KR20100061473A - 분립체 유량측정 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 분립체를 공기수송할 때, 그 유량의 변화를 정전용량의 변화로서 측정하는 분립체 유량 측정장치에 있어서, 수송기체온도의 변화에 의한 정전용량의 온도 드리프트도 가미하여, 고정밀도의 분립체 유량의 측정을 가능하게 하는 것이다.
분립체를 수송하는 보호관과, 측정 전극을 구비한 전극배치관과, 측정용 전극으로부터의 출력을 분체유량 표시기에 출력하는 변환기 회로(변환기)를 구비하고 있는 정전용량식의 분립체 유량측정 장치. 환경온도 센서와 수송기체온도 센서(31)를 구비하고, 수송기체온도 센서(31)를 보호관(20)의 전극배치관(10)과 겹치지 않는 부위에 직접 접합한다. 정전용량의 변환기로부터의, 유량/정전용량의 출력 검량선에 근거한 유량 0을 기준으로 한 정전용량의 출력을, 환경온도와 수송기체온도와의 각 온도 센서 출력의 차이에 의해 보정 연산하여 온도 보정을 행하는 온도 보정회로를 구비하고 있다.

Description

분립체 유량측정 장치{POWDER FLOW MEASURING DEVICE}

본 발명은 정전용량식(capacitance-type)의 분립체(粉粒體) 유량측정 장치에 관한 것이다. 더욱 자세하게는, 본 발명의 정전용량식의 분립체 유량측정 장치는, 공기 등(수송 기체)을 수송 수단으로 하는 각종 분립체 취급 장치에 있어서, 분립체의 유량(flow rate)을 연속적으로 또한 실시간으로 측정하고, 환경온도 및 수송기체온도에 근거한 계측값의 온도 보정기능도 구비하여, 고정밀도의 분립체의 유량측정이 가능한 것이다.

상기 분립체 유량측정 장치를 사용하는 분립체 취급 장치로서는, 1)설치된 수송관 내로 압축 공기 및/또는 흡인 공기를 이용하여 분립체를 수송하는 공기수송 장치나, 2) 분립체로 이루어지는 연마재를 압축 공기 또는 임펠러(impeller)에 충돌시켜 표면가공을 시행하는 블라스트(blast) 장치, 3) 분체(粉體)로 이루어지는 분체 도료를 스프레이건(ejector)에 의해 내뿜어 도장(塗裝)을 시행하는 분체 도장장치 등을 들 수 있다.

정전용량식의 분립체 유량측정 장치로서, 특허 문헌 1·2 등을 들 수 있다.

일반적으로, 정전용량식의 분립체 유량측정 장치에 있어서는, 수송에 사용하는 공기(대기)의 습도나 온도등의 측정시의 조건에 따라서 측정 대상물의 온도가 변화되게 되고, 이 온도변화에 기인하는 계측 오차를 시간 지연(delay)(타임 래그)없이 보정할 필요가 있었다.

이를 위해, 특허 문헌 1에서는, 「분체(粉體)의 유로에 설치되어, 분체의 유량을 정전용량의 변화로서 검출하는 측정용 전극과, 공기가 공급되며, 측정용 전극이 놓여있는 환경조건의 변화에 대응하는 보정에 이용되는 기준용 전극이, 병렬로 설치되어 구성되어 있다.」것을 특징으로 하는 분립체 유량측정 장치에 관한 발명이 기재되어 있다(청구항 1 참조).

다시 말해, 동일한 유량 센서를 두 개 병렬로 배치하고, 한쪽으로 분립체를 보내고, 또다른 한쪽은 공기를 보내어 이것을 기준전극으로 하여 두 개의 센서의 출력 차이로부터 분립체만의 출력을 얻어서 유량을 측정하는 것이다.

그러나, 이 방식에서는, 측정 전극과 기준전극으로 공급되는 압축 공기(수송 기체)의 성상(性狀)을 완전히 동일하게 필요가 있다.

예를 들면, 압축 공기에 의해 이송된 분립체의 유량을 측정하는 경우, 기준전극에도 동일조건의 압축 공기를 보내주지 않으면 안된다. 이 압축 공기는, 분립체 수송에 사용되지 않고 대기중에 쓸모없이 방산되며, 게다가 사용되는 압축 공기량은 2배 필요가 된다. 또 흡인(석션, suction)방식으로 측정 전극 내에 분립체와 공기를 흡인하는 경우에 있어서도, 기준전극에도 동일한 석션 에어를 발생시키기 위해서 동일 조건의 흡인 공기량이 필요가 되어, 마찬가지로, 흡인 공기량이 2배 필요하게 된다. 어느 경우에도, 소비 에너지의 증대로 이어진다.

특허 문헌 2에서는, 「분립체의 유로(流路)로 되는 원통관과, 그 외주에 대향하여 배치되는 만곡 형상의 한 쌍의 소스 전극과 센스 전극과, 이들 소스 전극과 센스 전극과의 사이에 설치되는 가드 전극으로 이루어지는 측정용 전극을 이용하여, 상기 원통관의 내면통로로 이송되는 분립체 유량을 정전용량의 변화로서 검출하는 분립체 유량측정 장치에 있어서, 상기 원통관의 외주면에 동심원(同心圓)상으로 배치되는 관상(管狀)의 전극유지체와, 상기 전극유지체의 내주면에 스파이럴 형상으로 장착되어 상기 소스 전극과 가드 전극을 각각 형성하는 내열성의 도전체로 이루어지는」 것을 특징으로 하며, 고온(500∼1200℃)의 분체에 대응할 수 있는 분립체 유량측정 장치에 관한 발명이 기재되어 있다(청구항 1 참조).

즉, 특허 문헌 2에는, 전극이 유지된 전극배치관에 고온(500∼1200℃)의 분립체의 유량을 측정하기 위한 분립체가 통과하는 관(보호관)을 넣은 구조로 하여 열 영향에 의해 전극의 박리를 방지하고 있다.

그러나, 고온의 분립체가 흐르기 때문에 관내는 온도상승이 일어나고, 정전용량에 경시(經時) 변화가 발생할 우려가 있어, 그것에 대응하는 보정의 방법은 어떠한 기재 또는 시사도 되어 있지 않다. 이 때문에, 시간의 경과와 함께 다른 계측값을 나타내는 문제점이 있다.

한편, 본 발명의 특허성에 영향을 주는 것은 아니지만, 정전용량식의 분립체 유량측정 장치에 관련되는 선행 기술문헌으로서, 본원 출원인들에 의해 제안된 특허 문헌 3·4 등이 있다.

[특허 문헌 1] : 특허 제3865737호 공보

[특허 문헌 2] : 일본 특허공개2001-21397호 공보

[특허 문헌 3] : 일본 특허공개2007-121272호 공보

[특허 문헌 4] : 일본 특허공개2006-329874호 공보

본 발명은, 상기한 종래의 문제점을 해결하여, 온도변화에 기인하는 계측 오차를 저감시키며, 유량이 적어도 안정적으로 또한 고정밀도로 측정가능한 정전용량식의 분립체 유량측정 장치 및 분립체 유량측정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명자들은, 상기 특허 문헌 3·4에 기재의 분립체 유량측정 장치를 베이스로 하여, 더욱 개량을 가하여, 본 발명을 도출하였다.

본 발명에 관한 정전용량식의 분립체 유량측정 장치는, 분립체가 수송 기체를 통하여 통과하는 측정관과, 상기 측정관의 외주에 배치되며, 상기 측정관 내의 정전용량의 변화를 검출하는 측정 전극과, 측정 전극으로부터의 출력을 분립체 유량 표시기에 출력하는 정전용량의 변환 회로(변환기)를 구비하고, 상기 측정 전극 및 상기 변환기는 케이싱(casing)에 의해 기밀상태를 유지하면서, 상기 측정관에 일체로 유지되어 있다.

그리고, 상기 분립체 유량측정 장치는, 환경온도(atmospheric temperature) 센서와 수송기체온도(carrier-gas-temperature) 센서를 구비하고, 상기 수송기체온도 센서는, 상기 측정관의 상기 측정 전극의 영향을 받지 않는 부위에, 또한, 가급적으로 상기 측정관의 내벽에 가까운 부위에 접합되며, 상기 환경온도 센서는, 상기 분립체 유량측정 장치의 주변온도를 계측할 수 있게 배치되고, 측정 전극의 출력을, 상기 환경온도 센서와 수송기체온도 센서의 출력의 차이에 근거하여 온도 보정가능한 온도 보정회로를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 분립체 유량측정 장치다.

즉, 본 발명에서는, 분류체(粉流體)의 유량을, 변환기에 있어서, 수송기체온도와 환경온도의 차이에 근거해 온도 보정을 하여 출력할 수 있다. 따라서, 1개의 측정 전극에 의해 분립체의 유량의 정확한 변화(true change)를 고정밀도로 측정 가능하게 한다.

상기 구성에 있어서, 측정관이, 상기 측정 전극쌍이 배치되는 전극배치관과, 상기 전극배치관의 안쪽에 상기 전극배치관에 대하여 기밀적으로 탈부착가능하게 배치되는 보호관으로 이루어지고, 상기 수송기체온도 센서를, 보호관의 외주면에 직접 접합하는 구성으로 하는 것이 바람직하다. 수송기체온도를 가급적 수송 기체 통과부위에 가까운 부분에서 측정이 가능하게 하기 위함이다.

상기 구성에 있어서, 보호관에 고정되는 결선(結線) 블록과, 전극배치관에 고정되며, 상기 변환기에 접속되는 리드선을 구비한 피(被)결선 블록을 더 구비하고, 상기 양 결선 블록은, 이들 각각에 형성된 한 쌍의 접속 핀·소켓부를 통하여 원 터치로 접속·차단 가능하게 하며, 상기 결선 블록에는 상기 수송기체온도 센서를 수납 유지하는 구성으로 하는 것이 바람직하다. 보호관의 교체 작업에 있어서, 특별한 전기적 접속·차단 작업이 불필요가 되어, 메인티넌스(maintenance) 상 유리하다.

본 발명에 있어서의 분립체 유량측정 방법은, 하기와 같은 구성이 된다.

측정관 내를 수송 기체와 함께 통과하는 분립체의 유량을, 상기 측정관의 외주에 배치한 측정 전극에 의해 정전용량의 변화로서 검출하여 분립체 유량을 측정하는 방법으로서, 측정 전극의 출력을, 상기 환경온도 센서와 수송기체온도 센서의 출력의 차이에 근거해 연산하여 온도 보정을 하는 것을 특징으로 한다.

정전용량식의 분립체 유량측정 장치에 있어서, 분립체의 유량을 정확하게 측정하기 위해서는 분립체의 수송 기체(일반적으로는 공기)의 온도변화를 검출하여 보정하는 것은 중요하다. 정전용량은, 측정 환경이나 측정 대상물의 온도에 의해 변화되기 때문이다.

본 발명에서는, 소형이며 응답 속도가 빠르고 또한 온도와 정전용량의 관계가 직선적인 수송기체온도 센서를 가장 온도에 민감한 보호관부(분립체 통과부)에 직접 접합시킴으로써 정확한 보정이 가능하게 된다.

다시 말해, 본 발명의 정전용량식의 분립체 유량측정 장치는, 간단한 구조로, 사용 환경의 분위기에 영향을 받지 않고, 저(低)유량이더라도 고정밀도로 분립체 유량의 측정이 가능하게 된다.

게다가, 수송 기체의 측정관 유입(流入)시의 온도저하에도 대응할 수 있어, 보다 고정밀도의 분립체 유량의 측정이 가능하게 된다.

도 1은, 본 발명의 분립체 유량측정 장치에 적용할 수 있는 측정 검출부의 일예를 나타내는 모델 단면도.
도 2(A), (B)는, 검출 전극/접지 전극의 폭(幅)비와 발생 전기력선 밀도의 관계를 나타내는 원리 설명도.
도 3은, 본 발명에 관한 분립체 유량측정 장치의 일실시형태에 있어서의 수송기체온도 센서 배치측에 조립전의 주요부 단면도.
도 4는, 도 3에 있어서의 4-4선을 따른 단면도.
도 5는, 마찬가지로 5-5선을 따른 프린트판 평면도.
도 6은, 본 발명에 관한 분립체 유량측정 장치의 일실시형태에 있어서의 수송기체온도 센서 배치부 근방의 부분 단면도.
도 7은, 본 발명의 분립체 유량측정 장치의 전체 입면(立面)도.
도 8은, 본 발명에서 사용하는 검량선(檢量線)모델도.
도 9는, 본 발명에 있어서의 온도 보정회로를 포함하는 변환기에서의 블록도이다.
도 10은, 본 발명의 유량측정에 있어서의 온도 보정회로부의 처리 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 11은, 본 발명의 분립체 유량측정 장치를 흡인식의 에어블라스트 장치에 포함한 경우의 일예를 나타내는 구성도.
도 12는, 본 발명의 분립체 유량측정 장치를 항온조 내에 넣고 10∼40℃까지 순차 온도를 상승시키고, 온도 센서로부터의 출력과, 전극내의 정전용량 변화를 측정한 결과를 나타내는 그래프도.
도 13은, 마찬가지로, 40∼10℃까지 순차 온도를 하강시키고, 온도 센서로부터의 출력과, 전극내의 정전용량 변화를 측정한 결과를 나타내는 그래프도.

이하, 본 발명을, 바람직한 일실시형태에 근거해서 상세하게 설명한다.

본 실시형태에 관한 분립체 유량측정 장치의 측정부 구조체(전극배치관(10)과 보호관(20)으로 이루어지는 구조체)의 일예를 도 1에 나타낸다.

전극배치관(10)은, 성형 절연층으로 되는 본체층(12)과, 상기 본체층(12)의 내주면부에 배치되는 플렉시블 기판(flexible base layer, 13)으로 구성되어, 이들이 일체적으로 형성되어 있다. 한편, 본체층(12)은, (원(圓))통 형상으로 한 플렉시블 기판(13)의 외면에, 유리직물(glass cloth)을 감아 덮어 외주로부터 에폭시 수지를 함침시킨 후 에폭시 수지를 경화시켜서 굳히고, 상기 유리 직물/에폭시 수지층의 외면을 단층의 가드 전극(18)에 의해 감싸도록 전체를 덮은 구성으로 되어 있다. 도 1에 나타내는 본체층(12)에서는, 가드 전극(18)의 외면에, 또 유리직물을 감아 덮어 외주로부터 에폭시 수지를 함침시킨 후 에폭시 수지를 경화시켜서 굳힌 3층 구성(내측으로부터)(12a, 18, 12b)으로 하고 있지만, 반드시 이러한 구성으로 한정되는 것이 아니다.

그리고, 플렉시블 기판(13)은, 절연 수지 필름(15)의 편면(片面)(절연 수지 필름(15)을 둘러싸고 통(筒) 형상으로 했을 때 외주면이 되는 면)에, 폭이 넓은 검출 전극(센스 전극)(14)과, 그보다 폭이 좁은 접지 전극(어스 전극)(16)이 일정한 갭(G)을 두고 줄무늬 형상으로 인쇄됨으로써 형성되어 있다.

상기 플렉시블 기판(13)은, 검출 전극(14)과 접지 전극(16)이, 서로 갭(간극)(G)을 가지고 나선형상으로 형성되도록 둘러감아, 통 형상체를 형성하게 되어 있다. 그리고, 전극배치관(10)의 축선에 수직인 단면에서 보았을 경우에, 검출 전극(14)과 접지 전극(16)이 서로 대면하도록 되어 있다.

여기에서, 상기 검출 전극(14)과 접지 전극(16)의 폭치수의 비(比)는, 검출 전극폭/접지 전극폭이 1/1로부터 3.5/1의 범위의 값을 취하도록 설정되어 있다.

한편, 도 2에, 검출 전극폭=접지 전극폭인 경우(A), 검출 전극폭>접지 전극폭인 경우(B)에 대한 전기력선도(electrical flux lines)를 각각 나타낸다. 즉, 검출 전극폭/접지 전극폭=1/1의 경우, 전기력선은 평행이 되고, 전극배치관의 관 중앙부측과 관 내벽부측의 전기력선 밀도(감도(感度))는 같게 된다. 다른 한편, 검출 전극폭과 접지 전극폭이 다른 경우, 전기력선 밀도는 평행이 되지 않으며, 전극배치관의 관 중앙부측보다 관 내벽부측의 전기력선 밀도(감도)가 높아져, 관 내벽부 근방의 감도가 상승한다.

이와 같이 하여, 관 내벽부측의 감도가 높아짐으로써, 전극배치관의 안쪽에 설치되는 후술하는 보호관 내를 통과하는 분립체의 유량이 미소량이더라도, 측정 정밀도를 저하시키지 않고 측정이 가능하게 된다. 그 이유는, 관내를 흐르는 분립체가 미소량인 경우, 그 분립체는 관의 내벽을 따라 나선을 그리면서 이동하기 때문(새로운 지견(知見))으로 추정된다.

그러나, 검출 전극폭/접지 전극폭의 폭비가 지나치게 커지면, 오히려 감도가 저하하는 것을 알 수 있다. 전기력선 밀도의 고밀도화 범위의 폭이 지나치게 좁아지고, 나선이동하는 분립체가 맥동(脈動)하고 있기 때문에 분립체에 조밀(粗密)한 층이 생김으로써, 유량변화를 양호한 정밀도로 검지하는 것이 곤란하게 된다.

그리고, 분립체가 미소량으로 관벽을 나선이동하는 것과 같은 경우를 상정하여, 검출 전극(14)의 폭과 접지 전극(16)의 폭을 다르게 하는 경우는, 분립체의 유량·종류에 따라 다르지만, 검출 전극폭/접지 전극폭의 폭비를, 1.2/1∼3.5/1, 더욱 바람직하게는, 1.5/1∼3.0/1으로 한다. 한편, 검출·접지 전극의 폭에 따르지만, 양 전극간의 갭(G)이 0.5∼5mm, 더욱 바람직하게는 1∼3mm이다. 이때의 전극의 폭치수는, 전극배치관의 내부직경이 10.5mm일 때, 예를 들면, 검출 전극:14∼15.5mm, 접지 전극:5.5∼7mm으로 하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 본체층(12)과 플렉시블 기판(13)으로 이루어지는 전극배치관(10)의 안쪽에는, 분립체를 통과시키는 보호관(20)이 설치된다. 이 보호관(20)은, 후술하는 바와 같이, 접속관(22)을 통함으로써, 탈부착가능하며 또한 기밀하게 유지가능하도록 관로 중에 삽입된다.

여기에서, 보호관(20)의 재료로서, 종래의 전극관과 같이, 석영 유리를 사용하도록 해도 좋지만, 통상, 내마모성이 양호하며, 보호관(20)의 두께를 얇게 해도 파손할 염려가 적은 절연체인 산화물계 세라믹을 사용하도록 해도 좋다. 산화물계 세라믹으로서는, 알루미나, 지르코니아 등을 들 수 있다.

또한, 보호관(20)은, 통상, 내마모성을 가지는 재료를 사용하고, 교환이 가능하게 한 것으로, 그 두께는 측정 정밀도를 올리기 위해서, 가급적으로 두께를 얇게 하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 산화물 세라믹제의 보호관(20)의 경우, 0.7mm이하, 0.3∼0.6mm, 더욱 바람직하게는 0.5∼0.4mm의 두께로 한다. 그 이상으로 두께를 얇게 하면, 내용(耐用)기간이 짧아지며, 혹은 두께를 지나치게 두껍게 하면, 측정 정밀도가 저하한다.

한편, 측정부 구조체의 구조는, 상기와 같은 검출 전극과 접지 전극을 구비한 전극배치관(10)과 분립체를 수송하는(통과하는) 보호관(20)으로 구성하는 것에 한정되지 않는다. 다시 말해, 보호관을 사용하지 않고, 석영관에 검출 전극과 접지 전극을 인쇄한 전극배치관을 설치하고, 이 전극배치관의 안쪽에 직접, 피측정 물건(분립체)을 통과시키는 구성이 것이어도 좋다. 또한, 검출 전극과 접지 전극을 구비한 전극배치관의 구조도, 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 즉, 검출 전극과 접지 전극을, 전극배치관의 내주면부에 배치한 것, 전극구조를 평행 평판형상으로 배치한 것 등 임의로 한다.

다음으로, 본 실시형태의 특징적 부분을, 도 3∼7에 근거해서 설명한다. 한편, 도 3·6·7은, 분립체 유량측정 장치 조립의 입면도를 나타낸 것이다.

수송기체온도 센서(31)는, 보호관(20)의 계량유체 입구측의 외면이며, 전극배치관(10)과 겹치지 않는 부위, 즉, 검출 전극과 접지 전극(14, 16)의 영향을 받지 않는 부위에 배치되어 있다. 수송기체온도 센서(31)의 부착 양태는, 특히 한정되지 않지만, 띠 형상(belt-like)의 열전도성 필름(42)으로 수송기체온도 센서(31)를 보호관(20)에 눌러붙이는 동시에, 열전도성 필름(42)을 보호관(20)의 주변에 감아붙이고, 그 위로부터 열수축 튜브(44)을 씌워서 고착한다. 여기서는, 수송기체온도 센서(31)는, 보호관(20)의 입구측에 배치하는 것으로 설명했지만, 보호관(20)의 출구측에 배치하도록 해도 좋다.

본 실시형태에 있어서의 보호관(20)의 외주에 배치되는 수송기체온도 센서(31)로서는, 써미스터형(thermistor-type) 온도 센서를 사용하는 것이 바람직하다. 써미스터형 온도 센서는, 다른 온도 센서(다이오드형이나 IC 형태 등)에 비하여, 응답 속도가 빠르고 보호관(20)의 온도변화에 잘 추종하기 때문이다.

상기 열전도성 필름(42)으로서는, 열전도성이 좋은 필름이면 되며, 특히 한정되는 것이 아니다. 예를 들면, 방열성(heat-dissipating) 실리콘 필름 등을 사용해도 좋다. 또한, 열수축 튜브(44)는, 열전도성 필름(42)과 수송기체온도 센서(31)를 유지하기 위해서, 충분한 열수축성을 가지는 것이면 특히 한정되지 않는다. 예를 들면, PE 튜브나 PVC 튜브를 사용해도 좋다.

수송기체온도 센서(31)가 고착된 보호관(20)을, 전극배치관(10)의 내부직경 측에 삽입할 때, 원 터치로 탈부착 가능한 구조로 되어 있다. 수송기체온도 센서(31)는 전극배치관(10)측에 배치된 변환기(30)(도 6 참조)의 보정회로의 단자와 전기적으로 접속·차단이 가능한 구조로 되어 있다.

다음으로, 결선 블록(connecting block, 37) 및 피결선 블록(connected block, 39)의 구조, 기능에 대해서 설명한다. 도 5 에 나타낸 바와 같이, 결선 블록(37) 및 피결선 블록(39)의 상면에는, 상부 프린트배선판(33) 및 하부 프린트배선판(35)이 각각 매립되어 있다. 결선 블록(37) 및 피결선 블록(39)에는, 상부 프린트배선판(33) 위의 배선(34)의 출력 단자(34b) 위치와, 하부 프린트배선판(35) 위의 배선(36)의 입력 단자(36a) 위치가 대응하여 배치되도록, 상부 위치결정 구멍(37a)과 하부 위치결정 구멍(39a)이 각각 형성되어 있다. 상부 위치결정 구멍(37a)과 하부 위치결정 구멍(39a)에는, 결선·피결선 블록(37, 39)을 관통해서 통과하는 접속 핀(40)을 삽입할 수 있게 되어 있다. (도 3에 나타내는 예에서는, 상기 접속 핀(40)은, 결선 블록(37) 측에서 피결선 블록(39)측으로 삽입되어 있다) 즉, 접속 핀의 소켓 부분에 상당하는 부위가 피결선 블록(39)측의 상기 하부 위치결정 구멍(39a)에 해당한다. 한편, 결선·피결선 블록(37, 39)은, 각각 보호관(20) 및 전극배치관(10)과 접착제 등으로 고정되어, 보호관(20) 및 전극배치관(10)의 위치결정 블록으로서의 작용도 겸하고, 또한 피결선 블록(39)의 외주에는, O 링(46)이 장착가능하게 되어 있다. 또, 결선·피결선 블록(37, 39)은, 절연 재료로 구성되며, 통상, 수지재료를 사용하여 제작되어 있다.

그리고, 본 실시형태에서는, 결선 블록(37)의 내부에 센서 수납 공간(37b)이 형성되어 있다. 수송기체온도 센서(31)를 수납한 후, 상부 프린트배선판(33)으로 센서 수납 공간(37b)을 닫고, 수송기체온도 센서(31)의 제 1 리드선(48)이 상부 프린트배선판(33) 위에 설치된 배선(34)의 입력 단자(34a)에 접속되도록 되어 있다. 또한, 상부 프린트배선판 위에 설치된 배선(36)의 출력 단자(36b)는, 제 2 리드선(50)을 통하여 변환기(30)(도 6 참조)의 후술하는 보정회로의 입력 단자와 접속되도록 되어 있다. 한편, 상·하부 프린트배선판(33, 35)은, 명시되어 있지는 않지만, 스루홀(through holes)의 양면 프린트타입으로 되어 있다. 납땜 접속의 신뢰성 및 핀 접속의 신뢰성의 견지에 근거하는 것이다. 또한, 결선 블록(37)은 보호관(20)에, 피결선 블록(39)은 전극배치관(10)에 각각 접착제로 고정한다.

한편, 도시하지 않지만, 전극배치관(10)의 하단(타단)측에는 피결선 블록(39)과 유사 구조의 전극배치관 위치결정 블록이, 전극배치관 유지 외부통(outer cylindrical structure)(23A)에 O 링을 통하여 기밀적으로 부착되어 있다(도 7 참조).

또한, 도 6에 나타낸 바와 같이, 보호관(20)에 배치된 결선 블록(37)의 위쪽에는, 보호관 고정 블록(27)이 설치되어 있다. 그리고, 보호관(20)의 하단(타단)측에도, 후술하는 바와 같이 수지제의 보호관 고정 블록(27)과 유사 구조의 위치결정 블록이 내주에 O 링을 통하여 끼움부착 가능하게 설치되어 있다.

다음으로, 본 실시형태에 있어서의, 상기 측정부 구조체(전극배치관(10)과 보호관(20))의, 케이싱(24)에 대한 장착 양태를 설명한다. 또한, 도 7은, 분립체 유량측정 장치의 전체 조립도를 나타낸 것이다. 케이싱(24)에는, 도시하지 않지만, 각 전극간의 전압 등을 정전용량으로 변환하는 정전용량 변환부, 온도 보정회로부 등의 각 회로 기판이 포함되어 있다.

케이싱(24)에는, 양단에 전극배치관 유지 외부통(23, 23A)이, 대략 기밀적으로 비스(vis)(21, 21)에 의해 부착되어 있다.

그리고, 도 3·6 에 나타낸 바와 같이, 전극배치관(10)의 일단에는 피결선 블록(39)이 배치되며, 전극배치관(10)의 타단에는 전극배치관 위치결정 블록이 배치되어 있다. 피결선 블록(39) 및 전극배치관 위치결정 블록의 외주에는 O 링(46)이 장착되어 있어, 전극배치관 유지 외부통(23, 23a)과의 사이에 기밀구조를 형성하도록 되어 있다.

게다가, 전술한 바와 같이, 보호관(20)의 일단에는 보호관 고정 블록(27)이 배치되며, 보호관(20)의 타단에는 위치결정 블록이 끼움부착되어 있다. 그리고, 이 보호관 고정 블록(27)과 위치결정 블록은, 중간 유니온너트(union nut, 26) 및 선단 유니온너트(28, 28a)를 통하여, 전극배치관 유지 외부통(23a)에 나사 결합되고 있어, 그 결과 전극배치관(10) 및 보호관(20)이 케이싱(24) 안에 기밀적으로 장착되도록 되어 있다.

측정부 구조체(전극배치관(10)과 보호관(20))를, 케이싱(24)에 장착하기 위한 상술한 구조에 있어서는, 원 터치로 보호관(20)을 탈부착가능하도록 하기 위해서, 중간 유니온너트(26)를 설치함으로써, 결선 블록(37)을, 피결선 블록(39)과 보호관 고정 블록(27)의 사이에 장착할 수 있는 구조로 하고 있다.

상기 전극배치관 유지 외부통(23)은, 케이싱 본체(25)와 비스(21) 결합 등에 의해 기밀적으로 조립되어 있다. 케이싱 본체(25) 안에는, 검출 전극(14), 접지 전극(16) 등의 출력 단자나, 수송기체온도 센서(31) 등의 리드선과 접속되는 변환기(30)(변환기(30)의 회로 구성에 대해서는 도 9 참조)를 설치가능한 스페이스를 구비하고 있다. 이러한 구성으로 함으로써, 각 전극과 변환기(30)를 접속하기 위한 리드선이 실질적으로 불필요하게 되며, 신호가 외부 노이즈의 영향을 받기 어려워진다. 또한, 상기 변환기(30)에는, 환경온도 센서가 설치되어 있다(도 9 참조). 한편, 환경온도 센서는, 변환기(30)안에 설치하는 것이 상기와 같은 이유에서 바람직하지만, 변환기 외부에 설치해도 좋다.

전극배치관(10)에 고착된 피결선 블록(39)의 외주에는 O 링(46)이 끼움부착되어 있고, 이 O링(46)은 전극배치관 유지 외부통(23) 선단의 걸림결합 내부 플랜지부(23a)에서 걸림결합되어, 기밀상태가 유지되는 동시에, 전극배치관(10)이 위치결정되어, 유지된다. 한편, 전극배치관 유지 외부통(23, 23A)은, 케이싱(24)에 비스(21, 21)로 고정되도록 되어 있다. 그리고, 전극배치관(10)의 유지 블록의 기능을 하는 피결선 블록(39)에 접속 핀(41)을 통하여 결선 블록(37)이 위치결정되어, 세트되도록 하는 동시에, 상하의 결선·피결선 블록(37, 39) 사이의 도통(導通)을 도모하고 있다. 그리고, 중간 유니온너트(26)를 전극배치관 유지 외부통(23)에 대하여 나사고정한 후, 내주에 O 링(47)을 장착한 보호관 고정 블록(27)을 중간 유니온너트(26)의 안쪽에 삽입하고, 선단 유니온너트(28)를 중간 유니온너트(26)에 대하여 나사고정한다. 여기서, 보호관 고정 블록(27)은 접속관(22)의 고정과 접속관(22)과 보호관(20) 사이의 실링(sealing) 기능도 한다.

다른 한편, 보호관(20)은, 전극배치관(10) 내로 삽입되어 이중구조의 측정부 구조체를 형성하고 있다. 보호관(20)과 전극배치관(10) 사이의 갭은 0.6mm 이하가 되도록 설정되어 있다. 이 갭의 컨트롤은, 전극배치관 유지 외부통(23) 선단의 걸림결합 내부플랜지부(23a)에 있어서 전극배치관(10)에 접착 고정된 피결선 블록(39)의 위치결정을 행함으로써 실현된다.

이때, O 링(47)은, 접속관(22)의 단붙이 근접단부(元部)(22a)와, 보호관 고정 블록(27)의 안쪽에 형성된 절결단부(切缺段部, 27a)와의 사이에서 밀착 유지된다.

한편, 접속관(22)의 선단 내측부에는, 보호관(20)과 동일 내부직경을 가지는 산화물계 세라믹스 파이프(22b)를 내면에 접착함으로써 라이너(liner)를 구성하고 있다. 이 라이너에 의해 분립체가 통과할 때의 접속관(22)의 내마모성을 확보할 수 있다.

분립체가 보호관(20)을 통과했을 때의, 정전용량 변화는 케이싱(24) 안에 수납된 변환기(30)에 의해 전압 또는 전류(통상, 전압)으로 변환되며, 그 출력은 케이블을 통해서 스케일링(scaling) 기능을 구비한 표시기에 입력되어, 유량에 대응하는 물리량으로 변환하여 표시되도록 되어 있다.

본 실시형태에 있어서는, 환경온도 센서가, 변환기(30)내의 회로기판의 보정회로에 실장되어 있다. 상기 환경온도 센서를 변환기 내에 설치한 것은 측정 환경의 온도변화는 비교적 천천히 되고 있어, 변환기(30) 안에서도 충분히 환경온도변화에 추종할 수 있기 때문이다.

다음으로, 본 실시형태에 있어서의 정전용량의 측정 방법을 설명한다. 도 8은, 본 실시형태에서 사용하는 검량선도이다. 도 9는 본 실시형태에서 사용하는 보정회로의 일예를 나타낸 것이고, 도 10은, 본 발명의 유량측정에 있어서의 온도 보정의 처리 방법의 흐름도를 나타낸 것이다.

1) 검량선도의 작성(Making a Graph Showing a Curve that Determines the Relationship between a Capacitance and a Flow Rate):

본 발명의 분립체 유량측정 장치의 사용가능한 환경온도는, 5∼45℃이다. 상기 환경온도에 있어서, 검출 전극의 출력을 0 조정(교정(較正): 오토제로 (automatically adjusting to zero))후, 유량 0인 때의 검출 전극 출력을 측정한다(이때 출력은 거의 0이 된다.: 표 3·4 참조). 그리고, 순차, 측정 대상으로 하는 분립체와 동일한 분립체의 유량을 순차 증대시키며, 각 유량에 대응하여 전압으로서 출력되는 정전용량을 플롯(plot)하여 검량선도를 작성해 둔다. 이 검량선도는, 분립체 유량측정 장치를 사용하는 환경온도가, 5∼45℃의 범위 내이면, 검량선도에 있어서, 분립체의 유량 0(제로)에 있어서의 검량선의 값을 제로로 설정함으로써, 실질적으로 같은 모양의 커브를 그리게 된다. 단, 이 검량선도는, 측정 대상이 되는 분립체마다 작성할 필요가 있다. 측정 대상이 다르면 검량선도는 달라지게 되기 때문이다.

2) 온도 보정계수의 결정 :

분립체의 유량의 실측값은, 상기 검량선도에 근거하여 환산 표시되지만, 변환기의 출력은, 분립체가 통과할 때의 수송 기체의 온도변화에 근거하는 드리프트(drift) 분(分)을 포함하고 있다. 따라서, 이 드리프트 분을 보정하기 위해서 온도 보정계수를 구해 놓을 필요가 있다.

수송 기체의 온도변화에 대하여, 어느 정도 정전용량이 변화할 것인가 하는 것을 명확히 하기 위해서, 본 실시형태에 관한 분립체 유량측정 장치를 항온조(恒溫槽)에 넣고, 항온조의 온도를 소정 시간간격으로 승온(昇溫)(혹은 강온(降溫)시키며, 보호관이 있는 경우와, 보호관이 없는 경우의 각 경우에 대해서 정전용량을 계측한다.

그리고, 보호관이 있는 경우의 온도 드리프트계수(수송기체온도(이 경우에는, 전극배치관의 내부직경측 기체온도) 1℃ 변화했을 경우의 검출 전극의 출력 전압의 변화량, 또는 변환한 정전용량값의 변화량을 지칭함)로부터, 보호관이 없는 경우의 온도 드리프트 계수를 차감하여 간접적으로, 온도 보정계수를 구해 둔다.

예를 들면, 후술하는 시험예 1·2에서 측정한 결과를 이용했을 경우, 하기와 같이 된다.

시험예 1·2의 보호관이 있는 경우의 드리프트 계수(승온시켰을 경우와 강온시켰을 경우의 평균값을 취한 것)은,“0.14905V/℃”이었다. 이때의 변환기의 감도를, 1pF 풀스케일(full scale)(10V), 게인(gain) 11배로 하면, 보호관이 있는 경우의 드리프트계수를 정전용량값으로 표시한 것은, 0.00135pF/℃가 된다.

다른 한편, 마찬가지로, 보호관이 없는 경우에 대해서 측정했을 경우의 드리프트계수(승온시켰을 경우와, 강온시켰을 경우의 평균치를 취한 것)은 “0.1172V/℃”이었다. 이때의 변환기의 감도를, 0.1pF 풀스케일(10V), 게인 4배로 하면, 보 호관없는 경우의 온도 드리프트계수를 정전용량값으로 표시한 것은, 0.000293pF/℃가 된다.

따라서, 보호관의 온도 드리프트 계수의 정전용량값은,

0.00135pF/℃-0.000293pF/℃=0.001057pF/℃가 되고,

그리고, 전압값에서는, 변환기의 정전용량값 감도를 0.1pF/10V로 하면, 보호관의 온도 드리프트 계수는, 0.1057V/℃가 된다.

그리고, 변환기의 보정 회로에 있어서, 만일 0.1pF 풀스케일(10V), 게인 3배로 하면, 온도 보정계수(α)는, α=3×0.1057=3.171배가 된다.

3) 온도 보정연산

온도 보정연산은, 도 9에 나타내는 보정회로를 구비한 변환기에 있어서, 도 10에 나타내는 것과 같은 방법에 근거하여 행하여, 변환기로부터 출력한다.

변환기에 있어서는, 수송기체온도 센서(T1)의 출력(V_T1)과 환경온도 센서(T2)의 출력(V_T2)에 근거하여, 차동증폭기(differential amplifier)(AMP1)는 이들의 출력 차이(V_T1-V_T2)를 구하도록 되어 있다. 또한, 차동증폭기(AMP2)는, 측정용 전극의 출력을 정전용량 변환부에 있어서 변환된 전압(V_T0)과, 차동증폭기(AMP1)의 출력(V_T1-V_T2)과, 온도 보정계수(α)에 근거하여, V_T0 ± α (V_T1-V_T2)의 연산식을 사용해서 온도 보정을 행한 계측값을 변환기의 출력으로서 표시기에 출력하도록 되어 있다.

비교부는, 변환기 출력이 ±50mV의 범위 내에 있는지 여부를 비교하여, LED표시 가능하게 하고 있다. 그리고, 변환기 출력이 해당 범위내에 있을 때는, LED 표시: 청(靑), 범위 외에 있을 때 LED 표시: 적(赤)이 되도록 되어 있다. 그리고, 변환기 출력이 상기 범위 외에 있을 때는, 계절변동 등의 환경온도의 변화에 따라서, 유량 0이며 변환기 출력이 0 근방으로 되지 않는 것을 나타내고, 오토제로가 필요한 것을 표시한다. 그리고, 오토제로 스위치(AUTO-ZERO SW)로 측정 전극 출력을 0으로 조정(교정)한다. 그리고, 오토제로 작동 중은, 적(赤)의 플리커(flicker) 표시가 된다. 전기적으로는 오토제로가 종료하고 있어도, 표시기의 표시는, 변환기로부터의 출력을 이동 평균하고 있기 때문에, 제로표시를 할 때까지의 지연이 발생한다. 타이머는, 이 지연에 대응하는 시간만큼, 플리커 표시하기 위한 것이다.

한편, 상기 분립체 유량측정 장치의 적용 장치는, 분체 장치이면 특히 한정되지 않지만, 예를 들면, 도 11에 나타내는 바와 같은 석션(흡인)식(suction-type)의 에어블라스트 장치에, 장착하여 사용한다.

본 석션식의 에어블라스트 장치는, 분립체 탱크(51) 안에 저장된 분립체(블라스트 재료)를 스크류 피더(screw feeder, 52)에 의해 정량적으로 잘라내어 내압 호스(pressure-proof hose, 54)(외부직경: 30mmφ, 두께: 5.5mm)를 통하여 이젝터(ejector, 56)로 분립체를 흡인 공급하는 것이다. 그리고, 분립체 유량측정 장치(58)를, 스크류 피더(52)의 분립체 토출구(절출구(切出口))과 내압 호스(54)의 근접단부와의 사이에 조립한다.

그리고, 부압(負壓) 약 -3000mmAq(-29kPa), 유속 약 25m/s로 분립체를 흡인하여 상기 분립체 유량측정 장치(58) 내부를 통과시키고, 그때의 정전용량을, 동축 케이블(60)을 통하여 변환표시장치(62)에 의해 전압으로 변환하여 출력으로서 얻었다. 또한, 분류체(粉流體)의 유량(절출량)을 변화시켜 전압변화를 측정하고, 그때의 유량과 출력 전압의 관계를 구하여, 유량을 계측한다.

실시예

이하, 본 발명의 효과를 확인하기 위해 행한 실시예(시험예)에 대해서 설명한다.

상기 실시형태에 있어서, 표 1에 나타내는 사양으로 하는 동시에, 검출 전극(14)의 폭과 접지 전극(16)의 폭이 3:1이며 나선배치의 코어리스형(core-less type)의 전극배치관(10)으로 되어 있는 전극구조(도 1 참조)인 것을 사용했다. 이와 같이 하여 온도 보정이 가능한 정전용량식 분립체 유량측정 장치를 조립하였다.

한편, 보정회로는, 도 9에 나타내는 것으로, 도 10에 나타내는 흐름도에 근거하여 처리되는 온도 보정회로를 구비한 것을 사용했다.

<시험예 1>

다음으로, 변환기의 출력 감도를 1pF 풀스케일(10V)과 게인 11배로 설정하고, 10℃의 온도로 유지한 항온기에 이 유량계를 넣고, 그때의 온도 센서로부터의 출력과, 전극 내의 정전용량 변화를 측정했다. 또한 온도를 40℃까지 순차 상승시켜 각 온도에 대한 정전용량을 측정했다. 그 결과를 도 12에 나타낸다. 이 결과로부터 온도와 정전용량은 반비례의 직선 관계를 얻었다.

<시험예 2>

시험예 1에서 사용한 정전용량식 분립체 유량측정 장치를 시험예 1에서 사용한 항온기에 넣고 온도를 40℃로부터 10℃까지 저하시키면서 각 온도에 대한 정전용량을 측정했다. 그 결과를 도 13에 나타낸다. 그 결과는 시험예 1과 마찬가지로 온도와 정전용량의 반비례의 직선관계를 얻었다. 한편, 도 12·13에 있어서, R2는 분산을 나타낸다.

<시험예 3>

시험예 1과 같은 정전용량식 분립체 유량측정 장치를 이용해서 출력 감도를 1pF 풀스케일(10V)의 게인 40배로 설정하고, 부압 약 -2500mmAq, 유속 약 24m/sec, 실온 21℃의 석션 에어(수송 기체)를 보호관(20) 내로 1분간 유입(유량 90Lmin-1)시키고, 그때의 변환기 출력을 측정했다. 그 결과를 표 2에 나타낸다. 이 결과로부터 온도 보정이 행해져 변환기로부터의 출력에 아무런 변화가 일어나지 않았다.

<시험예 4>

시험예 3과 같은 설정을 한 시험예 1에서 사용한 정전용량식 분립체 유량측정 장치에서, 시험예 3과 같은 상태로 그린 카보런덤(Green Carborundum)GC#600을 38g/분, 76g/분, 151g/분, 230g/분, 303g/분의 유량으로 각 1분 단속적으로 잘라내고, 실온 21℃의 공기와 함께 상기 유량계 내로 유입시켜 그 출력을 측정했다. 분체의 유입을 정지하고 있을 때도 공기는 유입시켰다. 그 결과를 표 3에 나타낸다. 이 결과로부터 온도 센서의 보정이 행해져 공기만 유입되어 있을 때의 출력은 정지 상태(static condition)와 완전히 동일하였다.

<비교 시험예 5>

상기 시험예 1∼4에 사용한 정전용량식 분립체 유량측정 장치와 비교하기 위해서 온도 센서의 출력을 중단시킨 상기 유량계에 의해 시험예 3과 같은 시험 방법으로 실시하여 그 결과를 표 4에 나타낸다. 이 결과로부터 정지 상태에서 공기만 유입시키면 플러스 출력이 되고 공기의 유입을 정지하면 출력은 마이너스 출력이 되었다. 이것은 공기유입에 의해 보호관(20) 내 온도가 약간 저하하기 때문이며, 시험예 1에서 얻은 결과와 잘 일치하였다.

Claims (5)

1. 분립체가 수송 기체를 통하여 통과하는 측정관과, 상기 측정관의 외주에 배치되며, 상기 측정관 내의 정전용량 변화를 검출하는 측정 전극과, 측정용 전극으로부터의 출력을 분체 유량표시기에 출력하는 변환기를 구비하고, 상기 측정관에 대하여 상기 측정 전극 및 상기 변환기가 케이싱에 의해 기밀적으로 일체로 유지된 정전용량식의 분립체 유량측정 장치로서,
   환경온도 센서와 수송기체온도 센서를 구비하고, 상기 수송기체온도 센서는, 상기 측정관의 상기 측정 전극의 영향을 받지 않는 부위에, 또한, 가급적으로 상기 측정관의 내벽에 가까운 부위에 접합되며,
   상기 환경온도 센서는, 상기 분립체 유량측정 장치의 주변온도를 계측할 수 있도록 배치되고,
   측정 전극의 출력을, 상기 환경온도 센서와 수송기체온도 센서의 출력의 차이에 근거해 온도 보정을 행하는 온도 보정회로를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 분립체 유량측정 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 환경온도 센서가 상기 케이싱 내에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 분립체 유량측정 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 측정관이, 상기 측정 전극이 배합되는 전극배치관과, 상기 전극배치관의 안쪽에 배치되며, 상기 전극배치관에 대하여 기밀적으로 탈부착가능하게 배치되는 보호관으로 이루어지고, 상기 수송기체온도 센서가, 상기 보호관의 외주면에 직접 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 분립체 유량측정 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 보호관에 고정되는 결선 블록과, 상기 전극배치관에 고정되며, 상기 변환기에 접속되는 리드선을 구비한 피결선 블록을 더 구비하고, 상기 양 결선 블록은, 일방마다 형성된 한 쌍의 접속 핀·소켓부를 통하여 원 터치로 접속·차단이 가능하게 되며, 상기 결선 블록에는 상기 수송기체온도 센서가 수납 유지되어 있는 것을 특징으로 하는 분립체 유량측정 장치.
5. 측정관 내를 수송 기체와 함께 통과하는 분립체의 유량을, 상기 측정관의 외주에 배치되어 측정 전극에 의해 정전용량의 변환기를 통하여 정전용량의 변화로서 검출하여 분립체 유량을 측정하는 방법으로서,
   측정 전극의 출력을, 상기 환경온도 센서와 수송기체온도 센서의 출력의 차이에 근거해 연산하여 온도 보정을 행하는 것을 특징으로 하는 정전용량식의 분립체 유량측정 방법.

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