KR20090032596A - Apparatus for opening detection and rotating type check valve including the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 회전형 역지밸브의 디스크의 위치를 비접촉식으로 검출하기 위한 장치에 관한 것으로, 특히 회전형 역지밸브의 내부에 설치된 고리형 또는 분절형 영구자석의 회전에 따라 변하는 자기장의 강도를 자기 저항 소자 또는 홀 센서소자로 검출하여 선형적으로 밸브 디스크의 개도각, 개도, 각속도, 각가속도를 산출할 수 있는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a device for non-contact detection of the position of the disk of the rotary check valve, in particular a magnetic resistance element that changes the strength of the magnetic field that changes with the rotation of the ring-shaped or segmented permanent magnet installed inside the rotary check valve Or it relates to a device capable of linearly calculating the opening angle, the opening degree, the angular velocity, the angular acceleration of the valve disc by detecting by the Hall sensor element.
회전형 역지밸브는 유체가 정방향으로 흐를 때에는 밸브 디스크가 열리고 역방향으로 흐를 때에는 밸브 디스크의 자중에 의해 닫히도록 설계된 밸브이다. 이러한 회전형 역지밸브의 고장 예방과 기능의 적절성을 확인하기 위해서는 회전형 역지밸브의 밸브 디스크가 주어진 운전 조건에서 완전히 열리고 닫히는 지를 확인하고 회전형 역지밸브에 고장을 일으키는 떨림 현상이 일어나는 지를 진단해야 하므로 동작시 밸브 디스크의 개도를 정확히 검출하는 것이 필요하다. The rotary check valve is a valve designed to open when the fluid flows in the forward direction and close by the weight of the valve disc when the fluid flows in the reverse direction. In order to prevent the failure of the rotary check valve and to check the adequacy of its function, it is necessary to check whether the valve disc of the rotary check valve is completely opened and closed under the given operating conditions, and diagnose whether the shaking phenomenon causing the rotary check valve occurs. In operation it is necessary to accurately detect the opening of the valve disc.
종래의 회전형 역지밸브는 두 개의 영구자석을 외부에 부착하는 것과, 하나의 영구자석을 밸브 내부에 부착하는 방식이 있다. Conventional rotary check valves have two permanent magnets attached to the outside and one permanent magnet attached to the inside of the valve.
상기와 같은 회전형 역지밸브는 밸브 디스크 위치 변화에 선형적으로 비례하는 출력 전압을 얻기 어려운 단점이 있어, 밸브 디스크의 동작에 따른 정확한 개도를 검출하는 데 어려움이 있다.The rotary check valve as described above has a disadvantage in that it is difficult to obtain an output voltage that is linearly proportional to the change in position of the valve disc, and thus, it is difficult to detect an accurate opening degree according to the operation of the valve disc.
또한, 영구자석을 밸브 디스크에 부착하고 가속도계와 자계 감지 센서가 결합된 이중센서를 밸브 몸체에 배치한 회전형 역지밸브는 자계 감지 센서가 밸브 몸체 부분에 설치되므로 밸브 디스크의 완전 닫힘 위치 근처에서 영구자석과 자계 감지 센서와의 거리가 너무 멀어져 자기장이 약해지고 센서의 위치에 따라 비선형적인 신호가 검출되는 단점이 있다.In addition, the rotary check valve, which has a permanent magnet attached to the valve disc and a double sensor combined with an accelerometer and a magnetic field sensor, is placed on the valve body. The distance between the magnet and the magnetic field sensor is too far to weaken the magnetic field and the non-linear signal is detected according to the position of the sensor.
상기와 같은 종래 회전형 역지밸브는 자기장의 변화에 따른 전압 변화를 밸브 디스크의 개도각 변화로 간주하므로 영구자석의 자기장의 강도가 일정하지 않으면 시간 경과 후 주기적으로 측정한 결과들을 서로 비교하는 데 문제점이 있다.In the conventional rotary check valve as described above, the voltage change according to the change in the magnetic field is regarded as a change in the opening angle of the valve disc. Therefore, when the strength of the magnetic field of the permanent magnet is not constant, there is a problem in comparing the results measured periodically after elapse of time. There is this.
또한, 종래의 자기장 측정에 의한 회전형 역지밸브는 자기장 신호와 밸브 디스크의 각도와의 관계가 비선형적이므로 밸브 완전 열림과 닫힘 위치를 알기 위해서 음향 방출 기법과 같은 다른 수단을 병행하여 사용하여야 하는 문제점이 있다. 그리고 자기장과 개도와의 관계를 사전에 알 수 없으므로 밸브 디스크의 동작시 밸브 디스크의 절대 개도 위치를 알기 위해서는 자기장 신호와 개도와의 관계를 사전 실험을 통해 얻어야 한다. 그리고 종래의 회전형 역지밸브는 자기장 신호와 개도각와의 관계가 선형적이지 않으므로 임의의 개도 위치에서 각속도와 각가속도를 산 출하기 어렵다. In addition, since the relationship between the magnetic field signal and the angle of the valve disc is non-linear, the conventional check valve based on the magnetic field measurement has a problem in that it is necessary to use other means such as an acoustic emission technique in order to know the valve fully open and closed positions. have. In addition, since the relationship between the magnetic field and the opening degree cannot be known in advance, in order to know the absolute opening position of the valve disk during the operation of the valve disk, the relationship between the magnetic field signal and the opening degree must be obtained through a preliminary experiment. In the conventional rotary check valve, since the relationship between the magnetic field signal and the opening angle is not linear, it is difficult to calculate the angular velocity and the angular acceleration at an arbitrary opening position.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 반경 방향으로 착자된 영구자석 또는 다극 착자된 영구자석과 자기 저항 소자 또는 홀 센서 소자를 이용하여 회전형 역지밸브가 동작할 때 밸브 디스크의 개도각을 비접촉식으로 검출하고, 검출된 개도각을 이용하여 밸브 디스크의 개도, 각속도 및 각가속도를 산출하는 개도 검출 장치 및 이를 포함하는 회전형 역지밸브를 제공하는 데 있다.The problem to be solved by the present invention is the non-contact detection of the opening angle of the valve disk when the rotary check valve is operated using a permanent magnet or a multi-pole magnetized permanent magnet and a magnetoresistive element or a Hall sensor element radially magnetized The present invention provides an opening degree detection device for calculating an opening degree, an angular velocity, and an angular acceleration of a valve disc using a detected opening angle, and a rotary check valve including the same.
상기의 해결하고자 하는 과제를 위하여, 본 발명은 자성체로부터 검출된 자계를 통해 복수의 정현파 신호들을 생성하는 자계 검출 센서; 상기 자계 검출 센서로부터 출력된 상기 정현파 신호들을 통해 밸브 디스크의 개도각을 산출하는 개도각 산출부; 및 상기 개도각과 설정된 최대 개도각과의 비를 통해 상기 밸브 디스크의 개도, 가속도 및 각가속도를 산출하는 개도 연산부를 포함하는 개도 검출 장치를 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a magnetic field detection sensor for generating a plurality of sinusoidal signals through a magnetic field detected from a magnetic body; An opening angle calculation unit for calculating an opening angle of a valve disc based on the sinusoidal signals output from the magnetic field detection sensor; And an opening degree calculator configured to calculate an opening degree, an acceleration, and an angular acceleration of the valve disc based on a ratio between the opening angle and the set maximum opening angle.
이때, 상기 자계 검출 센서는 한 쌍의 자기 저항 소자 및 한 쌍의 홀 센서 소자 중 어느 한 쌍의 소자를 포함할 수 있다.At this time, the magnetic field detection sensor may include any one pair of a pair of magnetoresistive elements and a pair of Hall sensor elements.
그리고 상기 자기 저항 소자 쌍 중 하나의 자기 저항 소자는 상기 자성체의 반경 방향으로 배치되고, 나머지 자기 저항 소자는 상기 자성체의 반경 방향의 45°방향으로 배치될 수 있다.In addition, one magnetoresistive element of the magnetoresistive element pair may be disposed in a radial direction of the magnetic body, and the other magnetoresistive element may be disposed in a 45 ° direction of the radial direction of the magnetic body.
또한, 상기 한 쌍의 홀 센서 소자 중 어느 하나의 홀 센서 소자는 상기 자성체의 반경 방향과 접선 방향으로 배치되고, 나머지 하나의 홀 센서는 상기 접선 방향의 90°방향으로 배치될 수 있다.In addition, one Hall sensor element of the pair of Hall sensor elements may be disposed in a direction tangential to the radial direction of the magnetic material, and the other Hall sensor may be disposed in a 90 ° direction of the tangential direction.
이때, 상기 정현파 신호들은 서로 90°위상차를 두고 출력될 수 있다.In this case, the sinusoidal signals may be output with a 90 ° phase difference from each other.
그리고 상기 정현파 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 변환부를 더 포함할 수 있다.And an analog-to-digital converter configured to convert the sinusoidal signal into a digital signal.
또한, 상기 자계 감지 센서는 상기 정현파 신호를 증폭하는 증폭부; 및 상기 자성체로부터의 검출된 자계의 감도를 증가시키는 자기 집중기를 더 포함할 수 있다.The magnetic field sensor may include an amplifier configured to amplify the sinusoidal signal; And a magnetic concentrator for increasing the sensitivity of the detected magnetic field from the magnetic body.
그리고 상기의 해결하고자 하는 기술적 과제를 위하여, 본 발명은 유체가 흐르는 유체관이 형성된 밸브 몸체; 상기 유체관을 개폐하는 밸브 디스크; 일측이 상기 밸브 몸체에 고정되고, 타측은 상기 밸브 디스크와 연결된 힌지; 상기 힌지의 일측에 고정되어 상기 힌지의 회전시 회전 자계를 생성하는 자성체; 및 상기 회전 자계를 검출하여 상기 밸브 디스크의 개도를 검출하는 개도 검출 장치를 포함하되, 상기 개도 검출 장치는 상기 회전 자계를 통해 복수의 정현파 신호들을 생성하는 자계 검출 센서; 상기 정현파 신호를 통해 상기 밸브 디스크의 개도각을 산출하는 개도각 산출부; 및 상기 개도각과 최대 개도각과의 비를 통해 상기 밸브 디스크의 상기 개도를 산출하는 개도 연산부를 포함하는 회전형 역지밸브를 제공한다.And for the technical problem to be solved above, the present invention is a valve body formed with a fluid pipe flowing fluid; A valve disc for opening and closing the fluid pipe; One side is fixed to the valve body, the other side is connected to the valve disk hinge; A magnetic body fixed to one side of the hinge to generate a rotating magnetic field when the hinge rotates; And an opening degree detection device for detecting the opening degree of the valve disc by detecting the rotating magnetic field, wherein the opening degree detection device comprises: a magnetic field detection sensor generating a plurality of sinusoidal signals through the rotating magnetic field; An opening angle calculation unit for calculating an opening angle of the valve disc through the sinusoidal signal; And an opening degree calculation unit for calculating the opening degree of the valve disc through a ratio between the opening angle and the maximum opening angle.
여기서, 상기 자성체는 상기 힌지에 고정되기 위하여 고리형태 및 분절형태 중 어느 하나의 형태를 갖는 영구자석을 포함할 수 있다.Here, the magnetic material may include a permanent magnet having any one of a ring shape and a segment shape in order to be fixed to the hinge.
상기 자성체는 반경 방향으로 착자될 수 있다.The magnetic material may be magnetized in the radial direction.
또한, 상기 자계 검출 센서는 적어도 한 쌍의 자기 저항 소자 및 적어도 한 쌍의 홀 센서 소자 중 어느 한 쌍의 소자를 포함할 수 있다.The magnetic field detection sensor may include at least one pair of magnetoresistive elements and at least one pair of hall sensor elements.
그리고 상기 쌍으로 배치된 자기 저항 소자 중 어느 하나의 자기 저항 소자는 상기 자성체의 반경 방향으로 배치되고, 나머지 자기 저항 소자는 상기 자성체의 반경 방향의 45°방향으로 배치될 수 있다.The magnetoresistive element of any one of the magnetoresistive elements arranged in pairs may be disposed in the radial direction of the magnetic body, and the remaining magnetoresistive elements may be disposed in the 45 ° direction of the magnetic direction of the magnetic body.
이때, 상기 정현파 신호들은 서로 90°위상차를 두고 출력될 수 있다.In this case, the sinusoidal signals may be output with a 90 ° phase difference from each other.
그리고 상기 자계 감지 센서는 상기 정현파 신호를 증폭하는 증폭부; 및 상기 자성체로부터의 검출된 자계의 감도를 증가시키는 자기 집중기를 더 포함할 수 있다.The magnetic field sensor may include an amplifier for amplifying the sinusoidal signal. And a magnetic concentrator for increasing the sensitivity of the detected magnetic field from the magnetic body.
또한, 상기 자계 감지 센서는 상기 밸브 몸체의 외측 상부 및 상기 밸브 몸체의 측면에 상기 자성체와 인접하여 형성될 수 있다.In addition, the magnetic field sensor may be formed adjacent to the magnetic body on the outer upper side of the valve body and the side of the valve body.
본 발명에 따른 개도 검출 장치 및 이를 포함하는 회전형 역지밸브는 영구자석과 두 개의 자계 감지 소자를 사용함으로써 밸브 디스크의 개도각에 선형적으로 비례하는 출력 전압을 얻을 수 있으므로 개도각을 정량적으로 평가하기 위해 필요한 교정 작업이 필요 없다.The opening degree detection device and the rotary check valve including the same according to the present invention can obtain an output voltage linearly proportional to the opening angle of the valve disc by using a permanent magnet and two magnetic field sensing elements, thereby quantitatively evaluating the opening angle. No calibration is necessary to do this.
개도 연산부를 통해 밸브 디스크의 개도를 정량적으로 검출할 수 있으므로 음향 방출 진단 장치와 같은 별도의 수단 없이 밸브 디스크의 완전 열림 여부를 진 단할 수 있다.Since the opening degree of the valve disc can be detected quantitatively through the opening calculation unit, it is possible to diagnose whether the valve disc is fully opened without a separate means such as an acoustic emission diagnosis device.
개도각 산출부의 출력이 밸브 디스크의 개도각에 선형적으로 비례하므로 밸브 디스크의 반복적인 떨림에 의한 힌지핀 마모와, 밸브 디스크가 열리고 닫힐 때 밸브 디스크와 맞닿는 부품에 가해지는 충격 평가에 필요한 밸브 디스크의 각속도 및 각가속도를 산출할 수 있다.Since the output of the opening angle calculation unit is linearly proportional to the opening angle of the valve disc, the valve disc required for the hinge pin wear due to the repeated shaking of the valve disc and the impact applied to the part which comes into contact with the valve disc when the valve disc is opened and closed. The angular velocity and angular acceleration of can be calculated.
두 개의 자계 감지 소자의 출력의 비로서 밸브 개도각을 검출함으로써 시간에 따라 영구자석의 자기장 강도가 변하더라도 일관성 있는 밸브 디스크의 개도 검출이 가능하여 주기적으로 측정한 신호들에 대한 상호 비교가 가능하다.By detecting the valve opening angle as the ratio of the outputs of the two magnetic field sensing elements, even when the magnetic field strength of the permanent magnet changes over time, the opening of the valve disc can be detected consistently, allowing the mutual comparison of periodically measured signals. .
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니하며, 발명자들은 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 일실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, the terms or words used in the present specification and claims are not to be interpreted in the ordinary and dictionary sense, and the inventors can appropriately define the concept of terms in order to explain their own invention in the best way. Based on the principle, it should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention. Therefore, the embodiments described in the present specification and the configuration shown in the drawings are only exemplary embodiments of the present invention, and do not represent all of the technical ideas of the present invention, and various equivalents may be substituted for them at the time of the present application. It should be understood that there may be water and variations.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 개도 검출 장치를 포함하는 회전형 역지밸 브를 도시한 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 회전형 역지밸브의 상부를 도시한 단면도이고, 도 3은 도 1에 도시된 회전형 역지밸브에 영구자석이 부착되는 위치를 설명하기 위한 사시도이고, 도 4 및 도 5는 자계 감지 센서의 예들을 도시한 사시도이다.1 is a cross-sectional view showing a rotary check valve including an opening degree detection device according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a cross-sectional view showing the upper portion of the rotary check valve shown in Figure 1, Figure 3 1 is a perspective view illustrating a position where a permanent magnet is attached to the rotatable check valve shown in FIG. 1, and FIGS. 4 and 5 are perspective views illustrating examples of a magnetic field sensor.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 회전형 역지밸브는 밸브 몸체(10), 밸브 디스크(20), 힌지(30), 영구자석(40) 및 개도 검출 장치(50)를 포함한다.1 to 5, the rotary check valve according to the present invention includes a
구체적으로, 밸브 몸체(10)는 내부에 유체가 흐르는 유체관이 형성된다. 밸브 몸체(10) 중 일정 지점에는 유체의 역류를 방지하기 위한 밸브 디스크(20)가 형성된다.Specifically, the
밸브 디스크(20)는 유체관의 내부에 유체가 정방향으로 흐를 때는 열리고, 역방향으로 흐를 때는 닫혀 유체의 역류를 방지한다. 밸브 디스크(20)는 밸브 몸체(10)의 일측에 회전 가능하게 끼워진 힌지(30)에 고정된다. The
힌지(30)는 힌지핀(60)에 의해 밸브 몸체(10)에 고정되고, 밸브 디스크(20)의 열림 동작 및 닫힘 동작과 동시에 움직인다.The
영구자석(40)은 힌지(30)의 일측 끝단에 고정된다. 영구자석(40)은 반경 방향으로 착자된 자성체 또는 다극 착자된 자성체를 사용한다. 영구자석(40)은 고리형태로 형성되어 힌지(30)에 고정될 수 있다. 이러한 영구자석(40)에서 발생하는 자기장의 세기는 거리에 반비례하므로 영구자석(40)으로부터의 자기장을 검출할 수 있도록 사미리움 코발트 등과 같은 강자성 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 또 한, 영구자석(40)은 동일한 자기장이 생성되도록 N극과 S극이 동일한 단면적을 갖을 수 있다.
영구자석(40)은 밸브 디스크(20)의 회전에 의해 회전하면 자기장에 변화가 발생된다. 이러한 자기장의 변화를 감지함으로써 밸브 디스크(20)의 개도각을 검출할 수 있다.When the
개도 검출 장치(50)는 밸브 몸체(10)의 일측에 형성되거나, 밸브 몸체(10)의 일측에는 자계 감지 센서(91, 92)가 형성되고 나머지 구성요소들은 외부의 별도의 장치에 형성될 수도 있다. 자계 감지 센서(91, 92)는 회전형 역지밸브의 밸브 몸체(10)에 부착된다. 자계 감지 센서는 도 4에 도시된 바와 같이, 영구자석(40)의 반경 방향과 접선방향으로 배치되는 두 개의 홀 센서 소자(91)를 포함할 수 있다. 여기서, 각각의 홀 센서 소자(91)는 서로 90°각도를 이루도록 형성된다. The opening
또한, 자계 감지 센서는 도 5에 도시된 바와 같이 두 개의 자기 저항 소자(92)를 포함할 수 있다. 이때, 두 개의 자기 저항 소자(92)는 서로 45°각도를 가지고 배치된다. 개도 검출 장치(50)는 도 6을 참조하여 더 자세히 설명하기로 한다.In addition, the magnetic field sensing sensor may include two
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 개도 검출 장치를 도시한 블록도이다. 6 is a block diagram illustrating an opening degree detection apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 개도 검출 장치는 자계 감지 센서, 제1 및 제2 전압 발생부(111, 112), 제1 및 제2 아날로그/디지털 변환부(121, 122), 개도각 산출부(130) 및 개도 연산부(140)를 포함한다.Referring to FIG. 6, the apparatus for detecting a degree of opening according to an exemplary embodiment of the present invention may include a magnetic field sensor, first and
구체적으로, 자계 감지 센서는 회전형 역지밸브의 밸브 몸체에 부착된다. 여기서, 자계 감지 센서는 제1 및 제2 전압 발생부(111, 112)를 포함할 수 있다. 즉, 각각의 자계 감지 센서 내부에 자계에 따라 정현파 형태의 제1 및 제2 전압(V1, V2)을 생성한다. 이때, 제1 및 제2 전압(V1, V2)은 서로 90°의 위상차가 발생한다.Specifically, the magnetic field sensor is attached to the valve body of the rotary check valve. In this case, the magnetic field sensor may include first and
제1 및 제2 전압 발생부(111, 112)에서 발생된 제1 및 제2 전압(V1, V2)은 제1 및 제2 아날로그/디지털 변환부(121, 122)로 인가된다. 제1 및 제2 아날로그/디지털 변환부(121, 122)는 정현파 형태의 아날로그 전압을 디지털 변환한다. The first and second voltages V1 and V2 generated by the first and
개도각 산출부(130)는 디지털 변환된 제1 및 제2 전압(V1, V2)을 통해 개도각(θ)을 산출한다. 개도 연산부(140)는 개도각 산출부(130)에서 산출된 개도각(θ)과 설정된 최대 개도각(θmax)의 비를 통해 "개도"를 계산한다.The
여기서, 제1 및 제2 아날로그/디지털 변화부(121, 122), 개도각 산출부(130) 및 개도 연산부(160)는 단일칩의 형태로 제조되어 외함에 내장될 수 있다.Here, the first and second analog /
상기와 같은 개도 검출 장치에 대한 작동 원리를 도 1 및 도 6을 연관지어 설명하기로 한다.The principle of operation for such an opening degree detection device will be described with reference to FIGS. 1 and 6.
도 1 및 도 6을 참조하면, 밸브 몸체(10)의 전단으로부터 유체가 흐르기 시작하면 밸브 디스크(20)에 유동에 의한 항력이 발생한다. 이 항력이 중력에 의한 모멘트와, 힌지(30)와 힌지핀(60) 사이의 마찰에 의해 발생하는 모멘트보다 커지면 밸브 디스크(20)가 열리기 시작한다. 밸브 디스크(20)가 열리기 시작하면 힌 지(30)는 밸브 디스크(20)에 연결되어 있어 힌지핀(60)을 축으로 밸브 디스크(20)와 힌지(30)가 회전하기 시작하고 힌지(30)에 부착된 고리형 영구자석(40)도 회전하게 된다. 이와는 반대로, 밸브 몸체(10)의 전단으로부터의 유체 흐름이 차단되면 밸브 디스크(20)의 무게에 의해 발생하는 중력에 의한 모멘트가 작용하여 밸브 디스크(20)가 닫히게 된다. 밸브 디스크(20)가 닫히기 시작하면 밸브 디스크(20)가 열리기 시작할 때의 반대 방향으로 힌지(30)과 고리형 영구자석(40)이 회전하게 된다. 1 and 6, when fluid starts to flow from the front end of the
이때, 고리형 영구자석(40)이 회전하면 자기장이 변화되므로 자기장 변화량을 자계 감지 센서에서 검출하여 시간에 따라 변하는 밸브 디스크(20)의 개도각(θ)을 산출할 수 있다. At this time, since the magnetic field is changed when the ring-shaped
고리형 영구자석(40)의 회전으로 변화된 자기장은 고리형 영구자석(40)의 반경 방향과 접선방향으로 배치되는 두 개의 홀 센서 소자 또는 반경 방향과 반경 방향의 45° 방향으로 배치되는 두 개의 자기 저항 소자를 구비한 자계 감지 센서를 통해 측정된다. 고리형 영구자석(40)의 회전에 의해 회전 자기장이 발생할 때 자계 감지 센서는 위상이 90° 차이 나는 제1 및 제2 전압(V1, V2)을 생성한다. 제1 및 제2 전압(V1, V2)은 각각 제1 및 제2 아날로그/디지털 변환부(121, 122)에서 디지털 변환된 후, 개도각 산출부(130)를 통해 개도각(θ)을 산출한다. The magnetic field changed by the rotation of the annular
개도각(θ)은 수학식 1과 같은 방법으로 산출될 수 있다. 수학식 1에서 P는 영구자석(40)의 극수 또는 두 개의 센서 소자의 방향각에 따라 정해지는 상수이다. The opening angle θ may be calculated in the same manner as in Equation (1). In
수학식 1의 역탄젠트 함수는 ±(90/P)°에서는 값이 너무 커지고 이를 넘어서는 각도에서는 ±(90/P)°내의 값과 반복적인 양상을 보이므로 역탄젠트 공식으로 구한 각도를 0에서 360°사이에서 변환하기 위하여, 밸브가 열리기 시작하는 개도각(θ)이(최초로 개도각이 검출되는 시점) 0°로 설정되어 완전 열림 위치로부터 밸브 디스크(20)가 이동된 현재의 개도각(θp)이 산출된다. 상기의 개도각 산출 방법은 두개의 센서 소자에서 출력된 전압값의 비로 개도각(θ)을 검출하는 것이므로 영구자석(40)의 자기장 강도가 시간에 따라 변하더라도 일관성 있게 개도각(θ)을 검출할 수 있도록 해준다. 또한, 두 개의 자계 감지 소자를 사용함으로써 개도각(θ)에 선형적으로 비례하는 출력 전압을 얻을 수 있으므로 개도각을 정량적으로 평가하기 위해 필요한 교정 작업이 필요 없다.The inverse tangent function of
개도 연산부(140)는 미리 저장된 밸브 디스크(20)의 최대 개도각(θmax)과 밸브 디스크(20)의 현재 개도각(θp)를 이용하여 밸브 디스크(20)의 현재 개도를 수학식 2와 같이 연산한다.The
개도 연산부(140)에서는 시간변화에 따른 개도각 정보를 이용하여 밸브의 진단에 중요한 각속도와 각가속도를 산출한다. The opening
한편, 본 발명에 따른 개도 검출 장치의 자계 감지 센서는 홀 센서 소자 또는 자기 저항 소자의 신호를 증폭할 수 있는 증폭기(미도시)를 포함할 수 있으며, 자기장에 대한 감도를 증가시키기 위해 자기집중기(미도시)와 같은 수단이 센서 소자에 포함될 수 있다. On the other hand, the magnetic field detection sensor of the opening degree detection apparatus according to the present invention may include an amplifier (not shown) that can amplify the signal of the Hall sensor element or the magnetoresistive element, in order to increase the sensitivity to the magnetic field magnetic concentrator Means such as (not shown) may be included in the sensor element.
그리고 자계 감지 센서는 도 1에 도시된 바와 같이, 일반적으로 고리형 영구자석(40)의 반경 방향 중심선에 자계 감지 센서의 바닥면이 수직이 되도록 영구자석(40)에 가장 근접한 밸브 몸체(10) 외벽에 설치된다. 여기서, 자계 감지 센서는 개도 검출 장치(50)의 하부면에 평행하게 부착된다.In addition, as shown in FIG. 1, in general, the magnetic field sensor may have a
그러나 이 위치에 자계 감지 센서를 배치하기 어려운 경우에는 도 7 내지 도 9에 도시한 바와 같이 밸브 몸체(10) 외벽의 다른 위치에 자계 감지 센서를 배치할 수 있다.However, when it is difficult to arrange the magnetic field sensor in this position, as shown in Figs. 7 to 9 can be disposed in other positions of the outer wall of the
도 7에 도시된 바와 같이, 자계 감지 센서를 내장한 개도 검출 장치(50)는 영구자석(40)의 축 중심선에 수직으로 밸브 몸체(10) 외벽에 설치될 수 있다. As shown in FIG. 7, the opening
그리고 도 8에 도시된 바와 같이, 자계 감지 센서를 내장한 개도 검출 장치(50)는 영구자석(40)의 반경 방향 중심선을 따라 밸브 몸체(10)의 후단에 설치될 수도 있다.As shown in FIG. 8, the opening
또한, 도 9에 도시된 바와 같이, 밸브 몸체 상판(80)에 영구자석(40)의 반경 방향 중심선에 수직이 되도록 자계 감지 센서를 내장한 개도 검출 장치(50)를 배치할 수도 있다. 도 7 내지 도 9에서는 개도 검출 장치(50)가 밸브 몸체(10) 또는 밸브 몸체 상판(80)과 접촉되는 면과 자계 감지 센서가 평행하게 삽입되는 것을 예를 들어 설명한 도면들이다. 따라서, 자계 감지 센서는 영구자석(40)의 축 중심선에 수직으로 배치되거나, 영구자석(40)의 반경 방향 중심선을 따라 배치된다.In addition, as shown in FIG. 9, the opening
한편, 밸브 디스크(20)가 동작할 때 발생하는 회전 자계의 강도를 밸브 몸체(10)의 외벽면에서 검출하기 어려울 경우를 위해 밸브 몸체(10) 또는 밸브 몸체 상판(80)에 삽입되어 결합될 수 있도록 개도 검출 장치(50)에 나사부가 형성될 수 있다. On the other hand, in the case where it is difficult to detect the strength of the rotating magnetic field generated when the
도 10은 힌지의 측면 공간이 작아 고리형 영구자석을 부착할 수 없을 때 이용될 수 있는 방법을 도시한 사시도이다. 10 is a perspective view illustrating a method that can be used when the lateral space of the hinge is small so that the annular permanent magnet cannot be attached thereto.
도 10을 참조하면, 고리형 영구자석의 일부를 잘라 분절형 영구자석(45)을 제작한 후 힌지(30)에 부착할 수 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, 고리형 영구자석을 N극과 S극이 동일한 호의 길이가 되도록 잘라 각 극의 자기장 강도가 같도록 분절형 영구자석(45)을 제작하면 상기의 고리형 영구자석과 같이 개도각을 검출할 수 있다. Referring to FIG. 10, a portion of the annular permanent magnet may be cut to form a segmented
일반적으로 회전형 역지밸브의 개도각은 90°보다 작으므로 N극과 S극의 호의 길이가 90°보다 크면 개도각 검출을 양호하게 수행할 수 있다. 분절형 영구자석(45)을 사용하면 검출 가능한 회전각이 제한되어 수학식 1의 P에 영향을 주므로 개도각 연산시 이를 고려한다. 분절형 영구자석(45)을 설치하여 회전 자계를 검출할 때에도 상기의 도 7 내지 도 9를 참조하는 설명에서 서술된 바와 같이 분절형 영구자석(45)의 반경 방향 또는 축방향 중심축이 자계 감지 센서의 바닥면에 수직이 되도록 설치한다.In general, since the opening angle of the rotary check valve is smaller than 90 °, the opening angle detection can be satisfactorily performed when the arc length of the N pole and the S pole is larger than 90 °. When the segmented
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 개도 검출 장치를 포함하는 회전형 역지밸브를 도시한 단면도.1 is a cross-sectional view showing a rotary check valve including an opening degree detection device according to an embodiment of the present invention.
도 2는 도 1에 도시된 회전형 역지밸브의 상부를 도시한 단면도.FIG. 2 is a sectional view showing an upper portion of the rotary check valve shown in FIG.
도 3은 도 1에 도시된 회전형 역지밸브에 영구자석이 부착되는 위치를 설명하기 위한 사시도.Figure 3 is a perspective view for explaining the position where the permanent magnet is attached to the rotary check valve shown in FIG.
도 4 및 도 5는 자계 감지 센서의 예들을 도시한 사시도들.4 and 5 are perspective views showing examples of the magnetic field sensing sensor.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 개도 검출 장치를 개략적으로 도시한 블록도.6 is a block diagram schematically illustrating an opening degree detection apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 7 내지 도 9는 자계 감지 센서들의 배치를 설명하기 위한 단면도들.7 to 9 are cross-sectional views illustrating the arrangement of magnetic field sensing sensors.
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 회전형 역지밸브를 설명하기 위한 사시도.Figure 10 is a perspective view for explaining a rotary check valve in accordance with another embodiment of the present invention.
<도면부호의 간단한 설명><Brief Description of Drawings>
10: 밸브 몸체 20: 밸브 디스크10: valve body 20: valve disc
30: 힌지 40: 고리형 영구자석30: hinge 40: ring permanent magnet
45: 분절형 영구자석 50: 개도 검출 장치45: segmented permanent magnet 50: opening degree detection device
60: 힌지핀 80: 밸브 몸체 상판60: hinge pin 80: valve body top plate
91: 홀 센서 소자 92: 자기 저항 소자91: Hall sensor element 92: Magnetoresistive element
111, 112: 제1 및 제2 전압 발생부111 and 112: first and second voltage generators
121, 122: 제1 및 제2 아날로그/디지털 변환부121 and 122: first and second analog / digital converters
130: 개도각 산출부 140: 개도 연산부130: opening angle calculation unit 140: opening degree calculation unit
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