KR20170062338A

KR20170062338A - 유랑계

Info

Publication number: KR20170062338A
Application number: KR1020150168028A
Authority: KR
Inventors: 손석호
Original assignee: 손석호
Priority date: 2015-11-27
Filing date: 2015-11-27
Publication date: 2017-06-07
Also published as: KR101966487B1

Abstract

본 발명은 유량계에 관한 것이다. 본 유량계는, 본체, 본체와 결합하는 본체 커버, 본체와 본체 커버 사이에 형성된 계량 공간에 축 결합되며, 상호 치합되어 회전하는 제1 및 제2 기어, 제1 기어의 회전에 연동하여 회전하는 자석, 및 본체 커버에 결합되며, 자석의 회전 각도 및 회전 방향에 대응하는 데이터를 출력하는 인코더부를 포함한다. 본 발명에 따르면, 계량 공간의 체적보다 작은 체적의 유량도 감지할 수 있다.

Description

유랑계{Flowmeter}

본 발명은 유랑계에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수의 홀 센서를 이용하여 정밀하게 유량을 측정할 수 있는 유량계에 관한 것이다.

유량계란, 관로, 개수로, 개수구 등을 흐르는 유체가 있는 단면을 단위 시간당 통과하는 양을 측정하는 계기이다. 유량은 질량 유량 Mkg/s, 또는 용적 유량 Q㎥/s 등으로 나타낼 수 있고, 밀도를 p라 하면, 질량 유량과 용적 유량의 상호환산은 M=pQ 가 된다. 일정 시간 사이에 통과한 유량의 총량을 적산 유량 V㎥라 한다.

유량계는 유량을 측정 또는 추정하는 방식에 따라, 차압 방식의 유량계, 유속 추정 방식의 유량계, 용적식 유량계, 유속 방식 유량계, 질량 유량 계측 방식의 유량계 등으로 분류할 수 있다.

차압 방식의 유량계에는 가변 면적식 유량계, 오리피스 유량계, 벤츄리 유량계 등이 있으며, 유속 추정 방식의 유량계에는 터빈 메타, 프로펠러 메타 등이 있다. 용적식 유량계에는 오발 기어식 유량계, 진동 피스톤식 유량계 등이 있으며, 유속 방식 유량계에는 볼텍스 유량계 등이 있다. 그리고, 질량 유량 계측 방식의 유량계에는 코리올리스 질량 유량계, 질량 유량계 등이 있다.

이러한 유량계는 각각의 장점과 단점이 있으며, 각기 특정 사용 목적에 부합하는 주문자 생산방식의 제품과 일반적인 소비자를 대상으로 하는 제품으로 개발되고 있다.

이와 같은 유량계 중에서 용적식 유량계는 한정된 체적의 계량실에 충진된 유체를 손실없이 입구에서 출구로 이송하면서 이송횟수에 의해 유량을 측정한다. 즉, 용적식 유량계는 한정된 체적의 계량실을 통과하는 단위 체적의 횟수에 상응하는 펄스를 출력하고, 이러한 펄스 출력을 단순한 카운팅 회로와 연동함으로 유량을 측정하는 구조이다.

그런데, 이와 같은 용정식 유량계는 단위 체적의 이송횟수를 카운팅하는 구조이므로, 단위 체적보다 작은 체적의 유량은 측정할 수 없다. 따라서, 정밀한 유량의 측정을 위해서는 계량실의 체적을 줄여야 하지만, 계량실의 체적을 줄이는 경우, 유량의 측정이 많은 시간이 소요된다. 또한, 대구경 배관에 적용되는 유량계의 경우에는 계량실의 체적을 줄이는데 한계가 있다.

따라서, 계량실의 체적을 변화시키지 않고도, 정밀하게 유량을 측정할 수 있도록 하는 방안을 고려해 볼 필요가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, 복수의 홀 센서를 이용하여 유량을 정밀하게 측정할 수 있는 유량계를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유량계는, 본체, 상기 본체와 결합하는 본체 커버, 상기 본체와 상기 본체 커버 사이에 형성된 계량 공간에 축 결합되며, 상호 치합되어 회전하는 제1 및 제2 기어, 상기 제1 기어의 회전에 연동하여 회전하는 자석, 및 상기 본체 커버에 결합되며, 상기 자석의 회전 각도 및 회전 방향에 대응하는 데이터를 출력하는 인코더부를 포함한다.

그리고, 상기 인코더부는, 상기 자석의 회전에 따라 변화하는 자기장의 세기를 감지하는 복수의 홀 센서, 상기 복수의 홀 센서에서 출력되는 신호를 결합하여, 상기 자석의 회전 각도 및 회전 방향에 대응하는 신호를 출력하는 신호 처리부, 및 상기 신호 처리부와 외부 기기와의 신호를 인터페이싱하는 인터페이스부를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 본체와 본체 커버 사이에 형성된 계량 공간에서 상호 치합되어 회전하는 한 쌍의 기어 중에서 어느 하나의 기어에 연동하여 회전하는 자석을 배치하고, 복수의 홀 센서를 이용하는 인코더부에서 자석의 회전 각도 및 회전 방향을 감지함으로써, 계량 공간의 체적보다 작은 체적의 유량도 감지할 수 있다. 따라서, 계량 공간의 체적이 커지더라도 유량을 정밀하게 측정할 수 있으므로, 유량의 측정 속도를 증가시킬 수 있다

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 유량계의 외형을 나타낸 도면,
도 2는 도 1에 도시한 유량계의 분해 사시도,
도 3 및 도 4는 도 1에 도시한 유량계의 단면도,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 유량계의 동작 방법에 대한 설명에 참조되는 도면,
도 6은 인코더부의 블럭 구성도,
도 7은 인코더부의 동작 방법에 대한 설명에 참조되는 도면이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 유량계의 외형을 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1에 도시한 유량계의 분해 사시도이고, 도 3 및 도 4는 도 1에 도시한 유량계의 단면도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 유량계(100)는 본체(110), 제1 기어(120), 제2 기어(125), 제1 기어축(130), 제2 기어축(135), 제1 내지 제4 기어 부싱(140a, 140b, 140c, 140d), 본체 커버(150), 제1 및 제2 오링(160, 165), 제3 내지 제6 오링(167a, 167b, 167c, 167d), 인코더부(170), 제1 내지 제6 볼트(180a, 180b, 180c, 180d, 180e, 180f), 제7 및 제8 볼트(185a, 185b), 제1 및 제2 워셔(190a, 190b), 및 제3 및 제4 워셔(195a, 195b)를 포함할 수 있다.

본체(110)는 본체 커버(150)가 결합하여 내부에 계량 공간을 형성하며, 계량 공간에는 유입구에서 유출구로 유량을 측정할 유체가 흐르게 된다. 본체(110) 내에 형성되는 개량 공간에는 제1 기어(120)와 제2 기어(125)가 배치되며, 제1 기어(120)와 제2 기어(125)는 상호 치합되며, 각각 제1 기어축(130) 및 제2 기어축(135)에 축 결합하여 회전 가능하게 설치된다.

제1 기어축(130) 및 제2 기어축(135)은, 제1 및 제2 워셔(190a, 190b), 제3 및 제4 워셔(195a, 195b), 및 제1 및 제2 볼트(180a, 180b)에 의해 본체(110)의 바닥에 고정된다. 제3 내지 제6 오링(167a, 167b, 167c, 167d)는 제1 및 제2 기어축(130, 135)과 제1 및 제2 볼트(180a, 180b)의 결합 부위를 밀폐하여 유체가 누출되는 것을 방지한다.

제1 내지 제4 기어 부싱(140a, 140b, 140c, 140d)은 제1 및 제2 기어(120, 125)의 회전을 원활하게 하며, 제1 및 제2 기어(120, 125)의 손상을 방지한다.

본체(110)의 상부에는 본체 커버(150)가 제3 내지 제6 볼트(180c, 180d, 180e, 180f)에 의해 결합되고, 본체 커버(150)의 상부에 인코더부(170)가 제7 및 제8 볼트(185a, 185b)에 의해 결합된다.

제1 오링(160)은 본체(110)와 본체 커버(150)의 결합 부위에 배치되고, 제2 오링(165)은 본체 커버(150)와 인코더부(170)의 결합 부위에 배치되어, 본체(110) 내부의 계량 공간을 밀폐하여, 본체(110) 내부를 흐르는 유체가 누출되는 것을 방지한다.

이와 같은 구성에서, 제1 기어(120)의 중심에는 자석(123)이 배치되고, 본체(110) 내부의 개량 공간에 흐르는 유체에 의해, 제1 기어(120)가 회전하면, 제1 기어(120)의 회전에 연동하여 자석(123)도 회전하게 된다. 이때, 인코더부(170)는 자석(123)의 의 회전 각도와 회전 방향을 감지할 수 있다.

그리고, 제1 및 제2 기어(120, 125)는 도시한 바와 같은, 오발 기어 형태 외에도 원형 기어나 루츠 기어 등을 사용할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 유량계의 동작 방법에 대한 설명에 참조되는 도면이다.

도 5를 참조하면, 도면에서 상부에 수직으로 놓인 제1 기어(120)는 회전 중심점을 기준으로 유입구와 유출구의 압력차에 의해 생성되는 회전모멘트가 상하 대칭이 되므로, 구동력이 발생하지 않는다. 그러나, 도면에서 하부에 수평으로 놓인 제2 기어(125)는 회전 중심을 기준으로 유입구 압력에 의한 모멘트가 유출구 압력에 의한 모멘트보다 크게 작용하여 하부측 수평으로 놓인 제2 기어(125)가 초기 구동력을 일으켜 반시계 방향으로 회전한다. 이후, 일정한 위상이 지난 후, 제1 기어(120)도 유체 압력에 의해 구동력이 발생하며, 일정 시간 후 제1 기어(120) 및 제2 기어(125)가 모두 구동력을 얻어 원활하게 회전을 하게 된다.

이 회전력에 의해 일정한 양의 유체가 본체(110) 내부 계량 공간을 통과하게 되며, 제1 기어(120)의 회전에 연동하여 자석(123)이 회전하게 되고, 인코더부(170)는 자석(123)의 회전 각도를 감지함으로써, 회전 각도에 따라 계량 공간을 통과한 유량을 정밀하게 측정할 수 있다.

도 6은 인코더부의 블럭 구성도이다.

도 6을 참조하면, 인코더부(170)는 제1 내지 제4 홀 센서(171a, 171b, 171c, 171d), 신호 처리부(173), 및 인터페이스부(175)를 포함할 수 있다. 이와 같은 구성요소들은 실제 응용에서 구현될 때 필요에 따라 2 이상의 구성요소가 하나의 구성요소로 합쳐지거나, 혹은 하나의 구성요소가 2 이상의 구성요소로 세분되어 구성될 수 있다.

제1 내지 제4 홀 센서(171a, 171b, 171c, 171d)는 홀 효과(Hall effect)를 이용하여, 자기장의 세기에 대응하는 크기의 전압을 출력할 수 있다. 홀 효과는 도체에 전류가 흐르는 상태에서 전류의 방향과 수직으로 자기장이 형성될 때, 전류가 흐르는 도체내에서 전류와 수직 방향으로 전위차가 발생하는 현상을 말한다.

신호 처리부(173)는 증폭기, 이득 제어기, A/D 컨버터 등을 포함하며, 제1 내지 제4 홀 센서(171a, 171b, 171c, 171d)에서 출력되는 사인 함수 형태나 코사인 함수 형태의 아날로그 신호를 설정된 모드에 따라 신호 처리한 디지털 신호를 출력한다. 그리고, 인터페이스부(175)는 신호 처리부(173)의 외부 기기를 인터페이싱하는 기능을 제공한다.

이와 같은 구성의 인코더부(170)를 본체 커버(150)의 상부에 배치하여, 제1 기어(120)의 중심에 배치된 자석(123)의 회전 각도와 회전 방향 등을 감지할 수 있다.

도 7은 인코더부의 동작 방법에 대한 설명에 참조되는 도면이다.

도 7을 참조하면, 제1 내지 제4 홀 센서(171a, 171b, 171c, 171d)는 제1 기어(120)의 회전에 따라 자석(123)이 중심축을 기준으로 회전하는 경우, 각각 사인 함수 형태의 전압과 코사인 함수 형태의 전압을 출력할 수 있다.

따라서, 두 개의 홀 센서가 출력하는 전압을 결합하면, 이들 출력 전압의 차를 구할 수 있고, 이에 의해 자석(123)의 회전 각도(ω)와 회전 방향을 파악할 수 있다.

이에 따라, 인코더부(170)는 제1 기어(120)의 회전 각도를 감지할 수 있으므로, 회전 각도에 따라 계량 공간보다 작은 체적의 유량도 측정할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 유량계는 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.

110 : 본체 150 : 본체 커버
170 : 인코더부

Claims

본체;
상기 본체와 결합하는 본체 커버;
상기 본체와 상기 본체 커버 사이에 형성된 계량 공간에 축 결합되며, 상호 치합되어 회전하는 제1 및 제2 기어;
상기 제1 기어의 회전에 연동하여 회전하는 자석; 및
상기 본체 커버에 결합되며, 상기 자석의 회전 각도 및 회전 방향에 대응하는 데이터를 출력하는 인코더부를 포함하는 유량계.
제1항에 있어서,
상기 인코더부는,
상기 자석의 회전에 따라 변화하는 자기장의 세기를 감지하는 복수의 홀 센서;
상기 복수의 홀 센서에서 출력되는 신호를 결합하여, 상기 자석의 회전 각도 및 회전 방향에 대응하는 신호를 출력하는 신호 처리부; 및
상기 신호 처리부와 외부 기기와의 신호를 인터페이싱하는 인터페이스부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유량계.
제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 기어는, 오발 기어, 원형 기어, 루츠 기어 중 어느 하나의 형태인 것을 특징으로 하는 유량계.
제1항에 있어서,
상기 자석은 상기 제1 기어의 회전축 중심에 배치되는 것을 특징으로 하는 유량계.
제1항에 있어서,
상기 인터페이스부와 연결되어, 상기 자석의 회전 각도에 대응하는 수치를 표시하는 표시부를 더 포함하는 유량계.