KR20190042596A - 유량계 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유체 계량 분야에 관한 것으로, 구체적으로는 공지의 유량 이동을 기초로 유량을 계량하는 시스템과 장치와 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 유량계는 각각의 펌핑 행정마다 일정 유량을 이동시키는 유체 펌프; 상기 펌프와 일체이거나 펌프에 연결된 유체 용기에 연결되고, 유체 용기내의 유체 펌핑조건을 나타내는 신호를 생성하는 센서; 및 상기 센서의 신호에 응답해 펌프의 펌핑 행정을 작동시키는 컨트롤러를 포함한다.

Description

유량계{A FLUID FLOW METER}
본 발명은 유체 계량 분야에 관한 것으로, 구체적으로는 공지의 유량 이동을 기초로 유량을 계량하는 시스템과 장치와 방법에 관한 것이다.
액체나 기체의 유량과 체적을 측정해야하는 경우가 많다. 경우에 따라, 유량이 아주 느리거나(수 ml/h) 아주 높거나(수 ㎥/s) 시간에 따라 불안하거나 요동칠 수 있다. 또, 기체는 압축성이고 압력을 받거나 다른 온도에 노출될 때 체적이 변하므로, 기체의 유량 측정은 특히 어려운 경우가 많다. 일정 압력과 온도 조건하에 있는 기체의 체적은 조건이 다르면 달라진다.
정확한 유량을 측정해야 하는 분야로는 HPLC(High Performance Liquid Chromatography)와 같은 분석, 정밀 재료 투여를 요하는 반도체분야, 약을 정확히 배달해야 하는 의료분야, 개솔린 측정을 하는 자동차 분야 등이 있다.
그러나, 측정 정밀도를 유지하면서도 아주 넓은 범위로 유량을 측정해야 하는 경우도 있다. 예컨대, 수도관을 따라 2군데서 수량을 측정해 비교하여 수도관의 누수를 알아내는 경우가 그렇다. 아주 작은 누수라도 확인하려면, 유량계가 전체 측정범위에 걸쳐 아주 정확해야 한다. 유량계의 정확도가 (유량의 비율을 나타내는) 상대정확도라면, 낮은 유량에서의 작은 누수는 확인할 수 있지만, 높은 유량에서는 대량의 누수만 확인할 수 있다. 예를 들어, 유량계의 정확도가 0.1%이면, 1 리터/분의 유량에서 1 ml/min의 누수를 확인할 수 있지만, 100 리터/분의 유량에서는 1 리터/분 정도로 큰 누수만 확인된다.
따라서, 공지의 유량 이동을 근거로 유량을 측정하되, 다양한 조건에서 액체나 기체의 유량을 측정하면서도 특히 절대 정확도(유량에 의존하지 않는 정확도)로 유량을 정확히 추정할 수 있는 장치와 방법이 필요하다.
발명의 요약
본 발명은 유량계에 관한 것이다, 본 발명에 따른 유량계는 (1) 펌프, (2) 유체수집 용기(선택적임), (3) 적어도 하나의 센서, 및 (4) 컨트롤러를 포함하는데, 펌프는 펌핑 사이클당 거의 고정된 양(체적)의 유체를 펌핑하고, 펌핑사이클은 일련의 펌핑행정을 갖는데, 모든 펌핑행정의 용량이 같은 것은 아니며; 용기는 입구와 출구를 각각 갖거나 입출구를 갖는데, 모두 펌프에 직접 또는 배관을 통해 연결되고; 센서는 용기나 펌프에 연결되며; 컨트롤러는 세서의 신호에 응답해 펌핑사이클을 작동시킨다. 센서의 신호는 용기나 펌프에 모인 유량(예; 레벨이나 임계치)를 표시한다. 컨트롤러는 펌프를 통해 펌핑된 유체의 양이나 체적을 추정하는 논리회로(예; 전용 카운터나 프로세서에서 운동되는 코드)를 갖고, 이런 추정은 적어도 펌핑사이클이나 펌핑행정의 횟수를 기초로 한다. 추정 펌핑체적은 펌핑행정이나 펌핑사이클당의 공지의 체적을 주어진 행정이나 사이클 수로 곱하여 계산된다. 추정 논리회로에 연계된 클록 회로가 유량 추정을 촉진하고, 이런 유량은 주어진 시간에 걸쳐 펌핑된 유체의 양을 결정하여 측정/추정될 수 있다.
컨트롤러는 비휘발성 메모리(NVM)를 포함할 수 있는데, 이 메모리에는 (1) 연산변수, (2) 연산 로그, (3) 펌프나 용기나 센서나 배관의 물리적 특성을 표시하는 보정데이터가 저장된다. 또, 모든 유량계 요소의 물리적 특성(예; 주어진 펌핑행정당 체적 및/또는 펌프의 주어진 사이클)에 대한 보정데이터는 아래 범위에 걸쳐 주어진 물리적 특성을 나타내는 하나의 값이나 한세트의 값일 수 있다: (1) 작동기간, (2) 작동사이클, (3) 환경조건. 예를 들어, 4행정 펌프는 행정마다 다른 양의 유체를 펌핑할 수 있고, 각 행정마다 펌핑된 유체량이 비휘발성 메모리(NVM)에 저장될 수 있다. NVM은 행정이나 사이클 하나당 하나의 값이나 한 세트의 값을 저장할 수 있고, 각각의 값마다 아래 작동변수들 각각이나 부분집합에 연결될 수 있다: (1) 작동기간, (2) 경과된 작동사이클, (3) 환경조건(예; 온도), (4) 기타 펌핑행정의 펌핑 양에 영향을 주는 다른 변수나 변수들의 조합.
도 1은 유량원에서 나가는 유체를 모으는 용기(102), 용기내 유량(실제값이나 임계치)을 표시하는 센서(121), 컨트롤러(106)를 갖는 유량계의 블록도;
도 2는 용기(114)에 임시로 유체를 모았다가 펌프(112)로 옮기는 유량계의 블록도;
도 3은 본 발명의 유량계의 다른 예의 블록도;
도 4는 본 발명의 유량계의 또다른 예의 블록도;
도 5는 도 1의 유량계의 특정 예를 구현하는 블록도로서, 센서는 부표로 이루어져 위로 떠오르면서 일정 높이에 이르면 전기스위치를 작동시키고, 펌프는 피스톤 펌프이며, 펌프의 입출구에 피스톤 액튜에이터와 일방향 밸브가 위치;
도 6은 도 5의 유량계의 다른 실시예의 블록도로서, 도 5의 부표형 센서를 상승운동이 일정 상태에 도달했을 때 전기스위치를 작동시키는 피스톤형 구조로 대체;
도 7은 용기((153)의 하류에 위치한 펌프(104)에 센서가 기능적으로 연결되어 있는 유량계의 블록도;
도 8a~b는 플렉시블 용기(102)와 센서 어셈블리(141,142)를 채택한 다른 예의 블록도;
도 9a~b는 본 발명에 따른 플렉시블 용기(102)와 센서 어셈블리(141,142)의 다른 예의 블록도;
도 10a~b는 펌프(104)가 달린 플렉시블 용기(102)와 센서 어셈블리(161,162)를 보여주는 블록도;
도 11a~b는 본 발명에 따라 펌프(104)가 달린 플렉시블 용기(102)와 센서 어셈블리(161,162)의 조합을 보여주는 블록도;
도 12a~b는 플렉시블 용기(180)와 센서 어셈블리(181,182)를 이용하는 유량계의 블록도;
도 13a~b는 플렉시블 용기(180)와 센서 어셈블리(181,182)의 일례의 블록도;
도 14~15는 본 발명에 따른 각종 센서;
도 16은 플렉시블 아코디언형 용기나 펌프/용기(180)의 다이어프램과 버튼형 센서(183)를 사용하는 예의 블록도;
도 17a~c는 본 발명에 따른 플렉시블 튜브형 용기의 개략도;
도 18a~c는 플렉시블 수선 다이어프램(117)을 갖춘 튜브형 용기(102)의 개략도;
도 19a~d는 단단한 튜브형 용기(102)에 유연한 수선 다이어프램(118)을 부착한 예의 개략도;
도 20은 유연한 튜브형 펌프의 블록도;
도 21~22는 도 17 및 20의 용기들을 결합한 유량계의 블록도;
도 23a~d는 도 17의 튜브형 용기와 도 20의 튜브형 펌프를 조합한 유량계의 작동사이클의 순서도와 개략도들;
도 24는 유체 수용량을 크게 늘린 대형 용기(102)를 사용하는 유량계의 블록도;
도 25는 유체 소비량을 늘인 대형 용기(114) 상류측에 펌프(112)를 배치한 실시예의 블록도;
도 26에는 용기(102)가 하나이고 펌프(104)는 사이즈가 비슷하거나 다른 것으로 2개 이상인 유량계의 블록도;
도 27은 용기와 펌프가 모두 2개 이상인 유량계의 블록도;
도 28의 2개 이상의 용기(102,202)와 하나의 펌프(104)와 하나의 밸브(205)를 갖는 유량계의 블록도;
도 29는 피스톤형 펌프/용기 조합체(119)와 압력센서 어셈블리(196)와 하류측 압력안정 용기(114)를 사용한 유량계의 블록도;
도 30은 공압/유압식 펌프(104)와 용기 센서(124)를 갖춘 유량계의 블록도;
도 31a는 유체가 들어가는 입구가 용기와 펌프 사이의 배관(107)에 위치한 도 1의 유량계의 변형례의 블록도;
도 31b는 유체를 배출하는 배출구가 용기와 펌프 사이의 배관(108)에 위치한 도 2의 유량계의 변형례의 블록도;
도 32는 도 41의 실시예의 변형례로서, 동적 분리요소(211)가 챔버가 아닌 제2 채널 자체내에서 움직이는 유량계의 블록도
도 33a~c는 도 32의 유량계의 각 작동단계를 보여주는 블록도;
도 34는 도 33의 실시예의 변형례의 블록도;
도 35는 도 34의 격막의 움직임을 보여주는 블록도;
도 36은 도 34나 41의 유량계의 변형례의 블록도;
도 37은 도 32의 유량계의 변형례의 블록도;
도 38~40은 동적 분리요소(211)의 움직임을 감지하는 여러 센서들을 보여주는 단면도;
도 41은 제1 유체채널에 펌프(212)가 들어있고 제2 유체채널의 챔버(217)에 동적 분리요소(211)가 들어있는 유량계의 블록도;
도 42는 고전적인 컨트롤러의 일례를 보여주는 블록도.
이하, 첨부 도면들을 참조하여 본 발명에 대해 자세히 설명한다.
본 명세서에서 언급한 모든 방향은 도면을 기준으로 설명한 것이다.
본 발명에 따른 장치는 특별히 원하는 목적을 위해 제작되기도 하고, 컴퓨터프로그램으로 작동되는 범용 프로세서나 컴퓨터를 포함하기도 한다. 이런 컴퓨터 프로그램은 플로피디스크, CDROM, 자기-광학 디스크, ROM, RAM, EPROM, EEPROM, 플래시 메모리, 자기/광학 카드, 기타 명령어를 저장할 수 있으며 컴퓨터시스템의 버스나 I/O에 연결될 수 있는 어떤 형태의 메모리에도 저장될 수 있다.
여기서 제시한 프로세스나 디스플레이들은 어떤 특정 컴퓨터나 프로세서나 다른 장치에 관련된 것이 아니다. 각종 범용 시스템들을 본 발명에 따른 프로그램과 함께 사용할 수 있으며, 원하는 방법을 실행하기 위한 좀더 특수한 장치를 구성할 수도 있다. 이런 다양한 시스템들에 맞는 구조는 이하의 설명에서 명확해질 것이다.
또, 본 발명은 특정 프로그램 언어에만 한정되지 않는다. 본 발명을 구현하는데 다양한 언어를 사용할 수 있다. 또, 프로그램 언어를 사용하지 않고도 프로세스를 구현할 수도 있다.
이하의 설명은 예를 든 것일 뿐이고 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아님을 알아야 한다.
본 발명은 유량계에 관한 것이다, 본 발명에 따른 유량계는 (1) 펌프, (2) 유체수집 용기(선택적임), (3) 적어도 하나의 센서, 및 (4) 컨트롤러를 포함하는데, 펌프는 펌핑 사이클당 거의 고정된 양(체적)의 유체를 펌핑하고, 펌핑사이클은 일련의 펌핑행정을 갖는데, 모든 펌핑행정의 용량이 같은 것은 아니며; 용기는 입구와 출구를 각각 갖거나 입출구를 갖는데, 모두 펌프에 직접 또는 배관을 통해 연결되고; 센서는 용기나 펌프에 연결되며; 컨트롤러는 세서의 신호에 응답해 펌핑사이클을 작동시킨다. 센서의 신호는 용기나 펌프에 모인 유량(예; 레벨이나 임계치)를 표시한다. 컨트롤러는 펌프를 통해 펌핑된 유체의 양이나 체적을 추정하는 논리회로(예; 전용 카운터나 프로세서에서 운동되는 코드)를 갖고, 이런 추정은 적어도 펌핑사이클이나 펌핑행정의 횟수를 기초로 한다. 추정 펌핑체적은 펌핑행정이나 펌핑사이클당의 공지의 체적을 주어진 행정이나 사이클 수로 곱하여 계산된다. 추정 논리회로에 연계된 클록 회로가 유량 추정을 촉진하고, 이런 유량은 주어진 시간에 걸쳐 펌핑된 유체의 양을 결정하여 측정/추정될 수 있다.
컨트롤러는 비휘발성 메모리(NVM)를 포함할 수 있는데, 이 메모리에는 (1) 연산변수, (2) 연산 로그, (3) 펌프나 용기나 센서나 배관의 물리적 특성을 표시하는 보정데이터가 저장된다. 또, 모든 유량계 요소의 물리적 특성(예; 주어진 펌핑행정당 체적 및/또는 펌프의 주어진 사이클)에 대한 보정데이터는 아래 범위에 걸쳐 주어진 물리적 특성을 나타내는 하나의 값이나 한세트의 값일 수 있다: (1) 작동기간, (2) 작동사이클, (3) 환경조건. 예를 들어, 4행정 펌프는 행정마다 다른 양의 유체를 펌핑할 수 있고, 각 행정마다 펌핑된 유체량이 비휘발성 메모리(NVM)에 저장될 수 있다. NVM은 행정이나 사이클 하나당 하나의 값이나 한 세트의 값을 저장할 수 있고, 각각의 값마다 아래 작동변수들 각각이나 부분집합에 연결될 수 있다: (1) 작동기간, (2) 경과된 작동사이클, (3) 환경조건(예; 온도), (4) 기타 펌핑행정의 펌핑 양에 영향을 주는 다른 변수나 변수들의 조합.
본 발명의 유량계는 공급원을 나온 유체를 채울 용기, 용기내 유체의 체적(실제값이나 임계치)을 표시하는 센서, 및 특정 체적이 수집되었다는 표시를 센서로부터 받았을 때 펌프를 작동시키는 컨트롤러를 포함하고, 이 펌프는 용기의 하류에 있으며 주어진 펌핑행정이나 펌핑사이클 당 일정량의 유체를 펌핑한다.
본 발명의 유량계는 유체펌프에 이해 공급원에서 유체를 받아 임시로 담아두는 용기를 포함할 수 있고, 이 펌프는 용기의 상류에 위치하며 주어진 펌핑행정이나 펌핑사이클 당 일정량의 유체를 펌핑할 수 있다. 또, 센서는 용기내 유량을 표시하고, 컨트롤러는 용기내 유량이 정적이나 동적으로 결정된 임계치 이하에 있다는 표시를 센서로부터 받았을 때 펌프를 작동시킨다.
본 발명의 유량계는 유체를 담아둘 용기, 용기내 유체의 양을 표시할 센서, 및 특정 유량이 수집되거나 비워졌다는 표시를 센서로부터 받았을 때 펌프를 작동시키는 컨트롤러를 포함할 수 있고; 이 펌프는 용기에 직접 연결되거나 용기와 벽/분리기/격벽을 공유하고, 용기로부터 유체를 빼내거나 용기에 넣을 수 있다.
또, 유량계가 유체를 담을 용기, 용기내 유체의 체적을 표시할 센서, 특정 유체량을 수집하거나 비웠다는 표시를 센서에서 받았을 때 펌프를 작동시키는 컨트롤러를 포함하고, 이 펌프는 기다란 배관/호스를 통해 용기에 연결되며, 주어진 펌핑행정이나 펌핑사이클 당 일정량의 유체를 용기 안으로나 밖으로 펌핑할 수 있다.
또, 유량계가 부표구조를 갖는 센서와 펌프를 포함할 수 있는데, 이런 부표구조는 위로 상승하여 특정 높이에 도달했을 때 전기스위치를 닫으며, 펌프는 피스톤계 펌프로서 피스톤과 피스톤 액튜에이터와 펌프입출구의 일방향밸브를 포함한다.
또, 유량계가 피스톤형 센서를 갖고, 이 센서가 특정 이동상태에 도달하면 전기스위치를 닫도록 할 수 있다.
또, 유량계의 센서가 용기 하류에 있는 펌프에 연결될 수도 있다. 이 펌프는 피스톤형 펌프이고, (계량할 유체에서 생기는 힘보다 작은) 제1 편향력을 갖는 입구 일방향밸브와, 제1 편향력보다 큰 (계량할 유체에 의한 힘보다 큰) 제2 편향력을 갖는 출구 일방향밸브와, 피스톤형 센서를 갖는다. 용기는 입구밸브보다 큰 편향력을 갖는 바이어싱 구조(예; 스프링 바이어스 피스톤)에 의해 힘을 받아, 정압하에 용기에 들어가는 유체는 펌핑실을 향한다. 피스톤 액튜에이터가 정지하고 있는 동안 펌핑실에 들어가는 유체에 의해 펌프피스톤이 상승한다. 펌프피스톤이 임계치에 닿으면, 펌프피스톤에 연결된 스위치형 센서(이진 센서)가 작동되어, 컨트롤러가 피스톤 액튜에이터를 작동시키고 피스톤형 펌프의 배출과정을 시작한다. 배출하는 동안, 펌핑실의 유체는 펌프출구 일방향밸브를 통해 나가도록 힘을 받는다. 펌프 입구의 일방향밸브가 배출 동안 닫혀있으므로, 편향력을 받은 용기에 들어가는 유체가 바이어싱 구조를 움직이고, 이런 바이어싱 구조는 배출과정이 끝나고 피스톤 액튜에이터가 정지하면 용기에 모인 유체를 펌핑실쪽으로 밀어낸다.
또, 플렉시블 용기와 센서 어셈블리가 이완된 (미충전) 상태에서는 기능적으로 연결된 스위치/이진센서가 닫히지 않고, 팽창/긴장된 (충전) 상태에서는 센서가 닫혀, 컨트롤러는 지금까지 설명한 펌핑 동작을 발동시키고 플렉시블 용기는 미충전 상태로 돌아가도록 할 수도 있다.
또, 플렉시블 용기와 센서 어셈블리의 다른 예에서는, 용기가 이완(충전) 상태에서 연결된 스위치/센서가 작동되어, 컨트롤러는 전술한 펌핑 동작을 구현하며 용기를 팽창된(미충전) 상태로 되돌리도록 하고, 용기가 팽창된 미충전 상태에서는 낮은 내부압력(부분 진공) 때문에 용기의 일부 벽이 안쪽으로 변형되어 센서 작동점에서 떨어지도록 할 수도 있다.
또, 펌프가 달린 플렉시블 용기와 센서 어셈블리를 채택할 수도 있다. 용기가 이완(미충전) 상태에서는 용기에 연결된 스위치/센서(161)가 미작동 상태이고; 용기가 긴장/팽창(충전) 상태에서는 연결된 스위치/센서가 작동상태로 되도록 한다. 유체공급원이 정압이면 유체가 입구와 제1 일방향밸브를 통해 용기 안으로 들어갈 수 있기 때문에, 펌프 액튜에이터는 정지(아이들) 상태이고, 이 상태에서도 용기가 채워지면서 용기의 한쪽 벽이 늘어난다. 센서가 작동되면, 컨트롤러가 액튜에이터를 작동시키고 늘어난 벽을 반대로 밀어내면서 용기 출구의 최대 저항부인 제2 일방향 밸브를 통해 일정 유량을 펌프/용기에서 배출하면서 펌핑 사이클을 시작하는데, 이런 일방향밸브는 용기를 채운 정압유체의 누설을 방지한다. 한편, 유체공급원이 부압이면 펌프 액튜에이터가 당겨올리면서 입구와 제1 일방향밸브를 통해 용기 안으로 유체를 강제로 흡입하는 것을 도와준다. 센서가 작동하면 컨트롤러가 액튜에이터를 작동해 아래로 밀어내, 용기 출구의 제2 일방향밸브를 통해 용기에서 일정량의 유량을 밀어내 배출 사이클을 시작한다. 제2 일방향밸브도 액튜에이터의 당김동작에 의해 용기에 유체가 들어갔기 때문에, 제2 일방향밸브는 출구를 통해 용기에 유체가 들어가는 것을 방지하고, 용기 출구의 제2 일방향밸브는 용기내부에 생긴 부압에 의한 밀봉작용도 한다.
또, 펌프가 달린 플렉시블 용기와 센서 어셈블리를 조합할 수도 있다. 용기가 충전상태에서 센서가 작동되고, 용기가 늘어난 미충전상태에서 센서는 개방된 정지상태로 되도록 할 수 있다. 유체공급원의 정압에 의해서나 이완 위치로 팽창하는 용기의 흡입력에 의해 제1 일방향밸브와 입구를 통해 용기 안으로 유체가 흡입되므로 펌프 액튜에이터는 아이들 상태이다. 연결된 센서가 닫혀 작동되면 컨트롤러는 액튜에이터를 작동시켜 밀어내려, 제2 일방향밸브를 통해 펌프로부터 일정량의 유량을 배출시켜 펌핑 사이클을 시작한다.
또, 플렉시블 용기와 센서 어셈블리를 이용할 수도 있다. 플렉시블 용기가 이완된 충전상태에서 관련 센서는 작동되지 않고 용기가 늘어난 미충전 상태에서는 센서가 작동되어 컨트롤러는 전술한 실시예에서 설명된 펌핑 사이클을 시작하며 용기는 이완된 (충전) 상태로 복귀하도록 할 수 있다.
또, 플렉시블 용기와 센서 어셈블리를 이용할 경우, 용기가 이완된 미충전 상태에 있을 때 관련 센서는 작동상태이어서, 컨트롤러가 전술한 실시예의 펌핑사이클을 개시하고 용기를 늘어난 충전상태로 복귀시키도록 할 수도 있다.
또, 각종 센서들을 사용할 수도 있는데, 부표센서, 피스톤센서 어셈블리, 또는 플렉시블 용기형 센서 어셈블리로 작동되는 버튼형 센서를 예로 들 수 있다. 부표/피스톤 어셈블리가 상승하거나 플렉시블 용기나 그 일부가 휘어지거나 이완되면, 버튼형 센서에 힘을 가해 작동시켜, 컨트롤러가 펌핑 사이클을 시작하게 한다. 도 15는 부표센서 어셈블리, 피스톤센서 어셈블리, 또는 플렉시블 용기형 센서 어셈블리에 의해 작동되는 광센서를 보여준다. 부표/피스톤 어셈블리가 상승하거나 플렉시블 용기나 그 일부분이 휘어지거나 이완되면서 거울이나 프리즘이나 기타 반사/굴절/차폐 요소를 움직여, 광원에서 나온 빛이 광센서에 입사되도록 하거나, 광강도가 광센서를 자극하여, 광센서를 작동시키면, 컨트롤러가 전술한 펌핑 사이클을 시작하도록 한다.
또, 플렉시블 아코디언형 용기나 펌프/용기의 다이어프램과 버튼형 센서를 사용할 경우, 용기가 이완되거나 긴장된 미충전 상태에서 관련 센서는 정지상태에 있고, 용기가 충전상태에서는 관련 센서는 작동상태여서, 전술한 펌핑사이클이 시작되고 용기는 미충전상태로 돌아가도록 할 수 있다.
또, 플렉시블 튜브형 용기를 사용해 이완상태, 밖으로 팽창된 (충전) 상태, 안쪽으로 수축된 (비팽창) 상태를 만들 수 있다.
또, 플렉시블 수선 다이어프램을 갖춘 튜브형 용기를 사용할 경우, 다이어프램을 덮어씌울 개구부를 다이어프램으로 덮거나 다이어프램을 개구부 위에 부착하여 사용할 수 있다.
또, 단단한 튜브형 용기에 유연한 수선 다이어프램을 부착할 수도 있는데, 예컨대 다이어프램을 배치할 개구부에 부착된 다이어프램이 바깥쪽으로 팽창된 충전상태의 튜브형 용기와, 개구부를 덮은 다이어프램이 이완된 미충전/반충전 상태에 있는 튜브형 용기나, 개구부를 덮은 다이어프램이 진공상태이거나 안쪽으로 늘어나거나 긴장된 미충전 상태에 있는 튜브형 용기를 사용할 수 있다.
또, 유연한 튜브형 펌프를 사용할 수도 있는데, 튜브형 펌프가 이완 (충전) 상태에 있을 때 펌프액튜에이터가 정지하여 튜브를 누르지 않고, 튜브형 펌프가 긴장된 (미충전) 상태에서 펌프액튜에이터가 작동되어 튜브를 눌러 배출행정 도중이나 이후에 펌프를 압축하도록 할 수 있다.
또, 유량계의 용기가 탄성 튜브로 이루어지고, 이 튜브의 커넥터는 도체로 이루어지며 튜브의 표면에 부착할 수도 있다. 입구를 통해 유체가 들어간 튜브는 팽창하고 커넥터는 스위치를 닫는다. 이때 컨트롤러로 신호가 보내진다. 이 유량계의 펌프(104)는 탄성 튜브, 액튜에이터, 입구밸브 및 출구밸브로 이루어진다. 액튜에이터가 튜브를 누르면, 튜브의 체적이 줄어들면서 내부 유체를 출구밸브쪽으로 밀어낸다. 액튜에이터가 튜브의 압력을 해제하면, 튜브가 이완상태로 팽창하면서 용기의 탄성 튜브로부터 입구밸브를 통해 유체를 흡입하므로, 용기의 튜브는 이완상태로 다시 축소된다.
또, 튜브형 용기와 튜브형 펌프를 조합할 수도 있다. 유량계가 작동사이클의 1단계에 있고, 이때는 유연한 튜브형 용기가 이완 (미충전) 상태에 있으며 튜브형 펌프는 이완된 충전상태에 있다. 센서는 작동하지 않고 액튜에이터도 작동하지 않는다. 2단계에 있을 때는 유량계가 유체로 채워져 팽창된 (충전) 상태에 있으며 펌프는 이완된 (충전) 상태에 있다. 센서는 튜브형 용기에 의해 작동되었고 액튜에이터는 작동사이클을 시작하려고 한다. 3단계에 있을 때는 용기는 유체로 채워져 팽창된 (충전) 상태에 있다. 센서는 작동되고 액튜에이터도 작동되어 작동사이클의 1단계를 끝내는데, 이 경우 펌프를 눌러 압축한다. 펌프가 압축되면 펌프 내부의 유체 일부분이 펌프에서 배출된다. 액튜에이터는 계속해서 도 23d의 위치로 상승하여 작동사이클을 마친다. 이 액튜에이터에 의하면, 튜브형 펌프가 유체를 흡입하거나 용기에서 튜브쪽으로 흐르도록 하는동안 이완 (충전) 상태로 복귀할 수 있다. 용기에서 펌프로의 유체 이동은 팽창된 용기내의 정압이나 압축된 펌프내의 부압에 의해 일어난다. 3단게가 끝나면 유량계가 도 23d의 초기위치로 복귀한다.
또, 유체 수용량을 크게 늘린 대형 용기를 사용할 수도 있다. 펌프는 용기 하류에 위치하여 정해진 유량을 주어진 펌핑 사이클이나 행정당 일정 유량을 용기에서 빼낸다.
또, 유체 소비량을 늘인 대형 용기 상류측에 펌프를 배치할 수도 있다. 용기에 수용되는 유량이 펌프에 수용되는 유량보다 더 크다. 이런 실시예는, 유량이 안정적이지 않은 경우에 유용하고, 이 경우 펌프가 용기를 채우는데 걸리는 시간보다 더 짧은 시간에 동일 유량을 용기에서 비울 수 있다.
또, 펌프가 2개 이상이고, 펌프마다 사이클당 펌핑량이 다른 유량계를 사용할 수도 있다. 펌핑량이 큰 펌프는 유량이 큰 경우에 사용하고, 펌핑량이 작은 펌프는 유량은 작지만 좀더 정확한데 사용된다. 사이클당 펌핑량이 다양한 여러 펌프들을 같이 사용하면, 높은 유량의 측정을 중단하지 않고 할 수 있으면서도 소용량 펌프로 바꿔 더 정확한 유량을 측정할 수 있다.
또, 용기가 하나이고 펌프는 사이즈가 비슷하거나 다른 것으로 2개 이상 사용할 수도 있는데, 이때의 펌프 사이즈는 매 사이클당 펌프가 운반하는 유량으로 정의된다. 센서는 용기내 유량을 측정하도록 용기에 연결된다. 컨트롤러는 펌프의 동작을 제어하고, 용기내 유량을 표시하는 신호를 센서로부터 받으며, 유량을 추정한다. 여기서의 센서는 광원, 광센서 및 불투명 물질로 이루어진 패널을 포함하고, 패널 안에는 투명한 윈도우가 들어있다. 윈도우는 패널의 길이를 따라 폭이 변하는데, 도면에서는 삼각형으로 도시되어 있다. 유체가 공급원에서 용기로 갔다가 펌프를 거쳐 배출되면서 용기가 공급원의 유체로 채워질 때, 피스톤이 패널과 같이 상승하며, 이때 센서가 감지하는 광량은 패널의 높이에 따라 변하는데, 이는 윈도우의 폭이 변하면 이에 맞춰 윈도우를 통과하는 광량도 변하기 때문이다.
또, 용기와 펌프가 모두 2개 이상인 유량계를 사용할 수도 있는데, 용기와 펌프가 직렬로 연결되어 있는데, 제1 세트의 용기와 펌프는 유량을 측정하고, 나머지 용기와 펌프 세트는 배출구측의 하류 배압이나 공급원 압력을 조절한다. 제1 세트의 펌프는 용기에 연결된 센서가 작동될 때마다 용기로부터 유체를 펌핑배출한다. 따라서, 제1 세트으 펌프가 제2 세트의 용기를 향해 유체를 밀어내면 하류측 유체압력이 증가한다. 또, 제1 세트의 용기 내부 압력이 펌프의 펌핑중에 변하는데, 이는 펌핑 사이클중에 제1 세트의 용기에 유체가 들어가거나 이 용기에서 유체가 나가기 때문이다. 다른 용기, 센서, 펌프 세트를 사용해 제1 세트의 펌프의 입출구의 압력을 조절할 수도 있다. 컨트롤러는 다른 세트의 펌프를 작동시켜 다른 세트의 용기나 제1 세트의 용기의 내부압력을 조절하므로, 제1 세트의 펌프는 거의 정압에 가까운 압력이나 공지의 압력분포에 가까운 압력을 겪는다.
또, 2개 이상의 용기와 하나의 펌프와 하나의 밸브를 갖는 유량계를 사용할 수도 있다. 컨트롤러는 용기에 연결된 센서로부터 압력표시 신호를 받아, 용기의 유량을 추정한다. 용기내 유량이 일정 량에 도달하면, 컨트롤러는 한쪽 용기에서 다른쪽 용기로 유체를 펌핑하라고 펌프에 명령한다. 용기 안으로 유체가 들어가면 용기내 압력도 상승한다. 제2 센서는 압력을 표시하는 신호를 컨트롤러에 보내고, 컨트롤러는 압력이 일정 범위내에 있도록 용기 출구의 밸브의 개방을 조절하여 유체를 방출한다. 따라서, 입출구의 압력이 일정 범위내에 있는동안 펌프가 작동한다. 마찬가지로, 펌프의 입구에 연결된 용기의 출구에 밸브를 설치하여, 펌프 입구에서 용기 내부압력을 조절한다.
또, 피스톤형 펌프/용기 조합체와 압력센서 어셈블리와 하류측 압력안정 용기를 갖는 유량계를 사용할 수도 있다. 피스톤형 펌프/용기와 압력센서 어셈블리는 입구측 일방향밸브, 출구측 일방향밸브 및 펌프/용기 챔버 압력센서를 포함한다. 펌프/용기 챔버는 스프링의 힘을 받는 피스톤처럼 펌프 입구밸브보다 큰 편향력을 받는 바이어싱 구조의 힘을 받아, 정압으로 어셈블리에 들어가는 유체는 펌프/용기 챔버로 들어간다. 피스톤 액튜에이터가 정지중일 때 펌프/용기 챔버로 들어가는 유체로 인해, 펌프/용기 피스톤이 피스톤의 운동을 방해하는 요소(예; 스프링)의 저항을 거슬러 상승한다. 펌프/용기 챔버 압력센서는 펌프/용기 챔버내 압력을 측정해, 관련 컨트롤러에 압력표시 신호를 보낸다. 압력 임계치에 도달하면, 펌프 피스톤에도 연결된 컨트롤러가 피스톤 액튜에이터의 작동을 개시하여 피스톤형 펌프의 배출과정을 시작한다. 배출하는 동안, 펌핑실에 모인 유체는 강제로 출구측 일방향밸브를 통과한다. 펌프의 입구측 일방향밸브가 배출과정동안 닫혀있으므로, 펌핑실 내부의 유체는 출구 일방향밸브를 통과해 하류측 압력안정 용기 안으로 들어간다. 배출과정 동안, 펌핑실과 압력안정실 내의 압력은 상승한다. 펌프내 임계 안정 압력에 도달했음을 표시하는 압력신호를 압력센서에서 받으면, 압력안정 용기의 출구에 있는 제어밸브에도 연결된 컨트롤러가 제어밸브를 개방하여 적어도 일부의 유체를 용기 밖으로 배출한다. 압력이 임계 안정압력이나 그 이상으로 강하했음을 표시하는 압력신호를 받은 컨트롤러는 제어밸브를 닫아 용기에서 더이상의 유체가 나가지 않도록 한다.
또, 공압/유압식 펌프와 용기 센서를 갖춘 유량계를 사용할 수도 있다. 공압/유압 유량계는 플렉시블 저장실과 플렉시블 펌핑실을 갖는다. 저장실은 유압액이나 공압기체가 들어있는 탱크 안에 위치하고, 이런 액체나 기체그 들어있는 튜브가 압력센서에 연결되며, 압력센서는 멀리 떨어져 위치할 수 있다. 압력센서는 압력을 나타내는 신호를 관련 컨트롤러에 보낸다. 공급원측의 유체가 입구를 통해 저장실로 들어가면서 저장실을 팽창시키므로, 탱크 내부의 저장실 주변 액체나 기체가 압축된다. 압력센서가 임계압력을 감지했음을 표시하는 신호를 받은 컨트롤러는 튜브를 통해 유체나 기체가 들어있는 제2 탱크에 연결된 유압/공압 압축기를 작동시키고, 이 압축기는 용기 가까이 떨어져 위치할 수 있으며, 펌핑실이 그 안에 위치한다. 제2 탱크 내부의 유압이나 공압 압력으로 인해 펌핑실이 압축되면, 펑핌실 안에 있던 유체의 일부가 출구를 통해 배출된다. 펌프 입출구의 일방향 밸브에 의해 유체가 출구쪽으로는 흐르지만 반대쪽으로는 흐르지 못한다. 압축된 펌핑실이 비압축 상태로 돌아가면서 펌핑실에 부압이 생기고, 이때문에 용기의 저장실로부터 배관을 통해 유체를 흡입할 수 있다.
또, 유체가 들어가는 입구가 용기와 펌프 사이의 배관에 위치할 수도 있다. 이 경우, 유체를 배출하는 배출구가 용기와 펌프 사이의 배관에 위치할 수도 있다.
또, 유체 채널이 2개로서, 제1 유체채널에 펌프가 들어있고 제2 유체채널의 챔버에 동적 분리요소가 들어있는 유량계를 사용할 수도 있다. 입구를 통해 들어간 유체는 입구측의 챔버 구간을 채우고, 이때문에 출구측의 챔버 구간의 거의 비슷한 양의 유량이 출구로 밀려나가게 되어, 마치 유체가 실제로 챔버를 통과하는 것같이 보인다. 챔버 안에 위치한 동적 분리요소는 챔버 한쪽의 유체가 다른쪽으로 흐르는 것을 방지한다. 공급원측의 유체가 일으킨 압력에 의해 동적 분리요소는 챔버 내부에서 출구쪽으로 움직이고, 이런 움직임이 임계점이나 임계거리를 넘으면 센서가 컨트롤러에 신호를 보낸다. 이때 컨트롤러는 제1 채널펌프를 작동시켜, 제1 채널 공급원측에서 제1 채널 배출구측으로 일정 유량씩의 펌핑행정을 개시한다. 유체가 펌핑되면 공급원측의 유압이 강하되고 배출구측의 유압은 증가한다. 이런 압력차로 분리요소는 챔버 내에서 처음 위치로 돌아가고, 다시 공급원측에 압력이 축적된다.
또, 동적 분리요소가 챔버가 아닌 제2 채널 자체내에서 움직이도록 할 수도 있다.
또, 분리요소가 제2 채널의 벽면에 부착된 유연한 격막 형태일 수도 있다. 출구측의 압력이 높으면 격막이 입구측으로 휘어지고, 입구측의 압력이 높으면 격막이 출구측으로 휘어진다.
또, 유연한 격막이 채널 벽면에 부착될 수도 있다. 채널 벽면에 부착된 유연한 격막이 채널을 2구간으로 분리한다. 유연한 격막은 채널의 벽면에 달려있고 유연한 물질로 이루어진다.
또, 유연한 격막 형태의 분리요소가 챔버 안에 있고 펌프가 위치하는 채널은 공급원측의 챔버 구간에서부터 출구측 챔버 구간까지 이어져있는 유량계를 사용할 수도 있다. 공급원측 챔버 구간에서부터 유체가 펌프에 의해 채널을 통해 출구측 챔버 구간으로 이동한다.
또, 제2 채널의 일부분이 나머지 부분보다 좁은 유량계를 사용할 수도 있다. 제2 채널 자체내에서 움직이는 동적 분리요소도 마찬가지로 더 좁기 때문에, 다른 실시예에 비해 입출구측 압력차에 의해 채널 내에서 좀더 긴 거리를 움직인다.
또, 동적 분리요소의 움직임을 감지하는데 여러가지 센서들을 사용할 수 있다. 광원과 광센서를 사용할 수 있다. 동적 분리요소가 임계점을 지나면 광원에서 나가는 빛을 차단한다. 빛의 차단을 감지한 광센서는 컨트롤러에 신호를 보내고, 컨트롤러는 펌프를 작동시킨다. 코일을 갖는 자기장 센서와 금속/자기 동적 분리요소를 사용할 경우, 분리요소가 임계점을 지나면, 코일에서 감지되는 자기장의 특성을 변화시킨다. 이 변화를 감지한 코일은 컨트롤러에 신호를 보내고, 컨트롤러는 펌프를 작동시킨다.
한편, 고전적인 컨트롤러를 사용할 수도 있는데, 이런 컨트롤러는 전선으로만 구성된다. 유량조건(예; 용기내 일정 레벨에 도달)을 충족했다고 판단한 센서가 컨트롤러에 신호를 보내면, 컨트롤러는 이 신호를 다른 장치나 펌프에 보내 펌핑행정을 시작하라고 명령한다.
본 발명의 유량계는 적어도 하나의 용기, 적어도 하나의 센서, 적어도 하나의 펌프 및 하나의 컨트롤러를 포함한다.
유량계가 적어도 하나의 펌프, 적어도 하나의 센서 및 하나의 컨트롤러를 가질 수도 있다.
용기가 챔버, 입구 및 출구를 갖거나, 용기가 챔버와 입출구를 가질 수 있다. 이런 입구와 출구 또는 입출구는 용기의 챔버와 유체로 통한다. 용기 챔버 안에는 액체나 기체와 같은 유체를 저장할 수 있다. 용기 챔버의 내부 체적은 고정되거나, 유입량이 배출량보다 크거나 유체가 비워져 변할 수도 있다. 용기의 챔버나 그 일부는 단단한 재료로 구성될 수 있다.
한편, 용기의 챔버 전체나 일부가 유연한 탄성재료로 이루어질 수도 있다. 챔버가 팽창과 수축을 하고, 내부 체적은 유체의 충전이나 배출로 인해 커지거나 작아질 수 있다. 용기 챔버의 벽의 전체나 일부분이 다이어프램일 수 있다. 용기가 피스톤을 갖고, 챔버에 출입하는 유체로 인해 이 피스톤이 챔버내에서 전후진하면서 내부 체적을 바꿀 수 있다.
피스톤에 힘을 가해 챔버의 체적을 줄이는 수단(예; 스프링)도 있다. 피스톤에 힘을 가해 챔버의 체적을 늘이는 수단(예; 스프링)도 있다. 용기는 챔버 안으로 유체를 흡입하는 흡입력을 가할 수 있도록 구성된다(예; 다이어프램으로 스프링을 덮거나 스프링으로 피스톤을 당김). 챔버 안에 있는 유체를 밀어내는 압력을 가하도록 용기를 구성할 수도 있다(예; 챔버를 다이어프램으로 덮거나 스프링으로 피스톤을 당김).
도 1은 공급원에서 나가는 유체를 모으는 용기(102), 용기내 유량(실제값이나 임계치)을 표시하는 센서(121), 컨트롤러(106)를 갖는 유량계의 블록도로서, 컨트롤러는 (예; 정적으로나 동적으로 결정된 임계치 이상의) 일정 유량이 수집되었다는 표시를 센서로부터 받았을 때 펌프(104)의 펌핑행정/사이클을 발동시키는데, 이 펌프(104)는 용기(102)의 하류에 있고, 주어진 펌핑 행정이나 사이클당 일정 유량을 용기로부터 펌핑한다.
도 1의 유량계의 용기(102)는 연결관(103)을 통해 펌프(104)에 연결된다. 유체는 입구(101)로 들어가 출구(105)로 나간다. 용기(102)는 입구(101)를 통해 들어오는 유체로 채워진다. 용기에 연결된 센서(121)는 용기내의 유량을 측정하고 이 유량을 나타내는 신호를 컨트롤러(106)에 보내거나, 용기내 유량이 임계치 이상에 도달했는지를 측정/표시하고 관련 신호를 컨트롤러에 보낸다. 이런 유량을 표시하는 센서 신호에 응답해, 또는 컨트롤러가 용기내 유량이 임계치 이상에 도달했음을 결정했을 때, 컨트롤러는 이 신호를 펌프(104)에 보내 용기(102)로부터 거의 일정량의 유체를 펌핑하는 펌핑 사이클이나 행정을 시작해 출구(105)로 유체를 보내고; 이 과정은 그후 반복된다. 유량은 주어진 시간동안 펌핑된 유량들의 합을 이 시간으로 나누어서 계산된다(예; 5분간 6리터씩 10 사이클이면 (10*6)/5=12 리터/분임).
도 2는 용기(114)에 임시로 유체를 모았다가 펌프(112)로 옮기는 유량계의 블록도로서, 여기서는 펌프(112)가 용기(114)의 상류에 위치하고 주어진 펌프 행정이나 사이클당 일정 유량을 용기로 옮기며, 센서(121)는 용기내 유량을 표시하며, 컨트롤러(106)는 용기내 유량이 정적으로나 동적으로 임계치 이하에 있다는 표시를 센서에서 받았을 때 펌프의 펌핑 행정/사이클을 작동시킨다.
도 2에서 펌프(112)는 연결관(113)을 통해 용기(114)에 연결된다. 유체는 입구(101)로 들어가 출구(105)로 나간다. 센서(121)는 용기내의 유량을 측정하고 이 유량을 나타내는 신호를 컨트롤러(106)에 보내거나, 용기내 유량이 임계치 이하로 줄어들었는지를 측정/표시하고 관련 신호를 컨트롤러에 보낸다. 이런 유량을 표시하는 센서 신호에 응답해, 또는 컨트롤러가 용기내 유량이 임계치 이하로 줄었음을 결정했을 때, 컨트롤러는 이 신호를 펌프(112)에 보내 용기(114)에 거의 일정량의 유체를 펌핑하는 펌핑 사이클이나 행정을 시작해 입구(101)로 유체를 보내고; 이 과정은 그후 반복된다. 유량은 주어진 시간동안 펌핑된 유량들의 합을 이 시간으로 나누어서 계산된다.
도 3은 본 발명의 유량계의 다른 예의 블록도로서, 용기(122)는 유체를 수집하고, 센서(121)는 용기내의 유량(실제량이나 임계치)을 표시하며, 컨트롤러(106)는 일정 유량이 모이거나 비워졌음을(예; 정적으로나 동적으로 정해진 임계치 이상/미만) 표시하는 신호를 센서로부터 받았을 때 펌프(123)의 펌핑 행정/사이클을 발동시키며; 이때 펌프(123)는 용기(122)에 직결되거나 용기와 (배관 없이) 벽면이나 다이어프램을 공유하며, 주어진 펌핑 행정이나 사이클당 공지의/거의 고정된 유량을 용기 안으로나 밖으로 펌핑한다.
본 실시예에서는 용기(122)와 펌프(123)가 직결된다. 경우에 따라서는, 입구가 배관(111)이고, 출구도 배관(115)이며, 입구(111)로 들어온 유체가 용기(122)를 채웠다가, 용기가 설정치까지 채워졌다는 신호를 센서(121)에서 받은 컨트롤러(106)가 펌프(123)를 작동시켜 용기에서 출구(115)를 향해 펌핑 행정/사이클을 개시한다. 한편, 입구가 배관(115)이과 출구가 배관(111)일 수도 있는데, 이 경우에는 용기가 설정치까지 비워졌다는 신호를 센서(121)로부터 받은 컨트롤러(106)가 펌프(123)를 작동시켜 입구(115)로부터 용기(122)를 향한 펌핑 행정/사이클을 개시한다. 용기로 들어간 유체는 출구(111)를 향해 흐른다.
도 4는 본 발명의 유량계의 또다른 예의 블록도로서, 용기(132)는 유체를 수집하고, 센서(121)는 용기내 유량을 표시하며, 컨트롤러(106)는 일정 유량이 모이거나 비워졌음을 나타내는 신호를 센서로부터 받았을 때 펌프(134)의 펌핑 행정/사이클을 개시하는데, 펌프는 기다란 호스(133)를 통해 용기에 연결되고, 주어진 펌핑 행정이나 사이클당 공지의 일정 유량을 용기 안으로나 밖으로 펌핑한다.
본 실시예에서는 용기(132)와 펌프(134)가 길이가 긴 호스(133)을 통해 연결된다. 이때문에, 용기와 펌프를 서로 멀리 떨어지게 배치할 수 있다. 컨트롤러(106)는 펌프(134)나 용기(132) 근처에는 물론 멀리도 배치할 수 있다. 배관(111)을 통해 들어온 유체는 용기(132)와 펌프(134)와 배관(115)을 통과할 수 있다. 어떤 경우에는, 역방향으로 유체가 흘러, 배관(115)을 통해 들어온 유체가 펌프(134)와 용기(132)를 거쳐 배관(111)으로 나갈 수도 있다.
도 5는 도 1의 유량계의 특정 예를 구현하는 블록도로서, 센서는 부표로 이루어져 위로 떠오르면서 일정 높이에 이르면 전기스위치를 작동시키고, 펌프는 피스톤 펌프이며, 펌프의 입출구에 피스톤 액튜에이터와 일방향 밸브가 위치한다.
본 실시예에서는 배관(101)을 통해 유체가 들어가는 용기(102)에 들어있는 플로트(143)가 유체 표면에 뜬다. 유체가 용기로 들어감에 따라 플로트가 상승하면서 전기 커넥터(142)가 전기스위치(141)를 연결한다. 전기스위치(141)가 닫히면, 신호가 컨트롤러(106)로 보내지고, 컨트롤러는 이 신호를 펌프(104)의 액튜에이터(147)로 보낸다. 펌프(104)는 피스톤, 시린지, 플런저, 격막형 펌프와 같은 완복형 펌프일 수 있다. 어떤 경우에는, 컨트롤러(106)로부터 신호를 받은 펌프가 흡입한 다음 배출하거나 배출한 다음 흡입하는 펌핑행정을 실행할 수 있다. 도 5의 실시예에는 피스톤(144)이 달린 펌프를 예로 든다. 매 펌핑행정 동안, 펌프는 흡입한 다음 배출을 하거나, 이전 행정에서 흡입한 유체를 배출한 다음 흡입한다. 흡입동작 동안에는 액튜에이터(147)가 피스톤(144)을 밀어올리고, 이때 피스톤 밑의 펌프실(148)의 압력이 낮아지면서 흡입동작을 한다. 흡입동작 동안에는 용기 내부압력이 펌프실(148)의 압력보다 높아, 펌프 입구의 일방향밸브(146)가 열려 용기(102)에서 펌프실(148)로 유체가 흐르는데, 이런 흐름은 펌프실의 압력이 용기 내부압력과 같아질 때까지 진행된다. 피스톤(144)이 펌핑행정에서 상사점에 이르면, 펌프실(148)이 용기에서 흡입한 유체로 채워지고 용기내 유체 높이는 낮아져, 플로트(143)는 내려가고 스위치(141)는 개방된다. 배출동작시, 책튜에이터(147)가 피스톤(144)을 밀어내리면서, 펌프실(148) 내부의 유체를 밀어 펌프출구의 일방향밸브(145)를 열고 배관(105)을 통해 배출시킨다. 스프링(149,150)은 선택적이고, 보통은 입출구(146,145)의 밸브를 평상시 닫힌 위치로 유지하는데 사용된다. 경우에 따라서는, 이들 밸브의 하나나 둘다가 유압에 의해 닫혀있기도 하다.
도 6은 도 5의 유량계의 다른 실시예의 블록도로서, 도 5의 부표형 센서를 상승운동이 일정 상태에 도달했을 때 전기스위치를 작동시키는 피스톤형 구조로 대체한다.
도 6의 실시예에서는 입구(101)를 통해 용기(102)에 들어가는 유체가 용기를 채우면 피스톤(151)이 상승하기 시작하는데, 이런 상승은 전기커넥터(142)가 전기스우치ㅣ(141)를 작동시키는 위치에 이를 때까지 계속된다. 피스톤(151)은 용기(102)에 들어가는 유체의 압력으로 상승하고, 다른 한편으로는 배관(103)을 통해 용기(102)에서 유체를 빼내는 펌프(104)에 의한 흡입력 때문에 하강한다.
센서는 용기(102)내의 유량이 일정량 이상이거나 이하임을 표시한다. 도 5~6의 실시예의 센서는 커넥터(142)와 스위치(141)로 이루어졌지만, 다른 종류의 센서를 사용할 수도 있다. 경우에 따라서는 센서가 용기(102)의 유량을 추정한 다음 이 유량을 나타내는 신호를 컨트롤러(106)에 보낼 수도 있다.
도 7은 용기((153)의 하류에 위치한 펌프(104)에 센서가 기능적으로 연결되어 있는 유량계의 블록도이다. 펌프는 피스톤형 펌프이고: 제1 편향력(유체가 가하는 힘보다 작음)을 가즌ㄴ 입구 일방향밸브(146), 제1 편향력보다 큰(즉, 유체의 힘보다 큰) 제2 편향력을 갖는 출구 일방향밸브(145) 및 피스톤형 센서를 포함한다. 용기는 펌프 입구밸브의 편향력보다 큰 편향력을 갖는 (스프링 피스톤과 같은) 편향 구조를 가져, 용기에 정압으로 들어가는 유체는 펌프실로 향한다. 피스톤 액튜에이터(147)가 정지중인 동안 펌프실에 유체가 들어가면 피스톤(144)이 상승한다. 피스톤이 임계치에 도달하면, 피스톤에 연결된 스위치형 (이진) 센서(161)가 작동하여, 컨트롤러(106)가 피스톤 액튜에이터를 가동시키고 펌프의 배출행정을 시작한다. 배출하는 동안, 펌프실에 모인 유체가 펌프출구 일방향밸브(145)를 통해 나간다. 펌프입구의 일방향밸브(146)는 배출행정 동안 강제로 닫히므로, 용기에 들어가는 유체가 바이어싱 구조(152)를 움직이고, 일단 배출행정이 끝나고 피스톤 액튜에이터가 정지하면 바이어싱 구조는 용기 내부의 유체를 펌프실로 밀어낸다.
도 7의 실시예에서는 유체가 입구배관(101)에서 용기(153)와 연결배관(103)을 통해 펌프(104)로 흐른다. 펌프에 들어가는 유체는 전기커넥터(162)가 전기스위치(161)를 연결할 때까지 피스톤(144)을 상승시킨다. 스위치(161)가 닫히면, 신호가 컨트롤러(106)에 가고, 컨트롤러는 이 신호를 펌프 액튜에이터(147)에 보내, 펌프(104)의 피스톤(144)을 하강시키고 출구 배관(105)을 통해 유체를 배출시킨다. 용기(153)는 펌프(104)가 배출행정에 있는 동안 입구배관(101)을 통해 유체를 흡입하는데 필요하다. 펌프(104)가 배출행정에 있으면, 입구배관(101)을 통해 들어오는 유체가 용기(153)를 채우고 피스톤(152)은 상승하여 스프링(163)을 압축한다. 펌프(104)가 배출행정을 끝내면, 용기(153) 내부의 유체가 스프링(163)과 피스톤(152)에 의해 펌프쪽으로 밀려간다.
펌프의 배출행정 동안에만 용기 안으로 들어가는 유체를 흡수할 필요가 있으므로, 용기의 체적이 펌프실의 체적보다 작을 수도 있지만, 반드시 그런 것도 아니다.
펌프나 용기를 설계하는 방법은 많다. 도 8~13, 16~19는 이런 설계에 적용되는 여러 원리들의 예를 보여준다. 아래 도면에서 보듯이, 펌프나 용기나 또는 양쪽에 비슷한 디자인을 사용할 수 있다. 현재 알려지거나 장래 안출될 여러 다른 펌프나 용기 디자인들도 본 발명의 일부로 사용될 수 있다.
도 8a~b는 플렉시블 용기(102)와 센서 어셈블리(141,142)를 채택한 다른 예의 블록도이다. 도 8a의 플렉시블 용기는 기본 미충전 상태에 있고 관련 스위치/센서도 작동되지 않은 상태이다. 도 8b의 용기는 충전되어 팽창된 상태로서, 관련 스위치/센서도 작동된 상태이며, 컨트롤러는 지금까지 설명한 펌핑 동작을 발동시키고 플렉시블 용기는 미충전 상태로 돌아간다.
본 실시예의 용기(102)는 플렉시블 다이어프램(171)을 갖고, 센서 어셈블리는 용기(102)가 일정 높이로 채워질 때를 추정하기 위한 것이며 전기커넥터(142)와 스위치(141)를 갖는다. 입구(172)를 통해 용기(102)에 유체가 들어오면, 다이어프램(171)이 도 8b와 같이 윗쪽으로 팽창한다. 유체가 배관(173)을 통해 용기(102)에서 나가면, 다이어프램은 도 8a와 같이 아랫쪽으로 이완된다. 도 8a~b의 실시예는 용기(102)가 일정 체적 이상으로 채워졌는지 여부를 추정하는 방법들의 일례일 뿐이다. 도 8a는 용기(102)가 미충전 상태이고 스위치(141)가 개방되었음을 보여준다. 도 8b는 용기(102)가 일정 높이로 채워진 충전상태이고 스위치(141)는 닫혀 펌프(104)의 동작이 발동된다는 것을 보여준다.
도 9a~b는 본 발명에 따른 플렉시블 용기(102)와 센서 어셈블리(141,142)의 다른 예의 블록도이다. 도 9a의 용기는 이완(충전) 상태로서, 연결된 스위치/센서가 작동되어, 컨트롤러는 전술한 펌핑 동작을 구현하며 용기를 도 9b의 팽창된(미충전) 상태로 되돌린다. 도 9b의 용기는 팽창된 미충전 상태로서, 낮은 내부압력(부분 진공) 때문에 용기의 일부 벽이 안쪽으로 변형되어 센서 작동점에서 떨어진다.
용기(102)는 플렉시블 다이어프램(171)을 갖는다. 용기(102)가 일정 높이로 채워진 때를 추정하는 센서 어셈블리는 전기커넥터(142)와 스위치(141)로 구성된다. 유체가 연결배관(173)을 통해 용기(102)에서 나가면, 다이어프램(171)이 도 9b와 같이 아랫쪽으로 늘어난다. 유체가 입구(172)를 통해 용기(102)에 들어가면, 다이어프램(171)이 도 9a와 같이 윗쪽으로 돌아간다. 도 9a~b의 실시예 역시 용기(102)가 일정 체적 이하로 채워졌는지 여부를 추정하는 방법들 중의 하나일 뿐이다. 도 9b는 용기(102)가 미충전 상태이고 스위치(141)는 개방되었음을 보여주고, 도 9a는 용기가 충전상태이고 스위치(141)는 닫혀 펌프(104)의 동작이 시작됨을 보여준다.
도 10a~b는 펌프(104)가 달린 플렉시블 용기(102)와 센서 어셈블리(161,162)를 보여주는 블록도이다. 도 10a의 용기는 이완(미충전) 상태이고 여기에 연결된 스위치/센서(161)는 미작동 상태이다. 도 10b의 용기는 긴장/팽창(충전) 상태이고 여기에 연결된 스위치/센서는 작동상태이다. 유체공급원이 정압이면 유체가 입구와 제1 일방향밸브(146)를 통해 용기 안으로 들어갈 수 있기 때문에, 펌프 액튜에이터(147)는 정지(아이들) 상태이고, 이 상태에서도 용기가 채워지면서 용기의 한쪽 벽이 늘어난다. 센서가 작동되면, 컨트롤러가 액튜에이터를 작동시키고 늘어난 벽을 반대로 밀어내면서 용기 출구의 최대 저항부인 제2 일방향 밸브(145)를 통해 일정 유량을 펌프/용기에서 배출하면서 펌핑 사이클을 시작하는데, 이런 일방향밸브는 용기를 채운 정압유체의 누설을 방지한다. 한편, 유체공급원이 부압이면 펌프 액튜에이터가 당겨올리면서 입구와 제1 일방향밸브를 통해 용기 안으로 유체를 강제로 흡입하는 것을 도와준다. 센서가 작동하면 컨트롤러가 액튜에이터를 작동해 아래로 밀어내, 용기 출구의 제2 일방향밸브를 통해 용기에서 일정량의 유량을 밀어내 배출 사이클을 시작한다. 제2 일방향밸브도 액튜에이터의 당김동작에 의해 용기에 유체가 들어갔기 때문에, 제2 일방향밸브는 출구를 통해 용기에 유체가 들어가는 것을 방지하고, 용기 출구의 제2 일방향밸브는 용기내부에 생긴 부압에 의한 밀봉작용도 한다.
본 실시예의 유량계는 다이어프램(174), 펌프(104)와 용기(102)의 조합체, 및 용기/펌프(102/104)가 일정 높이까재 채워질 때를 추정하는 수단인 전기커넥터(162)와 스위치(161)를 옵션으로 갖는다. 도 10a의 용기/펌프 조합체(102/104)는 미충전 상태이고 전기커넥터(161)는 개방상태이다. 도 10b의 용기/펌프 조합체(102/104)는 완충전이나 부분충전 상태이다. 용기/펌프 조합체(102/104)를 채우는 유체의 압력으로 인해 다이어프램(174)이 윗쪽으로 늘어난다. 용기/펌프내의 유량이 일정 높이에 이르면, 커넥터(162)가 작동되어 스위치(161)가 작동된다. 이때 용기가 일정 높이까지 채워졌다는 신호가 컨트롤러(도시 안됨)에 보내진다. 컨트롤러는 이 신호를 액튜에이터(147)로 보내고, 액튜에이터는 다이어프램(174)을 아래로 밀어낸다. 액튜에이터(147)가 다이어프램(174)을 밀어내리면, 유체는 도 10a의 출구(176)로 빠져나간다. 한편, 도 10의 구조에서 용기내의 유량 측정 수단인 커넥터(162)와 스위치(161)가 없는 다이어프램 펌프 형태로 구현할 수도 있다. 이 경우, 액튜에이터(147)가 다이어프램(174)을 당겨 흡입행정을 실행하면, 배출밸브(145)는 닫히고 입구(175)와 흡입밸브(146)를 통해 유체를 흡입할 수 있다. 배출행정에서는 액튜에이터(147)가 다이어프램(174)을 밀어내리고, 펌프내의 유체압력에 의해 흡입밸브(146)는 닫히고 배출밸브(145)는 열리며, 배출밸브를 통해 출구(176)에서 유체가 배출된다. 경우에 따라서는, 이런 종류의 다이어프램 펌프가 전술한 각 실시예의 펌프로 작동할 수도 있다.
도 11a~b는 본 발명에 따라 펌프(104)가 달린 플렉시블 용기(102)와 센서 어셈블리(161,162)의 조합을 보여주는 블록도이다. 도 11a의 용기는 충전상태이고 센서는 작동상태이다. 도 11b의 용기는 늘어난 미충전상태이고 센서는 개방된 정지상태이다. 유체공급원의 정압에 의해서나 이완 위치로 팽창하는 용기의 흡입력에 의해 제1 일방향밸브(146)와 입구를 통해 용기 안으로 유체가 흡입되므로 펌프 액튜에이터(147)는 아이들 상태이다. 연결된 센서가 닫혀 작동되면 컨트롤러는 액튜에이터를 작동시켜 밀어내려, 제2 일방향밸브(145)를 통해 펌프로부터 일정량의 유량을 배출시켜 펌핑 사이클을 시작한다.
도 11에서 알 수 있듯이, 이 유량계는 다이어프램(174), 펌프(104)와 용기(102)의 조합체를 기본으로, 용기/펌프 조합체(102/104)가 일정 높이 이상 채워졌을 때를 추정하는 수단인 전기커넥터(162)와 스위치(161)를 더 포함한다. 도 11a의 용기/펌프 조합체(102/104)는 일부나 일부가 충전된 상태이고 전기스위치(161)는 닫힌 상태로서; 충전이 끝난 뒤나 충전중이며, 입구(175)로 유체가 들어간다. 도 11b의 용기/펌프 조합체(102/104)는 미충전 상태로서, 배출행정의 중간이나 끝에 있고, 전기스위치(161)는 열려있다. 배출행정에서는 액튜에이터(147)가 도 11b와 같이 다이어프램(174)를 밀어내린다. 배출행정이 끝나면 액튜에이터(147)는 다이어프램에 작용한 힘을 해제하여, 흡입행정을 시작하게 한다. 도 11a는 입구(175)를 통해 용기/펌프 조합체(102/104) 안으로 유체가 다 흘러들어갔거나 흐르는 상태를 보여준다. 흡입과정에서 용기/펌프 조합체(102/104)를 채우는 유체의 압력과 다이어프램(174)의 탄성에 의해 다이어프램(174)이 윗쪽으로 늘어난다. 용기/펌프 조합체(102/104)내의 유량이 일정 높이에 이르고 커넥터(162)가 작동하면, 스위치(161)가 닫힌다. 이때 용기/펌프 조합체(102/104)내의 유체가 일정 높이 이상으로 채워졌다는 신호를 컨트롤러에 보낸다. 컨트롤러는 이에 응답해, 다이어프램(174)을 밀어내리라고 명령하는 신호를 액튜에이터(147)에 보낸다. 액튜에이터가 다이어프램(174)을 밀어내리면(배출과정), 도 11b와 같이 출구(176)에서 유체가 밀려나간다.
도 12a~b의 실시예에서는 플렉시블 용기(180)와 센서 어셈블리(181,182)를 이용한다. 도 12a의 플렉시블 용기(180)는 이완된 충전상태이고 관련 센서(181)는 작동되지 않는 상태이다. 도 12b의 용기는 늘어난 미충전 상태이고 센서는 작동되어 컨트롤러는 전술한 실시예에서 설명된 펌핑 사이클을 시작하며 용기는 이완된 (충전) 상태로 복귀하려고 한다.
도 12의 실시예는 다이어프램(184)을 갖는 용기와, 용기(180)가 일정 높이 이상으로 비워졌는지 여부를 추정하는 수단을 갖는다. 이 수단은 전기커넥터(182)와 스위치(181)이다. 도 12b의 상태는 용기(180)의 유체가 스위치(181)를 작동시켜 펌프(112)를 동작시킬 레벨이상으로 비워진 상태이다. 도 12a의 상태는 용기(180)가 적어도 부분적으로 채워지고 스위치(181)는 개방된 상태이다. 도 12의 용기(180)에 액튜에이터나 일방향밸브를 추가하거나, 펌프와 용기의 조합체를 구성하여 일정 레벨까지 비워진 것을 탐지할 수도 있다(도 11과는 대조적임).
도 13a~b는 플렉시블 용기(180)와 센서 어셈블리(181,182)의 일례의 블록도이다. 도 13a의 용기(180)는 이완된 미충전 상태이고 관련 센서(181)는 작동상태이어서, 컨트롤러가 전술한 실시예의 펌핑사이클을 개시하고 용기를 늘어난 충전상태로 복귀시킨다. 도 13b는 용기가 늘어난 충전상태이고 관련 센서가 정지중인 상태이다.
본 실시예에서 용기(180)는 플렉시블 다이어프램(184)을 갖고, 이 용기(180)가 일정 레벨 이상 비워졌는지를 추정하는 수단도 있는데, 이 수단이 전기커넥터(182)와 스위치(181)이다. 도 13a는 용기(180)가 충전되지 않고 스위치(181)는 닫힌 상태이고, 도 13b는 용기(180)가 부분적으로나 완전히 충전되고 스위치(181)가 열린 상태이다. 도13의 용기(180)에 일방향밸브나 액튜에이터를 추가하면, 펌프와 용기 조합체를 구성해 조합체에서 일정 레벨 이상으로 유체가 비워지면 이를 탐지토록 할 수도 있다(도 10과는 대조적임).
도 14~15는 본 발명에 따른 각종 센서를 보여준다. 도 14는 부표센서, 피스톤센서 어셈블리, 또는 플렉시블 용기형 센서 어셈블리로 작동되는 버튼형 센서를 보여준다. 부표/피스톤 어셈블리가 상승하거나 플렉시블 용기나 그 일부가 휘어지거나 이완되면, 버튼형 센서에 힘을 가해 작동시켜, 컨트롤러가 펌핑 사이클을 시작하게 한다. 도 15는 부표센서 어셈블리, 피스톤센서 어셈블리, 또는 플렉시블 용기형 센서 어셈블리에 의해 작동되는 광센서를 보여준다. 부표/피스톤 어셈블리가 상승하거나 플렉시블 용기나 그 일부분이 휘어지거나 이완되면서 거울이나 프리즘이나 기타 반사/굴절/차폐 요소를 움직여, 광원에서 나온 빛이 광센서에 입사되도록 하거나, 광강도가 광센서를 자극하여, 광센서를 작동시키면, 컨트롤러가 전술한 펌핑 사이클을 시작하도록 한다.
본 실시예에서는 펌프/용기(180)가 일정 레벨 이상으로 채워졌는지나 비워졌는지 여부를 2개의 센서가 추정하는데, 이 센서는 펌프/용기(180)내 유량을 추정하기도 한다. 도 14의 실시예에서는 펌프/용기(180)가 유체로 채워졌을 때 유연한 다이어프램(184)이 윗쪽으로 팽창하면서 전기회로를 개폐하는 스위치(183) 버튼을 밀어내고, 이는 펌프/용기(180)가 일정 레벨 이상으로 채워졌음을 표시한다. 도 15의 실시예에서는 펌프/용기(180)가 비워지거나 채워질 때, 다이어프램(184)이 위나 아래로 늘어나거나 이완되면서, 다이어프램에 부착된 반사경(189)이 광원(187)에서 나온 빛을 광센서(188)로 반사한다. 센서(188)에서 감지된 빛은 펌프/용기(180)가 일정 레벨 이상으로 비워지거나 채워졌음을 나타낸다. 한편, 광센서(188)가 반사되거나 부딪치는 빛의 강도에 의해 펌프/용기(180) 내부의 유량을 추정할 수도 있다.
도 16은 플렉시블 아코디언형 용기나 펌프/용기(180)의 다이어프램과 버튼형 센서(183)를 예로 들었다. 도 16a는 용기가 이완되거나 긴장된 미충전 상태이고 관련 센서는 정지상태이다. 도 16b는 용기가 충전상태이고 관련 센서는 작동상태여서, 전술한 펌핑사이클이 시작되고 용기는 미충전상태로 돌아간다.
도 16의 실시예에서는 액튜에이터가 보이지 않고, 펌프/용기(180)의 벽이 아코디언 형태로 생겨, 탄성물질로 이루어진다. 도 16a의 펌프/용기(180)는 이완된 상태에 있다. 펌프/용기(180) 안으로 들어가는 유체의 압력으로 용기의 벽면이 늘어나 용기의 체적이 도 16b와 같이 커진다. 용기(180)가 일정 레벨 이상으로 채워지면, 스위치(183)를 눌러 작동시킨다. 이때 용기가 일정 레벨 이상으로 채워졌음을 표시하는 신호가 컨트롤러(도시 안됨)에 보내진다. 한편, 도16b는 용기가 이완되어 충전된 상태이다. 용기(180)내의 유체는 용기(180)에 대한 액튜에이터의 압축에 의해서나 출구(186)를 통해 유체를 흡입할 때 도 16a의 상태를 향해 배출된다. 액튜에이터의 압축이나 흡입이 끝나면, 용기(180)는 도 16b의 이완 상태로 되돌아가고, 이때 입구(185)를 통해 유체를흡입한다. 용기(180)가 일정 레벨 이상으로 다시 채워지면, 스위치(183)를 누르고, 전술한 과정이 반복된다.
도 17a~c는 본 발명에 따른 플렉시블 튜브형 용기의 개략도로서, 도 17a는 이완상태, 17b는 밖으로 팽창된 (충전) 상태, 17c는 안쪽으로 수축된 (비팽창) 상태를 보여준다.
본 실시예의 용기는 탄성재로 이루어진 튜브 형태를 띤다. 도 17a는 이완상태이다. 유체가 용기에 들어가면 도 17b와 같이 밖으로 팽창하기 시작한다. 용기내 유체가 배출되면 도 17a와 같이 이완된 상태로 돌아간다. 한편, 이완 상태의 용기에서 유체가 흡입되면, 도 17c와 같이 안쪽으로 쭈그러진 상태로 수축한다. 이때 유체가 용기로 들어가면 도 17a의 이완상태로 돌아간다. 경우에 따라서는, 도 17b와 같은 팽창상태로 유체를 충전했다가, 도 17c와 같은 수축상태로 배출할 수도 있다. 여기서는 용기가 2가지 긴장상태 사이를 스위칭한다. 어떤 경우에는 도 17b와 같이 팽창 긴장상태의 용기가 유체에 정압을 가하고, 도 17c와 같은 수축 긴장상태의 용기가 유체에 부압(흡입력)을 가한다.
도 18a~c는 플렉시블 수선 다이어프램(117)을 갖춘 튜브형 용기(102)의 개략도로서, 18a에서는 다이어프램을 덮어씌울 개구부(116)를 볼 수 있고, 18b에서는 이 개구부를 다이어프램(117)으로 덮기 전 상태의 튜브형 용기를 볼 수 있으며, 18c에서는 다이어프램을 개구부 위에 부착한 튜브형 용기를 볼 수 있다.
이 용기(102)는 단단한 재료로 이루어진 튜브 모양이고, 도 18a와 같이 튜브의 측벽에 개구부(116)가 형성된다. 튜브 벽면의 개구부는 탄성재로 된 유연한 수선 다이어프램(117)으로 덮이는데, 도 18b는 덮이기 전이 상태이고, 도 18c는 덮인 뒤의 상태이다.
도 19a~d는 단단한 튜브형 용기(102)에 유연한 수선 다이어프램(118)을 부착한 예의 개략도로서, 19a는 다이어프램을 배치할 개구부(117)가 형성된 용기를 보여주고, 19b는 개구부에 부착된 다이어프램이 바깥쪽으로 팽창된 충전상태의 튜브형 용기를 보여주며, 19c는 개구부를 덮은 다이어프램이 이완된 미충전/반충전 상태에 있는 튜브형 용기를 보여주고, 19d는 개구부를 덮은 다이어프램이 진공상태이거나 안쪽으로 늘어나거나 긴장된 미충전 상태에 있는 튜브형 용기를 보여준다.
도 19의 용기(102)는 도 18의 용기와 같아 단단한 튜브로 이루어지고 벽면에 객부(117)가 형성되었고(도 19a 참조), 19b는 탄성재로 이루어진 유연한 수선 다이어프램(118)으로 개구부를 덮은 상태를 보여주고 이때의 용기9102)는 바깥쪽으로 팽창된 다이어프램(118)까지 유체로 충전된다. 도 19c의 용기는 이완상태이고, 도 19d의 용기는 흡입이 이루어져 다이어프램(118)이 안쪽으로 늘어난 상태에 있다.
도 20은 유연한 튜브형 펌프를 보여주는데, 20a는 튜브형 펌프가 이완 (충전) 상태에 있고 펌프액튜에이터(147)가 정지하여 튜브(177)를 누르지 않는 상태를 보여주며, 20b는 튜브형 펌프가 긴장된 (미충전) 상태에 있고 펌프액튜에이터가 작동되어 튜브를 눌러 배출행정 도중이나 이후에 펌프를 압축하는 상태에 있음을 보여준다.
본 실시예에서 펌프는 탄성 튜브(177)와 솔레노이드 액튜에이터와 같은 액튜에이터(147)를 갖는다. 도 20a의 튜브는 이완상태이고 유체로 충전되어 있다. 도 20b는 액튜에이터(147)가 튜브(177)를 눌러 압축하면서 유체를 내보내는 상태에 있다. 액튜에이터(147)가 탄성 튜브에 가하는 힘을 놓으면, 튜브가 도 20a의 이완상태로 팽창하면서 유체를 흡입한다.
도 21~22의 유량계에서는 용기(102)가 도 17의 용기와 거의 동일하게 구성된다. 이 용기(102)는 탄성 튜브(178)로 이루어지고, 이 튜브의 커넥터(142)는 도체로 이루어지며 튜브의 표면에 부착된다(도 21 참조). 입구(101)를 통해 유체가 들어간 튜브(178)는 팽창하고 커넥터(142)는 스위치(141)를 닫는다(도 22 참조). 이때 컨트롤러로 신호가 보내진다. 이 유량계의 펌프(104)는 간단하게 도 20과 같은 펌프로 이루어진다. 이 펌프는 탄성 튜브(177), 액튜에이터(147), 입구밸브(156) 및 출구밸브(155)로 이루어진다. 액튜에이터(147)가 튜브(177)를 누르면, 튜브의 체적이 줄어들면서 내부 유체를 출구밸브(155)쪽으로 밀어낸다. 액튜에이터(147)가 튜브(177)의 압력을 해제하면, 튜브가 이완상태로 팽창하면서 용기(102)의 탄성 튜브(178)로부터 입구밸브(156)를 통해 유체를 흡입하므로, 용기의 튜브는 이완상태로 다시 축소된다.
도 23a~d는 도 17의 튜브형 용기와 도 20의 튜브형 펌프를 조합한 유량계의 작동사이클의 순서도와 개략도들이다. 도 23a는 이 유량계가 취한 단계들을 작동사이클의 일부분으로 설명한다.
도 23d에서는 유량계가 작동사이클의 1단계에 있고, 이때는 유연한 튜브형 용기(178)가 이완 (미충전) 상태에 있으며 튜브형 펌프(177)는 이완된 충전상태에 있다. 센서(141)는 작동하지 않고 액튜에이터(147)도 작동하지 않는다.
도 23b의 유량계는 2단계에 있으며, 이때는 유량계가 유체로 채워져 팽창된 (충전) 상태에 있으며 펌프는 이완된 (충전) 상태에 있다. 센서는 튜브형 용기에 의해 작동되었고 액튜에이터는 작동사이클을 시작하려고 한다.
도 23c의 유량계는 3단계에 있고, 이때 용기는 유체로 채워져 팽창된 (충전) 상태에 있다. 센서는 작동되고 액튜에이터도 작동되어 작동사이클의 1단계를 끝내는데, 이 경우 펌프를 눌러 압축한다. 펌프가 압축되면 펌프 내부의 유체 일부분이 펌프에서 배출된다. 액튜에이터는 계속해서 도 23d의 위치로 상승하여 작동사이클을 마친다. 이 액튜에이터에 의하면, 튜브형 펌프가 유체를 흡입하거나 용기에서 튜브쪽으로 흐르도록 하는동안 이완 (충전) 상태로 복귀할 수 있다. 용기에서 펌프로의 유체 이동은 팽창된 용기내의 정압이나 압축된 펌프내의 부압에 의해 일어난다. 3단게가 끝나면 유량계가 도 23d의 초기위치로 복귀한다.
도 23a는 도 21의 유량계의 작동단계를 보여준다.
1단계(100)에서, 유연한 튜브형 용기는 이완 (미충전) 상태에 있고 튜브형 펌프도 이완 (충전) 상태에 있다. 센서와 액튜에이터도 작동하지 않는다(도 23d 참조).
2단계(200)에서, 용기는 유체로 충전되어 팽창 (충전) 상태에 있고, 펌프는 이완 (충전) 상태에 있다.
3단계(300)에서는 센서가 팽창 (충전) 용기에 의해 작동되었고 액튜에이터는 사이클을 시작하려고 한다(도 23b 참조).
4단계(400)에서, 센서는 닫히고 액튜에이터가 작동하여 압축 (미충전) 상태로 펌프를 압축하여 제1 (배출) 행정을 끝낸다. 펌프가 압축되면 펌프안에 들어있던 유체의 일부가 펌프에서 배출된다(도 23c 참조).
5단계(500)에서, 액튜에이터는 제2 (흡입) 행정에 들어가 상승하기 시작하면서 펌프의 압축을 해제해 원래의 이완 (미충전) 상태로 되돌리고, 이때 유체가 용기에서 펌프로 들어가고, 용기는 이완 (미충전) 상태로 복귀하며 센서는 개방된다.
도 23b~d는 도 21의 유량계의 3가지 작동상태들을 보여준다. 도 23d부터 시작해, 용기의 탄성 튜브(178)는 미충전 상태에 있고, 펌프는 튜브(177)에 유체가 들어있는 충전상태에 있다. 입구(101)통해 들어가는 유체가 튜브(178)를 채우면서 튜브가 팽창하여 커넥터(142가 스위치(141)에 접근한다(도 23b 참조). 스위치(141)가 닫히면 튜브(178)에 일정량 유량이 있다는 신호가 컨트롤러(도시 안됨)에 보내지고, 이에 응답해 컨트롤러는 도 23c와 같이 펌프 튜브(177)를 눌러 내부의 유체를 출구밸브(155)로 보내라는 신호를 펌프 액튜에이터(147)에 보낸다. 액튜에이터(147)가 배출행정을 끝내면, 컨트롤러는 펌프튜브(177)에 가하는 힘을 해제하라고 액튜에이터(147)에 명령하고, 이에 응답해 튜브(177)는 튜브(178)로부터 입구밸브(156)를 통해 유체를 흡입하면서 도 23d의 이완상태로 팽창하고, 용기의 튜브(178)는 이완상태로 되돌아가 다시 충전할 준비를 한다.이 과정이 화살표로 표시된 것처럼 자체적으로 반복된다. 이런 사이클 각각에서, 도 23b의 이완상태의 펌프 튜브(177)에 들어있는 유량과 도 23c의 신장상태의 튜브(177)에 들어있는 유량의 차이와 거의 비슷한 유량이 입구(101)에서 출구(105)로 움직인다. 제어논리가 사이클 수를 세고, 유량계를 통해 다른 장치로 들어가는 유량을 나타내는 신호를 등록하거나 보낼 수 있다. 밸브(156,155)는 도 5나 도 10의 실시예와 같은 일방향밸브이지만, 컨트롤러의 제어를 받는 전기식, 공압식 또는 유압식 밸브일 수 있다.
도 24는 유체 수용량을 크게 늘린 대형 용기(102)를 사용하는 유량계의 블록도로서, 펌프(104)는 용기 하류에 위치하여 정해진 유량을 주어진 펌핑 사이클이나 행정당 일정 유량을 용기에서 빼낸다.
본 실시예는 용기(102)와 펌프(104)를 이용하는 도 1의 실시예와 거의 비슷하지만, 용기(102)의 용량이 펌프(104)에 들어가는 유량보다 더 크다. 본 실시예는 유량이 안정적이지 않은 경우에 유용하고, 이 경우 펌프(104)가 용기(102)에서 유량을 취하는 시간보다 더 짧은 시간에 용기(102)에 동일 유량을 채울 수 있다. 이때 용기는 펌프(104)에 의해 비워질 때까지는 유체를 저장하는 버퍼 역할을 한다. 경우에 따라서는 유량 센서가 용기(102)에 일정 유량이 들어있음을 나타내는 신호를 컨트롤러에 보낼 수 있다. 이 일정 유량은 용기(102)데 들어갈 수 있는 유량의 일부분이다. 어떤 경우에는 이 센서가 최소 용기 용량과 펌프실 용량의 합에 거의 근접하는 유량이 용기(102)에 들어있음을 나타내는 신호를 컨트롤러에 보낼 수 있다.
도 25는 유체 소비량을 늘인 대형 용기(114) 상류측에 펌프(112)를 배치한 실시예의 블록도이다. 이 실시예는 도 2의 실시예와 거의 비슷하지만, 용기(114)에 수용되는 유량이 펌프(112)에 수용되는 유량보다 더 크다. 이런 실시예는, 유량이 안정적이지 않은 경우에 유용하고, 이 경우 펌프(112)가 용기(114)를 채우는데 걸리는 시간보다 더 짧은 시간에 동일 유량을 용기(114)에서 비울 수 있다. 이때의 용기(114)는 비워질 때까지는 펌프(112)에 의해 채워지는 유체를 저장하는 버퍼 역할을 한다. 어떤 경우에는 용기(114)가 최대 용량에서 펌프용량을 뺀 것과 거의 비슷한 유량이 용기(114)에 들어있음을 표시하는 신호를 유량센서가 컨트롤러에 보낼 수 있다.
어떤 경우에는 유량이 넓은 범위에 걸쳐 변할 수 있고, 전 범위에 걸친 유량이나 그 변화율을 정확히 측정해야할 경우도 있다. 대형 펌프가 달린 유량계를 사용할 경우, 많은 유량을 측정할 수 있지만, 정밀도가 펌프의 (대량) 유량에 한정되기 때문에 적은 유량은 정밀도가 떨어질 수 있다. 소형 펌프가 달린 유량계를 사용하면 그 반대가 될 것이다.
도 26은 펌프가 2개 이상이고, 펌프마다 사이클당 펌핑량이 다른 유량계의 블록도이다. 펌핑량이 큰 펌프는 유량이 큰 경우에 사용하고, 펌핑량이 작은 펌프는 유량은 작지만 좀더 정확한데 사용된다. 사이클당 펌핑량이 다양한 여러 펌프들을 같이 사용하면, 높은 유량의 측정을 중단하지 않고 할 수 있으면서도 소용량 펌프로 바꿔 더 정확한 유량을 측정할 수 있다.
이렇게 펌프를 2개 이상 갖는 유량계는 비이진/연속/아날로그 센서(예; 전위차계)를 갖고, 이런 센서는 용기내의 유량을 거의 연속적으로 표시할 수 있으며, 컨트롤러를 통해 해당 펌핑사이클 용량의 펌프에 연결하는데 사용될 수 있다. 도 26의 실시예에 의하면, 비이진/연속 센서가 용기내 유량변화에 맞춰 상승하거나 하강하는 (예컨대 용기의 부표나 피스톤이나 다이어프램에 연결된) 삼각창 형태로 구현될 수도 있다. 광원과 광센서는 삼각창 양쪽에 각각 위치한다. 삼각창이 용기내 유량변화에 맞춰 상승하거나 하강하기 때문에, 삼각창을 통과하는 빛을 광센서가 감지하는 광량도 이에맞춰 증가하거나 감소하며 펌핑사이클당 해당 용량을 갖는 펌프를 연결할 수 있다.
도 26에는 용기(102)가 하나이고 펌프(104)는 사이즈가 비슷하거나 다른 것으로 2개 이상 있는데, 펌프 사이즈는 매 사이클당 펌프가 운반하는 유량으로 정의된다. 센서는 용기(102)내 유량을 측정하도록 용기에 연결된다. 컨트롤러는 펌프(104)의 동작을 제어하고, 용기(102)내 유량을 표시하는 신호를 센서로부터 받으며, 유량을 추정한다. 여기서의 센서는 광원(191), 광센서(192) 및 불투명 물질로 이루어진 패널(193)을 포함하고, 패널 안에는 투명한 윈도우(194)가 들어있다. 윈도우는 패널의 길이를 따라 폭이 변하는데, 도면에서는 삼각형으로 도시되어 있다. 유체가 공급원에서 용기로 갔다가 펌프를 거쳐 배출되면서 용기(102)가 공급원의 유체로 채워질 때, 피스톤(151)이 패널(193)과 같이 상승하며, 이때 센서(192)가 감지하는 광량은 패널의 높이에 따라 변하는데, 이는 윈도우의 폭이 변하면 이에 맞춰 윈도우를 통과하는 광량도 변하기 때문이다.
유량이 증가하면서 컨트롤러는 공급원에서 용기(102) 안으로 들어가는 유체를 비우기 위해 펌핑사이클 유량도 증가시킨다. 펌핑사이클 유량이 최대 작동유량에 근접하거나 도달하면, 컨트롤러는 처음 작동된 펌프 대신에나 더하여 다른 펌프를 더 작동시켜, 취급 유량을 더 늘인다. 유체가 공급원에서부터 펌프와 용기(102)를 거쳐 배출될 때, 피스톤(151)이 패널(193)과 함께 하강하고, 광센서(192)가 감지한 광량은 패널의 높이에 따라 바뀌는데, 이는 윈도우의 폭이 변하면서 윈도우를 통과하는 광량도 변하기 때문이다. 컨트롤러는 감지된 광량을 나타내는 신호를 광센서(192)로부터 받아, 용기(102)내 유량을 추정한다. 용기(102)내 유량이 많다고 추정되면, 컨트롤러는 소형 펌프 하나나 몇개를 작동시켜 용기(102)를 채워 정밀도를 높인다. 유량이 증가하면, 컨트롤러는 용기(102)에서 배출되는 유량을 늘이기 위해 펌핑사이클 유량을 늘인다. 펌핑사이클 유량이 최대 작동유량에 근접하거나 도달하면, 컨트롤러는 처음 작동된 펌프 대신에나 더하여 다른 펌프를 더 작동하여, 취급하는 유량을 더 늘인다. 펌프가 2개 이상이기 때문에, 넓은 범위의 유량을 높은 정밀도로 측정할 수 있다.
정밀도를 높이려면, 펌프 입구나 출구 중의 어느 한쪽이나 양쪽에서의 압력분포가 매 펌핑행정에서 거의 비슷한 것이 좋다. 또, 이런 압력분포가 유량계의 입출구에서의 압력과 무관하게 거의 비슷한 것이 좋다.
도 27은 용기와 펌프가 모두 2개 이상인 유량계의 블록도로서, 용기와 펌프가 직렬로 연결되어 있는데, 제1 세트의 용기와 펌프는 유량을 측정하고, 나머지 용기와 펌프 세트는 배출구측의 하류 배압이나 공급원 압력을 조절한다. 제1 세트의 펌프는 용기에 연결된 센서가 작동될 때마다 용기로부터 유체를 펌핑배출한다. 따라서, 제1 세트으 펌프가 제2 세트의 용기를 향해 유체를 밀어내면 하류측 유체압력이 증가한다. 또, 제1 세트의 용기 내부 압력이 펌프의 펌핑중에 변하는데, 이는 펌핑 사이클중에 제1 세트의 용기에 유체가 들어가거나 이 용기에서 유체가 나가기 때문이다. 다른 용기, 센서, 펌프 세트를 사용해 제1 세트의 펌프의 입출구의 압력을 조절할 수도 있다. 컨트롤러는 다른 세트의 펌프를 작동시켜 다른 세트의 용기나 제1 세트의 용기의 내부압력을 조절하므로, 제1 세트의 펌프는 거의 정압에 가까운 압력이나 공지의 압력분포에 가까운 압력을 겪는다.
이 실시예의 유량계는 2개의 용기(102,202)와 2개의 펌프(104,204)를 갖는다. 용기(102)는 배관(103)을 통해 펌프(104)에 연결된다. 이전 실시예와 비슷하게 유량을 측정한다. 펌프(104) 출구에서 안정된 압력분포를 얻기위해, 용기(202)와 펌프(204)를 펌프(104)의 출구에 연결한다. 제2 용기(202)는 제1 용기(102)와 크기가 비슷하지만 다를 수도 있다. 제2 펌프(204)도 마찬가지다. 제2 펌프는 펌핑량을 추정할 필요가 없어 어떤 펌프도 괜찮다. 컨트롤러(106)는 용기 압력센서(121,206)의 압력표시 신호를 기초로 제2 펌프(204)를 작동시키도: 제1 펌프(104)나 제2 용기(202)의 유량과 동기되도록; 제2 용기(202)내 유량이나 압력이 제1 펌프(104)의 각 행정의 시작전에 비슷하도록 한다. 마찬가지로, 펌프(104)이 입구측 압력을 조절하기 위해 유량계의 입구에 제3 세트의 용기와 펌프를 추가할 수도 있다. 경우에 따라서는 펌프와 용기 세트를 도 10~11과 같은 펌프와 용기의 조합체로 대체할 수도 있다.
도 28의 유량계는 2개 이상의 용기(102,202)와 하나의 펌프(104)와 하나의 밸브(205)를 갖는다. 이 유량계는 도 27의 유량계와 거의 비슷하게 동작한다. 컨트롤러(106)는 용기(102)에 연결된 센서(121)로부터 압력표시 신호를 받아, 용기의 유량을 추정한다. 용기(102)내 유량이 일정 량에 도달하면, 컨트롤러(106)는 용기(102)에서 용기(202)로 유체를 펌핑하라고 펌프(104)에 명령한다. 용기(202) 안으로 유체가 들어가면 용기내 압력도 상승한다. 제2 센서(206)는 압력을 표시하는 신호를 컨트롤러(106)에 보내고, 컨트롤러는 압력이 일정 범위내에 있도록 용기(202) 출구의 밸브(205)의 개방을 조절하여 유체를 방출한다. 따라서, 입출구의 압력이 일정 범위내에 있는동안 펌프(104)가 작동한다. 마찬가지로, 펌프의 입구에 연결된 용기의 출구에 밸브를 설치하여, 펌프 입구에서 용기 내부압력을 조절한다.
도 29는 피스톤형 펌프/용기 조합체(119)와 압력센서 어셈블리(196)와 하류측 압력안정 용기(114)를 사용한 유량계의 블록도이다. 피스톤형 펌프/용기와 압력센서 어셈블리는 입구측 일방향밸브(156), 출구측 일방향밸브(155) 및 펌프/용기 챔버 압력센서(196)를 포함한다. 펌프/용기 챔버는 스프링(195)의 힘을 받는 피스톤(144)처럼 펌프 입구밸브보다 큰 편향력을 받는 바이어싱 구조의 힘을 받아, 정압으로 어셈블리에 들어가는 유체는 펌프/용기 챔버로 들어간다. 피스톤 액튜에이터(147)가 정지중일 때 펌프/용기 챔버로 들어가는 유체로 인해, 펌프/용기 피스톤(144)이 피스톤의 운동을 방해하는 요소(예; 스프링)의 저항을 거슬러 상승한다. 펌프/용기 챔버 압력센서는 펌프/용기 챔버내 압력을 측정해, 관련 컨트롤러(106)에 압력표시 신호를 보낸다. 압력 임계치에 도달하면, 펌프 피스톤에도 연결된 컨트롤러가 피스톤 액튜에이터의 작동을 개시하여 피스톤형 펌프의 배출과정을 시작한다. 배출하는 동안, 펌핑실(148)에 모인 유체는 강제로 출구측 일방향밸브를 통과한다. 펌프의 입구측 일방향밸브가 배출과정동안 닫혀있으므로, 펌핑실 내부의 유체는 출구 일방향밸브를 통과해 하류측 압력안정 용기(114) 안으로 들어간다. 배출과정 동안, 펌핑실과 압력안정실 내의 압력은 상승한다. 펌프내 임계 안정 압력에 도달했음을 표시하는 압력신호를 압력센서에서 받으면, 압력안정 용기의 출구에 있는 제어밸브(205)에도 연결된 컨트롤러가 제어밸브를 개방하여 적어도 일부의 유체를 용기 밖으로 배출한다. 압력이 임계 안정압력이나 그 이상으로 강하했음을 표시하는 압력신호를 받은 컨트롤러는 제어밸브를 닫아 용기에서 더이상의 유체가 나가지 않도록 한다.
이 유량계는 펌프/용기 조합체(119), 용기9114), 용기 출구측의 제어밸브(205), 펌프 압력센서(196) 및 컨트롤러(106)를 포함한다. 펌프는 피스톤형 펌프로서 펌핑실(148), 피스톤(144), 피스톤을 밀어내리기 위한 스프링(195), 입구밸브(156), 출구밸브(155) 및 액튜에이터(147)를 갖는다. 입구(101)로부터 펌프 안으로 들어가는 유체가 펌핑실(148)을 채우면서 피스톤(144)을 밀어올리면, 스프링(195)이 압축되고, 펄핑실(148) 내부의 유체압력은 증가하는데, 이 압력은 피스톤의 이동거리의 함수이므로 펌핑실(148) 내부의 유량을 표시할 수 있다. 펌핑실(148) 내부의 압력은 압력센서(196)로 측정한다. 압력센서(196)는 펑핑실 내부의 추정압력을 표시하는 신호를 컨트롤러(106)에 보낸다. 펑핑실 내부의 유량에 해당하는 일정 압력에 도달하면, 컨트롤러(106)는 피스톤(144)을 밀어내려 배출행정을 실행하라고 명령하는 신호를 액튜에이터(147)에 보낸다. 배출행정 동안, 펑핑실(148) 내부의 압력은 용기(114)의 압력에 비례한다. 컨트롤러(106)는 펌핑실(148)의 압력을 표시하는 신호를 압력센서(196)로부터 받고, 일정 압력 이상으로 압력이 증가하면 용기 출구의 제어밸브(205)를 열어 일정 한계로 압력이 강하할 때까지 용기에서 유체를 배출하라는 신호를 제어밸브에 보낸다. 본 실시예에서, 압력센서(196)는 이중 기능을 하는데; 펌프 흡입과정 동안에는 펌핑실(148)의 유량을 표시하고, 배출과정 동안에는 용기(114)내 압력을 표시한다.
폭발성이 아주 높은 유체와 같은 유체의 측정에는 전기신호를 보내는 것이 금지될 수 있다. 한편, 유량계의 사이즈가 아주 작을 수도 있고, 어떤 경우에는 유량계를 유지관리할 필요가 없는 것이 조건일 수도 있다. 이 경우, 펌프 부근에 전기신호가 전혀 없는 유압/공압 시스템을 사용하고, 압축기를 폭발성 유체에서 멀리 두는 것이 좋을 것이다.
도 30은 공압/유압식 펌프(104)와 용기 센서(124)를 갖춘 유량계의 블록도이다. 공압/유압 유량계는 플렉시블 저장실(165)과 플렉시블 펌핑실(168)을 갖는다. 저장실은 유압액이나 공압기체(166)가 들어있는 탱크(164) 안에 위치하고, 이런 액체나 기체그 들어있는 튜브(125)가 압력센서(124)에 연결되며, 압력센서는 멀리 떨어져 위치할 수 있다. 압력센서(124)는 압력을 나타내는 신호를 관련 컨트롤러(106)에 보낸다. 공급원측의 유체가 입구(101)를 통해 저장실로 들어가면서 저장실을 팽창시키므로, 탱크 내부의 저장실 주변 액체나 기체가 압축된다. 압력센서가 임계압력을 감지했음을 표시하는 신호를 받은 컨트롤러는 튜브(127)를 통해 유체나 기체(167)가 들어있는 제2 탱크(169)에 연결된 유압/공압 압축기(126)를 작동시키고, 이 압축기는 용기 가까이 떨어져 위치할 수 있으며, 펌핑실(168)이 그 안에 위치한다. 제2 탱크 내부의 유압이나 공압 압력으로 인해 펌핑실이 압축되면, 펑핌실 안에 있던 유체의 일부가 출구(105)를 통해 배출된다. 펌프 입출구의 일방향 밸브에 의해 유체가 출구쪽으로는 흐르지만 반대쪽으로는 흐르지 못한다. 압축된 펌핑실이 비압축 상태로 돌아가면서 펌핑실에 부압이 생기고, 이때문에 용기의 저장실로부터 배관을 통해 유체를 흡입할 수 있다.
본 실시예에서는 용기(102)가 튜브(103)를 통해 펌프(104)에 연결되고, 용기(102)는 탱크(164)와 탄성 저장실(165)을 갖는다. 탱크(165)와 저장실(165) 사이의 공간이 액체나 기체 유체(166)로 채워진다. 탱크(164)의 내부는 튜브(125)를 통해 압력센서(124)에 연결되고, 압력센서는 용기에서 멀리 위치한다. 입구(101)를 통해 저장실(165)에 유체가 들어가면, 저장실이 팽창하고 유압이 증가하며, 이런 압력변화는 압력센서(124)가 감지한다. 펌프(104)는 펌프탱크(169)와 탄성 펌핑실(168)을 갖는다. 펌프탱크(169)와 펌핑실(168) 사이의 공간은 액체나 기체 유체(167)로 채워진다. 공압/유압 압축기(126)를 펌프(104)에서 멀리 배치할 수 있다.
이런 압축기(126)가 튜브(127)를 통해 펌프탱크(169)의 내부와 펌핑실(168) 사이의 공간(167)에 유체를 주입하거나 압축할 수 있다. 펌프탱크(169) 내부의 유체의 압력 때문에 펌핑실(168)이 압축하면서 펌핑실 내부의 유체를 출구(105)쪽으로 밀어낸다. 유체의 압력이 낮아지면, 저장실(165)의 유체가 펌핑실(168)로 들어간다. 저장실(165) 내부압력을 표시하는 신호를 받은 컨트롤러(106)는 압축기의 동작을 제어한다. 당업자라면 알 수 있듯이, 용기/펌프 탱크의 2 부분을 분리하는 다이어프램이나 피스톤과 같이, 한쪽에는 측정 유체가 들어있고 다른 쪽에는 유압/공압 유체가 들어있는 비슷한 디자인을 알 수 있고; 튜브(125,127)를 하나의 튜브로 구성할 수도 있을 것이다. 이런 구성도 본 발명의 범위에 속한다고 할 수 있다.
도 31a는 유체가 들어가는 입구가 용기와 펌프 사이의 배관(107)에 위치한 도 1의 유량계의 변형례의 블록도이다. 도 31b는 유체를 배출하는 배출구가 용기와 펌프 사이의 배관(108)에 위치한 도 2의 유량계의 변형례의 블록도이다.
도 31a의 실시예는 도 1의 실시예와 아주 비슷하고, 도 31b의 실시예는 도 2의 실시예와 아주 비슷하다. 도 31a~b의 차이점은 도 1의 실시예에서는 배관(101)을 통해 용기 안으로 들어간 유체가 배관(103)을 통해 용기에서 나가지만, 도 31a의 실시예에서는 유체가 동일한 배관(107)을 통해 용기 안으로도 들어가고 용기에서 배출되기도 한다. 도 2의 실시예에서는 배관(113)을 통해 유체로 들어간 유체가 배관(105)을 통해 배출되지만, 도 31b의 실시예에서는 유체가 배관(108) 하나를 통해 용기 안으로도 들어가고 용기에서 배출되기도 한다.
도 41은 유체 채널이 2개로서, 제1 유체채널에 펌프(212)가 들어있고 제2 유체채널의 챔버(217)에 동적 분리요소(211)가 들어있는 유량계의 블록도이다. 입구(101)를 통해 들어간 유체는 입구측의 챔버 구간(213)을 채우고, 이때문에 출구측(105)의 챔버 구간(214)의 거의 비슷한 양의 유량이 출구로 밀려나가게 되어, 마치 유체가 실제로 챔버를 통과하는 것같이 보인다. 챔버 안에 위치한 동적 분리요소는 챔버 한쪽의 유체가 다른쪽으로 흐르는 것을 방지한다. 공급원측의 유체가 일으킨 압력에 의해 동적 분리요소는 챔버 내부에서 출구쪽으로 움직이고, 이런 움직임이 임계점이나 임계거리를 넘으면 센서(224)가 컨트롤러(210)에 신호를 보낸다. 이때 컨트롤러는 제1 채널펌프(212)를 작동시켜, 제1 채널 공급원측에서 제1 채널 배출구측으로 일정 유량씩의 펌핑행정을 개시한다. 유체가 펌핑되면 공급원측의 유압이 강하되고 배출구측의 유압은 증가한다. 이런 압력차로 분리요소는 챔버 내에서 처음 위치로 돌아가고, 다시 공급원측에 압력이 축적된다.
본 실시예에서는 챔버(217)가 동적 분리요소(211)에 의해 2 구간으로 분할된다. 제1 구간(213)은 입구(101)에서 들어온 유체로 채워지고, 제2 구간(214)은 출구(105)쪽의 유체로 채워진다. 이 분리요소(211)는 챔버(217)를 2구간(213,214)으로 분리한다. 동적 분리요소(211)가 임계점이나 임계거리를 넘어 움직이면 작동하는 센서(224)가 컨트롤러(210)에 신호를 보낸다. 신호를 받은 컨트롤러(210)는 화살표 방향으로, 즉 입구측에서 출구측으로 유체를 펌핑하는 펌핑행정을 실행하라는 명령을 펌프(212)에 보내 제1 구간(213)의 유체를 배출하여 압력을 낮추고, 제2 구간(214)으로 유체를 보내 압력을 높인다. 따라서, 동적 분리요소(211)는 센서에서 떨어져 처음 위치로 돌아간다. 이런 과정은 유체가 입구(101)에서 출구(105)까지 흐르는 한 주기적으로 반복된다. 컨트롤러(210)는 펌핑행정의 횟수를 카운트하여 유량계를 흐르는 유량을 계산한다.
도 32는 도 41의 실시예의 변형례로서, 동적 분리요소(211)가 챔버가 아닌 제2 채널 자체내에서 움직이는 유량계의 블록도이다.
이 실시예는 도 41의 실시예와 거의 비슷하지만, 동적 분리요소(211)가 움직이는 챔버가 유량계의 입구(101)에서 출구(105)를 연결하는 튜브의 일부분이다. 챔버 안에 위치하는 동적 분리요소(211)가 경우에 따라서는 입구(101)에서 출구(105)로의 유체의 직접적인 흐름을 막기도 한다. 입구(101)와 접하는 유체가 들어있는 제1 구간(213)이 유체로 채워지면 분리요소(211)가 C 지점의 센서(224) 가까이에 도착할 때까지 B에서 C를 향해 유동방향으로 움직인다. 이런 움직임으로 출구(105)쪽의 제2 구간(214)의 유체가 출구(105)쪽으로 밀리므로, 실제로 입구(101)에서 출구(105)까지 유체가 아무 장애없이 흐르는 것처럼 보인다. 한편, 분리요소(211)가 일정 위치에 도달하면 센서(224)가 컨트롤러(210)에 신호를 보내고, 컨트롤러는 제1 구간(213)에서 제2 구간(214)으로 유체를 이동시키는 펌핑행정을 시작하라는 명령을 펌프(212)에 보낸다. 제2 구간(214)이 채워지고 제1 구간(213)이 비워지면 분리요소(211)가 C 지점에서 A 지점을 향해 움직인다. 유량계에 새로 들어오는 유체가 제1 구간(213)에 들어오면 분리요소(211)는 다시 C 지점을 향해 움직인다. 이 과정이 유량계에 유체가 흐르는 내내 반복된다. 마찬가지로, 출구(105)에서 제2 구간(214)의 유체를 흡입하면 분리요소가 C 지점을 향해 움직이므로 입구(101)로부터 제1 구간(213)에 유체를 흡입할 수도 있다.
도 33a~c는 도 32의 유량계의 각 작동단계를 보여주는 블록도로서, 도 33a는 동적 분리요소(211)가 초기위치에 있을 때, 도 33b는 펌핑행정을 시작해 동적요소가 거의 끝까지 움직였을 때, 도 33c는 제1 채널펌프(212)의 동작으로 출구측의 압력이 증가하여 분리요소가 처음 위치로 돌아갈 때를 각각 보여준다.
도 33은 도 32의 유량계의 동작상태를 보여준다. 도 33a에서는 센서는 C 지점에, 분리요소(211)는 A 지점에 위치한다. 입구(101)로부터 제1 구간(213)에 유체가 들어가고 출구(105)를 통해 제2 구간(214)에서 유체가 배출되면, 분리요소(211)가 도 33b와 같이 C 지점을 향해 움직인다. 분리요소(211)가 C 지점에 도달하면, 컨트롤러에 신호를 보내고, 컨트롤러는 팽핑행정을 하는 펌프(212)의 동작을 제어하여, 제1 구간(213)에서 제2 구간(214)을 향해 유체를 운반하고, 이에따라 분리요소(211)는 도 33c와 같이 A 지점으로 되돌아간다.
도 34는 도 33의 실시예의 변형례로서, 분리요소(211)가 제2 채널의 벽면에 부착된 유연한 격막 형태로 되어있는 유량계의 블록도이다. 도 35는 이 격막의 움직임을 보여주는데, 도 35a는 출구측의 압력이 높아 격막이 입구측으로 휘어져있는 초기위치이고, 도 35b는 입구측의 압력이 높아 격막이 출구측으로 휘어져있는 센서 작동위치이다.
도 34~35의 실시예는 도 32의 실시예와 아주 비슷하지만, 유연한 격막이 채널 벽면에 부착되어 있다. 채널 벽면에 부착된 유연한 격막(211)이 채널을 2구간(213,214)으로 분리한다. 유연한 격막(211)은 채널의 벽면에 달려있고 유연한 물질로 이루어진다. 도 35는 도 34의 파단선 표시부분의 확대도이다. 도35a에서는 유연한 격막(211)이 제1 위치에 있다. 입구(101)로부터 제1 구간(213)에 유체가 들어가고 제2 구간(214)에서 출구(105)를 통해 유체가 배출되면, 유연한 격막(211)이 도 35b의 위치로 움직인다. 이때, 센서가 이 위치를 감지하고 컨트롤러에 신호를 보내 펌프를 작동시킨다.
도 36은 도 34나 41의 유량계의 변형례로서, 유연한 격막 형태의 분리요소(211)가 챔버(217) 안에 있고 펌프가 위치하는 채널은 공급원측의 챔버 구간에서부터 출구측 챔버 구간까지 이어져있는 유량계의 블록도이다. 공급원측 챔버 구간(213)에서부터 유체가 펌프에 의해 채널을 통해 출구측 챔버 구간(214)으로 이동한다.
이 유량계는 도 34나 41의 유량계와 거의 비슷하지만, 유연한 격막이 챔버의 벽면에 부착되어 있다. 이 유량계는 펌프(212), 챔버(217), 챔버(217)를 2구간(213,214)으로 분리하는 유연한 격막 형태의 분리요소(211), 챔버로 이어진 입구(101), 챔버에서 유체를 내보내는 출구(105) 및 센서(224)를 포함한다. 입구(101)에서 제1 구간(213)으로 들어가는 유체에 의해 제2 구간(214)의 유체가 배출되고 분리요소(211)는 센서(224)쪽으로 움직인다. 분리요소(211)가 일정 지점에 도달하면, 센서(224)가 이를 감지해 컨트롤러(210)에 신호를 보낸다. 센서의 신호를 받은 컨트롤러(210)는 제1 구간(213)에서 배관(218,219)을 통해 제2 구간(214)에 유체를 옮기는 펌핑행정을 하라고 펌프(212)에 명령한다. 제1 구간(213)에서 제2 구간(214)으로 유체가 이동하면 분리요소가 센서(224)에서 떨어지고, 입구(101)에서 새로운 유체가 들어오면서 이 과정이 다시 반복된다. 컨트롤러(210)는 펌프(212)가 운반한 체적을 축적하여 유량계를 통과한 유량을 계산한다. 유량계를 통과한 유량을 주어진 시간주기로 나누면 유량이 계산된다.
도 37은 도 32의 유량계의 변형례로서, 제2 채널의 일부분이 나머지 부분보다 좁은 유량계의 블록도이다. 제2 채널 자체내에서 움직이는 동적 분리요소도 마찬가지로 더 좁기 때문에, 다른 실시예에 비해 입출구측 압력차에 의해 채널 내에서 좀더 긴 거리를 움직인다.
이 유량계는 도 32의 유량계와 아주 비슷하지만, 채널(220)이 좁아 분리요소(211)가 점더 먼 거리를 움직이게 되어, 유량계의 감도가 낮은 유량에도 증가한다.
도 38~40은 동적 분리요소(211)의 움직임을 감지하는 여러 센서들을 보여주는 단면도이다. 도 38은 분리요소가 위치한 채널과 센서(224)를 보여준다. 도 39는 광원(222)과 광센서(223)를 보여준다. 동적 분리요소가 임계점을 지나면 광원에서 나가는 빛을 차단한다. 빛의 차단을 감지한 광센서는 컨트롤러에 신호를 보내고, 컨트롤러는 펌프를 작동시킨다. 도 40은 코일(221)을 갖는 자기장 센서와 금속/자기 동적 분리요소를 보여준다. 분리요소가 임계점을 지나면, 코일에서 감지되는 자기장의 특성을 변화시킨다. 이 변화를 감지한 코일은 컨트롤러에 신호를 보내고, 컨트롤러는 펌프를 작동시킨다.
도 38은 일반적인 동적 분리요소(211)와 센서(224)를 보여주고, 도 39의 센서(224)는 도 38에 도시된 것과 같이 LED와 같은 광원(222)과 포토다이오드와 같은 광센서(223)로 이루어진다. 광원(222)과 광센서(223) 사이로 분리요소가 움직이면, 광원에서 광센서로 들어가는 빛이 차단되고, 광센서에서 감지한 광량이 감소한다. 도 40의 센서(224)는 코일(221)과 자기 분리요소(211)로 이루어지고, 이 분리요소는 금속이나 자석이나 강자성체로 이루어진다. 분리요소(211)가 코일(221)에 접근하면, 자기장의 변화가 코일(221)에 의해 감지되고, 이는 분리요소(211)가 접근했다는 표시이다.
도 42는 고전적인 컨트롤러의 일례를 보여주는데, 이 컨트롤러는 전선(154)으로만 구성된다. 유량조건(예; 용기내 일정 레벨에 도달)을 충족했다고 판단한 센서가 컨트롤러(106)에 신호를 보내면, 컨트롤러는 이 신호를 다른 장치(109)나 펌프에 보내 펌핑행정을 시작하라고 명령한다.
이상 설명한 실시예의 블록도에서 각 블록은 용기나 펌프나 용기/펌프 조압체이다. 용기나 조합체를 포함한 블록은 유체 레벨/임계압력, 실제 유량, 실제 유압 등을 감지해 이를 나타내는 신호를 생성하는 센서를 포함하거나, 용기내 유체에 미치는 흡입력(부압)이나 압력(정압)을 제공하는 바이어싱 요소(예; 피스톤, 스프링, 격막)를 포함하거나, 일방향이나 제어식 입출구 밸브를 포함할 수 있다.
본 발명의 유량계는 적어도 하나의 센서, 적어도 하나의 펌프 및 적어도 하나의 용기를 갖고, 필요에 따라 펌프/용기 조합체를 가질 수도 있다. 펌프는 압력이송펌프로서, 컨트롤러에 의해 주기적으로 움직이는 하나 또는 여러개의 행정을 가질 수 잇다. 컨트롤러는 센서의 신호를 받고, 펌프를 제어하며, 펌프의 행정이나 유량을 나타내는 신호를 출력한다.
"펌핑 조건"이란 용기, 펌핑실, 펌프/용기 조합체, 채널, 기타 다른 요소에 들어있는 유체의 모든 조건을 말한다. 이런 펌핑조건은 유량, 레벨, 유얍, 체적, 온도, 점도, 밀도, 전도율, 투명도, 산도, 색상, 중량 및/또는 기타 다른 유체 특성과 같은 모든 특성에 관련된다.
본 발명의 유량을 측정하는 유량계는 펌핑 행정마다 일정 유량을 옮기는 펌핑행정들을 하는 유체펌프; 펌프에 연결되거나 펌프와 일체인 유체 용기에 연결되어 용기내 펌핑조건을 나타내는 신호를 생성하는 센서; 및 센서의 신호에 따라 펌프를 작동시키는 컨트롤러를 포함한다.
본 발명의 유량계의 펌핑조건은 아래 조건들의 군에서 선택될 수 있다: (a) 임계 상한치에 도달하거나 넘는 용기내의 유체레벨; 및 (b) 임계 하한치나 그 밑으로 떨어지는 용기내 유체레벨.
펌프는 아래 그룹에서 선택된다: (a) 용적식펌프, (b) 로터리 연동펌프, (b) 선형 연동펌프, (d) 주사기펌프, (e) 플런저 펌프, (f) 피스톤 펌프, (g) 다이어프램/격막 펌프, (h) 내접형 기어펌프, (i) 스크류펌프, (j) 셔틀 블록펌프, (k) 로터리 베인펌프, (l) 회전식 피스톤펌프, (m) 헬리컬 루츠펌프, (n) 스크롤펌프, (o) 수봉식 펌프, (p) 로프펌프, (q) 체인펌프, (r) 로터리펌프, (s) 모노펌프(progressive cavity pump) 및 (t) 기어펌프.
용기는 이런 펌프의 상류에 있을 수 있다.
센서는 아래 군에서 선택될 수 있다: (a) 압력센서, (b) 레벨센서, (b) 전기회로를 닫는 스위치형 센서, (d) 전기회로를 여는 스위치형 센서, (e) 전기광학 센서, (f) 스트레인 게이지센서, (g) 가변저항센서, (h) 가변용량센서, (i) 가변유도센서, (j) 초음파센서, (k) 전자기 센서.
유량계의 스위치형 센서는 용기내의 부표나 피스톤에 연결될 수 있다.
또, 유량계의 용기가 펌프의 하류에 위치할 수도 있다.
유량계의 펌핑조건이 용기내 유체레벨이 임계하한치나 그 밑으로 떨어지는 것일 수 있다.
유량계의 센서가 아래 군에서 선택될 수 있다: (a) 압력센서, (b) 레벨센서, (b) 전기회로를 닫는 스위치형 센서, (d) 전기회로를 여는 스위치형 센서, (e) 전기광학 센서, (f) 스트레인 게이지센서, (g) 가변저항센서, (h) 가변용량센서, (i) 가변유도센서, (j) 초음파센서, (k) 전자기 센서.
유량계의 스위치형 센서는 용기내의 부표나 피스톤에 연결될 수 있다.
유량계의 용기가 펌프의 챔버일 수도 있다.
유량계의 펌프가 피스톤에 접촉하는 전기기계식 액튜에이터로 이루어질 수도 있다.
유량계의 센서가 피스톤의 위치에 반응하는 신호를 일으킬 수 있다.
펌프가 유연한 펌핑실에 접하는 전기기계식 액튜에이터일 수도 있다.
센서가 이 액튜에이터에 연결될 수 있다.
용기의 체적이 가변형일 수도 있다.
용기내 유체에 정압이나 부압을 가하는 바이어싱 구조가 용기에 달려있을 수 있는데, 이런 바이어싱 구조는 아래 군에서 선택된다: (a) 다이어프램, (b) 피스톤, (c) 유연한 탄성 벽, (d) 탄성 튜브.
펌프 출구가 압력실 안으로 뻗을 수 있다.
펌프 입구가 압력실에서 공급받을 수도 있다.
유량계의 펌프가 아래 군에서 선택된 액튜에이터를 포함할 수 있다: (a) 솔레노이드 액튜에이터, (b) 스테퍼 모터, (b) DC 모터, (d) 브러시 모터, (e) 브러시리스 모터, (f) AC 모터, (g) 유악 액튜에이터, (h) 공압 액튜에이터, (i) 압전 액튜에이터.
컨트롤러가 펌핑행정 각각을 표시하는 신호를 제공할 수도 있다.
유량계가 계량된 유체의 물리적 변수를 감지하는 제2 센서를 더 갖고, 컨트롤러는 제2 센서의 출력을 받아 펌핑행정 수를 기초로 유량 추정치를 제공할 수도 있다.
이런 제2 센서는 아래 군에서 선택된 물리적 변수를 감지한다: (a) 온도, (b) 압력, (c) 점성 및 (d) 밀도.
유량계의 구조는 적용례와 유체의 특성에 따라 좌우된다. 본 발명은 특정 적용례에 맞도록 가능한 여러 방법을 구현될 수 있다. 이상의 설명을 기초로 다른 예를 구현할 수도 있다. 본 발명은 아래 군 A와 D 각각이나 그 결합은 물론 C, E, F, H, J 각각과 결합되어, 그리고, B, G, I, K, L, M, N, O, P, Q, R, S, T, U 각각과의 결합합으로 구현될 수 있다. A~U 군의 실시예의 결합은 다른 실시예와 함께 또는 없이 본 발명의 유량계를 구현할 수 있다. A~U 군 중의 일부는 본 명세서에서 자세히 설명하였다. A~U의 군들을 다양하게 조합할 수도 있다.
A. 1. 본 발명의 유량계는 액체나 기체 유체를 측정하는 것으로, 적어도 하나의 용기, 적어도 하나의 센서, 적어도 하나의 펌프 및 컨트롤러를 포함한다.
B. 1. 본 발명에 의하면 펌프들의 입구가 제1 공통 입구배관에 연결되고 출구는 제2 공통 출구배관에 연결되도록 2개 이상의 펌프를 병렬로 연결한다. 이들 병렬 펌프로 간단히 "펌프"라 한다.
2. 어떤 경우에는 적어도 하나의 펌프가 2개 이상의 챔버를 갖고, 이들 챔버는 서로 독립적으로 동작한다.
C. 1. 어던 경우에는 적어도 하나의 용기가 하나의 입구와 하나의 출구를 갖는다.
2. 어떤 경우에는 적어도 하나의 용기가 공통의 입출구를 갖는다.
3. 어떤 경우에는, 적어도 하나의 용기가 다수의 입구 및/또는 출구를 갖는다.
D. 1. 펌프가 상류 끝에 위치하고 하류 끝에서 용기에 연결될 수 있다. 이 경우, 펌프의 출구가 용기의 입구나 입출구와 접촉한다.
2. 또, 용기가 상류 끝에 있고 하류 끝에서 펌프에 연결될 수 있다. 이 경우, 용기의 출구나 입출구가 펌프의 입구와 접촉한다.
3. 또는, 펌프와 용기가 서로 연결될 수도 있다. 이 경우, 펌프나 용기 어느 한쪽의 입구나 입출구가 상류측 요소의 출구나 입출구에 연결될 수 있다.
4. 또는, 용기가 펌프에 합쳐질 수도 있다. 이를 펌프/용기 조합체라 하거나 단순히 펌프라고도 한다.
E. 1. 적어도 하나의 펌프가 일정 레벨 이상 채워졌을 때를 적어도 하나의 센서가 추정할 수 있다.
2. 적어도 하나의 펌프가 일정 레벨 이하 비워졌을 때를 적어도 하나의 센서가 추정할 수 있다.
3. 적어도 하나의 센서가 적어도 하나의 펌프내 유량을 추정할 수 있다.
4. 적어도 하나의 용기가 일정 레벨 이상 채워졌을 때를 적어도 하나의 센서가 추정할 수 있다.
5. 적어도 하나의 용기가 일정 레벨 이하 비워졌을 때를 적어도 하나의 센서가 추정할 수 있다.
6. 적어도 하나의 센서가 적어도 하나의 용기내 유량을 추정할 수 있다.
F. 1. 적어도 하나의 용기가 압력을 받도록 바이어스된다. 즉, 유압에 의해 용기의 다이어프램이 팽창한다(도 8 참조).
2. 적어도 하나의 용기가 부압을 받도록 바이어스된다. 즉, 용기내 다이어프램이 아랫쪽으로 휘었을 때 용기 안으로 유체가 흡입된다(도 9 참조).
3. 적어도 하나의 용기가 수동형이고 유체를 끌어당기는 압력이나 흡입력이 없다.
4. 적어도 하나의 펌프가 압력을 받도록 바어이스된다. 즉, 액튜에이터가 정지했을 때 유압에 의해 다이어프램 펌프내의 다이어프램이 아랫쪽으로 휘어진다(도 10 참조).
5. 적어도 하나의 펌프가 부압을 받도록 바이어스된다. 즉, 펌프내 다이어프램이 액튜에이터에 의해 아랫쪽으로 휘었을 펌프 안으로 유체를 흡입하여 다이어프램을 윗쪽으로 이완시킨다(도 11 참조).
6. 적어도 하나의 펌프가 수동형으로 되어, 이 펌프 안으로 유체 흡입력이나 압력이 생기지 않는다.
G. 1. 적어도 하나의 펌프가 적어도 하나의 용기 가까이 위치한다.
2. 적어도 하나의 펌프가 적어도 하나의 용기에서 멀리 위치한다.
3. 적어도 하나의 펌프가 적어도 하나의 용기와 일체이다.
H. 1. 적어도 하나의 센서가 적어도 하나의 용기내 유량을 추정한다.
2. 적어도 하나의 센서가 적어도 하나의 용기내 압력을 추정한다.
3. 적어도 하나의 센서가 적어도 하나의 펌프내 유량을 추정한다.
2. 적어도 하나의 센서가 적어도 하나의 펌프내 압력을 추정한다.
I. 1. 적어도 하나의 센서가 부표이다.
2. 적어도 하나의 센서가 광센서이다.
3. 적어도 하나의 센서가 용량서이다.
4. 적어도 하나의 센서가 저항센서이다.
5. 적어도 하나의 센서가 유도센서이다.
6. 적어도 하나의 센서가 전기회로를 개폐한다.
7. 적어도 하나의 센서가 초음파 센서이다.
8. 적어도 하나의 센서가 스트레인게이지를 포함한다.
9. 적어도 하나의 센서가 스프링을 포함한다.
10. 적어도 하나의 센서가 압력센서이다.
J. 적어도 하나의 펌프가 용적식 펌프이다.
K. 1. 적어도 하나의 용적식 펌프가 로터리 연동펌프이다.
2. 적어도 하나의 용적식 펌프가 선형 연동펌프이다.
3. 적어도 하나의 용적식 펌프가 왕복펌프이다.
4. 적어도 하나의 용적식 펌프가 주사기 펌프이다.
5. 적어도 하나의 용적식 펌프가 피스톤펌프이다.
6. 적어도 하나의 용적식 펌프가 다이어프램 펌프이다.
L 적어도 하나의 제2 펌프는 용적식 펌프를 포함한 어떤 펌프도 가능하다.
M. 1. 적어도 하나의 펌프가 입구밸브를 갖는다.
2. 적어도 하나의 펌프가 출구밸브를 갖는다.
3. 적어도 하나의 용기가 입구밸브를 갖는다.
4. 적어도 하나의 용기가 출구밸브를 갖는다.
5. 적어도 하나의 용기가 밸브를 갖지 않는다.
6. 적어도 하나의 펌프가 밸브를 갖지 않는다.
N. 1. 유압에 의해 적어도 하나의 밸브가 열린다.
2. 유압에 의해 적어도 하나의 밸브가 닫힌다.
3. 기계적 힘(예; 스프링)에 의해 적어도 하나의 밸브가 열린다.
4. 기계적 힘(예; 스프링)에 의해 적어도 하나의 밸브가 닫힌다.
5. 적어도 하나의 밸브가 전기로 동작한다.
6. 적어도 하나의 밸브가 유압으로 동작한다.
7. 적어도 하나의 밸브가 공압으로 동작한다.
8. 적어도 하나의 밸브가 기계식으로 동작한다.
9. 적어도 하나의 밸브가 일방향이다.
O. 1. 적어도 하나의 펌프가 전기로 동작한다.
2. 적어도 하나의 펌프가 유압으로 동작한다.
3. 적어도 하나의 펌프가 공압으로 동작한다.
4. 적어도 하나의 펌프가 모터로 동작한다.
5. 적어도 하나의 펌프가 스테퍼모터로 동작한다.
6. 적어도 하나의 펌프가 솔레노이드로 동작한다.
P. 적어도 하나의 용기가 버킷이다.
2. 적어도 하나의 용기가 챔버와 다이어프램을 포함한다.
3. 적어도 하나의 용기가 챔버와 피스톤을 포함한다.
4. 적어도 하나의 용기의 챔버가 유연하거나 탄성을 갖는 재료로 이루어진다.
5. 적어도 하나의 용기의 챔버가 단단한 재료로 이루어진다.
6. 적어도 하나의 용기의 챔버가 단단한 재료로 이루어지고, 그 일부분은 유연하거나 탄성의 재료로 이루어진다.
7. 적어도 하나의 용기의 챔버의 내부가 주변 대기에 개방되거나 주변 대기와 유체접촉한다.
8. 적어도 하나의 용기의 챔버의 내부가 주변 대기로부터 격리된다.
Q. 1. 컨트롤러가 압력이나 유량을 표시하는 신호를 적어도 하나의 센서로부터 받는다.
2. 컨트롤러가 적어도 하나의 펌프의 동작을 제어한다.
3. 컨트롤러가 적어도 하나의 밸브의 동작을 제어한다.
4. 컨트롤러가 유량을 추정한다.
5. 컨트롤러가 유량율을 추정한다.
6. 컨트롤러가 유량이나 유량율 추정을 조절하는 보정변수를 이용한다.
7. 컨트롤러가 유량이나 유량율 추정을 조절/보상하는 환경변수(예; 온도)를 이용한다.
8. 컨트롤러가 유량이나 유량율을 표시하는 신호를 다른 장치에 전송한다.
9. 컨트롤러가 펌프행정이 일어났음을 표시하는 신호를 전송한다.
R. 1. 적어도 하나의 펌핑실 체적을 (나사를 돌리는 등의 방법으로) 일정 체적에 가깝도록 조절한다.
2. 적어도 하나의 펌프가 (전위차계를 조절해) 보정된다.
3. 적어도 하나의 펌핑실 체적을 추정하고 추정된 체적을 반영하는 보정변수를 추출 및 저장한다.
4. 보정변수를 비휘발성 메모리에 저장한다.
5. 비휘발성 메모리가 컨트롤러에 있거나 컨트롤러나 기타 장소에 연결된다.
S. 1. 적어도 하나의 센서를 보정한다.
2. 적어도 하나의 센서를 기계식으로(예; 나사를 돌려) 보정한다.
3. 적어도 하나의 센서를 전기식으로(예; 전위차계를 조정해) 보정한다.
4. 적어도 하나의 센서 변수를 추출해 저장한다.
5. 적어도 하나의 센서변수를 비휘발성 메모리에 저장한다.
6. 비휘발성 메모리가 컨트롤러에 있거나 컨트롤러나 기타 장소에 연결된다.
T. 1. 펌프에 직접 부착된 용기의 챔버 체적이 펌핑실 체적보다 크다.
2. 펌프에 직접 부착된 용기의 챔버 체적이 펌핑실 체적보다 작다.
3. 펌프에 직접 부착된 용기의 챔버 체적이 펌핑실 체적과 거의 비슷하다.
U. 1. 적어도 하나의 용기내 압력을 용기로 들어가는 펌핑 유체를 조절해 조절한다.
2. 적어도 하나의 용기내 압력을 용기에서 나가는 펌핑 유체를 조절해 조절한다.
3. 적어도 하나의 용기내 압력을 용기로 유체를 유입시키는 밸브를 제어해 조절한다.
4. 적어도 하나의 용기내 압력을 용기에서 유체를 배출시키는 밸브를 제어해 조절한다.
본 발명은 유량이 시간당 수 ml 정도의 낮은 유량에서부터 초당 수 입방미터 정도의 높은 유량까지 광범위하게 적용할 수 있다. 높은 유량은 강이나 하수터널이나 상수도관에서 볼 수 있다. 낮은 유량은 화학약품을 정밀하게 사용해야 하는 반도체공정 등에서 볼 수 잇다. 어떤 경우에는 공급원측의 압력으로 유체가 흐르고, 어떤 경우에는 배출부측의 유체가 흡입력을 일으킨다. 어떤 경우에는 공급측에서 유량을 결정하고, 어떤 경우에는 배출측에서 유량을 결정한다. 유체를 당기는 힘이 유량을 결정하거나, 유량이 시스템의 다른 부분에 의해 결정될 수도 있다.
본 발명의 유량계의 몇가지 적용례를 설명한다.
1. 압력밸브가 달린 온수보일러 : 온수보일러 안에서 물을 끓일 때, 보일러 내부압력이 물의 팽창으로 상승한다. 보일러 탱크의 압력이 압력밸브의 감압 압력에 도달하면, 밸브가 열리고 탱크의 압력이 감압압력에 도달할 때까지 소량의 물이 배출된다. 보일러가 가열중인 한, 물은 팽창하고, 소량의 물이 압력밸브를 통과한다. 어떤 경우에는, 압력밸브를 통과하는 물의 유량을 측정할 필요가 있다. 이 경우, 압력밸브의 출구를 유량계의 입구에 연결하고, 유체 압력원은 유량계의 입구에 있으며, 물의 유량이 압력밸브를 나가는 수량으로 결정된다.
2. 내연기관 : 내연기관은 흡기행정 동안 연료를 흡입하고, 소비된 연료량을 측정해야 한다. 이 경우, 내연기관의 연료입구를 유량계의 출구에 연결하면, 내연기관의 흡입력이 압력원이 되고, 연료 소비량으로 연료 유량이 결정된다.
3. 수돗물 배관 : 수돗물 배관 시스템에서 집으로 들어가는 배관 입구에 유량계를 부착하되, 배관의 외부를 유량계의 입구에 연결하며, 가정내 배관을 유량계 출구에 연결한다. 외부 수압조절에 의해 수압이 결정되고, 유량은 소두꼭지를 여는 정도나 가정내 배관에서의 누수량에 의해 결정된다.
4. 개스 시설(예; 오븐, 스토브, 드라이어) : 이 경우 유량계를 입구는 개스공급원(예; 개스탱크)에 연결하고 출구는 개스시설에 연결한다. 개스압력은 개스탱크내 압력에 의해 결정되고 개스 유량은 시설내 개스소비량에 의해 결정된다.

Claims (11)

  1. 유체공급원에 연결된 입구와 출구를 갖는 유체 용기가 내부의 유량에 맞게 유체 용기의 체적을 증감시키도록 신축가능한 적어도 하나의 유연한 요소를 더 갖고, 상기 유연한 요소가 각각 다른 상태일 때 체적도 각각 다르게 되는 유체 용기;
    상기 출구에 연결되고 각각의 펌핑 행정마다 다른 공지의 유량의 유체를 상기 유체용기로부터 상기 출구를 통해 이동시키고, 그동안 상기 입구는 유체는 유체공급원에 연결되어 있는 유체 펌프;
    상기 유체 용기에 연결되고, (1) 유체 용기 내부의 유체의 변수를 감지하는 물리적 센서와 (2) 상기 감지된 변수가 유체 용기내 유량이 임계상한치 이상임을 나타낼 때 신호를 생성하는 제1 전자회로를 포함하는 센서;
    (1) 상기 센서와 펌프에 통신 가능하게 연결된 통신회로와, (2) 상기 센서의 신호에 응답해 공지의 유량의 유체를 이동시키는 펌프의 펌핑 행정을 작동시키는 제어회로와, (3) (a) 각 행정의 행정량이나 (b) 적어도 2가지 행정을 포함한 일련의 행정중에 이동된 유량을 표시하는 신호를 제공하는 회로를 포함하는 컨트롤러;
    상기 컨트롤러에 의해 작동된 펌프의 행정수를 저장하는 데이터 저장장치;
    상기 펌프의 저장된 행정수에 의거해, 유체공급원으로부터 상기 입구를 통해 유체 용기로 들어가는 유량을 계산하는 처리회로; 및
    계산된 유량을 나타내는 전자 신호를 생성하는 제2 전자회로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유량계.
  2. 제1항에 있어서, 상기 센서가 (a) 압력센서, (b) 레벨센서, (b) 전기회로를 닫는 스위치형 센서선형 (d) 전기회로를 여는 스위치형 센서, (e) 전기광학 센서, (f) 스트레인 게이지센서, (g) 가변저항센서, (h) 가변용량센서, (i) 가변유도센서, (j) 초음파센서 및 (k) 전자기 센서로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 유량계.
  3. 제1항에 있어서, 상기 센서가 스위치형 센서인 것을 특징으로 하는 유량계.
  4. 제1항에 있어서, 상기 출구가 상기 입구와는 별개의 요소인 것을 특징으로 하는 유량계.
  5. 제1항에 있어서, 상기 유체 용기가 내부의 유체에 정압이나 부압을 제공하는 바이어싱 구조를 갖고, 상기 바이어싱 구조는 a) 다이어프램, (b) 피스톤, (c) 유연한 탄성 벽 및 (d) 탄성 튜브로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 유량계.
  6. 제1항에 있어서, 상기 펌프의 출구가 제어 압력실로 연결되는 것을 특징으로 하는 유량계.
  7. 제1항에 있어서, 상기 펌프의 입구가 제어압력실에 연결되는 것을 특징으로 하는 유량계.
  8. 제1항에 있어서, 유체의 물리적 변수를 감지하는 제2 센서를 더 포함하고, 상기 처리회로는 계산된 유량을 표시하는 전자 신호를 생성할 때 상기 제2 센서의 출력을 고려하는 것을 특징으로 하는 유량계.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제2 센서가 (a) 온도센서, (b) 압력센서, (c) 점도센서 및 (d) 밀도센서로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 유량계.
  10. 유체공급원에 연결된 입구와 출구를 갖는 유체 용기가 내부의 유량에 맞게 유체 용기의 체적을 증감시키도록 신축가능한 적어도 하나의 유연한 요소를 더 갖고, 상기 유연한 요소가 각각 다른 상태일 때 체적도 각각 다르게 되는 유체 용기의 출구에 대한 연결부;
    상기 출구에 연결되고 각각의 펌핑 행정마다 다른 공지의 유량의 유체를 상기 유체용기로부터 상기 출구를 통해 이동시키고, 그동안 상기 입구는 유체는 유체공급원에 연결되어 있는 유체 펌프;
    상기 유체 용기에 연결되고, (1) 유체 용기 내부의 유체의 변수를 감지하는 물리적 센서와 (2) 상기 감지된 변수가 유체 용기내 유량이 임계상한치 이상임을 나타낼 때 신호를 생성하는 전자회로를 포함하는 센서;
    (1) 상기 센서와 펌프에 통신 가능하게 연결된 통신회로와, (2) 상기 센서의 신호에 응답해 공지의 유량의 유체를 이동시키는 펌프의 펌핑 행정을 작동시키는 제어회로를 포함하는 컨트롤러;
    상기 컨트롤러에 의해 작동된 펌프의 행정수를 저장하는 데이터 저장장치;
    상기 펌프의 저장된 행정수에 의거해, 유체공급원으로부터 상기 입구를 통해 유체 용기로 들어가는 유량을 계산하는 처리회로; 및
    계산된 유량을 나타내는 전자 신호를 생성하는 제2 전자회로;를 포함하고,
    상기 처리회로는 펌프의 행정수에 의거해 유체 용기로 들어가는 유량을 계산할 때 펌프의 행정의 종류를 특정하는 공지의 유체의 체적을 고려하는 것을 특징으로 하는 유량계.
  11. 장치의 일정 지점에서 유량을 계량하는 유량계에 있어서:
    상기 일정 지점에 연결되는 입구를 갖는 유체 용기로서, 상기 일정 지점에서 유체가 장치를 나가고 상기 입구를 통해 유체 용기에 유체가 들어가, 상기 일정 지점이 용기의 유체공급원 역할을 하며, 상기 유체 용기가 출구를 더 갖고, 유체 용기의 체적이 가변적이며, 유체 용기가 내부의 유량에 맞게 유체 용기의 체적을 증감시키도록 신축가능한 적어도 하나의 유연한 요소를 더 갖고, 상기 유연한 요소가 각각 다른 상태일 때 체적도 각각 다르게 되는 유체 용기;
    상기 출구에 연결되고, 펌핑 행정에 의해 유체 용기로부터 상기 출구를 통해 계량된 유량을 이동시키고, 그동안 상기 입구는 유체는 유체공급원에 연결되어 있는 유체 펌프;
    상기 유체 용기에 연결되고, (1) 유체 용기 내부의 유체의 변수를 감지하는 물리적 센서와 (2) 상기 감지된 변수가 유체 용기내 유량이 임계상한치 이상임을 나타낼 때 신호를 생성하는 전자회로를 포함하는 센서;
    (1) 상기 센서와 펌프에 통신 가능하게 연결된 통신회로와, (2) 상기 센서의 신호에 응답해 공지의 유량의 유체를 이동시키는 펌프의 펌핑 행정을 작동시키는 제어회로를 포함하는 컨트롤러;
    상기 컨트롤러에 의해 작동된 펌프의 행정수를 저장하는 데이터 저장장치;
    상기 펌프의 저장된 행정수에 의거해, 유체공급원으로부터 상기 입구를 통해 유체 용기로 들어가는 유량을 계산하는 처리회로; 및
    계산된 유량을 나타내는 전자 신호를 생성하는 제2 전자회로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유량계.
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