KR102521351B1

KR102521351B1 - 정밀 시그널 밸브

Info

Publication number: KR102521351B1
Application number: KR1020210008444A
Authority: KR
Inventors: 윤용현
Original assignee: 윤용현
Priority date: 2021-01-21
Filing date: 2021-01-21
Publication date: 2023-04-13
Also published as: KR20220105741A

Abstract

본 발명은 나사산을 가지고 나사산을 통해 외부의 제1 파이프와 결합하고 상측에 유량제어 홈을 가지는 제1 관로, 나사산을 가지고 통해 외부의 제2 파이프와 결합하는 제2 관로, 원뿔형의 형상을 가지고 유량제어 홈에서의 상하 이동으로 제1 파이프와 제2 파이프 사이의 유체의 유량을 제어하는 유량제어 콘, 일 측면이 유량제어 콘에 결합하는 샤프트, 샤프트의 외측 측면에 결합하는 자성체 및 사프트의 타측면에 결합하여 샤프트와 유량제어 콘을 상하 이동시키는 스텝 모터를 포함하는 정밀 시그널 밸브에 관한 것이다.

Description

정밀 시그널 밸브{PRECISION SIGNAL VALVE}

본 발명은 정밀 시그널 밸브에 관한 것으로서 구체적으로는 파이프를 통해 공급되는 유체의 유량을 외부 인가되는 제어 입력에 따라 정밀하게 제어할 수 있는 정밀 시그널 밸브에 관한 것에 관한 것이다.

콘트롤 밸브가 알려져 있다. 콘트롤 밸브는 연결된 파이프를 통해 흐르는 유체의 유량을 외부 입력되는 제어 신호에 따라 제어할 수 있다. 콘트롤 밸브는 파이프의 관로를 전부 또는 일부를 차단하거나 오픈하는 차단 소자를 구비하여 외부 수신되는 제어 신호에 따라 파이프의 관로를 오픈, 클로즈 또는 일부를 차단할 수 있다.

특정 유체에 따라서는 정밀한 유량 제어가 필요하다. 예를 들어, 화학 물질을 혼합하기 위한 파이프 관에 설치되는 콘트롤 밸브는 외부 입력되는 제어 신호에 일치하는 유량으로 출력할 필요가 존재한다. 특정 콘트롤 밸브는 예를 들어, 2% 이내의 오차 이내로 유량 제어를 할 필요가 있다.

정밀한 유량 제어를 위해, 콘트롤 밸브는 외부의 유량 센서로부터 수신되는 유량 상태 신호에 따라 콘트롤 밸브의 출력되는 유량을 제어 가능하다.

이와 같이 기존 알려진 콘트롤 밸브는 그 자체로 정밀한 유량 제어가 어려운 문제가 발생하고 정밀 유량 제어를 위해서는 외부 유량 센서를 더 활용하여 구성되어 복잡해지고 구성에 소요되는 비용이 높아지는 문제점이 발생한다.

등록특허 10-1184407, 2012년09월19일,

본 발명은, 상술한 문제점을 해결하기 위해서 안출한 것으로서, 외부 인가되는 제어 신호에 따라 고정밀의 유량 제어가 가능한 정밀 시그널 밸브를 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 외부 인가되는 제어 신호에 선형적으로 비례하는 고정밀의 유량 제어가 가능하고 저비용의 정밀 시그널 밸브를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 정밀 시그널 밸브는 나사산을 가지고 나사산을 통해 외부의 제1 파이프와 결합하고 상측에 유량제어 홈을 가지는 제1 관로, 나사산을 가지고 통해 외부의 제2 파이프와 결합하는 제2 관로, 원뿔형의 형상을 가지고 유량제어 홈에서의 상하 이동으로 제1 파이프와 제2 파이프 사이의 유체의 유량을 제어하는 유량제어 콘, 일 측면이 유량제어 콘에 결합하는 샤프트, 샤프트의 외측 측면에 결합하는 자성체 및 사프트의 타측면에 결합하여 샤프트와 유량제어 콘을 상하 이동시키는 스텝 모터를 포함한다.

상기한 정밀 시그널 밸브에 있어서, 자성체로부터의 자성 신호를 센싱하기 위한 자기 센서, 자기 센서로부터의 아날로그 자성 신호를 디지털 자성 신호로 변환하는 ADC 및 디지털 자성 신호에 기초하여 스텝 모터를 제어하기 위한 모터 제어 신호를 구성하고 모터 제어 신호를 스텝 모터로 출력하는 제어 모듈을 포함한다.

상기한 정밀 시그널 밸브에 있어서, 자기 센서는 홀 센서이고, ADC는 상기 아날로그 자성 신호를 10 비트의 디지털 자성 신호로 변환한다.

상기한 정밀 시그널 밸브에 있어서, 복수의 핀을 포함하여 아날로그의 위치 설정 신호를 수신하는 커넥터를 더 포함하고, 제어 모듈은 아날로그의 위치 설정 신호를 디지털의 위치 설정 신호로 변환하고 변환된 위치 설정 신호에 대응하는 기준 자성 신호와 디지털 자성 신호의 비교에 따라 모터 제어 신호를 구성하고 스텝 모터로 출력한다.

상기한 정밀 시그널 밸브에 있어서, 커넥터는 속도 제어 신호를 더 수신하고, 제어 모듈은 속도 제어 신호에 대응하는 속도로 스텝 모터를 이동시킨다.

상기와 같은 본 발명에 따른 정밀 시그널 밸브는 외부 인가되는 제어 신호에 따라 고정밀의 유량 제어가 가능한 효과가 있다.

또한, 상기와 같은 본 발명에 따른 정밀 시그널 밸브는 외부 인가되는 제어 신호에 선형적으로 비례하는 고정밀의 유량 제어가 가능하고 저비용으로 구성 가능한 효과가 있다.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 정밀 시그널 밸브의 외형과 파이프와의 그 결합 형태의 예를 도시한 도면이다.
도 2는 정밀 시그널 밸브의 예시적인 내부 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 제어 모듈의 예시적인 블록도를 도시한 도면이다.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술 되어 있는 상세한 설명을 통하여 더욱 명확해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 정밀 시그널 밸브(100)의 외형과 파이프(200)와의 그 결합 형태의 예를 도시한 도면이다.

도 1의 예와 같은 정밀 시그널 밸브(100)는 구비된 나사산(111, 121)을 통해 두 개의 파이프(200)와 결합하고 두 개의 파이프(200)를 통해 액체나 기체인 유체의 유량을 셋팅되거나 수신되는 설정 유량에 따라 공급할(흘릴 수) 수 있는 기기이다.

정밀 시그널 밸브(100)는 내부에 유체의 유량 제어에 이용되는 원뿔 형상의 콘을 구비하고 두 파이프(200) 사이의 유량제어 홈(113)에서의 원뿔 형상의 유량제어 콘(130)의 상하 위치에 따라 두 파이프(200) 사이에 흐르는 액체나 기체의 유량을 제어할 수 있도록 구성된다.

정밀 시그널 밸브(100)는 유선 케이블을 통해 유량 제어를 위한 제어 신호를 수신하거나 무선 통신을 통해 유량 제어를 위한 제어 신호를 수신하거나 구비된 셋팅 스위치를 통해 유량 제어값을 인식할 수 있다.

정밀 시그널 밸브(100)는 M12 케이블용 커넥터(180)를 구비하여 외부로부터의 아날로그 제어 신호 등을 수신하거나 와이파이, 지그비 등의 무선 통신을 통해 제어 신호를 수신 가능하다.

정밀 시그널 밸브(100)는 수신되거나 셋팅되는 유량 제어값에 따라 고정밀의 유체 유량 흐름을 설정할 수 있는 밸브이다. 정밀 시그널 밸브(100)는 유체의 유량 제어를 위한 콘트롤 밸브로 지칭될 수 있다.

도 2는 정밀 시그널 밸브(100)의 예시적인 내부 구성을 도시한 도면이다.

도 2의 예와 같이, 정밀 시그널 밸브(100)는 제1 관로(110), 제2 관로(120), 유량제어 콘(130), 샤프트(140), 자성체(150), 스텝 모터(160), 자기 센서(170), 커넥터(180) 및 제어 모듈(190)을 포함하여 구성된다.

제1 관로(110) 및 제2 관로(120)는 정밀 시그널 밸브(100)의 바디를 구성하고 유량제어 콘(130), 샤프트(140), 자성체(150), 스텝 모터(160), 자기 센서(170), 커넥터(180) 및 제어 모듈(190)은 바디를 통해 흐르는 유체의 유량을 콘트롤하는 액츄에이터를 구성한다.

도 2의 도면을 통해, 정밀 시그널 밸브(100)를 구체적으로 살펴보면, 제1 관로(110)는 정밀 시그널 밸브(100) 내에 유체 통로를 형성하고 외측 방향의 내부 표면에 나사산(111)을 가지고 나사산(111)을 통해 대응하는 나사산을 가지는 외부의 파이프(200)와 결합할 수 있다.

원통형의 통로가 형성되는 제1 관로(110)는 금속 재질(예를 들어, 철, 구리, 알루미늄, 써스 등)로 구성될 수 있고 액츄에이터 방향의 상측에 지정된 크기의 유량제어 홈(113)을 가진다. 유량제어 홈(113)은 원형의 관통홈으로서 그 직경은 2 mm에서 10 mm 사이의 크기를 가질 수 있다. 유량제어 홈(113)의 직경은 정밀 시그널 밸브(100)의 규격이나 용량에 따라 달리 설계될 수 있다.

제2 관로(120)는 제1 관로(110)와 함께 정밀 시그널 밸브(100) 내의 유체 통로를 형성하고 제1 관로(110)와 반대인 외측 방향의 내부 표면에 나사산(121)을 가지고 나사산(121)을 통해 대응하는 나사산을 가지는 다른 파이프(200)와 결합할 수 있다.

제2 관로(120)는 액츄에이터 방향의 상측에 유량흐름 홈(123)을 가지고 유량제어 홈(113)을 통한 액체나 기체의 유체를 유량흐름 홈(123)을 통해 외부 다른 파이프(200)로 흘릴 수 있다. 이와 같이 제1 관로(110)에 결합되는 파이프(200)와 제2 관로(120)에 결합되는 다른 파이프(200) 사이에 정밀 시그널 밸브(100)에 의해 유량 제어된 유체가 흐를 수 있도록 구성된다.

유량제어 콘(130)은 제1 관로(110)에 결합되는 파이프(200)와 제2 관로(120)에 결합되는 파이프(200) 사이의 유체 유량을 그 형상과 현재 위치에 의해 제어한다. 유량제어 콘(130)은 하측 방향으로 작은 직경을 가지고 상측 방향으로 더 큰 직경의 원뿔형 형상을 가지고 유량제어 홈(113)에서의 상하 이동(예를 들어, 10 mm 이내의 상하 이동)으로 두 파이프(200) 사이에서 흐르는 유체의 유량을 제어한다.

유량제어 콘(130)의 하측 가장 작은 직경은 적어도 유량제어 홈(113)의 직경보다 작고 상측 가장 큰 직경은 유량제어 홈(113)의 직경보다 커도록 구성된다. 유량제어 콘(130)은 금속재질로 구성되고 예를 들어, 철, 구리, 알루미늄, 써스 등으로 구성된다. 유량제어 콘(130)의 재질은 유체의 종류에 따라 달라질 수 있다.

유량제어 콘(130)이 원뿔형 형상을 가지고 유량제어 홈(113)의 원형 표면적과 유량제어 콘(130)의 유량제어 홈(113)에서의 원형 표면적 차이의 면적을 통해 유체가 흐를 수 있다. 상하 이동에 따른 유량제어 콘(130)의 위치에 따라 유량제어 홈(113)과 유량제어 콘(130) 사이의 원형 표면적 차이는 달라져 유체 유량을 제어 가능케 한다. 유량제어 홈(113)과 유량제어 콘(130)은 위치에 따라 일정한 비율로 비례하여 유체 유량을 제어 가능하다.

스텝 모터(160)는 제어 모듈(190)로부터 수신되는 모터 제어 신호에 따라 특정 각도나 단계로 회전한다. 스텝 모터(160)는 내부에 코일과 서로 다른 자성을 가지는 자석을 가지고 0.75도 또는 1.5도의 각도로 회전한다. 회전에 따라 스텝 모터(160)는 연결된 샤프트(140)와 유량제어 콘(130)을 상하로 이동시킬 수 있다.

막대 바나 긴 원통형 형상의 샤프트(140)는 한쪽 끝 측면이 스텝 모터(160)에 결합하고 다른 쪽 끝 측면이 유량제어 콘(130)에 결합하여 스텝 모터(160)에 의한 회전에 따라 상하로 이동한다. 사프트는 금속 재질로 구성될 수 있다. 샤프트(140)는 스텝 모터(160)에 직접 또는 다른 부품을 통해 간접 결합하여 스텝 모터(160)의 회전 방향에 따라 상측으로 또는 하측으로 예를 들어 10 mm 범위 내에서 이동할 수 있다.

자성체(150)는 샤프트(140)의 외측 측면에 결합하여 자성 신호를 출력한다. 자성체(150)는 샤프트(140)의 양쪽 끝 사이의 사프트 표면 외측에 결합하여 특정 자성 신호를 출력할 수 있다.

자기 센서(170)는 자성체(150)로부터의 자성 신호를 센싱한다. 자기 센서(170)는 정밀 시그널 밸브(100) 내부에 고정 설치되고 샤프트(140) 및 유량제어 콘(130)과 함께 상하로 이동하는 자성체(150)의 현재 위치로부터 출력하는 자성 신호를 수신할 수 있다. 자기 센서(170)는 예를 들어 홀 효과를 이용하여 샤프트(140)의 현재 상대적인 높이(위치)를 측정할 수 있는 홀 센서이다. 자기 센서(170)는 자성체(150)의 이동에 따른 높이 위치보다 더 높은 위치에 설치되어 자성체(150)로부터의 현재 위치에 따른 상대적인 자성 신호를 수신할 수 있다.

정밀 시그널 밸브(100)는 차단막(145)을 더 포함할 수 있다. 차단막(145)은 제1 관로(110)와 제2 관로(120)를 통해 흐르는 유체의 액츄에이터로의 누출이나 누설을 차단하도록 구성된다. 차단막(145)은 샤프트(140)나 유량제어 콘(130)에 결합하여 샤프트(140)나 유량제어 콘(130)의 상하 이동시 상하로 같이 이동하거나 샤프트(140)나 유량제어 콘(130)과는 독립하여 별도로 고정 설치될 수 있다.

커넥터(180)는 각종 신호를 송수신한다. 커넥터(180)는 지정된 개수의 복수 핀을 포함하고 복수 핀을 통해 각종 신호를 송수신할 수 있다. 예를 들어, 커넥터(180)는 외부로부터 공급되는 직류전원 신호핀, 외부의 그라운드에 연결되기 위한 그라운드 신호핀, 위치 설정을 위한 위치 설정 신호를 수신하기 위한 위치 설정 신호핀, 외부로 현재 설정된 위치를 특정하기 위한 위치 상태 신호핀 등을 포함할 수 있다. 그 외, 커넥터(180)는 RS232, RS485 등을 위한 제어/데이터 신호핀이나(과) 스텝 모터(160)의 속도 제어를 위한 속도 제어 신호를 수신하기 위한 속도 제어 신호핀 등을 더 포함할 수 있다.

커넥터(180)는 케이블 표준에 따라 구성될 수 있고 예를 들어 M8, M12 또는 M16 케이블을 위한 커넥터(180)일 수 있다. 바람직하게는 커넥터(180)는 M12 케이블용 커넥터이다.

제어 모듈(190)은 제1 관로(110)와 제2 관로(120) 사이의 유체 유량을 제어한다. 보드 형태로 구성되는 제어 모듈(190)은 케이블을 통해 수신되는 제어 신호나 셋팅 스위치를 통해 설정된 유량 제어값 등과 자기 센서(170)로부터의 자성 신호에 기초하여 설정되는 유체 유량에 대응하여 유량제어 콘(130)을 특정 높낮이의 위치에 위치시키기 위해 스텝 모터(160)를 제어하기 위한 모터 제어 신호를 구성하고 구성된 모터 제어 신호를 스텝 모터(160)로 출력한다.

모터 제어 신호를 수신한 스텝 모터(160)는 모터 제어 신호에 따라 제1 방향 또는 반대 방향으로 내부 스텝을 회전시켜 샤프트(140)와 유량제어 콘(130)의 상하 위치를 변경한다. 위치 변경에 따라 유량제어 콘(130)과 유량제어 홈(113) 사이의 공간의 크기(직경차)에 따른 유체의 유량이 제1 관로(110)로부터 제2 관로(120)로 흐를 수 있다.

제어 모듈(190)에 대해서는 도 3 및 도 4를 통해 좀 더 상세히 살펴보도록 한다.

도 3은 제어 모듈(190)의 예시적인 블록도를 도시한 도면이다.

도 3에 따르면, 제어 모듈(190)은 하나 이상의 ADC(191, 195, 196)(예를 들어, 3개의 ADC), 메모리(197), 프로세서(198), 전류 센서(192), 전압 센서(193) 및 선택기(194)를 포함하여 구성된다. 도 3의 블록도는 제어 모듈(190)의 하드웨어 블록도로서 PCB 보드 상에 부품 형태로 실장될 수 있다. 설계 예에 따라 특정 블록은 다른 블록 내에 내장될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 ADC(191, 195, 196) 및/또는 메모리(197)는 프로세서(198) 내에 내장될 수 있다. 또한, 도 3의 특정 블록은 생략될 수 있다. 예를 들어, 특정 ADC 및/또는 전류 센서(192), 전압 센서(193) 및 선택기(194)를 생략하여 제어 모듈(190)이 구성 가능하다.

도 3을 통해 제어 모듈(190)은 살펴보면, 하나 이상의 ADC(Analog Digital Converter)(191, 195, 196) 중 하나의 ADC(이하 '제1 ADC'라 함)는 자기 센서(170)로부터의 아날로그 자성 신호를 디지털의 자성 신호로 변환한다. 예를 들어, 제1 ADC(191)는 1V 레벨의 자기 센서(170)로부터의 아날로그 자성 신호를 10 비트 디지털 자성 신호로 변환하여 프로세서(198)로 출력한다. 제1 ADC(191)는 프로세서(198)로부터 수신되는 센싱 인에이블 신호에 따라 아날로그 자성 신호로부터 10비트 디지털 자성 신호로 변환하여 프로세서(198)로 출력한다.

다른 하나의 ADC(이하 '제2 ADC'라 함)는 외부 기기로부터 아날로그 위치 설정 신호를 수신하고 아날로그의 위치 설정 신호를 디지털의 위치 설정 신호로 변환하여 프로세서(198)로 출력한다.

예를 들어, 제2 ADC(195)는 0 m 암페어(Amp) ~ 20 m 암페어 사이, 4 m 암페어 ~ 20 m 암페어 사이의 아날로그 위치 설정 신호를 8 비트, 10 비트 또는 16 비트의 디지털 위치 설정 신호로 변환하여 프로세서(198)로 출력한다. 또는 제2 ADC(195)는 0 V 에서 10 V 사이의 아날로그 위치 설정 신호를 8 비트, 10 비트 또는 16 비트의 디지털 위치 설정 신호로 변환하여 프로세서(198)로 출력한다. 위치 설정 신호는 커넥터(180)의 위치 설정 신호핀으로부터 수신되는 신호일 수 있다.

제어 모듈(190)은 제2 ADC(195) 전단에 전류 센서(192), 전압 센서(193) 및 선택기(194)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 전류 센서(192)는 위치 설정 신호의 전류 값을 센싱한다. 전류 센서(192)는 위치 설정 신호의 피크 전류값이나 평균 전류값 등을 센싱할 수 있다. 전류 센서(192)는 센싱된 전류의 아날로그 신호를 출력할 수 있다. 전압 센서(193)는 위치 설정 신호의 전압 값을 센싱한다. 전압 센서(193)는 위치 설정 신호의 최대 전압 값이나 평균 전압 값을 센싱하고 센싱된 전압의 아날로그 신호를 출력할 수 있다.

선택기(194)는 프로세서(198)로부터 선택 신호를 수신하고 선택 신호에 따라 아날로그의 전류 신호 또는 아날로그의 전압 신호를 출력한다. 제2 ADC(195)는 선택기(194)로부터 출력되는 아날로그의 위치 설정 신호에 대해 디지털 위치 설정 신호로 변환하여 프로세서(198)로 출력할 수 있다.

또 다른 하나의 ADC(이하 '제3 ADC'라 함)는 외부 기기로부터 아날로그의 속도 제어 신호를 수신하고 디지털의 속도 제어 신호로 변환하여 프로세서(198)로 출력한다. 제3 ADC(196)는 아날로그 속도 제어 신호를 8 비트, 10 비트 또는 16 비트의 디지털 속도 제어 신호로 변환하여 프로세서(198)로 출력한다. 속도 제어 신호는 커넥터(180)의 속도 제어 신호핀으로부터 수신되는 신호일 수 있다.

메모리(197)는 각종 데이터와 프로그램을 저장한다. 비휘발성 메모리를 포함하는 메모리(197)는 위치 설정 신호에 대응하는 기준 자성 신호를 저장하는 맵핑 테이블과 정밀 시그널 밸브(100)에서의 유량 제어를 위한 제어 프로그램을 적어도 저장한다. 맵핑 테이블은 다수의 엔트리로 구성되고 각각의 엔트리는 디지털의 위치 설정 신호에 대응하는 디지털의 기준 자성 신호(예를 들어, 8비트, 10비트, 16비트의 기준 자성 신호 데이터)를 저장한다. 맵핑 테이블은 예를 들어 1024개의 엔트리를 포함하고 1024개의 엔트리 각각은 10비트의 서로 다른 위치 설정 신호에 대응하는 10 비트(또는 16비트)의 서로 다른 기준 자성 신호를 맵핑하여 저장된다.

프로세서(198)는 정밀 시그널 밸브(100)를 제어한다. 프로세서(198)는 커넥터(180)를 통한 신호나 지그비, 와이파이, 블루투스 등의 무선으로 수신되는 데이터에 따라 현재 설정되는 유량을 결정하고 결정된 유량에 대응하는 위치로 유량제어 콘(130)이 이동하도록 스텝 모터(160)를 제어한다. 프로세서(198)는 CPU, MPU, 중앙처리장치, 마이컴 등으로도 지칭되거나 등을 포함할 수 있다.

예를 들어, 프로세서(198)는 제2 ADC(195)를 통해 아날로그 위치 설정 신호로부터 변환된 디지털의 위치 설정 신호를 수신하고 디지털의 위치 설정 신호에 대응하는 디지털의 기준 자성 신호를 맵핑 테이블에서 검색한다. 프로세서(198)는 설정된 내부 타이머(예를 들어, 1분)나 외부 입력(예를 들어, 정밀 시그널 밸브(100)에 구비된 딥 스위치나 버튼 입력)에 따라 슬립 모드에서 노멀 모드로 전환하여 디지털의 위치 설정 신호를 수신하고 기준 자성 신호를 맵핑 테이블에서 검색할 수 있다.

프로세서(198)는 디지털의 위치 설정 신호를 복수 회 수신하고 그 평균의 위치 설정 신호에 대응하는 디지털 기준 자성 신호를 맵핑 테이블에서 검색할 수 있다. 또는, 프로세서(198)는 평균의 위치 설정 신호와 현재 셋팅된(저장된) 디지털의 위치 설정 신호를 비교하고 두 위치 설정 신호가 임계치를 벗어나는 경우 후속하는 스텝 모터(160)의 제어와 유량제어 콘(130)의 이동을 바람직하게 수행한다.

슬립 모드에서 노멀 모드로 전환한 프로세서(198)는 제1 ADC(191)를 통해 1회 이상 디지털의 자성 신호를 수신하고 디지털의 자성 신호(평균 자성 신호)와 맵핑 테이블에서 검색된 기준 자성 신호를 비교하고 디지털 자성 신호와 기준 자성 신호의 차이에 따른 모터 제어 신호를 구성하고 구성된 모터 제어 신호를 스텝 모터(160)로 출력한다.

또한, 노멀 모드로 전환한 프로세서(198)는 제3 ADC(196)를 통해 디지털의 속도 제어 신호를 수신하고 속도 제어 신호에 대응하는 모터속도 제어 신호를 모터 제어 신호와 함께 출력하여 스텝 모터(160)로 하여금 외부로부터 수신되는 속도 제어 신호에 따른 속도로 스텝 모터(160)의 각도나 스텝을 이동시킬 수 있다.

또는, 프로세서(198)는 기준 자성 신호와 디지털 자성 신호의 차가 제1 임계치 이상인 경우 제1 속도(가장 빠른 속도)로 회전하도록 하는 모터속도 제어 신호를 생성하고 스텝 모터(160)로 출력한다. 이후, 프로세서(198)는 주기적으로(예를 들어, 0.1 초 등) 제1 ADC(191)를 통해 디지털 자성 신호를 수신하고 수신된 (평균) 디지털 자성 신호와 기준 자성 신호의 차가 제1 임계치보다 작고 제2 임계치 이상인 경우 제2 속도(제1 속도보다 느린 중간 속도)로 회전하도록 하는 모터속도 제어 신호를 생성하여 스텝 모터(160)로 출력한다.

이후, 프로세서(198)는 반복적으로(주기적으로) 제1 ADC(191)를 통해 디지털 자성 신호를 수신하고 수신된 (평균) 디지털 자성 신호와 기준 자성 신호의 차가 제2 임계치보다 작고 제3 임계치 이상인 경우 제3 속도(제2 속도보다 느린 속도)로 회전하도록 하는 모터속도 제어 신호를 생성하여 스텝 모터(160)로 출력한다.

마지막으로, 프로세서(198)는 반복적으로(주기적으로) 제1 ADC(191)를 통해 디지털 자성 신호를 수신하고 수신된 (평균) 디지털 자성 신호와 기준 자성 신호의 차가 제3 임계치보다 작고 제4 임계치 이상인 경우 스텝 모터(160)를 정지하도록 하는 모터속도 제어 신호를 생성하여 스텝 모터(160)로 출력한다. 이후, 프로세서(198)는 슬립 모드로 전환하여 공급되는 전원 소비를 절약할 수 있다.

이와 같은 구성을 통해, 제어 모듈(190)은 아날로그의 위치 설정 신호를 디지털의 위치 설정 신호로 변환하고 변환된 위치 설정 신호에 대응하는 기준 자성 신호와 디지털 자성 신호의 비교에 따라 모터 제어 신호를 구성하고 스텝 모터(160)로 출력한다.

원형 형상의 유량제어 홈(113)과 유량제어 홈(113)의 원형 표면의 유량제어 콘(130) 사이의 표면적 차이에 따른 통로는 유량제어 콘(130)의 상하 이동을 통해 일정한 비율로 그 크기(면적)가 일정하게 변화한다.

그에 따라 유량제어 홈(113)과 유량제어 콘(130)이 밀착하여 통로가 봉쇄되는 클로즈 상태에서 유량제어 홈(113) 내에 유량제어 콘(130)이 없는 오픈 상태로 변경(운전)하는 경우 두 원형의 표면적 차이에 따라 일정한 비율의 선형적인 유량 변화를 가진다. 또한, 유량제어 홈(113) 내에 유량제어 콘(130)이 없는 오픈 상태에서 유량제어 홈(113)과 유량제어 콘(130)이 밀착하여 통로가 봉쇄되는 클로즈 상태로 변경(운전)하는 경우에도 두 원형의 표면적 차이에 따라 일정한 비율의 선형적인 유량 변화를 가진다.

이러한 선형적인 특성에 의해 유량제어 콘(130)을 오픈 상태에서 클로즈 상태로 운전할 때와 클로즈 상태에서 오픈 상태로 운전할 때 사이의 오차를 그 선형성(Linearity)에 의해 없애거나 최소화할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

100 : 정밀 시그널 밸브
110 : 제1 관로
111 : 나사산
113 : 유량제어 홈
120 : 제2 관로
121 : 나사산
123 : 유량흐름 홈
130 : 유량제어 콘
140 : 샤프트
145 : 차단막
150 : 자성체
160 : 스텝 모터
170 : 자기 센서
180 : 커넥터
190 : 제어 모듈
191 : 제1 ADC
192 : 전류 센서
193 : 전압 센서
194 : 선택기
195 : 제2 ADC
196 : 제3 ADC
197 : 메모리
198 : 프로세서
200 : 파이프

Claims

정밀 시그널 밸브로서,
나사산을 가지고 상기 나사산을 통해 외부의 제1 파이프와 결합하고 상측에 유량제어 홈을 가지는 제1 관로;
나사산을 가지고 상기 나사산을 통해 외부의 제2 파이프와 결합하는 제2 관로;
원뿔형의 형상을 가지고 상기 유량제어 홈에서의 상하 이동으로 상기 제1 파이프와 상기 제2 파이프 사이의 유체의 유량을 제어하는 유량제어 콘;
일 측면이 상기 유량제어 콘에 결합하는 샤프트;
상기 샤프트의 양쪽 끝 사이의 표면 외측에 결합하는 자성체;
상기 샤프트의 타측면에 결합하여 상기 샤프트, 상기 자성체 및 상기 유량제어 콘을 설정된 이동 범위 내에서 상하 이동시키는 스텝 모터;
상기 정밀 시그널 밸브 내부에서의 상기 자성체의 이동에 따른 높이 위치보다 더 높은 위치에 고정 설치되고, 상기 자성체로부터의 자성 신호를 센싱하기 위한 자기 센서;
상기 자기 센서로부터의 아날로그 자성 신호를 디지털 자성 신호로 변환하는 제1 ADC;
외부로부터 수신되는 아날로그 위치 설정 신호를 디지털 위치 설정 신호로 변환하는 제2 ADC; 및
복수의 기준 자성 신호 중 상기 디지털 위치 설정 신호에 대응하는 기준 자성 신호와 상기 자기 센서로부터의 상기 디지털 자성 신호의 비교에 기초하여 상기 스텝 모터를 제어하기 위한 모터 제어 신호를 구성하고 상기 모터 제어 신호를 상기 스텝 모터로 출력하는 제어 모듈;을 포함하는,
정밀 시그널 밸브.
제1항에 있어서,
상기 제어 모듈은 서로 다른 복수의 디지털 위치 설정 신호와 각각 맵핑되는 복수의 디지털 기준 자성 신호를 가지는 맵핑 테이블을 저장하는 메모리와 상기 정밀 시그널 밸브를 제어하기 위한 프로세서를 포함하고,
설정된 내부 타이머에 따라 슬립 모드에서 노멀 모드로 전환한 상기 프로세서는 상기 제2 ADC를 통해 수신되는 디지털 위치 설정 신호에 대응하는 디지털 기준 자성 신호를 상기 맵핑 테이블에서 검색하고 검색된 디지털 기준 자성 신호와 상기 제1 ADC로부터 변환된 디지털 자성 신호의 차이에 따라 구성되는 상기 모터 제어 신호를 상기 스텝 모터로 출력하는,
정밀 시그널 밸브.
제1항에 있어서,
복수의 핀을 포함하여 상기 제2 ADC에 입력되는 상기 아날로그 위치 설정 신호를 수신하는 커넥터;를 더 포함하고,
상기 자기 센서는 홀 센서이고,
상기 제1 ADC는 상기 아날로그 자성 신호를 10 비트의 디지털 자성 신호로 변환하는,
정밀 시그널 밸브.
제2항에 있어서,
상기 프로세서는 상기 검색된 디지털 기준 자성 신호와 상기 제1 ADC로부터 변환된 디지털 자성 신호의 차가 제1 임계치 이상인 경우 제1 속도로 회전하도록 하는 모터 제어 신호를 생성하여 상기 스텝 모터로 출력하고 이후 상기 제1 ADC를 통해 디지털 자성 신호를 주기적으로 수신하고 수신된 평균 디지털 자성 신호와 상기 디지털 기준 자성 신호의 차가 제1 임계치보다 작고 제2 임계치 이상인 경우 상기 제1 속도보다 느린 제2 속도로 회전하도록 하는 모터 제어 신호를 상기 스텝 모터로 출력하는,
정밀 시그널 밸브.
제3항에 있어서,
상기 커넥터는 속도 제어 신호를 더 수신하고,
상기 제어 모듈은 상기 속도 제어 신호에 대응하는 속도로 상기 스텝 모터를 이동시키는,
정밀 시그널 밸브.