KR20120061192A - 질량유량계와 질량유량계 센서튜브의 조립방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 질량유량계와 질량유량계 센서튜브의 조립방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 센서튜브보다 직경이 더 큰 용접용 튜브를 브레이징 또는 용접작업을 통해 본체 상면에 먼저 접합한 후, 용접용 튜브에 센서튜브를 삽입함으로써, 센서튜브가 본체의 홀 가공치수 공차에 의한 영향을 받는 것을 감소시킬 수 있는 질량유량계와 질량유량계 센서튜브의 조립방법에 관한 것이다

Description

질량유량계와 질량유량계 센서튜브의 조립방법{Mass Flow meter and Assembly Method for Sensor tube of Mass Flow meter}

본 발명은 질량유량계와 질량유량계 센서튜브의 조립방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 유로를 흐르는 유체의 질량유량을 정밀하게 측정하는 질량유량계와 질량유량계 센서튜브의 조립방법에 관한 것이다.

일반적으로 가스나 기체를 측정하기 위한 대표적인 유량계로는 오리피스를 비롯한 차압 유량계, 볼텍스 유량계, 터빈 유량계, 초음파 유량계, 면적식 유량계 그리고 열식 질량 유량계가 있다.

이들 유량계 중 열식 질량 유량계를 제외한 나머지는 유체의 체적만을 측정하는 유량계로 유체 측정을 필요로 하는 공정의 온도나 압력 등이 설계치와 달라질 때, 이를 적절히 보정을 할 수 없는 즉, 현재 배관에 흐르고 있는 유체의 양만을 측정하는 유량계이다.

하지만 가스 혹은 기체는 온도나 압력의 변화에 대단히 큰 부피의 팽창과 수축을 하게 되며, 이를 적절히 보정하지 못하게 되면 대단히 큰 측정 오차를 갖게 된다.

현대의 산업은 점점 고도화, 다양화되어 왔으며, 이와 더불어 유체, 특히 가스의 흐름을 측정하는데 있어서도 점점 다양한 공정에서 요구되고, 또한 고정밀도의 측정이 요구되기도 한다.

또한 기체의 측정에 있어서 유체의 체적 유량 측정값만으로 충분한 산업공정이 있는가 하면, 반도체 산업, 천연가스 또는 도시가스 측정, 화학반응 공정, 발전소, 빌딩 공조 산업, 석유 화학 분야 및 환경 산업 등 여러 산업 분야에서 사용된다.

그리고 유체 비중이 작고 압축성이 큰 가스인 경우, 체적유량에 의한 방식보다는 질량유량에 의한 측정 방식이 유체의 유동을 보다 정확하게 제어할 수 있는 것으로 알려져 있으며, 특히 화학반응장치에서의 유량제어는 화학반응이 질량을 기준으로 한 반응이므로, 질량유량을 측정하고 제어하는 것이 보다 편리하다.

이와 같은 질량유량측정의 경우 미소의 질량유량을 측정하기 위한 방식으로는 통상 2가지 방식 즉, 코리올리스 질량 유량계와 열식 질량 유량계가 있다.

상기 코리올리스 질량 유량계는 1970년대에 이르러 실용화되었으며, 측정원리는 유체가 배관 내를 흐르면 흐르는 유체의 질량에 의하여 배관은 비틀리게 된다.

이 비틀리는 힘을 코리올리스 힘이라고 부르며, 코리올리스 힘은 관로 내를 흐르는 질량유량과 비례 관계에 있으므로 이 비틀리는 힘 또는 이에 관련된 양을 측정하면 질량 유량을 구할 수 있다.

열식 질량 유량계는 흐르고 있는 유체 중에 가열된 물체를 놓으면 유체와 가열된 물체 사이에 열교환이 이루어짐에 따라 가열된 물체가 냉각되며, 이 냉각율은 유속의 함수가 되기 때문에 가열된 물체의 온도를 측정하는 것에 의해 유속을 구할 수 있다.

또한 유체를 가열하여 일정한 온도로 높이기 위하여 필요한 에너지도 유속의 함수가 되기 때문에 흐르고 있는 유체 온도를 어떤 일정한 온도로 높이기 위하여 필요한 에너지를 측정하면 유속을 구할 수 있게 된다.

또한 유체를 가열하여 일정한 온도로 높이기 위하여 필요한 에너지도 유속의 함수가 되기 때문에 흐르고 있는 유체 온도를 어떤 일정한 온도로 높이기 위하여 필요한 에너지를 측정하면 유속을 구할 수 있게 된다.

이러한 질량 유량계의 개략적인 구성을 도1에 도시하였다.

도 1에 도시된 바와 갈이, 질량유량계(100)는 유로(110)를 통해 흐르는 질량유량을 측정하는 질량유량측정센서(120), 유로(110)의 개도를 변화시켜 유로(110)를 통해 흐르는 질량유량을 조절하는 밸브 작동기(160) 및 밸브(130), 질량유량측정센서(120)에 의해 측정된 질량유량을 검출하고 유로(110)의 개도를 조절하도록 전기적 신호를 밸브 작동기(160)로 송출하는 제어부(140)로 구성된다.

여기서, 질량유량측정센서(120)는 유로(110)를 통해 흐르는 유체의 일정 부분이 통과하도록 유로(110)에 연결되게 구성된 센서튜브(121), 전원으로부터 공급되는 전기에너지를 열에너지로 변환하여 센서튜브(121)를 통해 흐르는 시료유체를 가열하는 열원으로서의 역할을 하도록 센서튜브(121) 외주에 감겨 있는 가열코일(122), 시료유체의 상류 온도를 측정하는 온도측정기로서의 역할을 하도록 가열코일(122)의 상류에서 센서튜브(121)의 외주에 감겨 있는 제1코일센서(123) 및 시료 유체의 하류 온도를 측정하는 온도측정기로서의 역할을 하도록 가열코일(122)의 하류에서 센서튜브(121)의 외주에 감겨 있는 제2코일센서(124)로 구성된다.

이와 같은 질량유량계는 상기 센서튜브(121)의 사이즈가 워낙 작아서(외경 0.36mm, 내경 0.2mm) 본체와의 용접작업 자체가 힘들었다.

또한, 본체에 가공되는 홀의 치수 공차에 의해 용접특성이 달라지는 경우가 빈번히 발생하여, Leak 발생하거나 또는 상기 센서튜브의 구멍이 막히는 등의 문제점이 있었다.

한편, 상기 센서튜브(121)를 용접이 아닌 접착제를 사용하여 본체와 접합하는 방식은 반응성이 높은 가스를 사용하는 경우 적용이 불가능한 약점이 있었다.

이에, 본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명은 센서튜브보다 직경이 더 큰 용접용 튜브로 브레이징 작업을 먼저 진행을 한 후, 용접용 튜브에 센서튜브를 삽입함으로써, 본체의 홀 가공치수 공차의 영향을 줄일 수 있는 질량유량계와 질량유량계 센서튜브의 조립방법을 제공함에 그 목적이 있다.

이와 같은 과제를 해결하기 위해 본 발명의 청구항 1에 기재된 질량유량계는,

길이 방향으로 형성된 유로와 상기 유로에 설치되는 바이패스를 포함하는 본체와, 상기 바이패스를 통과하는 유량의 일부가 통과되도록 상기 본체에 설치되는 센서튜브와, 상기 센서튜브를 통과하는 유량을 이용하여 질량유량을 계산하는 제어부와, 상기 본체에는 용접용 튜브가 설치되어, 상기 용접용 튜브 내부에 상기 센서튜브가 설치되는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 과제를 해결하기 위해 본 발명의 청구항 2에 기재된 질량유량계 센서튜브의 조립방법은,

용접용 튜브를 본체 상면에 접합하는 단계;

센서튜브를 상기 용접용 튜브에 삽입하는 단계;

상기 용접용 튜브의 끝면과, 상기 센서튜브의 끝면을 접합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 질량유량계와 질량유량계 센서튜브의 조립방법은 다음과 같은 장점이 있다.

(1) 센서튜브보다 직경이 더 큰 용접용 튜브로 브레이징 작업을 먼저 진행을 한 후, 용접용 튜브에 센서튜브를 삽입함으로써, 가공 홀의 공차 영향을 감소시킬 수 있다.

(2) 센서튜브와 용접용 튜브의 레이저 용접 작업에서 인발로 균일하게 뽑은 튜브를 사용함으로써 용접특성이 균일하게 유지될 수 있다.

도 1은 종래기술에 의한 질량유량계의 개략적인 단면도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 질량유량계의 측면도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 질량유량계의 부분확대측면도.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 질량유량계 센서튜브의 조립방법 순서도.

이하에서는 본 발명에 의한 질량유량계의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 자세하게 설명한다.

본 발명에 의한 질량유량계(1)는 다음과 같이 구성된다.

먼저 본체(5)는 바디(10)와 센서바디(60)를 포함하여 형성된다.

상기 바디(10)에는 길이 방향으로 유로(11)가 형성된다.

상기 유로(11)에는 유체가 층류로 통과되도록 바이패스(12)가 설치된다.

상기 바디의 상면(7)에는 센서바디(60)가 형성되며, 상기 센서바디(60)와 상기 바디(10)가 연통될 수 있도록 상기 바디(10)에는 바디 제1홀(90)과 바디 제2홀(95)이 형성된다.

상기 바디의 상면(7)에 형성된 센서바디(60)에는 상기 바디(10)에 형성된 바이패스(12)를 통과하는 유체의 일부가 통과되도록 센서튜브(20)가 설치되며, 상기 센서튜브(20)는 용접용 튜브(50) 내부에 설치된다.

상기 센서튜브(20)를 통과하는 유량을 이용하여 질량유량을 계산하는 제어부(미도시)가 상기 질량유량계(1)에 포함된다.

상기 제어부(미도시)의 역할은 유량의 온도 차와 유체의 비열에 의하여 상기 바이패스(12)를 통과하는 질량유량을 계산함은 물론 계산된 값을 표시부(미도시)에 표시한다.

상기 제어부(미도시)에 구비되는 이러한 표시부는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 기술이라 할 수 있으므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

상기 제어부(미도시)의 신호에 따라 상기 유로(11)를 개폐시키는 솔레노이드 밸브(40)가 본 발명에 의한 질량유량계(1)에 포함되며, 이러한 솔레노이드 밸브(40)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 기술이라 할 수 있으므로, 역시 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

상기 바디의 상면(7)에 형성되는 센서바디(60)에는 센서튜브(20)와 용접용 튜브(50)를 고정하는 센서바디 제1홀(60a)과 센서바디 제2홀(60b)이 형성되며, 상기 센서바디 제1홀(60a)과 센서바디 제2홀(60b)은 전술한 상기 바디 제1홀(90)과 바디 제2홀(95)과 각각 연통된다.

상기 센서바디(60)에 형성되는 상기 센서튜브(20)의 직경은 0.3~0.5㎜로 형성될 수 있으며, 이러한 수치에 한정되지 않음은 물론이다.

상기 센서튜브(20)와 상기 용접용 튜브(50)가 안정된 상태로 상기 본체(5)에 고정될 수 있도록 센서케이스(26)가 설치된다.

다만, 상기 센서케이스(26)는 필요에 따라 설치되지 않을 수도 있다.

이하에서는 센서튜브(20)와 상기 용접용 튜브(50)를 고정시키며, 상기 바이패스(12)와 연통되도록 형성된 센서바디 제1홀(60a)과 센서바디 제2홀(60b)에 대해서 자세하게 설명한다.

상기 센서바디 제1홀(60a)과 센서바디 제2홀(60b)은 상기 바이패스(12)를 통과하는 유량의 일부가 통과되도록 상기 바디 제1홀(90)과 바디 제2홀(95)과 연통한다.

상기 센서바디 제1홀(60a)과 센서바디 제2홀(60b)은 상기 센서튜브(20)가 내부에 삽입되는 상기 용접용 튜브(50)를 삽입할 수 있을 정도의 직경을 갖도록 상기 센서바디(60)에 형성한다.

이하에서는 상기 센서바디 제2홀(60b)의 형상에 대해 도면을 참고하여 자세하게 설명하며, 상기 센서바디 제2홀(60b)과 대응하는 형상을 갖는 상기 센서바디 제1홀(60a)에 대한 설명은 생략한다.

상기 센서바디(60)를 측면에서 바라볼 경우, 상기 센서바디 제2홀(60b)은 제1대경부(65)와, 제2대경부(70)와 상기 제1대경부(65)와 상기 제2대경부(70) 사이에 형성된 소경부(80)로 이루어진다.

상기 제1대경부(65)는 상기 센서바디 상면(61)으로부터 수직으로 내려와 형성되는 제1대경부 측면(66)과 상기 제1대경부 측면의 끝단(67)으로부터 수평으로 상기 센서바디 제2홀(60b)의 중심을 향해 형성되는 제1대경부 바닥면(68)으로 이루어진다.

상기 소경부(80)는 상기 제1대경부 바닥면의 끝단(69)으로부터 수직으로 내려오는 면에 의해 형성되며, 상기 소경부의 직경은 상기 용접튜브(50)가 삽입될 수 있을 정도로 형성된다.

상기 소경부의 끝단(81)으로부터 상기 본체 제2홀(60b)의 중심의 반대방향을 향해 수평으로 제2대경부 상면(71)이 형성된다.

상기 제2대경부 상면의 끝단(72)으로부터 수직으로 내려와, 상기 제2대경부 측면(75)이 형성된다.

이와 같이 형성된 상기 센서바디 제1홀(60a)과 센서바디 제2홀(60b)에 상기 용접용 튜브(50)를 삽입한다.

상기 센서바디 제1홀(60a)에 삽입된 상기 용접용 튜브의 제1끝면(51)과, 상기 센서바디 제2홀(60b)에 삽입된 상기 용접용 튜브의 제2끝면(52)은 각각 상기 센서바디(60)에 접합된다.

더욱 구체적으로는 상기 센서바디의 제2대경부 상면(71)에 상기 용접용 튜브(50)와 상기 센서바디(60) 사이에 접합부(55)를 형성하며, 접합된다.

본 발명에서는 브레이징 용접에 의해 상기 센서바디(60)에 상기 용접용 튜브(50)를 접합한다.

참고로, 브레이징 용접이란 450C 이상에서 접합하고자하는 모재(BASE METAL) 용융점(MELTING POINT) 이하에서 모재는 상하지 않고 용가재와 열을 가하여 두 모재를 접합하는 기술이다.

자세히 말하자면 450C 이상의 액상선 온도(LIQUIDUS TEMPERATURE)를 가진 용가재를 사용하며 모재의 고상선 온도(SOLIDUS TEMPERATURE) 이하의 열을 가하여 두 모재를 접합하는 방법을 브레이징(BRAZING)이라 할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에서는 고온강도가 높고, 내식성 및 고온내산화성이 우수한, 니켈을 용가재로 사용한 니켈 브레이징 방법을 사용하나, 기타의 용접방법(예를 들어 STS 브레이징, 레이져 용접 등)의 사용도 가능함은 물론이다.

상기 센서바디(60)에 브레이징 용접 등에 의해 설치된 상기 용접용 튜브(50) 내부로 상기 센서튜브(20)를 삽입한다.

상기 센서튜브의 제1끝면(21)과 상기 용접용 튜브의 제1끝면(51)을, 상기 센서튜브의 제2끝면(22)과 상기 용접용 튜브의 제2끝면(52)을 각각 접합하여 접합부(57)를 형성한다.

본 발명에서는 레이져 용접에 의해 상기 센서튜브(20)와 상기 용접용 튜브(50)를 접합하나, 기타의 용접 방법에 의한 접합도 가능함은 물론이다.

참고로, 레이져 용접에 의해 상기 센서튜브(20)와 상기 용접용 튜브(50)를 접합할 경우에는 상기 센서튜브를 통과하는 유량에 의한 부식의 문제가 없고, 열영향부가 매우 좁다는 장점이 있다.

상기 용접용 튜브(50)를 상기 제2대경부 상면(71)으로부터 상기 유로(11)를 향해 일정한 길이만큼 내려오게 함으로써, 상기 용접용 튜브(50)와 상기 센서바디(60)의 용접접합을 용이하게 할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 용접용 튜브의 끝면(51,52)과 상기 센서튜브의 끝면(21,22)과의 접합도 용이하게 할 수 있다.

이상에서 설명한 실시예에서는 상기 본체(5)가 바디(10)와 센서바디(60)를 포함하여 이루어진 경우를 설명하였으나, 상기 본체(5)는 상기 센서바디(60)를 포함하지 않고 바디(10)로만의 구성도 물론 가능하다.

이와 같이 상기 본체(5)가 상기 센서바디(60)를 포함하지 않는 경우에는 상기 센서튜브(20)와 상기 용접용 튜브(50)는 상기 바디의 상면(7)에 홀 등을 형성하여 접합되게 된다.

이하에서는 본 발명에 의한 질량유량계 센서튜브의 조립방법을 첨부된 도면을 참조하여 자세하게 설명한다.

먼저 상기 용접용 튜브(50)를 상기 본체(5)의 상면에 접합한다.(S1)

상기 용접용 튜브(50)는 전술한 바와 같이, 상기 센서튜브(20)보다 직경이 더 크다.

상기 용접용 튜브(50)를 상기 본체(5)의 상면에 접합한다.

다음으로, 상기 본체(5)의 상면에 접합된 상기 용접용 튜브(50) 내부에 상기 센서튜브(20)를 삽입시킨다.(S2)

이와 같이 상기 용접용 튜브(50) 내부에 상기 센서튜브(20)를 삽입함으로써, 상기 센서튜브(20)는 상기 센서바디(60)에 가공되는 상기 센서바디 제1홀(60a)과 상기 센서바디 제2홀(60b)의 공차에 의해 상기 센서튜브(20)를 상기 센서바디(60)에 직접 용접할 경우에 발생할 수 있는 Leak 또는 센서튜브가 막히는 등의 문제를 상당부분 감소시킬 수 있다.

상기 본체(5)의 상면에 접합된 용접용 튜브의 끝면(51,52)과 센서튜브의 끝면(21,22)을 접합한다.(S3)

전술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변경 또는 변형하여 실시할 수 있음은 해당기술분야의 당업자라면 자명하다 할 것이다.

1 : 질량유량계 5 : 본체
7 : 바디의 상면 10 : 바디
11 : 유로 12 :바이패스
20 : 센서튜브 21 : 센서튜브의 제1끝면
22 : 센서튜브의 제2끝면 26 : 센서케이스
40 : 솔레노이드 밸브 50 : 용접용 튜브
51 : 용접용 튜브의 제1끝면 52 : 용접용 튜브의 제2끝면
55 : 용접용 튜브와 본체의 상면과의 접합부
57 : 용접용 튜브와 센서튜브와의 접합부
60 : 센서바디
60a : 센서바디 제1홀 60b : 센서바디 제2홀
61 : 센서바디 상면 62 : 센서바디 하면
65 : 센서바디 제2홀의 제1대경부 70 : 센서바디 제2홀의 제2대경부
80 : 센서바디 제2홀의 소경부 90 : 바디 제1홀
95 : 바디 제2홀

Claims (2)

1. 길이 방향으로 형성된 유로와 상기 유로에 설치되는 바이패스를 포함하는 본체;
   상기 바이패스를 통과하는 유량의 일부가 통과되도록 상기 본체에 설치되는 센서튜브;
   상기 센서튜브를 통과하는 유량을 이용하여 질량유량을 계산하는 제어부;
   상기 본체에는 용접용 튜브가 설치되어, 상기 용접용 튜브 내부에 상기 센서튜브가 설치되는 것을 특징으로 하는 질량 유량계
2. 용접용 튜브를 본체 상면에 접합하는 단계;
   센서튜브를 상기 용접용 튜브에 삽입하는 단계;
   상기 용접용 튜브의 끝면과, 상기 센서튜브의 끝면을 접합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 질량유량계 센서튜브의 조립방법

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