KR102390057B1 - 용량식 파고계 교정 시스템 및 교정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용량식 파고계 교정 시스템 및 교정 방법에 관한 것으로서, 특히 모형선의 모형시험을 진행하는 경우 파고 측정을 정확하고 간편하게 할 수 있는 용량식 파고계 교정 시스템 및 교정 방법에 관한 것이다.
본 발명의 용량식 파고계 교정 시스템은, 복수의 용량식 파고계의 검출선(capacity wire)이 부착된 모형선이 수조 내에 배치된 수중 리프트에 의해 상하로 승강하도록 이루어져, 수위의 변화에 따라 가변되는 커패시턴스 값을 용량식 파고계의 검출선을 통해 감지하도록 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

용량식 파고계 교정 시스템 및 교정 방법 {Capacitance type wave height meter calibration system and calibration method }

본 발명은 용량식 파고계 교정 시스템 및 교정 방법에 관한 것으로서, 특히 모형선의 모형시험을 진행하는 경우 파고 측정을 정확하고 간편하게 할 수 있는 용량식 파고계 교정 시스템 및 교정 방법에 관한 것이다.

파고계(波高計)는 파도의 높이를 측정하는 장비이다.

해안공학 및 해양공학 분야의 수리모형실험 연구에서 파도 계측은 가장 많이 이루어지고 또한 가장 중요한 일이다.

파고 계측은 시간에 따라 움직이는 수면의 변위(water surface elevation)를 연속적으로 계측하는 것이다.

수면 변위에 따라 선형적으로 전압이 달라지는 검출선(wire)을 이용하여 파고를 계측하게 되며, 검출선의 신호는 아날로그로 출력되지만 이것을 일정한 시간 간격(sampling interval)을 가지는 디지털 신호로 변환하여 파고계에 연결된 컴퓨터에 저장한다.

파고계의 종류에는 저항식 파고계, 용량식 파고계 등이 있다.

저항식 파고계(resistance wave gauge)는 길이가 같은 두 개의 병렬 검출선으로 이루어져 있다.

고주파 교류 전압이 검출선을 따라서 흐르며 수면의 높이가 변함에 따라 전도도가 변하는 특성을 이용하여 파도의 높이를 계측할 수 있다.

이러한 저항식 파고계는 수위 변화에 따라서 저항값이 상당히 좋은 선형 응답 특성을 나타내며, 분해능이 우수하다는 장점이 있다.

그러나, 염분과 온도에 따라 물의 전도도가 변하기 때문에 파고계의 교정을 자주 실시해야 한다는 단점이 있다.

실험을 시작하기 전에 파고계 교정을 반드시 실시해야 하며, 일교 차가 큰 경우에는 하루에도 오전과 오후에 2번 이상 교정을 하는 것이 바람직하다.

용량식 파고계(capacitance wave gauge)는 절연된 얇은 검출선과 이 선을 지지하여 받치고 있는 지지로드로 구성된다.

지지로드의 단면적을 가능한 작게 할수록 유체 운동 교란을 최소화할 수 있다.

검출선의 절연 두께가 균일하고 검출선 중간에 절연이 끊어진 곳이 없다면 용량식 파고계는 수위 변화에 따라 선형적으로 변화한다.

용량식 파고계의 검출선을 깨끗하게 잘 관리하면 상당히 오랜 시간 동안 안정적으로 사용할 수 있다.

실험 중 수면에 떠 있는 먼지나 오염 물질이 검출선에 달라붙을 경우 이상한 값을 나타낼 수 있기 때문에 주의를 기울여 살펴야 한다.

최근에는 용량식 파고계가 주로 사용되고 있는데, 이러한 용량식 파고계의 원리를 살펴보면 다음과 같다.

축선이 도체로 이루어진 절연 피복된 검출선은 수중에 넣으면 도체와 물 사이에 콘덴서(condenser)가 형성된다.

이것은 물을 0 level(G : Ground)로 하고 있으므로, 금속 도체와의 사이에 전위차가 생기기 때문에, 그 사이의 절연물은 콘덴서(condenser)적인 움직임으로 된다.

콘덴서(condenser)부분의 정전 용량은 수심이 변화하면 정전 용량도 변화하고, 이 변화는 비례하므로 수심이 깊게 되면 정전 용량은 증가하게 되고, 낮아지면 정전 용량은 감소하게 된다.

이 정전 용량을 검출 내부에서 그것에 비례한 전압에 변환하고, 다시 한번 본체 내부의 직류 증폭기에서 전압 증폭하여 기준위로부터 변화를 수치 변환하여 출력한다.

즉, 파고의 변위에 따라 가변되는 커패시턴스 값을 용량식 파고계의 검출선을 통해 감지하고, 가변 커패시턴스(CV) 값에 따라 변화되는 유도전압에 의하여 발진 주파수를 제공하는 발진부와, 발진 주파수에 포함된 잡음성분을 제거하는 필터부, 필터부에 의해 필터링된 발진 주파수를 증폭하는 증폭부를 통해 발진 주파수를 파고량으로 환산함으로써, 파고 측정이 가능해진다.

종래에는 용량식 파고계의 검출선을 개별적으로 교정한 후에 모형선에 부착한 다음, 추가적인 교정값 검증 작업이 없이 바로 모형시험을 진행하였다.

용량식 파고계의 경우, 신호 검출 원리가 전술한 바와 같이 정전 용량의 변화를 감지하는 것이므로, 설치 환경에 따라 신호의 변동이 있을 수 밖에 없다.

종래에는 검출선의 교정을 검출선 주위에 방해물이 없는 수조 내에서 진행하기 때문에 실제 모형시험을 진행하는 경우 파고 측정이 부정확한 문제점이 있다.

아울러, 종래에는 용량식 파고계의 검출선을 개별적으로 교정한 후 모형선에 부착해야 하므로, 모형시험을 준비하는 시간이 많이 소요되는 문제점이 있다.

또한, 종래에는 모형선이 수조 내에서 얼마만큼 수직 상하강 이동했는지 스틸자 등을 이용하여 일일이 눈으로 확인해야 하기 때문에 비효율적이고 정확도가 떨어지는 문제점이 있다.

KR 10-2067166 B1 (2020.02.11.공고)

본 발명의 목적은, 검출선의 교정을 종래와 같이 검출선 주위에 방해물이 없는 수조 내에서 진행하게 되면 실제 모형시험을 진행하는 경우의 환경과 다르기 때문에 교정값의 재검토가 필요하게 되므로, 모형선에 검출선(capacity wire)를 모두 부착한 후에 교정 작업을 함으로써 파고 측정을 정확하고 간편하게 할 수 있는 용량식 파고계 교정 시스템 및 교정 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 용량식 파고계의 검출선을 종래와 같이 개별적으로 교정한 후 모형선에 부착하지 않고, 모형선에 검출선(capacity wire)를 모두 부착한 후에 교정 작업을 함으로써 시간을 절약할 수 있는 용량식 파고계 교정 시스템 및 교정 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 모형선이 수조 내에서 얼마만큼 수직 상하강 이동했는지를 간편하고 정확하게 확인할 수 있어 작업의 효율성을 증대시킬 수 있는 용량식 파고계 교정 시스템 및 교정 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 용량식 파고계 교정 시스템은, 복수의 용량식 파고계의 검출선(capacity wire)이 부착된 모형선이 수조 내에 배치된 수중 리프트에 의해 상하로 승강하도록 이루어져, 수위의 변화에 따라 가변되는 커패시턴스 값을 용량식 파고계의 검출선을 통해 감지하도록 이루어진 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 따른 용량식 파고계 교정 시스템은, 수위의 변화에 따라 가변되는 커패시턴스 값을 용량식 파고계의 검출선을 통해 감지하도록 이루어진 것으로서, 수조 내에 배치되고, 복수의 용량식 파고계의 검출선(capacity wire)이 부착된 모형선을 상하로 승강시키는 수중 리프트; 상기 수중 리프트의 일측에 배치되어 상기 수조 내의 수위를 계측하는 레벨 센서; 및 상기 레벨 센서로부터 계측신호를 전달받아 상기 수중 리프트를 작동시켜 상기 모형선을 원하는 높이로 승강시키도록 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 수중 리프트는, 상기 모형선이 안착되도록 수조 내의 상부에 수평으로 배치되는 안착부; 상기 안착부와 이격되어 상기 수조 내의 바닥에 수평으로 배치되는 지지부; 상기 안착부와 지지부의 사이에 배치되어 상기 안착부와 지지부를 연결하는 연결부; 및 상기 안착부가 상하로 승강될 수 있도록 상기 연결부에 구동력을 제공하는 승강수단;을 포함한다.

이와 같은 상기 안착부는, 상호간 이격되어 나란하게 배치되는 복수의 중공 파이프를 포함할 수 있다.

또한, 상기 지지부는, 상호간 이격된 채로 나란하게 수조 내의 바닥에 배치되는 한 쌍의 제1지지 프레임과, 상기 한 쌍의 제1지지프레임의 양단부를 각각 연결하는 한 쌍의 제2지지프레임을 포함한다.

아울러, 상기 연결부는, 상기 한 쌍의 제1지지프레임의 사이에 상기 제1지지프레임의 길이방향과 직각방향으로 배치되어 양단부가 상기 한 쌍의 제1지지프레임에 각각 고정되는 제1지지축; 상기 한 쌍의 제1지지프레임의 사이에 상기 제1지지프레임의 길이방향과 직각방향으로 상기 제1지지축과 이격되게 배치되어 양단부가 상기 한 쌍의 제1지지프레임에 각각 고정되는 제2지지축; 상기 제1지지축과 대응되게 상기 안착부의 저면에 고정되는 제3지지축; 상기 제2지지축과 대응되게 상기 안착부의 저면에 고정되는 제4지지축; 일단은 상기 제1지지축의 일단부에 회동 가능하게 결합되고, 타단은 상기 제4지지축의 일단부에 회동 가능하게 결합되는 제1연결프레임; 일단은 상기 제2지지축의 일단부에 회동 가능하게 결합되고, 타단은 상기 제3지지축의 일단부에 회동 가능하게 결합되는 제2연결프레임; 일단은 상기 제1지지축의 타단부에 회동 가능하게 결합되고, 타단은 상기 제4지지축의 타단부에 회동 가능하게 결합되는 제3연결프레임; 일단은 상기 제2지지축의 타단부에 회동 가능하게 결합되고, 타단은 상기 제3지지축의 타단부에 회동 가능하게 결합되는 제4연결프레임; 및 상기 제1지지프레임의 길이방향과 직각방향으로 배치되고, 일단은 상기 제1연결프레임과 제2연결프레임의 길이방향 중앙부에 결합되며, 타단은 상기 제3연결프레임과 제4연결프레임의 길이방향 중앙부에 결합되는 제5지지축;을 포함하고, 상기 제1연결프레임 내지 제4연결프레임은 상기 제5지지축에 대하여 회동 가능하게 결합되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 승강수단은, 상기 제1연결프레임과 제3연결프레임의 사이에 배치되고, 상기 길이방향 중앙부 보다 아래쪽에 위치한 상기 제1연결프레임 하측과 제3연결프레임의 하측에 양단부가 고정되는 하부 지지축; 상기 제2연결프레임과 제4연결프레임의 사이에 배치되고, 상기 길이방향 중앙부 보다 위쪽에 위치한 상기 제2연결프레임의 상측과 제4연결프레임의 상측에 양단부가 고정되는 상부 지지축; 및 상기 하부 지지축에 고정되는 실린더와, 상기 실린더 내부에서 직선왕복운동하고 단부가 상기 실린더의 외부로 노출되어 상기 상부 지지축에 고정되는 피스톤 로드로 구성된 유압 실린더;를 포함한다.

한편, 본 발명에 따른 용량식 파고계 교정 시스템은, 상기 모형선에 부착된 복수의 용량식 파고계의 검출선(capacity wire)과 연결된 케이블을 포함하는 다수의 케이블들을 홀딩하여 수조 내에 빠지지 않도록 수중 리프트에 설치되는 케이블 홀더를 더 포함할 수 있다.

이때, 상기 케이블 홀더는, 상기 수중 리프트에 절첩 가능하도록 마련된다.

이와 같은 상기 케이블 홀더는, 소정 길이로 이루어지고, 일단이 상기 수중 리프트의 상단 일측에 힌지 결합하는 제1홀더; 및 소정 길이로 이루어지고, 일측단이 상기 제1홀더의 타단에 힌지 결합하는 제2홀더;를 포함하고, 용량식 파고계의 교정 작업시에는 상기 제1홀더를 상기 수중 리프트의 상단에 수직으로 세운 다음 상기 제2홀더를 수평으로 전개하여 사용하고, 용량식 파고계의 교정 작업을 하지 않는 경우에는 상기 제2홀더를 상기 제1홀더에 겹치도록 포갠 다음 상기 제1홀더를 상기 수중 리프트의 상단에 수평으로 접을 수 있게 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 레벨 센서는, 초음파 레벨 센서인 것이 바람직하다.

아울러, 본 발명에 따른 용량식 파고계 교정 시스템은, 상기 레벨 센서로부터 계측된 수조 내의 수위에 대한 정보를 전달받아 디스플레이하는 디스플레이부를 더 포함할 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 관점에 따른 용량식 파고계 교정 방법은 전술한 용량식 파고계 교정 시스템을 이용하여 용량식 파고계를 교정하는 것을 특징으로 한다.

기타 실시예의 구체적인 사항은 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 및 첨부 "도면"에 포함되어 있다.

본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 각종 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.

그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 각 실시예의 구성만으로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로도 구현될 수도 있으며, 단지 본 명세서에서 개시한 각각의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐임을 알아야 한다.

본 발명에 의할 경우, 검출선의 교정을 종래와 같이 검출선 주위에 방해물이 없는 수조 내에서 진행하게 되면 실제 모형시험을 진행하는 경우의 환경과 다르기 때문에 교정값의 재검토가 필요하게 되므로, 모형선에 검출선(capacity wire)를 모두 부착한 후에 수중 리프트를 이용하여 용량식 파고계를 교정함으로써 파고 측정을 정확하고 간편하게 할 수 있게 된다.

아울러, 본 발명에 의할 경우, 용량식 파고계의 검출선을 종래와 같이 개별적으로 교정한 후 모형선에 부착하지 않고, 모형선에 검출선(capacity wire)를 모두 부착한 후에 교정 작업을 함으로써 시간을 절약할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 의할 경우, 레벨 센서와 디스플레이부를 마련함으로써, 모형선이 수조 내에서 얼마만큼 수직 상하강 이동했는지를 간편하고 정확하게 확인할 수 있어 작업의 효율성을 증대시킬 수 있게 된다.

아울러, 본 발명에 의할 경우, 케이블 홀더를 수중 리프트에 마련함으로써, 모형선에 부착된 복수의 용량식 파고계의 검출선(capacity wire)과 연결된 케이블을 포함하는 다수의 케이블들을 홀딩하여 수조 내에 빠지지 않도록 할 수 있게 된다.

게다가, 본 발명에 의할 경우, 용량식 파고계의 교정 작업을 하지 않는 경우에는 케이블 홀더를 수중 리프트에 접을 수 있도록 구성함으로써, 수중 리프트의 운반 또는 유지 보수하는데 편의성을 제공하게 된다.

또한, 본 발명에 의할 경우, 레벨 센서로부터 계측신호를 전달받아 수중 리프트를 작동시켜 모형선을 원하는 높이로 승강시킬 수 있도록 구성함으로써, 작업의 효율성과 정확도를 향상시킬 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 용량식 파고계 교정 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 용량식 파고계 교정 시스템에 채용된 수중 리프트를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 용량식 파고계 교정 시스템에 채용된 수중 리프트를 정면에서 바라본 상태를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3의 평면도이다.
도 5는 도 3의 측면도이다.
도 6은 도 3의 수중 리프트가 접힌 상태를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 용량식 파고계 교정 시스템에 채용된 센서 케이블 홀더가 접힌 상태를 나타낸 도면이다.
도 8은 도 1의 센서 케이블 홀더를 측면에서 바라본 상태를 나타낸 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명을 상세하게 설명하기 전에, 본 명세서에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 무조건 한정하여 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 발명자가 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해서 각종 용어의 개념을 적절하게 정의하여 사용할 수 있고, 더 나아가 이들 용어나 단어는 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 함을 알아야 한다.

즉, 본 명세서에서 사용된 용어는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기 위해서 사용되는 것일 뿐이고, 본 발명의 내용을 구체적으로 한정하려는 의도로 사용된 것이 아니며, 이들 용어는 본 발명의 여러 가지 가능성을 고려하여 정의된 용어임을 알아야 한다.

또한, 본 명세서에 있어서, 단수의 표현은 문맥상 명확하게 다른 의미로 지시하지 않는 이상, 복수의 표현을 포함할 수 있으며, 유사하게 복수로 표현되어 있다고 하더라도 단수의 의미를 포함할 수 있음을 알아야 한다.

본 명세서의 전체에 걸쳐서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소를 "포함"한다고 기재하는 경우에는, 특별히 반대되는 의미의 기재가 없는 한 임의의 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 임의의 다른 구성 요소를 더 포함할 수도 있다는 것을 의미할 수 있다.

더 나아가서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "내부에 존재하거나, 연결되어 설치된다"고 기재한 경우에는, 이 구성 요소가 다른 구성 요소와 직접적으로 연결되어 있거나 접촉하여 설치되어 있을 수 있고, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있을 수도 있으며, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있는 경우에 대해서는 해당 구성 요소를 다른 구성 요소에 고정 내지 연결시키기 위한 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재할 수 있으며, 이 제 3의 구성 요소 또는 수단에 대한 설명은 생략될 수도 있음을 알아야 한다.

반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결"되어 있다거나, 또는 "직접 접속"되어 있다고 기재되는 경우에는, 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재하지 않는 것으로 이해하여야 한다.

마찬가지로, 각 구성 요소 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 " ~ 사이에"와 "바로 ~ 사이에", 또는 " ~ 에 이웃하는"과 " ~ 에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지의 취지를 가지고 있는 것으로 해석되어야 한다.

또한, 본 명세서에 있어서 "일면", "타면", "일측", "타측", "제 1", "제 2" 등의 용어는, 사용된다면, 하나의 구성 요소에 대해서 이 하나의 구성 요소가 다른 구성 요소로부터 명확하게 구별될 수 있도록 하기 위해서 사용되며, 이와 같은 용어에 의해서 해당 구성 요소의 의미가 제한적으로 사용되는 것은 아님을 알아야 한다.

또한, 본 명세서에서 "상", "하", "좌", "우" 등의 위치와 관련된 용어는, 사용된다면, 해당 구성 요소에 대해서 해당 도면에서의 상대적인 위치를 나타내고 있는 것으로 이해하여야 하며, 이들의 위치에 대해서 절대적인 위치를 특정하지 않는 이상은, 이들 위치 관련 용어가 절대적인 위치를 언급하고 있는 것으로 이해하여서는 아니된다.

더욱이, 본 발명의 명세서에서는, "…부", "…기", "모듈", "장치" 등의 용어는, 사용된다면, 하나 이상의 기능이나 동작을 처리할 수 있는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있음을 알아야 한다.

또한, 본 명세서에서는 각 도면의 각 구성 요소에 대해서 그 도면 부호를 명기함에 있어서, 동일한 구성 요소에 대해서는 이 구성 요소가 비록 다른 도면에 표시되더라도 동일한 도면 부호를 가지고 있도록, 즉 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지시하고 있다.

본 명세서에 첨부된 도면에서 본 발명을 구성하는 각 구성 요소의 크기, 위치, 결합 관계 등은 본 발명의 사상을 충분히 명확하게 전달할 수 있도록 하기 위해서 또는 설명의 편의를 위해서 일부 과장 또는 축소되거나 생략되어 기술되어 있을 수 있고, 따라서 그 비례나 축척은 엄밀하지 않을 수 있다.

또한, 이하에서, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 구성, 예를 들어, 종래 기술을 포함하는 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략될 수도 있다.

도 1은 본 발명에 따른 용량식 파고계 교정 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.

본 발명에 따른 용량식 파고계 교정 시스템은, 복수의 용량식 파고계의 검출선(capacity wire)(W)이 부착된 모형선(M)이 수조 내에 배치된 수중 리프트(10)에 의해 상하로 승강하도록 이루어져, 수위의 변화에 따라 가변되는 커패시턴스 값을 용량식 파고계의 검출선(W)을 통해 감지하도록 이루어진다.

이와 같은 본 발명에 따른 용량식 파고계 교정 시스템은, 수중 리프트(10), 레벨 센서(20) 및 제어부(미도시)를 포함하여 이루어진다.

수중 리프트(10)는 수조 내에 배치되고, 복수의 용량식 파고계의 검출선(capacity wire)(W)이 부착된 모형선(M)을 상하로 승강시키는 것으로서, 이에 대한 설명은 후술하기로 한다.

레벨 센서(20)는 수중 리프트(10)의 일측에 배치되어 수조 내의 수위를 계측하는 것이다.

레벨 센서는 수위를 측정하는 센서로서, 이러한 수위 센서, 즉 레벨 센서는 두 가지 유형으로 나뉜다.

포인트 레벨 센서는 단일한 별개의 액체 높이인 현재 수위 조건을 표시하는데 사용된다.

일반적으로 이러한 유형의 레벨 센서는 수위가 너무 낮거나 높은 상황을 설정하여 알리도록 수위지시계의 기능도 할 수 있다.

지속 수위에 대한 레벨 센서는 정전 용량 센서로 더 정교하며 전체 시스템에 대한 수위 모니터링을 제공할 수 있다.

이러한 센서는 한 지점에서보다는 용기 내의 유체 수위를 측정하여 용기 내의 수위와 직접적인 관계를 가지는 아날로그 출력을 생성한다.

이 출력 신호를 공정 컨트롤 루프와 디스플레이(지시계)에 링크하여 수위 측정 시스템을 구축할 수 있다.

이와 같은 레벨 센서의 종류에 대해서 살펴보면 다음과 같다.

① 접촉식 레벨 센서인 레벨 스위치(플로트 스위치)는 포인트 레벨 센서에서 자기 부유는 액체 표면을 따라 움직이며 중심부분에 있는 밀폐된 리드 스위치(reed switch)를 작동시킨다.

간단하고 유지관리 비용이 낮은 설계로, 쉽게 설치 가능하며 충격, 진동 및 압력을 최소화하고 다양한 매개체와 함께 쓸 수 있다.

리드 스위치는 SPST (single point single throw) 타입이나 SPDT (single point double throw) 타입이다.

② 비접촉 초음파 레벨 센서는 아날로그 신호 처리장치, 마이크로 프로세서, 2진법으로 코딩된 10진수(BCD) 범위 스위치, 그리고 출력 드라이버 회로를 포함한다.

마이크로 프로세서의 경로로부터 아날로그 신호 처리장치를 통하여 센서로 펄스와 게이트 신호를 전송하며 센서는 초음파를 액체 표면에 비춘다.

센서는 표면으로부터 반향을 감지하여 센서와 표면 수위 간의 거리를 디지털로 나타내기 위하여 이를 다시 마이크로 프로세서로 보낸다.

수신 신호의 지속적인 갱신을 통하여 마이크로 프로세서는 액체 수위의 측정을 위한 평균값을 계산한다.

지속 센서의 경우 마이크로 프로세서는 평균값을 액체 수위와 선형인 4부터 20 mA까지의 아날로그 신호로 전환한다.

수위로부터의 반향이 8초 내에 센서로 반환되지 않으면 시스템의 출력 신호는 4 mA 아래로 떨어지게 되며, 이는 저 수위 상황이나 빈 배관을 나타낸다.

포인트 센서의 경우 마이크로 프로세서는 평균값을 BCD 전환 설정과 비교하고, 고 수위 또는 저 수위 표시를 위하여 출력 계전기에 전원을 공급한다.

8초를 초과하는 신호 손실은 계전기의 전원 공급을 중단하고 원래의 상태로 복원한다.

이 센서는 표면의 난류효과를 최소화하는 0.5초의 딜레이를 가지게 된다.

③ 접촉식 초음파 레벨 센서에 속하는 저에너지 초음파 장비는 특정 지점의 액체 수위를 측정한다.

현장에서 장착 가능한 센서와 내장 솔리드 스테이트 증폭기로 이루어져 있으며, 접촉식 초음파 센서는 가동부가 없고 교정이 불필요하다.

보통 이 센서에는 전력원과 외부 제어장치로의 연결을 위한 단말 블록이 장착되어 있다.

초음파 신호는 센서에 있는 0.5인치의 틈을 가로질러 틈에 액체가 있는 경우 계전기 스위치를 제어한다.

감지 수위는 수평으로 장착된 센서의 경우 틈을 따라 중간에 위치하며 수직으로 장착된 센서의 경우 틈의 위에 위치한다.

액체가 이 수위 아래로 떨어지면 초음파 신호는 약해지고 마지막에는 계전기를 이전 상태로 전환시킨다.

이러한 센서는 펌프, 솔레노이드 밸브 및 고/저 알람을 자동으로 작동시키기 위하여 용기나 배관 내에서 사용된다.

빈 탱크를 채우고 액체 부피를 측정하는데 두 개가 필요할 수 있다.

대부분의 액체와 호환 가능하며 코팅, 맺혀있는 물방울, 거품 및 증기의 영향을 받지 않는다.

그러나, 탄산가스 함유량이 높은 액체 또는 센서의 틈을 매울 정도로 점도가 높은 액체는 문제를 초래할 수 있다.

④ 초음파 센서와 마찬가지로 정전 용량 센서는 포인트 레벨 또는 지속 수위를 측정한다.

이러한 센서는 센서 프로브로 탱크 내의 액체 수위 변화를 모니터링 하고, 전자적으로 용량 및 저항 수치에 대한 출력을 조절하여 측정 수치를 아날로그 신호로 변환한다.

프로브와 용기 벽면은 액체에서 유전 매개체(dielectric medium)로의 콘덴서의 두 판과 동일하다.

신호는 수위 변화만으로 발생하기 때문에, 물질이 센서 프로브에 묻어 측정 결과에 영향을 끼치지는 않는다.

단, 비전도성 액체 용기의 경우 이중 프로브 또는 외장 전도 스트립에 영향을 줄 수 있다.

프로브는 견고한 타입과 신축성이 있는 타입이 있다.

보통 PTFE로 절연 처리된 도선을 사용한다.

신축성이 있는 프로브는 견고한 금속 프로브를 사용하기에는 공간이 충분하지 않거나, 매우 긴 길이를 필요로 하는 적용분야에서 사용한다.

견고한 타입 프로브 재질은 보통 스테인리스 강을 이용하며, 비전도성, 과립형 또는 유전체 속성(4보다 낮은 유전율)이 낮은 액체를 측정하는데 필요한 추가 감도를 제공한다.

견고한 탐침기는 특히 난류 시스템에서 탐침기의 흔들림이 신호 변동을 초래하는 경우 높은 안정성을 제공한다.

전술한 바와 같이 레벨 센서의 종류는 여러 가지가 있지만, 본 발명에 채용되는 레벨 센서(20)는, 비접촉식 초음파 레벨 센서인 것이 바람직하다.

제어부(미도시)는 레벨 센서(20)로부터 계측신호를 전달받아 수중 리프트(10)를 작동시켜 모형선(M)을 원하는 높이로 승강시키도록 제어하는 것으로서, 수중 리프트(10)에 설치될 수도 있고, 수중 리프트(10)와 별도로 설치될 수도 있다.

한편, 본 발명에 따른 용량식 파고계 교정 시스템은, 레벨 센서(20)로부터 계측된 수조 내의 수위에 대한 정보를 전달받아 디스플레이하는 디스플레이부(50)를 더 포함할 수 있다.

이처럼 레벨 센서(20)와 디스플레이부(50)를 연동되게 마련함으로써, 모형선(M)이 수조 내에서 얼마만큼 수직 상하강 이동했는지를 간편하고 정확하게 확인할 수 있어 작업의 효율성을 증대시킬 수 있게 된다.

도 2는 본 발명에 따른 용량식 파고계 교정 시스템에 채용된 수중 리프트를 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 용량식 파고계 교정 시스템에 채용된 수중 리프트를 정면에서 바라본 상태를 나타낸 도면이다.

또한, 도 4는 도 3의 평면도이고, 도 5는 도 3의 측면도이다.

수중 리프트(10)는, 안착부(11), 지지부(13), 연결부(15) 및 승강수단(17)을 포함한다.

안착부(11)는 모형선(M)이 안착되도록 수조 내의 상부에 수평으로 배치되는 것으로서, 상호간 이격되어 나란하게 배치되는 복수의 중공 파이프(11a)를 포함한다.

이처럼 복수의 중공 파이프(11a)가 상호간 이격되도록 배치함으로써, 이격된 공간 사이로 수조 내의 물이 통과할 수 있게 되고, 파이프를 중공으로 형성함으로써 전체 무게를 줄일 수 있게 된다.

지지부(13)는 안착부(11)와 이격되어 수조 내의 바닥에 수평으로 배치되는 것으로서, 상호간 이격된 채로 나란하게 수조 내의 바닥에 배치되는 한 쌍의 제1지지 프레임(13a)과, 한 쌍의 제1지지프레임(13a)의 양단부를 각각 연결하는 한 쌍의 제2지지프레임(13b)을 포함한다.

이에 따라, 지지부(13)는 사각 틀 형태를 이루게 된다.

연결부(15)는 안착부(11)와 지지부(13)의 사이에 배치되어 안착부(11)와 지지부(13)를 연결하는 것으로서, 한 쌍의 제1지지프레임(13a)의 사이에 제1지지프레임(13a)의 길이방향과 직각방향으로 배치되어 양단부가 한 쌍의 제1지지프레임(13a)에 각각 고정되는 제1지지축(S1); 한 쌍의 제1지지프레임(13a)의 사이에 제1지지프레임(13a)의 길이방향과 직각방향으로 제1지지축(S1)과 이격되게 배치되어 양단부가 한 쌍의 제1지지프레임(13a)에 각각 고정되는 제2지지축(S2); 제1지지축(S1)과 대응되게 안착부(11)의 저면에 고정되는 제3지지축(S3); 제2지지축(S2)과 대응되게 안착부(11)의 저면에 고정되는 제4지지축(S4); 일단은 제1지지축(S1)의 일단부에 회동 가능하게 결합되고, 타단은 제4지지축(S4)의 일단부에 회동 가능하게 결합되는 제1연결프레임(F1); 일단은 제2지지축(S2)의 일단부에 회동 가능하게 결합되고, 타단은 제3지지축(S3)의 일단부에 회동 가능하게 결합되는 제2연결프레임(F2); 일단은 제1지지축(S1)의 타단부에 회동 가능하게 결합되고, 타단은 제4지지축(S4)의 타단부에 회동 가능하게 결합되는 제3연결프레임(F3); 일단은 제2지지축(S2)의 타단부에 회동 가능하게 결합되고, 타단은 제3지지축(S3)의 타단부에 회동 가능하게 결합되는 제4연결프레임(F4); 및 제1지지프레임(13a)의 길이방향과 직각방향으로 배치되고, 일단은 제1연결프레임(F1)과 제2연결프레임(F2)의 길이방향 중앙부에 결합되며, 타단은 제3연결프레임(F3)과 제4연결프레임(F4)의 길이방향 중앙부에 결합되는 제5지지축(S5);을 포함한다.

이때, 제1연결프레임(F1) 내지 제4연결프레임(F4)은 제5지지축(S5)에 대하여 회동 가능하게 결합된다.

승강수단(17)은 안착부(11)가 상하로 승강될 수 있도록 연결부(15)에 구동력을 제공하는 것으로서, 하부 지지축(L), 상부 지지축(U) 및 유압 실린더(P)를 포함하여 이루어진다.

하부 지지축(L)은 제1연결프레임(F1)과 제3연결프레임(F3)의 사이에 배치되고, 길이방향 중앙부 보다 아래쪽에 위치한 제1연결프레임(F1) 하측과 제3연결프레임(F3)의 하측에 양단부가 고정된다.

상부 지지축(U)은 제2연결프레임(F2)과 제4연결프레임(F4)의 사이에 배치되고, 길이방향 중앙부 보다 위쪽에 위치한 제2연결프레임(F2)의 상측과 제4연결프레임(F4)의 상측에 양단부가 고정된다.

유압 실린더(P)는 하부 지지축(L)에 고정되는 실린더(P1)와, 실린더(P1) 내부에서 직선왕복운동하고 단부가 실린더(P1)의 외부로 노출되어 상부 지지축(U)에 고정되는 피스톤 로드(P2)로 구성된다.

도 6은 도 3의 수중 리프트가 접힌 상태를 나타낸 도면이다.

수중 리프트(10)의 승강수단(17)에서 유압 실린더(P)의 피스톤 로드(P2)가 실린더(P1)의 내부로 일정 만큼 당겨지게 되면, 피스톤 로드(P2)가 결합된 상부 지지축(U)이 하방으로 당겨지게 된다.

이에 따라, 상부 지지축(U)이 고정된 제2연결프레임(F2)의 상측과 제4연결프레임(F4)의 상측도 하방으로 당겨지고, 제5지지축(S5)에 회동 가능하게 결합된 제1연결프레임(F1) 및 제3연결프레임(F3)도 하방으로 이동하게 됨으로써, 안착부(11)가 하방으로 이동하게 되는 것이다.

도 7은 본 발명에 따른 용량식 파고계 교정 시스템에 채용된 센서 케이블 홀더가 접힌 상태를 나타낸 도면이고, 도 8은 도 1의 센서 케이블 홀더를 측면에서 바라본 상태를 나타낸 도면이다.

본 발명에 따른 용량식 파고계 교정 시스템은, 모형선(M)에 부착된 복수의 용량식 파고계의 검출선(capacity wire)(W)과 연결된 케이블을 포함하는 다수의 케이블들을 홀딩하여 수조 내에 빠지지 않도록 수중 리프트(10)에 설치되는 케이블 홀더(40)를 더 포함할 수 있다.

이때, 케이블 홀더(40)는, 수중 리프트(10)에 절첩 가능하도록 마련되는데, 이러한 케이블 홀더(40)는, 소정 길이로 이루어지고, 일단이 수중 리프트(10)의 상단 일측에 힌지 결합하는 제1홀더(H1); 및 소정 길이로 이루어지고, 일측단이 제1홀더(H1)의 타단에 힌지 결합하는 제2홀더(H2);를 포함한다.

용량식 파고계의 교정 작업시에는 제1홀더(H1)를 수중 리프트(10)의 상단에 수직으로 세운 다음 제2홀더(H2)를 수평으로 전개하여 사용하고, 용량식 파고계의 교정 작업을 하지 않는 경우에는 제2홀더(H2)를 제1홀더(H1)에 겹치도록 포갠 다음 제1홀더(H1)를 수중 리프트(10)의 상단에 수평으로 접을 수 있게 이루어진다.

이러한 제1홀더(H1)와 제2홀더(H2)는 중공으로 이루어져 그 내부를 통해 복수의 용량식 파고계의 검출선(capacity wire)과 연결된 케이블을 포함하는 다수의 케이블들이 연결될 수도 있고, 필요에 따라서는 제1홀더(H1) 또는 제2홀더(H2)에 집게 형태의 추가 홀딩장치를 설치할 수도 있을 것이다.

이처럼 용량식 파고계의 교정 작업을 하지 않는 경우에는 케이블 홀더(40)를 수중 리프트(10)에 접을 수 있도록 구성함으로써, 수중 리프트(10)의 운반 또는 유지 보수하는데 편의성을 제공할 수 있는 장점이 있다.

한편, 본 발명의 다른 관점에 따른 용량식 파고계 교정 방법은 전술한 용량식 파고계 교정 시스템을 이용하여 용량식 파고계를 교정하는 것을 특징으로 한다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 용량식 파고계 교정 시스템을 이용하여 용량식 파고계를 교정하는 방법에 의하면, 검출선의 교정을 종래와 같이 검출선 주위에 방해물이 없는 수조 내에서 진행하게 되면 실제 모형시험을 진행하는 경우의 환경과 다르기 때문에 교정값의 재검토가 필요하게 되므로, 모형선에 검출선(capacity wire)를 모두 부착한 후에 수중 리프트를 이용하여 용량식 파고계를 교정함으로써 파고 측정을 정확하고 간편하게 할 수 있는 장점이 있다.

아울러, 용량식 파고계의 검출선을 종래와 같이 개별적으로 교정한 후 모형선에 부착하지 않고, 모형선에 검출선(capacity wire)를 모두 부착한 후에 교정 작업을 함으로써 시간을 절약할 수 있는 장점이 있다.

이상, 일부 예를 들어서 본 발명의 바람직한 여러 가지 실시예에 대해서 설명하였지만, 본 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 항목에 기재된 여러 가지 다양한 실시예에 관한 설명은 예시적인 것에 불과한 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이상의 설명으로부터 본 발명을 다양하게 변형하여 실시하거나 본 발명과 균등한 실시를 행할 수 있다는 점을 잘 이해하고 있을 것이다.

또한, 본 발명은 다른 다양한 형태로 구현될 수 있기 때문에 본 발명은 상술한 설명에 의해서 한정되는 것이 아니며, 이상의 설명은 본 발명의 개시 내용이 완전해지도록 하기 위한 것으로 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항에 의해서 정의될 뿐임을 알아야 한다.

10 : 수중 리프트
11 : 안착부
13 : 지지부
13a : 제1지지프레임
13b : 제2지지프레임
15 : 연결부
S1 : 제1지지축
S2 : 제2지지축
S3 : 제3지지축
S4 : 제4지지축
S5 : 제5지지축
F1 : 제1연결프레임
F2 : 제2연결프레임
F3 : 제3연결프레임
F4 : 제4연결프레임
17 : 승강수단
L : 하부 지지축
U : 상부 지지축
P : 유압실린더
P1 : 실린더
P2 : 피스톤 로드
20 : 레벨 센서
40 : 케이블 홀더
H1 : 제1홀더
H2 : 제2홀더
50 : 디스플레이부

Claims (13)

1. 복수의 용량식 파고계의 검출선(capacity wire)이 부착된 모형선이 수조 내에 배치된 수중 리프트에 의해 상하로 승강하도록 이루어져, 수위의 변화에 따라 가변되는 커패시턴스 값을 용량식 파고계의 검출선을 통해 감지하도록 이루어지고,
   상기 모형선에 부착된 복수의 용량식 파고계의 검출선(capacity wire)과 연결된 케이블을 포함하는 다수의 케이블들을 홀딩하여 수조 내에 빠지지 않도록 상기 수중 리프트에 설치되는 케이블 홀더를 포함하는 것을 특징으로 하는,
   용량식 파고계 교정 시스템.
   
2. 수위의 변화에 따라 가변되는 커패시턴스 값을 용량식 파고계의 검출선을 통해 감지하도록 이루어진 용량식 파고계 교정 시스템으로서,
   수조 내에 배치되고, 복수의 용량식 파고계의 검출선(capacity wire)이 부착된 모형선을 상하로 승강시키는 수중 리프트;
   상기 수중 리프트의 일측에 배치되어 상기 수조 내의 수위를 계측하는 레벨 센서;
   상기 레벨 센서로부터 계측신호를 전달받아 상기 수중 리프트를 작동시켜 상기 모형선을 원하는 높이로 승강시키도록 제어하는 제어부; 및
   상기 모형선에 부착된 복수의 용량식 파고계의 검출선(capacity wire)과 연결된 케이블을 포함하는 다수의 케이블들을 홀딩하여 수조 내에 빠지지 않도록 상기 수중 리프트에 설치되는 케이블 홀더;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
   용량식 파고계 교정 시스템.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 수중 리프트는,
   상기 모형선이 안착되도록 수조 내의 상부에 수평으로 배치되는 안착부;
   상기 안착부와 이격되어 상기 수조 내의 바닥에 수평으로 배치되는 지지부;
   상기 안착부와 지지부의 사이에 배치되어 상기 안착부와 지지부를 연결하는 연결부; 및
   상기 안착부가 상하로 승강될 수 있도록 상기 연결부에 구동력을 제공하는 승강수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는,
   용량식 파고계 교정 시스템.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 안착부는,
   상호간 이격되어 나란하게 배치되는 복수의 중공 파이프를 포함하는 것을 특징으로 하는,
   용량식 파고계 교정 시스템.
   
5. 청구항 3에 있어서,
   상기 지지부는,
   상호간 이격된 채로 나란하게 수조 내의 바닥에 배치되는 한 쌍의 제1지지 프레임과,
   상기 한 쌍의 제1지지프레임의 양단부를 각각 연결하는 한 쌍의 제2지지프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는,
   용량식 파고계 교정 시스템.
   
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 연결부는,
   상기 한 쌍의 제1지지프레임의 사이에 상기 제1지지프레임의 길이방향과 직각방향으로 배치되어 양단부가 상기 한 쌍의 제1지지프레임에 각각 고정되는 제1지지축;
   상기 한 쌍의 제1지지프레임의 사이에 상기 제1지지프레임의 길이방향과 직각방향으로 상기 제1지지축과 이격되게 배치되어 양단부가 상기 한 쌍의 제1지지프레임에 각각 고정되는 제2지지축;
   상기 제1지지축과 대응되게 상기 안착부의 저면에 고정되는 제3지지축;
   상기 제2지지축과 대응되게 상기 안착부의 저면에 고정되는 제4지지축;
   일단은 상기 제1지지축의 일단부에 회동 가능하게 결합되고, 타단은 상기 제4지지축의 일단부에 회동 가능하게 결합되는 제1연결프레임;
   일단은 상기 제2지지축의 일단부에 회동 가능하게 결합되고, 타단은 상기 제3지지축의 일단부에 회동 가능하게 결합되는 제2연결프레임;
   일단은 상기 제1지지축의 타단부에 회동 가능하게 결합되고, 타단은 상기 제4지지축의 타단부에 회동 가능하게 결합되는 제3연결프레임;
   일단은 상기 제2지지축의 타단부에 회동 가능하게 결합되고, 타단은 상기 제3지지축의 타단부에 회동 가능하게 결합되는 제4연결프레임; 및
   상기 제1지지프레임의 길이방향과 직각방향으로 배치되고, 일단은 상기 제1연결프레임과 제2연결프레임의 길이방향 중앙부에 결합되며, 타단은 상기 제3연결프레임과 제4연결프레임의 길이방향 중앙부에 결합되는 제5지지축;을 포함하고,
   상기 제1연결프레임 내지 제4연결프레임은 상기 제5지지축에 대하여 회동 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는,
   용량식 파고계 교정 시스템.
   
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 승강수단은,
   상기 제1연결프레임과 제3연결프레임의 사이에 배치되고, 상기 제1연결프레임 및 제3연결프레임의 길이방향 중앙부 보다 아래쪽에 위치한 상기 제1연결프레임 하측과 제3연결프레임의 하측에 양단부가 고정되는 하부 지지축;
   상기 제2연결프레임과 제4연결프레임의 사이에 배치되고, 상기 제2연결프레임 및 제4연결프레임의 길이방향 중앙부 보다 위쪽에 위치한 상기 제2연결프레임의 상측과 제4연결프레임의 상측에 양단부가 고정되는 상부 지지축; 및
   상기 하부 지지축에 고정되는 실린더와, 상기 실린더 내부에서 직선왕복운동하고 단부가 상기 실린더의 외부로 노출되어 상기 상부 지지축에 고정되는 피스톤 로드로 구성된 유압 실린더;를 포함하는 것을 특징으로 하는.
   용량식 파고계 교정 시스템.
   
8. 삭제
9. 청구항 2에 있어서,
   상기 케이블 홀더는,
   상기 수중 리프트에 절첩 가능하도록 마련되는 것을 특징으로 하는.
   용량식 파고계 교정 시스템.
   
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 케이블 홀더는,
    소정 길이로 이루어지고, 일단이 상기 수중 리프트의 상단 일측에 힌지 결합하는 제1홀더; 및
    소정 길이로 이루어지고, 일측단이 상기 제1홀더의 타단에 힌지 결합하는 제2홀더;를 포함하고,
    용량식 파고계의 교정 작업시에는 상기 제1홀더를 상기 수중 리프트의 상단에 수직으로 세운 다음 상기 제2홀더를 수평으로 전개하여 사용하고,
    용량식 파고계의 교정 작업을 하지 않는 경우에는 상기 제2홀더를 상기 제1홀더에 겹치도록 포갠 다음 상기 제1홀더를 상기 수중 리프트의 상단에 수평으로 접을 수 있게 이루어진 것을 특징으로 하는.
    용량식 파고계 교정 시스템.
    
11. 청구항 2에 있어서,
    상기 레벨 센서는,
    초음파 레벨 센서인 것을 특징으로 하는.
    용량식 파고계 교정 시스템.
    
12. 청구항 2에 있어서,
    상기 레벨 센서로부터 계측된 수조 내의 수위에 대한 정보를 전달받아 디스플레이하는 디스플레이부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는.
    용량식 파고계 교정 시스템.
    
13. 청구항 1 내지 청구항 7, 청구항 9 내지 청구항 12 중 어느 하나의 청구항에 따른 용량식 파고계 교정 시스템을 이용한 용량식 파고계 교정 방법.

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