KR20090119589A - 포인트레벨센서와 연속레벨센서를 이용한 레벨측정방법 및그 시스템 - Google Patents

포인트레벨센서와 연속레벨센서를 이용한 레벨측정방법 및그 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 포인트레벨센서와 연속레벨센서를 이용한 레벨측정에 관한 것으로서, 본 발명은, 기설정레벨에서 대상물질의 유무를 감지하는 포인트레벨센서의 설치레벨을 미리 저장하고, 포인트레벨센서의 출력 변화 여부를 판단하고, 포인트레벨센서의 출력이 변화한 순간, 대상물질의 액면에 초음파를 발신하여 상기 발신된 초음파가 반사되어 되돌아 오는데 걸리는 시간(Ts)을 측정하고, 포인트레벨센서의 설치 레벨과 반사파의 도달 시간을 이용하여, 대상물질에서의 리얼 초음파 전파속도를 산출하고, 리얼 초음파 전파속도를 이용하여 대상물질의 레벨을 측정한다. 이에 의해, 간단한 구성으로 측정 대상이 되는 물질에서의 초음파 전파 속도를 직접 산출하고, 산출된 초음파 전파 속도를 이용하여 대상물질의 레벨을 산출하도록 함으로써, 온도조건, 압력조건의 변화나 매질의 변화와는 무관하게 저장 용기의 레벨 측정값의 신뢰도를 보장할 수 있다.
레벨측정, 초음파 센서, 포인트 센서

Description

포인트레벨센서와 연속레벨센서를 이용한 레벨측정방법 및 그 시스템{Level measuring method using point level sensor and continuous level sensor and system thereof}
본 발명은 포인트레벨센서와 연속레벨센서를 이용한 레벨측정방법 및 그 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 간단한 구성으로 측정 대상이 되는 물질에서의 초음파 전파 속도를 직접 산출하고, 산출된 초음파 전파 속도를 이용하여 대상물질의 레벨을 산출하도록 함으로써, 온도조건, 압력조건의 변화나 매질의 변화와는 무관하게 저장 용기의 레벨 측정값의 신뢰도를 보장할 수 있는 포인트레벨센서와 연속레벨센서를 이용한 레벨측정방법 및 그 시스템에 관한 것이다.
초음파 센서는 20㎑~300MHz의 고주파수 대역 음파를 이용하여 물체의 위치나 거리를 감지하는 센서로서, 대상물에 초음파를 발사하여 그에 반사되어 되돌아온 반사파를 수신하는 원리를 이용한 것으로 하천의 수위계, 저장 용기의 용량계 등, 다양한 분야에서 사용되고 있다.
초음파는 음속으로 파장이 진행되고 반사 면에 부딪힌 후 같은 속도로 되돌아오기 때문에 초음파 발사 후 반사되어 되돌아온 반사파의 수신되는 시간에 음속 을 곱한 후 2로 나누면 거리로 환산된다.
그런데, 초음파의 속도는 매질에 따라 각기 달라지며, 동일한 매질이라 할지라도 온도, 압력 등에 따라 차이가 나게 된다. 또한, 유동체의 레벨을 측정하는 경우 부유물이 존재하거나 수면이 불규칙하게 출렁이는 경우, 초음파의 반사 지점에 따라 실제 레벨과는 다른 값으로 감지될 수 있다.
종래에는 이러한 문제점을 해소하기 위하여, 계측 대상이 되는 대상물에 대해 상온, 상압 상태에서 초음파 속도를 측정하여 출하시에 기본 값을 선정하고, 온도계, 압력계 등을 이용하여 초음파의 속도를 보정 할 수 있도록 하고 있다.
그러나, 종래의 초음파 속도 보정방법의 경우, 계산과정이 복잡하고, 온도나 압력의 변화가 심한 경우에는 계산 시간이 지연되어 측정 오차의 범위가 증가함으로 측정값의 신뢰성이 떨어지는 문제점이 있다. 또한, 초음파가 전파되는 매질이 변화하는 경우 해당 매질에서의 초음파 속도를 사용해야함으로, 해당 매질에서의 초음파 속도가 저장되어 있지 아니한 경우 레벨 측정이 사실상 불가능하다는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출 된 것으로서, 간단한 구성으로 측정 대상이 되는 물질에서의 초음파 전파 속도를 직접 산출하고, 산출된 초음파 전파 속도를 이용하여 대상물질의 레벨을 산출하도록 함으로써, 온도조건, 압력조건의 변화나 매질의 변화와는 무관하게 저장 용기의 레벨 측정값의 신뢰도를 보장할 수 있는 포인트레벨센서와 연속레벨센서를 이용한 레벨측정시스템 및 그 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 포인트레벨센서와 연속레벨센서를 이용한 레벨측정 방법은, 기설정레벨에서 대상물질의 유무를 감지하는 포인트레벨센서의 상기 기설정레벨을 미리 저장하는 단계; 상기 포인트레벨센서의 출력 변화 여부를 판단하는 단계; 상기 포인트레벨센서의 출력이 변화한 순간, 상기 대상물질의 액면에 초음파를 발신하여 상기 발신된 초음파가 반사되어 되돌아 오는데 걸리는 시간(Ts)을 측정하는 단계; 상기 포인트레벨센서의 설치 레벨과 상기 반사파의 도달 시간을 이용하여, 상기 대상물질에서의 리얼 초음파의 전파속도를 산출하는 단계; 및 상기 리얼 초음파의 전파속도를 이용하여 상기 대상물질을 레벨을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 기설정레벨에서 대상물질의 유무를 감지하는 포인트레벨센서의 상기 기설정레벨을 미리 저장하는 단계는, 각기 상이한 설치레벨을 갖는 복수개의 포인트레벨센서의 각 설치레벨을 미리 저장하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 포인트레벨센서는, 초음파센서, 자력센서, 정전용량센서, 광센서 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
한편, 상기 리얼 초음파의 전파속도를 이용하여 상기 대상물질의 레벨을 측정하는 단계는, 상기 대상물질의 액면에 초음파를 발신하여 상기 발신된 초음파가 반사되어 되돌아 오는데 걸리는 시간을 측정하는 단계; 및 상기 산출된 상기 대상물질에서의 초음파 전파 속도와 상기 측정 대상물질의 반사파 도달 시간에 기초하여, 상기 측정 대상물질의 레벨을 산출하여 표시하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 리얼 초음파의 전파속도를 산출하는 단계는 수학식 Vr = Lcont / (Ts/2) 에 의해 산출하며, 여기서, Vr 은 리얼 초음파의 전파속도이고, Lcont 는 상기 기설정레벨이다.
한편, 상기 리얼 초음파의 전파속도를 이용하여 상기 대상물질의 레벨을 측정하는 단계는 수학식 L = (T/2) × Vr 에 의해 산출하며, 여기서, Vr 은 리얼 초음파의 전파속도이고, T는 측정 대상물질의 액면에 초음파를 발신하여 반사파의 도달 시간으로서 연속레벨센서에 의해 측정된 값이다.
또한, 상기 복수개의 포인트레벨센서는 기설정레벨에 각각 설치된 두 개의 포인트레벨센서를 포함하고, 상기 리얼 초음파의 전파속도를 산출하는 단계는 수학식
L1cont + offset = T1s/2 × Vr...........식①
L2cont + offset = T2s/2 × Vr...........식②
들을 연립하여 리얼 초음파 전파 속도(Vr)를 산출하며, 여기서, L1cont, L2cont은 상기 이미 저장된 각각의 설치 레벨값이고, T1s, T2s는 상기 발신된 초음파가 상기 기설정레벨에 있는 대상물질에 반사되어 되돌아 오는데 걸리는 각각의 시간이다.
한편, 상기 목적은, 측정 대상물질의 액면에 초음파를 발신하여 반사파의 도달 시간을 측정하는 연속레벨센서와; 상기 측정 대상물질이 저장 용기의 특정 레벨에 존재하는지 여부를 감지하는 포인트레벨센서와; 상기 포인트레벨센서를 통해 감지된 상기 측정 대상물질의 레벨과 상기 연속레벨센서를 통해 감지된 상기 반사파의 도달시간에 기초하여, 상기 대상물질에서의 초음파 전파 속도를 산출하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 포인트레벨센서는, 초음파센서, 자력센서, 정전용량센서, 광센서 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 포인트레벨센서의 감지값이 변화하는 순간의 상기 연속레벨센서에 의해 측정된 상기 반사파의 도달시간과, 상기 포인트레벨센서의 특정 레벨을 이용하여 상기 대상물질에서의 리얼 초음파 전파 속도를 산출할 수 있다.
한편, 상기 제어부는, 산출된 상기 대상물질에서의 리얼 초음파 전파 속도와 상기 연속레벨센서를 통해 측정되는 상기 측정 대상물질의 반사파 도달 시간에 기초하여, 상기 측정 대상물질의 레벨을 산출할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 수학식 Vr = Lcont / (Ts/2) 에 의해 산출하며, 여기서, Vr 은 리얼 초음파의 전파속도이고, Lcont 는 상기 특정 레벨이다.
한편, 상기 제어부는, 수학식 L = (T/2) × Vr 에 의해 산출하며, 여기서, Vr 은 리얼 초음파의 전파속도이고, T는 측정 대상물질의 액면에 초음파를 발신하여 반사파의 도달 시간으로서 연속레벨센서에 의해 측정된 값이다.
또한, 본 레벨측정시스템은, 특정 레벨의 대상물질이 존재하는지를 감지하는 포인트레벨센서를 더 포함하며, 상기 제어부는, 수학식
L1cont + offset = T1s/2 × Vr...........식①
L2cont + offset = T2s/2 × Vr...........식②
들을 연립하여 리얼 초음파 전파 속도(Vr)를 산출하며, 여기에서, L1cont, L2cont은 상기 각각의 포인트레벨센서의 설치 레벨값이고, T1s, T2s는 상기 발신된 초음파가 상기 특정 레벨에 있는 대상물질에 반사되어 되돌아 오는데 걸리는 각각의 시간이고, offset은 상기 용기의 두께이며, Vr은 리얼 초음파 전파 속도이다.
한편, 본 레벨측정시스템은, 포인트레벨센서의 설치 레벨값을 저장하는 메모리를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 메모리에 저장된 레벨값을 이용할 수 있다.
또한, 상기 메모리는 제어부에 의해 산출된 리얼 초음파의 전파속도를 추가적으로 저장하며, 제어부는 상기 메모리에 저장된 리얼 초음파의 전파속도를 이용하여 상기 측정 대상물질의 레벨을 산출할 수 있다.
한편, 상기 제어부는, 리얼 초음파의 전파속도를 한번만 산출하여 상기 메모리에 저장하고 이후에는 저장한 리얼 초음파의 전파속도를 이용하여 측정 대상물질의 레벨을 산출하는 스태틱 동작 모드와, 리얼 초음파의 전파속도를 포인트센서가 출력하는 감지값이 변화가 있을 때마다 리얼 초음파의 전파속도를 산출하고 이 산출한 리얼 초음파의 전파속도를 이용하여 측정 대상물질의 레벨을 산출하는 다이나믹 동작 모드 중 어느 하나로 동작할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 포인트레벨센서와 연속레벨센서를 이용한 레벨측정시스템 및 그 방법은, 측정 대상이 되는 물질에서의 초음파 전파 속도를 직접 산출하고, 산출된 초음파 전파 속도를 이용하여 대상물질의 레벨을 산출하도록 하도록 하고 있다.
이에 의해, 간단한 구성으로 온도조건, 압력조건의 변화나 매질의 변화와는 무관하게 저장 용기 내부에 있는 대상물의 레벨을 정확히 측정할 수 있다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 포인트레벨센서와 연속레벨센서를 이용한 레벨측정시스템 및 그 방법에 대해서 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 포인트레벨센서와 연속레벨센서를 이용한 레벨측정시스템의 기능블록도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 시스템은, 측정 대상물질의 레벨을 연속적으로 측정하는 연속레벨센서(10)와, 측정 대상물질이 저장 용기의 소정 레벨에 존재하는지 여부를 감지하는 포인트레벨센서(20)와, 포인트레벨센서(20)의 설정정보 등이 저장되는 메모리(30)와, 측정 결과가 표시되는 출력부(40)와, 포인트레벨센서(20)를 통해 측정 대상물질의 레벨이 감지된 순간 연속레벨센서(10)를 통해 대상물질의 레벨면까지의 초음파 왕복 속도를 측정하여 해당 대상물질에서의 초음파 전파 속도를 산출하고, 산출된 전파 속도에 기초하여 연속레벨센서(10)를 통해 대상물질의 레벨을 산출하여 출력부(40)에 표시하는 제어부(50)를 포함한다. 이들 각 구성요소는 통신망(3)에 의해 연결될 수 있으며, 통신망(3)은 버스(bus) 또는 각 구성요소들의 전부 또는 일부를 서로 통신적으로 서로 연결시켜줄 수 있다. 한편, 이산시스템에서는, 통신망(30)은 로컬 망 또는 네트워크 망일 수 있다.
연속레벨센서(10)는 예를 들면 저장 용기의 상부 혹은 하부에 설치되어 측정 대상물질의 액면에 초음파를 발신하고, 발신된 초음파가 반사되어 되돌아 오는 시간을 측정하는 초음파센서일 수 있다.
포인트레벨센서(20)는 저장 용기의 소정 위치에 설치되어 특정 설정위치에 측정 대상물질이 존재하는지 여부를 감지한다. 이러한, 포인트레벨센서(20)는 소정의 위치에 대상물질이 있는 경우에는 있다는 신호를 출력하고, 대상물질이 없는 경우에는 없다는 신호를 출력한다. 포인트레벨센서(20)는 예를 들면 저장 용기의 1/2 레벨 지점, 1/3 레벨 지점 등에 복수 개 설치될 수 있으며, 그 설치 위치는 메모리(30)에 저장된다. 포인트레벨센서(20)가 저장 용기의 1/2 레벨 지점에 설치되어 있다고 가정하자. 이 경우, 저장 용기에 저장되는 대상물질의 양이 1/2 지점에 도달하는 경우 포인트레벨센서(20)가 출력하는 감지신호에는 변화가 있게 된다. 즉, 포인트레벨센서(20)는 대상물질이 존재하지 않는다는 신호를 출력하다가 대상물질의 양이 1/2 지점 이상이 되면 존재한다는 신호를 출력한다. 포인트레벨센서(20)는 대상물질의 양이 1/2를 초과하여 계속 저장되는 동안 계속해서 대상물질의 감지신 호를 출력할 수 있다. 이러한 포인트레벨센서(20)로는, 초음파센서, 자력센서, 광센서, 정전용량센서 등이 적용될 수 있다.
제어부(50)는, 포인트레벨센서(20)에서 출력되는 감지신호에 변화가 있는 시점에 연속레벨센서(10)에 의해 측정된 값(즉, 초음파가 발신되어 대상물질의 표면에 맞고 반사되어 원래의 위치까지 오는데 걸리는 시간)을 이용한다. 상세하게는, 제어부(50)는 포인트레벨센서(20)가 센싱하는 특정 레벨 값(이 값은 제어부가 이미 알고 있다)과, 포인트레벨센서(20)의 출력이 변화되는 시점에서의 연속레벨센서(10)에 의해 측정된 반사파 도달시간을 이용하여, 대상물질내에서의 초음파의 속도를 알 수 있다. 제어부(50)는 그 속도를 이용하여 대상물질의 레벨을 연속으로 산출할 수 있다. 즉, 위에서 알아낸 속도와 연속레벨센서(10)에 의해 출력되는 반사파 도달시간을 이용하여, 제어부(50)는 대상물질의 레벨을 산출할 수 있다.
제어부(50)는 해당 포인트레벨센서(20)의 설치 레벨과 연속레벨센서(10)를 통해 감지된 초음파의 왕복시간에 기초하여, 측정 대상물질에서의 초음파 전파 속도를 산출한다. 이에 따라, 대상물질이 변화하거나 온도 및 압력 등에 의해 물질의 특성이 변화하는 경우 해당 물질에서의 초음파 전파 속도를 바로 산출하여 사용함으로써 레벨 측정값의 신뢰도를 유지할 수 있도록 한다.
연속레벨센서(10)는 초음파 왕복 시간을 시 연속적으로(time continuous) 출력할 수 있다. 어떠한 경우이던지, 포인트레벨센서(20)의 설치 레벨에 대상물질이 도달하는 순간, 연속레벨센서(10)는 그 순간의 초음파 왕복 시간을 출력할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(50)는 저장 용기내의 레벨을 연속적으로 산출할 수 있는데, 저장용기의 1/2 레벨 지점에 포인트레벨센서(20)가 설치되어 있고, 저장용기의 하부에 연속레벨센서(10)가 설치되어 있다고 가정하고, 그 동작원리에 대하여 설명한다.
가. 빈 저장 용기에 대상물질이 채워지기 시작하여, 저장용기의 1/2 레벨에 대상물질이 도달하지 않은 경우
--> 제어부(50)는 기본적으로 설정된(디폴트값으로서 연속레벨센서의 종류에 따라서 달라질 수 있는 값이며, 이 값은 연속레벨센서의 제조업자로부터 지득되는 값이다. 이 값을 편의상 "디폴트 초음파 속도"라고 부르기로 한다) 초음파의 속도와, 연속레벨센서(10)로부터 출력되는 반사파 도달시간을 이용하여, 대상물질의 레벨을 산출할 수 있다.
나. 빈 저장 용기에 대상물질이 저장용기의 1/2 레벨(이 레벨을 편의상 "L1/2"이라고 함)에 도달하여, 그 이상이 되는 경우
--> 제어부(50)는 포인트레벨센서(20)의 감지신호가 변화되는 시점, 바로 그시점에서 연속레벨센서(10)에 의해 출력되는 반사파 도달시간과 상기 L1 / 2값을 이용 하여 실제 초음파의 속도("리얼 초음파 속도")를 산출할 수 있다. 그리고, 산출한 리얼 초음파 속도와 연속레벨센서(10)로부터 출력되는 반사파 도달시간을 이용하여, 대상물질의 레벨을 산출한다. 제어부(50)가 산출한 리얼 초음파 속도는 메모리(30)에 저장되어, 향후 대상물질의 레벨을 산출하는데 사용될 수 있다.
제어부(50)는 적어도 다음과 같은 두 가지 동작모드를 가질 수 있다.
첫번째 동작모드는, 같은 종류의 대상물질이 용기에 매번 채워졌다가 비워지는 경우라면, 제어부(50)는 최초에 산출한 리얼 초음파 속도를 메모리(30)에 저장해 두었다가 그 저장한 값을 계속 사용할 수 있다. 즉, 처음에 대상물질이 용기에 채워질 때 리얼 초음파 속도를 산출하여 메모리(30)에 저장하며, 그 이후에는 메모리에 저장된 리얼 초음파 속도를 이용하여 대상물질의 레벨(레벨을 알면 용량을 알 수 있다)을 산출할 수 있다. 이와 같이, 제어부(50)가 동작하는 모드를 "스태틱 동작 모드"라고 정의하기로 한다.
한편, 서로 다른 종류의 대상물질이 용기에 채워졌다가 비워지는 경우라면, 그 대상물질의 매질 특성에 따라서 리얼 초음파 속도는 달라질 수 있으므로, 제어부(50)는 대상물질이 채워질 때 마다(아니면, 포인트레벨센서(20)의 출력값이 변화될 때마다) 리얼 초음파 속도를 산출하며, 그 산출한 리얼 초음파 속도를 이용하여 대상물질의 레벨을 산출할 수 있다. 한편, 이와 같이 제어부(50)가 동작하는 모드를 "다이나믹 동작 모드"로 정의하기로 한다.
제어부(50)가 다이나믹 동작 모드로 동작하는 경우, 바람직하게는 적어도 하나의 포인트레벨센서(20)의 위치를 용기의 밑 바닥에 근접하여 설치하면 초기에 리얼 초음파 속도를 산출할 수 있게 되므로, 리얼 초음파 속도에 기초한 대상물질의 레벨을 빨리 산출할 수 있다.
본 발명에 따른 제어부(50)는 스태틱 동작 모드나 다이나믹 동작 모드 중 적어도 하나의 동작 모드로 동작할 수 있다.
출력부(40)는 제어부(50)의 제어에 따라, 레벨 산출 과정 및/또는 산출된 레벨값 등을 표시할 수 있다. 이러한 출력부(40)로는, 모니터, LED, 음성 안내부 등이 적용될 수 있다.
이러한 구성에 따라, 본 발명의 포인트레벨센서 및 연속레벨센서를 이용한 레벨측정시스템은, 최초 레벨 측정 시 측정 대상물질에서의 리얼 초음파 전파속도를 먼저 산출하고, 산출된 리얼 초음파 전파속도를 이용하여 대상물질의 레벨을 산출하도록 하고 있다. 이에 따라, 대상물질이 변화하거나 온도, 압력 등의 조건에 따라 물질의 특성이 변화하는 경우에도 대상물질의 레벨을 용이하게 산출할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 포인트레벨센서 및 연속레벨센서를 이용한 레벨측정시스템의 동작 상태도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 레벨측정시스템을 구성하기 위해 저장 용기(100)의 저면에 연속레벨센서(10)를 설치하고, 저장 용기(100)의 내부 공간에 대상물질(200)의 레벨을 측정하는 포인트레벨센서(20)를 설치할 수 있다.
포인트레벨센서(20)는 정해진 설치레벨(Lcont)에 설치되어, 해당 위치에 대상물질(200)이 존재하는지 여부를 감지한다. 이에, 포인트레벨센서(20)는 대상물질(200)의 레벨이 증가하여 설치레벨(L) 이상 상승하거나, 대상물질(200)의 레벨이 감소하여 설치레벨(Lcont) 이하로 강하하는 경우 출력값이 변화하여, 대상물질(200)이 설치레벨(Lcont)에 도달한 순간을 감지한다. 이러한 포인트레벨센서(20)는 둘 이상의 접점을 갖도록 함으로써 감지값에 정밀도를 높이는 것이 바람직하며, 각기 다른 레벨위치에 복수개 설치하는 것이 가능하다.
제어부(50)는 대상물질(200)이 설치레벨(Lcont)에 도달한 순간의 반사파 도달시간 반사파 도달 시간(Ts) 및 설치레벨(Lcont)을 이용하여 대상물질(200)에 대한 초음파 전파 속도(Vr)를 산출할 수 있다.
여기서, 반사파 도달 시간(T)과 대상물질(200)이 설치레벨(Lcont)과, 리얼 초음파 전파 속도(Vr)는 다음의 <수학식 1>과 같은 관계식으로 나타낼 수 있다.
Vr = Lcont / (Ts/2)
<수학식 1>을 통해 리얼 초음파 전파 속도(Vr)가 산출되면, 제어부(50)는 연 속레벨센서(10)에 의해 연속적으로 출력되는 반사파 도달 시간(T)과 리얼 초음파 전파 속도(Vr)로부터 다음의 <수학식 2>를 이용하여 대상물질(200)의 레벨, 즉, 레벨을 산출할 수 있다.
L = (T/2) × Vr
이와 같이, 본 발명은 레벨 측정의 대상이 되는 물질에서의 초음파 전파 속도를 직접 산출하고, 산출된 초음파 전파 속도를 이용하여 대상물질(200)의 레벨을 산출하고 있다. 따라서, 대상물질(200)이 변하거나 온도, 압력 등의 변화로 특성이 변화하는 경우, 해당 물질에서의 초음파 전파 속도를 바로 산출하여 적용함으로, 레벨 측정값의 신뢰도를 높일 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 레벨측정시스템의 동작 상태도로서, 대상물질의 레벨 위치를 산출함에 있어서 보정값이 존재하는 경우를 예시한 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 레벨측정시스템을 구성하기 위해 소정 두께(offset)를 갖는 저장 용기(110)의 밑면 외부에 연속레벨센서(10)를 설치하고, 저장 용기(110)의 내부 공간에 대상물질(210)의 레벨을 측정하는 둘 이상의 포인트레벨센서(20)를 설치할 수 있다.
이에, 연속레벨센서(10)가 대상물질(210)의 액면에 초음파를 발신하는 경우, 초음파는 저장 용기(110)의 밑면을 관통하여 대상물질(210)의 액면에 반사된 후, 다시, 대상물질(210) 및 저장 용기(110)의 밑면을 관통하여 연속레벨센서(10)로 수신된다. 이러한 경로의 초음파 도달 시간을 측정하는 경우, 대상물질(210)의 레벨에 저장 용기(110)의 두께(offset)가 더해진 값이 측정됨으로 대상물질(210)의 레벨 측정값에 오차가 발생하게 된다.
따라서, 본 발명은 각기 다른 설치레벨(L1cont, L2cont)을 갖는 포인트레벨센서(20a, 20b)를 이용하여 보정값을 산출하도록 한다.
포인트레벨센서(20a, 20b)는 정해진 설치레벨(L1cont, L2cont)에 각각 설치되어, 해당 위치에 대상물질(210)이 존재하는지 여부를 감지한다. 이에, 포인트레벨센서(20a, 20b)는 대상물질(210)이 각 설치레벨(L1cont , L2cont)에 도달한 순간 변화된 값을 출력함으로써, 대상물질(210)이 각 설치레벨(L1cont , L2cont)에 있는지 여부를 감지할 수 있다.
제어부(50)는 대상물질(210)이 각 설치레벨(L1cont, L2cont)에 도달한 순간의 반사파가 수신되는 데까지 걸린 시간(T1s, T2s) 및 각 설치레벨(L1cont, L2cont)을 이용하여 대상물질(200)에 대한 초음파 전파 속도(Vr)를 산출할 수 있다.
여기서, 반사파가 수신되는 데까지 걸린 시간(T1s, T2s)은 실제로는 대상물 질(210)의 설치레벨(L1cont, L2cont)에 저장 용기(110)의 두께(offset)가 더해진 값이므로, 각 설치레벨(L1cont, L2cont)에서의 반사파 도달 시간(T1s, T2s) 및 초음파 전파 속도(Vr)는 다음의 <수학식 3>와 같은 관계식으로 나타낼 수 있다.
L1cont + offset = T1s/2 × Vr...........①
L2cont + offset = T2s/2 × Vr...........②
여기서, 각 설치레벨(L1cont, L2cont)은 이미 정해진 값이고, 반사파가 수신되는 데까지 걸린 시간(T1s, T2s)는 측정된 값으로서 기지의 값이다. 따라서, ① 및 ②를 연립하여 저장 용기(110)의 두께(offset) 및 리얼 초음파 속도(Vr)를 산출할 수 있다. 리얼 초음파 속도가 산출되면, 제어부(50)는 상기 <식 2>에 의해서 용기내에서의 대상물질의 레벨을 산출할 수 있다.
도 3의 실시예에서, 제어부(50)의 동작 모드에 대하여 설명한다.
제어부(50)가 스태틱 동작 모드에서 동작하는 경우에는, 처음에 산출한 리얼 초음파 속도(Vr)를 메모리(30)에 저장하며, 이후에는 메모리(30)에 저장된 리얼 초음파 속도(Vr)와 < 식2 >를 이용하여 대상물질의 레벨을 산출할 수 있다.
한편, 제어부(50)가 다이나믹 동작 모드에서 동작하는 경우에는, 포인트레벨센서(20)가 대상물질의 존재를 감지할 때마다 <식 3> 에 의해서 리얼 초음파 속 도(Vr)를 산출하고, 그 산출한 초음파 속도(Vr)와 상기 <식 2>에 의해서 대상물질의 레벨을 산출할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 둘 이상의 포인트 센서를 이용하여 각 레벨위치에서의 반사파 수신 시간을 측정함으로써, 레벨 측정값에 발생할 수 있는 오류를 보정할 수 있도록 하고 있다.
도 4는 본 발명에 따른 포인트레벨센서와 연속레벨센서를 이용한 레벨측정시스템 및 그 방법의 흐름도이다.
본 발명은 레벨측정의 정확도를 높이기 위해, 특정 레벨에서 대상물질의 유무를 감지하는 포인트레벨센서(20)를 사용한다. 이에, 포인트레벨센서(20)의 설치레벨은 메모리(30)에 저장된다(S10). 여기서, 포인트레벨센서(20)는 복수의 설치레벨에 복수개 설치될 수 있다.
제어부(50)는 포인트레벨센서(20)의 감지값의 변화를 모니터링하여, 측정 대상물질의 레벨이 포인트레벨센서(20)의 설치레벨에 도달하였는지 여부를 판단한다(S12). 포인트레벨센서(20)는 해당 설치레벨에서의 대상물질 유무를 감지하는 것으로서, 대상물질의 레벨이 증가하거나 감소하여 설치레벨에 도달하면 감지값이 변화한다.
측정 대상물질의 레벨이 포인트레벨센서(20)의 설치레벨에 도달하면, 그 순간 발신된 초음파가 대상물질의 액면에 반사되어 되돌아 오는데 걸리는 시간을 연속레벨센서(10)로부터 수신한다(S14).
제어부(50)는 포인트레벨센서(20)의 설치레벨과 반사파의 도달 시간을 이용하여, 대상물질에서의 초음파의 전파속도를 산출한다(S16). 여기서, 복수개의 포인트레벨센서(20)가 설치되어 있는 경우, 각각의 설치레벨에서 반사파의 도달 시간을 측정하여 산출되는 값을 상호 비교함으로써 감지값의 오류를 보정하도록 하는 것이 가능하다.
대상물질에서의 초음파의 전파속도가 산출되면, 제어부(50)는 임의의 레벨을 갖는 대상물질의 액면에 초음파를 발신하여 발신된 초음파가 대상물질의 액면에 반사되어 되돌아 오는데 걸리는 시간을 연속레벨센서(10)로부터 수신한다(S18).
제어부(50)는 S16단계에서 산출된 초음파의 전파속도에, S18단계에서 측정된 반사파의 도달 시간 측정값을 대입하여 대상물질의 레벨을 산출한다(S20).
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 측정의 대상이 되는 물질에서의 초음파 전파 속도를 직접 산출하고, 산출된 초음파 전파 속도를 이용하여 대상물질의 레벨을 산출하고 있다. 따라서, 대상물질이 변하거나 온도, 압력 등의 변화로 특성이 변화하는 경우, 해당 물질에서의 초음파 전파 속도를 바로 산출하여 적용함으로, 레벨 측정값의 신뢰도를 높일 수 있다
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 포인트레벨센서와 연속레벨센서를 이용한 레벨측정시스템의 기능블록도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 포인트레벨센서와 연속레벨센서를 이용한 레벨측정시스템의 동작 상태도,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 포인트레벨센서와 연속레벨센서를 이용한 레벨측정시스템의 동작 상태도,
도 4는 본 발명에 따른 포인트레벨센서와 연속레벨센서를 이용한 레벨측정시스템의 제어흐름도이다.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***
10 : 연속레벨센서 20 : 포인트레벨센서
30 : 메모리 40 : 출력부
50 : 제어부 100, 110 : 저장 용기
200, 210 : 대상물질

Claims (17)

  1. 기설정레벨에서 대상물질의 유무를 감지하는 포인트레벨센서의 상기 기설정레벨을 미리 저장하는 단계;
    상기 포인트레벨센서의 출력 변화 여부를 판단하는 단계;
    상기 포인트레벨센서의 출력이 변화한 순간, 상기 대상물질의 액면에 초음파를 발신하여 상기 발신된 초음파가 반사되어 되돌아 오는데 걸리는 시간(Ts)을 측정하는 단계;
    상기 포인트레벨센서의 설치 레벨과 상기 반사파의 도달 시간을 이용하여, 상기 대상물질에서의 리얼 초음파의 전파속도를 산출하는 단계; 및
    상기 리얼 초음파의 전파속도를 이용하여 상기 대상물질의 레벨을 측정하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 포인트레벨센서와 연속레벨센서를 이용한 레벨측정방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기설정레벨을 미리 저장하는 단계는,
    각기 상이한 설치레벨을 갖는 복수개의 포인트레벨센서의 각 설치레벨을 미리 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 포인트레벨센서와 연속레벨센서를 이용한 레벨측정방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 포인트레벨센서는,
    초음파센서, 자력센서, 정전용량센서, 및 광센서 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 포인트레벨센서와 연속레벨센서를 이용한 레벨측정방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 리얼 초음파의 전파속도를 이용하여 상기 대상물질을 레벨을 측정하는 단계는,
    상기 대상물질의 액면에 초음파를 발신하여 상기 발신된 초음파가 반사되어 되돌아 오는데 걸리는 시간을 측정하는 단계; 및
    상기 산출된 상기 대상물질에서의 초음파 전파 속도와 상기 측정 대상물질의 반사파 도달 시간에 기초하여, 상기 측정 대상물질의 레벨을 산출하여 표시하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 포인트레벨센서와 연속레벨센서를 이용한 레벨측정방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 리얼 초음파의 전파속도를 산출하는 단계는 다음의 수학식
    Vr = Lcont / (Ts/2) 에 의해 산출하며,
    여기서, Vr 은 리얼 초음파의 전파속도이고, Lcont 는 상기 기설정레벨인 것을 특징으로 하는 포인트레벨센서와 연속레벨센서를 이용한 레벨측정방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 리얼 초음파의 전파속도를 이용하여 상기 대상물질을 레벨을 측정하는 단계는 다음의 수학식
    L = (T/2) × Vr 에 의해 산출하며,
    여기서, Vr 은 리얼 초음파의 전파속도이고, T는 측정 대상물질의 액면에 초음파를 발신하여 반사파의 도달 시간으로서 연속레벨센서에 의해 측정된 값인 것을 특징으로 하는 포인트레벨센서와 연속레벨센서를 이용한 레벨측정방법.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수개의 포인트레벨센서는 기설정레벨에 각각 설치된 두 개의 포인트레벨센서를 포함하고,
    상기 리얼 초음파의 전파속도를 산출하는 단계는 다음의 수학식
    L1cont + offset = T1s/2 × Vr...........식①
    L2cont + offset = T2s/2 × Vr...........식②
    들을 연립하여 리얼 초음파 전파 속도(Vr)를 산출하며, 여기서, L1cont, L2cont 은 상기 이미 저장된 각각의 설치 레벨값이고, T1s, T2s는 상기 발신된 초음파가 상기 기설정레벨에 있는 대상물질에 반사되어 되돌아 오는데 걸리는 각각의 시간인것을 특징으로 하는 포인트레벨센서와 연속레벨센서를 이용한 레벨측정방법.
  8. 측정 대상물질의 액면에 초음파를 발신하여 반사파의 도달 시간을 측정하는 연속레벨센서와;
    상기 측정 대상물질이 저장 용기의 기설정레벨에 존재하는지 여부를 감지하는 포인트레벨센서와;
    상기 포인트레벨센서를 통해 감지된 상기 측정 대상물질의 레벨과 상기 연속레벨센서를 통해 감지된 상기 반사파의 도달시간에 기초하여, 상기 대상물질에서의 초음파 전파 속도를 산출하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 포인트레벨센서와 연속레벨센서를 이용한 레벨측정시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 포인트레벨센서는,
    초음파센서, 자력센서, 정전용량센서, 광센서 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 포인트레벨센서와 연속레벨센서를 이용한 레벨측정시스템.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 포인트레벨센서의 감지값이 변화하는 순간의 상기 연속레벨센서에 의해 측정된 상기 반사파의 도달시간과, 상기 포인트레벨센서의 특정 레벨을 이용하여 상기 대상물질에서의 리얼 초음파 전파 속도를 산출하는 것을 특징으로 하는 포인트레벨센서와 연속레벨센서를 이용한 레벨측정시스템.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    산출된 상기 대상물질에서의 리얼 초음파 전파 속도와 상기 연속레벨센서를 통해 측정되는 상기 측정 대상물질의 반사파 도달 시간에 기초하여, 상기 측정 대상물질의 레벨을 산출하는 것을 특징으로 하는 포인트레벨센서와 연속레벨센서를 이용한 레벨측정시스템.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어부는, 다음의 수학식
    Vr = Lcont / (Ts/2) 에 의해 리얼 초음파의 전파속도를 산출하며,
    여기서, Vr 은 리얼 초음파의 전파속도이고, Lcont 는 상기 특정 레벨인 것을 특징으로 하는 포인트레벨센서와 연속레벨센서를 이용한 레벨측정시스템.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어부는, 다음의 수학식
    L = (T/2) × Vr 에 의해 대상물질의 레벨을 산출하며,
    여기서, Vr 은 리얼 초음파의 전파속도이고, T는 측정 대상물질의 액면에 초음파를 발신하여 반사파의 도달 시간으로서 연속레벨센서에 의해 측정된 값인 것을 특징으로 하는 포인트레벨센서와 연속레벨센서를 이용한 레벨측정시스템.
  14. 제 8 항에 있어서,
    특정 레벨의 대상물질이 존재하는지를 감지하는 포인트레벨센서를 더 포함하며,
    상기 제어부는, 다음의 수학식
    L1cont + offset = T1s/2 × Vr...........식①
    L2cont + offset = T2s/2 × Vr...........식②
    들을 연립하여 리얼 초음파 전파 속도(Vr)를 산출하며, 여기에서, L1cont, L2cont은 상기 각각의 포인트레벨센서의 설치 레벨값이고, T1s, T2s는 상기 발신된 초음파가 상기 특정 레벨에 있는 대상물질에 반사되어 되돌아 오는데 걸리는 각각의 시간이고, offset은 상기 용기의 두께이며, Vr은 리얼 초음파 전파 속도인 것을 특징으로 하는 포인트레벨센서와 연속레벨센서를 이용한 레벨측정시스템.
  15. 제 12 항에 있어서,
    포인트레벨센서의 설치 레벨값을 저장하는 메모리를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 메모리에 저장된 레벨값을 이용하는 것을 특징으로 하는 포인트레벨센서와 연속레벨센서를 이용한 레벨측정시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 메모리는 상기 제어부에 의해 산출된 리얼 초음파의 전파속도를 추가적으로 저장하며, 상기 제어부는 상기 메모리에 저장된 리얼 초음파의 전파속도를 이용하여 상기 측정 대상물질의 레벨을 산출하는 것을 특징으로 하는 포인트레벨센서와 연속레벨센서를 이용한 레벨측정시스템.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 제어부는, 리얼 초음파의 전파속도를 한번만 산출하여 상기 메모리에 저장하고 이후에는 저장한 리얼 초음파의 전파속도를 이용하여 측정 대상물질의 레벨을 산출하는 스태틱 동작 모드와, 리얼 초음파의 전파속도를 포인트레벨센서가 출력하는 감지값이 변화가 있을 때마다 리얼 초음파의 전파속도를 산출하고 이 산출한 리얼 초음파의 전파속도를 이용하여 측정 대상물질의 레벨을 산출하는 다이나믹 동작 모드 중 어느 하나로 동작하는 것을 특징으로 하는 포인트레벨센서와 연속레벨센서를 이용한 레벨측정시스템.
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