KR102571043B1 - 공기예열기용 실갭 측정센서 - Google Patents

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KR102571043B1
KR102571043B1 KR1020220183115A KR20220183115A KR102571043B1 KR 102571043 B1 KR102571043 B1 KR 102571043B1 KR 1020220183115 A KR1020220183115 A KR 1020220183115A KR 20220183115 A KR20220183115 A KR 20220183115A KR 102571043 B1 KR102571043 B1 KR 102571043B1
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이철우
정원채
구본규
김종문
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(주)제이에스티앤랩
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Abstract

본 발명은 공기예열기의 로터와 섹터플레이트 간의 실갭을 측정하는 실갭 측정센서에 관한 것이다. 본 발명의 실갭측정센서는, 갭코일 및 보상코일을 포함하며 공기예열기의 로터와 섹터플레이트 간의 실갭을 측정하는 센싱부와, 상기 센싱부에 연결될 로드와, 상기 센싱부에서 센싱된 신호를 처리하는 신호처리부를 포함하고, 상기 신호처리부는, 상기 갭코일 및 보상코일에서 출력되는 신호의 차이를 증폭하는 차동증폭부, 상기 차동증폭부에서 출력되는 신호의 위상을 검출하는 위상검출부, 상기 위상검출부에서 출력되는 신호에서 고주파 성분을 제거하여 직류성분의 신호로 변경하는 저역통과필터, 상기 저역통과필터에서 출력되는 직류성분의 신호를 증폭하는 직류증폭부, 기설정된 초기파형을 발생하여 출력하는 파형발생부, 상기 출력된 초기파형을 증폭하여 기준파형으로 출력하는 버퍼증폭부, 상기 센싱부 및 위상검출부의 부하에 대한 전류 보상을 수행하는 전류승압부를 포함한다.

Description

공기예열기용 실갭 측정센서{Seal gap measuring sensor for air preheater}
본 발명은 실갭(seal gap) 측정센서에 관한 것으로서, 특히 공기예열기의 로터와 섹터플레이트 간의 실갭을 측정하는 실갭 측정센서에 관한 것이다.
일반적으로 화력발전소 등에 사용되는 공기예열기는 발전소 보일러에서 나오는 연소가스를 이용하여 보일러의 연소에 필요한 공기를 높은 온도로 예열 및 유지시켜 준다.
도 1은 종래의 일반적인 공기예열기를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 1을 참조하면, 공기예열기(10)는 모터(20)에 의해 로터(rotor)(11)가 회전축을 기준으로 회전하면서 열교환을 일으킨다. 열교환을 통해 가열된 공기는 보일러로 공급된다.
로터(11)를 상하로 통과하는 연소가스와 유입공기의 이동통로를 구분하고 각각 밀봉(seal)시키기 위해 로터(11)의 상부에는 섹터플레이트(Sector Plate)(12)가 설치된다.
이러한 섹터플레이트(12)의 상부에 센서 드라이브 시스템(SDS:Sensor Drive System)(13)이 구비된다. 센서 드라이브 시스템(SDS)(13)은 로터(11)와 섹터플레이트(12) 사이의 간격, 즉 실갭(seal gap)을 측정하는 실갭측정센서(14)와 섹터플레이트(12)를 상하로 이동시키는 승강부(30)를 포함한다.
실갭측정센서(14)에서 로터(11)와 섹터 플레이트(12)의 실갭을 측정하고, 제어부(40)는 측정된 실갭이 설정범위를 벗어나면 승강부(15)를 구동시켜 섹터플레이트(12)를 상하로 이동시킴으로써 로터(11)와 섹터 플레이트(12) 간의 실갭이 항상 일정하게 유지되도록 한다.
센서 드라이브 시스템(SDS)(13)은 로터(11)와 섹터플레이트(12) 간의 실갭을 일정하게 유지시켜 공기예열기(10)의 공기누설을 최소화하기 위한 것이다.
그런데, 센서 드라이브 시스템(SDS)(13)은 350℃의 분위기에서 오랜 기간 정상동작하기는 사실상 어렵다. 특히, 내부의 실갭측정센서(14)는 고온의 환경에 장시간 사용하기 어려운 전자부품이므로 실제 현장에서 실갭측정센서(14)에 오동작이 자주 발생하는 문제가 있다.
실갭측정센서(14)가 오동작하면 로터(11)와 섹터플레이트(12) 간 실갭을 정확하게 측정할 수 없어 로터(11)와 섹터플레이트(12)가 접촉되는 문제가 발생한다.
이에, 해당 기술분야에서는 공기예열기에서 고온의 분위기에서도 신뢰성 있는 실갭의 측정이 가능하도록 하는 센서 드라이브 시스템(SDS)의 실갭측정센서에 대한 기술의 개발이 요구되고 있다.
등록특허 제10-0892234호 등록특허 제10-1266921호
본 발명은 공기예열기에서 로터와 섹터플레이트 간의 실갭을 정확하게 측정할 수 있도록 하는 실갭측정센서를 제공하는 것이다.
본 발명은 공기예열기에서 고온의 분위기 하에 실갭측정센서에서 측정된 실갭 측정값의 신뢰도가 높아지도록 하는 실갭측정센서를 제공하는 것이다.
본 발명은 공기예열기에서 실갭측정센서가 로터와 접촉되는 것을 방지하도록 하는 실갭측정센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 공기예열기용 실갭측정센서는, 갭코일 및 보상코일을 포함하며 공기예열기의 로터와 섹터플레이트 간의 실갭을 측정하는 센싱부와, 상기 센싱부에 연결될 로드와, 상기 센싱부에서 센싱된 신호를 처리하는 신호처리부를 포함하고, 상기 신호처리부는, 상기 갭코일 및 보상코일에서 출력되는 신호의 차이를 증폭하는 차동증폭부, 상기 차동증폭부에서 출력되는 신호의 위상을 검출하는 위상검출부, 상기 위상검출부에서 출력되는 신호에서 고주파 성분을 제거하여 직류성분의 신호로 변경하는 저역통과필터, 상기 저역통과필터에서 출력되는 직류성분의 신호를 증폭하는 직류증폭부, 기설정된 초기파형을 발생하여 출력하는 파형발생부, 상기 출력된 초기파형을 증폭하여 기준파형으로 출력하는 버퍼증폭부, 상기 센싱부 및 위상검출부의 부하에 대한 전류 보상을 수행하는 전류승압부를 포함한다.
본 발명에서, 상기 위상검출부는 상기 차동증폭부에서 출력된 신호의 파형과 기설정된 기준파형을 비교하여 동상이면 양의 값을 출력하고 역상이면 음의 값을 출력한다.
본 발명에서, 상기 직류증폭부는 비 반전 증폭기를 포함한다.
본 발명에서, 상기 버퍼증폭부는 상기 파형발생부에서 출력된 800hz, 1.6Vp-p의 초기파형에서 800hz, 20Vp-p의 기준파형 전압을 출력한다.
본 발명에서, 상기 갭코일은 제1코어에 복수회 권선되고, 상기 보상코일은 제2코어에 복수회 권선된다.
본 발명에서, 상기 갭코일은 상기 로터 및 섹터플레이트 간의 실갭에 반응하여 자기저항(자속)의 변화를 감지하고 상기 보상코일은 350℃ 이상의 환경에서 온도변화에 대한 온도계수를 상쇄(offset)한다.
본 발명에서, 상기 센싱부는 550~650℃ 온도에서 사용가능하고 자기장에 영향이 없는 황동과 유리섬유를 사용하여 제조된다.
본 발명에서, 상기 센싱부는 상기 실갭 측정과정에서 센서입력값에 대하여 하기와 같이 보간법을 적용하고,
- 실제출력값(보정출력값) = 센서입력값 × A + B
(A: 실제출력값의 역 기울기, B: 실제출력값과의 보상상수)
상기 보간법 적용에 의해 상기 센서입력값을 선형화하여 보정출력값으로 출력한다.
본 발명에 의하면 공기예열기에서 로터와 섹터플레이트 간의 실갭을 정확하게 측정할 수 있다.
본 발명에 의하면 공기예열기에서 고온의 분위기 하에 실갭측정센서에서 측정된 실갭 측정값의 신뢰도가 높아진다.
도 1은 종래의 일반적인 공기예열기를 개략적으로 도시한 구성도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공기예열기의 구동장치에 대한 구성도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 공기예열기용 실갭측정센서의 외관 사시도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 실갭측정센서의 센싱부의 단면도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 실갭측정센서의 구성 블록도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 실갭측정센서의 차동증폭부 회로도
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 실갭측정센서에서의 보간법을 설명하는 그래프.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 실갭측정센서의 센싱부의 특성을 설명하는 도면.
이하, 본 발명의 일부 실시례들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시례를 설명함에 있어, 관련된 공지구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시례에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 실시례의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
본 발명은 공기예열기에는 실갭측정센서가 구비되며 실갭측정센서는 로터와 섹터플레이트 간의 실갭(seal gap)을 측정한다. 본 발명에서는 공기예열기에서 고온의 환경에서도 실갭 측정값의 신뢰성이 높은 실갭측정센서를 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 공기예열기용 실갭측정센서를 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공기예열기의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 공기예열기(100)는 회전가능하게 설치된 로터(101)를 포함한다. 로터(101)는 연소 가스 스트림으로부터 열을 흡수하고 연소 공기 스트림으로 이 열을 전달한다.
로터(101)의 상부에는 섹터플레이트(102)가 설치된다. 섹터플레이트(102)는 공기예열기(100)를 가스섹터와 하나 이상의 공기섹터로 분할하도록 로터(101)의 상부면과 하부면 전체를 가로질러 연장되어 설치된다.
로터(101)와 섹터플레이트(102) 간에는 일정간격, 즉 설정된 실갭(seal gap)으로 유지된다. 바람직하게는 4~14㎜의 실갭을 유지하도록 한다.
섹터플레이트(102)의 상부에는 로터(101)와 섹터플레이트(102)의 실갭을 기설정된 범위로 유지시켜 공기예열기(100)의 공기누설을 최소화하기 위하여 센서 드라이브 시스템(SDS:Sensor Drive System)(103)이 설치된다.
센서 드라이브 시스템(SDS)은 로터(101)와 섹터플레이트(102) 간의 간격을 실시간으로 측정하는 실갭측정센서를 포함하는 실갭측정센서(104)를 구비한다.
실갭측정센서(104)의 실갭측정센서에서 측정된 로터(101)와 섹터플레이트(102) 간의 실갭은 섹터플레이트(102)를 승강시킬지를 결정하기 위한 인자가 될 수 있다.
실갭측정센서(104)는 실제 실갭을 측정하는 실갭측정센서 및 실갭측정센서에서 측정된 실갭 측정신호를 처리하는 신호처리모듈로 포함할 수 있다
로터구동모터(200)는 전원공급장치(미도시)로부터 인가되는 구동전류에 의해 동작하여 로터(101)를 회전시킨다. 승강부(300)는 섹터플레이트(102)를 상하로 승강시킨다.
컨트롤러(400)는 실갭측정센서(104)에서 측정된 간격이 설정된 범위 이하가 되면 승강부(300)를 구동시켜 섹터플레이트(102)가 상승되도록 하고, 반대로 측정된 간격이 설정된 범위 이상이 되면 승강부(300)를 구동시켜 섹터플레이트(102)가 하강되도록 한다.
이를 통해, 로터(101)와 섹터플레이트(102) 간의 간격이 기설정된 범위로 유지되도록 할 수 있다.
승강부(300)는 섹터플레이트(102)의 상면에 결합된 둘 이상의 지지부재(301)와, 상기 지지부(301)를 연결하는 연결부재(302), 상기 지지부재(301)를 승강시키는 승강모터(303)를 포함한다. 승강부(300)의 구성 및 동작은 공지기술이므로 본 발명에서는 상세한 설명을 생략한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 공기예열기용 실갭측정센서의 외관 사시도이고, 도 4는 도 3의 실갭측정센서의 센싱부 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 실갭측정센서(500)는 크게 센싱부(510), 로드(501), 핸들부(502)를 포함하여 구성될 수 있다. 실갭측정센서(500)는 도 2의 실갭측정센서(104)와 같은 것이고 도 3에서는 새로운 도면부호 500을 사용한다.
센싱부(510)는 상술한 바와 같이 로터(101)와 섹터플레이트(102) 간의 실갭을 측정할 수 있다. 로드(501)와 핸들부(502)는 취급하는데 용이하게 하기 위해 일정한 길이로 형성될 수 있다.
센싱부(510)는 350℃ 이상의 고온 환경에서 내구성이 보장되는 재질로 제조될 수 있어야 하고, 공기예열기 내부에서 동작하므로 석탄먼지, 암모니아, 각종 가스 및 기타오염물질에 본질적으로 민감하지 않으면서 내구성을 고려하여 밀봉구조로 보호되도록 한다.
이를 위해, 350℃ 이상의 고온에서 사용 가능하도록 코일재료와 코팅기술을 적용한다. 예컨대, 350~700℃의 온도, 본 실시예에서는 실제 550~650℃ 온도에서 사용할 수 있고 자기장에 영향이 없는 황동과 유리섬유를 사용하여 제작된다.
센싱부(510)는 갭코일(511)과 보상코일(512)을 포함할 수 있다. 갭코일(511)은 제1코어에 복수회 권선되고, 보상코일(512)는 제2코어에 복수회 권선된다.
갭코일(511)과 보상코일(512)은 자기저항(magnetic resistance) 방식으로 물체와의 거리를 측정한다. 즉, 측정거리에 따라 다른 자기저항(자속)값을 출력한다.
갭코일(511)은 로터(101)와 섹터플레이트(102) 간의 거리에 반응하여 자기저항(자속)의 변화를 감지하고, 보상코일(512)은 고온의 환경에서 사용될 때 온도 변화에 대하여 온도계수를 상쇄(offset)함으로써 주변 온도에 영향을 받지 않거나 최소화하도록 한다.
본 실시예에서 갭코일(511)과 보상코일(512)은 예컨대 800㎐의 정현파에 최적화되도록 구성된다.
제1코어 및 제2코어는 600℃ 이상의 고온에서 견디고 자기장에 영향이 없도록 하기 위해 법랑(유리질 유약)을 코팅 적용한다. 이로써, 고온에서도 자속이 유지되도록 한다.
제1코어 및 제2코어는 일례로 E자 형상의 철심을 사용할 수 있다. E자 형상의 철심에서 중앙 발에는 철심코일이 부착되어 코일에 정현파 전압을 가하면 자기 회로를 형성한다.
여기서, 거리별 재료 투과성이 달라 감지해야 하는 물체에 접근하면 자기저항뿐만 아니라 코일 인덕턴스도 변하므로, 이들 특성의 변화를 측정하여 물체의 간격을 측정한다.
또한, 본 실시예에서 실갭측정센서(500)는 녹 방지를 위한 SUS 타입과 45C 타입으로 제작될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 실갭측정센서의 구성 블록도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 실갭측정센서(500)는 크게 센싱부(510)와 신호처리부(520)로 구성될 수 있다.
센싱부(510)는 갭코일(511)과 보상코일(512)를 포함하여 구성될 수 있다.
상술한 바와 같이, 갭코일(511)은 제1코어에 복수회 권선되며 로터(101)와 섹터플레이트(102) 간의 거리에 따라 투과성과 코일 인덕턴스 변화를 측정한다.
그리고, 보상코일(512)은 센싱부(110)의 주변의 온도 변화를 보상하여 온도변화에 따른 실갭 측정값을 보상하도록 한다.
갭코일(511)과 보상코일(512)에서 감지된 신호는 각각 신호처리부(520)로 입력된다.
신호처리부(520)는 예컨대 PCB 보드로 구현될 수 있다.
신호처리부(520)는 차동증폭부(521), 위상검출부(522), 저역통과필터(523), 직류증폭부(524), 파형발생부(525), 버퍼증폭부(526), 전류승압부(527)를 포함하여 구성될 수 있다.
차동증폭부(Differential Amplifier)(521)에는 갭코일(511)에서 출력되는 제1신호와 보상코일(512)에서 출력되는 제2신호의 차이를 증폭한다.
갭코일(511)과 보상코일(512)에서 발생된 거리별 자기저항을 기준값과 연산하여 거리에 따른 변화량을 출력한다.
본 실시예에서는 800Hz, 20Vp-p 파형을 각각의 Coil에 입력하고 거리별 위상이 지연되어 차동증폭부(521)를 통과하면 거리별 변화량이 측정되는 것이다.
따라서, 차동증폭부(521)는 실갭측정센서(500)의 거리측정 기능을 담당하는 핵심 구성요소가 될 수 있다.
위상검출부(Phase Detection Unit)(522)는 차동증폭부(521)로부터 출력되는 신호를 입력받아 위상을 검출한다.
이를 위해 위상검출부(522)는 기설정된 기준 파형(800hz,20Vp-p)과 차동증폭부(521)에서 출력되는 신호의 파형의 위상을 비교하여 동상은 양의 값을 출력하고, 역상은 음의 값을 출력한다.
이를 위해, 본 실시예에서 위상검출부(522)는 기준 파형 대비 양의 값과 음의 값을 출력하기 위해 트랜스포머를 사용함으로써 임계값 현상이 발생하지 않고 미소 전압도 검출하는 장점이 있다.
위상검출부(522)에서는 차동증폭부(521)에서 검출된 파형이 기준파형과 동상이면 양의 값을 출력하고, 실갭 거리가 좁아지면서 위상이 기준파형과 역상이 되면 음의 값을 출력한다.
저역통과필터(Low pass filter)(523)는 위상검출부(522)에서 출력되는 신호에서 고주파 성분을 제거하여 직류 성분으로 변경한다. 이를 위해 저역통과필터(523)는 출력된 정현파(반파)에서 고주파 성분을 정해진 시간 상수에 의해 제거하고 직류 성분으로 변경하는 것이다.
이러한 저역통과필터(523)는 예컨대, 다이오드(DIODE)와 RC 값에 의해 고주파 성분이 제거되고 직류 성분만 출력되도록 구성될 수 있다.
직류증폭부(DC Amplifier)(524)는 저역통과필터(523)에서 출력되는 직류 성분의 출력을 증폭하여 출력한다.
이러한 직류증폭부(524)는 표준신호를 만들어지는 전단계로서, MCU, PLC 등에서 입력 범위의 출력값으로 사용하기 위한 기능을 한다.
직류증폭부(524)에 사용된 증폭기는 예컨대 비 반전 증폭기가 될 수 있으며, 이는 입력전압을 저항 분배하여 출력할 수 있다.
파형발생부(Waveform Oscillator)(525)는 기설정된 초기파형을 발생한다. 본 실시예에서는 초기파형은 800hz, 1.6Vp-p의 파형이 될 수 있다.
버퍼증폭부(Buffer Amplifier)(526)는 초기파형을 증폭한다. 구체적으로, 버퍼증폭기(526)는 파형발생부(525)에서 출력된 800hz, 1.6Vp-p의 초기파형에서 직류성분(DC성분)을 제거하여 800hz, 20Vp-p의 기준파형 전압을 출력한다.
전류승압부(Current Booster)(527)는 센싱부(510) 및 위상검출 부하에 대한 전류 보상을 수행한다. 이를 위해 전류승압부(527)는 버퍼증폭부(526)와 함께 사용하여 센싱부(510)와 위상검출부(522)의 부하에 전압과전류가 변동되지 않도록 보상한다. 전류승압부(527)는 2개의 반도체 스위치(528,529)를 포함한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 실갭측정센서의 차동증폭부 회로도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 차동증폭부(521)는 센싱부(510)의 갭코일(511)과 보상코일(512)에서 출력되는 신호의 차이를 증폭한다.
이때, 기존 센서와 본 발명에 따른 센서는 소재와 제작방법이 상이하여 동일한 L(henry) 값을 같지 않아 상호 호환을 위해서는 도 6에서와 같이 휘트스톤 브리지(Wheatstone bridge) 회로에서 e0= 0V 설정하면 R1/R2 = L1/L2 조건이 되며 동작 중 온도에 따라 R1/R2 = (L1+ΔL1)/(L2+ΔL2)가 되어 센서 호환 및 온도변화에 따라서도 일정한 동작을 유지하도록 한다. 일반적으로 차동증폭부(521)에서는 9mm 갭을 기준으로 0V로 설정하여 사용하고 8mm 혹은 10mm 기준으로 변경하여도 동일한 특성을 가진다.
본 발명에서 비접촉식 자기저항 변위 10mm의 실갭측정센서(500)를 개발하기 위해서는 L(henry) 값 변화에 따라 거리가 측정되며 인덕턴스 값 변화에 따라 전압으로 변환하고 다시 전류로 전송하게 된다. 실제 갭 거리 9mm ~ 21mm (12mm변화)에 대하여 측정하면 21mm 이상에서는 L(henry) 값 변화가 거의 없어 무의미한 값이 되며 한계 값이 된다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 실갭측정센서에서의 보간법을 설명하는 그래프이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 실갭측정센서(500)의 경우 선형성 및 반복 정밀도 향상을 위한 교정로직이 적용된다. 이를 위해 센서 교정을 위한 보간법(interpolation)을 적용하여 선형출력 확보하도록 한다.
실갭측정센서에서 측정되는 신호는 도 7에서와 같이 곡선 형태로 출력된다. 이에 보정법을 적용하여 선형화하도록 한다. 하기 표 1은 도 7의 곡선을 보간법을 통해 선형화했을 때 값을 보여준다.
항목 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Out(x) 2.17 3.84 5.18 6.25 7.19 7.96 8.61 9.15 9.62 10.03 10.32
A 0.46 0.60 0.75 0.93 1.06 1.30 1.55 1.82 2.13 2.48 3.37
B 0.00 -0.30 -0.86 -1.83 -2.65 -4.38 -6.33 -8.65 -11.50 -14.91 -23.83
Actually(y) 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 11.00
위 표 1에서 보간법은 다음과 같이 적용될 수 있다.
Actually(y) = Out(x) × A + B
여기서, Actuall(y): 실제출력값(보정출력값), Out(x): 센서입력값, A: 실제출력값의 역 기울기, B: 실제출력값과의 보상상수이다.
도 8은 본 발명의 실시에에 따른 실갭측정센서의 센싱부의 특성을 설명하는 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 센싱부(510)에서 제1코어에 권선된 갭코일(511)을 일례로 특성을 설명한다.
제1코어는 E자 형상으로 구현되며, 제1코어에 코일이 복수회 권선된다.
도면에서 자속을 Φ, L는 인덕턴스(H:henry), μ는 투자율, N은 권수, S는 단면적, l은 코어 간의 거리라고 하면 인덕턴스(L)는 다음 식으로 정리된다.
Figure 112022139167151-pat00001
단, μs1=μs2=μs이다.
상기 수학식 1은 본 발명에 따라 설계된 코일의 인덕턴스이며, 갭(lg)을 제외한 모든 값을 고정된 상수이고 L(henry) 값은 코일을 감지하는 표면과의 감지되는 물체 사이의 간격인 lg에 의해 결정된다.
본 실시예에서는 실갭측정센서는 L 값은 58~71 mH가 되도록 설계된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 공기예열기용 실갭측정센서는 산업에서 사용하는 표준 신호로 변환하는 과정에서 측정 거리별 선형적인 신호 변환과 측정 장치 단독으로 교정 및 동작이 가능하여 부가적인 추가 장치가 필요 없어 원가를 절감 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 공기예열기의 실갭측정센서는 사물이 다른 사물과의 거리를 측정하기 위해 800Hz대의 교류신호를 입력하여 보상코일과 갭코일의 위상차를 사용하여 거리를 측정하는데 이 과정에서 사용자가 설정한 한계 값(예, 9mm) 이하의 값도 출력할 수 있도록 하여 실갭측정센서가 측정대상물(예:로터)에 접촉되지 않도록 회로를 구성하여 근접센서의 파손을 방지할 수 있다.
뿐만 아니라, 측정거리에 따라 설정 한계 값 이하는 음(-)의 값이 출력되어 거리가 측정되며, 설정 한계 값 이상은 양(+)의 값이 출력되어 정상적으로 거리를 측정하도록 한다. 여기서, 설정 한계 값은 측정대상물이 실갭측정센서와 물리적으로 접촉되지 않는 최소 거리 값이다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
104, 500: 실갭측정센서 510: 센싱부
520: 신호처리부

Claims (8)

  1. 갭코일 및 보상코일을 포함하며 공기예열기의 로터와 섹터플레이트 간의 실갭을 측정하는 센싱부;
    상기 센싱부에 연결될 로드; 및
    상기 센싱부에서 센싱된 신호를 처리하는 신호처리부;를 포함하고,
    상기 신호처리부는,
    상기 갭코일 및 보상코일에서 출력되는 신호의 차이를 증폭하는 차동증폭부,
    상기 차동증폭부에서 출력되는 신호의 위상을 검출하는 위상검출부,
    상기 위상검출부에서 출력되는 신호에서 고주파 성분을 제거하여 직류성분의 신호로 변경하는 저역통과필터,
    상기 저역통과필터에서 출력되는 직류성분의 신호를 증폭하는 직류증폭부,
    기설정된 초기파형을 발생하여 출력하는 파형발생부,
    상기 출력된 초기파형을 증폭하여 기준파형으로 출력하는 버퍼증폭부,
    상기 센싱부 및 위상검출부의 부하에 대한 전류 보상을 수행하는 전류승압부를 포함하고,
    상기 위상검출부는 상기 차동증폭부에서 출력된 신호의 파형과 기설정된 기준파형을 비교하여 동상이면 양의 값을 출력하고 실갭 거리가 좁아지면서 역상이 되면 음의 값을 출력하고, 상기 버퍼증폭부는 상기 파형발생부에서 출력된 800hz, 1.6Vp-p의 초기파형에서 800hz, 20Vp-p의 기준파형 전압을 출력하고,
    상기 갭코일은 상기 로터 및 섹터플레이트 간의 실갭에 반응하여 자기저항(자속)의 변화를 감지하고 상기 보상코일은 350℃ 이상의 환경에서 온도변화에 대한 온도계수를 상쇄(offset)하고, 상기 센싱부는 550~650℃ 온도에서 사용가능하고 자기장에 영향이 없는 황동과 유리섬유를 사용하여 제조되며,
    상기 센싱부는 상기 실갭 측정과정에서 센서입력값에 대해, '실제출력값(보정출력값) = 센서입력값 × A + B'(A: 실제출력값의 역 기울기, B: 실제출력값과의 보상상수)를 적용하여 상기 센서입력값을 선형화하여 보정출력값으로 출력하는 공기예열기용 실갭측정센서.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 직류증폭부는 비 반전 증폭기를 포함하는 공기예열기용 실갭측정센서.
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  5. 청구항 1에 있어서, 상기 갭코일은 제1코어에 복수회 권선되고, 상기 보상코일은 제2코어에 복수회 권선되는 공기예열기용 실갭측정센서.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006084318A (ja) * 2004-09-16 2006-03-30 Oki Electric Ind Co Ltd 静電容量型距離センサ
KR100892234B1 (ko) 2008-12-19 2009-04-09 엔텍월드(주) 공기예열기의 화재 감지 시스템（ｆｄｓ）및 센서 드라이브시스템（ｓｄｓ）의 통합운영장치
KR101178253B1 (ko) * 2012-02-08 2012-08-29 하나에버텍 주식회사 공기예열기의 변위 측정장치
KR101266921B1 (ko) 2012-04-10 2013-05-27 제이원엔지니어링 주식회사 공기예열기용 실갭측정센서의 선형세팅장치
KR101921462B1 (ko) * 2016-11-16 2018-11-23 유진인스텍코어 주식회사 금속박 두께 측정장치

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006084318A (ja) * 2004-09-16 2006-03-30 Oki Electric Ind Co Ltd 静電容量型距離センサ
KR100892234B1 (ko) 2008-12-19 2009-04-09 엔텍월드(주) 공기예열기의 화재 감지 시스템（ｆｄｓ）및 센서 드라이브시스템（ｓｄｓ）의 통합운영장치
KR101178253B1 (ko) * 2012-02-08 2012-08-29 하나에버텍 주식회사 공기예열기의 변위 측정장치
KR101266921B1 (ko) 2012-04-10 2013-05-27 제이원엔지니어링 주식회사 공기예열기용 실갭측정센서의 선형세팅장치
KR101921462B1 (ko) * 2016-11-16 2018-11-23 유진인스텍코어 주식회사 금속박 두께 측정장치

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