KR20110051745A - 미소 유량계 및 그 작동방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미소 유량계 및 그 작동방법에 관한 것으로서, 관로에 유동 저항체를 설치하여 발생되는 압력손실을 압축기를 통해 보상할 때 유량값과 선형관계를 이루는 압축기의 구동전류를 통해 유량값을 환산하여 관로에 흐르는 미소한 유량에 대해서도 정확하게 측정하여 신뢰성을 높일 수 있어, 다른 시스템이나 유체 기계의 성능이나 기능에 영향을 주지 않고 간단하게 설치할 수 있으며 여러 다른 형태의 저항체를 이용하는 경우에 매우 미소한 유량의 계측이 가능하다.

유량계, 유동, 저항체, 압력손실, 압력보상, 압력차, 압축기, 구동전류, 유량, 미소

Description

미소 유량계 및 그 작동방법{MINUTE FLOW RATE METER AND OPERATING METHOD THEREOF}

본 발명은 미소 유량계 및 그 작동방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 관로에 유로저항을 발생시키고 이를 보상하는 방법을 통해 관로를 흐르는 미소한 유량에 대해서 정확하게 측정할 수 있도록 한 미소 유량계 및 그 작동방법에 관한 것이다.

일반적으로 질량유량은 단위시간당 어떤 단면적을 통과하는 유체의 질량으로 정의 되며 이러한 질량유량의 정확한 계측은 열/유체 시스템에서 매우 중요하다.

유체의 체적 또는 밀도가 일정한 경우, 즉 비압축성 유체의 경우 편의상 질량유량 대신에 체적유량을 주로 사용하지만, 이 체적 유량은 유체의 온도나 압력에 의존하여 달라지지만 질량유량은 압력이나 온도에 영향을 받지 않는다. 따라서 정밀한 열/유체 시스템에서는 신뢰성 확보를 위하여 질량유량을 계측하는 것이 보편적이다.

위에서 설명한 기술은 본 발명이 속하는 기술분야의 배경기술을 의미하며, 종래기술을 의미하는 것은 아니다.

현재까지 수십 종의 유량계들이 개발되어 산업체 각 분야에서 다양하게 활용되고 있다. 이들은 주로 일반적인 유로에 어떤 물체나 계측기를 삽입하여 측정하는 방법과 유로에 어떤 장치도 설치하지 않고 간접적인 방법으로 유량을 계측하는 방법으로 나눌 수 있으며, 유로에 어떤 장치를 삽입하여 유량을 계측하는 방법은 삽입하는 장치가 고정되어 있는 고동식과 삽입하는 장치가 가동하는 가동식으로 다시 나눌 수 있다.

이때 고정식으로는 유로에 오리피스, 밴츄리, 노즐 등을 설정하여 유로 단면적 변화에 의하여 발생하는 압력변화를 측정하여 유량값을 얻게 된다.

또한, 이외에도 피토관을 설치하거나 와류발생기를 설치하여 와류의 이탈주기를 측정하여 유량을 얻는 와류유량계, 코리욜리 유량계, 엘보우 유량계, 웨지 유량계 등 매우 다양한 유량계가 있다.

그리고 가동식으로는 회전날개를 설치하는 터보유량계등이 개발되어 있다.

이와 같이 유로에 임의의 장치를 설치하는 경우 얻어지는 유량값은 레이놀즈수의 함수로 이루어져 레이놀즈수가 큰 경우에는 신뢰성있는 계측을 할 수 있으나, 유량이 매우 작은 경우에는 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다.

또한, 측정되는 유량값과 레이놀즈수는 비선형적인 관계에 있어 유량계의 특성을 공학적으로 활용하기에는 상당한 문제점이 있다.

한편, 유로에 임의의 장치를 설치하지 않고 간접적인 방법으로 유량을 계측하는 유량계로는 초음파 유량계, 도플러 유량계, 전자기 유량계, 열감음 유량계 등이 개발되어 있으나 이들 유량계는 유동의 압력손실을 발생시키지 않는 장점이 있으나, 일반적으로 장치가 고가이며 유체의 물성치에 유량값이 의존하게 되는 문제점이 있다. 또 유로를 통과하는 유량이 매우 작은 경우에는 측정되는 유량값의 신뢰성에 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 창작된 것으로서, 관로에 유로저항을 발생시키고 이를 보상하는 방법을 통해 관로를 흐르는 미소한 유량에 대해서도 정확하게 측정할 수 있도록 한 미소 유량계를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 미소 유량계는 유체가 흐르는 메인관로에 매개되는 저항체; 저항체의 후단에 설치되는 압축기; 저항체 전단과 압축기 후단의 압력차를 측정하는 차압계; 및 차압계로부터 입력된 압력차를 기반으로 압축기를 구동하고 압축기의 구동전류를 기반으로 유량을 산출하여 출력하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 저항체는 그물망 형태인 것, 다수의 구형 고형물이 충진된 형태 인 것, 가는 직경의 파이프가 유동방향과 나란하게 설치된 형태인 것, 다수개의 판을 유동방향에 대하여 수직하게 설치한 형태인 것 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 측면에 따른 미소 유량계의 작동방법은 유체가 흐르는 메인관로에 유로저항을 발생시키기 위한 저항체와 저항체에 의해 발생된 압력손실을 보상하기 위한 압축기가 구비된 미소 유량계에서 차압계를 통해 저항체 전단과 압축기 후단의 압력차를 측정하는 단계; 차압계에서 측정된 압력차가 보상되도록 압축기를 구동시키는 단계; 및 압축기를 구동시킨 구동전류를 기반으로 메인관로를 흐르는 유체의 유량을 산출하여 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같이 본 발명은 관로에 유동 저항체를 설치하여 발생되는 압력손실을 압축기를 통해 보상할 때 유량값과 선형관계를 이루는 압축기의 구동전류를 통해 유량값을 환산하여 관로에 흐르는 미소한 유량에 대해서도 정확하게 측정하여 신뢰성을 높일 수 있어, 다른 시스템이나 유체 기계의 성능이나 기능에 영향을 주지 않고 간단하게 설치할 수 있으며 여러 다른 형태의 저항체를 이용하는 경우에 매우 미소한 유량의 계측이 가능하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 미소 유량계의 일 실시예를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미소 유량계를 나타낸 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 미소 유량계에 적용하는 저항체를 나타낸 도면이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 미소 유량계에서 압축기의 구동전류와 질량유량과의 관계를 나타낸 그래프이다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 미소 유량계는 저항체(20), 압축기(40), 차압계(30) 및 제어부(50)를 포함한다.

저항체(20)는 유체가 흐르는 메인관로(10)에 매개되어 유동저항에 의해 압력손실이 발생되도록 한다.

도 2에 도시된 바와 같이 저항체(20)는 (a)와 같이 그물망이나 거친 수세미와 같은 형태로 구성되며 저항을 설치하려는 메인관로(10)의 직경과 유량의 크기에 따라 저항체의 직경(D)와 길이(L)를 설정할 수 있으며, (b)와 같이 다수의 구형 고형물이 메인관로(10)에 충진된 형태일 수 있다.

또한, (c)와 같이 직경이 매우 작은 다수개의 파이프를 유체의 유동방향과 나란하게 설치할 수도 있으며, (d)와 같이 중공이 형성된 다수개의 수직판을 유동 방향에 대하여 수직한 형태로 설치하며 유량의 크기에 따라 수직판의 크기(D)와 길이(L)를 변화시킬 수 있다.

압축기(40)는 저항체(20)의 후단에 설치되어 저항체(20)에 의해 발생된 압력손실을 보상한다.

차압계(30)는 저항체(20) 전단에서 메인관로(10)로부터 분기관(15)을 통해 측정된 압력과 압축기(40) 후단에서 메인관로(10)로부터 분기관(16)을 통해 측정된 압력의 압력차를 측정한다.

제어부(50)는 차압계(30)로부터 입력된 압력차를 기반으로 압축기(40)를 구동하여 저항체(20)에 의해 발생된 압력손실을 보상하여 압력차가 발생하지 않도록 하며, 이때 압축기(40)의 구동전류를 기반으로 유량을 산출하여 출력한다.

이와 같이 이루어진 미소 유량계의 작동을 도 4에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 미소 유량계의 작동방법을 설명하기 위한 흐름도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 메인관로(10)에 설치된 저항체에 의해 발생되는 압력차를 측정한다(S10).

유체가 흐르는 메인관로(10)에 유동 저항체(20)를 설치하는 경우 압력손실은 수학식1과 같이 발생한다.

이때 f는 마찰계수로 유동이 층류인가 난류인가에 따라 다른 값을 가지며, L은 저항체의 길이, D는 저항체의 직경, g는 중력가속도, V는 유체의 속도를 나타낸다.

따라서, 메인관로(10)의 저항체(20)와 압축기(40)의 전후단에서 분기관(16,16)을 통해 각각의 압력을 차압계(30)를 통해 측정하여 차압계(30)로부터 입력되는 압력차를 기반으로 저항체(20)로 인해 발생된 압력손실을 압축기(40)를 통해 보상하여 압력차가 "0"이 되도록 압축기(40)를 구동한다(S20).

이때 압축기(40)의 구동전류는 보상하려는 압력의 크기에 정비례하게 구성할 수 있으므로 압축기(40)의 구동전류를 바로 유량으로 환산하여 유체의 유량을 산출한다(S30).

즉, 도 3에 도시된 바와 같이 압축기(40)의 구동전류와 질량유량이 정비례하고 있어 압축기(40)를 통해 압력보상을 위해 구동되는 구동전류를 기반으로 질량유량을 산출함으로써 미소 유량을 측정할 수 있다.

이와 같이 미소 유량계는 다른 시스템이나 유체 기계의 성능이나 기능에 영향을 주지 않고 간단하게 설치할 수 있으며 여러 다른 형태의 저항체를 이용하는 경우에 매우 미소한 유량의 계측이 가능한 장점을 갖는다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미소 유량계를 나타낸 구성도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 미소 유량계에 적용하는 저항체를 나타낸 도면이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 미소 유량계에서 압축기의 구동전류와 질량유량과의 관계를 나타낸 그래프이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 미소 유량계의 작동방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 -

10 : 메인관로 15, 16 : 분기관

20 : 저항체 30 : 차압계

40 : 압축기 50 : 제어부

Claims (3)

1. 유체가 흐르는 메인관로에 매개되는 저항체;

   상기 저항체의 후단에 설치되는 압축기;

   상기 저항체 전단과 상기 압축기 후단의 압력차를 측정하는 차압계; 및

   상기 차압계로부터 입력된 상기 압력차를 기반으로 상기 압축기를 구동하고 상기 압축기의 구동전류를 기반으로 유량을 산출하여 출력하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 미소 유량계.
2. 제 1항에 있어서, 상기 저항체는 그물망 형태인 것, 다수의 구형 고형물이 충진된 형태인 것, 가는 직경의 파이프가 유동방향과 나란하게 설치된 형태인 것, 다수개의 판을 유동방향에 대하여 수직하게 설치한 형태인 것 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 미소 유량계.
3. 유체가 흐르는 메인관로에 유로저항을 발생시키기 위한 저항체와 상기 저항체에 의해 발생된 압력손실을 보상하기 위한 압축기가 구비된 미소 유량계에서 차압계를 통해 상기 저항체 전단과 상기 압축기 후단의 압력차를 측정하는 단계;

   상기 차압계에서 측정된 상기 압력차가 보상되도록 상기 압축기를 구동시키 는 단계; 및

   상기 압축기를 구동시킨 구동전류를 기반으로 상기 메인관로를 흐르는 상기 유체의 유량을 산출하여 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 미소 유량계의 작동방법.

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