KR20180048026A - 열식 질량 유량계 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 외부로부터 인가되는 전류에 따라 가열되는 유속 감지용 센서 및 내부의 온도를 감지하기 위한 온도 센서를 설치되는 내부관과, 상기 내부관과 이격되게 배치되어 환형부를 형성하는 유체 접촉관으로 구성된 발열체와, 상기 내부관 내 온도 센서에 의해 센싱된 온도가 기준 온도가 되도록 상기 유속 감지용 센서에 인가되는 전류를 제어하는 전류량 제어부와, 상기 전류량 제어부에 의해 상기 유속 감지용 센서에 인가되는 전류의 변화를 기반으로 상기 발열체를 통해 흐르는 유체의 유량을 산출하는 유량 산출부를 포함하는 열식 질량 유량계를 제공한다.

Description

열식 질량 유량계{THERMAL TYPE MASS FLOW METER}
본 발명은 액체의 유량을 측정하기 적합한 열식 질량 유량계에 관한 것이다.
일반적으로, 관로 내를 흐르는 유체(액체 혹은 기체)의 유량을 측정하기 위하여 유량 측정 센서가 적용된 유량계의 설치가 필수적이다. 유량계의 종류로는 차압 유량계, 전자 유량계, 초음파 유량계, 용적 유량계, 와류 유량계, 터빈 유량계, 열식 질량 유량계 등을 들 수 있으며, 이중에서 비교적 설치나 유지 관리가 편리한 열식 질량 유량계가 널리 이용되고 있다.
열식 질량 유량계는 압력과 온도가 변화하는 유동성 배관에서 유체의 밀도가 압력과 온도에 따라 변화하기 때문에 압력이나 온도 등의 변화에 다른 밀도를 직접 보상하여 측정한다.
그러나, 종래의 열식 질량 유량계는 기체의 유량을 측정하는데 최적화되어 있기 때문에, 즉 측정 감도를 향상시키기 위해 발열부가 유체와 직접 접촉하는 구조로 되어 있기 때문에 유체가 액체인 경우 접촉 즉시 발열량이 모두 냉각되어 흐름의 크기에 따른 냉각량의 변화를 검출할 수 없어 액체의 유량 측정에 적합하지 않는 단점이 있다.
한국공개특허공보 제10-2002-0031906호(2002. 05. 03. 공개)
본 발명은 발열 및 온도 감지를 위한 센서가 수용되는 내부관과 이격되게 배치되어 환형부를 형성하는 유체 접촉관으로 구성된 이중 동심관 구조의 발열체를 구비한 열식 질량 유량계를 제공한다.
또한, 본 발명은 이중 동심관 구조의 발열체에서 환형부 내부에 열전도 계수가 낮은 공기를 충진함으로써, 유체에 의해 내부관 내부가 급격하게 냉각되는 것을 방지할 수 있는 열식 질량 유량계를 제공한다.
상기한 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위해서, 본 발명의 실시예에 따른 열식 질량 유량계는 외부로부터 인가되는 전류에 따라 가열되는 유속 감지용 센서 및 내부의 온도를 감지하기 위한 온도 센서를 설치되는 내부관과, 상기 내부관과 이격되게 배치되어 환형부를 형성하는 유체 접촉관으로 구성된 발열체와, 상기 내부관 내 온도 센서에 의해 센싱된 온도가 기준 온도가 되도록 상기 유속 감지용 센서에 인가되는 전류를 제어하는 전류량 제어부와, 상기 전류량 제어부에 의해 상기 유속 감지용 센서에 인가되는 전류의 변화를 기반으로 상기 발열체를 통해 흐르는 유체의 유량을 산출하는 유량 산출부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 환형부 내부에는 공기가 충진되어 공기층이 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 유속 감지용 센서 및 온도 센서는 세라믹으로 감겨진 백금 저항체일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 유량 산출부는 상기 환형부 내부에 충진된 물질의 열전도 계수, 상기 유체 접촉관의 재질에 대한 열전도 계수 및 상기 발열체를 통해 흐르는 유체의 종류 중 적어도 하나 이상을 기반으로 설정된 유량 보정값을 이용하여 상기 산출한 유량을 보정할 수 있다.
전술한 본 발명의 실시예들에 따르면, 발열 및 온도 감지를 위한 센서가 수용되는 내부관과 이격되게 배치되어 환형부를 형성하는 유체 접촉관으로 구성된 이중 동심관 구조의 발열체를 구비한 열식 질량 유량계를 제공함으로써, 발열체에 흐르는 유체에 의해 내부관의 온도가 떨어지는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 열식 질량 유량계의 전체 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 열식 질량 유량계의 발열체에 대한 세부 구조를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 열식 질량 유량계가 동작하는 과정을 도시한 흐름도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 이하의 상세한 설명은 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 열식 질량 유량계의 전체 구성을 도시한 도면이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 열식 질량 유량계에서 발열체의 세부 구성을 도시한 사시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 열식 질량 유량계는 유체, 예컨대 액체의 흐름에 따른 냉각량을 센싱하기 위한 발열체(100), 전류량 제어부(110) 및 유량 산출부(120)등을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 발열체(100)는 도 2에 도시된 바와 같이, 전류량 제어부(110)를 통해 제공받은 전류에 따라 가열되는 유속 감지용 센서(200) 및 유속 감지용 센서(200)의 가열 시 발생되는 가스의 온도를 감지하는 온도 센서(202)가 설치되는 내부관(210)과 내부관(210)과 이격되게 배치되고 그 사이에 소정의 물질, 예컨대 열전도계수 비교적 작은 물질이 충진되어 있는 환형부(215)를 형성하는 유체 접촉관(220)으로 구성될 수 있다. 구체적으로, 발열체(100)는 유속 감지용 센서(200) 및 온도 센서(202)가 구비된 내부관(210) 및 내부관(210)과 이격 설치되어 환형부(215)를 형성하는 유체 접촉관(220)으로 구성된 이중 동심관으로 형성될 수 있다.
상술한 바와 같은 구성을 갖는 발열체(100)는 일정한 기준 온도로 발열하도록 제어될 수 있다. 구체적으로, 발열체(100)를 통해 흐르는 유체에 의해 발열체(100)의 온도, 즉 온도 센서(202)에 의해 센싱된 온도가 기준 온도보다 떨어지는 경우 유속 감지용 센서(200)에 인가되는 전류량을 제어하여 유속 감지용 센서(200)를 가열시킴으로서, 발열체(100)는 일정한 기준 온도로 발열하게 된다.
이를 위하여, 발열체(100)에서 유속 감지용 센서(200) 및 온도 센서(202)는 전류량 제어부(110)에 연결될 수 있다. 구체적으로, 전류량 제어부(110)는 온도 센서(202)에 의해 센싱된 온도, 즉 유속 감지용 센서(200)의 가열에 따라 발생되는 가스의 온도를 제공받으며, 온도 센서(202)에 의해 센싱된 온도를 기반으로 유속 감지용 센서(200)에 인가되는 전류량을 제어하여 전류를 유속 감지용 센서(200)에 인가할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 유속 감지용 센서(200) 및 온도 센서(202)는 소정의 물질, 예컨대 백금 저항체로 이루어질 수 있는데, 이에 한정하지는 않는다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 유속 감지용 센서(200) 및 온도 센서(202)는 강도와 안정성을 위해 세라믹 원기둥에 감겨 있을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 환형부(215) 내부에 충진된 소정의 물질은 공기를 들 수 있으나, 이에 한정하지는 않는다.
한편, 발열체(100)를 구성하는 내부관(210) 및 유체 접촉관(220)은 스테인레스로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예에서 유량 산출부(120)는 전류량 제어부(110)에 의해 유속 감지용 센서(200)에 인가되는 전류에 기반으로 소비 전력량을 측정한 후 측정한 소비 전력량을 이용하여 발열체(100)를 통해 흐르는 유체의 유량을 산출할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 발열체(100)는 환형부(215) 내부의 온도를 감지하기 위한 온도 감지 센서(230)를 더 구비할 수 있다. 구체적으로, 발열체(100)는 환형부(215) 내부에 설치되어 환형부(215) 내부에 충진된 공기의 온도를 센싱한 후 이를 유량 산출부(120)에 제공하는 온도 감지 센서(230)를 더 구비할 수 있다.
이 경우, 유량 산출부(120)는 온도 감지 센서(230)를 통해 센싱된 온도를 기반으로 이중 동심관 구조를 갖는 발열체(100)를 통해 흐르는 유체의 유량을 보정할 수 있다. 구체적으로, 유량 산출부(120)는 온도 감지 센서(230)를 통해 센싱된 온도가 기 설정된 임계 값 이하로 급격하게 떨어지는 경우 이를 감지한 후 감지된 시점에서 산출된 유체의 유량에 기 설정된 보정값을 반영하여 산출된 유체의 유량을 보정할 수 있다. 본 발명의 실시예에서 보정값은 환형부(215) 내부에 충진된 물질의 열전도 계수, 내부관(210)의 재질, 유체 접촉관(220)의 재질 및 발열체(100)를 통해 흐르는 유체의 종류 등을 기반으로 산출되어 유량 산출부(120)에 설정될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에서는 환형부(215) 내부의 온도가 기 설정된 임계 값 이하로 떨어지는 경우에만 보정값을 적용하여 유량 산출부(120)에 의해 산출된 유량을 보정하는 것으로 예를 들어 설명하였지만, 환형부(215) 내부의 온도에 관계 없이 보정값을 적용하여 유량을 보정할 수도 있다.
상술한 바와 같은 열식 질량 유량계가 동작하는 과정에 대해 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 열식 질량 유량계가 동작하는 과정을 도시한 흐름도이다.
먼저, 도 3에 도시된 바와 같이, 열식 질량 유량계는 발열체(100)를 일정한 기준 온도로 발열시킨다. 구체적으로, 열식 질량 유량계는 전류량 제어부(110)를 이용하여 유속 감지용 센서(200)에 소정의 전류를 인가하여 가열시켜 발열체(100)가 일정한 기준 온도로 발열시킨다(S300).
이후, 유체가 발열체(100)에 흐름에 따라, 열식 질량 유량계는 온도 센서(202)에 의해 센싱된 온도, 즉 내부관(210) 내부의 온도를 제공받으며(S302), 제공받은 온도가 기준 온도 이하로 떨어지는지를 판단한다(S304).
S304의 판단 결과, 기준 온도 이하로 떨어지는 경우, 열식 질량 유량계는 발열체(100)가 기준 온도로 다시 발열되도록 전류량 제어부(110)를 이용하여 유속 감지용 센서(200)에 인가되는 전류를 상승시킨다(S306).
이후, 전류량 제어부(110)는 유속 감지용 센서(200)에 인가되는 전류를 유량 산출부(120)에 제공하며, 유량 산출부(120)는 제공받은 전류를 기반으로 소비 전력량을 산출하며, 산출한 소비 전력량을 기반으로 유체의 유량을 산출한다(S308).
그런 다음, 유량 산출부(120)는 환형부(215) 내부에 설치된 온도 감지 센서(230)로부터 센싱된 환형부(215) 내부 온도를 제공받으며(S310), 내부 온도가 기 설정된 임계 값 이하로 떨어졌는지를 판단한다(S312).
S312의 판단 결과, 내부 온도가 기 설정된 임계값 이하로 떨어진 경우 유량 산출부(120)는 산출한 유량에 기 설정된 보정값을 적용하여 산출한 유량을 보정한다(S314).
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 발열체
110 : 전류량 제어부
120 : 유량 산출부
200 : 유속 감지용 센서
202 : 온도 센서
210 : 내부관
215 : 환형부
220 : 유체 접촉관
230 : 온도 감지 센서

Claims (4)

  1. 외부로부터 인가되는 전류에 따라 가열되는 유속 감지용 센서 및 내부의 온도를 감지하기 위한 온도 센서를 설치되는 내부관과, 상기 내부관과 이격되게 배치되어 환형부를 형성하는 유체 접촉관으로 구성된 발열체와,
    상기 내부관 내 온도 센서에 의해 센싱된 온도가 기준 온도가 되도록 상기 유속 감지용 센서에 인가되는 전류를 제어하는 전류량 제어부와,
    상기 전류량 제어부에 의해 상기 유속 감지용 센서에 인가되는 전류의 변화를 기반으로 상기 발열체를 통해 흐르는 유체의 유량을 산출하는 유량 산출부를 포함하는 열식 질량 유량계.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 환형부 내부에는 공기가 충진되어 공기층이 형성되는 열식 질량 유량계.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유속 감지용 센서 및 온도 센서는, 세라믹으로 감겨진 백금 저항체인 열식 질량 유량계.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유량 산출부는,
    상기 환형부 내부에 충진된 물질의 열전도 계수, 상기 유체 접촉관의 재질에 대한 열전도 계수 및 상기 발열체를 통해 흐르는 유체의 종류 중 적어도 하나 이상을 기반으로 설정된 유량 보정값을 이용하여 상기 산출한 유량을 보정하는 열식 질량 유량계.
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