KR20140044137A - 유량 측정 장치 - Google Patents

Abstract

유체의 압력을 회전 에너지로 변환시켜 유량 측정용 회전체를 회전시키는 방식으로 유량을 측정함으로써, 고압 라인에서도 정확하면서 안정적으로 유량측정이 가능하도록 한 유량 측정 장치가 개시된다.
개시된 유량 측정 장치는, 유체의 압력에 대응하게 회전하는 회전체와; 상기 회전체의 회전을 안내하고, 상기 회전체의 회전량을 검출하여 유량 측정값으로 출력하는 측정 몸체를 포함하고, 상기 회전체는, 유체에 의해 회전하는 원판과; 상기 원판에 형성되어 유체의 압력을 회전 에너지로 변환하여 상기 원판을 회전시키는 홀을 구비한다.

Description

유량 측정 장치{Flow meter}

본 발명은 유량 측정에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유체의 압력(유동 에너지)을 회전 에너지로 변환시켜 유량 측정용 회전체를 회전시키는 방식으로 유량을 측정함으로써, 고압 라인에서도 정확하면서 안정적으로 유량측정이 가능하도록 한 유량 측정 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 유량 측정 장치(유량계)는 기체 또는 액체가 단위시간에 흐르는 양(체적 또는 질량)을 측정하는 기기로서, 유체의 양을 체적으로 나타내는 유량계를 체적유량계라 하고, 질량으로 나타내는 유량계를 질량 유량계라 한다.

유량계의 종류는 매우 많아, 유체의 종류나 측정조건, 사용목적 등에 따라 적절한 선택이 필요하며, 이하 대표적인 유량계를 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 임펠러 유량계(vane-wheel flow meter)는 유체의 유입 속도를 임펠러의 회전으로 바꾸고 적산하여 유량을 측정하는 기기로서, 구조가 간단하고, 내구성도 풍부하나, 점도 및 감도가 조금 떨어지는 단점이 있다.

외부 부착식(Clamp-on type) 초음파유량계는 유속에 의한 초음파의 전파 속도의 변화를 시간차, 위상차, 도플러 효과 등에 의해 측정하는 기기로서, 휴대용 타입이라 휴대가 가능하고, Different pressure가 없고 다양한 서비스에 적용가능하다는 장점이 있다.

용적식(Positive Displacement) 유량계는 로터와 케이스, 피스톤과 실린더 등을 이용하여 유체를 일정 용적 내에 가두어 넣고, 방출하기를 반복하여 단위 시간당의 횟수에서 유량을 측정하는 기기로서, 정밀도가 높고 직관거리(straight run) 요구 조건이 없고 고점도에서도 사용 가능하다는 장점이 있다.

자기식(magnetic) 유량계는 자력을 응용한 유량계로서, 액체가 자계를 끊음에 의해 생기는 유기 전압을 이용하여 액체의 유량을 측정하는 방식으로서, 미세 전류가 흐를 수 있는 곳이면 어는 곳이나 적용 가능하다는 장점이 있으며, 가동부가 필요 없고, 압력 손실이 없으며, 유체의 전도율과 온도, 압력, 밀도, 점성도 등에 의존하지 않는 장점이 있다.

그러나 상기와 같은 종래의 유량계는 다음과 같은 문제점이 있다.

예컨대, 임펠러 타입 유량계는 가격이 저가이나 직관거리(straight run) 요구조건이 있고, 고압 라인에는 부적합하다는 단점이 있으며, 외부 부착식 초음파 유량계는 가격이 고가이고 정도(accuracy)가 낮고, 직관거리 요구 조건이 있다는 단점이 있다.

아울러 용적식 유량계는 대구경에서는 원재료(raw material)의 소비량이 많아지고, 압력 변화(Different Pressure)가 크며, 이물질의 유입에 약하다는 단점이 있다.

또한, 자기식 유량계는 고압 라인에는 라이닝(lining) 손상 가능성이 크고, 전류가 흐를 수 없는 유체에는 적용 불가하며, 작은 사이즈일수록 성능 대비 가격이 높아지는 단점이 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 유량계에서 발생하는 제반 문제점을 해결하고, 자가이면서도 구성이 간단하고 고압 라인에서도 정확하면서 안정적으로 유량 검출을 할 수 있도록 하기 위해 제안된 것으로서,

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 유체의 압력(유동 에너지)을 회전 에너지로 변환시켜 유량 측정용 회전체를 회전시키는 방식으로 유량을 측정함으로써, 고압 라인에서도 정확하면서 안정적으로 유량측정이 가능하도록 한 유량 측정 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 하나의 회전체(디스크)에 홀(hole)을 형성시키고, 유체가 홀 내의 접촉부분에 접촉하면서 관성의 법칙에 의해 홀 내부를 밀어주는 방식으로 회전체를 회전시켜 유량을 측정할 수 있도록 한 유량 측정 장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 과제들을 해결하기 위한 본 발명에 따른 "유량 측정 장치"는,

유체의 압력에 대응하게 회전하는 회전체와;

상기 회전체의 회전을 안내하고, 상기 회전체의 회전량을 검출하여 유량 측정값으로 출력하는 측정 몸체를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 회전체는,

유체에 의해 회전하는 원판과;

상기 원판에 형성되어 유체의 압력을 회전 에너지로 변환하여 상기 원판을 회전시키는 홀을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 홀은,

내부에 유체가 통과할 경우 유체의 압력이 관성의 법칙에 의해 작용하도록 경사지게 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 홀은 내부에 유체가 통과할 경우 유체의 압력이 관성의 법칙에 의해 작용하여 회전 에너지로 변환되도록 굽어지게 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 측정 몸체는 상기 회전체의 회전을 가이드 해주는 제1 안내 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 유량 측정 장치는,

상기 회전체가 고압에 의해 후방으로 밀리는 것을 방지하는 회전체 지지수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 측정 몸체는 상기 회전체 지지수단의 회전을 안내해주는 제2 안내 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 측정 몸체는 소정 위치에 장착되어, 상기 회전체의 회전량을 검출하는 유량 측정 센서가 구비된 것을 특징으로 한다.

상기 유량 측정 센서는 상기 회전체의 회전량을 비접촉식으로 검출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 유체의 압력을 회전 에너지로 변환시켜 유량 측정용 회전체를 회전시키는 방식으로 유량을 측정함으로써, 고압 라인에서도 정확하면서 안정적으로 유량측정이 가능한 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 유량 측정 장치의 분해 사시도이고,
도 2는 본 발명에 따른 유량 측정 장치의 결합 사시도이고,
도 3은 본 발명에 따른 유량 측정 장치의 단면도이고,
도 4는 본 발명에 따른 유량 측정 장치의 하우징 사시도이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명하기에 앞서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명에 따른 유량 측정 장치의 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 유량 측정 장치의 결합 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 유량 측정 장치의 단면도이다.

이에 도시된 바와 같이, 유체의 압력에 대응하게 회전하는 회전체(110)와; 상기 회전체(110)의 회전을 안내하고, 상기 회전체(110)의 회전량을 검출하여 유량 측정값으로 출력하는 측정 몸체(120)가 구비된다.

부가적으로 상기 측정 몸체(120)에는 상기 회전체(110)가 고압에 의해 후방으로 밀리는 것을 방지하는 회전체 지지수단(130)이 결합하며, 상기 회전체(110)와 측정 몸체(120) 및 회전체 지지수단(130)은 하우징(140)에 내장되어 보호된다.

상기 회전체(110)는 유체에 의해 회전하는 원판(111)과; 상기 원판(111)에 형성되어 유체의 압력을 회전 에너지로 변환하여 상기 원판(111)을 회전시키는 홀(112)이 구비된다. 이러한 홀(112)은 복수로 구성되는 것이 바람직하다.

특히, 홀(112)은 내부에 유체가 통과할 경우 유체의 압력이 관성의 법칙에 의해 작용하여 원판(111)을 회전하도록 경사지게 형성되거나, 굽어지게 형성되거나 스파이럴 형상으로 형성하는 것이 바람직하다. 여기서 홀(112)의 형상은 상기와 같은 형상 이외에 유체가 홀(112)을 바로 관통하지 않고 홀(112) 내부의 벽에 압력을 가할 수 있는 다양한 형상으로 구현할 수 있다.

이러한 회전체(110)는 상기 측정 몸체(120)에 억지 끼움 방식으로 결합하거나, 측정 몸체(120)에 결합부를 형성하여, 상기 회전체(110)가 회전 가능하도록 결합하는 것이 바람직하다.

여기서 측정 몸체(120)는 상기 회전체(110)의 회전을 가이드 해주는 제1 안내 수단(121)과, 상기 회전체 지지수단(130)의 회전을 안내해주는 제2 안내 수단(122)이 형성된다. 여기서 제1 및 제2 안내수단(121)(122)은 회전체(110) 및 회전체 지지수단(130)의 회전을 가이드 할 수 있으면 어느 것으로 구현하여도 되나, 본 발명에서는 실시 예로서 롤 베어링(roll bearing)으로 구현하였다.

또한, 측정 몸체(120)의 소정 위치에는 상기 회전체(110)의 회전량을 검출하는 유량 측정 센서(123)가 구비되며, 이러한 유량 측정 센서(123)는 접촉 방식 센서를 사용할 경우 수명에 영향을 미칠 수 있기 때문에, 비접촉식 센서를 이용하는 것이 바람직하다. 비접촉 방식의 센서로서는 홀 센서, 근접 센서 등 다양한 센서로 구현할 수 있다. 근접 센서로서는 전자 유도에 의해 검출 대상이 되는 금속체에 발생하는 과전류를 이용하는 방식, 검출체의 접근으로 전기적 용량의 변화를 추구하는 방식, 자석이나 리드 스위치를 이용하는 방식 등 다양하다. 이를 위해서 회전체(110)에 홈을 파서 금속 체를 삽입하고, 몸체의 소정 위치에 검출 장치를 장착시키고, 회전체(110)가 회전하면서 금속 체가 검출장치에 근접할 경우 검출장치에서 회전을 검출하여 전기적인 신호로 변환을 하고, 그 변환한 전기적인 신호를 펄스 형태로 가공한 후 그 펄스 개수를 카운트하여 회전수를 인식하는 방식이다. 이후 검출신호 처리장치에서 상기 회전수를 유량으로 환산함으로써, 유량을 측정하게 된다.

아울러 회전체 지지수단(130)은 내륜(131)과 외륜(132)으로 이루어지고, 내륜(131)과 외륜(132) 사이에는 회전이 원활해지도록 볼 베어링이 구비되며, 외륜(132)은 상기 측정 몸체(120)에 형성된 제2안내 수단(122)에 결합되어, 회전을 하게 된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 유량 측정장치는, 측정 수단이 내장된 하우징(140)을 유체가 흐르는 곳에 고정 장착한다. 예컨대, 유체가 흐르는 관내에 하우징(140)을 고정 장착하게 된다.

이후 관내로 유체가 흐르게 되면 상류에 위치한 회전체(110)의 홀(112) 내로 유체가 흐르게 되는 데, 이때 홀(112)의 형상이 경사지거나 굽어지거나 스파이럴 등의 형상으로 인해, 홀(112) 내의 벽에 유체가 부딪치게 된다. 이때 홀(112) 내벽에는 유체에 의한 압력이 가해지고, 압력이 가해지는 부분은 관성의 법칙에 의해 회전 에너지로 변환되어 회전체(110)를 회전시키게 된다.

여기서 홀의 경사각이나 굽힘의 정도, 크기에 따라 압력 및 점도의 상태가 달라지므로, 이러한 홀의 경사각이나 굽힘의 정도, 크기를 적절하게 조절하여 적용 상태를 조절하게 된다.

회전 에너지에 의해 회전체(110)가 회전을 하면 측정 몸체(120)에 롤 베어링으로 이루어진 제1 안내 수단(121)이 연동하여 회전을 하게 되고, 측정 몸체(120)의 소정 위치에 장착된 유량 측정 센서(123)에 의해 제1 안내 수단(121)의 회전을 검출하게 된다. 즉, 회전체(110)의 회전을 검출하게 된다. 여기서 도면에는 도시하지 않았지만 상기 유량 측정 센서(123)는 검출한 유량 측정 신호를 신호 처리 장치에 전달하기 위한 신호 전달 케이블이 연결된다. 따라서 유량 측정 센서(123)는 상기 회전체(110)의 회전을 검출하여 전기적인 신호로 변환을 하게 되고, 이렇게 변환한 전기적인 신호는 상기 신호 전달 케이블을 통해 원격에 위치한 신호 처리 장치에 전달된다.

원격에 위치한 신호 처리 장치는 상기 신호 전달 케이블을 통해 전달되는 아날로그 유량 검출 신호를 샘플링하여 디지털 신호로 변환을 하게 된다. 따라서 유량 검출 신호를 디지털 신호로 변환을 하면 펄스 형태가 되고, 이렇게 변환된 펄스를 카운트하여 회전수를 검출하고, 이를 유량으로 환산하면 관내에 흐르는 유량을 정확하게 측정할 수 있다. 이때 회전체(110)의 회전 속도는 유량에 비례한다.

한편, 본 발명은 상기와 같은 유량 측정 장치를 고압 라인에 사용하기 위해서 상기 측정 몸체(120)의 제2 안내수단(122)에 회전체 지지수단(130)을 결합한다. 이러한 회전체 지지수단(130)은 실제 회전체(110)와 거의 근접하거나 회전체(110)에 접촉하여, 상기 회전체(110)가 고압에 의해 뒤로 밀려 관내에 회전체가 떠도는 등의 문제를 방지하는 역할을 한다. 예컨대, 회전체 지지수단(130)은 상기 회전체(110)가 고압에 의해 뒤로 밀리는 것을 방지하게 되는 것이다.

여기서 회전체 지지수단(130)은 상기 회전체(110)와 비 접촉된 경우에는 회전되지 않게 되며, 상기 회전체(110)와 접촉된 경우에는 회전체(110)의 회전과 연동하여 회전을 하게 된다. 이때 회전체 지지수단(130)은 상기 제2 안내수단(122)을 따라 회전을 하게 된다.

이러한 본 발명은 정용량형 유량계이기 때문에 정도가 높고, 고압 라인에도 안정적으로 사용이 가능하며, 회전체에 형성된 홀의 형상에 따라 다양한 상태에 적용이 가능하고, face to face가 다른 유량계에 비해 작으며, 별도의 직관거리 요구 조건이 없다는 등의 장점이 있다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

110… 회전체
111… 원판
112… 홀
120… 측정 몸체
121… 제1 안내수단
122… 제2 안내수단
123… 유량 측정 센서
130… 회전체 지지수단
131… 내륜
132… 외륜
140… 하우징

Claims (10)

1. 유체의 압력에 대응하게 회전하는 회전체(110)와;
   상기 회전체(110)의 회전을 안내하고, 상기 회전체(110)의 회전량을 검출하여 유량 측정값으로 출력하는 측정 몸체(120)를 포함하는 것을 특징으로 하는 유량 측정 장치.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 회전체(110)는,
   유체에 의해 회전하는 원판(111)과;
   상기 원판(111)에 형성되어 유체의 압력을 회전 에너지로 변환하여 상기 원판(111)을 회전시키는 홀(112)을 포함하는 것을 특징으로 하는 유량 측정 장치.
   
3. 청구항 2에 있어서, 상기 홀(112)은,
   내부에 유체가 통과할 경우 유체의 압력이 관성의 법칙에 의해 회전 에너지로 변환되도록 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 유량 측정 센서.
   
4. 청구항 2에 있어서, 상기 홀(112)은,
   내부에 유체가 통과할 경우 유체의 압력이 관성의 법칙에 의해 회전에너지로 변환되도록 굽어지게 형성된 것을 특징으로 하는 유량 측정 센서.
   
5. 청구항 1에 있어서, 상기 측정 몸체(120)는 상기 회전체(110)의 회전을 가이드 해주는 제1 안내 수단(121)을 포함하는 것을 특징으로 하는 유량 측정 장치.
   
6. 청구항 1에 있어서, 상기 측정 몸체(120)는 상기 회전체 지지수단(130)의 회전을 안내해주는 제2 안내 수단(122)을 포함하는 것을 특징으로 하는 유량 측정 장치.
   
7. 청구항 6에 있어서, 상기 측정 몸체(120)는 소정 위치에 장착되어, 상기 회전체(110)의 회전량을 검출하는 유량 측정 센서(123)를 포함하는 것을 특징으로 하는 유량 측정 장치.
   
8. 청구항 7에 있어서, 상기 유량 측정 센서(123)는 상기 회전체(110)의 회전량을 비접촉식으로 검출하는 것을 특징으로 하는 유량 측정 장치.
   
9. 청구항 1에 있어서, 상기 회전체(110)가 고압에 의해 후방으로 밀리는 것을 방지하는 회전체 지지수단(130)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유량 측정 장치.
   
10. 청구항 9에 있어서, 상기 회전체 지지수단(130)은 상기 회전체(110)와 이격되거나 상기 회전체(110)와 접촉되게 구성된 것을 특징으로 하는 유량 측정 장치.
    
    

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