KR20110103088A - 프로브 이탈 감지 기능을 구비한 매연측정기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 승용차, 트럭 또는 오토바이의 배기관에서 배출되는 배기가스의 오염도를 측정하는 매연측정기에 관한 것으로서 특히, 배기관에 삽입된 프로브의 이탈을 즉시 감지하여 측정 신뢰도를 향상시킬 수 있는 프로브 이탈 감지 기능을 구비한 매연측정기에 관한 것이다.
본 발명에 의한 매연측정기는 중앙에 유입관이 형성된 관 형태의 유동관과; 상기 유동관의 일측에 형성되고, 내부에 발광구가 설치되며 에어블로우 홀 및 배출구가 형성된 발광파트와; 상기 유동관의 타측에 형성되고, 내부에 렌즈와 센서가 장착되며, 에어블로우 홀및 배출구가 형성된 수광파트와; 상기 유동관 또는 유입관에 설치되어 유동하는 배기가스의 압력을 측정하는 압력센서와; 배기가스의 오염도와 배압을 측정 분석하고 출력하는 분석기;를 포함하여 구성된다.

Description

프로브 이탈 감지 기능을 구비한 매연측정기 {smoke test having perceivealbe that sampling probe was removed from exhaust pipe}

본 발명은 승용차, 트럭 또는 오토바이의 배기관에서 배출되는 배기가스의 오염도를 측정하는 매연측정기에 관한 것으로서 특히, 배기관에 삽입된 프로브의 이탈을 즉시 감지하여 측정 신뢰도를 향상시킬 수 있는 프로브 이탈 감지 기능을 구비한 매연측정기에 관한 것이다.

산업사회가 고도로 발달함에 따라 교통수단이 눈부시게 발달하고 있고, 그에 따라 여러 가지 운송수단이 사용되고 있다. 대표적인 운송수단으로서 승용차, 버스, 트럭, 기차 및 배 등이 사용되고 있고 이러한 운송수단은 대부분 내연기관의 작동에 의해 운행되고 있다.

내연기관은 밀폐된 실린더 속에 연료와 공기의 혼합기를 가두고, 압축 점화하여 연료 속의 탄소를 급속히 연소시켜 발생하는 폭발력으로 동력을 발생시키는 것으로서 이 과정에서 여러 가지 오염물질을 다량 배출하고 있고, 이러한 오염물질이 현대의 가장 큰 환경오염의 원인이 되고 있는 실정이다.

따라서, 여러 국가에서는 내연기관에서 배출되는 오염물질의 양을 규제하고 있고, 이를 위해 내연기관에서 배출되는 배기가스의 오염물질을 측정하는 매연측정장치가 사용되고 있다.

상기와 같이 내연기관에서 배출되는 배기가스를 측정하는 방법은 도 1과 같이 자동차의 배기관(4)에 배기관을 샘플링하는 프로브(5)를 삽입하여 배기관(4)으로부터 배출되는 배기가스를 호스(3)를 통해 샘플링유니트(2)에 포집하고, 샘플링유니트(2)에서 매연가스의 오염도를 측정하여 전기신호를 분석기(1)에 송신하면 매연가스의 오염도를 측정하는 것이다.

그러나, 상기와 같이 프로브(5)를 배기관(4)에 삽입하여 배출되는 배기가스를 측정하는 과정 중에서 보행자의 발에 호스(3)가 걸려 프로브(5)가 배기관(4)에서 빠지거나, 내연기관의 진동에 의해 프로브(5)가 배기관(4)에서 빠지는 경우가 자주 발생하는데 프로브(5)가 배기관(4)에서 빠진 것을 측정자가 즉각 인식하지 못하고, 측정 종료 후에야 알 수 있는 문제점이 있었다.

이러한 문제점 때문에, 특허 제 432406호 "진단형 디젤 광투과식 매연측정기"에서는 매연측정기 내부에 온도센서(36)를 구성하여 프로브(32)가 배기관(31)에서 빠지면 고온의 배기가스가 아닌 상온인 대기가 프로브(32)로 유입되는 것을 감지하여 그 온도차를 감지하여 프로브(32)가 빠진 것을 감지하는 매연측정기를 제안하였다.

그러나, 상기와 같이 온도를 이용하여 프로브가 빠진 것을 감지하는 방식은 프로브가 빠졌을 때 이를 즉각 감지하지 못하는 문제점이 있다. 즉, 온도센서는 샘플링된 열이 센서의 바디에 전도된 후 센서가 온도를 측정하는 방식인데, 온도가 전도되는데 일정 시간이 소요되기 때문에 프로브가 빠진 것을 즉각 감지하지 못하는 문제점이 있다.

또한, 이러한 방식은 주변이 고온인 환경에서는 사용하지 못하기 때문에 주변 환경에 많은 제약이 있는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 배기가스 측정 중 배기가스를 샘플링하는 프로브가 배기관에서 빠졌을 경우 이를 매연측정기가 이를 즉각 감지할 수 있을 뿐만 아니라, 주변 환경과 상관없이 정확하게 프로브 이탈을 감지할 수 있는 프로브 이탈 기능을 구비한 매연측정기를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 중앙에 유입관이 형성된 관 형태의 유동관과; 상기 유동관의 일측에 형성되고, 내부에 발광구가 설치되며 에어블로우 홀 및 배출구가 형성된 발광파트와; 상기 유동관의 타측에 형성되고, 내부에 렌즈와 센서가 장착되며, 에어블로우 홀및 배출구가 형성된 수광파트와; 상기 유동관 또는 유입관에 설치되어 유동하는 배기가스의 압력을 측정하는 압력센서와; 배기가스의 오염도와 배압을 측정 분석하고 출력하는 분석기;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

이대, 상기 압력센서는 유입관과 대향되는 유동관의 벽면에 설치된 것을 특징으로 하는 프로브 이탈 감지 기능을 구비한 매연 측정기.

그리고, 본 발명의 매연측정장치는 중앙에 유입관이 형성된 관 형태의 유동관과; 상기 유동관의 일측에 형성되고, 내부에 발광구가 설치되며 에어블로우 홀 및 배출구가 형성된 발광파트와; 상기 유동관의 타측에 형성되고, 내부에 렌즈와 센서가 장착되며, 에어블로우 및 배출구가 형성된 수광파트와; 상기 유동관 또는 유입관에 설치되어 유입관으로 유입되는 배기가스의 유량을 측정하는 유량센서;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 분석기는 측정된 배기가스의 배압과 기 설정된 배압을 비교하여 프로브 이탈을 감지하고 이를 측정값 지시부에 출력하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 배기가스 측정 중 배기가스를 샘플링하는 프로브가 배기관에서 빠졌을 경우 이를 매연측정기가 실시간으로 즉각 감지할 수 있을 뿐만 아니라, 주변 환경과 상관없이 정확하게 프로브 이탈을 감지할 수 있다.

도 1은 매연을 측정하는 상태를 도시한 상태도.
도 2는 온도차를 이용하여 프로브 이탈을 감지하는 종래의 매연측정기를 도시한 단면도.
도 3은 본 발명에 의한 프로브 이탈 감지 기능을 구비한 매연측정기를 도시한 단면도.
도 4는 본 발명의 매연측정기를 이용하여 측정한 엔진의 회전속도와 배기가스 압력 그래프.
도 5는 도 4의 엔진 회전속도와 압력 파형을 확대한 그래프.
도 6은 엔진 회전속도별 측정압력을 도시한 도면.

이하 첨부한 도면과 함께 본 발명을 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 의한 프로브 이탈 감지 기능을 구비한 매연측정기를 도시한 단면도이고, 도 4는 본 발명의 매연측정기를 이용하여 측정한 엔진의 회전속도와 배기가스 압력 그래프이며, 도 5는 도 4의 엔진 회전속도와 압력 파형을 확대한 그래프이고, 도 6은 엔진 회전속도별 측정압력을 도시한 도면이다.

본 발명에 의한 프로브 이탈 감지 기능을 구비한 매연측정기는 도 3과 같이 구성된다.

도 1 및 도 3에 도시한 바와 같이, 배기관(4)에 삽입된 프로브(5)를 통해 유동관(101)의 유입관(102)을 통해 유입된 배기가스는 유동관(101)의 양측으로 갈라져 유동관(101) 내부를 충전하며 유동하여 발광파트(110)와 수광파트(120)의 배출구(113)(124)를 통해 배출된다.

이때, 발광파트(110)의 발광구(111)에서 빛이 방사되어 배기가스가 충전된 유동관(101)을 통해 수광파트(120)의 렌즈(121)에 의해 굴절되어 센서(122)에 집중되고, 상기 센서(122)는 수광된 빛의 강도를 측정하여 이를 전기신호로 변환하여 분석기(1)로 송신한다.

즉, 오염물질을 함유하고 있는 배기가스에 광을 투과시켜 배기가스의 불투명도(Opacity)를 실시간으로 연속적으로 측정하여 배기가스의 오염도를 측정하는 것이다.

상기 발광구(111)는 통상 LED가 주로 사용되고 있고, 센서(122)는 포토다이오드가 주로 사용되고 있다.

그리고, 유동관(101) 내부의 배기가스가 배출구(113)(124)로 배출되는 과정에서 발광구(111)와 렌즈(121)의 표면에 오염물질이 접촉하여 퇴적되는 것을 방지하기 위하여 발광파트(110)와 수광파트(120)의 에어블로우 홀(112)(123)을 통해 압축공기를 분사함으로써 분사된 압축공기와 배기가스가 배출구(113)(124)를 통해 매연측정장치(100)의 외부로 배출하도록 한다.

상기 유동관(101)의 내부에 압력센서(103)를 설치함으로써 배기가스 오염도와 함께 배기가스의 배압을 동시에 측정함으로써 측정할 때 지나가는 작업자의 발에 걸리거나 차량의 진동에 의해 배기관(4)에 삽입된 프로브(5)가 이탈되는 것을 감지하도록 구성한다.

배기가스의 배압은 내연기관의 회전수(RPM)과 비례하여 배압이 상승하게 되는데 매연측정장치(100)가 배기가스의 오염도와 함께 배기가스의 배압을 동시에 측정하고 있다가 프로브(5)가 배기관(4)에서 이탈되는 순간 즉, 배기가스의 배압이 비정상적인 거동을 보이며 기 설정된 기준 값과 비교하여 배압이 일정 범위를 벗어났다고 판단하고 이를 시험자에게 프로브(5)가 이탈되었음을 알리고, 분석기(1)의 측정값 지시부에 표시함으로써 측정값의 유효 여부를 신속하고 정확하게 판단하도록 하는 것이다.

배기가스의 배압을 측정하는 압력센서(103)는 배기가스가 유동하는 유입관(102)과 유동관(101) 내부에 선택적으로 설치할 수 있지만, 유입관(102)과 대향되는 유동관(101) 내부 벽에 압력센서(103)를 설치하는 것이 바람직하다. 이는 유입가스가 유입되는 유입관(102)과 대향되는 유동관(101)의 벽에 압력센서(103)를 설치함으로써 배기가스의 유동방향과 센서가 수직방향을 이루도록 하여 배기가스의 배압을 보다 정확하고 민감하게 측정할 수 있기 때문이다.

도 4는 본 발명의 매연측정기(100)를 이용하여 무부하 급가속 상태에서 측정한 엔진의 회전속도와 배기가스의 압력을 측정한 그래프이다.

무부하 급가속은 차량의 정지상태에서 변속기를 중립 위치에 둠으로써 구동바퀴에 동력을 전달하지 않고 무부하 상태에서 엔진의 회전수만을 증가시키며 수행하는 상태이다. 즉, 공회전 상태에서 시험자는 가속페달을 최단시간 중에 최대한 밟고 3~5초간 유지하다가 가속페발을 놓는 방식으로 이루어진다. 도 4는 이와 같은 측정에서 임의의 시점에 프로브(5)를 이탈시켜 배기압력 변화를 기록한 그래프이다.

도 4와 같이 약 110초 부분에서 임의로 프로브(5)를 이탈시킨 상태를 보면 엔진속도(RMP)은 5,000 RPM까지 올라가지만, 배기압력은 0 kPa로 떨어진다. 즉, 매연측정장치(100)는 이 시점을 프로브 이탈로 인식하여 시험자에게 알려주고 측정값 지시부에 출력한다.

도 5는 도 4의 110~130초 시험구간의 그래프를 확대하여 도시한 그래프이고, 도 6은 각 엔진속도(RPM)별 압력측정한 데이터이다.

도 5와 같이 프로브(5)가 이탈되지 않았다면, 가속페달을 밟기 전 즉, 아이들 상태의 압력측정값이 35Pa로 측정되어야 하지만, 프로브(5)가 이탈된 상태에서는 압력 측정값이 0Pa로 측정된다.

만일, 프로브(5)가 이탈되지 않은 상태라면 가속 후 정속구간인 5,000RPM에서는 약 1.2kPa의 압력이 측정되어야 하지만 압력센서에서는 0Pa의 압력이 측정됨으로써 매연측정장치는 이를 프로브가 이탈된 상태로 인식하는 것이다.

그리고, 상기 압력센서 대신에 정 유량밸브, 정량 유량계, 터어빈 유량계, 차압식 유량계, 열선 유속계 등의 유량측정장치를 유입관 또는 유동관 내부에 설치함으로써 프로브의 이탈을 감지할 수도 있다.

유체의 유량을 측정하는 유량 측정장치는 유체의 압력을 측정하는 압력센서에 비해 측정범위가 훨씬 넓고 보다 정확한 값을 측정할 수 있기 때문에 유량센서를 사용하여 매연측정기를 구성할 수도 있다.

또는, 상기 압력센서 대신에 유속측정장치(유속센서)를 유입관 또는 유동관 내부에 설치함으로써 프로브의 이탈을 감지할 수도 있다. 배기관에서 배출되는 배기가스는 일정 이상의 유속값을 가지므로 이러한 유속값이 기 설정된 유속보다 낮으면 프로브가 이탈된 것으로 판단한다.

본 발명에 의한 매연측정장치는 배기가스의 압력,유량 또는 유속을 감지하여 프로브의 이탈을 감지하기 때문에 외부의 환경에 의해 영향을 받지 않고 신속하고 정확하게 프로브의 이탈을 감지할 수 있다.

이상, 본 발명에 의한 프로브 이탈 감지 기능을 구비한 매연측정기에 대해 설명하였다.

상기 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1 : 분석기
2 : 샘플링 유니트
3 : 호스
4 : 배기관
5 : 프로브
100 : 매연측정장치
101 : 유동관
102 : 유입관
103 : 압력센서
110 : 발광파트
111 : 발광구
112 : 에어블로우 홀
113 : 배출구
120 : 수광파트
121 : 렌즈
122 : 센서
123 : 에어블로우 홀
124 : 배출구

Claims (4)

1. 중앙에 유입관(102)이 형성된 관 형태의 유동관(101)과;
   상기 유동관(101)의 일측에 형성되고, 내부에 발광구(111)가 설치되며 에어블로우(112) 홀 및 배출구(113)가 형성된 발광파트(110)와;
   상기 유동관(101)의 타측에 형성되고, 내부에 렌즈(121)와 센서(122)가 장착되며, 에어블로우 홀(123)및 배출구(124)가 형성된 수광파트(120)와;
   상기 유동관(101) 또는 유입관(102)에 설치되어 유동하는 배기가스의 압력을 측정하는 압력센서(103)와;
   배기가스의 오염도와 배압을 측정 분석하고 출력하는 분석기(1);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 프로브 이탈 감지 기능을 구비한 매연 측정기.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 압력센서(103)는 유입관(102)과 대향되는 유동관(101)의 벽면에 설치된 것을 특징으로 하는 프로브 이탈 감지 기능을 구비한 매연 측정기.
   
3. 중앙에 유입관(102)이 형성된 관 형태의 유동관(101)과;
   상기 유동관(101)의 일측에 형성되고, 내부에 발광구(111)가 설치되며 에어블로우 홀(112) 및 배출구(113)가 형성된 발광파트(110)와;
   상기 유동관(101)의 타측에 형성되고, 내부에 렌즈(121)와 센서(122)가 장착되며, 에어블로우 및(123) 배출구(124)가 형성된 수광파트(120)와;
   상기 유동관(101) 또는 유입관(102)에 설치되어 유입관(102)으로 유입되는 배기가스의 유량을 측정하는 유량센서 또는 배기가스의 유속을 측정하는 유속센서;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 프로브 이탈 감지 기능을 구비한 매연 측정기.
   
4. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,
   상기 분석기(1)는 배기관(4)에서 배출되는 배기가스를 측정하여 측정값과 기 설정된 값을 비교하여 프로브(5) 이탈을 감지하고 이를 측정값 지시부에 출력하도록 구성된 것을 특징으로 하는 프로브 이탈 감지기능을 구비한 매연측정기.
   

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