KR20160058406A - 유량측정 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유량측정 장치 및 유량측정 장치를 이용한 유량 측정 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 개방유로에 유량측정 장치 설치시 발생되는 유체의 흐름 및 압력의 변화에 대한 보상값을 입력하여 정확한 유량을 측정하는, 유량측정장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

유량측정 장치 및 방법{Apparatus for flow measurement and method}
본 발명은, 유량측정 장치 삽입 시 발생되는 압력분포 및 유체 흐름에 의한 오차값의 보정이 가능한 유량측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
종래의 유량측정 장치는 배관이나 튜브 등 폐쇄된 유로에 흐르는 유체의 양을 측정하기 위하여 개발되었다.
도 1에서는 상기와 같은 종래의 유량측정 장치에 대하여 도시하고 있다.
도 1을 참조하여 설명하면, 종래의 유량측정 장치는 콘이 유체의 흐름 방향으로 지름이 점점 커지는 확대 경사부와 지름이 급격히 작아지는 축소 경사부로 이루어지며, 축소 경사부의 끝 부분에 전압구멍이 형성되고, 전압구멍이 배관의 중심에 위치되도록 콘은 지지튜브에 의해 지지되고, 전압구멍은 지지 튜브의 전압통로를 통해 배관 외부로 연결되며, 전압구멍과 정압구멍을 통해 검출된 배관 내에 흐르는 유체의 유체 전압과 유체 정압이 차압 전송기로 보내져 차압 신호로 출력되고, 플로우 컴퓨터에서 차압 신호의 유체전압과 유체 정압의 압력차를 이용하여 유량을 측정한다.
그러나, 상기에 기재된 종래의 유량측정 장치는 폐쇄된 유로를 흐르는 유체의 양을 측량하기에 적당하지만 측정 장소 및 환경에 대응이 어려워 개방된 유로에서 유체의 양을 측정 시 구조물 개입에 의한 압력분포 및 유체 흐름의 변동에 의해 발생되는 압력의 오차를 보정하기 어렵다는 단점을 가진다.
상기와 같은 단점을 해소하고자 작은 면적의 유속 측정을 위한 피토관이나 물체의 삽입이 없는 LDV, PIV 등 광학적 기법을 적용하여 측정 유로 내 한 지점 이상의 유속을 측정하고 면적으로 나누는 유량 산출 방법을 사용하였으나, 이러한 방법은 시간이 오래 걸릴 뿐만 아니라 적용환경이 다양한 산업분야에 적용하기 어렵다는 것은 부정할 수 없는 사실이다.
상기와 같은 종래의 유량측정 장치가 가지고 있는 문제점을 해결하고자, 압력 측정을 위하여 구비되는 유량측정 장치가 구비되어 변화되는 압력분포 및 유체 흐름에 맞춰 대응하여 유량측정 장치 구비 시 발생되는 오차값을 최소화 할 수 있는 유량 측정 장치의 필요성이 대두되고 있다.
한국공개특허 제2013-0058354호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 유량측정 장치 설치 시 발생되는 유체 흐름 및 압력분포의 변화에 대응하여 유량측정 시 발생되는 오차를 최소화 하는 것이 가능한 유량측정 장치 및 이를 이용한 유량측정 방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명인 유량측정 장치는, 관형의 포집기(100); 상기 포집기(100)에 구비되어 상기 포집기(100)를 통과하는 유체의 유량을 측정하는 유량계(200); 상기 포집기(100)의 내부를 흐르는 유체의 압력을 측정하는 제1 압력 측정부(310)와 상기 포집기(100)의 외부에 흐르는 유체의 압력을 측정하는 제2 압력 측정부(320)를 포함하는 차압계(300); 및 상기 차압계(300)와 연동되어 상기 포집기(100)의 내부 압력을 조절하는 압력조절부(400);를 포함하며, 상기 압력조절부(400)는 상기 포집기(100) 내부의 압력을 조절하여 상기 제2 압력 측정부(320)에서 측정된 압력값과 상기 제1 압력 측정부(310)에서 측정되는 압력값의 차를 0에 근접시키는 것을 특징으로 하는, 유량측정 장치.
또한, 상기 차압계(300)는, 상기 제1 압력 측정부(310)와 상기 제2 압력 측정부(320)는 유체가 유입되는 상기 포집기(100)의 입구에 구비되는 것을 특징으로 하는, 유량측정 장치.
또한, 상기 차압계(300)는, 상기 제1 압력 측정부(310)와 상기 제2 압력 측정부(320)가 상기 포집기(100)에 대칭되게 형성되는 것을 특징으로 하는, 유량측정 장치.
또한, 상기 압력조절부(400)는, 압력조절 밸브(410) 또는 압력조절 펌프(420)인 것을 특징으로 하는, 유량측정 장치.
또한, 상기 압력조절부(400)는, 상기 포집기(100)의 입구와 상기 유량계(200)의 사이 또는 상기 유량계(200) 이후에 형성되는 상기 포집기(100)에 구비되는 것을 특징으로 하는, 유량측정 장치.
또한, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명인 유량측정 장치를 이용한 유량측정 방법은, 내부에 유로(110)가 형성된 관형의 포집기(100)에 상기 유로(110)를 통과하는 유체의 유량 측정을 위한 유량계(200)를 설치하는 유량계 설치 단계(S10); 상기 유로(110)를 흐르는 유체의 압력을 조절하는 압력조절부(400)를 설치하는 압력조절부 설치 단계(S20); 상기 유로(100)를 흐르는 유체의 압력값과 상기 포집기(100)의 외부 압력값의 차이를 차압계(300)로 측정하는 차압 측정 단계(S30); 상기 유로(110)를 흐르는 유체의 유량을 제어하여 상기 유로(110)를 흐르는 유체의 압력값을 상기 포집기(100)의 외부를 흐르는 유체의 압력값에 근접 시키는 압력 조절 단계(S40); 상기 유량계(200)로 상기 유로(110)를 흐르는 유체의 유량을 측정하는 유량 측정 단계(S50); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 차압계(300)는, 상기 유로(110)의 압력을 측정하는 제1 압력 측정부(310)와, 상기 포집기(100) 외부의 압력을 측정하는 제2 압력 측정부(320), 및 상기 제1 압력 측정부(310)와 상기 제2 압력 측정부(320)에서 측정되는 압력의 차이가 0에 근접되도록 상기 압력 조절부(400)를 제어하는 제어부(330)를 포함하는 것을, 유량측정 장치를 이용한 유량 측정 방법.
또한, 상기 차압계(300)는 상기 제1 압력 측정부(310) 및 상기 제2 압력 측정부(320)가 유체가 유입되는 상기 포집기(100)의 입구에 구비되는 것을 특징으로 하는, 유량측정 장치를 이용한 유량 측정 방법.
상기와 같은 구성에 의한 본 발명인 유량측정 장치 및 이를 이용한 유량 측정 방법은, 포집기 내부의 압력과 외부의 압력을 측정하여 포집기 내부의 압력값을 포집기 외부의 압력값과 일치 시킴으로써 유량 측정기의 내부의 기하구조에 의한 압력강하 효과로 포집배관에 유입되는 유체의 양이 저하되는 현상과, 유량 측정장치 설치에 따라 발생되는 압력분포 및 유체 흐름의 변화로 발생되는 오차를 최소화 한다는 장점을 가진다.
또한, 상기와 같은 이유로 발생되는 오차를 해소하기 위하여 소형의 유량 측정 장치로 다수개의 지점을 측정하여 면적으로 나누는 종래의 유량 측정 방법에 비하여 시간이 적게 소요된다는 효과를 가진다.
따라서, 개방 유로에서 정확한 유량 산출이 어려워 일정한 오차값을 변수로 두고 계산하여 높은 안전율로 제작되어야 하던 다양한 산업 장치들이 낭비가 없는 적합한 구조를 가질 수 있게 한다는 장점을 가진다.
도 1은 종래의 유량측정 장치를 나타낸 사시도.
도 2는 유량측정 장치를 나타낸 개념도(유량계 전단에 압력조절부 구비시).
도 3은 유량측정 장치를 나타낸 개념도(유량계 후단에 압력조절부 구비시)
도 4는 유량측정 장치를 이용한 유량측정 방법을 나타낸 순서도.
이하, 상기와 같은 본 발명인 유량측정 장치(1000)에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2를 참조하여 설명하면, 상기 유량측정 장치(1000)는 유체가 유입되는 포집기(100)와, 상기 포집기(100)의 내부를 흐르는 유체의 유량을 측정하는 유량계(200)와, 상기 포집기(100) 내부를 흐르는 유체의 압력 및 포집기(100)의 외부를 흐르는 유체의 압력의 차이를 측정하는 차압계(300), 및 상기 차압계(300)에서 측정된 압력 값에 대응하여 포집기(100) 내부의 유체 압력을 조절하는 압력 조절부(400)를 포함하여 이루어진다.
이때, 상기 포집기(100)는 측정하고자 하는 일정 면적의 유체를 포집하기 위한 포집 장치로써, 일정 면적의 유체를 포집하기 위하여 내부가 길이방향으로 천공되어 유로(110)가 형성된다.
또한, 상기 유로(110)를 흐르는 유체의 유량을 측정하기 위하여 상기 포집기(100)상에 유량계(200)가 설치되는데 유량계(200)는 유로(110)를 흐르는 유체의 유량을 정확히 측정하면 충분하므로, 자력식 또는 서보식과 같은 용적식 유량계나, 차압과 면적 전자 초음파 등이 이용되는 추측식 유량계 또는 질량 유량계 등 다양한 유량계가 사용 가능하므로 한정하지 않는다.
이때, 상기 유량측정 장치(1000)는 개방된 유로의 일정 면적을 흐르는 유체의 유량을 측정하기 위하여 설치되기 때문에, 상기 유량측정 장치(1000)가 설치되면서 주변계의 압력분포 및 유체흐름의 환경이 달라지고, 상기 포집기(100)의 내부에 상기 유량계(200)가 삽입되면서 상기 유로(110)의 내부가 기하구조가 되면서 압력왜곡 현상이 발생하므로 유량측정 장치(1000)가 설치되기 전의 유체 유동량의 참값을 얻기가 어려워진다.
따라서, 상기와 같이 유량측정 장치(1000)가 설치되며 발생되는 오차값을 보정해주기 위하여 유량측정 장치(1000)는 선택되는 위치에 상기 차압계(300)와 상기 압력 조절부(400)가 구비된다.
또한, 상기 차압계(300)는 상기 포집기(100)의 내부에 흐르는 유체의 압력을 측정하는 제1 압력 측정부(310)와, 포집기(100)의 외부를 흐르는 유체의 압력을 측정하는 제2 압력 측정부(320)와, 제1 압력 측정부(310) 및 제2 압력 측정부(320)와 연결되어 상기 압력 조절부(400)를 제어하는 제어부(330)를 포함하여 이루어진다.
즉, 상기 제어부(330)는 상기 압력 조절부(400)를 제어하여 상기 제1 압력 측정부(310)에서 측정된 압력값이 상기 제2 압력 측정부(320)에서 측정되는 압력값에 근접하도록 변화 시키는 것이다.
이때, 상기 제어부(330)에 의해 제어되는 상기 압력 조절부(400)는 상기 유로(110)를 흐르는 유체의 압력을 제어가 가능한 다양한 장치가 사용되는 것이 가능하지만, 원활한 압력 조절을 위하여 압력조절 밸브(410)와, 압력조절 펌프(420)를 사용하는 것을 권장한다.
상세히 설명하면, 상기 제1 압력 측정부(310)에서 측정된 압력값이 상기 제2 압력 측정부(320)에서 측정된 압력값 보다 높을 경우, 상기 압력조절 펌프(420)를 이용하여 상기 유로(110)를 흐르는 유체를 빨아들이거나 상기 압력조절 밸브(410)를 이용하여 유로(110)의 단면적을 좁혀줌으로써 유로(110)를 흐르는 유체의 유속을 상승시켜 압력을 저하시키는 것이다.
또한, 도면상에는 도시되지 않았지만 상기 제1 압력 측정부(310) 및 제2 압력 측정부(320)가 상기 포집기(100) 내부에 구비되어 유체가 유입되는 포집기(100)의 입구에서 발생되는 공기의 유동에 영향을 받지 않고 압력을 측정하는 구조로 형성되는 것이 가능하다.
상세히 설명하면, 상기 제1 압력 측정부(310) 및 제2 압력 측정부(320)는 상기 포집기(100)에 길이 방향으로 각각의 측정 장소의 유체가 유입되는 통로가 형성되어 유체가 유입되는 통로에 구비되는 각 압력 측정부(310, 320)에서 유체의 압력을 측정하는 것이다
이때, 유체가 유입되는 통로는 다양한 형상이 가능하지만 상기 포집기(100)의 입구에서 발생되는 유체의 유동에 영향을 적게 받기 위하여 'ㄱ'자 형상으로 형성되는 것을 권장한다.
도 3을 참조하여 설명하면 상기 압력조절 밸브(410) 및 압력조절 펌프(420)는 유체가 유입되는 상기 포집기(100)의 입구와 상기 유량계(200)의 사이에 구비되는 방법 외에도 상기 유량계 이후에 형성된 상기 포집기(100)에 형성되어 상기 유로(110)를 흐르는 유체의 압력을 조절하는 것도 가능하다. 즉, 상기 압력 조절부(400)는 상기 제어부(330)의 제어에 의해 유로(110)를 흐르는 유체의 압력을 조절하면 충분하므로 위치는 한정되지 않는 것이다.
도4 에서는 본 발명인 유량측정 장치를 이용한 유량측정 방법의 개념도를 도시하였다.
도 2 내지 도 4를 참조하여 서명하면, 본 발명인 유량측정 장치를 이용한 유량측정 방법은,
관형의 포집기(100)에 형성된 유로(110)를 흐르는 유체의 압력값과 상기 포집기(100)의 외부 압력값의 차이를 차압계(300)로 측정하는 차압 측정 단계(S10)로 시작된다.
이때, 상기 차압계(300)는 상기 유로(110)로 유입되는 유체의 압력값과 상기 포집기(100)의 외부의 압력값을 측정하여 외부의 압력값과 유로(110)의 압력값의 차를 측정하기 위하여 구비되기 때문에, 유로(110)를 흐르는 유체의 압력값을 측정하는 제1 압력 측정부(310)와 상기 포집기(100)의 외부 유체의 압력값을 측정하는 제2 압력 측정부(320)로 분리되어 설치된다.
또한, 상기 제1 압력 측정부(310) 및 제2 압력 측정부(320)는 상기 포집기(100)의 다양한 위치에 설치되는 것이 가능하지만 유로(110) 내부로 유입되는 유체의 정확한 압력 값을 측정하기 위하여 유체가 유입되는 포집기(100)의 입구에 설치되는 것을 권장한다.
이후, 상기 유로(110)를 흐르는 유체의 유량을 제어하여 상기 유로(110)를 흐르는 유체의 압력값을 상기 포집기(100)의 외부를 흐르는 유체의 압력값에 근접 시키는 압력 조절 단계(S20)가 이루어진다.
상세하게 설명하면, 상기 압력 조절 단계(S20)는 상기 제1 압력 측정부(310) 및 제2 압력 측정부(320)에서 측정되는 각각의 압력값의 차를 0에 근접하는 단계이다.
즉, 상기 압력 조절 단계(S20)에 의해 상기 포집기(100) 외부의 압력값에 유로(110)를 흐르는 유체의 압력값이 근접하게 되어 유로(110)를 흐르는 유체의 양이 유량측정 장치가 설치되기 전의 참값에 근접하게 되는 것이다.
이때, 상기 유로(110)를 흐르는 유체의 압력값을 조절하는 방법은 압력조절 밸브(410)를 이용하여 유로(110)의 단면적을 조절함으로써 유로(110)를 흐르는 유체의 이동속도를 조절하는 방법, 압력조절 펌프(420)를 이용하여 유로(110)를 흐르는 유체의 이동 속도를 조절하는 방법 등 다양한 방법이 가능하므로 한정하지 않는다.
또한, 상기 차압 측정 단계(S10)와 상기 압력조절 단계(S20)는 유량측정에 사용되는 상기 포집기(100)와, 상기 유량계(200), 상기 차압계(300), 상기 압력조절 밸브(410) 및 압력조절 펌프(420) 등 유량측정에 사용되는 모든 장치가 구비된 후 이루어 져야 한다.
상세히 설명하면, 유량 측정 및 제어에 사용되는 장치가 구비된 후 상기 차압 측정 단계(S10)가 실행됨으로써, 유량 측정 및 제어를 위하여 구비되는 각각의 장치의 형상에 따라 유체의 흐름이 변화되거나, 상기 유로(110) 내부의 구조가 기하학인 형상으로 변형되어 유로(110) 내부의 압력이 변화되는 것을 방지하는 것이다.
따라서, 상기 압력조절 밸브(410) 및 압력조절 펌프(420)는 상기 차압 측정 단계(S10) 이전에 설치되는 것을 권장한다.
이후, 상기 유량계(200)를 이용하여 상기 유로(110)를 흐르는 유체의 압력값을 측정하는 유량 측정 단계(S30)가 이루어 짐으로써, 개방 유로에서의 정확한 유량 측정이 이루어진다.
본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.
1000 : 유량측정 장치
100 : 포집기
110 : 유로
200 : 유량계
300 : 차압계
310 : 제1 압력 측정부
320 : 제2 압력 측정부
330 : 제어부
400 : 압력 조절부
410 : 압력조절 밸브
420 : 압력조절 펌프

Claims (7)

  1. 관형의 포집기(100);
    상기 포집기(100)에 구비되어 상기 포집기(100)를 통과하는 유체의 유량을 측정하는 유량계(200);
    상기 포집기(100)의 내부를 흐르는 유체의 압력을 측정하는 제1 압력 측정부(310)와 상기 포집기(100)의 외부에 흐르는 유체의 압력을 측정하는 제2 압력 측정부(320)를 포함하는 차압계(300); 및
    상기 차압계(300)와 연동되어 상기 포집기(100)의 내부 압력을 조절하는 압력조절부(400);를 포함하는 것을 특징으로 하는, 유량측정 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 압력 측정부(310)와 상기 제2 압력 측정부(320)는 유체가 유입되는 상기 포집기(100)의 입구에 구비되는 것을 특징으로 하는, 유량측정 장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 압력조절부(400)는,
    압력조절 밸브(410) 또는 압력조절 펌프(420)인 것을 특징으로 하는, 유량측정 장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 압력조절부(400)는,
    상기 포집기(100)의 입구와 상기 유량계(200)의 사이 또는 상기 유량계(200) 이후에 형성되는 상기 포집기(100)에 구비되는 것을 특징으로 하는, 유량측정 장치.
  5. 관형의 포집기(100)에 형성된 유로(110)를 흐르는 유체의 압력값과 상기 포집기(100)의 외부 압력값의 차이를 차압계(300)로 측정하는 차압 측정 단계(S10);
    압력 조절부(400)를 이용하여 상기 유로(110)를 흐르는 유체의 압력값을 상기 포집기(100)의 외부를 흐르는 유체의 압력값에 근접 시키는 압력 조절 단계(S20);
    유량계(200)로 상기 유로(110)를 흐르는 유체의 유량을 측정하는 유량 측정 단계(S30); 를 포함하며,
    상기 차압계(300)는, 상기 유로(110)의 압력을 측정하는 제1 압력 측정부(310)와, 상기 포집기(100) 외부의 압력을 측정하는 제2 압력 측정부(320), 및 상기 제1 압력 측정부(310)와 상기 제2 압력 측정부(320)에서 측정되는 압력의 차이가 0에 근접되도록 상기 압력 조절부(400)를 제어하는 제어부(330)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 유량측정 장치를 이용한 유량 측정 방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 유량측정 장치를 이용한 유량 측정 방법은,
    상기 차압 측정 단계(10S) 이전에 상기 포집기(100)와, 상기 유량계(200), 상기 차압계(300), 및 상기 압력 조절부(400)가 구비되는 것을 특징으로 하는, 유량측정 장치를 이용한 유량 측정 방법.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 차압계(300)는,
    상기 제1 압력 측정부(310) 및 상기 제2 압력 측정부(320)가 유체가 유입되는 상기 포집기(100)의 입구에 구비되는 것을 특징으로 하는, 유량측정 장치를 이용한 유량 측정 방법.
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