KR20180056003A - Gas flow automatic measuring device for flow meter calibration - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 기체유량 자동측정장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 표준기와 질량유량제어기를 통해 유량 측정값의 정밀도를 향상시킬 수 있는 유량계 교정용 기체유량 자동측정장치에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE
일반적으로 기체 시스템의 유량을 측정하기 위해, 기체가 흐르는 도관 등에 장착되는 유량계를 이용한다. 유량계는 압력이나 유동 범위가 다르면 오차가 발생될 수 있어, 정확한 유량측정을 위해서는 유량계를 해당하는 현장의 사용 조건에 맞도록 표준상태로 교정한 후 사용한다. 특히, 가스 유량계를 교정하기 위해서는 유량 측정값의 정확도가 높으면서 측정범위가 넓은 장치가 구비되어야 한다.Generally, to measure the flow rate of a gas system, a flow meter mounted on a conduit or the like through which gas flows is used. If the pressure or flow range of the flowmeter is different, an error may occur. To measure the flowmeter correctly, calibrate the flowmeter to the standard condition suitable for the applicable site conditions. In particular, in order to calibrate a gas flow meter, it is necessary to provide a device having a high measurement accuracy and a wide measuring range.
각종 유량계를 표준상태로 교정하기 위한 표준기(교정 장치)에는 벨 프루버(bell prover)와 피스톤 프루버(piston prover) 등이 있다.There are bell prover and piston prover as standard equipment for calibrating various flowmeters to standard condition.
벨 프루버와 피스톤 프루버와 같은 표준기들은 부피 측정방식을 기반으로 하기 때문에, 부피가 크고 무거워 이동 측정이 거의 불가능하다. 또한, 비용이 많이 소요되는 문제점이 있다.Since standard instruments such as Bell Prover and Piston Prowber are based on volumetric methods, bulky and heavy moving measurements are nearly impossible. In addition, there is a problem that it is costly.
또한, 이러한 표준기는 유량의 측정범위가 넓지 않아 측정하고자 하는 범위에 따라 용량이 서로 다른 여러 대의 표준기를 사용하여야 한다.In addition, since the measurement range of the flow rate is not so wide, it is necessary to use several standard instruments having different capacities according to the range to be measured.
이에 따라, 유량의 측정범위를 만족하기 위해서 용량이 다른 여러 대의 표준기가 필요하고, 표준기의 설치 공간을 확보하는데 어려움이 있다.Accordingly, in order to satisfy the measurement range of the flow rate, several standard machines having different capacities are required, and it is difficult to secure a space for installing the standard machine.
본 발명에 관련된 배경기술로는 대한민국 공개특허공보 특2003-0082688호(2003.10.23. 공개)가 있으며, 상기 문헌에는 유량계의 표준화 교정용 기체유량측정장치가 기재되어 있다.
As a related art related to the present invention, there is Korean Patent Laid-Open Publication No. 2003-0082688 (published on October 23, 2003), which discloses a standard flow calibration gas flow meter for a flow meter.
본 발명의 목적은 유량계 교정용 표준기로 사용할 수 있도록 장치의 신뢰도를 향상시키고, 유량 측정값의 정밀도를 향상시킬 수 있는 유량계 교정용 기체유량 자동측정장치를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide an apparatus for automatically calibrating a flow meter for a flow meter, which can improve the reliability of a device so that it can be used as a standard device for calibrating a flow meter and improve the accuracy of the flow measurement value.
또한, 모든 작업과정과 장치의 제어를 컴퓨터가 자동으로 수행하도록 하여, 교정작업의 시간을 단축시킬 수 있는 유량계 교정용 기체유량 자동측정장치에 관한 것이다.
The present invention also relates to an apparatus for automatically calibrating a flow meter for a flow meter, which allows a computer to automatically perform all the processes and control of the apparatus, thereby shortening the time required for the calibration work.
상기 하나의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유량계 교정용 기체유량 자동측정장치에 있어서, 기체의 압력을 일정하게 유지하는 레귤레이터(regulator)를 포함하는 제1제어부; 상기 제1제어부의 분기된 관로에 연결되고, 유입되는 기체의 유량을 측정하는 표준기를 포함하는 제1측정부; 상기 제1측정부의 분기된 관로에 연결되는 피교정기기를 포함하는 제2측정부; 상기 제2측정부의 분기된 관로에 연결되고, 상기 관로를 따라 이동하는 기체의 단위 시간당 이동하는 양을 조절하는 질량유량제어기를 포함하는 제2제어부; 및 상기 질량유량제어기에서 전달되는 기체의 유량 정보를 비교 분석하여 교정값을 산출하는 컴퓨터;를 포함하고, 상기 표준기의 유량 측정값을 기준으로 하여, 상기 피교정기기의 유량 측정값이 교정되는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an apparatus for automatically measuring a flow rate of a flow meter, comprising: a first controller including a regulator for maintaining a pressure of a gas constant; A first measurement unit connected to the branched conduit of the first control unit and including a standard device for measuring a flow rate of the introduced gas; A second measuring unit including an calibrating device connected to a branched pipe of the first measuring unit; A second controller including a mass flow controller connected to the branched pipe of the second measuring unit and controlling the amount of gas moving per unit time moving along the pipe; And a computer for calculating a calibration value by comparing and analyzing the flow rate information of the gas delivered from the mass flow rate controller, wherein the flow rate measurement value of the calibrated instrument is corrected based on the flow rate measurement value of the standard instrument .
상기 표준기는 층류소자(Laminar flow element)로 구성될 수 있다.The standard may be a laminar flow element.
상기 제1제어부는 상기 레귤레이터를 통과한 관로의 압력을 측정하는 제1압력계, 관로의 온도를 측정하는 제1온도계를 포함할 수 있다.The first control unit may include a first pressure gauge for measuring a pressure of the pipe passing through the regulator, and a first thermometer for measuring a temperature of the pipe.
상기 제1측정부는 상기 표준기의 출구 측에 결합된 관로에 위치한 제1개폐조작 밸브를 포함할 수 있다.The first measurement unit may include a first opening / closing valve located in a conduit coupled to an outlet side of the standard device.
상기 제2측정부는 상기 피교정기기의 출구 측에 결합된 관로에 위치한 제2개폐조작 밸브를 포함할 수 있다.The second measuring unit may include a second opening / closing valve located in a conduit coupled to an outlet side of the calibrating device.
상기 제2제어부는 상기 질량유량제어기의 입구 측에 결합된 관로에 위치한 제3개폐조작 밸브를 포함할 수 있다.The second control unit may include a third open / close valve located in a conduit coupled to an inlet side of the mass flow controller.
상기 제2제어부는 상기 관로의 압력을 측정하는 제2압력계, 관로의 온도를 측정하는 제2온도계를 포함하고, 상기 제2압력계와 제2온도계는 상기 제3개폐조작 밸브의 입구 측에 결합된 관로에 위치할 수 있다.The second control unit includes a second pressure gauge for measuring the pressure of the conduit and a second thermometer for measuring the temperature of the conduit. The second pressure gauge and the second thermometer are connected to the inlet of the third opening / It can be located in the pipeline.
상기 제1측정부는 상기 표준기의 입구 측에 결합된 관로에 위치하고, 상기 제1개폐조작 밸브로부터 기체가 누출되는 것을 방지하는 제1ON밸브/OFF밸브를 포함할 수 있다.The first measurement unit may include a first ON valve / OFF valve located in a conduit coupled to an inlet side of the standard unit and preventing gas from leaking from the first open / close valve.
상기 제2측정부는 상기 피교정기기의 입구 측에 결합된 관로에 위치하고, 상기 제2개폐조작 밸브로부터 기체가 누출되는 것을 방지하는 제2ON밸브/OFF밸브를 포함할 수 있다.The second measuring unit may include a second ON valve / OFF valve located in a conduit coupled to an inlet side of the calibrating device and preventing gas from leaking from the second opening / closing valve.
상기 기체의 유량 범위는 20~20000sccm일 수 있다.The flow rate of the gas may range from 20 to 20,000 sccm.
상기 기체의 유량을 산출하는 식은 하기 식 1을 만족할 수 있다.The equation for calculating the flow rate of the gas may satisfy the following equation (1).
[식 1][Equation 1]
qm = 질량유량 (kg·s-1)q m = mass flow rate (kg · s -1 )
P1 = 상류측 절대압력(Pa)P 1 = upstream absolute pressure (Pa)
P2 = 하류측 절대압력(Pa)P 2 = downstream absolute pressure (Pa)
P = (P1+ P2)/2(Pa)P = (P 1 + P 2 ) / 2 (Pa)
T = 사용되는 유체의 절대온도 (K)T = absolute temperature of the fluid used (K)
TN = 표준온도, 273.15K (K)T N = Standard temperature, 273.15K (K)
ρN = 사용되는 유체의 표준밀도 (kg·m-3)ρ N = standard density of the fluid used (kg · m -3 )
η( P,T ) = 주어진 압력과 온도 조건 하에서 기체 동점성 계수[Pa·s]η ( P, T ) = gas kinematic viscosity [Pa · s] under given pressure and temperature conditions,
PN = 표준압력, 101325Pa (Pa)P N = standard pressure, 101325 Pa (Pa)
ZN = 표준조건 하에서 기체 압축계수(-)Z N = gas compression coefficient under standard conditions (-)
Z(P,T) = 주어진 압력과 온도 조건 하에서 기체 압축계수(-)Z (P, T) = gas compression coefficient (-) under given pressure and temperature conditions
CG = 실험적으로 결정된 보정 인자 (m3)
C G = experimentally determined correction factor (m 3 )
본 발명에 따른 유량계 교정용 기체유량 자동측정장치는 하나의 시스템 내에 다양한 범위의 질량유량제어기(MFC)를 구비하여, 확장성이 우수하고 유량측정범위가 넓은 효과가 있다. 또한, 개폐조작밸브를 통해 피교정기기를 순차적으로 교정할 수 있으며, 교정작업에 투입되는 인력의 수고를 감소시킬 수 있고, 교정작업의 시간을 단축시킬 수 있다. The apparatus for automatically calibrating a flow meter for a flow meter according to the present invention has a wide range of mass flow controllers (MFCs) in one system, and is excellent in expandability and has a wide flow measuring range. Further, the calibrating device can be calibrated sequentially through the opening / closing operation valve, the labor of the manpower inputted into the calibrating operation can be reduced, and the time of the calibrating operation can be shortened.
아울러, 장치의 상류측 및 하류측에 위치한 온도계와 압력계에 의해, 관로 내부의 압력과 온도를 측정 및 제어할 수 있어, 이에 따라 측정된 유량을 보정하여 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.In addition, the pressure and temperature inside the pipe can be measured and controlled by a thermometer and a pressure gauge located on the upstream and downstream sides of the apparatus, thereby improving the measurement accuracy by correcting the measured flow rate.
따라서, 본 발명의 장치는 효율성과 안정성 측면에서 다음과 같은 효과를 나타낸다.Therefore, the apparatus of the present invention has the following effects in terms of efficiency and stability.
효율성 측면에서는 시스템에 입력된 피교정기기의 측정점에 따라 자동으로 표준기를 선택하고, PID 제어를 통해 set point에 도달하게 되므로, 작업 시간이 감소하고 측정 범위에 따라 노즐과 배관의 교체작업을 하지 않아도 된다. 이에 따라, 작업 요소의 교체에 따른 오류나 오차를 없앨 수 있다.In terms of efficiency, the standard machine is automatically selected according to the measuring point of the calibrator input to the system, and the set point is reached through the PID control, so that the working time is reduced and the nozzle and piping are not replaced do. Thus, it is possible to eliminate an error or an error due to the replacement of the work element.
표준기에 가해지는 압력과 온도는 실시간으로 모니터링으로 제어되며, 정해진 알고리즘에 따라 밸브의 개폐와 질량유량제어기를 통해 유동률을 조절할 수 있어 작업의 안정성이 향상된다.
The pressure and temperature applied to the standard are controlled by monitoring in real time, and the flow rate can be controlled through the valve opening / closing and mass flow controller according to the prescribed algorithm, thus improving the stability of the operation.
도 1은 본 발명에 따른 유량계 교정용 기체유량 자동측정장치를 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 유량계 교정용 기체유량 자동측정장치를 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 질량유량제어기의 유량 제어방식을 나타낸 알고리즘이다.
도 4는 본 발명에 따른 컴퓨터의 교정자동화 소프트웨어 화면을 나타낸 것이다.
1 is a schematic view showing an apparatus for automatically measuring a flow rate of a flowmeter according to the present invention.
2 is a cross-sectional view of an apparatus for automatically measuring a flow rate of a flowmeter according to the present invention.
3 is an algorithm illustrating a flow rate control method of a mass flow controller according to the present invention.
FIG. 4 shows a calibration automation software screen of a computer according to the present invention.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention, and the manner of achieving them, will be apparent from and elucidated with reference to the embodiments described hereinafter in conjunction with the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유량계 교정용 기체유량 자동측정장치에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to the preferred embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings, wherein like reference numerals refer to the like elements throughout.
유량계를 교정할 때에는 한 유동율에서 3회 측정하며, 이때, 유동율에서 증가, 감소, 증가하는 과정을 반복하게 된다. 즉, 다섯 포인트를 측정하는 경우, 최소 15번의 유동율을 재조정해야 하고, 신호 안정화에 필요한 시간과 측정 데이터를 기록하는 시간까지 포함한다면 측정자에게 많은 시간과 집중이 요구된다.When the flowmeter is calibrated, it is measured three times at one flow rate, and the process of increasing, decreasing, and increasing at the flow rate is repeated. That is, when measuring five points, it is necessary to readjust the flow rate at least 15 times, and to include the time required to stabilize the signal and the time to record the measurement data.
또한, 측정자의 숙련도에 따라 편차의 정도가 크게 달라지므로, 교정작업에 투입되는 인력과 편차를 최소화하는 것이 바람직하다. In addition, since the degree of deviation varies greatly depending on the skill of the measurer, it is desirable to minimize the manpower and deviation to be inputted to the calibration work.
본 발명에서는 이러한 교정작업을 컴퓨터가 자동으로 수행하도록 하여 교정작업에 투입되는 인력과 편차를 최소화하고자 한다. 또한, 표준기에서 측정된 유량 측정값을 컴퓨터에 바로 전송시킴에 따라, 유량 측정값을 직접 입력하는 경우보다 오류를 차단하므로 성적서 수정이 감소될 것으로 예상된다.
In the present invention, such a calibration operation is automatically performed by a computer, thereby minimizing manpower and deviation in the calibration operation. In addition, it is expected that the correction of the report will be reduced by transmitting the flow measurement value measured in the standard machine directly to the computer, thereby preventing the error from entering the flow measurement value directly.
도 1은 본 발명에 따른 유량계 교정용 기체유량 자동측정장치를 나타낸 개략도이고, 도 2는 본 발명에 따른 유량계 교정용 기체유량 자동측정장치를 나타낸 단면도이다.FIG. 1 is a schematic view showing an apparatus for automatically measuring a flow rate of a flow meter according to the present invention, and FIG. 2 is a sectional view showing an apparatus for automatically measuring a flow rate of a flow meter according to the present invention.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 유량계 교정용 기체유량 자동측정장치는 관로를 따라 제1제어부(100), 제1측정부(200), 제2측정부(300) 및 제2제어부(400)를 순차적으로 이동하는 기체의 유량을 측정하기 위한 장치로, 제1제어부(100), 제1측정부(200), 제2측정부(300) 및 제2제어부(400)를 포함한다.1 and 2, the apparatus for automatically measuring a flow rate of a flow meter of the present invention includes a
도 1에서 제2측정부(300)를 기준으로 제1제어부(100) 방향이 장치의 상류측, 제2제어부(400) 방향이 장치의 하류측으로 가정하여 설명하기로 한다.
1, the description will be made assuming that the direction of the
제1제어부(100)The
제1제어부(100)는 장치 내부로 유입되는 기체의 압력을 일정하게 유지하는 레귤레이터(regulator)(110)를 포함한다. 레귤레이터(110)는 변동이 있는 기체의 압력을 필요로 하는 레벨로 변환하여 출력할 수 있다.The
상기 제1제어부(100)는 상기 레귤레이터(110)를 통과한 관로의 압력을 측정하는 제1압력계(130), 관로의 온도를 측정하는 제1온도계(120)를 더 포함한다. 상기 제1압력계(130)와 제1온도계(120)는 표준기(250) 입구측 관로의 압력과 온도를 측정함으로써, 표준기(250)의 유량 측정값을 기준으로 피교정기기(350)의 유량 측정값에 대한 편차를 교정할 수 있어, 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.The
상기 제1제어부(100)의 길이는 대략 30~40cm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
The length of the
제1측정부(200)The
제1측정부(200)는 상기 제1제어부(100)의 분기된 관로에 연결되는 표준기(250), 제1ON밸브/OFF밸브(240) 및 제1개폐조작 밸브(260)를 포함한다.The
표준기(250)는 유입되는 기체의 유량을 측정하고, 그 유량의 측정값을 기준으로 하여 피교정기기(350)의 유량 측정값에 대한 편차를 교정한다. 유량계 교정용 기체유량 자동측정장치는 적어도 1개 이상의 표준기(250)를 구비하고, 도 1과 같이, 4개 이상의 표준기(250)를 구비할 수 있다. 상기 표준기(250)는 소정 간격으로 설치된 층류소자(Laminar flow element)로 구성되며, 표준기는 상기 층류소자를 이용하여 유량을 측정한다. 층류소자는 관로에 흐르는 유체의 흐름을 난류 없이 일정한 방향으로 흐르는 층류(Laminar flow)로 바꾸어준다. 난류 없이 일정하게 흐르며 층류를 형성하는 유체의 유량은 상류와 하류의 압력 차이에 일정하게 비례하므로, 차압 측정을 통해 정밀한 유량 측정이 가능해진다.The
상기 표준기(250)의 출구 측에 결합된 관로에는 제1개폐조작 밸브(260)가 위치하며, 이 밸브(260)는 표준기(250) 1개 당 밸브(260) 1개로 구성될 수 있다. 상기 표준기(250)와 제1개폐조작 밸브(260) 사이의 거리는 대략 10~20cm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 표준기(250)와 제1개폐조작 밸브(260) 사이의 거리를 17cm로 하여 상류측 직관부의 길이를 충분히 확보하였다. 상류측 직관부의 길이는 배관의 상태 및 설치물에 따라 4~5D일 수 있으며, 하류측 직관부의 길이는 5D 이상일 수 있다. 4D는 배관 지름의 4배를 의미하며, 5D는 배관 지름의 5배를 의미한다.A first opening and closing
상기 표준기(250)의 입구 측에 결합된 관로에는 제1ON밸브/OFF밸브(240)가 위치하며, 이 밸브(240)는 상기 제1개폐조작 밸브(260)로부터 기체가 누출되는 것을 방지하고, 기체를 원하는 관로로 통과시킨다. 상기 표준기(250)와 제1ON밸브/OFF밸브(240) 사이의 거리는 대략 10~20cm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 표준기(250)와 제1ON밸브/OFF밸브(240) 사이의 거리를 17cm로 하여 상류측 직관부의 길이를 충분히 확보하였다.A first ON valve /
또한, 제1측정부(200)의 길이는 대략 30~50cm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
In addition, the length of the
제2측정부(300)The
제2측정부(300)는 상기 제1측정부(200)의 분기된 관로에 연결되는 피교정기기(350), 제2ON밸브/OFF밸브(340) 및 제2개폐조작 밸브(360)를 포함한다.The
피교정기기(350)는 상기 표준기(250)의 유량 측정값을 기준으로 하여 비교 분석되고, 그 편차가 허용 오차 내에 만족하도록 유량 측정값이 교정된다. 이에 따라, 피교정기기(350)를 해당 현장의 사용조건에 맞는 표준상태로 교정할 수 있게 된다. 이러한 피교정기기(350)는 상기 제1측정부(200)의 분기된 관로에 연결되고, 제2개폐조작 밸브(360)를 통해 교정될 수 있다. The calibrating
도 1과 같이, 8개의 피교정기기(350)를 구비하는 경우에는 이들을 순차적으로 교정할 수 있다. As shown in Fig. 1, when eight calibrating
상기 피교정기기(350)의 출구 측에 결합된 관로에는 제2개폐조작 밸브(360)가 위치하며, 이 밸브(360)는 피교정기기(350) 1개 당 밸브(360) 1개로 구성될 수 있다. A second opening and closing
상기 피교정기기(350)의 입구 측에 결합된 관로에는 제2ON밸브/OFF밸브(340)가 위치하며, 이 밸브(340)는 상기 제2개폐조작 밸브(360)로부터 기체가 누출되는 것을 방지하고, 기체를 원하는 관로로 통과시킨다. OFF
제2측정부(300)에 포함되는 피교정기기(350)에는 다양한 종류의 장비들이 연결될 수 있어, 피교정기기(350)의 하부측 판을 분리시켜 피교정기기(350)를 이동 가능한 구조로 형성할 수 있다. 피교정기기(350)의 크기와 구조에 따라 장치들 간의 거리 또는 길이를 조절할 수 있다. 상기 제2측정부(300)의 길이는 대략 40~50cm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
Various devices can be connected to the
제2제어부(400)The
제2제어부(400)는 상기 제2측정부(300)의 분기된 관로에 연결되는 질량유량제어기(MFC)(450) 및 제3개폐조작 밸브(460)를 포함한다.The
질량유량제어기(450)는 제2측정부(300)의 분기된 관로에 연결되고, 상기 관로를 따라 이동하는 기체의 단위 시간당 이동하는 양을 조절한다. 상기 질량유량제어기(450)를 통해 목표로 하는 유량의 측정값에 도달할 수 있다.The
제3개폐조작 밸브(460)는 상기 질량유량제어기(450)의 입구 측에 결합된 관로에 위치하며, 이 밸브(460)는 상기 질량유량제어기(450) 1개 당 밸브(460) 1개로 구성될 수 있다.The third opening and closing
상기 제2제어부(400)는 상기 관로의 압력을 측정하는 제2압력계(430), 관로의 온도를 측정하는 제2온도계(420)를 더 포함하고, 상기 제2압력계(430)와 제2온도계(420)는 상기 제3개폐조작 밸브(460)의 입구 측에 결합된 관로에 위치할 수 있다.The
상기 제2압력계(430)와 제2온도계(420)는 질량유량제어기(450) 입구측 관로의 압력과 온도를 측정하고, 이에 따라, 표준기(250)의 유량 측정값을 기준으로 피교정기기(350)의 유량 측정값에 대한 편차를 교정할 수 있어, 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.The
상기 제2제어부(400)의 길이는 대략 40~50cm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The length of the
또한, 본 발명의 유량계 교정용 기체유량 자동측정장치의 높이는 대략 15~30cm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
Further, the height of the apparatus for automatically measuring the flow rate of the flowmeter of the present invention is approximately But it is not limited thereto.
본 발명의 유량계 교정용 기체유량 자동측정장치는 상기 질량유량제어기(450)에서 전달되는 기체의 유량 정보를 비교 분석하여 교정값을 산출하는 컴퓨터(도 4)를 포함한다. 상기 정보는 기체유량의 압력, 온도, 유량범위 등을 포함한다.The apparatus for automatically measuring a flow rate of a flow meter of the present invention includes a computer (FIG. 4) for calculating a calibration value by comparing and analyzing flow information of a gas delivered from the
표준기(250)에서 측정된 유량 측정값을 컴퓨터에 바로 전송시킴에 따라, 컴퓨터는 표준기(250)에서 측정된 압력과 온도 신호를 읽은 후, 유량 측정값에 대한 편차를 분석하고 목표로 하는 유량 측정값에 도달할 수 있도록 처리하는 역할을 한다. 이처럼, 컴퓨터가 장치부를 자동적으로 초기화 및 제어함으로써, 측정자의 숙련도에 따라 달라지던 편차의 변동성을 감소시킬 수 있다. 또한, 교정작업에 투입되는 인력을 감소시킬 수 있는 동시에 기존 교정작업의 시간인 20~40분 대비 3~8분으로 단축시킬 수 있다.As soon as the measured flow measurements are transferred to the computer, the computer reads the measured pressure and temperature signals from the
본 발명의 표준기(250)의 측정원리는 차압을 이용한 측정방식이며, 유량 범위를 벗어나는 경우, 표준기(250)에 허용되는 압력 이상의 압력이 가해질 수 있다. 따라서, 허용되는 압력을 초과하는 경우, 제1개폐조작밸브(260)를 통해 관로를 차단하여 표준기(250)를 보호한다. The measurement principle of the
본 발명의 유량계 교정용 기체유량 자동측정장치에서 측정되는 기체(공기, N2 등)의 유량 범위는 20~20000sccm일 수 있다. 20sccm 미만인 경우, 적은 양에 의해 표준기(250)의 측정 범위를 벗어나므로 측정이 불가능한 문제점이 있다. 반대로, 20000sccm을 벗어나는 경우, 전술한 바와 같이 표준기(250)에 허용압력 이상의 압력이 가해질 수 있다.
The flow rate range of the gas (air, N 2, etc.) measured by the apparatus for measuring flow rate of a flow meter for calibration of the present invention may be 20-20000 sccm. If it is less than 20 sccm, there is a problem that measurement is impossible since the measurement range of the
상기 기체의 유량을 산출하는 식은 하기 식 1을 만족할 수 있다.The equation for calculating the flow rate of the gas may satisfy the following equation (1).
[식 1][Equation 1]
qm = 질량유량 (kg·s-1), P1 = 상류측 절대압력(Pa), P2 = 하류측 절대압력(Pa), P = (P1+ P2)/2(Pa), T = 사용되는 유체의 절대온도 (K), TN = 표준온도, 273.15K (K), ρN = 사용되는 유체의 표준밀도 (kg·m-3), η( P,T ) = 주어진 압력과 온도 조건 하에서 기체 동점성 계수[Pa·s], PN = 표준압력, 101325Pa (Pa), ZN = 표준조건 하에서 기체 압축계수(-), Z(P,T) = 주어진 압력과 온도 조건 하에서 기체 압축계수(-), CG = 실험적으로 결정된 보정인자 (m3)q m =
[표 1] [Table 1]
상기 E-05는 10- 5을 의미하고, E-09는 10- 9을 의미한다.E-05 means 10 - 5 , and E-09 means 10 - 9 .
상기 표 1을 참조하여 식 1을 풀이하면, qm = 328373· (365838 - 290907) · 1.293 · 273.15 · 1 · 2.57Х(E-09)/ 273 · 1.0918 · 17.19 · 101325가 된다. 우변의 식을 풀면 4.04Х(E-05) 값이 나오며, 이는 기체의 질량유량임을 알 수 있다.Solving
또한, 도 3을 참조하면, 본 발명의 질량유량제어기(450)의 유량 제어방식은 PID(proportional-integral-differential) 제어 방식으로, 비례적분미분 제어방식이다.Referring to FIG. 3, the flow rate control method of the
이는 set point에 도달하기 위한 자동 제어 방식으로, 표준기(250)에서 측정된 질량유량 값과 set point의 값을 비교하여 오차를 계산한 뒤, 이를 바탕으로 다시 제어 값을 결정한다. 이와 관련된 식은 다음과 같다.This is an automatic control method for reaching the set point, and the error is calculated by comparing the mass flow rate value measured at the
[식 2][Formula 2]
조작량(u) = Kp×편차 + Ki×편차의 누적 값 + Kd×전회 편차와의 차Manipulated variable (u) = K p × deviation + K i × cumulative value of deviation + K d × difference with previous deviation
Kp = 비례이득, Ki = 적분이득, Kd = 미분이득K p = proportional gain, K i = integral gain, K d = differential gain
상기 Kp는 오차 신호에 곱해지는 비례이득으로, 작업 시간을 줄이는 효과가 있다. 상기 Ki는 오차 신호를 적분한 ??? 곱해지는 적분이득으로, 정상 상태의 오차를 제거하는 효과가 있다. Kd는 오차 신호를 미분한 값에 곱해지는 미분이득으로, 시스템의 안정도를 향상시키는 효과가 있다. 이러한 PID 제어 방식을 이용한 질량유량제어기의 성능을 향상시키는 것은 이득들의 값을 어떻게 정하느냐에 따라 달려있다.The K p is a proportional gain multiplied by the error signal, which has the effect of reducing the working time. The K i is obtained by integrating the error signal. And has an effect of eliminating the error of the steady state with the integral gain multiplied. K d is a differential gain multiplied by the differential value of the error signal, which has the effect of improving the stability of the system. Improving the performance of a mass flow controller using this PID control method depends on how the gain values are determined.
본 발명의 질량유량제어기(450)는 0~5V 전기 신호에 의해 조작되며, 조작량(u)은 0~5V이다. 2000sccm 범위의 질량유량제어기(450)를 사용하는 경우에는 0V일 때, 0sccm의 유량이 측정되고, 5V일 때, 2000sccm 범위의 유량이 측정된다.The
PID 제어에서는 편차와 편차의 누적 값, 편차의 변화량을 바탕으로 다음 조작량을 결정하게 된다. 만약 편차만을 사용하여 목표값에 접근하는 경우, 조작량이 작아지면서 "잔류 편차"가 발생하게 된다. 이러한 "잔류 편차"를 제거하기 위해, 미소한 잔류 편차들을 시간적으로 누적하여 조작량을 증가시킴으로써, 편차를 없애는 적분 동작이 필요하게 된다.In the PID control, based on the cumulative value of the deviation and deviation, and the variation of the deviation, The manipulated variable is determined. When approaching the target value using only the deviation, a "residual deviation" occurs as the manipulated variable becomes smaller. In order to eliminate such "residual deviation ", an integral operation for eliminating the deviation is required by accumulating minute residual deviations temporally to increase the manipulated variable.
또한, 급격하게 발생하는 외란에 대한 편차를 보고, 편차가 전회 편차와의 차가 큰 경우에는 조작량을 증가시킴으로써, 외란에 대한 반응을 작동하게 하는 미분 동작이 필요하게 된다.Further, when the deviation from the suddenly occurring disturbance is found, and when the deviation is larger than the previous deviation, the differential operation is required to operate the response to the disturbance by increasing the manipulated variable.
예를 들어, 상기 식 2를 참조하여 조작량(u)를 구할 수 있다. Kp = 0.5, Ki = 0.01, Kd = 0.005, 편차 = 0.3V, 전회 편차 = 1.1V일 때, 이를 우변에 대입하면, 조작량(u)는 0.168V 값이 나온다.
For example, the manipulated variable u can be obtained by referring to the equation (2). The manipulated variable u has a value of 0.168 V when K p = 0.5, K i = 0.01, K d = 0.005, deviation = 0.3 V, and last deviation = 1.1 V.
본 발명의 유량계 교정용 기체유량 자동측정장치는 장치의 제어를 컴퓨터가 자동적으로 수행함으로써, 측정자에 따라 달라지는 유량 측정값의 차이, 편차의 크기를 최소화할 수 있다. The apparatus for automatically calibrating a flowmeter for measuring flowmeter of the present invention can automatically control the control of the apparatus by the computer, thereby minimizing the difference in flow measurement value and the magnitude of deviation depending on the measurer.
또한, 표준기를 통해 측정된 유량 측정값을 기준으로 하고, 질량유량제어기를 통해 설정된 유량 목표값에 대한 편차를 분석함으로써, 피교정기기의 유량을 표준상태로 교정할 수 있어 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.In addition, by analyzing the deviation from the flow target value set by the mass flow controller based on the flow measurement value measured by the standard device, the flow rate of the calibrating device can be calibrated to the standard state, thereby improving the measurement accuracy have.
아울러, 장치의 제작 비용이 저렴하고 이동성이 용이한 장점이 있다.
In addition, there is an advantage that the manufacturing cost of the apparatus is low and the mobility is easy.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It is to be understood that the invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.
100 : 제1제어부
110 : 레귤레이터
120 : 제1온도계
130 : 제1압력계
200 : 제1측정부
240 : 제1ON밸브/OFF밸브
250 : 표준기
260 : 제1개폐조작 밸브
300 : 제2측정부
340 : 제2ON밸브/OFF밸브
350 : 피교정기기
360 : 제2개폐조작 밸브
400 : 제2제어부
420 : 제2온도계
430 : 제2압력계
450 : 질량유량제어기
460 : 제3개폐조작 밸브100:
110: Regulator
120: First thermometer
130: 1st pressure gauge
200: first measuring unit
240: First ON valve / OFF valve
250: Standard equipment
260: first opening / closing valve
300: second measuring unit
340: Second ON / OFF valve
350: Calibrator
360: second opening / closing valve
400: second control section
420: second thermometer
430: 2nd pressure gauge
450: mass flow controller
460: Third open / close operation valve
Claims (11)
기체의 압력을 일정하게 유지하는 레귤레이터(regulator)를 포함하는 제1제어부;
상기 제1제어부의 분기된 관로에 연결되고, 유입되는 기체의 유량을 측정하는 표준기를 포함하는 제1측정부;
상기 제1측정부의 분기된 관로에 연결되는 피교정기기를 포함하는 제2측정부;
상기 제2측정부의 분기된 관로에 연결되고, 상기 관로를 따라 이동하는 기체의 단위 시간당 이동하는 양을 조절하는 질량유량제어기를 포함하는 제2제어부; 및
상기 질량유량제어기에서 전달되는 기체의 유량 정보를 비교 분석하여 교정값을 산출하는 컴퓨터;를 포함하고,
상기 표준기의 유량 측정값을 기준으로 하여, 상기 피교정기기의 유량 측정값이 교정되는 것을 특징으로 하는 유량계 교정용 기체유량 자동측정장치.
1. An apparatus for automatically measuring a flow rate of a gas for sequentially moving a first control unit, a first measurement unit, a second measurement unit, and a second control unit along a channel, comprising:
A first control unit including a regulator for keeping the pressure of the gas constant;
A first measurement unit connected to the branched conduit of the first control unit and including a standard device for measuring a flow rate of the introduced gas;
A second measuring unit including an calibrating device connected to a branched pipe of the first measuring unit;
A second controller including a mass flow controller connected to the branched pipe of the second measuring unit and controlling the amount of gas moving per unit time moving along the pipe; And
And a computer for comparing the flow rate information of the gas delivered from the mass flow controller and calculating a calibration value,
Wherein the flow rate measurement value of the calibrating device is calibrated based on the flow rate measurement value of the standard device.
상기 표준기는 층류소자(Laminar flow element)로 구성되는 것을 특징으로 하는 유량계 교정용 기체유량 자동측정장치.
The method according to claim 1,
Characterized in that the standard is comprised of a laminar flow element.
상기 제1제어부는
상기 레귤레이터를 통과한 관로의 압력을 측정하는 제1압력계, 관로의 온도를 측정하는 제1온도계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유량계 교정용 기체유량 자동측정장치.
The method according to claim 1,
The first control unit
A first pressure gauge for measuring a pressure of the pipeline passing through the regulator, and a first thermometer for measuring a temperature of the pipeline.
상기 제1측정부는 상기 표준기의 출구 측에 결합된 관로에 위치한 제1개폐조작 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 유량계 교정용 기체유량 자동측정장치.
The method according to claim 1,
Wherein the first measuring unit includes a first opening / closing operation valve located in a conduit coupled to an outlet side of the standard device.
상기 제2측정부는 상기 피교정기기의 출구 측에 결합된 관로에 위치한 제2개폐조작 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 유량계 교정용 기체유량 자동측정장치.
The method according to claim 1,
Wherein the second measurement unit includes a second opening / closing operation valve located in a conduit coupled to an outlet side of the calibrating device.
상기 제2제어부는 상기 질량유량제어기의 입구 측에 결합된 관로에 위치한 제3개폐조작 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 유량계 교정용 기체유량 자동측정장치.
The method according to claim 1,
Wherein the second control unit includes a third open / close valve positioned in a conduit coupled to an inlet side of the mass flow controller.
상기 제2제어부는 상기 관로의 압력을 측정하는 제2압력계, 관로의 온도를 측정하는 제2온도계를 포함하고,
상기 제2압력계와 제2온도계는 상기 제3개폐조작 밸브의 입구 측에 결합된 관로에 위치하는 것을 특징으로 하는 유량계 교정용 기체유량 자동측정장치.
The method according to claim 1,
The second control unit includes a second pressure gauge for measuring the pressure of the conduit, and a second thermometer for measuring the temperature of the conduit,
Wherein the second pressure gauge and the second thermometer are located in a conduit connected to an inlet side of the third opening / closing valve.
상기 제1측정부는
상기 표준기의 입구 측에 결합된 관로에 위치하고, 상기 제1개폐조작 밸브로부터 기체가 누출되는 것을 방지하는 제1ON밸브/OFF밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 유량계 교정용 기체유량 자동측정장치.
The method according to claim 1,
The first measuring unit
And a first ON valve / OFF valve located in a conduit connected to an inlet side of the standard device for preventing gas from leaking from the first opening / closing valve.
상기 제2측정부는
상기 피교정기기의 입구 측에 결합된 관로에 위치하고, 상기 제2개폐조작 밸브로부터 기체가 누출되는 것을 방지하는 제2ON밸브/OFF밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 유량계 교정용 기체유량 자동측정장치.
The method according to claim 1,
The second measuring unit
And a second ON valve / OFF valve located in a conduit connected to an inlet side of the calibrating device to prevent gas from leaking from the second opening / closing valve.
상기 기체의 유량 범위는 20~20000sccm인 것을 특징으로 하는 유량계 교정용 기체유량 자동측정장치.
The method according to claim 1,
Wherein the flow rate of the gas is 20 to 20,000 sccm.
상기 기체의 유량을 산출하는 식은 하기 식 1을 만족하는 것을 특징으로 하는 유량계 교정용 기체유량 자동측정장치.
[식 1]
qm = 질량유량 (kg·s-1)
P1 = 상류측 절대압력(Pa)
P2 = 하류측 절대압력(Pa)
P = (P1+ P2)/2(Pa)
T = 사용되는 유체의 절대온도 (K)
TN = 표준온도, 273.15K (K)
ρN = 사용되는 유체의 표준밀도 (kg·m-3)
η( P,T ) = 주어진 압력과 온도 조건 하에서 기체 동점성 계수[Pa·s]
PN = 표준압력, 101325Pa (Pa)
ZN = 표준조건 하에서 기체 압축계수(-)
Z(P,T) = 주어진 압력과 온도 조건 하에서 기체 압축계수(-)
CG = 실험적으로 결정된 보정 인자 (m3)
The method according to claim 1,
Wherein the equation for calculating the flow rate of the gas satisfies the following equation (1): " (1) "
[Formula 1]
q m = mass flow rate (kg · s -1 )
P 1 = upstream absolute pressure (Pa)
P 2 = downstream absolute pressure (Pa)
P = (P 1 + P 2 ) / 2 (Pa)
T = absolute temperature of the fluid used (K)
T N = Standard temperature, 273.15K (K)
ρ N = standard density of the fluid used (kg · m -3 )
η ( P, T ) = gas kinematic viscosity [Pa · s] under given pressure and temperature conditions,
P N = standard pressure, 101325 Pa (Pa)
Z N = gas compression coefficient under standard conditions (-)
Z (P, T) = gas compression coefficient (-) under given pressure and temperature conditions
C G = experimentally determined correction factor (m 3 )
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
AMND | Amendment | ||
AMND | Amendment |