KR20070105775A - Apparatus of measuring the properties of fluid, and integrated system of monitoring the properties of fluid having the same - Google Patents

Apparatus of measuring the properties of fluid, and integrated system of monitoring the properties of fluid having the same Download PDF

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Abstract

An apparatus for measuring properties of fluid and an integrated type fluid property monitoring system having the same are provided to precisely measure the viscosity, temperature and electric conductivity of the fluid in real time and synthetically evaluate the state of the fluid. An apparatus for measuring properties of fluid comprises a probe(26) generating displacement in the direction against viscosity resistance. A sensor unit outputs signals according to the displacement generated by the probe(26). A controller(40) compares the output of the sensor unit with data stored in advance to obtain property data of the fluid. A piezoelectric actuator is connected to the rear portion of the probe(26) to allow the probe(26) to rotate in the axial direction. A member for preventing vibration is installed the rear end portion of the probe(26).

Description

유체의 물성 측정 장치 및 이를 구비한 통합형 유체 물성 모니터링 시스템{Apparatus of measuring the properties of fluid, and integrated system of monitoring the properties of fluid having the same}Apparatus of measuring the properties of fluid, and integrated system of monitoring the properties of fluid having the same

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 유체의 물성 측정 장치의 개략적인 구성을 보여주는 도면, 1 is a view showing a schematic configuration of an apparatus for measuring physical properties of a fluid according to a first embodiment of the present invention;

도 2는 도 1에 도시된 유체의 물성 측정 장치의 기구부의 구성을 보여주는 사시도, FIG. 2 is a perspective view showing the structure of a mechanism part of the apparatus for measuring physical properties of fluid shown in FIG. 1; FIG.

도 3은 도 2의 III 방향에서 바라본 평면도, 3 is a plan view seen from the direction III of FIG.

도 4는 모노모프 엑츄에이터의 구동 원리를 개략적으로 보여주는 도면, 4 is a view schematically showing a driving principle of a monomorph actuator,

도 5는 도 2 및 도 3에 도시된 프루브가 소정 각도 회전된 상태를 보여주는 평면도, 5 is a plan view illustrating a state in which the probes shown in FIGS. 2 and 3 are rotated by an angle;

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 유체의 물성 측정 장치의 개략적인 구성을 보여주는 도면, 6 is a view showing a schematic configuration of an apparatus for measuring physical properties of a fluid according to a second embodiment of the present invention;

도 7은 도 6에 도시된 유체의 물성 측정 장치의 기구부의 구성을 보여주는 분리 사시도, 7 is an exploded perspective view showing the configuration of a mechanism part of the apparatus for measuring physical properties of fluid shown in FIG. 6;

도 8은 도 7의 VIII-VIII 선을 따라 취한 단면도, 8 is a cross-sectional view taken along the line VIII-VIII of FIG.

도 9는 도 7에 도시된 기구부의 변형예의 구성을 보여주는 분리 사시도, 9 is an exploded perspective view showing the configuration of a modification of the mechanism shown in FIG. 7;

도 10은 도 9의 X-X 선을 따라 취한 단면도, 10 is a cross-sectional view taken along the line X-X of FIG.

도 11은 도 7 및 도 9에 도시된 기구부의 다른 변형예의 구성을 보여주는 분리 사시도, 11 is an exploded perspective view showing the configuration of another modification of the mechanism shown in FIGS. 7 and 9;

도 12 내지 도 14는 이상에서 설명한 본 발명에 따른 유체의 물성 측정 장치에 적용되는 진동 방지 구조의 일례들을 보여주는 도면, 12 to 14 are views showing examples of the vibration preventing structure applied to the physical property measurement apparatus of the fluid according to the present invention described above,

도 15 및 도 16은 프루브와 하우징이 연결되는 부분의 상세 설계 예를 보여주는 도면, 15 and 16 is a view showing a detailed design example of the portion where the probe and the housing is connected,

도 17 내지 도 25는 앞서 설명된 유체의 물성 측정 장치에서 전기전도도를 측정하기 위한 전극을 부착하는 방식의 여러 가지 형태를 보여주는 도면, 17 to 25 are views showing various forms of a method of attaching an electrode for measuring electrical conductivity in a device for measuring physical properties of a fluid described above;

도 26은 본 발명에 따른 유체의 물성 측정 장치에 설치된 전극을 이용하여 전기전도도, 정전용량 및 유전상수를 측정하는데 사용될 수 있는 브리지 회로의 일례를 보여주는 도면, 그리고 FIG. 26 shows an example of a bridge circuit that can be used to measure electrical conductivity, capacitance and dielectric constant using an electrode installed in an apparatus for measuring physical properties of a fluid according to the present invention; and

도 27은 본 발명에 따른 통합형 유체 물성 모니터링 시스템의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다. 27 is a view schematically showing the configuration of the integrated fluid property monitoring system according to the present invention.

본 발명은 유체의 물성 측정 장치 및 이를 구비한 통합형 유체 물성 모니터링 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 정밀한 유체의 물성 측정이 가능하고 센서부에 미치는 측정 노이즈를 차단할 수 있는 유체의 물성 측정 장치 및 이를 구비한 통합형 유체 물성 모니터링 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a device for measuring physical properties of a fluid and an integrated fluid property monitoring system having the same, and more particularly, to a device for measuring physical properties of a fluid capable of precisely measuring physical properties of a fluid and blocking measurement noise on a sensor part and the same. It relates to an integrated fluid property monitoring system provided.

각종 기계장치를 구성하는 터빈이나 엔진, 차량의 트랜스미션과 같이 오일이 사용되고 그 오일의 상태가 기계 장치의 작동에 많은 영향을 미치는 경우에는 오일의 여러 가지 물성을 실시간으로 측정할 필요성이 매우 크다. 그러나 종래의 (절대)점도, 동점도 및 밀도 등의 유체의 물성 측정 장치나 방법들은 실험실에서 측정하기에는 적합할 수 있으나, 실시간으로 기계 장치의 작동에 반영하기 위해 이러한 물성 데이터들을 제공하기에는 적합하지 않다. 이에 기존의 기계 장치에 장착되어 기존의 기계 장치의 설계에 크게 영향을 미치지 않는 작은 크기로 제작이 가능하고 동시에 유체의 물성을 정확히 측정할 수 있는 장치의 개발 필요성이 크게 대두되고 있다. When oil is used, such as transmissions of turbines, engines, and vehicles that make up various machinery, and the condition of the oil affects the operation of the machinery, it is very necessary to measure various properties of the oil in real time. However, conventional measuring devices or methods of fluid properties such as (absolute) viscosity, kinematic viscosity, and density may be suitable for measuring in a laboratory, but are not suitable for providing such property data to reflect the operation of a mechanical device in real time. Therefore, there is a great need to develop a device that can be manufactured in a small size that does not significantly affect the design of the existing mechanical device and at the same time accurately measure the physical properties of the fluid.

또한, 제조 공정 중에 용융된 플라스틱류의 상태, 된장이나 간장 등의 식품류의 발효상태를 확인하거나, 기타 정밀화학, 고분자, 접착제, 코팅용 페인트, 일반 페인트, 수용액류, 이상(two-phase) 또는 다상(multi-phase) 유동체의 상태를 확인하기 위해 산업 현장에서 실시간으로 유체의 물성을 측정할 수 있도록 크기를 작게 제작하는 것이 용이하고 정확한 유체의 물성 측정이 가능한 유체의 물성 측정 장치를 개발할 필요성이 매우 크다. In addition, during the manufacturing process, check the state of the molten plastics, fermentation of foods such as miso or soy sauce, or other fine chemicals, polymers, adhesives, coating paints, general paints, aqueous solutions, two-phase or In order to check the condition of multi-phase fluids, it is necessary to develop a device for measuring the physical properties of fluids that is easy to manufacture and to accurately measure the physical properties of fluids in the industrial field. very big.

한편, 측정 대상 유체가 기계 장치에 사용되는 엔진 오일이나 윤활유인 경우, 기계 장치가 작동하면서 발생하는 여러 요인에 의해 유체의 물성이 변화하게 된다. On the other hand, when the fluid to be measured is engine oil or lubricating oil used in a mechanical device, the physical properties of the fluid are changed by various factors generated while the mechanical device is operating.

예를 들어, 발전용 터어빈과 자동차 엔진 크랭크들과 같은 기계 장치에 사용되는 윤활유에 대해 고려해 보자. 이러한 윤활유는 고온의 공기와 피스톤과 실린더 사이의 폭발누출 가스(blow-by gas)등과 접촉하여 산화될 수 있다. 또는, 이러한 윤활유는 극심한 온도의 증가와 감소에 따라 물리적 성질이 변화할 수 있다. 또한, 이러한 윤활유는 휘발성분의 감소로 인해 점도와 밀도가 증가하거나, 기포와 고형 탄화물질의 혼입, 연료의 유입으로 인한 희석(dilution)등에 의해 사용시간이 경과함에 따라 열화(劣化)되어 그 성능이 저하되게 된다. For example, consider lubricants used in machinery such as power turbines and automotive engine cranks. Such lubricating oil may be oxidized in contact with hot air and blow-by gas or the like between the piston and the cylinder. Alternatively, these lubricants may change their physical properties with increasing and decreasing extreme temperatures. In addition, the lubricating oil deteriorates with the use time due to the increase in viscosity and density due to the reduction of volatile content, the dilution due to the mixing of bubbles and solid carbonaceous materials, the inflow of fuel, etc. Will be degraded.

산업용 윤활유의 대표적인 자동차 엔진오일의 사용환경은 온도변화의 범위가 크고(-20℃ 내지 +150℃ 정도), 기계적인 충격도 많이 받는다. 따라서 윤활유가 열화되기 쉽고, 탄화물이 혼입되기 쉬운 상태이며, 이러한 극한상황에서는 잘 정제된 윤활유라 하더라도 시간경과에 따라 그 성질이 크게 변화된다. Representative automotive engine oils of industrial lubricating oil have a wide range of temperature change (about -20 ° C to + 150 ° C), and are also subjected to mechanical shocks. Therefore, lubricating oil is easily deteriorated and carbides are easily mixed. In such an extreme situation, even a well-refined lubricating oil changes its properties with time.

즉, 윤활 특성이 저하될 뿐 아니라 피스톤의 실린더 접착 원인이 되는 등 원동기 장치의 사용에 무리가 가기 때문에 사용환경과 사용기간을 감안하여 적절한 시점마다 교환되어야 한다. 또한 최적 윤활 상태가 아닌 상태에서의 연료의 연소는 많은 공해 물질을 발생시키기 때문에 공해물질의 저감 차원에서도 윤활유의 적정교체가 필요하다. That is, since the lubrication characteristics are not only deteriorated, but it is difficult to use the prime mover device such as causing the cylinder to adhere to the piston, it must be replaced at an appropriate time point in consideration of the use environment and the use period. In addition, since the combustion of fuel in a state that is not optimal lubrication generates a lot of pollutants, it is necessary to properly replace the lubricating oil to reduce the pollutants.

이러한 윤활유 또는 엔진 오일의 열화를 평가하고 교체 시기를 알려줄 수 있는 새로운 유체 물성 측정 장치와 이를 이용하여 실시간으로 유체의 상태를 모니터링 해줄 수 있는 시스템에 대한 개발 필요성이 크게 대두되고 있다. There is a great need for the development of a new fluid property measuring device that can evaluate the deterioration of such lubricating oil or engine oil and notify the replacement time and a system that can monitor the condition of the fluid in real time.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 가지 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 정밀한 유체의 물성 측정이 가능하고 센서부에 미치는 측정 노이즈를 차단할 수 있는 유체의 물성 측정 장치를 제공하는 것이다. 또한, 이러한 유체의 물성 측정 장치를 구비하여 실시간으로 근거리는 물론 원격으로도 유체의 상태를 사용자에게 알려줄 수 있는 통합형 유체 물성 모니터링 시스템을 제공하는 것이다. The present invention is to solve various problems including the above problems, an object of the present invention is to provide a physical property measuring device of the fluid capable of measuring the physical properties of the fluid precisely and can block the measurement noise on the sensor unit will be. In addition, by providing a device for measuring the physical properties of the fluid to provide an integrated fluid properties monitoring system that can inform the user of the state of the fluid in real time as well as remotely.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 선단부가 유체와 접하여 점성저항에 저항하는 방향으로 변위를 발생시킬 수 있도록 설치된 프루브; 상기 프루브에서 발생된 변위에 따른 신호를 출력하는 센서부; 상기 전원부로부터의 동력을 상기 변위 발생부에 입력 신호로 공급하고, 상기 센서부의 출력을 바탕으로 미리 저장된 데이터와 비교 연산하여 유체의 물성 데이터를 계산하는 제어부; 및 상기 프루브의 후방에 연결되어 상기 프루브가 축방향으로 회전하도록 하는 압전 엑츄에이터를 포함하고, 상기 프루브에는 상기 프루브의 후단부에 진동 방지 수단이 설치된 것을 특징으로 하는 유체의 물성 측정 장치를 제공함으로써 달성된다. An object of the present invention as described above, the front end portion is provided in contact with the fluid so as to generate a displacement in the direction to resist the viscous resistance; A sensor unit for outputting a signal according to the displacement generated in the probe; A control unit for supplying power from the power supply unit as an input signal to the displacement generating unit, and comparing the pre-stored data with the output of the sensor unit to calculate the physical property data of the fluid; And a piezoelectric actuator connected to the rear of the probe to rotate the probe in the axial direction, wherein the probe is provided with a physical property measuring device of a fluid, characterized in that vibration prevention means is provided at the rear end of the probe. do.

여기서, 상기 진동 방지 수단은 상기 프루브에 형성된 홈 및/또는 단차를 포함하는 것이 바람직하다. Here, the vibration preventing means preferably comprises a groove and / or step formed in the probe.

여기서, 상기 진동 방지 수단은 상기 프루브의 후방에 결합되고 홈 및/또는 단차를 포함하는 구조물인 것이 바람직하다. Here, the anti-vibration means is preferably a structure that is coupled to the rear of the probe and includes a groove and / or step.

여기서, 상기 프루브에는 유체와 접촉하여 유체의 전기전도도, 정전용량 및 유전상수를 측정할 수 있도록 전극이 설치될 수 있다. Here, the probe may be provided with an electrode so as to contact the fluid to measure the electrical conductivity, capacitance and dielectric constant of the fluid.

또한 상기와 같은 본 발명의 목적은, 선단부가 유체와 접하여 점성저항에 저항하는 방향으로 변위를 발생시킬 수 있도록 설치된 프루브; 상기 프루브에서 발생된 변위에 따른 신호를 출력하는 센서부; 상기 전원부로부터의 동력을 상기 변위 발생부에 입력 신호로 공급하고, 상기 센서부의 출력을 바탕으로 미리 저장된 데이터와 비교 연산하여 유체의 물성 데이터를 계산하는 제어부; 상기 프루브의 후방에 연결되어 상기 프루브가 축방향으로 회전하도록 하는 압전 엑츄에이터; 및 상기 프루브와 연결되고 상기 프루브를 구동하는 압전엑츄에이터를 수용하는 하우징을 포함하고, 상기 하우징에는 상기 프루브가 연결된 부분에 진동 방지 수단이 설치된 유체의 물성 측정 장치를 제공함으로써 달성된다. In addition, the object of the present invention as described above, the front end portion is provided in contact with the fluid to generate a displacement in the direction to resist the viscous resistance; A sensor unit for outputting a signal according to the displacement generated in the probe; A control unit for supplying power from the power supply unit as an input signal to the displacement generating unit, and comparing the pre-stored data with the output of the sensor unit to calculate the physical property data of the fluid; A piezoelectric actuator connected to the rear of the probe to rotate the probe in an axial direction; And a housing accommodating the piezoelectric actuator which is connected to the probe and drives the probe, wherein the housing is achieved by providing an apparatus for measuring physical properties of a fluid in which vibration preventing means is provided at a portion to which the probe is connected.

여기서, 상기 진동 방지 수단은 상기 하우징에 형성된 홈 및/또는 단차를 포함하는 것이 바람직하다. Here, the vibration preventing means preferably comprises a groove and / or step formed in the housing.

여기서, 상기 프루브와 상기 하우징은 상대 변위가 일어나지 않고 유체가 침투하지 못하도록 견고하고 긴밀하게 결합된 것이 바람직하다. Here, the probe and the housing are preferably firmly and tightly coupled so that relative displacement does not occur and fluid does not penetrate.

여기서, 상기 프루브와 상기 하우징은 상대 변위가 일어날 수 있도록 베어링으로 연결되고, 상기 베어링 연결부를 통해 유체가 침투하지 못하도록 씰링된 것이 바람직하다. Here, the probe and the housing are connected to the bearing so that relative displacement can occur, and is sealed to prevent the fluid from penetrating through the bearing connection.

여기서, 상기 하우징에는 유체와 접촉하여 유체의 전기전도도, 정전용량 및 유전상수를 측정할 수 있도록 전극이 설치될 수 있다. Here, the housing may be provided with an electrode so as to contact the fluid to measure the electrical conductivity, capacitance and dielectric constant of the fluid.

또한 상기와 같은 본 발명의 목적은, 측정부, 연산부 및 지시부를 포함하고, 상기 측정부는 절대점도, 밀도, 동점도, 온도, 전기전도도, 정전용량, 유전상수, 전산가 및 전염기가를 포함하는 유체 물성 중 어느 하나 이상을 측정하고, 상기 연산부는 상기 측정부에서 측정된 데이터를 이용하여 유체의 다른 물성 중 하나 이상을 연산하여 결정하고, 상기 지시부는 상기 측정부에서 측정된 데이터, 상기 연산부에서 계산되어 결정된 데이터, 또는 측정된 데이터와 계산된 데이터를 바탕으로 한 유체의 상태에 대한 판단 데이터를 사용자에게 통지하는 기능을 수행하는 통합형 유체 물성 모니터링 시스템을 제공함으로써 달성된다. In addition, the object of the present invention as described above, the measuring unit, the calculating unit and the indicating unit, the measuring unit, the physical properties including the absolute viscosity, density, kinematic viscosity, temperature, electrical conductivity, capacitance, dielectric constant, computer value and infectious group Measure one or more of the above, the operation unit is determined by calculating one or more of the other physical properties of the fluid using the data measured in the measuring unit, the indicator is measured in the measuring unit, the calculation unit It is achieved by providing an integrated fluid property monitoring system that performs a function of notifying a user of determination data or determination data on a state of a fluid based on measured data and calculated data.

여기서, 상기 사용자는 상기 유체가 위치하는 곳과 공간적으로 분리되어 있고, 상기 지시부는 정보통신회선을 통해 상기 측정부 및 연산부로부터 유체의 물성에 대한 정보를 받아 사용자에게 통지할 수 있도록 구성될 수 있다. Here, the user may be spatially separated from the place where the fluid is located, and the indicator may be configured to receive information on the physical properties of the fluid from the measuring unit and the calculating unit to inform the user through an information communication line. .

이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세히 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention in more detail.

도 1에는 본 발명의 제1 실시예에 따른 유체의 물성 측정 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이 도시되어 있다. 1 is a view schematically showing a configuration of a device for measuring physical properties of a fluid according to a first embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 것과 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 유체의 물성 측정 장치는 기구부(20), 전원부(30) 및 제어부(40)를 포함한다. As illustrated in FIG. 1, the apparatus for measuring physical properties of a fluid according to the first exemplary embodiment of the present invention includes a mechanism 20, a power supply 30, and a controller 40.

상기 기구부(20)는, 유체와 접하는 프루브(26), 상기 프루브(26)가 점성저항에 저항하는 방향으로 변위를 발생시키도록 하는 변위 발생부 및 상기 변위 발생부에 설치되어 발생된 변위에 따른 신호를 출력하는 센서부를 포함한다. 상기 변위 발생부는 기구부의 하우징(25) 하측에 연장된 프루브(26)를 그 중심축 둘레로 제자리에서 회전하는 방향으로 회전 변위를 발생시키는 기능을 한다. 상기 변위 발생부의 상세한 구성에 대해서는 추후에 설명한다. 또한, 상기 센서부는 상기 프루브의 회전 방향 변위가 대기 중에서와 유체에 잠긴 상태에서 서로 상이하게 되는 상대적인 크기를 출력하는 기능을 한다. The mechanism part 20 includes a probe 26 in contact with a fluid, a displacement generator for generating a displacement in a direction in which the probe 26 resists a viscous resistance, and a displacement generated in the displacement generator. It includes a sensor unit for outputting a signal. The displacement generating portion functions to generate a rotational displacement in a direction in which the probe 26 extending below the housing 25 of the mechanism portion rotates in place about its central axis. The detailed structure of the said displacement generating part is demonstrated later. In addition, the sensor unit functions to output a relative magnitude in which the rotational displacement of the probe differs from each other in the air and in a state of being submerged in the fluid.

상기 전원부(30)는 상기 변위 발생부에 동력을 제공하는 기능을 수행한다. The power supply unit 30 performs a function of providing power to the displacement generating unit.

상기 제어부(40)는 상기 전원부(30)로부터의 동력을 상기 변위 발생부에 입력 신호로 공급하고, 상기 센서부의 출력을 바탕으로 미리 저장된 데이터와 비교하거나 미리 저장된 수식을 이용하여 연산하여 유체의 물성 데이터를 계산하는 기능을 수행한다. 여기서 측정이 가능한 유체의 물성 데이터는 통상 점도이지만, 경우에 따라서는 밀도 등 다른 물성 데이터도 측정 가능하다. The control unit 40 supplies the power from the power supply unit 30 as an input signal to the displacement generating unit, compares the stored data with the pre-stored data based on the output of the sensor unit, or calculates using a pre-stored formula. Perform the function of calculating data. Although the physical property data of the fluid which can be measured here is a viscosity normally, other physical property data, such as a density, can also be measured in some cases.

또한, 본 발명에 따른 유체의 물성 측정 장치에는 별도의 온도계(미도시)를 설치하여 유체의 온도를 측정할 수 있고, 온도 데이터를 상기 제어부에 디지털 신호로 입력하여 점도 등의 물성 데이터 연산에 활용할 수도 있다. In addition, in the physical property measurement apparatus of the fluid according to the present invention, a separate thermometer (not shown) may be installed to measure the temperature of the fluid, and the temperature data may be input to the controller as a digital signal to be used for calculation of physical property data such as viscosity. It may be.

또한, 본 발명에 따른 유체의 물성 측정 장치에는 디스플레이부(50)가 더 설치되어 상기 제어부에서 연산한 데이터에 대한 정보를 사용자가 볼 수 있도록 디스플레이 하도록 할 수도 있다. In addition, the apparatus for measuring the physical properties of the fluid according to the present invention may further include a display unit 50 to display the information on the data calculated by the control unit so that the user can see.

도 2에는 도 1에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 유체의 물성 측정 장치에서 커버가 개방된 상태를 보여주는 사시도로서, 기구부의 구성을 보여주는 도면이 도시되어 있고, 도 3에는 도 2의 III 방향에서 바라본 평면도가 도시되어 있 으며, 도 4에는 도 2에 도시된 유체의 물성 측정 장치의 기구부에 사용되는 압전 엑츄에이터의 구성 원리를 간략히 보여주는 도면이 도시되어 있고, 도 5에는 도 3과 비교되는 도면으로 프루브가 소정 각도 회전된 상태를 보여주는 도면이 도시되어 있다. FIG. 2 is a perspective view illustrating a state in which a cover is opened in the apparatus for measuring physical properties of a fluid according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1, and FIG. A plan view seen from the direction III is shown, and FIG. 4 is a view showing briefly the principle of construction of a piezoelectric actuator used in the mechanism of the apparatus for measuring the physical properties of the fluid shown in FIG. 2, and FIG. 5 compared with FIG. 3. The figure shows a state in which the probe is rotated a predetermined angle.

도 2 및 도 3에 도시된 것과 같이, 유체의 물성 측정 장치의 기구부(20)를 구성하는 변위 발생부는, 하측으로부터 연장되어 점도 측정 대상 유체에 일정 부분 이상 잠기는 프루브(26)를 상부 양측에서 지지하는 두 개의 압전 엑츄에이터(21)를 포함한다. 상기 프루브(26)는 실린더 형상인 것이 바람직하고, 하부의 점도 측정 대상 유체에 잠기는 부분의 길이는 직경의 5배 이상 긴 것이 바람직하다. 상기 압전 엑츄에이터(21)는 일단은 상기 프루브(26)에 고정되고 타단은 하우징(25)에 고정된다. As shown in Fig. 2 and 3, the displacement generating portion constituting the mechanism portion 20 of the physical property measurement device of the fluid, from the upper side to support the probe 26 extending from the lower side to be immersed in the fluid to be measured viscosity at least a portion. Two piezoelectric actuators 21 are included. It is preferable that the said probe 26 is cylindrical shape, and it is preferable that the length of the part submerged in the fluid of the viscosity measurement object of the lower part is 5 times or more of diameter. One end of the piezoelectric actuator 21 is fixed to the probe 26 and the other end of the piezoelectric actuator 21 is fixed to the housing 25.

상기 프루브(26)가 실린더 형상인 것이 바람직한 것은, 유체의 점도를 측정할 때의 이상적인 기구부의 형상이 무한히 긴 바운더리 시스템(boundary system)인 것을 고려한 것으로, 구석 효과(side effect)를 최소화할 수 있고 산업용으로 제작하기에 적합한 형상이 실린더 형상이기 때문이다. 또한, 프루브(26)의 길이가 직경의 5배 이상 긴 것은, 길이가 길면 길수록 구석 효과의 영향을 피할 수 있기 때문으로, 5배 이상이면 구석 효과가 무시할 수 있는 수준으로 작아지기 때문이다. It is preferable that the probe 26 has a cylindrical shape, considering that the shape of the ideal mechanism part when measuring the viscosity of the fluid is an infinitely long boundary system, and the side effect can be minimized. This is because the cylindrical shape is suitable for manufacturing for industrial use. The longer the length of the probe 26 is, the longer the length of the probe 26 is, because the longer the length can avoid the effect of the corner effect, and if the length is longer than 5 times, the corner effect becomes negligible.

상기 프루브(26)의 외부 형상은 실린더인 것이 바람직하고, 내부는 도면에 도시된 것과 같이 속이 빈 중공으로 이루어지거나, 또는 속이 채워진 형태의 실린더도 모두 적용이 가능하다. It is preferable that the outer shape of the probe 26 is a cylinder, and the inside is made of a hollow hollow or filled cylinder as shown in the drawings.

상기 각각의 압전 엑츄에이터(21)는 폭에 비해 두께가 얇고 길게 형성된 판상의 탄성체(23)와, 상기 탄성체(23)의 일면에 부착된 압전 소자(S1, S2)를 포함한다. Each of the piezoelectric actuators 21 includes a plate-shaped elastic body 23 that is thin and long compared to its width, and piezoelectric elements S1 and S2 attached to one surface of the elastic body 23.

도 2 및 도 3에 도시된 압전 엑츄에이터(21)를 도 4에 도시된 것과 같이 일단을 고정시킨 상태로 배치하고, 상기 압전 소자(S1)의 양면에 전압을 인가하면, 상기 압전 소자(S1)는 변형된다. 변형의 방향은 압전 소자(S1)의 분극 방향과 어느 쪽에 + 또는 - 전압을 인가하는지의 전압 인가 방향에 따라 달라진다. 어떠한 경우라도 압전 소자(S1)의 분극 방향과 전압 인가 방향을 조절하여 압전 소자(S1)의 길이가 길어지거나 짧아지도록 조절할 수 있다. When the piezoelectric actuator 21 shown in Figs. 2 and 3 is arranged in a state where one end is fixed as shown in Fig. 4, and a voltage is applied to both surfaces of the piezoelectric element S1, the piezoelectric element S1 Is transformed. The direction of deformation depends on the polarization direction of the piezoelectric element S1 and the voltage application direction of which the + or − voltage is applied. In any case, the polarization direction and the voltage application direction of the piezoelectric element S1 may be adjusted so that the length of the piezoelectric element S1 is longer or shorter.

전압이 인가됨에 따라 압전 소자(S1)의 길이가 길어지도록 조절하면, 도 4에 점선으로 표시된 것과 같이 압전 엑츄에이터(21)가 일방향으로 변형하게 된다. 인가되는 전압의 크기를 조절하여 압전 엑츄에이터(21)의 변형량을 조절할 수도 있다. If the length of the piezoelectric element S1 is adjusted to be longer as a voltage is applied, the piezoelectric actuator 21 is deformed in one direction as indicated by a dotted line in FIG. 4. The amount of deformation of the piezoelectric actuator 21 may be adjusted by adjusting the magnitude of the applied voltage.

이와 같이 구동되는 압전 엑츄에이터(21)를 이용하는 도 3에 도시된 기구부(20)에서 적절한 전압을 인가하는 경우에는 도 5에 도시된 것과 같이 프루브(26)를 회전시킬 수 있다. 그리고 인가한 전압을 제거하는 경우에는 도 3에 도시된 상태로 복원된다. 이와 같은 원리에 의해 변위 발생부가 작동하게 된다. When the appropriate voltage is applied from the mechanism 20 shown in FIG. 3 using the piezoelectric actuator 21 driven as described above, the probe 26 may be rotated as shown in FIG. 5. When the applied voltage is removed, the state shown in FIG. 3 is restored. By this principle, the displacement generator is operated.

한편, 압전 엑츄에이터(21)의 구동의 위해서는 탄성체(23)의 일면에만 압전 소자(S1, S2)가 부착된 모노모프(monomorph) 형태여도 위와 같은 운동을 일으킬 수 있고, 만약 양면에 각각 압전 소자(S1, S2, R1, R2)를 부착하는 바이모프(bimorph) 형태로 압전 엑츄에이터(21)를 구성하는 경우에는 변위를 더욱 크게 할 수 있다. On the other hand, in order to drive the piezoelectric actuator 21, even if a monomorphic form (monomorph) attached to the piezoelectric elements (S1, S2) on only one surface of the elastic body 23 can cause the above motion, if the piezoelectric elements ( When the piezoelectric actuator 21 is configured in a bimorph form to which S1, S2, R1, and R2 are attached, the displacement can be further increased.

또한, 바이모프 형태로 압전 엑츄에이터(21)를 구성한 상태에서 일측의 압전 소자(S1, S2)만을 구동에 사용하고, 타측의 압전 소자(R1, R2)는 센싱을 위해 사용할 수도 있다. 즉, 본 발명의 제1 실시예에 따른 유체의 물성 측정 장치를 구성하는 기구부 중 센서부로서 구동에 사용되지 않는 압전 소자(R1, R2)를 사용할 수 있다. In addition, in the state where the piezoelectric actuator 21 is configured in the form of bimorph, only the piezoelectric elements S1 and S2 on one side may be used for driving, and the piezoelectric elements R1 and R2 on the other side may be used for sensing. That is, the piezoelectric elements R1 and R2 which are not used for driving can be used as the sensor part among the mechanism parts constituting the fluid property measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention.

도 3에 도시된 것과 같이, 탄성체 양면에 각각 압전 소자(S1, S2, R1, R2)가 배치된 상태에서, 일측면의 압전 소자(S1, S2)에 전압을 인가하여 프루브(26)를 소정 각도 회전시키고, 일측의 압전 소자(S1, S2)가 변형됨에 따라 함께 변형된 타측면의 압전 소자(R1, R2)에서는 압전 소자의 물리적 특성에 의해 변형량에 비례하는 전압이 발생한다. 이와 같이 타측면의 압전 소자(R1, R2)에서 발생한 전압을 측정하면 프루브(26)의 회전 변위를 측정할 수 있다. 또한, 소정의 전압을 인가할 때의 대기 중에서의 프루브(26)의 회전 변위와, 점도를 측정하고자 하는 유체에 프루브(26)가 일정 깊이 이상 잠긴 상태에서의 프루브(26)의 회전 변위를 각각 측정함으로써 이를 토대로 해당 유체의 점도를 계산할 수 있다. As shown in FIG. 3, in the state in which the piezoelectric elements S1, S2, R1, and R2 are disposed on both surfaces of the elastic body, a voltage is applied to the piezoelectric elements S1 and S2 on one side thereof so that the probe 26 is predetermined. As the piezoelectric elements S1 and S2 on one side are rotated at an angle, the piezoelectric elements R1 and R2 on the other side that are deformed together generate a voltage proportional to the amount of deformation due to the physical characteristics of the piezoelectric elements. As such, when the voltage generated by the piezoelectric elements R1 and R2 on the other side is measured, the rotational displacement of the probe 26 may be measured. In addition, the rotational displacement of the probe 26 in the atmosphere at the time of applying a predetermined voltage and the rotational displacement of the probe 26 in the state in which the probe 26 is immersed for a predetermined depth or more in the fluid to be measured for viscosity By measuring this, the viscosity of the fluid can be calculated.

한편, 도 2 및 도 3에 도시된 것과 같이, 상기 복수 개의 압전 엑츄에이터(21)는 서로 일정한 간격으로 배치된 것이 바람직하다. 이는 압전 엑츄에이터(21)가 프루브(26)에 작용하는 힘이 균일하여야 프루브(26)를 균일하게 회전시킬 수 있기 때문이다. 또한, 도 2 및 도 3에는 상기 압전 엑츄에이터(21)들이 상기 프루브(26)에 실질적으로 직각을 이루면서 고정된 상태로 도시되어 있는데, 본 발 명은 이에 한정되지 않고 압전 엑츄에이터(21)들이 상기 프루브(26)에 경사를 가지면서 고정된 경우도 포함한다. Meanwhile, as illustrated in FIGS. 2 and 3, the plurality of piezoelectric actuators 21 are preferably disposed at regular intervals from each other. This is because the piezoelectric actuator 21 can uniformly rotate the probe 26 only when the force acting on the probe 26 is uniform. In addition, the piezoelectric actuators 21 are shown in a fixed state while being substantially perpendicular to the probe 26 in FIGS. 2 and 3, but the present invention is not limited thereto, and the piezoelectric actuators 21 may have the probe ( It also includes the case where it is fixed while having an inclination in 26).

<제2 실시예>Second Embodiment

도 6에는 본 발명의 제2 실시예에 따른 유체의 물성 측정 장치의 구성을 보여주는 도면이 도시되어 있고, 도 7에는 도 6에 도시된 유체의 물성 측정 장치의 기구부의 구성을 개략적으로 보여주는 분리 사시도가 도시되어 있으며, 도 8에는 도 7의 VIII-VIII 선을 따라 취한 단면도가 도시되어 있다. 6 is a view showing the configuration of the physical properties of the fluid measuring apparatus according to a second embodiment of the present invention, Figure 7 is an exploded perspective view schematically showing the configuration of the mechanism of the physical properties measuring device of the fluid shown in FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line VIII-VIII of FIG.

도 6에 도시된 것과 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 유체의 물성 측정 장치는 제1 실시예와 마찬가지로 기구부(120), 전원부(30) 및 제어부(40)를 포함한다. As shown in FIG. 6, the apparatus for measuring physical properties of a fluid according to the second exemplary embodiment of the present invention includes a mechanism unit 120, a power supply unit 30, and a controller 40 as in the first exemplary embodiment.

제2 실시예가 앞서 설명한 제1 실시예와 다른 점은, 상기 기구부(120)의 구성이 제1 실시예의 기구부(20)의 구성과 상이하다는 것이다. 제2 실시예에 있어서의 기구부(120)의 구성은 다음과 같다. The second embodiment differs from the first embodiment described above in that the structure of the mechanism 120 is different from that of the mechanism 20 of the first embodiment. The structure of the mechanism part 120 in 2nd Example is as follows.

도 7에 도시된 것과 같이 본 발명의 제2 실시예에 다른 유체의 물성 측정 장치의 기구부(120)는 일측에 나사산(126a)이 형성된 중공 실린더형의 프루브(126)와, 상기 프루브(126) 내측에 설치되는 압전 엑츄에이터(21)를 포함한다. 상기 압전 엑츄에이터(21)는 두 개가 설치되고, 상기 프루브(126)의 양단부를 마감하는 외측 마감재(128) 및 내측 마감재(129)에 각각 그 단부가 고정된다. 상기 외측 마감재(128)는 상기 프루브(126)의 단부 외측에서 상기 프루브(126)와 고정되고, 상기 내측 마감재(129)는 상기 프루브의 내측에서 상기 프루브(126)와 고정됨으로써, 실 질적으로 상기 압전 엑츄에이터(21)들은 상기 프루브(126)의 양단부에 고정된 것과 같이 배치된다. As shown in FIG. 7, the mechanism 120 of the apparatus for measuring physical properties of the fluid according to the second embodiment of the present invention includes a hollow cylindrical probe 126 having a thread 126a formed at one side thereof, and the probe 126. Piezoelectric actuator 21 is installed on the inside. Two piezoelectric actuators 21 are installed, and the ends of the piezoelectric actuators 21 are fixed to the outer finishing member 128 and the inner finishing member 129 which respectively close both ends of the probe 126. The outer finisher 128 is fixed with the probe 126 outside the end of the probe 126, the inner finisher 129 is fixed with the probe 126 inside the probe, thereby substantially The piezoelectric actuators 21 are arranged as fixed to both ends of the probe 126.

상기 두 개의 압전 엑츄에이터(21)는 상기 프루브(126)의 중심축에 대해 서로 실질적으로 180도를 이루면서 배치되어 있고, 상기 프루브(126)와 실질적으로 평행하게 배치되는 것이 공간을 축소하는데 유리하기 때문에 바람직하다. 다만, 상기 압전 엑츄에이터(21)는 상기 프루브(126)와 반드시 평행하게 배치되어야 하는 것은 아니고 평행하게 배치되지 않고 경사를 이루면서 배치되는 경우도 본 발명에 포함된다. The two piezoelectric actuators 21 are arranged to be substantially 180 degrees with respect to the central axis of the probe 126, and since being disposed substantially parallel to the probe 126 is advantageous in reducing the space desirable. However, the piezoelectric actuator 21 is not necessarily arranged in parallel with the probe 126, but is also included in the present invention when the piezoelectric actuator 21 is disposed in an inclined manner without being disposed in parallel.

상기 압전 엑츄에이터(21)는 제1 실시예에서와 마찬가지로 탄성체(23)에 구동을 위한 압전 소자(S1, S2)와 센싱을 위한 압전 소자(R1, R2)가 각각 부착된 형태로 구성된다.  As in the first embodiment, the piezoelectric actuator 21 has a shape in which the piezoelectric elements S1 and S2 for driving and the piezoelectric elements R1 and R2 for sensing are attached to the elastic body 23, respectively.

상기 프루브(126)는 일측에 형성된 나사산(126a)을 이용하여 점도 측정 대상 유체(70)를 수용하고 있는 용기(160)의 벽면에 고정될 수 있고, 고정된 상태에서 상기 압전 엑츄에이터(21)의 구동에 의해 회전 변위를 일으키면서 점도를 측정할 수 있게 한다. 점도의 측정 방식은 제1 실시예에서와 동일하다. The probe 126 may be fixed to the wall surface of the container 160 containing the viscosity measurement fluid 70 by using the thread 126a formed on one side, and in the fixed state of the piezoelectric actuator 21. It is possible to measure the viscosity while causing rotational displacement by driving. The measurement method of the viscosity is the same as in the first embodiment.

도 9에는 도 7에 도시된 기구부의 변형예가 도시되어 있고, 도 10에는 도 9의 X-X 선을 따라 취한 단면도가 도시되어 있다. 9 shows a variant of the mechanism shown in FIG. 7, and FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the line X-X of FIG. 9.

도 9 및 도 10에 도시된 것과 같이, 본 변형예의 기구부에서는 압전 엑츄에이터(21)가 4개가 사용되어 서로 실질적으로 직각을 이루면서 배치되어 있다. 이와 같이 4개의 동일한 형태의 압전 엑츄에이터(21)를 사용하는 경우, 프루브(126) 의 회전 변위를 더 크게 증가시킬 수 있고, 각각의 압전 엑츄에이터(21)에 부착된 센싱용 압전 소자(R1, R2)에서 측정되는 값들을 종합하여 측정의 오차를 줄일 수 있는 장점이 있다. As shown in Fig. 9 and Fig. 10, in the mechanism part of the present modification, four piezoelectric actuators 21 are used and arranged at substantially right angles to each other. When four piezoelectric actuators 21 of the same type are used as described above, the rotational displacement of the probe 126 can be further increased, and the sensing piezoelectric elements R1 and R2 attached to the respective piezoelectric actuators 21 can be increased. ) Has the advantage of reducing the measurement error by combining the measured values.

도 11에는 도 7에 도시된 기구부의 다른 변형예가 도시되어 있다. 11 shows another modification of the mechanism shown in FIG. 7.

도 11에 도시된 것과 같이, 본 변형예의 기구부에서는 프루브(126)의 단부, 즉 외측 마감재(128)의 단부면에 질량부(328)가 부착된다. 상기 질량부(328)가 더 부착됨으로써, 프루브(126)가 회전 변위를 일으키는 동작 중에 프루브(126)의 회전 모멘텀이 더 크게 발생할 수 있게 되고, 보다 정확한 점도 측정에 도움이 된다. As shown in FIG. 11, in the mechanism part of this modification, the mass part 328 is attached to the edge part of the probe 126, ie, the end surface of the outer finishing material 128. As shown in FIG. As the mass portion 328 is further attached, the rotation momentum of the probe 126 may be greater during the operation of the probe 126 causing the rotational displacement, which may help to measure the viscosity more accurately.

도 6 내지 도 11에 도시된 프루브(126)의 경우에도 직경에 비하여 유체에 접하는 부분의 길이가 5배 이상 긴 것이 구석 효과를 피할 수 있어 바람직하다. Also in the case of the probe 126 shown in Figs. 6 to 11, it is preferable that the length of the portion in contact with the fluid is longer than five times as long as the corner effect can be avoided.

도 12 내지 도 14에는 이상에서 설명한 본 발명에 따른 유체의 물성 측정 장치에 진동 방지 구조를 적용한 예들을 보여주는 도면이 도시되어 있다. 12 to 14 show examples of applying the vibration preventing structure to the apparatus for measuring physical properties of a fluid according to the present invention described above.

회전 변위가 발생하면서 유체와 접하는 프루브(26, 126)에서는 작동 중에 진동이 발생한다. 이 진동은 회전 변위를 발생시키는 펄스 신호 입력 값에 대한 출력 값을 측정할 때 측정값에 잡음(noise)으로 포함될 가능성이 있다. 이에 이를 차단하여 신호 대 잡음비(signal to noise ratio)를 개선할 필요성이 제기된다. 이러한 진동 차단 구조의 일례로 도 12 내지 도 14에 도시된 것과 같은 홈(25a) 또는 단차(25b)가 형성된 구조가 적용될 수 있다. Vibration occurs during operation in probes 26 and 126 in contact with the fluid while rotational displacement occurs. This vibration is likely to be included as noise in the measurement when measuring the output value for the pulse signal input value that causes rotational displacement. This raises the need to block this and improve the signal to noise ratio. As an example of such a vibration blocking structure, a structure in which the groove 25a or the step 25b is formed as shown in FIGS. 12 to 14 may be applied.

도 12에는 도 1 및 도 2에서 설명된 실시예에서 도시한 하우징(25')에 복수 개의 단차(25b)와 홈(25a)이 형성된 모습이 도시되어 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 하우징(25)을 도 12과 같이 단차(25b)와 홈(25a)이 형성된 형태로 변형하는 경우, 프루브(26)에서 작동 중에 발생하는 진동이 센서부에서 측정되는 신호에 잡음으로 포함되는 것을 예방할 수 있다. 단, 이와 같은 단차(25b)와 홈(25a)을 형성하는 구조는 도시된 것과 같은 구조로 한정되지 않고 다양하게 변형이 가능하다. 한편, 도 12에 도시된 것과 같이, 단차(25b) 중 특정 단차에 나사산(26a)을 형성하면 본 발명의 제1실시예에 따른 유체의 물성 측정 장치(20)를 도 6에 도시된 것과 같은 유체를 담고 있는 용기(160)의 벽면에 결합하여 사용하는 것도 가능하다. FIG. 12 shows a plurality of steps 25b and grooves 25a formed in the housing 25 ′ shown in the embodiment described with reference to FIGS. 1 and 2. When the housing 25 illustrated in FIGS. 1 and 2 is deformed into a form in which the step 25b and the groove 25a are formed as shown in FIG. 12, vibration generated during operation in the probe 26 is measured by the sensor unit. This can prevent the signal from being included as noise. However, the structure for forming the step 25b and the groove 25a is not limited to the structure as shown, and can be variously modified. On the other hand, as shown in FIG. 12, when the thread 26a is formed at a specific step among the steps 25b, the apparatus 20 for measuring physical properties of the fluid according to the first embodiment of the present invention is the same as that shown in FIG. It is also possible to use in combination with the wall of the container 160 containing the fluid.

도 13 및 도 14에는 도 6 내지 도 11을 참조하여 설명된 제2 실시예에 진동 방지 구조가 적용된 예들이 도시되어 있다. 도 13은 제2 실시예에서 용기(160)와 결합되는 부분으로부터 용기(160) 내측에 진동 방지 구조가 형성된 예이다. 또한, 도 14는 제2 실시예에서 용기(160) 외측에 진동 방지 구조가 형성된 예이다. 13 and 14 illustrate examples in which the anti-vibration structure is applied to the second embodiment described with reference to FIGS. 6 to 11. FIG. 13 illustrates an example in which a vibration preventing structure is formed inside the container 160 from a portion engaged with the container 160 in the second embodiment. 14 is an example in which the vibration preventing structure is formed outside the container 160 in the second embodiment.

도 12 내지 도 14에 도시된 예들에서는 공통적으로 유체와 접촉하는 프루브와 그 후방의 센서부가 구조적으로 명확히 구분되어 프루브의 진동이 후방의 센서부에서 측정되는 신호에 잡음으로 포함되는 것을 방지할 수 있다. 이러한 단차 및 홈의 형성 구조는 도시된 것으로 한정되지 않고 다양하게 변화될 수 있음은 물론이다. 그리고, 이러한 단차 또는 홈이 형성된 부분은 프루브와 별도로 가공되어 결합될 수도 있고, 프루브와 일체로 가공된 상태에서 단차와 홈이 형성될 수도 있다. In the examples shown in FIGS. 12 to 14, the probes in common contact with the fluid and the sensor parts at the rear thereof are structurally clearly distinguished, thereby preventing the vibration of the probes from being included as noise in the signal measured at the sensor part at the rear. . The structure of the formation of the step and the groove is not limited to the illustrated and may be variously changed. In addition, the step or groove formed portion may be separately processed and combined with the probe, the step and the groove may be formed in a state that is integrally processed with the probe.

도 15 및 도 16에는 프루브와 하우징이 연결되는 부분의 상세 설계 예가 도 시되어 있다. 15 and 16 show a detailed design example of the portion where the probe and the housing are connected.

본 발명에 따른 유체의 물성 측정 장치에서는 프루브가 하우징과 연결되도록 만들어지고, 하우징에 대해 상기 프루브가 상대적으로 회전 변위를 발생하도록 구성된다. 이 경우에 연결 부분을 설계하는 방식에 따라 측정되는 진동감도에 미치는 영향이 달라질 수 있다. 예를 들어, 도 15에 도시된 것과 같이 용접에 의하는 경우와, 도 16에 도시된 것과 같이 베어링, 긴결재 및/또는 접착제 등을 사용하여 전달 토크의 손실을 저감하는 저손실 결합부를 사용하는 경우에는 각각 진동감도가 달라지므로, 유체의 물성 측정에 있어서 각각 다른 교정 과정을 거쳐야 한다. 단, 공통적으로 용접에 의하거나 저손실 결합부를 구성하는 경우 모두 시료의 증발 등이 문제될 수 있으므로 고도의 긴밀이 유지되도록 결합되어야 한다. 본 발명에서는 이러한 프루브와 하우징의 연결부의 상세 설계는 한정되지는 않지만 바람직하게는 도 15 또는 도 16에 도시된 형태로 설계되는 것이 바람직하다. In the apparatus for measuring the physical properties of a fluid according to the present invention, the probe is made to be connected with the housing, and the probe is configured to generate a rotational displacement relative to the housing. In this case, the influence on the measured vibration sensitivity may vary depending on the design of the connection part. For example, in case of welding as shown in FIG. 15 and in case of using a low-loss coupling which reduces a loss of transmission torque by using a bearing, a binding material and / or an adhesive as shown in FIG. Since the vibration sensitivity is different from each other, it is necessary to go through different calibration procedures in measuring the physical properties of the fluid. However, in general, when welding or forming a low-loss coupling portion, the evaporation of the sample may be a problem, so it must be combined to maintain a high degree of closeness. In the present invention, the detailed design of the connection portion of the probe and the housing is not limited, but is preferably designed in the form shown in FIG. 15 or 16.

지금까지는 유체의 물성 측정 장치에서 온도와 점도를 측정할 수 있는 구성에 대해서만 설명하였다. 물론 온도와 점도를 측정하는 경우, 밀도와 동점도의 측정도 가능하다. 그런데, 측정 대상 유체가 기계 장치에 사용되는 엔진 오일이나 윤활유인 경우, 기계 장치가 작동하면서 발생하는 여러 요인에 의해 유체의 물성이 변화하게 된다. Until now, only the configuration that can measure the temperature and viscosity in the physical property measurement device of the fluid has been described. Of course, when measuring temperature and viscosity, the density and kinematic viscosity can also be measured. By the way, when the fluid to be measured is an engine oil or lubricating oil used in a mechanical device, the physical properties of the fluid are changed by various factors generated while the mechanical device is operating.

예를 들어, 발전용 터어빈과 자동차 엔진 크랭크들과 같은 기계 장치에 사용되는 윤활유에 대해 고려해 보자. 이러한 윤활유는 고온의 공기와 피스톤과 실린더 사이의 폭발누출 가스(blow-by gas)등과 접촉하여 산화될 수 있다. 또는, 이러한 윤활유는 극심한 온도의 증가와 감소에 따라 물리적 성질이 변화할 수 있다. 또한, 이러한 윤활유는 휘발성분의 감소로 인해 점도와 밀도가 증가하거나, 기포와 고형 탄화물질의 혼입, 연료의 유입으로 인한 희석(dilution)등에 의해 사용시간이 경과함에 따라 열화(劣化)되어 그 성능이 저하되게 된다. For example, consider lubricants used in machinery such as power turbines and automotive engine cranks. Such lubricating oil may be oxidized in contact with hot air and blow-by gas or the like between the piston and the cylinder. Alternatively, these lubricants may change their physical properties with increasing and decreasing extreme temperatures. In addition, the lubricating oil deteriorates with the use time due to the increase in viscosity and density due to the reduction of volatile content, the dilution due to the mixing of bubbles and solid carbonaceous materials, the inflow of fuel, etc. Will be degraded.

산업용 윤활유의 대표적인 자동차 엔진오일의 사용환경은 온도변화의 범위가 크고(-20℃ 내지 +150℃ 정도), 기계적인 충격도 많이 받는다. 따라서 윤활유가 열화되기 쉽고, 탄화물이 혼입되기 쉬운 상태이며, 이러한 극한상황에서는 잘 정제된 윤활유라 하더라도 시간경과에 따라 그 성질이 크게 변화된다. Representative automotive engine oils of industrial lubricating oil have a wide range of temperature change (about -20 ° C to + 150 ° C), and are also subjected to mechanical shocks. Therefore, lubricating oil is easily deteriorated and carbides are easily mixed. In such an extreme situation, even a well-refined lubricating oil changes its properties with time.

즉, 윤활 특성이 저하될 뿐 아니라 피스톤의 실린더 접착 원인이 되는 등 원동기 장치의 사용에 무리가 가기 때문에 사용환경과 사용기간을 감안하여 적절한 시점마다 교환되어야 한다. 또한 최적 윤활 상태가 아닌 상태에서의 연료의 연소는 많은 공해 물질을 발생시키기 때문에 공해물질의 저감 차원에서도 윤활유의 적정교체가 필요하다. That is, since the lubrication characteristics are not only deteriorated, but it is difficult to use the prime mover device such as causing the cylinder to adhere to the piston, it must be replaced at an appropriate time point in consideration of the use environment and the use period. In addition, since the combustion of fuel in a state that is not optimal lubrication generates a lot of pollutants, it is necessary to properly replace the lubricating oil to reduce the pollutants.

이러한 윤활유 또는 엔진 오일의 열화를 평가하는 지표로는 오일 내의 슬러지양, 점도, 전산가(Total Acid Number: TAN) 등이다. 이러한 여러 변수 중 어느 한 가지만으로는 그 열화의 정확한 정도를 평가할 수는 없으며, 이러한 수치를 종합적으로 평가 및 판단해야 한다. Indicators for evaluating deterioration of such lubricating oil or engine oil are the amount of sludge in oil, viscosity, total acid number (TAN), and the like. Any one of these variables alone cannot assess the exact extent of the deterioration and should be assessed and judged comprehensively.

따라서, 본 발명에 따른 유체의 물성 측정 장치에, 전기전도도를 더 측정할 수 있는 구성을 추가하고, 윤활유 및 엔진 오일의 열화를 판단하기 위해 점도, 밀 도, 동점도, 유전율, 정전용량 그리고 전기전도도를 고려하여 윤활유 및 엔진 오일의 열화의 정도를 평가할 수 있도록 한다. 즉, 상기한 점도와 온도의 측정 기능에 전기전도도 측정 기능을 추가하여, 점도, 온도, 밀도, 동점도의 물리적 성질과 함께 유체의 전기전도도를 포함한 전기적 특성을 동시에 고려할 수 있도록 하는 것이다. Therefore, in order to measure the physical properties of the fluid according to the present invention, to add a configuration that can further measure the electrical conductivity, to determine the deterioration of the lubricant and engine oil viscosity, density, kinematic viscosity, dielectric constant, capacitance and electrical conductivity Considering these factors, the degree of deterioration of lubricating oil and engine oil can be evaluated. That is, the electrical conductivity measurement function is added to the above-described viscosity and temperature measurement functions, so that the electrical properties including the electrical conductivity of the fluid can be considered simultaneously with the physical properties of viscosity, temperature, density, and kinematic viscosity.

전기전도도는 용액이 전류를 운반할 수 있는 정도를 말하며, 용액 중의 이온세기를 신속하게 평가할 수 있는 전기적 성질을 말한다. 사용단위는 전기저항의 역수차원인 ohm-1 또는 mho로 나타낸다. mho는 국제단위계인 S(Siemens) 단위로 통용되어 mS/m (milli-Siemens/meter)와 μS/cm(microSiemens/centi meter)단위를 많이 사용한다. 그리고, mS/m는 10 S/cm (또는 10 mhos/cm)이다. Electrical conductivity refers to the degree to which a solution can carry an electric current, and refers to an electrical property capable of quickly evaluating ionic strength in a solution. The unit used is expressed as ohm -1 or mho, which is the inverse dimension of electrical resistance. mho is commonly used in S (Siemens) unit, which is an international system of units, and uses many units of mS / m (milli-Siemens / meter) and μS / cm (microSiemens / centi meter). And mS / m is 10 S / cm (or 10 mhos / cm).

본 발명에 사용되는 전기전도도의 측정 원리는 다음과 같다. The measuring principle of the electrical conductivity used in the present invention is as follows.

윤활유 또는 오일 시료와 접촉하는 2 개의 서로 다른 극성의 전극에 일정한 전압을 가해주면 가한 전압이 전류를 흐르게 하며, 이때 흐르는 전류의 크기는 용액의 전도도에 의존하게 된다. 이때 용액 또는 오일시료가 가지는 저항 R은 다음의 수학식 1로 표시할 수 있다. Applying a constant voltage to two different polarity electrodes in contact with the lubricant or oil sample causes the applied voltage to flow, and the magnitude of the current flowing depends on the conductivity of the solution. In this case, the resistance R of the solution or the oil sample may be expressed by the following Equation 1.

Figure 112006029901663-PAT00001
Figure 112006029901663-PAT00001

여기에서 θ는 비저항(Ω·㎝)이고 t 는 두 전극간의 거리(㎝), A 는 전극의 단면적 (cm2)이다. Where θ is the specific resistance (Ω · cm), t is the distance (cm) between the two electrodes, and A is the cross-sectional area (cm2) of the electrode.

전기전도도 C는 다음의 수학식 2로 표현될 수 있다. The electrical conductivity C can be expressed by the following equation (2).

Figure 112006029901663-PAT00002
Figure 112006029901663-PAT00002

여기에서 K(=1/θ)는 비전도도(mho/cm)이며, 교정을 통해 셀정수값(A/t)을 정해서 사용할 수 있다. 따라서 측정결과는 측정된 시료의 전기전도도 값(mho)에 셀정수(㎝-1)를 곱하여 시료의 전기전도도값을 mho/cm의 단위로 표시한다. 이러한 전기전도도는 온도차에 의한 영향(약 2%/℃)이 크므로 측정 기준치는 일정한 기준온도(예: 25℃)를 정하여 오일의 열화 평가기준으로 활용한다. Here, K (= 1 / θ) is a non-conductivity (mho / cm), and the cell constant value (A / t) can be determined and used through calibration. Therefore, the measurement result is obtained by multiplying the measured conductivity value (mho) by the cell constant (cm-1) and displaying the conductivity value of the sample in mho / cm. Since the electrical conductivity is largely influenced by the temperature difference (about 2% / ℃), the measurement reference value is used as an evaluation criterion for deterioration of oil by setting a constant reference temperature (eg, 25 ℃).

전기전도도를 측정하기 위해서는 유체와 맞닿는 부분에 전극을 두 개 이상 설치하여야 한다. 이하에서는 전극이 설치되는 구조의 다양한 실시예들에 대해 살펴본다. In order to measure the electrical conductivity, two or more electrodes should be installed at the part contacting the fluid. Hereinafter, various embodiments of the structure in which the electrode is installed will be described.

도 17 내지 도 22에는 앞서 설명된 유체의 물성 측정 장치에서 전기전도도를 측정하기 위한 전극을 부착하는 방식의 여러 가지 형태를 보여주는 도면이 도시되어 있다. 17 to 22 are views showing various forms of attaching an electrode for measuring electrical conductivity in the apparatus for measuring physical properties of the fluid described above.

도 17은 도 1 및 도 2을 참조하여 설명된 형태의 유체의 물성 측정 장치에서 하우징의 측벽에 전극이 설치된 형태가 도시되어 있다. 도 1에 도시된 것과 같이, 도 1 및 도 2에 도시된 유체의 물성 측정 장치의 경우 하우징의 일부가 유체에 잠긴 상태로 유체의 물성을 측정하게 되는데, 이때 전극이 유체와 접할 수 있도록 하 우징의 측벽에 전극을 설치할 수 있다. FIG. 17 illustrates a form in which electrodes are installed on sidewalls of a housing in an apparatus for measuring physical properties of a fluid of the type described with reference to FIGS. 1 and 2. As shown in FIG. 1, in the physical property measurement apparatus of the fluid shown in FIGS. 1 and 2, the physical properties of the fluid are measured while a part of the housing is immersed in the fluid, in which case the electrode is in contact with the fluid. The electrode can be installed on the side wall of the.

도 18에는 도 1 및 도 2을 참조하여 설명된 형태의 유체의 물성 측정 장치에서, 윤활유와 접촉을 원활하게 하기 위해 하우징 하부면에 전기전도도 측정용 전극들을 부착한 형태가 도시되어 있다. FIG. 18 illustrates an embodiment in which the conductivity measuring electrodes are attached to the lower surface of the housing in order to facilitate contact with the lubricating oil in the apparatus for measuring physical properties of the fluid described with reference to FIGS. 1 and 2.

도 19에는 도 6 내지 도 11을 참조하여 설명된 형태의 유체의 물성 측정 장치 또는 이의 변형예로서 원통 돌출형으로 구성된 경우에 프루브의 측면에 전기전도도 측정용 전극들을 부착한 형태가 도시되어 있다. FIG. 19 illustrates a form in which electrical conductivity measuring electrodes are attached to the side of the probe when the physical property measuring device of the fluid of the type described with reference to FIGS. 6 to 11 or a modification thereof is configured as a cylindrical protrusion.

도 20 내지 도 22에는 전기전도도 전극이 환형으로 구성된 경우에 도 17 내지 도 19에 도시된 전극의 배치와 달라진 구성을 보여주는 도면들이 도시되어 있다. 환형으로 전극을 구성하는 경우, 프루브를 중심으로 특정 방향에서 유체의 전기전도도 특성이 국부적으로 다른 경우라도 전체 적인 전기전도도를 측정할 수 있는 장점이 있다. 20 to 22 are views showing a configuration different from the arrangement of the electrodes shown in FIGS. 17 to 19 when the conductive electrodes are configured in an annular shape. When the electrode is configured in an annular shape, the overall electrical conductivity can be measured even when the electrical conductivity of the fluid is locally different in a specific direction with respect to the probe.

도 23 내지 도 25에는 전기전도도 전극을 다중으로 배치하는 경우의 예가 도시되어 있다. 다중으로 전극을 설치하는 경우, 바람직하게는 4개에서 12개 사이의 전극을 짝수 개로 설치하는 것이 바람직하다. 23 to 25 show examples of the case where the conductive electrodes are arranged in multiple numbers. In the case of providing electrodes in multiples, it is preferable to install an even number between 4 and 12 electrodes.

전기전도도는 또한 오일내에 용해된 입자농도(TDS, total dissolved solids), 염분농도(salinity)등 전해특성, 오일의 산화정도를 나타내는 전산가(TAN, total acid number) 및 연료의 연소시 생성되는 산성물질을 중화시키기 위한 능력의 정도를 나타내는 전염기가(total base number, TBN) 와 비례하므로 다음 의 수학식 3 및 4와 같이 함수화가 가능하다. Electrical conductivity also includes electrolytic properties such as total dissolved solids (TDS), salinity (salinity), total acid number (TAN) indicating the degree of oxidation of the oil, and acidic substances produced during combustion of the fuel. Since it is proportional to the total base number (TBN) indicating the degree of ability to neutralize, it can be functionalized as shown in Equations 3 and 4 below.

Figure 112006029901663-PAT00003
Figure 112006029901663-PAT00003

Figure 112006029901663-PAT00004
Figure 112006029901663-PAT00004

즉, 전산가 및 전염기가는 전기전도도의 함수 및 점도(μ), 밀도(ρ) 및 온도(T)의 함수의 곱으로 표현할 수 있다. That is, the acid value and the base value may be expressed as a product of a function of electrical conductivity and a function of viscosity (μ), density (ρ), and temperature (T).

이러한 함수는 교정실험을 통해 정해지며, 선형 또는 비선형 함수화가 가능하다. These functions are determined by calibration experiments and can be linear or nonlinear functionalization.

효율적인 엔진오일의 사용범위는 전산가(TAN)의 경우 4 이상 바람직하게는 6 이상을 유지하여야 하고, 전염기가(TBN)의 경우 1 이상 바람직하게는 2 이상을 유지하여야 한다. 본 발명에 따른 유체의 물성 측정 장치는 전산가(TAN)는 1 내지 10 mgKOH/g , 전염기가는 0.5 내지 5 mgKOH/g 범위에서 측정할 수 있는 것이 바람직하며, 이를 통해 엔진 오일 또는 윤활유의 사용기간, 오염의 정도, 교체시점의 정확한 지시 등이 가능하게 된다. The effective use range of engine oil should be maintained at least 4, preferably at least 6 for TAN, and at least 1, preferably at least 2 for TBN. Apparatus for measuring the physical properties of fluids according to the present invention, the TAN is preferably 1 to 10 mgKOH / g, the total salt can be measured in the range of 0.5 to 5 mgKOH / g, through which the service life of the engine oil or lubricant , The degree of contamination and accurate indication of the time of replacement is possible.

이러한 전기전도도, 전산가 및 전염기가의 수치는 디젤이나 가솔린 엔진 자동차의 윤활유의 열화 평가는 물론 압축기, 유압기기, 터빈, 기어, 펌프, 천연 가스 엔진 등에서 일반적으로 사용되는 윤활유 및 수질의 오염도 등 다양한 현장적용이 가능하다. These values of electric conductivity, computer value, and infectious value can be evaluated in various sites such as lubricant and water pollution, which are commonly used in compressors, hydraulic equipment, turbines, gears, pumps, and natural gas engines, as well as in evaluating lubricating oils in diesel and gasoline engine cars. Application is possible.

전기전도도 측정방법은 정해진 서로 다른 극성의 전극에 전압 0.1 내지 24V 범위, 주파수 1kHz 내지 1MHz 범위의 교류 전원을 공급하는 교류 브릿지를 사용하는 회로를 이용하여 측정할 수 있다. The conductivity measurement method may be measured by using a circuit using an AC bridge that supplies AC power in a voltage range of 0.1 to 24V and a frequency of 1kHz to 1MHz to electrodes having different polarities.

전기전도도를 측정하면서 가한 전류와 전압의 데이터로부터 전기전도도 측정치로부터 정전용량이나 유전상수(dielectric constant)의 측정이 가능하며, 이러한 측정 변수들은 오일의 열화에 따른 정전용량의 증가치 또는 감소치를 감지할 수 있게 한다. 정전용량의 수치 변화를 모니터링하여 불순물의 함유 추이를 알 수 있고, 정전용량 수치가 기준치 이상 증가할 경우 즉각적인 교체 조치를 지시하도록 하여 엔진 또는 산업용 기계 장치의 파손을 미연에 방지할 수 있다. Capacitance or dielectric constant can be measured from the conductivity measurements from the current and voltage data applied while measuring the conductivity, and these measurement variables can detect the increase or decrease of the capacitance due to oil deterioration. To be. The change in capacitance value can be monitored to find out how the impurities are contained, and if the capacitance value rises above the threshold, immediate replacement action can be ordered to prevent damage to the engine or industrial machinery.

이하에서는 전기전도도, 정전용량 및 유전상수를 측정하는 방법에 대해 보다 상세히 설명한다. 전기전도도, 정전용량 및 유전상수의 측정에는 앞서 언급한 것과 같이 교류 브릿지 회로를 사용하는 것이 편리하다. 도 26에는 본 발명에 따른 유체의 물성 측정 장치에 구비된 전극이 저항(Rx)과 커패시터(Cx)의 값을 동시에 가지도록 하는 경우의 교류 브리지 회로의 구성예가 도시되어 있다. Hereinafter, a method of measuring electrical conductivity, capacitance, and dielectric constant will be described in more detail. As mentioned above, it is convenient to use an AC bridge circuit for the measurement of electrical conductivity, capacitance and dielectric constant. FIG. 26 shows a configuration example of an AC bridge circuit in the case where an electrode provided in the apparatus for measuring physical properties of a fluid according to the present invention has the values of the resistor Rx and the capacitor Cx at the same time.

도 26에 도시된 것과 같이, 매칭 저항(Rs) 및 커패시터(Cs)를 사용하여 영전압(null voltage)이 되도록 조정하여 유체의 전기전도도 및 저항 임피던스를 측정하고 이를 통해 정전용량(Cx)과 유전상수(ε)를 결정한다. As shown in FIG. 26, by using a matching resistor (Rs) and a capacitor (Cs) to adjust to a null voltage to measure the electrical conductivity and resistance impedance of the fluid, through which the capacitance (Cx) and the dielectric Determine the constant ε.

먼저 전기전도도는 저항 임피던스의 역수 이므로, 다음의 수학식 5로부터 전 기전도도의 측정이 가능하다. First, since the electrical conductivity is the inverse of the resistance impedance, the electrical conductivity can be measured from Equation 5 below.

C = 1/Z = I(t)/V(t)C = 1 / Z = I (t) / V (t)

여기서 전압(V) 및 전류(I)는 교류 주파수로 인가한 RMS 전압과 측정된 전류값이 된다. Here, the voltage V and the current I become the RMS voltage applied at the AC frequency and the measured current value.

이러한 일반적인 수식은 거리 및 도전판의 단위 면적이 1인 이상적인 경우를 말하므로, 실제 적용의 경우 측정 셀의 형식과 구조에 크게 의존하므로 일정한 기계적 전기적 사양에 따라 제작한 표준용액을 사용하여 셀상수를 교정하여 적용하게 된다.This general formula refers to an ideal case where the unit area of the distance and the conductive plate is 1, and in actual application, it is highly dependent on the type and structure of the measuring cell. Therefore, the cell constant is determined using a standard solution manufactured according to a certain mechanical and electrical specification. Corrected and applied.

셀상수의 결정은 해당 센서를 이용하여 다음의 수학식 6과 같은 관계식으로부터 얻을 수 있다. Determination of the cell constant can be obtained from the following equation 6 using the sensor.

Ke = C × k = I(t)/V(t)×kKe = C × k = I (t) / V (t) × k

여기서 Ke는 측정되는 전기전도도, C는 전기적 방법으로 측정한 단위 전기전도도이며, k는 제작된 센서의 형식과 사양에 따라 정해지는 셀상수이다. Ke is the electrical conductivity to be measured, C is the unit electrical conductivity measured by the electrical method, k is the cell constant determined according to the type and specification of the manufactured sensor.

일반적으로 정전용량(Cx)은 다음의 수학식 7로 나타낼 수 있다. In general, the capacitance Cx may be represented by Equation 7 below.

Cx = Q/ V(t)Cx = Q / V (t)

여기서, Q는 전하량을 나타내고, V(t)는 전압을 나타낸다. Here, Q represents the charge amount, and V (t) represents the voltage.

이를 미분형으로 전개하면 다음의 수학식 8로 나타낼 수 있다. If this is developed in differential form, it can be expressed by the following Equation (8).

Cx = dQ/dV Cx = dQ / dV

전체 전하량은 전류와 시간의 곱으로 나타낼 수 있으므로, 전하량은 다음의 수학식 9와 같이 나타낼 수 있다. Since the total charge amount may be expressed as a product of current and time, the charge amount may be expressed as in Equation 9 below.

dQ= Cx × dV = dI × dtdQ = Cx × dV = dI × dt

따라서, 정전용량은 다음의 수학식 10과 같이 나타낼 수 있다. Therefore, the capacitance can be expressed as Equation 10 below.

Cx = dI/dV × dt = dt/dZcCx = dI / dV × dt = dt / dZc

또한, 정전용량은 다음의 수학식 11과 같이 나타낼 수 있다. In addition, the capacitance can be expressed as Equation 11 below.

Cx = j2πfZc  Cx = j2πfZc

따라서, 도 26의 회로에서 허수부분의 위상차 정보로부터 Zc를 얻을 수 있 고, 결과적으로 시료의 상태별 정전용량(Cx)을 구할 수 있다. 위상차 측정방법은 일반적인 제로크로싱(zero-crossing) 기법과 간단한 논리 게이트를 이용하여 측정 가능하다. Accordingly, Zc can be obtained from the phase difference information of the imaginary part in the circuit of FIG. 26, and as a result, the capacitance Cx for each state of the sample can be obtained. The phase difference measurement method can be measured using a general zero-crossing technique and a simple logic gate.

이와 같은 방법으로 측정되는 유체의 정전용량(Cx)은, 정해진 기계적 전기적 사양을 가지는 장치에 대해 미리 측정된 진공의 기준값 Co와 비교하여 다음의 수학식 12와 같이 유전상수(誘電常數, dielectric constant)로 환산하여 제시가 가능하다. The capacitance Cx of the fluid measured in this way is compared with the reference value Co of the vacuum measured beforehand for a device having a specified mechanical and electrical specification, as shown in Equation 12 below. It can be presented in terms of.

ε = Cx / Coε = Cx / Co

여기서 ε는 정의된 상대 유전상수 또는 상대 유전율이다. Where ε is the defined relative dielectric constant or relative permittivity.

온도 증가에 따라 전기전도도 및 유전상수는 크게 증가하며, 비저항은 크게 감소한다. 점도와 동점도는 온도증가에 따라 크게 감소한다. TAN 및 TBN를 측정하기 위한 본 장치의 온도 의존성도 배제할 수 없으므로 설계 시 백금 저항 온도계(PRT, platinum resistance thermometer) 또는 적절한 온도 등급의 서모커플(thermo couple) 등 사용하여 온도를 측정하고 온도 의존성을 교정하여 보상하도록 한다. 적절한 양산 기준으로 제작된 제품들은 모든 제품에 대해 교정할 필요는 없으며, 샘플링 기법에 의한 품질의 관리가 가능하다. As the temperature increases, the conductivity and dielectric constant increase greatly, and the resistivity decreases significantly. Viscosity and kinematic viscosity decrease significantly with increasing temperature. The temperature dependence of the device for measuring TAN and TBN cannot also be ruled out, so the design uses a platinum resistance thermometer (PRT) or a thermocouple of the appropriate temperature rating to measure the temperature and the temperature dependence. Calibrate to compensate. Products manufactured to proper production standards do not need to be calibrated for all products and can be managed by sampling techniques.

본 발명에 따른 유체의 물성 측정 장치에서는 고주파 교류를 브릿지 회로를 통해 전극에 가해주고, 전류의 크기와 단일 쌍 또는 다중 쌍 배열 전극이 가지는 임피던스, 위상 등의 변수를 측정한다. 그리고, 프루브를 구동하여 측정된 점도, 밀도 및 동점도 값과 함께 대상 유체의 TAN, TBN, 정전용량, 전기전도도, 유전상수 등을 통합적으로 고려하여 유체 상태의 모니터링이 가능하게 한다. In the apparatus for measuring physical properties of a fluid according to the present invention, high frequency alternating current is applied to an electrode through a bridge circuit, and the variables such as the magnitude of current and impedance, phase, etc. of a single pair or multiple pair array electrodes are measured. In addition, the fluid state can be monitored by integrating the TAN, TBN, capacitance, electric conductivity, dielectric constant, etc. of the target fluid together with viscosity, density, and kinematic viscosity values measured by driving the probe.

도 27에는 본 발명에 따른 통합형 유체 물성 모니터링 시스템의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이 도시되어 있다. 27 is a view schematically showing the configuration of the integrated fluid properties monitoring system according to the present invention.

도 27에 도시된 것과 같이 통합형 유체 물성 모니터링 시스템(800)은 측정부(810), 연산부(820) 및 지시부(830)를 포함한다. As shown in FIG. 27, the integrated fluid property monitoring system 800 includes a measuring unit 810, a calculating unit 820, and an indicating unit 830.

상기 측정부에는 앞서 설명한 본 발명에 따른 유체의 물성 측정 장치가 배치될 수 있다. 상기 측정부의 출력값은 유체의 물성 측정 장치에서 측정된 점도, 온도, 전기전도도 등일 수 있고, 또는 이러한 값을 연산하기 위한 로우 데이터(raw data) 일 수 있다. The measuring unit may be a device for measuring the physical properties of the fluid according to the present invention described above. The output value of the measuring unit may be viscosity, temperature, electrical conductivity, etc. measured in the physical property measuring device of the fluid, or may be raw data for calculating such a value.

상기 연산부는 유체 물성 계산 기능 및 유체 상태 평가 기능을 수행한다. 상기 연산 유닛은 기본적인 연산을 위해, 측정된 데이터, 설정된 수치, 연산에 사용되는 알고리즘 등을 저장하는 메모리 유닛, 저장된 메모리에서 필요한 정보를 읽어들여 연산을 수행하는 연산처리 유닛을 포함한다. 연산처리 유닛은 마이크로프로세서또는 디지털신호처리기(Digital Signal Processor: DSP)를 포함할 수 있다. 상기 연산부는 측정부에서 입력 받은 데이터를토대로 유체의 각종 물성을 계산해 내고, 미리 설정된 값들과의 비교를 통해 유체의 현재 상태를 평가한다. 상기 연 산부의 출력 값은 점도, 온도, 전기전도도, 동점도, 밀도, 정전용량, 전산가, 전염기가, 유전상수 등의 데이터를 포함할 수 있고, 유체 상태에 대한 평가 결과를 포함할 수 있다. The calculating unit performs a fluid property calculation function and a fluid state evaluation function. The arithmetic unit includes a memory unit for storing measured data, a set numerical value, an algorithm used for arithmetic operation, etc. for a basic arithmetic operation, and an arithmetic processing unit for reading a necessary information from the stored memory and performing the arithmetic operation. The operation processing unit may include a microprocessor or a digital signal processor (DSP). The operation unit calculates various physical properties of the fluid based on the data input from the measurement unit, and evaluates the current state of the fluid through comparison with preset values. The output value of the operator may include data such as viscosity, temperature, electrical conductivity, kinematic viscosity, density, capacitance, acid value, infectivity, dielectric constant, and the like, and may include an evaluation result of a fluid state.

상기 지시부는 상기 연산부에서 출력된 결과를 사용자에게 알려주는기능을 하는 것으로, 전자 제어 유닛(Electronic Control Unit: ECU)을 포함한다. 상기 전자 제어 유닛은 디지털 또는 아날로그 형태의 디스플레이부를 포함할 수 있다. The indicating unit functions to inform the user of the result output from the calculating unit, and includes an electronic control unit (ECU). The electronic control unit may include a display unit in digital or analog form.

측정된 유체의 절대점도, 온도, 동점도, 밀도, 전기전도도, 전산가, 전염기가, 정전용량, 유전상수 등의 일련의 데이터는 내장된 마이크로프로세서 또는 디지털신호처리기에서 종합적으로 총괄분석 및 연산되어 정해진 기준별 지시를 전자 제어 유닛으로 출력하게 된다. 전자 제어 유닛은 이러한 상황별 출력을 운전자 또는 조업자(operator)에게 즉시 통지하게 된다. A series of data such as absolute viscosity, temperature, kinematic viscosity, density, electrical conductivity, computational value, infectivity, capacitance, and dielectric constant of a measured fluid is comprehensively analyzed and calculated by an integrated microprocessor or digital signal processor. Star instructions are output to the electronic control unit. The electronic control unit will immediately notify the driver or operator of this situational output.

연산부에서의 판단과 지시부에서의 즉각적인 통지는, 예를 들어, 점도 또는 밀도가 15% 이상 증가 할 경우 윤활유의 교체를 준비하거나, 20% 이상 증가할 경우 즉각적인 교체를 지시하는 방식, 또는 연료의 디젤유 또는 가솔린의 엔진 오일로의 유입에 따른 희석효과(dilution effect)가 나타나는 것을, 점도 또는 정전용량이나 점도값이 정해진 기준범위 이하로 감소하는 것으로부터 감지하여 즉각적인 조치를 취하는 방식으로 이루어질 수 있다. Judgment in the computational section and immediate notification in the indication section, for example, prepares to replace the lubricant when the viscosity or density increases by more than 15%, or instructs immediate replacement when it increases by more than 20%, or diesel of fuel. Dilution effect due to the inflow of oil or gasoline into the engine oil may be detected by taking immediate action by detecting the viscosity or the decrease in capacitance or viscosity value below a predetermined reference range.

또한 이러한 측정값은 사용자 습관을 기록해두는 운전 행태 분석 데이터와 함께 자동차 및 산업용 장비의 사용방법을 지시하거나, 특히 윤활유 또는 엔진오일의 정확한 교체주기를 지시할 수 있도록 하는 데 사용될 수 있다. 유체의 점도, 밀도, 온도, 전기전도도, 정전용량을 동시에 측정 또는 계산해 낼 수 있는 유체 물성 모니터링 시스템은 차량의 엔진 오일은 물론 기어 윤활유 및 광범위한 산업용 기계의 윤활 공정에 적용되어 넓은 범위의 활용이 가능하다. These measurements can also be used to indicate how to use automotive and industrial equipment, along with driving behavior analysis data to record user habits, and in particular to indicate the exact cycle of replacement of lubricants or engine oils. The fluid property monitoring system, which can simultaneously measure or calculate the viscosity, density, temperature, conductivity, and capacitance of fluids, is applicable to the lubrication process of gear oils and a wide range of industrial machines, as well as engine oils in vehicles. Do.

예를 들어, 본 발명에 따른 통합형 유체 물성 모니터링 시스템은, 자동차, 선박, 항공기, 원동기 등의 엔진 오일의 열화감지, 선박용 디젤 엔진에 유입되는 벙커 C유 연료의 점도 및 물성 측정, 송전 변압기내부의 절연유의 절연특정 실시간 감시, 발전기의 터빈 윤활유의 열화감지, 고분자, 폴리머 또는 잉크 제조 공정에서의 점도 및 물성 측정, 기타 전산가 및 전염기가의 측정이 요구되는 산업장치, 식품발효 공정의 점도, 밀도 또는 성숙도 측정, 페인트 제조공정에서 점도 측정, 기타 고분자 중합 반응 공정의 중합도 실시간 측정 등에 작업에 활용될 수 있다. 또한, 이러한작업들에서 관련 기계 장치의 출고 시부터 폐기 시점까지의 모든 사용자의 행태 또는 운전 행태, 운전이력 데이터를 자료화하여 개별 장치 또는 차량의 최적 운전 및 제어에 활용될 수 있다. For example, the integrated fluid property monitoring system according to the present invention, the detection of engine oil degradation such as automobiles, ships, aircraft, prime mover, the viscosity and physical properties of bunker C oil fuel flowing into the marine diesel engine, the inside of the transmission transformer Specific real-time monitoring of insulation of insulation oil, detection of degradation of turbine lubricating oil of generator, measurement of viscosity and physical properties in polymer, polymer or ink manufacturing process, industrial devices requiring measurement of other acid value and infectious value, viscosity, density of food fermentation process or It can be used for measuring the maturity level, viscosity measurement in paint manufacturing process, and real-time measurement of polymerization degree in other polymer polymerization reaction processes. In addition, in these operations, all users' behaviors or driving behaviors and driving history data from the time of shipment of the related machinery to the disposal time may be documented and used for optimal operation and control of individual devices or vehicles.

본 발명에 따른 통합형 유체 물성 모니터링 시스템은 자동차, 대형 터빈 등의 기계 장치에 있어서 운전비용의 절감, 운전 및 조업비용의 절감에 기여하게 된다. The integrated fluid property monitoring system according to the present invention contributes to a reduction in operating costs, operation and operating costs in mechanical devices such as automobiles and large turbines.

본 발명에 따른 통합형 유체 물성 측정 시스템에 의하면, 자동차 등의 엔진 오일 또는 산업용 터빈의 윤활 시스템에서 엔진 오일 또는 윤활유의 물성을 측정하고, 통합적으로 판단하며, 그 결과에 따라 적절한 교체 시기를 지시하도록 할 수 있다. 이에 따라 불필요한 엔진 오일이나 윤활유 교환으로 발생되는 폐오일로 인 한 환경오염 방지에도 기여할 수고, 시기에 늦은 엔진 오일이나 윤활유의 교환으로 인한 불필요한 에너지 및 경제적 손실을 대폭 감소시킬 수 있다. According to the integrated fluid property measurement system according to the present invention, in the lubrication system of an engine oil or an industrial turbine, such as an automobile, the physical properties of the engine oil or lubricating oil are measured, judged integrally, and the appropriate replacement time is indicated according to the result. Can be. As a result, it is possible to contribute to the prevention of environmental pollution due to waste oils caused by unnecessary engine oil or lubrication oil replacement, and to greatly reduce unnecessary energy and economic losses due to late replacement of engine oil or lubricating oil.

한편, 본 발명에 따른 통합형 유체 물성 모니터링 시스템은 인터넷(TCP/IP) 및 산업용 통신 버스를 이용하여 원격감시 시스템으로 이용될 수 있다. Meanwhile, the integrated fluid property monitoring system according to the present invention can be used as a remote monitoring system using the Internet (TCP / IP) and an industrial communication bus.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 크기가 작으면서도 정확하게 실시간 점도, 온도 및 전기전도도의 측정이 가능한 유체의 물성 측정 장치를 제공할 수 있다. 특히, 압전 소자를 엑츄에이터와 센서로서 사용함으로써 전압 신호로써 기구부의 동작을 정교하게 조절할 수 있고, 점도 측정 대상 유체의 점도에 따라 정확하게 점도를 측정해 낼 수 있다. As described above, according to the present invention, it is possible to provide an apparatus for measuring physical properties of a fluid which is small in size and capable of accurately measuring real-time viscosity, temperature, and electrical conductivity. In particular, by using the piezoelectric element as the actuator and the sensor, the operation of the mechanism part can be precisely controlled by the voltage signal, and the viscosity can be accurately measured according to the viscosity of the fluid to be measured.

또한, 본 발명에 따른 유체의 물성 측정 장치에 의하면, 유체의 점도, 온도, 전기전도도를 토대로 동점도, 밀도, 정전용량, 전산가, 전염기가, 유전상수 등을 측정할 수 있어 유체의 상태에 대한 종합적인 평가가 가능하게 된다. In addition, according to the measuring device of the physical properties of the fluid according to the present invention, it is possible to measure the kinematic viscosity, density, capacitance, acid value, infectivity, dielectric constant, etc. on the basis of the viscosity, temperature, electrical conductivity of the fluid to synthesize the state of the fluid Evaluation is possible.

본 발명에 따른 유체의 물성 측정 장치는 크기를 작게 제작하기에 용이한 구조를 가짐으로써 산업 현장에서 제조 공정 중의 유체 상태의 원료나 제품의 상태를 점검하기 위해 사용되기 적합하다. 또한, 터빈이나 엔진 등의 기계 장치에서 기계 장치의 기존 설계를 크게 변경하지 않고도 장착이 가능할 정도로 작게 제작하는 것이 가능하며, 이를 통해 기계 장치의 작동에 큰 영향을 미치는 윤활유 등의 상태를 점검하도록 장착하기에 적합하다. Apparatus for measuring the physical properties of fluids according to the present invention has a structure that is easy to fabricate a small size is suitable for use in the industrial field to check the state of the raw materials or products in the fluid state during the manufacturing process. In addition, it is possible to manufacture a mechanical device such as a turbine or an engine so small that it can be mounted without changing the existing design of the mechanical device. This enables to check the state of lubricants and the like that greatly affect the operation of the mechanical device. Suitable for

지금까지 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시 적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 한다. So far, the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, which are merely exemplary and will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent other embodiments are possible. . Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be defined by the technical spirit of the appended claims.

Claims (11)

선단부가 유체와 접하여 점성저항에 저항하는 방향으로 변위를 발생시킬 수 있도록 설치된 프루브; Probes provided so that the tip portion is in contact with the fluid to generate a displacement in a direction to resist the viscous resistance; 상기 프루브에서 발생된 변위에 따른 신호를 출력하는 센서부; A sensor unit for outputting a signal according to the displacement generated in the probe; 상기 전원부로부터의 동력을 상기 변위 발생부에 입력 신호로 공급하고, 상기 센서부의 출력을 바탕으로 미리 저장된 데이터와 비교 연산하여 유체의 물성 데이터를 계산하는 제어부; 및 A control unit for supplying power from the power supply unit as an input signal to the displacement generating unit, and comparing the pre-stored data with the output of the sensor unit to calculate the physical property data of the fluid; And 상기 프루브의 후방에 연결되어 상기 프루브가 축방향으로 회전하도록 하는 압전 엑츄에이터를 포함하고, A piezoelectric actuator connected to the rear of the probe to rotate the probe in an axial direction, 상기 프루브에는 상기 프루브의 후단부에 진동 방지 수단이 설치된 것을 특징으로 하는 유체의 물성 측정 장치. The probe has a physical property measurement device, characterized in that the vibration preventing means is provided at the rear end of the probe. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 진동 방지 수단은 상기 프루브에 형성된 홈 및/또는 단차를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체의 물성 측정 장치. The vibration preventing means comprises a groove and / or step formed in the probe physical properties of the fluid, characterized in that. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 진동 방지 수단은 상기 프루브의 후방에 결합되고 홈 및/또는 단차를 포함하는 구조물인 것을 특징으로 하는 유체의 물성 측정 장치. The vibration preventing means is a physical property measurement device of the fluid, characterized in that the structure is coupled to the rear of the probe and comprises a groove and / or step. 제 1 항 내지 제 3 항에 있어서, The method of claim 1, wherein 상기 프루브에는 유체와 접촉하여 유체의 전기전도도, 정전용량 및 유전상수를 측정할 수 있도록 전극이 설치된 것을 특징으로 하는 유체의 물성 측정 장치. The probe is a physical property measuring device of the fluid, characterized in that the electrode is installed in contact with the fluid to measure the electrical conductivity, capacitance and dielectric constant of the fluid. 선단부가 유체와 접하여 점성저항에 저항하는 방향으로 변위를 발생시킬 수 있도록 설치된 프루브; Probes provided so that the tip portion is in contact with the fluid to generate a displacement in a direction to resist the viscous resistance; 상기 프루브에서 발생된 변위에 따른 신호를 출력하는 센서부; A sensor unit for outputting a signal according to the displacement generated in the probe; 상기 전원부로부터의 동력을 상기 변위 발생부에 입력 신호로 공급하고, 상기 센서부의 출력을 바탕으로 미리 저장된 데이터와 비교 연산하여 유체의 물성 데이터를 계산하는 제어부; A control unit for supplying power from the power supply unit as an input signal to the displacement generating unit, and comparing the pre-stored data with the output of the sensor unit to calculate the physical property data of the fluid; 상기 프루브의 후방에 연결되어 상기 프루브가 축방향으로 회전하도록 하는 압전 엑츄에이터; 및 A piezoelectric actuator connected to the rear of the probe to rotate the probe in an axial direction; And 상기 프루브와 연결되고 상기 프루브를 구동하는 압전엑츄에이터를 수용하는 하우징을 포함하고, A housing connected to the probe and containing a piezoelectric actuator for driving the probe, 상기 하우징에는 상기 프루브가 연결된 부분에 진동 방지 수단이 설치된 것을 특징으로 하는 유체의 물성 측정 장치. Device for measuring the physical properties of the fluid, characterized in that the vibration preventing means is installed in the part connected to the probe. 제 5 항에 있어서, The method of claim 5, 상기 진동 방지 수단은 상기 하우징에 형성된 홈 및/또는 단차를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체의 물성 측정 장치. The vibration preventing means includes a physical property of the fluid, characterized in that it comprises a groove and / or step formed in the housing. 제 5 항에 있어서, The method of claim 5, 상기 프루브와 상기 하우징은 상대 변위가 일어나지 않고 유체가 침투하지 못하도록 견고하고 긴밀하게 결합된 것을 특징으로 하는 유체의 물성 측정 장치. And the probe and the housing are firmly and tightly coupled to each other such that relative displacement does not occur and fluid does not penetrate. 제 5 항에 있어서, The method of claim 5, 상기 프루브와 상기 하우징은 상대 변위가 일어날 수 있도록 베어링으로 연결되고, The probe and the housing are connected to a bearing such that relative displacement can occur; 상기 베어링 연결부를 통해 유체가 침투하지 못하도록 씰링된 것을 특징으로 하는 유체의 물성 측정 장치. Device for measuring the physical properties of the fluid, characterized in that the sealing is prevented from penetrating the fluid through the bearing connection. 제 5 항 내지 제 8 항에 있어서, The method of claim 5, wherein 상기 하우징에는 유체와 접촉하여 유체의 전기전도도, 정전용량 및 유전상수를 측정할 수 있도록 전극이 설치된 것을 특징으로 하는 유체의 물성 측정 장치. The apparatus of claim 1, wherein an electrode is installed in the housing so as to be in contact with the fluid to measure electrical conductivity, capacitance, and dielectric constant of the fluid. 측정부, 연산부 및 지시부를 포함하고, Including a measuring unit, arithmetic unit, and indicating unit, 상기 측정부는 절대점도, 밀도, 동점도, 온도, 전기전도도, 정전용량, 유전상수, 전산가 및 전염기가를 포함하는 유체 물성 중 어느 하나 이상을 측정하고, The measuring unit measures any one or more of the physical properties, including absolute viscosity, density, kinematic viscosity, temperature, electrical conductivity, capacitance, dielectric constant, acid value and total value, 상기 연산부는 상기 측정부에서 측정된 데이터를 이용하여 유체의 다른 물성 중 하나 이상을 연산하여 결정하고, The calculation unit is determined by calculating one or more of the other physical properties of the fluid using the data measured in the measurement unit, 상기 지시부는 상기 측정부에서 측정된 데이터, 상기 연산부에서 계산되어 결정된 데이터, 또는 측정된 데이터와 계산된 데이터를 바탕으로 한 유체의 상태에 대한 판단 데이터를 사용자에게 통지하는 기능을 수행하는 통합형 유체 물성 모니터링 시스템. The indicator unit performs a function of notifying the user of data measured by the measuring unit, data calculated and calculated by the calculating unit, or judgment data on the state of the fluid based on the measured data and the calculated data. Monitoring system. 제 10 항에 있어서, The method of claim 10, 상기 사용자는 상기 유체가 위치하는 곳과 공간적으로 분리되어 있고, The user is spatially separated from where the fluid is located, 상기 지시부는 정보통신회선을 통해 상기 측정부 및 연산부로부터 유체의 물성에 대한 정보를 받아 사용자에게 통지할 수 있는 통합형 유체 물성 모니터링 시스템. The indicator unit is integrated fluid property monitoring system that can receive information on the properties of the fluid from the measuring unit and the calculation unit through the information communication line to notify the user.
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