KR20100035744A

KR20100035744A - 수위 측정 장치

Info

Publication number: KR20100035744A
Application number: KR1020080095072A
Authority: KR
Inventors: 김진양
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2008-09-29
Filing date: 2008-09-29
Publication date: 2010-04-07
Also published as: KR101013586B1

Abstract

본 발명은 액체를 수용하는 탱크에 연결되어 액체의 수위를 측정하기 위한 수위 측정 장치에 있어서, 탱크의 외부에 연결되어 탱크 내부의 액체가 유입되되, 하부는 폐쇄되고 상부는 개방된 제 1 가이드 관, 하부는 폐쇄되고 상부는 개방된 제 2 가이드 관, 제 1 가이드 관 및 제 2 가이드 관의 상부에 위치하여, 제 1 가이드 관 및 제 2 가이드 관과 연통되는 도르래 하우징, 도르래 하우징의 내부에 위치되는 도르래, 제 1 가이드 관의 내부에서 제 1 가이드 관의 내부에 유입된 액체로부터 부력을 받는 제 1 추, 제 2 가이드 관의 내부에 위치되며, 제 1 추와 동일한 질량을 가지는 제 2 추, 일단이 제 1 추에 연결되고, 도르래를 통과하여 타단이 제 2 추에 연결되는 와이어, 및 제 1 추에 연결되는 밸런스 웨이트 부재를 포함하는 것이 바람직하다.

액체, 수위 측정

Description

수위 측정 장치{DEVICE FOR DETECTING WATER LEVEL}

본 발명은 수위 측정 장치에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 부력이 작용하는 추와 부력이 작용하지 않는 추의 무게 차이에 의한 추의 변위 변화에 의해 액체 탱크의 수위를 측정하는 수위 측정 장치에 관한 것이다.

도 1은 종래의 수위 측정 장치의 개략적인 사시도이다.

수위 측정 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 단자대(1), 추(2), 복수 개의 플로트(3), 줄(4)을 포함한다. 줄(4)의 끝에 추(2)를 장착하고, 줄(4)의 상부에 단자대(1)를 연결하고, 단자대(1)와 추(2)가 연결된 줄(4)에 내부에 마그네트를 채용한 복수 개의 플로트(3)를 연결한다. 이와 같이 연결된 복수 개의 플로트(3)는 아래쪽으로부터 수위가 올라오면 가장 아래쪽의 플로트부터 부상하여 플로트간 접촉이 발생한다. 이에 따라 플로트 내부에 존재하는 마그네트에 의한 전자기력이 발생되고, 전자기력은 단자대(3)를 통해 접점신호로서 출력되는 형태로 이용되어 왔다.

그러나 이러한 종래의 수위 측정 장치는 탱크 내의 와류나 수위의 출렁임이 있는 경우 플로트가 수직상승을 하지 못하고 무질서하게 움직임에 따라 검출불량 및 오동작이 발생될 수도 있는 문제점이 있다.

또한, 약품 등과 같이 자극성이 있는 액체가 수용된 탱크에서는 플로트가 고무 재질인 관계로 적용되지 못하는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 제 1 목적은 액체 탱크 내에서 수위를 직접 측정하지 않고 액체 탱크 내의 유체와 동일한 수위를 가지도록 가이드 관을 액체 탱크와 연통시키고, 이 가이드 관 내에서 수위를 측정하여 탱크 내의 유동에 의해 수위 검출이 영향을 받지 않도록 하는 것이다.

본 발명의 제 2 목적은 액체에 의해 부력을 받는 추와 액체에 의해 부력을 받지 않는 추의 무게의 차이를 이용하여 추의 수직 변위 변화에 의해 수위를 측정함으로써 수위 검출의 정확도를 향상시키는 것이다.

본 발명의 제 3 목적은 내마모성 및 내산화성을 가진 추를 사용함으로써 약품 등과 같은 자극성 있는 액체의 수위를 측정할 수 있도록 하는 것이다.

이에 따라, 본 발명은 제 1 추 및 밸런스 웨이트 부재가 액체에 의해 부력을 받아 제 1 추 및 밸런스 웨이트 부재의 무게가 제 2 추의 무게보다 가벼워지는 경우에 제 2 추가 하강하고, 제 1 추 및 밸런스 웨이트 부재로부터 부력이 제거되는 경우에 제 1 추 및 밸런스 웨이트 부재의 무게가 제 2 추의 무게보다 무거워져 제 2 추가 상승하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 제 2 가이드 관에 위치되어 제 2 추의 상하 변위를 검출하는 검출수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 제 2 가이드 관의 일측에는 길이 방향으로 검출 개구가 형성되고, 검출 수단은 검출 개구를 따라 제 2 가이드 관의 외면에 형성된 센서 장착 레일, 및 센서 장착 레일에 결합되어 길이 방향으로 이동 가능하며, 소정 위치에서 고정되어 제 2 추의 위치를 검출하는 검출 센서를 포함하는 것이 바람직하며, 검출 센서는 철편형 센서인 것이 바람직하다.

한편, 제 1 가이드 관은 탱크의 최고 수위 및 최저 수위에 대응되는 높이에 탱크와 연통되는 개구가 형성된 것이 바람직하다.

이상에서 설명한 바와 같이 구성된 본 발명의 제 1 효과는, 수위 측정 장치가 액체 탱크 내에서 수위를 직접 측정하지 않고 액체 탱크 내의 유체와 동일한 수위를 가지도록 가이드 관을 액체 탱크와 연통시키고, 이 가이드 관 내에서 수위를 측정하여 탱크 내의 유동에 의해 수위 검출이 영향을 받지 않도록 하는 것이다.

본 발명의 제 2 효과는, 액체에 의해 부력을 받는 추와 액체에 의해 부력을 받지 않는 추의 무게의 차이를 이용하여 추의 수직 변위 변화에 의해 수위를 측정함으로써 수위 검출의 정확도를 향상시킬 수 있는 것이다.

본 발명의 제 3 효과는, 내마모성 및 내산화성을 가진 추를 사용함으로써 약품 등과 같은 자극성 있는 액체의 수위를 측정할 수 있는 것이다.

이하에서는 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 수위 측정 장치를 상세하게 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수위 측정 장치의 정단면도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수위 측정 장치의 검출 수단에 대한 확대도이며, 도 4는 도 3에 도시된 검출 수단의 단면도이다.

수위 측정 장치(100)는 액체를 수용하는 탱크(미도시)에 연결되어 탱크 내부 에 수용된 액체의 수위를 측정하기 위한 장치로서, 다음과 같이 구성된다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 수위 측정 장치(100)는 제 1 가이드 관(210), 제 2 가이드 관(220), 도르래 하우징(300), 도르래(350), 제 1 추(211), 제 2 추(221), 밸런스 웨이트 부재(212), 와이어(230), 및 검출 수단(400)을 포함한다.

제 1 가이드 관(210)은 하부는 폐쇄되고 상부는 개방된 형상으로서, 탱크의 외부에 위치한다. 제 1 가이드 관(210)의 일측에는 탱크의 최고 수위 및 최저 수위에 대응되는 높이에 탱크와 연통되는 개구들(215, 216)이 형성된다. 제 1 가이드 관(210)은 탱크에 연결되고, 탱크 내부의 액체는 플랜지들(217, 218)을 지나 개구(215 또는 216)를 통해 제 1 가이드 관(210)으로 유입된다. 탱크 내부의 액체가 최저 수위이면 액체는 제 1 가이드 관(210)의 일측 하부에 형성된 개구(216)를 통해 유입되며, 최고 수위이면 액체는 제 1 가이드 관(210)의 일측 상부 및 하부에 형성된 개구들(215, 216)을 통해 유입된다.

제 2 가이드 관(220)은 하부는 폐쇄되고 상부는 개방된 형상이고, 일측에는 검출 수단(400)을 장착하기 위한 검출 개구(225)가 형성된다.

도르래 하우징(300)은 제 1 가이드 관(210) 및 제 2 가이드 관(220)의 상부에 위치하여, 제 1 가이드 관(210) 및 제 2 가이드 관(220)과 연통되는 구조물로서, 플레이트(310), 지지대(320), 커버(330)를 포함한다.

플레이트(310)는 제 1 플레이트(311) 및 제 2 플레이트(312)로 구성되며, 제 1 가이드 관(210) 및 제 2 가이드 관(220)의 상부에 위치된다. 제 1 플레이트(311) 및 제 2 플레이트(312)는 제 1 및 제 2 가이드 관(210, 220)을 연통하기 위하여 제 1 가이드 관(210) 및 제 2 가이드 관(220)의 개방된 상부에 대응하는 홀이 형성된다. 제 1 플레이트(311) 및 제 2 플레이트(312)는 복수 개의 볼트(313)에 의해 결합된다.

지지대(320)는 제 2 플레이트(312)의 상단에 위치되며, 제 1 가이드 관(210) 및 제 2 가이드 관(220)의 사이에 위치되는 것이 바람직하다. 지지대(320)는 제 2 플레이트(312)의 상단과 볼트(321) 결합에 의해 고정된다.

커버(330)는 제 1 가이드 관(210) 및 제 2 가이드 관(220)의 내부로 이물질의 침투를 방지하기 위한 것으로서, 볼트 결합에 의해 제 2 플레이트(312)의 상단에 고정된다.

도르래(350)는 도르래 하우징(300)의 내부에 위치하며, 지지대(320)의 중심축에 연결되어, 회전 가능하다.

제 1 추(211)는 제 1 가이드 관(210)의 내부에서 제 1 가이드 관(210)의 내부에 유입된 액체로부터 부력을 받아 상하로 움직이는 추이다. 제 1 추(211)의 상단에는 밸런스 웨이트 부재(212)가 연결된다. 밸런스 웨이트 부재(212)는 제 1 추(211)에 부력이 작용하지 않을 때, 제 1 추(211)와 제 2 추(221)가 힘의 평형을 이루지 않고 하강된 수위를 따라 하강하도록 하기 위한 것으로서, 밸런스 웨이트 부재(212)의 질량은 제 1 추(211)와 밸런스 웨이트 부재(212)에 작용하는 부력의 크기보다 작아야 한다.

제 2 추(221)는 제 2 가이드 관(220)의 내부에서 상하로 움직이며, 제 1 추(211)의 질량과 동일한 질량을 가진다. 제 1 추(211) 및 제 2 추(221)의 재질은 스테인레스(SUS304) 재질이 바람직하다.

제 1 추(211) 및 제 2 추(221)의 형상은 제 1 가이드 관(210) 및 제 2 가이드 관(220)의 내경보다 작은 내경을 가진 둥근 분동 형상이 바람직하다. 가이드 관(210)의 내경과 제 1 추(211)의 외경 사이의 간격이 작을수록 유체의 유동에 영향을 받지 않고 수위를 따라 상하로 움직인다.

와이어(230)는 도르래(350)에 감기고, 도르래(350)를 사이에 두고 와이어(230)의 일단(213)은 제 1 추(211)에 연결되고 와이어(230)의 타단(223)이 제 2 추(221)에 연결된다.

검출 수단(400)은 제 2 추(221)의 상하 변위를 검출하는 부재로서, 제 2 가이드 관(220)의 일측에 길이 방향(즉, 추의 이동 방향)을 따라 형성된 검출 개구(225) 상에 위치하며, 검출 센서(410) 및 센서 장착 레일(430)을 포함한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 센서 장착 레일(430)은 검출 개구(225)를 따라 제 2 가이드 관(220)의 외면에 형성된다. 검출 센서(410)는 센서 장착 레일에 결합되어 길이 방향으로 이동 가능하며, 소정 검출 위치에서 고정 볼트(440)에 의해 고정되어 제 2 추(221)의 위치를 검출한다.

검출 센서(410)의 위치는 수위를 측정하고자 하는 탱크의 사양 등을 고려하여 상하로 적절이 이동하여 선택될 수 있다. 사용자는 탱크 내부의 액체의 특정한 수위에 대응되는 위치에 검출 센서(410)를 고정시킬 수 있다. 구체적으로는, 도 2에 도시된 바와 같이, 탱크 내부에 액체가 가득 찬 경우라면 검출 센서(410)의 위 치를 HH점, 탱크의 중간 위치보다 높은 위치까지 액체가 찬 경우라면 H점, 탱크의 중간 위치보다 낮은 위치까지 액체가 찬 경우라면 L점, 또는 탱크의 바닥에 액체가 있는 경우라면 LL점으로 설정할 수 있으며, 그 설정 위치에서 검출 센서(410)를 고정볼트(440)를 이용하여 센서 장착 레일(430)에 고정한다. 검출 센서의 위치는 상술한 바에 한정되지 않으며, 당업자의 입장에서 변경 가능하다.

검출 센서(410)는 철편형 센서인 것이 바람직하다. 철편형 센서는 센서 내에 자석이 존재하여 철 성분을 함유한 금속 물질이 센서 감지 범위 내(일반적으로 센서로부터 10mm 범위 내)에 존재하면 작동하는 센서를 말하는 것으로서, 제 2 추(221)가 검출 센서(410)가 장착된 위치에 근접하면 철편형 센서의 정전용량이 변화하여 검출 센서(410)가 작동한다.

이하에서는, 상술한 바와 같이 구성된 본 발명(100)의 작동 원리에 대하여 설명하기로 한다.

탱크 내에 존재하는 액체가 탱크의 최고 수위 및 최저 수위에 대응되는 높이에 탱크와 연통되는 개구들(215, 216)을 가진 제 1 가이드 관(210)으로 유입되면, 제 1 가이드 관(210)의 내부에서 상하로 움직이는 제 1 추(211) 및 밸런스 웨이트 부재(212)가 액체에 의해 부력을 받는다. 반면, 제 2 가이드 관(220)으로는 액체가 유입되지 않으므로, 제 1 추(211)와 도르래(350)를 통해 연결되어 제 2 가이드 관(220)의 내부에서 상하로 움직이는 제 2 추(221)는 부력을 받지 않는다.

부력(F_B)은 정지된 액체에 잠겨 있거나 떠있는 물체가 액체에 의하여 수직 상 방향으로 받게 되는 힘을 말하며, 부력의 크기는 물체가 액체 속에 잠긴 체적에 해당하는 만큼의 액체의 무게와 같고 그 방향은 중력의 방향과 반대 방향이다. 부력은 다음과 같은 공식에 의하여 구해진다.

부력= 물체의 잠긴 부피×액체의 밀도×중력가속도

= 액체의 비중량×비체적 ㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍ①

부력을 받는 물체의 무게=물체의 질량×중력가속도-부력ㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍ②

공식에 따르면, 제 1 추(211) 및 제 2 추(221)는 동일한 질량을 가졌으나 부력이 작용하는 경우, 제 1 추(211)의 무게는 제 2 추(221)의 무게보다 작다. 따라서, 부력이 작용할 때는 부력에 의하여 제 1 추(211)의 무게가 감소된 만큼 제 2 추(221)가 아래로 내려오게 되어 이를 통해 탱크 내부의 액체의 수위를 측정할 수 있다.

그러나, 부력이 작용하지 않을 때에는 제 1 추(211) 및 제 2 추(221)의 무게가 동일하여, 제 1 추(211) 및 제 2 추(221)는 상호 간에 힘의 균형을 이룬다. 따라서, 탱크 내부의 액체의 수위가 낮아지는 경우에는 제 1 추(211)가 수위를 따라 하강하지 않게 되어 낮아진 수위를 측정할 수 없게 된다.

이를 방지하고자, 제 1 추(211)의 상단에 밸런스 웨이트 부재(212)를 연결한다. 일반적으로, 부력이 물체의 무게보다 크면 물체가 유체 위에 부유하지만, 부력이 물체의 무게보다 작으면 물체는 유체 속으로 가라앉는다. 이와 같은 원리에 의하여, 제 2 추(221)의 무게는 부력이 작용할 때에는 제 1 추(211) 및 밸런스 웨이트 부재(212)의 무게보다 크도록, 부력이 제거될 때에는 제 1 추(211) 및 밸런스 웨이트 부재(212)의 무게보다 작도록 결정되어야 한다. 이에, 밸런스 웨이트 부재(212)의 질량은 부력의 1/2이 되도록 하는 것이 바람직하다.

따라서, 제 1 가이드 관(210) 내부로 액체가 유입될 때, 제 1 추(211) 및 밸런스 웨이트 부재(212)의 무게가 부력에 의해 제 2 추(221)의 무게보다 가벼워지는 경우에 제 2 추(221)가 하강하고, 제 1 추(211) 및 밸런스 웨이트 부재(212)로부터 부력이 제거되는 경우에 제 1 추(211) 및 밸런스 웨이트 부재(212)의 무게가 제 2 추(221)의 무게보다 무거워져 제 2 추(221)가 상승한다.

이하에서는, 구체적인 수치를 사용하여 본 발명의 작동 원리를 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예에서 사용되는 액체는 액체(물의 비중=1)이라 가정하고, 추(SUS304)는 반지름 49mm, 높이 100mm인 원기둥, 무게는 6.53 kgf, 비중량은 7930이고, 제 1 추(211)가 100mm 잠긴다고 가정한다.

이때, ①식에 의하면, 제 1 추(211)의 부력은 0.754 kgf(=49×49×π×100×1/1000000)이다. 부력의 작용을 받는 제 1 추(211)의 무게는 ②식에 의하면 5.776 kgf(=6.53-0.754)이고, 부력의 작용을 받지 않는 제 2 추(221)의 무게는 6.53 kgf이다. 따라서, 부력이 작용할 때, 제 1 추(211)의 무게는 제 2 추(221)의 무게보다 0.754 kgf만큼 가벼우므로, 제 1 추(211)는 도르래(350)를 타고 상승하고 제 2 추(221)는 하강한다.

한편, 부력이 제거된 경우에는 제 1 추(211) 및 제 2 추(221)는 무게가 6.53 kgf으로 동일하여 힘의 평형을 이루어, 제 1 추(211)가 하강하지 않아 탱크 내의 액체의 수위를 측정할 수 없다.

따라서, 부력이 작용하는 경우나 작용하지 않은 경우에나 탱크 내의 수위를 항상 측정하기 위하여, 본 실시예에서는 밸런스 웨이트 부재(212)의 무게가 부력의 1/2 크기(0.377 kgf)인 밸런스 웨이트 부재(212)를 제 1 추(211)의 상단에 연결한다. 이에 따라, 부력이 작용할 때는 제 1 추(211) 및 밸런스 웨이트 부재(212)의 무게가 제 2 추(221)보다 0.377kgf만큼 가벼워 제 2 추(221)는 하강하고 제 1 추(211) 및 밸런스 웨이트 부재(212)는 상승한다. 반면, 제 1 가이드 관(210) 내의 부력이 제거되면, 제 1 추(211) 및 밸런스 웨이트 부재(212)의 무게가 제 2 추(221)보다 0.377kgf만큼 무거워 제 2 추(221)는 상승하고 제 1 추(211) 및 밸런스 웨이트 부재(212)는 하강한다.

위에 설명된 예시적인 실시예는 제한적이기보다는 본 발명의 모든 관점들 내에서 설명적인 것이 되도록 의도되었다. 따라서 본 발명은 본 기술 분야의 숙련된 자들에 의하여 본 명세서 내에 포함된 설명들로부터 얻어질 수 있는 많은 변형 및 상세한 실행이 가능하다. 다음의 청구범위에 의하여 한정된 바와 같이 이러한 모든 변형 및 변경은 본 발명의 범위 및 사상 내에 있는 것으로 고려되어야 한다.

도 1은 종래의 수위 측정 장치의 개략적인 사시도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수위 측정 장치의 정단면도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수위 측정 장치의 검출 수단에 대한 확대도이다.

도 4는 도 3에 도시된 검출 수단의 단면도이다.

Claims

액체를 수용하는 탱크에 연결되어 상기 액체의 수위를 측정하기 위한 수위 측정 장치에 있어서,

상기 탱크의 외부에 연결되어 상기 탱크 내부의 액체가 유입되되, 하부는 폐쇄되고 상부는 개방된 제 1 가이드 관;

하부는 폐쇄되고 상부는 개방된 제 2 가이드 관;

상기 제 1 가이드 관 및 상기 제 2 가이드 관의 상부에 위치하여, 상기 제 1 가이드 관 및 상기 제 2 가이드 관과 연통되는 도르래 하우징;

상기 도르래 하우징의 내부에 위치되는 도르래;

상기 제 1 가이드 관의 내부에서 상기 제 1 가이드 관의 내부에 유입된 액체로부터 부력을 받는 제 1 추;

상기 제 2 가이드 관의 내부에 위치되며, 상기 제 1 추와 동일한 질량을 가지는 제 2 추;

일단이 상기 제 1 추에 연결되고, 상기 도르래를 통과하여 타단이 상기 제 2 추에 연결되는 와이어; 및

상기 제 1 추에 연결되는 밸런스 웨이트 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 수위 측정 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 추 및 상기 밸런스 웨이트 부재가 상기 액체에 의해 부력을 받아 상기 제 1 추 및 상기 밸런스 웨이트 부재의 무게가 상기 제 2 추의 무게보다 가벼워지는 경우에 상기 제 2 추가 하강하고,

상기 제 1 추 및 상기 밸런스 웨이트 부재로부터 상기 부력이 제거되는 경우에 상기 제 1 추 및 상기 밸런스 웨이트 부재의 무게가 상기 제 2 추의 무게보다 무거워져 상기 제 2 추가 상승하는 것을 특징으로 하는 수위 측정 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 수위 측정장치는

상기 제 2 가이드 관에 위치되어 상기 제 2 추의 상하 변위를 검출하는 검출수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수위 측정 장치.
제 3 항에 있어서,

상기 제 2 가이드 관의 일측에는 길이 방향으로 검출 개구가 형성되고,

상기 검출 수단은,

상기 검출 개구를 따라 상기 제 2 가이드 관의 외면에 형성된 센서 장착 레일; 및

상기 센서 장착 레일에 결합되어 상기 길이 방향으로 이동 가능하며, 소정 위치에서 고정되어 상기 제 2 추의 위치를 검출하는 검출 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 수위 측정 장치.
제 4 항에 있어서,

상기 검출 센서는 철편형 센서인 것을 특징으로 하는 수위 측정 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 가이드 관은 상기 탱크의 최고 수위 및 최저 수위에 대응되는 높이에 상기 탱크와 연통되는 개구가 형성된 것을 특징으로 하는 수위 측정 장치.