KR19980014499A - 차압식 유량 검출장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차압식 유량 검출장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 압력 검출 도압관 및 발신기 관리용 박스가 없고 온도 압력 보정용 압력 발신기 대신에 소형의 정밀한 상류측 압력 검출 발신기로 겸용하여 사용하는 차압식 유량 검출장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 유체가 흐르는 주 배관(main pipe)과, 상기 주 배관에 삽입 설치된 오러피스(orifice)와, 상기 오러피스(orifice)를 중심으로 유체의 상류측에 설치된 상류측 압력 검출단 밸브와, 상류측 압력을 검출하는 상류측 압력검출 발신기와, 상기 오러피스(orifice)중심으로 유체의 하류측에 설치된 하류측 압력 검출단 밸브와, 하류측 압력을 검출하는 하류측 압력검출 발신기와, 측정유체온도를 측정하는 온도검출기와, 압력 편차를 이용하여 계측신호를 출력시키는 차압연산기와, 상기 계측신호와 상기 상류측 압력검출 발신기의 출력 신호인 측정유체압력과 상기 측정유체온도에 의하여 근사유량을 구하는 온도 압력 보정 연산기를 구비하여, 도압관 막힘을 수리하기 위한 플러싱(flushing)작업, 동절기 도압관 보온을 위한 시설 등 인적, 물적 소요 경비를 줄일 수 있다.

Description

차압식 유량 검출 장치 및 방법
본 발명은 산업 현장에서 많이 사용되고 있는 유량 검출 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 공정 제어 및 유량적산에 이용되는 유량 계측기 중에서 차압식 유량 계측기에 관한 것이다.
일반적으로, 산업 현장에서 사용되는 많은 액체 및 기체의 흐르는 양을 측정하는데는 여러 가지 방식이 적용되고 이러한 여러 가지 방식 중에서 가장 널리 사용되고 있는 것은 오러피스(Orifice)에 의한 유량계측 방식이다. 이 방식은 유체의 흐름에 따라 배관에 삽입되어 설치된 오러피스(Orifice)의 상류측과 하류측에서 발생되는 압력 편차를 이용하여 유량을 검출한다. 이 압력 편차를 전기적 신호로 변환하기 위하여 차압식 유량발신기를 사용하고, 변환된 전기적 신호를 설계유량의 최대 차압에 비례치로 환산하여 계측 신호인 DC 4∼20mA 신호로 출력하여 계측제어용 지시계, 기록계, 조절계, DCS(Data Collection System) 등에 널리 활용되고 있다.
일반적인 기술에 관련되는 종래기술에 의한 차압식 유량 검출장치의 구성은 제1도에 도시되어 있으며, 제1도를 참조하면, 종래의 차압식 유량 검출장치는 압력의 편차를 검출하기 위하여 주 배관(102)에 오러피스(Orifice)(102)를 삽입 설치하고 상기 오러피스(Orifice)(102) 양단에 상류측 압력 검출단 밸브(103)와 하류측 압력 검출단 밸브(104)를 설치하여 배관의 설치 위치에 따라 상,하부의 적절한 위치에 차압식 유량발신기(110)를 설치하게 되는데 상기 차압식 유량발신기(110)를 관리하기 위한 대형 발신기 박스(114)와 상기 상하류측 압력 검출단 밸브(103)(104)에서 상기 차압식 유량발신기(110)까지 검출 압력을 인출하기 위한 상류측 압력검출 도압관(105)과 하류측 압력검출 도압관(106)이 필요하며, 상기 차압식 유량발신기(110)의 점검, 조정, 그리고 수리작업을 위한 3웨이 밸브(109)가 설치된다. 또한 상기 상하류측 압력검출 도압관(105)(106)의 플러싱(flushing) 작업을 위한 드레인 밸브(107)(108)가 상기 압력검출 도압관(105)(106)의 후단에 설치된다. 또한 온도와 압력 보정시 사용하기 위한 온도 압력 보정용 압력발신기(111)는 별도로 설치되어 운용되고 있다.
이와같이 종래기술에서는 압력검출 도압관(105)(106), 온도 압력 보정용 압력발신기(111), 그리고 발신기 관리용 박스(114) 설치로 인하여 많은 부속물이 필요하며, 부식에 따른 교체와 장기간 사용에 따른 이물질에 의한 압력검출 도압관(105)(106)의 막힘 현상을 수리하기 위한 플러싱(flushing) 작업이 주기적으로 수행되어야 하는 번거로움이 있다. 또한 동절기 도압관 보온을 위한 히터 및 히팅 케이블 등이 필요하며 도압관 연결 부위에서 리크(leak) 현상이 발생할 수 있는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하고 개선점을 달성하기 위해 안출한 것이다. 따라서, 본 발명의 목적은 압력검출 도압관(105)(106) 및 발신기 관리용 박스(114)가 없는 유량 검출 방법을 사용하고, 종래의 온도 압력 보정용 압력발신기(111) 대신에 소형의 정밀한 상류측 압력검출 발신기(23)로 겸용하여 사용함으로써, 주기적으로 발생하는 설비 관리상의 인적, 물적 소비를 줄일 수 있는 차압식 유량 검출 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 종래의 문제점을 해결하고 개선점을 달성하는 것으로, 이와같은 기술적인 과제를 달성하기 위한 기술적인 수단으로써, 본 발명인 차압식 유량 검출장치는 유체가 흐르는 주 배관(main pipe)과, 일정한 배관속에 흐르는 유체의 유량을 측정하기 위해 상기 주 배관에 삽입 설치된 오러피스(orifice)와, 상기 오러피스를 중심으로 유체의 상류측에 설치되며, 유체의 압력인 상류측 압력을 검출하기 위한 상류측 압력 검출단 밸브와, 상기 상류측 압력 검출단 밸브를 통해 상류측 압력을 검출하는 상류측 압력검출 발신기와, 상기 오러피스를 중심으로 유체의 하류측에 설치되며, 유체의 사용 변화에 따라 발생하는 하류측 압력을 검출하기 위한 하류측 압력 검출단 밸브와, 상기 하류측 압력 검출단 밸브를 통해 하류측 압력을 검출하는 하류측 압력검출 발신기와, 상기 상류측 압력 발신기 신호와 상기 하류측 압력 발신기 신호의 편차를 이용하여 계측신호를 출력시키는 차압연산기와, 상기 차압연산기로부터 출력된 계측신호와 상기 상류측 압력검출 발신기로부터 출력되는 측정유체압력과 온도검출기로부터 측정되는 측정유체온도에 의하여 근사유량을 산출하는 온도 압력 보정 연산기로 구성된다.
제1도는 종래의 차압식 유량 검출 장치의 구성도이다.
제2도는 본 발명에 의한 차압식 유량 검출 장치의 구성도이다.
제3도는 본 발명에 의한 차압 연산기의 블록도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
21...주 배관(Main Pipe)22...오러피스(Orifice)
23...상류측 압력 검출 발신기24...하류측 압력 검출 발신기
25...상류측 압력 검출단 밸브26...하류측 압력 검출단 밸브
27...온도 검출기28...차압 연산기
29...온도 압력 보정 연산기
이하, 본 발명에 따른 유량 검출을 수행하기 위한 장치의 구성을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 제2도는 본 발명에 의한 차압식 유량 검출 장치의 구성을 보이는 구성도이다. 본 발명에 의한 차압식 유량 검출장치는 유체가 흐르는 주 배관(main pipe)(21)과, 일정한 배관 속에 흐르는 유체의 유량을 측정하기 위해 상기 주 배관(21)에 삽입되어 설치된 오러피스(orifice)(22)와, 상기 오러피스(22)를 중심으로 유체의 상류측에 설치되며 유체의 상류측 압력을 검출하기 위한 상류측 압력 검출단 밸브(25)와, 상기 상류측 압력 검출단 밸브(25)를 통해 상류측 압력을 검출하는 상류측 압력검출 발신기(23)와, 상기 오러피스(22)를 중심으로 유체의 하류측에 설치되며, 유체의 사용 변화에 따라 발생하는 하류측 압력을 검출하기 위한 하류측 압력 검출단 밸브(26)와, 상기 하류측 압력 검출단 밸브(26)를 통해 하류측 압력을 검출하는 하류측 압력검출 발신기(24)와, 상기 상류측 압력검출 발신기(23) 신호와 상기 하류측 압력 검출 발신기(24) 신호의 편차를 이용하여 계측신호를 출력시키는 차압연산기(28)와, 상기 차압연산기(28)로부터 출력된 계측신호와 상기 상류측 압력 검출 발신기(23)로부터 출력되는 측정유체압력과 온도검출기(27)로부터 측정되는 측정유체온도에 의하여 근사유량을 산출하는 온도 압력 보정 연산기(29)로 구성된다.
이와같이 구성된 본 발명의 작용을 첨부도면에 의거하여 이하 상세히 설명한다. 제2도를 참조하면, 주 배관(21)을 흐르는 유체는 오러피스(orifice)(22)에 의하여 상류측과 하류측에서 유속 차이가 발생하여 베르누이의 식에 의해 압력 편차가 생긴다. 상류측 압력은 상류측 압력 검출단 밸브(25)를 통하여 상류측 압력검출 발신기(23)에 의하여 검출되며, 하류측 압력은 하류측 압력 검출단 밸브(26)를 통하여 하류측 압력검출 발신기(24)에 의하여 검출된다.
본 발명에서 차압 연산기능과 온도 압력 보정 연산기능을 첨부한 제3도를 참고로 이하 설명한다. 제3도에는 본 발명에 의한 차압연산기의 구성을 보이는 블록도가 도시된다. 상류측 압력검출 발신기(23)의 출력신호는 입력신호(V1)로 가해지며 하류측 압력 검출 발신기(24)의 출력신호는 입력신호(V2)로 가해진다. 양 입력신호의 편차는 비교 연산기(31)를 통하여 비교편차(Vd)가 발생된다. 이 비교편차(Vd)와 가변저항기(34) 의해서 발생되는 설계 최대차압에 비례한 기준전압(Vs)은 비교연산기(32)에 의하여 기준전압에 대한 백분율(Vsd)을 발생시킨다. 상기 비교연산기(32)에 의하여 출력된 기준전압에 대한 백분율(Vsd)은 정전류회로(33)에 의해 계측신호에 이용할 수 있는 정전류(DC 4∼20mA)로 변환되어 출력된다.
상기와 같이 차압연산기(28)에 의해 검출된 차압 계측신호가 온도 압력 보정 연산기(29)에 입력되어 다음과 같이 산출된다. 유체의 유량을 구하는 근사 유량공식은
이다. 여기서 K는 설계상수이며 ΔP는 오러피스(Orifice)(22) 양단에 걸리는 압력 편차이고 상하류측의 압력 편차를 구하는 공식은
ΔP=Ph-P1 ................................ 식(2)
이다. 여기서 Ph는 상류측 검출 압력이며 P1는 하류측 검출 압력이다. 식(1)에서 Pc는 측정유체압력이고 Pn은 설계유체압력이고 Tc는 측정유체온도이고 Tn은 설계유체온도이다. 그러므로 차압연산기(28)로부터 출력된 계측신호(ΔP)는 온도 압력 보정 연산기(29)에 입력되어 식(1)에 대입되어 유량이 산출된다. 마찬가지 방법으로 상류측 압력 검출 발신기(23)에서 검출된 값인 측정유체압력(Pc)과 온도검출기(27)로부터 측정된 값인 측정유체온도(Tc)는 온도 압력 보정 연산기(29)에 입력되어 식(1)에 대입되어 근사 유량이 산출된다.
상술한 바와같이 본 발명에 따르면, 종래의 차압식 유량 검출장치 및 방법에서 사용되는 발신기 관리용 대형 발신기 박스, 온도 압력 보정용 압력 발신기, 그리고 상하류측 압력검출 도압관이 필요없게 된다. 그러므로 동절기에 도압관을 보호하기 위한 히터 및 히팅 케이블이 필요없게 되고 장기간 사용에 따른 이물질에 의한 도압관의 막힘 현상을 수리하기 위한 주기적인 플러싱(flushing) 작업이 불필요하다. 결론적으로 본 발명에 따라 종래의 유량 검출 시설을 줄임으로써 발신기 박스, 온도 압력 보정용 압력 발신기, 그리고 도압관으로 인하여 발생할 수 있는 모든 인적, 물적, 소요 경비를 줄일 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 일 실시예에 대한 설명에 불과하며, 본 발명은 그 구성의 범위내에서 다양한 변경 및 개조가 가능하다.

Claims (2)

  1. 차압식 유량 검출장치에 있어서, 유체가 흐르는 주 배관(main pipe)(21)과, 상기 주 배관에 삽입 설치된 오러피스(orifice)(22)와, 상기 오러피스(orifice)를 중심으로 유체의 상류측에 설치된 상류측 압력 검출단 밸브(25)와, 상류측 압력을 검출하는 상류측 압력검출 발신기(23)와, 상기 오러피스(orifice)중심으로 유체의 하류측에 설치된 하류측 압력 검출단 밸브(26)와, 하류측 압력을 검출하는 하류측 압력검출 발신기(24)와, 측정유체온도를 측정하는 온도검출기(27)와, 상기 상류측 압력 발신기 신호와 상기 하류측 압력 발신기의 신호의 편차를 이용하여 계측신호를 출력시키는 차압연산기(28)와, 상기 차압연산기로부터 출력된 계측신호와 상기 상류측 압력검출 발신기로부터 출력되는 측정유체압력과 상기 온도검출기로부터 측정되는 측정유체온도에 의하여 근사유량을 구하는 온도 압력 보정 연산기(29)를 구비하는 것을 특징으로 하는 차압식 유량 검출장치.
  2. 차압식 유량 검출방법에 있어서, 주 배관(main pipe)에 오러피스(orifice)를 삽입 설치하고, 상기 오러피스(orifice)를 중심으로 상류측에 걸리는 압력을 상류측 압력 검출단 밸브를 통하여 상류측 압력 검출 발신기(23)로 검출하고, 상기 오러피스(orifice)를 중심으로 하류측에 걸리는 압력을 하류측 압력 검출단 밸브를 통하여 하류측 압력 검출 발신기(24)로 검출하고, 상기 상류측 압력 검출 발신기(23)의 출력 신호와 상기 하류측 압력 검출 발신기(24)의 출력 신호의 편차를 비교연산기(31)를 통하여 비교편차(Vd)를 발생시키고, 비교연산기(32)를 통하여 기준전압(Vs)에 대한 상기 비교편차(Vd)의 백분율을 발생시키고, 상기 기준전압에 대한 비교편차의 백분율(Vsd)을 정전류회로(33)에 의하여 계측신호로 출력시키고, 온도 압력 보정연산기(29)가 상기 계측신호와 상기 상류측 압력 검출 발신기(23)의 출력신호인 측정유체압력(Pc)과 온도 검출기(27)로부터 측정된 측정유체온도(Tc)를 근사 유량공식에 대입하여 유량을 산출하는 것을 특징으로 하는 차압식 유량 검출방법.
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