KR200354048Y1 - 온도 및 누설보상용 유량계 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유체를 이용하는 시스템에 있어 유량을 측정하는 기구에 관한 것으로, 베인형 용적펌프와 스테핑모터가 직렬로 장착되고, 압력센서와 온도센서가 베인형 용적펌프에 내장되며 베인형 용적펌프 내부에는 베인에 의한 누설을 줄이기 위한 목적으로 스프링이 내장되어 데이터변환장치에 의하여 유량을 측정하는 것으로, 베인형 용적펌프에 유량의 유입으로 인하여 압력이 발생하면 데이터변환장치에서 검출하여 스테핑모터를 회전시키고, 직렬로 결합되어 있는 베인형 용적펌프가 회전하여 정해진 유량이 측정되는 구조로 되어 있다. 또한, 제어장치에는 유체 내부의 온도에 의하여 유체 점성이 달라지고 이로 인하여 유체의 양이 달라지는 것을 보상하기 위한 장치가 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 것으로, 산업계에 이용분야가 매우 넓은 온도 및 누설보상용 유량계에 관한 것이다.

Description

온도 및 누설보상용 유량계{Flowmeter with temperature and leakage compensation function}

본 발명은 유체를 이용하는 시스템에 있어 유량을 측정하는 기구에 관한 것으로, 베인형 용적펌프와 스테핑모터가 직렬로 장착되고, 압력센서와 온도센서가 베인형 용적펌프에 내장되며 베인형 용적펌프 내부에는 베인에 의한 누설을 줄이기 위한 목적으로 스프링이 내장되어 데이터변환장치에 의하여 유량을 측정하는 것으로, 베인형 용적펌프에 유량의 유입으로 인하여 압력이 발생하면 데이터변환장치에서 검출하여 스테핑모터를 회전시키고, 직렬로 결합되어 있는 베인형 용적펌프가 회전하여 정해진 유량이 측정되는 구조로 되어 있다. 또한, 제어장치에는 유체 내부의 온도에 의하여 유체 점성이 달라지고 이로 인하여 유체의 양이 달라지는 것을 보상하기 위한 장치가 내장되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

도 1은 실린더 유량계의 단면도를 나타내는 것으로, 유량측정 대상으로부터의 유량이 실린더 좌측(1)으로 들어오게 되면 피스톤(3)이 우측으로 이동하게 되고, 실린더 우측(2)내에 있는 유체가 탱크로 흐르는 구조로 되어 있는 것으로, 피스톤(3)이 우측으로 움직이고 있을 때는 실린더 내부에 장착되어 있는 변위센서(4)로 부터 피스톤(3) 변위에 비례한 볼트(Voltage)값이 출력되며, 다음과 같은 수식에 의하여 미소유량을 계산하게 된다.

Q = Ap × V

V = k × Volt/tm

여기에서, Q : 유량측정 대상의 유량

Ap : 실린더 단면적

V : 실린더 속도

k : 볼트값을 변위로 환산하는 상수

Volt : 측정된 볼트값

tm : 유량 측정시의 시간

도 1과 같은 구조에 있어, 실린더 유량계는 구조상 행정거리를 길게 할 수 없으므로 장시간 연속적인 유량을 측정할 수 없으며, 터빈형 유량계와 마찬가지로 저속마찰 특성이 매우 불안하므로 미소유량 측정에 한계가 있다. 즉 밸브, 실린더, 펌프/모터 등의 유량을 측정하는데는 시험조건에서 매분 혹은 매시간 단위가 요구되지만 이들 종래 발명은 일정간격으로 매분 혹은 매시간 마다 측정결과를 기록한 후, 평균하여 최종결과를 내는 방식으로 정확한 결과값을 기대할 수 없으며,정상특성결과만을 볼 수 있기 때문에 측정시간에 구애받지 않으며, 특히 동적인 상황에서의 특성 등을 정확하게 측정할 수 있는 유량계가 필요하였다.

도 2는 종래 베인형 유량계 전체 구성도를 나타내는 것으로, 유량 측정대상으로부터의 유량은 베인형 용적펌프에 강제적으로 채워지고 일정시간 지나면 베인펌프에 압력이 발생하게 되며 발생된 압력은 베인형 용적펌프에 내장되어 있는 압력변환기(5)를 통하여 데이터 변환장치로 그 정보가 전달되는 것과, 전달된 정보가 데이터변환장치에 설정된 정보와 일치하게 되면 데이터변환장치는 스테핑모터에 구동펄스를 보내어 스테핑모터를 정해진 회전각도만큼 회전시키고, 이때 베인형 용적펌프는 스테핑모터와 직렬로 연결되어 있기 때문에 강제적으로 회전되며 정해진 유량을 탱크로 내보내는 역할을 하는 것으로 구성되어진 것이다.

도 3은 도 2의 설명을 더 쉽게 하기 위하여 종래 베인형 유량계 제어 블록선도를 나타낸 것으로 유량측정대상으로부터 되는 유량은 베인형 용적펌프에 강제적으로 채워지는 동시에 압력변환기(5)로도 신호가 전달되는 것으로 최종적으로는 원하는 유량이 자동적이고 재현성 있고 객관적으로 얻어지게 된다.

도 4는 종래 베인형 용적펌프의 단면도를 나타내는 것으로 베인형 용적펌프 캠(6), 로터(7), 베인(8, 9, 10, 11)으로 구성되어 있다. 베인형 용적펌프의 회전방향이 반시계방향(좌측)일 때에 유량이 강제적으로 채워지는 곳은 베인(8)과 베인(9) 사이, 베인(10)와 베인(11)사이로 두군데이며 강제적으로 탱크로 내보내지는 곳은 베인(8)과 베인(10) 사이와 베인(9)과 베인(11) 사이로 역시 두 군데이다. 유량측정대상으로부터의 유량은 관로 A를 통하여 관로 Aa와 관로 Ab를 통하여 베인(8)과 베인(9) 사이와 베인(10)와 베인(11) 사이로 채워지며 관로 A에 내장된 압력변환기(5)에 설정된 압력이 출력되면 데이터변환기에 의해 로터(7)가 회전하게 되고 로터(7)가 회전함에 따라 베인(8)은 베인(10)로 베인(9)은 베인(8)으로 베인(10)는 베인(11)으로 베인(9)로 자리바꿈을 하게되는 과정에서 즉, 베인(8)이 베인(10)로 바꾸는 과정에서는 체적(V3)이 강제적으로 줄어들게 되고 유량은 관로 Ba를 통하여 흐르고 베인(11)이 베인(9)로 변하는 과정에서는 체적(V4)가 강제적으로 줄어들어 유량은 Bb로 흐르게 되며 최종적으로는 관로 B를 통하여 탱크로 내보내어진다. 베인(9)이 베인(8)으로 변하는 과정이나 베인(10)가 베인(11)으로 변하는 과정에서는 동일체적(V1 = V3, V2 = V4)으로 움직이기 때문에 유량변화는 없으며 단지 체적(V1)과 체적(V2)에 강제적으로 유량측정대상으로 부터의 유량이 채워질 뿐이다. 만약에 베인형 용적펌프의 베인과 베인사이의 체적이 V1=V2=V3=V4=5㏄ 라는 용적을 갖고 있다 하면 로터(7)가 1/4 회전시마다 10㏄의 유량이 탱크로 내보내어지게 된다. 이는 데이터변환기에서 발생되는 펄스에 따라서 스테핑모터가 1/4 회전하도록 조정해 놓으면 가능하게 되고 최종적인 유량식은 다음과 같이 표현가능하다.

Q = k × Σ 펄스신호

여기에서 k : 1/4 회전당 유량을 나타내는 것으로 1분 동안에 50개의 펄스가 발생했다고 하면 Q = 10 × 50 = 500 ㏄/min 라는 유량을 바로 계측해 낼 수 있다.

도 4에 있어서 종래의 기술은 비교적 정적 및 동적인 유량을 재현성 있게 도출할 수 있는 특징이 있으나 베인의 기구적인 특성으로 인하여 베인(8, 9, 10, 11)의 선단부와 캠(6)이 접촉하는 부위에서 누설이 발생하여 정확한 유량을 계측하는데에 오차가 있으며, 이 오차는 유체의 온도가 높을수록 심하다. 더불어 유체의 온도가 올라가게 되면 유체의 밀도가 변화게 되고 밀도의 변화에 따라서 유량 오차가 발생할 수 있기 때문에 정확한 유량계측이 곤란한 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 안출한 것으로서, 유체의 저온 및 고온 영역에서의 운전시 베인과 캠 부의 누설을 줄이는 구조로서 정확한 유량 측정이 가능하고, 온도변화에 따른 유체의 밀도변화를 베인펌프 내부에 내장된 온도센서를 통하여 관측하여, 이미 저장장치에 기억되어 있는 상수값들을 추적하여 정확한 유량을 계측하는 장치로서 재현성 있고 객관적인 데이터 확보가 가능한 온도 및 누설보상용 유량계를 제공함을 그 목적으로 한다.

도 1은 종래 실린더형 유량계의 단면도

도 2는 종래 베인형 유량계의 전체 구성도

도 3은 종래 베인형 유량계 제어 블록선도

도 4는 종래 베인형 용적펌프의 단면도

도 5는 본 발명 유량계 제어 블록선도

도 6은 본 발명 유량계의 작동회로도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(3) : 피스톤 (4) : 변위센서

(5) : 압력변환기 (6) : 캠

(8, 9, 10, 11) : 베인 (12) : 온도센서

(13-1, 13-2, 13-3, 13-4) : 누설방지용 스프링

첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 발명 온도 및 누설보상용 제어블럭 선도를 나타내는 것으로, 종래 발명에서 스태핑 모터의 펄스신호를 유량으로 환산하여 적산하는 방식에 온도센서로부터 온도를 계측하여 온도에 비례하는 밀도를 저장장치에 내장되어 있는 유량 환산식을 통하여 계산되어 유량적산식으로 보내어지기 때문에 유체의 온도변화에도 보다 정확하고 신뢰성 있는 데이터 획득이 가능하게 된다.

도 6은 본 발명 온도 및 누설보상용 유량계의 작동회로를 나타내는 것으로 회로 내부에는 온도계(12)와 베인 펌프 내부에는 베인(8, 9, 10, 11)의 회전에 따라 베인과 캠(6) 사이에서 누설이 발생하지 않도록 누설방지용 스프링(13-1, 13-2, 13-3, 13-4)이 내장되어 있는 구조로 되어있다. 회로내에 설치되어 있는 온도계(12)로부터 유체의 온도를 측정하여 저장장치내에 기억되어 있는 밀도 환산표를 자동적으로 이용하게 되며, 이 환산된 값은 유량적산시에 적산 정도를 향상시키게 된다.

도 6으로부터 본 발명은 유량 측정대상으로부터의 유량이 베인펌프로 유입되는 관로에 압력센서(5) 및 온도센서(12)를 부착하였으며, 로터(7)의 내부에 있는 베인(8, 9, 10, 11)에 누설방지용 스프링(13-1, 13-2, 13-3, 13-4)을 장착하여 로터(7)가 회전하는 과정에서 베인(8, 9, 10,11)이 캠(6)을 따라 구동되면서 곡선운동 및 가속도운동에 의하여 완전한 밀착이 이루어지지 않아 누설이 발생하게 되고 이로 인하여 정확한 유량측정이 곤란한 문제점이 발생하게 되는 것을 막는 장점이 있다.

그러므로 본 발명은 유체를 이용하는 시스템에 있어 유량을 측정하는 기구에 관한 것으로, 베인형 용적펌프와 스테핑모터가 직렬로 장착되고, 압력센서와 온도센서가 베인형 용적펌프에 내장되며 베인형 용적펌프 내부에는 베인에 의한 누설을 줄이기 위한 목적으로 스프링이 내장되어 데이터변환장치에 의하여 유량을 측정하는 것으로, 베인형 용적펌프에 유량의 유입으로 인하여 압력이 발생하면 데이터변환장치에서 검출하여 스테핑모터를 회전시키고, 직렬로 결합되어 있는 베인형 용적펌프가 회전하여 정해진 유량이 측정되는 구조로 되어 있다. 또한, 제어장치에는 유체 내부의 온도에 의하여 유체 점성이 달라지고 이로 인하여 유체의 양이 달라지는 것을 보상하기 위한 장치가 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 것으로, 산업계에 이용분야가 매우 넓은 온도 및 누설보상용 유량계 발명인 것이다.

Claims (4)

1. 유량 측정대상으로부터의 유량을 베인형 용적펌프에 강제적으로 채운 후, 압력센서(5)에 의하여 출력되는 신호를 받아서 스테핑모터를 동작시키고, 스테핑모터의 동작을 적산하여 유량으로 환산하는 온도 및 누설보상용 유량계.
2. 제 1항에 있어 유량 측정대상으로부터의 유량을 베인형 용적펌프에 강제적으로 채우는 관로내에 온도계를 삽입하여 유체의 온도를 측정하고, 측정된 온도를 이미 내장된 온도-유체의 밀도표에 적용하여 실제의 유체정보를 제공하는 온도 및 누설보상용 유량계.
3. 제 1항에 있어 베인형 용적 펌프의 내부에 삽입되어 있는 베인 내부에 스프링을 삽입하여 로터의 운동에 따라서 움직이는 베인의 동작을 캠측에 완전히 밀착시켜 누설을 방지함으로서 정확한 유량을 계측하는 것을 특징으로 하는 온도 및 누설보상용 유량계.
4. 제 2항에 있어서, 베인형 용적 펌프에 유입되는 유량으로 인하여 압력이 발생하면 데이터변환장치에서 검출하여 스테핑모터를 회전시키는 것과, 직렬로 결합된 베인형 용적 펌프가 회전하여 정해진 유량이 측정되는 구조로 구성되어진 것과, 온도-유체의 밀도표를 저장하는 장치를 갖는 온도 및 누설보상용 유량계.