에서 검출된 저항값을 상기 제어부(172)로 전송하여 혼합가스의 평균 열전도도를 계산하며 상기 제어부(172)에서는 유량값에 열전도도 상관계수를 대입하여 보정하는데, 이는 소프트웨어 알고리즘으로 구비되어 시뮬레이션 하도록 구동한다.
데이터 기록장치인 데이터 로거(174)는 혼합가스의 실시간 열전도도를 매 1초 간격으로 저장하고 이것을 출력부(178)에 송출하여 질량유량계 전면 커버부(130)에서 혼합가스 유량과 함께 디스플레이할 수 있도록 한다.
즉, 상기 데이터로거(174)는 상기 제어부(172)에서 시리얼 통신을 접수하여 PC 또는 USB에 데이터를 매 1초 단위로 기록 저장하며 유량, 적산 유량, 온도, 열전도도를 나타낸다.
상기 통신부(173)는 시리얼통신 방식으로 전송하게 되며 TCP/IP방식의 변환기를 거쳐 인터넷 통신이 가능하도록 하는 것이다.
즉, 상기 통신부(173)는 디지털 통신을 하며 Modbus 485 RTU, HART 프로토콜 및 Foundation Fieldbus, Profibus PA통신을 한다.
상기 출력부(178)는 아날로그 및 디지털 통신을 하며 아날로그는 4 ~ 20mA 및 0~5V를 출력하고 보조 출력으로는 0 ~ 5VDC의 펄스 및 두개의 알람 신호(저경보, 고경보)를 출력한다.
이상과 같이, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
10 : 배관
20 : 연결 플렌지
100 : 열전도도 보정유량계
110 : 디스플레이부 120 : 적외선스위치
130 : 전면 커버부 140 : 측정 센서부
150 : 히터부 155 : 유량센서 엘리먼트 히터
160 : 혼합가스 온도측정 센서부
162 : 배관내부 열전도도센서부 163 : 외부 공기 열전도도 센서부
171 : 유량센서부 172 : 제어부
173 : 통신부 174 : 테이터로거
175 : 열전도도센서부 176 : 저항값 검출부
177 : 비교기 178 : 출력부

Claims (4)

  1. 가스가 흐르는 배관(10)에 접속 플렌지(20)로 연결되어 내부에 흐르는 기체상태의 가스 및 공기를 측정하여 열전도도 보정을 위한 질량유량계에 있어서,
    스테인레스 스틸봉으로 배관 내부에 각각 삽입되어 가스의 흐름에 맞서는 히터부(150)는 혼합가스 온도측정 센서부(160)보다 10mm 길게 구성되어 배관내 낮은 유량의 흐름에 있어 히터부(150)로부터 혼합가스 온도측정 센서부(160)에 대한 열의 대류 현상을 막아 주고, 가스의 유량의 흐름에 따라 열손실을 가져오는 히터부(150)와 혼합가스 온도측정 센서부(160)로 구성되어 상온차를 유지시키기 위해서 외부 전원을 공급받는 유량측정용 센서(150,160)와
    배관(10) 내에 삽입되어 배관 내부의 혼합가스의 열전도도를 측정하는 측온저항체인 열전도도 센서부(162)와 배관(10) 외부에 설치되어 외부공기의 열전도도를 측정하는 측온저항체인 외부 공기 열전도도 센서부(163)의 측정센서부(140)로 형성되어 하나는 히터로서 열을 발생시키고 다른 하나는 배관 내부의 가스상태의 온도를 측정하여 두 저항체의 온도차를 검출하고, 표준 공기대비 전도율을 산출, 열전도도를 연산하여 파라미터 상으로 입력하여 내장된 열전도 검출기를 통해 자동으로 열전도도 보정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 열전도도 보정 질량유량계.
  2. 제 1 항에 있어서,
    측정 센서부(140)는 유량측정용 센서(150,160)보다 앞쪽에 설치되는데, 이는 유량측정용 센서(150,160)보다 뒤쪽에 설치하면 혼합가스의 저유량 측정시 히터부(150)에서 대류되는 열이 혼합가스 온도측정 센서부(160)에 닿아서 배관(10) 내부의 가스 온도를 정확히 측정하지 못하고 상온차 편이를 일으키므로 혼합가스 온도측정 센서부(160)는 히터부(150)보다 앞선 쪽에 위치하여 혼합가스의 저유량 측정시 히터부(150)에서 대류되는 열이 혼합가스 온도측정 센서부(160)에 닿지 않는 방향으로 위치하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 열전도도 보정 질량유량계.
  3. 제 1 항에 있어서,
    센서 튜브 하종단에 위치하여 동일한 히터부(150)의 저항으로 단위 면적당 가열온도를 상승시키고 이로 인하여 습윤성이 있는 가스의 측정시 열확산 효과를 배가시켜 바이오가스 및 압축 공기 등의 측정에 있어 히터부(150)가 습윤에 포화되는 곳을 방지하는 유량센서 엘리먼트 히터(155)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 열전도도 보정 질량유량계.
  4. 제 1 항에 있어서,
    배관내 설치된 열전도도 보정 질량유량계(100)는 파라미터 입력 및 수정에 있어서 전면커버부(130)를 개방하여 4개의 푸쉬 버튼을 사용하거나, 전면커버부(130)를 개방하지 않고 4개의 적외선 스위치(120)에 대하여 터치 구동을 통해 파라미터 입력 및 프로그램 수정이 가능하도록 하고 4개의 적외선 스위치(120)의 사용은 폭발성 가스가 존재하는 위험지역에서 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 열전도도 보정 질량유량계.
KR1020200032066A 2020-03-16 2020-03-16 열전도도 보정 질량유량계 KR102314819B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200032066A KR102314819B1 (ko) 2020-03-16 2020-03-16 열전도도 보정 질량유량계

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200032066A KR102314819B1 (ko) 2020-03-16 2020-03-16 열전도도 보정 질량유량계

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210115776A KR20210115776A (ko) 2021-09-27
KR102314819B1 true KR102314819B1 (ko) 2021-10-20

Family

ID=77925682

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200032066A KR102314819B1 (ko) 2020-03-16 2020-03-16 열전도도 보정 질량유량계

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102314819B1 (ko)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001165731A (ja) 1999-09-30 2001-06-22 Yazaki Corp フローセンサおよびこれを用いた流量計
JP2008002864A (ja) 2006-06-21 2008-01-10 Riken Keiki Co Ltd 熱式流量計および流量制御装置
JP2011180910A (ja) 2010-03-02 2011-09-15 Yamatake Corp 流量制御装置および流量制御方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10104183A (ja) * 1996-09-27 1998-04-24 Hitachi Ltd 湿度検出装置及びそれを用いた空気流量測定装置
KR20110006869U (ko) * 2009-12-31 2011-07-07 김원용 열식질량유량계의 비평형 길이 센서 소자
KR102116751B1 (ko) * 2013-08-28 2020-06-01 가부시키가이샤 호리바 에스텍 유체 분석 장치, 열식 유량계, 매스 플로우 컨트롤러, 유체 성질 특정 장치, 및 유체 분석 장치용 프로그램을 기억한 유체 분석 장치용 프로그램 기억 매체

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001165731A (ja) 1999-09-30 2001-06-22 Yazaki Corp フローセンサおよびこれを用いた流量計
JP2008002864A (ja) 2006-06-21 2008-01-10 Riken Keiki Co Ltd 熱式流量計および流量制御装置
JP2011180910A (ja) 2010-03-02 2011-09-15 Yamatake Corp 流量制御装置および流量制御方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20210115776A (ko) 2021-09-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6731936B2 (ja) Ｍｅｍｓ熱式流量センサ、及び流体の流量を測定する方法
US5975126A (en) Method and apparatus for detecting and controlling mass flow
JP5395193B2 (ja) 圧力式流量制御装置
CA2496204C (en) Thermal mass flowmeter apparatus and method with temperature correction
US5363689A (en) Calibration device for leak detecting instruments
JP5635079B2 (ja) 流速測定のための電磁流量計
US8590360B2 (en) Flowmeters and methods for diagnosis of sensor units
KR20140110083A (ko) 실시간으로 질량 유량 제어기를 통과하는 흐름을 모니터링하는 시스템 및 방법
EP2827112B1 (en) Temperature-compensation module for a fluid flow transducer
JP5110878B2 (ja) プロセス圧力センサのキャリブレーション
CN106104402B (zh) 提供压力不敏感自我验证的质量流量控制器的系统和方法
EP3153854A1 (en) Determination of combustion parameters from physical gas parameters
KR102314819B1 (ko) 열전도도 보정 질량유량계
CN108027287B (zh) 用于校准位于自动化技术过程中的温度传感器的方法
KR20110006869U (ko) 열식질량유량계의 비평형 길이 센서 소자
Olin New developments in thermal dispersion mass flow meters
CN110291372B (zh) 量热探针以及用于量热测量的方法
KR102190440B1 (ko) 열식 질량 유량계
Rate et al. Application
Horn et al. Self-calibrated PTC air flow sensor
Olin Advanced thermal dispersion mass flowmeters
ABBAS et al. The influence of Gas Type on a Thermal Mass Flowmeter Calibration Results
Thomas et al. Laminar flow elements
CA2240484C (en) Method and apparatus for detecting and controlling mass flow
KR20050120921A (ko) 질량 유량 측정 센서

Legal Events

Date Code Title Description
GRNT Written decision to grant