KR20130093107A - 전자기 유량계 - Google Patents

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KR20130093107A
KR20130093107A KR1020137005268A KR20137005268A KR20130093107A KR 20130093107 A KR20130093107 A KR 20130093107A KR 1020137005268 A KR1020137005268 A KR 1020137005268A KR 20137005268 A KR20137005268 A KR 20137005268A KR 20130093107 A KR20130093107 A KR 20130093107A
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Abstract

유량계는 자석, 내부에 전도성 유체가 흐르는 실질적으로 비자성인 도관 및 상기 도관내 유체가 흐르는 경우 상기 자석에 의해 생성된 자기력선의 비틀림을 감지하는 센서를 갖고, 상기 도관은 상기 자석 가까이에 배치된다. 상기 자석과 상기 센서는 상기 전도성 유체가 흐르는 상기 도관과 물리적으로 접촉할 필요가 없다.

Description

전자기 유량계{ELECTROMAGNETIC FLOW METER}
본원은 미국 특허청의 2010년 8월 3일에 예비 특허 출원된 61/370,407호의 "전자기 유량계"의 내용을 전체로서 참고한다.
본원은 유량계, 좀 더 구체적으로, 파이프 또는 트로프(trough) 와 같은 도관내의 고온, 부식성의 전도성 유체 흐름의 유동을 측정할 수 있는 전자기 유량계에 관한 것이다.
도관내 물질의 유속을 측정하는 것은 많은 산업 공정에서 필수적인 작업이다. 이하에 기재된 본 발명은 금속 주조 분야 작업의 결과이다. 이 분야의 회사들은 용해된 마그네슘, 알루미늄, 다른 금속들 및 금속 합금을 사용하여 부품을 주조한다. 상기 회사들은 얼마나 많은 양의 재료가 사용되는지 및 주형에 충전되는 속도가 어느 정도인지 알 수 있는 신뢰할 만한 유량계를 오랫동안 찾고 있다. 무엇인가를 측정할 수 없다면, 이를 처리할 수 없는 것은 자명한 사실이다. 상기 측정을 통해, 예를 들어, 향상된 주조가 가능하도록 다른 충전 속도의 연구 및 탐지로부터 양질의 제어 루프를 완료할 수 있다. 이러한 처리는 관리자가 시스템내 물질의 유속을 측정할 수 없다면 불가능하다.
부식성이 높고, 고온인 용해된 금속의 겨우, 양호한 유량계가 존재하지 않았다. 종래에는, 파이프 내의 용해 금속의 유동을 측정하고자 하는 경우, 전극이 이동하는 물질과 접촉할 필요가 있는 선형의 환상 도관 유속계 또는 전자기 유량계를 사용해 왔었다. 이러한 전극은 도관 또는 파이프로 절연될 필요가 있으며, 이는 전극 자체가 유동 물질과 장기간 접촉되는 것을 견딜 수 있어야 한다는 점에서, 물질 선택과 제조면에서 문제점이 존재한다. 측정 장치와 측정될 물질 사이에 물리적인 접촉이 발생하지 않는 유량계가 요구된다. 본 발명은 이러한 요구에 관한 것이다
다른 유량계가 존재한다. 일부 유량계는 임펠러를 사용하여, 임펠러의 속도 또는 회전수를 계산하지만, 이러한 시스템은 용해되거나 무질서한 금속이 사용된 경우 기능을 제대로 하지 못한다. 또한, 음파 탐지 시스템에 기초한 시스템이 존재하지만, 이러한 시스템은 변환기를 침식하는 물질에서는 작동하지 않는다. 도플러 유량계가 존재하지만, 이러한 계기는 유동내 존재하는 불순물이 없다면 작동하지 않는다.
전자기 유량계는 패러데이 법칙에 기초하여 작동한다. 전자기 유량계에 있어서, 전도성의 유체와 자기력을 발산하는 물질이 필요하다. 자기력을 통해 유동내 하전 입자는 양전하 입자와 음전하 입자로 분리된다. 도관내 전도성 유체의 흐름은 자기장을 통해 전류를 유도한다. 전도성 액체의 일정 속도(υ)로의 움직임에 따른 자기장(Β)에서 발생된 유도 전압(Ε)은 다음과 같다.
Ε = Βℓυ
여기서 ℓ은 자기 유량계 내에서 전극 사이의 거리를 의미한다.
일반적인 전자기 유량계에 있어서, 도관은 측정 튜브의 한쪽 측에 있는 계자 코일에 장착된다. 두 개의 전극은 상기 계자 코일에 직각으로 상기 튜브에 배치된다. 슬리브(sleeve)를 절연하는 비전극이 유체가 전달되는 금속재 튜브로 전하가 이동하는 것을 방지하기 위해 튜브 내에 장착되기도 한다. 상기 계자 코일은 유동의 방향에 수직한 측정 튜브를 가로 질러 자기력을 작용시킨다. 여기시, 전도성 유체 내의 양전하 및 음전하 입자는 상기 유체에 걸쳐 동등하게 분배된다. 상기 유체가 측정 튜브를 통해 이동하는 경우, 양전하 및 음전하 입자는 분리되어 전극의 한쪽으로 향하게 된다. 전압은 상기 두 전극을 통해 감지되고 측정되어 형성된다. 이러한 전압은 알고 있는 튜브 직경과 함께 속도에 직접적으로 비례하고, 유속이 계산될 수 있다. 장해 전압을 제거하기 위해, 계자 코일의 극성은 주기적인 간격으로 바뀐다. 일부 경우에 있어서, 수집된 데이터는 신호의 제거기노이즈로서 처리된다. 종래의 전자기 유량계는 계자 코일의 가격, 코일을 대체하기 위한 장치, 일부 경우에 사용되는 익사이터(exciter), 수집된 데이터로부터 "노이즈"를 정리하는데 사용되는 장치 분야에서 문제가 있었다. 또한, 적용된 부품 때문에 무엇인가가 파괴될 가능성이 증가되는 현실적인 문제점도 존재한다. 다업자는 다수의 특허 등을 통해 유동 측정에 대한 이러한 접근해 볼 수 있다.
본 발명자는 유량계와 관련된 하기의 특허 및 공보 문헌을 인식하였다.
1. 미국 특허 6505517, 7343817, 6505517, 5544532, 6611770, 7503227, 5578763, 5551306, 6865956, 7421908, 7509852, 7654318, 7124645 및
2. 미국특허공보 2002/0189337, 2008/0296208, 2005/0109120, 2002/0190444.
개시된 발명의 핵심은 유도 전류의 측정이 불필요하다는 점이고, 이는 전도성 유체에 의해 유도된 전류로부터 야기된 자력선의 뒤틀림을 탐지하여 전도성 유체의 유속을 알아낼 수 있기 때문에 가능하다. 본 발명자는 유도 전류를 측정하지 않고, 이러한 전류의 효과를 측정할 뿐이고, 상기 전도성 유체와 직접적으로 물리적으로 접촉하는 전극이 필요없다. 본 발명은 자기장 내의 전도체 이동에 따른 자기장의 비틀림의 양을 측정하여 수행된다. 이러한 효과는 특정 전기 모터 및 발전기에서 "전기자 반작용(armature reaction)" 이라는 것과 유사하다. 대신, 본 발명은 자력선 이미터(emitter) 및 자력선의 비틀림을 측정할 수 있는 센서가 필요하다. 본 발명은 전도성 유체가 지나가도록 설정된 도관과 상기 자력선 이미터 사이에 상기 센서를 끼운다. 상기 전도성 유체는 도관 내를 흐르고, 상기 유동은 전류를 유도하며, 상기 전류가 자력선을 비틀어서, 센서가 이러한 비틀림을 판독한다. 상기 판독의 정확성은 가능한 한 상기 센서를 전도성 유체에 가까이에 위치시키고, 충분한 자기력을 제공하여 수행될 수 있으며, 상기 센서는 작동 환경에서 다른 자기력 소스로부터 자석의 자기력을 판별할 수 있다. 상기 계측기는 파이프의 외부에 위치한다. 파이프를 통해 이동하는 물질은 어느 정도의 부식성을 가질 수 있고, 이는 상기 유량계에 영향을 끼치지 못한다.
바람직한 실시형태에 있어서, 본 발명은 6인치 이하의 직경을 갖는 파이프와 같은 도관, 상기 도관의 양측에 놓여지는 두 개의 희토류 자석 및 두 개의 홀 효과 센서를 갖는 회로 보드를 사용한다. 센서가 부착된 회로 보드는 센서가 열에 의해 파괴되지 않도록 도관 가까이에 설치된다. 상기 회로 보드는 상기 도관의 축과 평행하게 센서와 함께 설치된다. 센서의 온도는 히트 싱크 및/또는 냉각팬의 조합 설치 및 미세 다공성 절연물로 센서를 패킹함으로써 작동 오차 범위 내에서 유지될 수 있다. 상기 도관은 일반적으로 파이프이다. 상기 파이프는 일반적으로 상기 파이프 내에 위치할 전도성 유체에 적합한 실질적으로 비자기성인 물질로 만들어진다. 전도성 유체의 온도가 문제되지 않는다면, 300 계열의 스테인리스 강 파이프가 사용될 수 있다. 전도성 유체가 용융 알루미늄인 경우에 있어서, 상기 파이프는 용융 알루미늄의 온도와 부식 성질을 견딜 수 있는 세라믹으로 구성될 필요가 있다. 상기 유체가 고압(예를 들어, 700psi)에서 펌프되는 경우, 상기 파이프는 탄탈륨으로 구성되어야 한다. 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 도관은 6인치 이하의 직경을 갖는데, 그 이유는 상기 크기를 초과하는 경우, 도관으로부터 멀리 떨어지는 자석이 홀 효과 센서에 의해 탐지된 비틀림 특성에 영향을 끼치지 못하기 때문이다. 본 발명은 선형 홀 효과 센서를 사용한다. 본 발명은 센서의 탐지 정확성을 향상시키기 위해 두 개의 홀 효과 센서를 사용하였다. 바람직한 실시형태에 있어서, 회로 보드상의 전방 및 후방 홀 효과 센서로부터의 데이터를 통해, 특정 유도 전류에 의해 발생된 비틀림을 좀 더 정확하게 계산할 수 있다. 설치 상태에 있어서, 막대 자석은 전도성 유체가 멈춰있을 때 전방 및 후방 센서에 의해 탐지된 비틀림의 차이가 0 이 되도록 상기 홀 효과 센서 및 도관에 대하여 도관축을 따라 조절된다. 또는, 본 발명은 (홀 센서 α에 의해 탐지된 비틀림)-(홀 센서 β에 의해 탐지된 비틀림) = 0 이 되도록 자석의 위치를 찾을 수 있다. 본 발명은 일반적으로 상기 영점 위치를 얻을 수 있도록 1/8인치 미만으로 앞뒤로 이동될 필요가 있다. 모식도는 다음과 같다.
Figure pct00001
여기에서 "n"은 막대 자석의 N극이고, "s"는 막대자석의 S극을 의미한다. 상기 자석은 N극을 하방으로, S극을 상방으로 하더라도 동등하게 작용될 수 있다. 만일, 도관 상부에 하나의 자석을 두고, 도관 하부에 다른 하나의 자석을 두는 두 개의 자석 시스템을 사용하는 경우, 만일 하나의 자석 N극이 도관을 향한다면, 다른 자석의 S극이 도관을 향하도록 극성을 배치할 필요가 있으며, 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 모식도는 다음과 같다.
Figure pct00002
상기 홀 효과 센서는 ±600가우스 범위 내에서 정확하다. 바람직한 실시형태에 있어서, 본 발명은 두 개의 500가우스 막대 자석을 사용할 수 있다. 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 도관은 센서가 위치될 곳이 평평한 영역이 되도록 직선형이고 직경을 줄일 수 있으며, 이를 통해, 상기 두 개의 막대 자석 사이의 거리를 더 줄일 수 있다. 도관내 유체가 고압인 경우, 평평해지는 현상을 약화시키도록 유압에 의해 도관이 후퇴되기 때문에, 도관은 측정점에서 평평해지지 않는다. 용융 알루미늄인 경우, 상기 도관은 세라믹이고, 도관을 평평하게 하는 것이 어렵기 때문에 상기 도관은 평평하지 않을 수 있다. 상기 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 도관은 도관내 존재하는 전도성 유체에 따라 선택되어야 하는 경우를 제외하고는, 유량계의 구조는 연강으로 만들어질 수 있다. 상기 유체의 흐름이 바뀌는 경우에는, 상기 계측기는 반대 극성으로 나타날 것이다.
다른 실시형태에 있어서, 자기장의 변경은 비슷한 결과로서 자석 구조의 힘 또는 편차 변환기를 통해 측정될 수도 있다.
자기장의 비틀림은 하기의 사항들에 의해 영향을 받는다. (1) 도관내 전도성 유체의 조성, (2) 도관의 직경, (3) 도관내 흐르는 전도성 유체의 온도, (4) 전도성 유체의 유속, (5) 전도성 유체의 전기적 전도성, 및 (6) 자기장의 강도.
본 발명의 전자기 유량계는 보어텍스(Vortex-Shedding) 유량계와 같은 다른 유형의 유량계를 사용하여 계측할 수 있으며, 전도성 유체의 종류, 전도성 유체의 온도 및 감지된 자기력선의 비틀림을 관찰할 수 있다. 그 후, 상기 유량계는 다른 유량계를 통해 나타나는 유속과 함께 관찰된 비틀림과 관계된 디스플레이 및 게이지 수단과 함께 설치된다. 알루미늄 또는 마그네슘을 사용하는 경우, 개시된 유량계를 계측함에 있어서, 고온에서의 사용과 같이 극심한 환경을 견딜 다른 계기가 존재하지 않기 때문에, 상기 공정들은 변경되어야 한다. 충분한 계측은 고정된 시간 주기에서 고정된 속도로 고온 전도 유체의 유동, 전달된 금속의 무게 측정 및 초당 획득하는 유동을 얻는 시간을 나눠 얻어질 수 있으며, 예를 들어, 리터/분과 같은 적절한 기술 단위로 나타나고 관계된 출력 신호를 발생하기 위해 유동 요소에 도달하기 위한 본 발명의 출력 결과물을 함께 고려한다.
상기 바람직한 실시형태에 있어서, 자기력선은 희토류 자석 또는 전자석을 사용할 수 있으며, 다만, 희토류 자석이 좀 더 소형이면서 요구된 자기력선을 생산할 수 있기 때문에 바람직하다. 일반적으로 사용되는 두 개의 희토류 자석은 네오디뮴-철-붕소(Nd2Fe14B) 자석과 사마륨-코발트(SmCo5 또는 SmCo17) 자석이다. 상기 네오디뮴-철-붕소 자석은 200℃까지 유효하다. 상기 사마륨-코발트 자석은 350℃까지 유효하다. 자석의 온도가 효율적인 한계 미만까지 유지되도록 자석이 선택되어야 한다. 만일 희토류 자석이 매우 가열된 경우, 자기적 성질이 영구적으로 손실된다. 특정 유형의 희토류 자석이 그 자기적 성질을 손실하게 되는 온도를 소위 "퀴리점(Curie Point)"이라고 한다. 상기 바람직한 실시형태에 있어서, 막대자석은 정육면체 또는 직육면체이다. 상기 바람직한 실시형태에 있어서, 원형의 자석을 사용한다하더라도, 자석은 도관과 평행하게 위치된다. 코일은 요구되는 자기장을 생성하도록 사용될 수 있다.
알루미늄이 전도 유체인 경우, 유량계의 설치는 다른 매체인 경우가 상이하지 않으며, 다만, 충분하게 센서를 냉각시키도록 전도성 유체의 유동과 홀 효과 센서 사이에 좀 더 공간이 필요하다. 알루미늄의 온도는 800℃가 될 수 있다. 홀 효과 센서는 150℃ 초과가 되서는 안된다. 고온 전도성 유체가 흐르는 도관과 홀 효과 센서 및 자석 사이에 우수한 단열 물질을 사용하여, 홀 효과 센서 및 자석의 온도가 이들의 안전 작동 온도 범위에 유지될 수 있다. 상기 홀 효과 센서보다 전도성 유체로부터 더 멀리 떨어져 위치하는 자석은 상기 홀 효과 센서보다 낮은 온도에 노출된다.
유동 튜브는 직선형일 필요는 없으며, 커브를 형성할 수도 있고, 이러한 커브는 계측기의 민담도를 감소시킬 수는 있지만, 특정 용도에서는 유용할 수 있다. 상기 유동 튜브는 규격의 크기일 필요가 없다. 대부분의 유량계는 측정점에서 유동내 난류를 최소화하기 위해, 파이프 직경의 10배인 파이프 상류와 파이프 직경의 4배인 파이프 하류를 갖는 직선형 영역이 요구된다. 본 발명이 반드시 유동 튜브, 도관 또는 측정 튜브 내에서 유동하는 유동 물질이 경로에 센서를 배치할 필요가 없기 때문에, 이러한 경험 법칙을 본 발명에 적용하는 것은 아직 알려지지 않았고, 다소 의문점이 있다.
자기력선은 자석의 단부에 집중하는 경향이 있고, 이러한 자력선은 자석 표면과 수직하게 자석 표면에서 나오게 된다. 주어진 자석의 극으로부터 방출되는 자기력선은 동일한 극성인 경우 서로 밀어내며, 이는 늘어난 고무 밴드와 같은 행동을 유발한다. 다른 힘이 존재하지 않는 경우, 자석으로부터의 자기력선은 막대 자석의 각 단부로부터 대칭되는 형상으로 굴곡되며 방출된다.
상기 바람직한 실시형태에 있어서, 전도성 유체 도관은 상기 자력선과 대략적으로 수직이다. 전도성 유체가 흐르는 경우, 전류가 상기 유체에서 유도되며, 이러한 유도 전기장은 자신의 자기장을 생성하여, 상기 자석(자기장 발생 수단)에 의해 생성된 자기장을 비틀게 된다. 자석의 단부에 대한 자기력선 본연의 굴곡이 자기력선의 비틀림 판독을 향상시키기 때문에, 상기 홀 효과 센서는 막대 자석의 단부에 인접하게 장착된다.
상기 바람직한 실시형태에 있어서, 전도성 유체가 상기 유량계로 도입되기 전에 도관을 예열할 수 있도록 트레이스 히터(trace heater)가 상기 도관 주위를 둘러쌀 수 있다. 상기 트레이스 히터는 열전대로 제어된다. 상기 열전대의 연결은 상기 유량계의 후면에서 이루어진다. 바람직한 실시형태에 있어서, 홀 효과 센서가 장착되는 회로 보드에는 전압 조정기도 설치될 수 있으며, 이는 특정 제어 시스템으로부터 24V 전압을 받아, 전압을 감소시켜, 홀 효과 센서에 일정한 5V 전압을 제공하는데 사용된다.
도 1은 금속 주입구, 하우징 및 금속 배출구를 나타내는 전자기 유량계의 평면도이다.
도 2는 커버를 씌운 전자기 유량계의 정면도이다.
도 3은 커버를 씌운 전자기 유량계의 우측면도이다.
도 4는 커버를 씌운 전자기 유량계의 사시도이다.
도 5는 커버가 없는 전자기 유량계의 사시도이다.
도 6은 커버를 씌운 전자기 유량계의 저면도이다.
도 7은 커버가 없는 전자기 유량계의 평면도이다.
도 8은 커버가 없는 전자기 유량계의 정면도이다.
도 9는 커버가 없는 전자기 유량계의 사시도이다.
도 10은 커버가 없는 전자기 유량계의 우측면도이다.
도 11은 커버가 없는 전자기 유량계의 후면 사시도를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 12는 커버가 없는 전자기 유량계의 전면 사시도를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 12a는 상부 및 하부 자석 조립체의 사시도를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 13은 전자기 유량계 내에서 물질이 이동하는 파이프 또는 도관의 정면도이다.
도 14는 전자기 유량계 내에서 물질이 이동하는 파이프 또는 도관의 평면도이다.
도 15는 전자기 유량계 내에서 물질이 이동하는 파이프 또는 도관의 사시도이다.
도 16은 전자기 유량계 내에서 물질이 이동하는 파이프 또는 도관의 단면도이다.
도 17은 홀 효과 센서 회로 보드의 단면도이다.
도 18은 홀 효과 센서 회로 보드의 평면도이다.
도 19는 홀 효과 센서 회로 보드의 측면도이다.
도 20은 홀 효과 센서 회로 보드의 저면도이다.
도 21은 도관, 자석 및 홀 효과 센서 회로 보드의 등각 투영도(isometric view)이다.
도 22는 파이프의 평평한 부분에 자석이 장착되는 것을 나타내는 파이프의 평면도이다.
도 23은 도 22에 기재된 평평한 영역이 있는 파이프와 그 상하부의 자석 세트를 나타내는 정면도로서, 하부 자석과 파이프의 평평한 영역 사이에 홀 효과 센서가 위치하며, 선택적으로 상부 자석을 갖는다.
도 24는 파이프, 자석 및 홀 효과 센서의 사시도이다.
도 25는 파이프, 파이프의 평평한 영역, 파이프 상하부에 위치하는 자석 및 하부 자석과 파이프의 평평한 영역 사이에 장착되는 홀 효과 센서의 단면도이다.
도 26은 파이프와 파이프의 평평한 영역의 평면도이다.
도 27은 파이프와 파이프의 평평한 영역의 정면도이다.
도 27a는 도 27의 평평한 영역(50) 외부로 팽창된 것을 나타내는 파이프의 단면도이다.
도 28은 파이프의 평평한 영역을 갖는 파이프의 사시도이다.
도 29는 비접촉 자기 유량계용 장착 프레임(하우징)의 평면도이다.
도 30은 비접촉 자기 유량계용 장착 프레임(하우징)의 정면도이다.
도 31은 비접촉 자기 유량계용 장착 프레임(하우징)의 사시도이다.
도 32는 비접촉 자기 유량계용 장착 프레임(하우징)의 우측면도이다.
상기 도면들은 외부 하우징의 세부 사항부터 각 부품들의 세부 사항을 확대한 개략도까지 전자기 유량계의 전체 조립체의 세부 사항을 나타낸다.
도 1 내지 도 4는 전자기 유량계의 외부를 나타낸다. 외부 실드(39)는 유량계로 들어가는 파이프 또는 도관(1a)과 유량계에서 나오는 파이프 또는 도관(1b)을 제외하고 전자기 유량계를 덮는다. 전도성 유체가 파이프 또는 도관(1a)을 통해 전자기 유량계로 유입될 수 있다. 상기 전도성 유체는 동일한 파이프 또는 도관(1b)을 통해 전자기 유량계에서 배출될 수 있다. 도 5 내지 도 10에 있어서, 상기 외부 실드(39)는 전자기 유량계의 내부를 나타내도록 제거되었다.
도 11, 도 12 및 도 12a 는 어떻게 바람직한 실시형태가 조립되는지를 정확하게 나타내는 전자기 유량계의 확대된 모습을 개략적으로 나타낸다. 도 29 내지 도 32는 전자기 유량계의 장착 프레임(120) 및 장착 프레임 지지 구조(240)의 바람직한 실시형태를 확대하지 않고 나타낸 것이다. 제 1 자석 장착 베이스(13a)는 장착 베이스(10)에 볼트(5)를 통해 결합된다. 제 1 자석(2b)은 제 1 자석 장착 베이스(13a) 상에 위치한다. 제 1 자석 커버(7b)는 볼트(8)를 사용하여 제 1 자석(2b) 위로 결합된다. 조절 스페이서(34)는 상기 제 1 자석 커버(7b)에 결합된다. 하부 센서 커버는 상기 조절 스페이서(34)에 결합된다. 센서 회로 보드 조립체(18)에는 제 1 홀 효과 센서(70), 제 2 홀 효과 센서(80) 및 전압 조정기(90)가 장착되어 있다. 상기 센서 회로 보드 조립체는 센서 상부 커버(14)로 덮혀진 센서 하부 커버(11) 내에 위치한다. 상기 센서 하부 커버(11) 및 센서 상부 커버(14)는 서로 유지되어 있고, 패스트너(fastener)로 조절 스페이서(34)와 볼트 결합되어 있어, 센서 하부 커버(11) 내에 제공되는 채널을 통해 연장하는 홀 효과 센서 및 전압 조정기용 케이블을 제어할 수 있다. 크로스오버(9)는 상기 센서 하부 커버(11)에 부착된다. 오른쪽과 왼쪽의 파이프 지지 용접물(3a, 3b)은 크로스오버(9)에 볼트 결합된다. 파이프 또는 도관(1)은 볼트(6)를 사용하는 좌우 하부 파이프 클램프(4a, 4b)를 통해 좌우 파이프 지지 용접물(3a, 3b)에 유지 체결된다. 파이프(1)는 평평한 영역(50)을 갖는다. 상기 파이프(1)는 좌우 파이프 지지 용접물(3a, 3b)과 좌우 하부 지지 클램프(4a, 4b) 사이에 위치하여, 파이프(1)의 평평한 영역(50)이 제 1 자석(2b) 위에 평행하게 위치된다. 제 2 자석 커버(7a)는 제 2 자석(2a)과 고정되며, 패스트너(8)를 통해 제 2 자석 장착 베이스(13b)에 볼트 결합된다. 상기 제 2 자석 장착 베이스(13b)는 볼트(16)를 사용하여 크로스오버(9)에 체결된다. 바르게 조립된 경우, 상기 제 1 및 제 2 자석(2a, 2b)는 동일한 극성(N극 또는 S극)으로 설치되어, 양 자석은 N극이 상부로 또는 하부로 위치되고, 홀 효과 센서(70, 80)는 상기 제 1 자석(2b)의 전방 에지 상부에 홀 효과 센서(70)가 배치되고, 상기 제 1 자석(2b)의 후방 에지 상부에 홀 효과 센서(80)가 배치되는 상태로 파이프(1)의 축과 동일 선상으로 위치되며, 양 센서들은 파이프(1)의 평평한 영역(50)의 하부에 위치하게 된다.
도 13 내지 도 16은 평평한 영역(50)을 갖는 파이프(1)를 추가적으로 나타낸다.
도 17 내지 도 20은 홀 효과 센서(70, 80)를 갖는 회로 보드 조립체(18)를 가까이에서 본 모습을 나타낸다. 또한, 나사(96) 및 너트(95)를 사용하여 회로 보드 조립체(18)에 체결된 전압 조정기(90)를 나타낸다.
도 21 내지 도 27a는 제 1 자석(2b), 회로 보드 조립체(18), 파이프(1)의 평평한 영역(50)에 인접하는 홀 효과 센서(70, 80) 및 상기 파이프(1)의 평평한 영역(50)의 상부에 위치하는 제 2 자석(2a)의 바람직한 실시형태 구성을 나타낸다.
이러한 상세한 설명에서의 실시형태는 단지 설명을 위한 것이다. 본 발명을 훼손하지 않는 범위에서 상세한 설명에 기재된 특정 실시형태의 많은 변경이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 특정하게 개시한 실시형태에 한정되기보다는 하기에 기재된 특허청구범위에 의해 결정된다.

Claims (20)

  1. 자석,
    상기 자석에 인접하게 배치되며, 내부에 전도성 유체가 흐르는 실질적으로 비자성인 도관,
    상기 유체가 상기 도관내로 유동할 때, 상기 자석에 의해 발생된 자기력선의 비틀림을 감지하는 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 유량계.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 도관은 상기 자석과 물리적으로 접촉하지 않는 것을 특징으로 하는 유량계.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 자석은 희토류 자석인 것을 특징으로 하는 유량계.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 희토류 자석은 네오디뮴-철-붕소(Nd2Fe14B) 자석, 사마륨-코발트(SmCo5) 자석, 또는 사마륨-코발트(SmCo17) 자석 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 유량계.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 도관은 300 계열 스테인리스 강, 세라믹 또는 탄탈륨에서 선택되는 파이프인 것을 특징으로 하는 유량계.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 센서는 선형 홀 효과 센서인 것을 특징으로 하는 유량계.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 홀 효과 센서는 상기 도관과 상기 자석 사이에 설치되고,
    상기 자석은 전방 에지와 후방 에지를 갖고, 상기 도관 가까이에서 고정 수단으로 고정되고,
    상기 홀 효과 센서가 상기 자석의 전방 에지와 상기 도관 사이, 또는 상기 자석의 후방 에지와 상기 도관 사이에 끼워지도록 상기 홀 효과 센서를 고정하는 제 2 유지 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유량계.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 도관,
    상기 도관 가까이에 제 1 부착 수단으로 고정되며, N극이 상기 도관을 향하도록 또는 반대 방향을 향하도록 배치된 제 1 자석,
    상기 제 1 자석이 배치되는 도관의 반대 방향에서 상기 도관 가까이에 제 2 부착 수단으로 고정되며, N극이 상기 제 1 자석이 배치되는 방향과 동일한 방향으로 배치되는 제 2 자석을 더 포함하는 것을 특징으로 유량계.
  9. 제 8 항에 있어서,
    회로 보드, 상기 회로 보드에 부착되는 두 개의 선형 홀 효과 센서, 제어 수단과 함께 상기 회로 보드에 부착되고, 상기 선형 홀 효과 센서에 5V 전압을 제공하도록 배선된 전압 조정기를 더 포함하고,
    상기 회로 보드는 상기 도관 가까이에서 유지 수단을 통해 상기 제 1 자석과 상기 도관 사이에 유지되는 것을 특징으로 하는 유량계.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 센서는 제 1 및 제 2 선형 홀 효과 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유량계.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 선형 홀 효과 센서는 회로 보드에 장착되는 것을 특징으로 하는 유량계.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 선형 홀 효과 센서는 상기 회로 보드의 대향하는 단부에 장착되는 것을 특징으로 하는 유량계.
  13. 제 6 항에 있어서,
    상기 선형 홀 효과 센서에 일정한 5V 전압을 제공하도록, 상기 선형 홀 효과 센서는 제어 수단과 함께 전압 조정기에 배선되는 것을 특징으로 하는 유량계.
  14. 제 5 항에 있어서,
    상기 파이프는 상기 자석 및 상기 센서가 고정되는 부분 가까이에 평평한 영역을 갖고, 상기 센서가 상기 자석 및 상기 자석의 자기력선을 검출할 수 있는 것을 특징으로 하는 유량계.
  15. 제 6 항에 있어서,
    선형 홀 효과 센서 및 히트 싱크를 더 포함하고,
    상기 선형 홀 효과 센서의 온도가 150℃ 미만으로 유지되도록 상기 선형 홀 효과 센서는 부착 수단을 통해 상기 히트 싱크에 부착되는 것을 특징으로 하는 유량계.
  16. 제 6 항에 있어서,
    선형 홀 효과 센서 및 미세 다공성 절연 패키지를 더 포함하고,
    상기 선형 홀 효과 센서의 온도가 150℃ 미만으로 유지되도록 상기 선형 홀 효과 센서는 상기 미세 다공성 절연 패키지로 패킹되는 것을 특징으로 하는 유량계.
  17. 제 6 항에 있어서,
    선형 홀 효과 센서 및 냉각팬을 더 포함하고,
    상기 선형 홀 효과 센서의 온도가 150℃ 미만으로 유지되도록 상기 선형 홀 효과 센서는 부착 수단을 통해 상기 냉각팬에 부착되는 것을 특징으로 하는 유량계.
  18. 제 3 항에 있어서,
    희토류 자석, 미세 다공성 절연 패키지를 더 포함하고,
    상기 희토류 자석이 퀴리점까지 가열되지 않도록 상기 희토류 자석은 상기 미세 다공성 절연 패키지로 패킹되는 것을 특징으로 하는 유량계.
  19. 도관내 전도성 유체의 흐름으로부터 자기력선의 비틀림을 측정하는 방법으로서,
    상기 도관과 인접하지만 상기 전도성 유체와는 접촉하지 않도록 자기장을 발산하는 자석을 배치하는 단계,
    상기 도관내에 상기 유체가 흐르는 경우, 상기 자석에 의해 생성된 자기력선의 비틀림을 감지하기 위한 센서를 제공하는 단계, 및
    상기 센서가 상기 자기력선의 비틀림을 감지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기력선의 비틀림 측정 방법.
  20. 내부에 전도성 유체가 흐르고, 상기 전도성 유체의 흐름에 의해 유도된 전압을 갖는 실질적으로 비자성인 도관,
    상기 유체의 흐름에 실질적으로 수직인 자기력선을 발산하는 자석, 및
    상기 전류에 의한 자기력선의 비틀림을 감지하는 센서를 갖는 유량계로서,
    상기 유체 및 상기 자석 사이에 상기 센서가 배치되고,
    상기 자석은 상기 센서가 상기 자기력선의 비틀림을 감지할 수 있도록 상기 센서에 대해 배치되며,
    상기 센서 및 상기 자석은 상기 유체에 인접하지만, 상기 유체와 물리적으로 접촉하지는 않는 것을 특징으로 하는 유량계.
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