KR20230026740A - 화력발전소 고품질 수질관리를 위한 스마트센서 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 특히 여러개의 측정부를 이용하여 수질의 여러 항목을 동시에 측정하며 센서몸체의 규격화 및 출력신호 기준을 이용하는 발전용수 전용의 스마트센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수중의 온도(℃), 수소이온농도(pH), 산화환원전위차(ORP), 전기전도도(EC), 용존산소농도(DO)에 관한 여러 가지 물의 특성을 동시적이나 선택적으로 측정하도록 다수개로 조합하는 것으로 설치를 위한 구조적 크기가 국제표준규격으로 구비되며 국제적으로 공통 통용하도록 아날로그신호를 디지털신호로 변환하여 출력하는 스마트센서를 구성하여; 국제규격으로 사용되는 센서몸체에 소형화 기술을 이용하여 다수개의 물의 특성을 측정하는 측정팁을 설치하여 기존의 측정설비의 구조변경 없이 이용할 수 있어 추가적인 구조변경에 따른 시설비용이 발생하지 않는 효과가 있다.
Description
본 발명은 수질관리 측정센서에 관한 것으로, 특히 여러개의 측정부를 이용하고 수질의 여러 항목을 동시에 측정하며 센서몸체의 규격화 및 출력신호 기준을 이용하는 발전용수 전용의 수질관리를 위한 화력발전소 고품질 수질관리를 위한 스마트센서에 관한 것이다.
일반적으로 심각한 환경오염으로 인해 수질이나 대기 오염원에 대한 측정과 제거에 대한 연구가 필수불가결하며, 또한 활발히 진행되고 있다.
수질검사는 물의 물리학적 성질이나 물에 포함된 화학적 성분, 미생물 등을 조사하는 것으로, 상수도 수원을 선정할 때, 수원의 오염이나 정화작업을 점검 감시할 때, 수질기준에 대한 수돗물의 합격여부를 검사할 때, 강이나 하천 또는 바다의 환경오염도를 측정할 때, 보건소 등에서 우물물의 음료적부를 판정할 때, 또는 공업용수나 하수도의 오염도를 검사할 때 등 다양한 목적에서 실시된다.
수질검사 방법에는 이화학적, 세균학적, 생물학적 시험의 3가지의 방법이 있으며, 수질에 대한 판정은 동일한 시료를 각각 다른 각도에서 독특한 방법으로 시험한 다음 마지막에 각각의 시험 결과를 종합하여 판정한다. 수질을 검사할 때는 현장의 환경도 함께 조사하는 것이 바람직하며, 이 결과물들을 모아 종합적으로 검토할 때 수질검사의 정확성을 기할 수 있다.
이러한, 수질 오염을 판단하기 위해서는 수질환경의 생물학적 특성, 부유물 내의 미량원소와 같은 화학적 특성 그리고 물의 색깔, 냄새, 탁도 등의 물리적 특성을 측정하기 위하여 수질측정용 센서가 이용된다.
이러한, 수질측정용 센서는 수중에 녹아 있는 각종 물질의 농도를 측정하기 위해서 어떤 수단을 사용하여 화학량을 전기신호로 변환하여 검지하는 장치로서, 일반적으로 수질분석을 하려면 기본적으로 센서와 계측기기를 필요로 한다. 센서는 주로 전기화학식 센서가 사용되어지며 수중의 온도, pH, ORP, 용존산소, 전기전도도, 잔류염소, 각종 이온 등 여러 가지 수질항목을 측정한다.
기존 수질측정용 센서의 경우 일반적으로 센서몸체의 하부에는 측정할 항목에 맞게 제작된 측정부가 형성되어 측정부를 수중에 침적시킨 후 센서에 연결된 케이블을 통해서 측정값을 나타내기 위하여 수 미터(M)에서 수십 미터(M)의 거리에 위치하는 계측기기에 연결하여 측정을 위한 구동 전기와 측정부의 측정신호를 전달하도록 구성된다.
종래에 따른 수질측정을 위해서는 반드시 수질측정센서와 수질측정센서의 측정신호를 수치적으로 표시하는 계측기기, 수질측정센서와 계측기기를 연결하여 전원공급과 신호를 전달하는 케이블로 이루어진다.
그리고, 최근에 수질측정장치는 측정 항목이 다른 수질측정센서 여러 개를 동시에 결합하여 다항목을 측정하는 기술이 많이 개시되었지만 이는 단순히 측정항목이 서로 다른 수질측정센서를 별도의 홀더에 결합한 구조이며, 수질측정센서 별개로 계측기기를 구비하거나 통합적으로 연결되어 측정값을 표시할 수 있는 전용 계측기기를 필요로 한다.
이러한, 다항목 수질측정 장치는 기본적으로 각 항목을 측정하는 센서들과 센서를 시료인 물과 접촉하게 하는 수조, 센서의 신호를 변환하는 AD컨버터부, 신호를 받아 연산하고 측정된 값을 외부로 송출하는 기능을 하는 마이크로컨트롤러부로 구성되는 것이 일반적이다.
대한민국 등록특허 제10-1030980에서는 온도, pH, 탁도, 잔류 염소 농도 및 전기전도도 등과 같은 수질의 항목들을 측정하기 위하여 측정하고자하는 물을 측정기 내로 끌어들여 각각의 측정 센서가 측정할 수 있도록 하는 샘플수 수집부를 통해 측정 샘플 수들이 측정 센서부에 공급되면, 디지털 센서 변환부를 포함 한 측정 센서부에서는 감지된 수질 측정 데이터를 디지털 신호 데이터로 변환하고 각각의 센서별 고유 교정 펙터(Factor)를 저장하고 있어 각 센서에 맞는 측정 데이터로 변환하여 디지털 직렬 통신 버스를 통해 메인 제어부로 측정 신호를 전달하면, 상기 측정 센서부에서 측정된 데이터를 내부 메모리에 일정 기간 동안 저장하는 동시에 기 측정된 데이터를 직렬 통신 라인을 통하여 데이터 수집 서버 측으로 전송하는 메인 제어부 등을 갖춘 디지털 직렬 통신 버스 방식의 센서를 포함하는 수질 다항목 측정장치를 개발하였다.
대한민국 등록특허 제10-0995677에서는 용수의 수질 관련 정보를 측정하도록 다수개의 측정센서를 구비하는 측정부, 데이터수집부로부터 처리된 정보를 외부기기와의 데이터통신을 통하여 전송하는 컨트롤러부, 컨트롤러부와 통신을 수행하고 측정부 및 데이터수집부로 제어명령을 전송하는 자동화제어부, 전원공급장치, 스위치부, 데이터송수신부 등으로 구성되는 다항목 멀티 수질측정시스템을 제안되었다.
이러한, 종래의 수질측정장치는 제조사나 사용자 측면에서 공통적으로 계측기기를 반드시 운영해야하는 점에서 구입비용, 사용상의 메뉴얼 습득에 따른 시간, 설치 및 유지 보수에 따른 비용이 발생하는 문제점이 있었다.
아울러, 종래의 수질측정장치는 제조사의 제조기술에 따라 수질측정센서나 계측기기가 제조되고 제공되는 메뉴얼에 따라 사용자가 맞추어 사용하는 것으로 제조사 중심적으로 사용 여건이 다른 다양한 사용자 측면에서 불편함이 있었다.
또한, 종래의 수질측정장치는 수질측정센서와 계측기기의 제조회사가 다른 경우 호환성에 문제가 발생할 수 있으며 원거리를 케이블로 연결할 경우 선간저항에 따른 노이즈가 발생되어 측정값의 정확도가 저하되는 문제점이 있었다.
그리고, 종래의 여러 항목을 동시에 측정하기 위한 수질측정장치는 여러 개의 수질측정센서를 소형화하지 못하고 단순히 홀더에 끼우거나 전용틀에 결합하여 설치함으로써 체적이 커지는 문제점이 발생하며, 기존에 수질측정센서가 설치된 현장에 적용하기 위해서는 설치 설비를 재 구비해야 하는 문제점이 있었다.
이로 인하여, 국제규격으로 통용되는 센서의 크기 및 신호출력 방식으로 여러 항목을 측정할 수 있는 수질측정센서의 개발하여 전용 계측기기를 사용하지 않고 전용프로그램이나 어플리케이션을 통해 측정값을 간단히 확인할 수 있는 개선된 화력발전소 고품질 수질관리를 위한 스마트센서가 절실히 요구되는 실정이다.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출한 것으로 국제규격으로 사용되는 센서몸체에 소형화 기술을 이용하여 물의 여러 항목을 동시에 측정하는 측정팁을 설치하는 화력발전소 고품질 수질관리를 위한 스마트센서를 제공하는데 그 목적이 있다.
그리고, 본 발명의 다른 목적은 센서내부에 측정부에서 발생하는 아날로그신호를 표준모드버스 RTU 프로토콜 기반의 RS485통신신호로 변환하여 출력함으로써 제조에 다른 나라별, 제조사에 따른 개별 기준에 제약을 받지 않고 적용하여 사용가능하도록 하는 데 있다.
더불어, 본 발명의 또 다른 목적은 스마트센서부와 케이블이나 무선송수신 방식을 이용하여 전용프로그램이나 어플리케이션을 통해 측정값을 간단히 확인하도록 하는 데 있다.
아울러, 본 발명의 다른 목적은 측정값을 현장에서 확인하기 위한 전용미터기가 반드시 필요하지 않도록 하는 데 있다.
더불어, 본 발명의 또 다른 목적은 전용프로그램에 대한 정보를 사용자에게 제공함으로써 제조사 중심의 운영방식을 탈피하여 사용자가 전용프로그램의 소스를 수정하여 사용 운영할 수 있도록 하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 발전용수에 사용되는 수중 온도(℃), 수소이온농도(pH), 산화환원전위차(ORP), 용존산소농도(DO), 전기전도도(EC)의 여러 가지 물의 특성 중 동시적이나 독립적으로 측정하는 수질측정센서에 있어서, 상부 및 하부 또는 중앙부분에 측정설비에 나선 체결을 위해 국제표준규격에 맞는 나선단이 형성된 센서몸체의 온도(℃), 수소이온농도(pH), 산화환원전위차(ORP), 전기전도도(EC)를 선택적으로 측정하기 위해 조합하는 다채널측정부로 형성하는 다채널스마트센서와; 수질의 용존산소농도(DO)를 측정하기 위한 DO측정부를 형성하는 DO스마트센서를 이용하여 측정시 다채널측정부 및 DO측정부에서 발생하는 고유 임피던스나 기전력 형태의 아날로그신호를 표준모드버스 RTU 프로토콜 기반의 RS485통신신호로 변환하여 송출하는 스마트센서로 구성하는 것을 특징으로 하는 화력발전소 고품질 수질관리를 위한 스마트센서를 제공한다.
이상에서와 같이 본 발명은 국제규격으로 사용되는 센서몸체에 소형화 기술을 이용하여 물의 여러 항목을 동시에 측정하는 측정팁을 설치하여 멀티측정 기능이 실현시키는 효과가 있다.
그리고, 센서내부에 측정부에서 발생하는 아날로그신호를 표준모드버스 RTU 프로토콜 기반의 RS485통신신호로 변환하여 중계기로 송출함으로써 제조에 다른 나라별, 제조사에 따른 개별 기준에 제약을 받지 않고 사용가능하여 호환성이 증대되는 효과가 있다.
더불어, 스마트센서부와 케이블이나 중계기를 이용하여 전용프로그램이나 어플리케이션을 통해 측정값을 관리기기에서 확인할 수 있어 관리업무의 업무량이나 시간을 절약과 인터넷 망을 통해 나라 및 지역에 제한받지 않고 확인가능한 효과가 있다.
아울러, 측정값을 현장에서 확인하기 위한 전용미터기가 반드시 필요하지 않아 운용의 간편성이 증대하고 부수적인 설치운영비용을 절감과 전담인력비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
더불어, 전용프로그램에 대한 정보를 사용자에게 제공함으로써 제조사 중심의 운영방식을 탈피하여 사용자가 전용프로그램의 소스를 수정하여 사용 운영할 수 있어 편리성을 증대시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 스마트센서부 다채널스마트센서와 스마트DO센서의 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 화력발전소 고품질 수질관리를 위한 스마트센서가 설치된 예시도,
도 3은 본 발명에 따른 스마트센서부 다채널스마트센서의 정면도,
도 4는 다채널스마트센서와 스마트DO센서의 단자단 평면도,
도 5는 다른 실시예에 따른 다채널스마트센서의 사시도 및 정면도,
도 6은 본 발명에 따른 스마트센서부의 다채널스마트센서를 이용하여 온도(℃), 수소이온농도(pH), 산화환원전위차(ORP), 전기전도도(EC)를 측정하도록 형성한 일 예의 부분 단면도,
도 7은 도 6에 따른 측정부를 나타낸 저면도,
도 8은 본 발명에 따른 스마트센서부의 다채널스마트센서를 이용하여 온도(℃), 수소이온농도(pH), 산화환원전위차(ORP)를 측정하도록 형성한 일 예의 부분 단면도,
도 9는 도 8에 따른 측정부를 나타낸 저면도,
도 10은 본 발명에 따른 스마트센서부의 다채널스마트센서를 이용하여 온도(℃), 수소이온농도(pH), 전기전도도(EC)를 측정하도록 형성한 일 예의 부분 단면도,
도 11은 도 10에 따른 측정부를 나타낸 저면도,
도 12는 본 발명에 따른 스마트센서부의 스마트DO센서를 이용하여 온도(℃), 용존산소농도(DO)를 측정하도록 형성한 일 예의 부분 단면도,
도 13은 온도를 측정하는 제1측정부의 다른 실 예시 단면도,
도 14는 수소이온농도를 측정하는 제2측정부의 다른 실 예시 단면도,
도 15는 산화환원전위차를 측정하는 제3측정부의 다른 실 예시 단면도,
도 16은 도면 a는 전기전도도를 측정하는 제4측정부의 다른 실 예시 정면도, 도 b는 측정을 위한 확정면적이 형성되는 개념도,
도 17은 용존산소농도를 측정하는 제5측정부의 다른 실 예시 사시도,
도 18은 본 발명에 따른 설치부의 측면도,
도 19는 본 발명에 따른 제1,2홀더의 단면도,
도 20은 본 발명에 따른 화력발전소 고품질 수질관리를 위한 스마트센서를 이용한 설치예시도,
도 21은 보조케이블을 무선통신장치나 중계기와 연결하여 사용하는 예시도,
도 22는 보조케이블에 변환장치가 설치되어 아날로그신호가 발생하는 수질측정장치에 연결하여 사용하는 예시도,
도 23은 본 발명에 따른 화력발전소 고품질 수질관리를 위한 스마트센서를 이용한 측정예시도,
도 25 및 도 26은 본 발명에 따른 화력발전소 고품질 수질관리를 위한 스마트센서를 이용하여 수질의 특성을 측정하여 전용프로그램을 이용하여 측정값이 표시되는 실제 화면이다.
도 2는 본 발명에 따른 화력발전소 고품질 수질관리를 위한 스마트센서가 설치된 예시도,
도 3은 본 발명에 따른 스마트센서부 다채널스마트센서의 정면도,
도 4는 다채널스마트센서와 스마트DO센서의 단자단 평면도,
도 5는 다른 실시예에 따른 다채널스마트센서의 사시도 및 정면도,
도 6은 본 발명에 따른 스마트센서부의 다채널스마트센서를 이용하여 온도(℃), 수소이온농도(pH), 산화환원전위차(ORP), 전기전도도(EC)를 측정하도록 형성한 일 예의 부분 단면도,
도 7은 도 6에 따른 측정부를 나타낸 저면도,
도 8은 본 발명에 따른 스마트센서부의 다채널스마트센서를 이용하여 온도(℃), 수소이온농도(pH), 산화환원전위차(ORP)를 측정하도록 형성한 일 예의 부분 단면도,
도 9는 도 8에 따른 측정부를 나타낸 저면도,
도 10은 본 발명에 따른 스마트센서부의 다채널스마트센서를 이용하여 온도(℃), 수소이온농도(pH), 전기전도도(EC)를 측정하도록 형성한 일 예의 부분 단면도,
도 11은 도 10에 따른 측정부를 나타낸 저면도,
도 12는 본 발명에 따른 스마트센서부의 스마트DO센서를 이용하여 온도(℃), 용존산소농도(DO)를 측정하도록 형성한 일 예의 부분 단면도,
도 13은 온도를 측정하는 제1측정부의 다른 실 예시 단면도,
도 14는 수소이온농도를 측정하는 제2측정부의 다른 실 예시 단면도,
도 15는 산화환원전위차를 측정하는 제3측정부의 다른 실 예시 단면도,
도 16은 도면 a는 전기전도도를 측정하는 제4측정부의 다른 실 예시 정면도, 도 b는 측정을 위한 확정면적이 형성되는 개념도,
도 17은 용존산소농도를 측정하는 제5측정부의 다른 실 예시 사시도,
도 18은 본 발명에 따른 설치부의 측면도,
도 19는 본 발명에 따른 제1,2홀더의 단면도,
도 20은 본 발명에 따른 화력발전소 고품질 수질관리를 위한 스마트센서를 이용한 설치예시도,
도 21은 보조케이블을 무선통신장치나 중계기와 연결하여 사용하는 예시도,
도 22는 보조케이블에 변환장치가 설치되어 아날로그신호가 발생하는 수질측정장치에 연결하여 사용하는 예시도,
도 23은 본 발명에 따른 화력발전소 고품질 수질관리를 위한 스마트센서를 이용한 측정예시도,
도 25 및 도 26은 본 발명에 따른 화력발전소 고품질 수질관리를 위한 스마트센서를 이용하여 수질의 특성을 측정하여 전용프로그램을 이용하여 측정값이 표시되는 실제 화면이다.
이에 상기한 바와 같은 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 17에 도시된 바와 같이, 본 발명의 화력발전소 고품질 수질관리를 위한 스마트센서는 발전용수에 사용되는 수중 온도(℃), 수소이온농도(pH), 산화환원전위차(ORP), 용존산소농도(DO), 전기전도도(EC)의 여러 가지 물의 특성 중 동시적이나 독립적으로 측정하는 것으로, 설치를 위한 센서몸체(10)의 구조적 크기가 국제표준규격으로 구비되며 국제적으로 공통 통용하도록 아날로그신호를 디지털신호로 변환하여 출력하는 다채널스마트센서(30a)와 DO스마트센서(30b)로 이루어지는 스마트센서부(30)로 스마트센서(100)를 구성한다.
상기 스마트센서(100)의 스마트센서부(30)는 상부 및 하부 또는 중앙부분에 측정설비에 나선 체결을 위해 국제표준규격에 맞는 나선단(11)이 형성된 센서몸체(10)의 온도(℃), 수소이온농도(pH), 산화환원전위차(ORP), 전기전도도(EC)를 선택적으로 측정하기 위해 조합하는 다채널측정부(20a)로 형성하는 다채널스마트센서(30a)와; 수질의 용존산소농도(DO)를 측정하기 위한 DO측정부(20b)를 형성하는 DO스마트센서(30b)를 이용하여 측정시 다채널측정부(20a) 및 DO측정부(20b)에서 발생하는 고유 임피던스나 기전력 형태의 아날로그신호를 표준모드버스 RTU 프로토콜 기반의 RS485통신신호로 변환하여 송출하도록 구성한다.
즉, 상기 스마트센서부(30)는 수질의 여러 항목을 동시에 측정할 수 있는 다채널스마트센서(30a)와 수질의 용존산소농도(DO)만을 측정하는 DO스마트센서(30b)로 이루어지며, DO스마트센서(30b)는 제1홀더(43)에 설치하며 다채널스마트센서(30a)는 제2홀더(45)에 설치하여 측정시 상호 간섭을 받지 않도록 구성한다.
상기 센서몸체(10)는 다양한 형태로 제작되는데 본 발명에서 다채널스마트센서(30a)의 경우에는 합성수지 재질을 채택함이 바람직하며, DO스마트센서(30b)의 경우에는 스테인리스 재질로 제작하는 것을 일 예로 설명하며 나선단(11)의 위치에 따라 설치위치를 구분할 수 있도록 구성한다.
즉, 상기 센서몸체(10)의 상부에 형성되는 나선단(11)은 설치를 위해 별도로 사용하는 홀더에 결합하기 위한 용도로 주로 사용되며, 센서몸체(10)의 하부 및 중앙에 형성되는 나선단(11)은 제1홀더(43) 및 제2홀더(45)에 결합하기 위한 것으로, 측정에 이용하지 않을 경우 스마트센서부(30)의 측정부(20)의 보호와 건조현상을 방지하기 위한 별도의 보호캡이 결합되는 용도록 사용될 수 있다.
이러한, 상기 센서몸체(10)의 나선단(11)은 일예로 다채널스마트센서(30a)에 적용하는 3/4" Thread 형태, DO스마트센서(30b)에 적용하는 PG13.5 형태로 나선단(11)의 나사선과 나사선의 간격인 피치는 차이가 발생할 수 있을 것이다.
이때, 상기 센서몸체(10)의 나선단(11)은 일예로 다채널스마트센서(30a)에 적용하는 3/4" Thread 형태, DO스마트센서(30b)에 적용하는 PG13.5 형태로 나선단(11)의 나사선과 나사선의 간격인 피치는 차이가 발생할 수 있을 것이다.
상기 다채널측정부(20a)의 측정시 발생하는 고유인피던스 형태의 아날로그신호를 표준모드버스 RTU 프로토콜 기반의 RS485통신신호로 변환하여 송출하도록 구성한다.
그리고, 상기 스마트센서부(30)의 조합의 구성 예를 살펴보면 아래와 같다.
1. 상기 다채널측정부(20a)는 수중의 온도(℃)를 측정하는 제1측정부(21), 수소이온농도(pH)를 측정하는 제2측정부(22), 산화환원전위차(ORP)를 측정하는 제3측정부(23), 전기전도도(EC)를 측정하는 제4측정부(24)를 구성할 수 있다.
2. 상기 다채널측정부(20a)는 수중의 온도(℃)를 측정하는 제1측정부(21), 수소이온농도(pH)를 측정하는 제2측정부(22), 산화환원전위차(ORP)를 측정하는 제3측정부(23)를 구성할 수 있다.
3. 상기 다채널측정부(20a)는 수중의 온도(℃)를 측정하는 제1측정부(21), 수소이온농도(pH)를 측정하는 제2측정부(22), 전기전도도(EC)를 측정하는 제4측정부(24)를 구성할 수 있다.
4. 상기 DO스마트센서(30b)는 수중의 온도(℃)를 측정하는 제1측정부(21), 용존산소농도(DO)를 측정하는 제5측정부(25)로 조합하여 구성할 수 있는데 다른 조합 예시를 살펴보면 다음과 같다.
우선, 상기 제1측정부(21)는 센서몸체(10)의 측정여건에 따라 내부에 설치하거나 하부 끝단으로 노출되도록 구성할 수 있다.
1. 상기 다채널측정부(20a)는 수중의 온도(℃)를 측정하는 제1측정부(21), 수소이온농도(pH)를 측정하는 제2측정부(22)으로 조합하여 구성할 수 있다.
2. 상기 다채널측정부(20a)는 수중의 온도(℃)를 측정하는 제1측정부(21), 산화환원전위차(ORP)를 측정하는 제3측정부(23)으로 조합하여 구성할 수 있다.
3. 상기 다채널측정부(20a)는 수중의 온도(℃)를 측정하는 제1측정부(21), 전기전도도(EC)를 측정하는 제4측정부(24)으로 조합하여 구성할 수 있다.
4. 상기 다채널측정부(20a)는 수중의 온도(℃)를 측정하는 제1측정부(21), 산화환원전위차(ORP)를 측정하는 제3측정부(23), 전기전도도(EC)를 측정하는 제4측정부(24)으로 조합하여 구성할 수 있다.
5. 상기 DO측정부(20b)는 수중의 온도(℃)를 측정하는 제1측정부(21), 용존산소농도(DO)를 측정하는 제5측정부(25)를 조합하여 구성할 수 있다.
아울러, 상기 다채널측정부(20a)의 각 측정부의 구성을 자세히 살펴보면 다음과 같다.
가. 1측정부(21)는 절연체(21a)로 감싸진 온도소자(21b)에 연결되는 +극과 -극을 이루는 한 쌍의 도선(21c)으로 구성하며, 상기 온도소자(10)는 써모커플, 측온저항체, 써미스터 중 하나로 구성한다.
나. 제2측정부(22)는 Ag/AgCl와이어(22a) 및 내부전해액(HCl:22b)이 내부로 삽입 충진되며 하부에 유리전극(22c)을 형성하여 측정전극(22d)을 형성하고, 상기 측정전극(22d)과 분리된 상태로 기준정션(22e) 및 내부액(22f)으로 기준전극(22g)을 구성한다.
다. 제3측정부(23)는 상기 제3측정부(23)는 ORP절연체(23a)로 감싸지며 일부분이 핀 형태로 노출되는 측정전극(ORP Electrode)으로 ORP측정전극(23b)을 구성하는데, 측정전극은 물성 변화가 적은 백금으로 구성하는 것이 바람직 할 것이다.
라. 제4측정부(24)는 투명한 유리재질인 원통형상의 하부 끝단을 '∩'형상의 아치형태를 이루도록 몸체(24a)를 형성하고, 한 쌍의 백금 재질의 양극(A:Anode)전극(24b)과 음극(K:Cathode, Kathode)전극(24c)이 아치 형태의 몸체(24a)에 마주보게 구성한다.
마. 제5측정부(25)는 상기 제5측정부(25)는 제1DO전극(25a)을 감싸는 유리나 합성수지 재질과 같은 절연재질로 형성되는 원통 형상 DO절연체(25b)의 내부 공간 길이 방향을 따라 설치되며, 상기 DO절연체(25b)의 외면에 감싸져 결합되는 원통 형상이며 하부 끝단은 정밀도를 갖는 라운드 형태로 제2DO전극(25c)를 구성한다.
상기 제1DO전극(25a)을 살펴보면 본 발명에서는 일 예로 제1DO전극(25a)은 백금(Pt)을 채택한 음극(Cathode, Kathode)으로 형성하고, 상기 제2DO전극(25c)은 은(Ag)을 채택한 양극(Anode)으로 채택하여 구성한다..
상기 제1DO전극(25a)은 제2DO전극(25c)의 끝단과 함께 맞닿도록 센서몸체(10)의 하부 끝단에 설치하는 산소투과격막을 투과하는 용존산소의량을 감지하여 측정하도록 구성한다.
그리고, 상기 스마트센서부(30)에는 센서몸체(10)의 하부 끝단을 통해 다채널측정부(20a) 및 DO측정부(20b)가 물에 접촉하도록 노출되게 형성하는데, 다채널측정부(20a) 및 DO측정부(20b)의 크기 및 노출 길이는 측정항목에 따라 다르며 제작 과정상 미세한 차이가 발생할 수 있다.
상기 다채널측정부(20a) 및 DO측정부(20b)의 각 측정 항목에 따라 연결되며 아날로그신호를 전달받는 다수개의 전용칩(31)을 센서몸체(10)의 내부에 형성하는데, 상기 전용칩(31)은 측정에 관여하는 측정팁의 개수와 동일하게 제1전용칩(31a)~제5전용칩(31n)으로 구성하며 특징을 살펴보면 다음과 같다.
1. 제1전용칩(31a)은 Temperature value를 0℃~100.0℃ 범위의 센서정보를 입력 구성한다.
2. 제2전용칩(31b)은 pH value를 0.00pH~14.00pH, pH electrode signal을 -420mV~420mV 범위의 센서정보를 입력 구성한다.
3. 제3전용칩(31c)은 ORP value를 -1000mV~1000mV, ORP electrode signal을 -1000mV~1000mV 범위의 센서정보를 입력 구성한다.
4. 제4전용칩(31d)은 CON value를 0~20.00uS, TDS value를 0~10.00ppm 범위의 센서정보를 입력 구성한다.
5. 제5전용칩(31n)은 DO value를 0.00mg/L~20.00mg/L; DO Concentration를 0%~200.0% 범위의 센서정보를 입력 구성한다.
상기 전용칩(31)의 아날로그신호를 통합적으로 전달받아 디지털신호로 변환하는 연산과 전원을 제어하는 통합칩(32)을 형성한다.
상기 전용칩(31) 및 통합칩(32)을 각각 차폐 및 측정에 사용을 위해 센서몸체(10)의 내부에 충진하는 내부액(22f)과 접촉을 차단하는 차폐구(33)를 형성하는데, 상기 차폐구(33)는 열 발산률이 좋으며 내부액(22f)에 물성 반응이 발생하지 않는 알루미늄 재질로 구성함이 바람직 할 것이다.
그리고, 상기 다채널측정부(20a)에는 수소이온농도의 측정시 제2측정부(22)의 측정전극과 센서몸체(10)의 내부에 위치하는 기준전극(22g)의 전위연결을 위해 내부액(22f)의 누출을 위한 다공핀(22h)이 노출되도록 형성한다.
즉, 상기 다공핀(22h)은 다채널측정부(20a)에서 수소이온농도의 측정시 제2측정부(22)이 설치된 경우에 한하여 형성되는 것이다.
상기 통합칩(32)에 연결하는 통신선(34)과 전원선(35)을 구성한다.
한편, 상기 제1측정부(21)~제5측정부(25)의 다른 실시 예를 살펴보면 아래와 같다.
다른 실시예로, 상기 제1측정부(21)는 제1-1측정부(21-1)와 제1-2측정부(21-2)를 형성할 수 있다.
상기 제1-1측정부(21-1)는 센서몸체(10)의 내부에 설치하는 전용칩(31a)에 연결하여 수질의 온도를 직접적으로 측정하도록 구성한다.
상기 제1-2측정부(21-2)는 센서몸체(10)의 내부에 설치하는 통합칩(32)에 연결하여 제1-1측정부(21-1)의 온도 측정값과 비교 연산하도록 구성할 수 있다.
다른 실시예로, 상기 제2측정부(22)의 내부액(22f)은 하부지점을 기준으로 액체타입내부액(22f-1), 겔타입내부액(22f-2), 고체타입내부액(22f-3)으로 적층하여 구성할 수 있다.
다른 실시예로, 상기 제3측정부(23)의 ORP측정전극(23b)은 외면이 함몰된 다수개의 측정면적확대홈(23b')을 형성하여, 측정면적이 확대되도록 구성할 수도 있다.
다른 실시예로, 상기 제4측정부(24)의 양전극(24b)과 음전극(24c)이 마주보는 전방면에는 각각 백금 재질의 확장전극판(24d)을 부착하여, 확장전극판(24d)의 사방 4개의 측면면적이 추가되어 측정면적이 확대되도록 구성할 수도 있다.
다른 실시예로, 상기 제5측정부(25)의 제2DO전극(25c)은 DO절연체(25b)의 외면에 코일 형태로 감아서 산소이온의 감응 면적이 확대되도록 구성할 수도 있다.
한편, 상기 스마트센서부(30)를 설치하며 물의 이온을 혼합 및 기포가 발생을 억제하며 정량 공급과 측정시 간섭을 유발하는 외부 전파나 파장의 차단 및 접지를 통해 스마트센서부(30)를 보호할 수 있는 설치부(40)를 구성한다.
상기 설치부(40)는 측정지점의 벽면이나 시설물에 고정하는 설치판(41)을 형성하는데, 상기 설치판(41)은 부식이 발생하지 않는 스테인리스 재질로 형성함이 바람직하며 상부단(41a)은 걸림이나 거치기능을 갖도록 후방으로 직교로 절곡하며, 하부단(41b)은 필요한 장치의 고정을 위하여 전방으로 절곡하여 제작한다.
상기 설치판(41)의 전면에는 DO스마트센서(30b)를 설치하며 측정할 물의 이온균일화와 정량 및 기포가 제거되면서 유입되도록 혼합정량밸브(42)를 설치하는 제1홀더(43)를 형성하는데, 상기 혼합정량밸브(42)는 설치판(41)의 하부단(41b)에 고정되어 측정할 물이 유입되는 별도 유입관과 연결되는 것으로, 양 끝단에 연결구(42a)가 결합된 밸브관(42b)의 내부로 물의 유동력에 의해 회전하도록 판형태의 양 끝이 서로 직교를 이루도록 180°로 트위스트된 단위 날개(42c)가 서로 연결지점이 직교를 이루며 일체로 제작 구성한다.
상기 혼합정량밸브(42)의 상부끝단과 유입홀(43a)의 사이에는 유입되는 물의 포함되는 기포가 제거되도록 측면에서 투영시 완만한 계단형태를 이루는 기포제거관(42d)을 구성한다.
상기 혼합정량밸브(42)의 통해 유입되는 샘플용 물은 산소와 혼합되어 기포를 함께 형성되지만 기포제거관(42d)를 따라 유동하면서 곡관의 내벽에 부딪히는 충격에 의해 기포가 제거되며 제거된 이후 매우 미세한 기포는 곡관 내부에 어느정도 달라붙어 있다가 최종 유체의 흐름에 의해서 분해되어 측정에 영향이 없을 정도로 제거되는 것이다.
상기 제1홀더(43)는 하부 끝단에 혼합정량밸브(42)가 연결되며 측정할 물이 유입하는 유입홀(43a)을 형성하고, 상부 일측으로 제2홀더(45)로 물을 유동시키는 연결관(44)을 형성한다.
상기 제1홀더(43)와 연결관(44)으로 연결되고 다채널스마트센서(30a)를 설치하며 측정한 물이 배수되는 제2홀더(45)를 형성하는데, 하부 끝단에는 배출밸브(45a)가 연결되는 배출홀(45b)을 형성하고, 상부 일측에는 연결관(44)보다 높은 지점에 측정한 물을 배수시키는 배수홀(45c)을 형성한다.
상기 제1홀더(43)와 제2홀더(45)의 외면에는 측정시 간섭을 유발하는 외부 전파나 파장의 차단을 위해 형성하는 코팅층(46)을 형성하는데, 상기 코팅층(46)은 측정에 영향을 주지 않는 테프론 재질로 코팅을 시행한다.
상기 제1홀더(43)와 제2홀더(45)의 상부 끝단에는 각각 센서몸체(10)가 관통하여 나선단(11)과 체결을 위해 중공된 형태의 제1,2덮개(43b)(45d)를 형성한다.
상기 제2홀더(45)의 일측과 설치판(41)을 통과하여 지면에 접지하는 접지선(47)을 형성한다.
상기 설치판(41)의 전면에는 제1홀더(43)와 제2홀더(45)를 일정 간격으로 이격시키며 고정하기 위한 한 쌍씩의 브라켓(48)을 형성하는데, 하나의 브라켓(48)은 제1홀더(43)와 제2홀더(45)의 중앙지점을 지지하고 나머지 브라켓(48)은 제1홀더(43)와 제2홀더(45)의 하부 끝단을 지지하며 고정한다.
그리고, 상기 스마트센서부(30)의 신호전송과 전원을 공급하는 케이블(70)의 커넥터케이블(71)로 연결되며 무선으로 측정신호 전송과 제어신호를 수신하도록 설치부(40)에 설치하는 중계기(50)를 형성한다.
상기 중계기(50)는 제1홀더(43)와 제2홀더(45)의 상부측 설치부(40) 전면에 설치하며 스마트센서부(30)의 다채널스마트센서(30a)와 DO스마트센서(30b)에 각각 연결되는 케이블(70)로 연결된다.
상기 중계기(50)는 스마트센서부(30)의 다채널스마트센서(30a)와 DO스마트센서(30b)에 전원을 공급하는 동시에 측정신호를 전달받아 인터넷 망을 이용하여 무선방식이나 유선방식으로 전송하고 제어신호를 수신할 수 있도록 내부에 전원관련기기, 무선송수신기기, 연산관련 PCB기판 등이 형성될 수 있다.
상기 스마트센서부(30)와 중계기(50)을 연결하기 위하여 케이블(70)을 형성하는데 커넥터케이블(71)을 이용하는 방식과 스마트센서부(30)의 상부에 일체형케이블(72)을 형성하는 방식으로 구분할 수 있다.
상기 커넥터케이블(71)을 이용할 경우 다채널스마트센서(30a)와 DO스마트센서(30b)의 각 센서몸체(10) 상부에는 단자단(38)의 외면을 따라 연결시 위치 선정을 위한 한 쌍의 고정핀(38a)을 형성한다.
상기 단자단(38)의 외면을 따라 6개의 접점단자(38b) 중 2개는 신호단자(38c)(38d), 2개는 전원단자(38e)(38f), 2개는 쉴드단자(38g)나 어스단자(38h)로 구성하는 것이다.
즉, 상기 스마트센서부(30)는 커넥터케이블(71)에 형성된 커넥터(71a)가 체결시 고정핀(38a)에 의해 위치가 고정되면 접점단자(38b)는 각자 정확한 위치에 맞춰지고 커넥터(71a)의 슬리브(71b)를 단자단(38)의 하부에 형성되는 수나선에 나선체결하여 연결하는 것이다.
상기 케이블(70)을 이용할 경우 RS485 방식으로 신호를 출력하는 +신호선(34a)과 -신호선(34b)으로 구성된 통신선(34)과 DC12V 범위의 전원을 공급하는 +전원선(35a)과 -전원선(35b)으로 구성된 전원선(35)이 4개의 단자선(73)에 단자 접점되도록 구성한다.
상기 중계기(50)에서 전송되는 스마트센서부(30)의 디지털신호 측정값을 표시하는 전용프로그램이나 어플리케이션을 설치하여 측정사항을 관리하는 관리기기(60)를 구성한다.
상기 관리기기(60)는 스마트센서부(30)의 디지털신호를 수치적으로 연산 표시하는 전용프로그램이나 어플리케이션이 운용 가능한 컴퓨터, 핸드폰, PDA, 테블릿PC 중 선택할 수 있다.
본 발명에서는 한편, 상기 스마트센서부(30)와 연결하는 케이블(70)을 별도의 무선통신장치나 중계기(60)에 연결하여 전원 수급과 관리기기(60)로 GPRS신호를 출력하도록 구성하는 것으로, 관리기기(60)와 케이블(70)을 유선 방식으로 연결하지 않고 공지된 인터넷을 이용하는 중계기(60)를 이용하여 측정신호를 무선으로 전송하여 관리기기(60)에서 표시할 수 있는 것을 일예로 설명한다.
한편, 상기 스마트센서(100)의 스마트센서부(30)와 관리기기(60)의 연결을 위한 다른 실시 예를 살펴보면 아래와 같다.
상기 스마트센서부(30)에 연결되어 관리기기(60)와 상호 신호전송과 전원을 공급하는 보조케이블(80)을 형성하여 RS485방식의 신호를 인식하는 관리기기(60)와 스마트센서부(30)를 직접 연결도록 구성한다.
다른 실시 예로써, 상기 보조케이블(80)은 RS232C 변환장치(81)와 스마트센서부(30)를 연결하여 RS485 방식의 신호를 RS232C 방식의 신호로 변환된 신호를 인식하는 관리기기(60)와 연결하도록 구성할 수 있다.
그리고, 상기 보조케이블(80)에는 스마트센서부(30)가 여러 개일 경우 다채널허브(82)에 연결하도록 구성한다.
상기 스마트센서부(30)의 디지털신호의 측정값을 표시하는 전용프로그램이나 어플리케이션을 구매자자 사용자에 제공하도록 구성한다.
상기 관리기기(60)는 제조사 또는 스마트센서(100)를 판매하는 판매자가 선정하는 방식이 아닌 스마트센서(100)의 사용자나 구매자가 제공되는 전용프로그램이나 어플리케이션의 운영가능한 컴퓨터, 핸드폰, PDA, 테블릿PC와 같은 관리기기(60) 중에서 채택하여 사용할 있도록 하는 것이다.
상기 관리기기(60)는 스마트센서(100)를 구매하는 구매자나 구매하여 사용하는 사용자의 사용 여건에 따라 선택될 수 있으며, 선택된 관리기기(60)에 전용프로그램이나 어플리케이션을 설치하여 사용할 수 있는 것이다.
아울러, 상기 스마트센서부(30)의 통합칩(32)과 연결하는 무선통신모듈(36)을 내부에 설치하는 전용칩(31)에 연결하여 별도의 무선통신장치나 중계기(60)를 이용해 관리기기(60)로 신호를 출력하도록 구성할 수도 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 작용 및 효과를 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 25에 도시된 바와 같이 상기 스마트센서(100)를 이용하여 수질의 특성을 측정하기 위해서는 국제표준규격에 맞는 센서몸체(10)를 선정한 후 다채널측정부(20a)에 맞는 측정팁을 채택하여 다채널스마트센서(30a)와 DO측정부(20b)를 형성하는 DO스마트센서(30b)를 각각 제작한다.
우선, 상기 다채널스마트센서(30a)를 설명하면 본 발명에서는 일 예로 측정팁을 온도(℃)를 측정하는 제1측정부(21), 수소이온농도(pH)를 측정하는 제2측정부(22), 산화환원전위차(ORP)를 측정하는 제3측정부(23)를 선택한 것으로 설명한다.
상기 제1측정부(21), 제2측정부(22)의 Ag/AgCl와이어(22a) 및 기준정션(22e), 제3측정부(23)의 ORP측정전극(23b)는 각각 전용칩(31)과 도선으로 연결하고, 전용칩(31)은 통합칩(32)과 도선 방식이나 PCB보드를 이용하는 방식으로 연결하며, 상기 통합칩(32)에는 2개의 신호단자(38c)(38d) 및 2개의 전원단자(38e)(38f)에 각각 +신호선(34a)과 -신호선(34b)으로 통신선(34) 및 +전원선(35a)과 -전원선(35b)으로 전원선(35)을 연결한다.
이후, 상기 제1측정부(21)와 다공핀(22h), 제2측정부(22), 제3측정부(23)는 고정구(39)에 끼움하고, 전용칩(31)과 통합칩(32)은 차폐구(33)로 감싸진 상태로 단자단(38)이나 통신선(34) 및 전원선(35)은 센서몸체(10)의 상부를 통해 실링 상태로 노출시키고, 전용칩(31)과 통합칩(32)은 센서몸체(10)의 내부에 위치되면 내부액(22f)을 센서몸체(10)의 내부에 충진한 후 고정구(39)를 센서몸체(10)의 하부에 밀폐되도록 끼움 고정하여 스마트센서부(30)의 다채널스마트센서(30a) 제조를 완료한다.
그리고, 상기 DO스마트센서(30b)는 센서몸체(10)의 내부로 제5측정부(25)의 제1DO전극(25a)과 제2DO전극(25c)은 제5전용칩(31n)에 단자단(38)을 연결하여 상부로 노출되도록 제조를 완료한다.
다음으로, 상기 스마트센서부(30)는 수질을 측정할 위치에 설치하는 데 설치에 따른 수질의 측정방식은 수질을 측정하기 위하여 제1홀더(43)에는 DO스마트센서(30b)를 결합하고, 제2홀더(45)에는 다채널스마트센서(30a)를 결합하여 배관이나 탱크 등의 측정수를 샘플링하여 제1홀더(43)로 유입시키면서 측정과 동시에 제2홀더(45)를 통해 배출하는 샘플링 측정방식에 적용할 수 있다.
즉, 상기 스마트센서부(30)는 센서몸체(10)에 형성된 나선단(11)이 국제표준규격에 통용되어 기존의 수질측정센서가 설치되었던 별도의 측정용 홀더나 관로, 탱크에 형성된 나선 체결방식의 설치 위치에 제약 없이 재사용이 가능하여 별도의 설비 변동의 필요가 없어 시설 비용이 추가적으로 발생하지 않으며 설치 작업이 용이한 특징이 있다.
아울러, 상기 스마트센서부(30)는 기존에 사용하는 수질측정센서와 체적이 동일하여 협소한 설치공간에 설치가능한 특징이 있다.
상기 스마트센서부(30)의 설치가 완료되면 케이블(70)의 커넥터케이블(71)을 이용하여 별도로 외부 전원을 공급받는 중계기(50)와 연결하여 측정을 시작한다.
이러한, 상기 스마트센서부(30)는 관리기기(60) -> 케이블(70)의 커넥터케이블(71) -> +전원선(35a)과 -전원선(35b)을 통해 전원공급 -> 통합칩(32) -> 제1전용칩(31a)~제4전용칩(31d) -> 다채널측정부(20a), 제5전용칩(31n) -> DO스마트센서(30b)로 전원이 공급되면 제1측정부(21)에서는 온도를 측정하고, 제2측정부(22)에서는 수소이온농도(pH)를 측정하며, 제3측정부(23)에서는 산화환원전위차(ORP)를 측정하고, 제4측정부(24)에서는 전기전도도(EC)를 측정하며, DO측정부(20b)의 제5측정부(25)에서는 용존산소농도(DO)를 각각 측정하게 된다.
여기서, 상기 제1측정부(21)~제5측정부(25)의 측정 방식을 간단히 설명하면 아래와 같다.
1. 제1측정부(21)는 측정할 물의 온도를 측정시 내부의 온도소자는 물의 온도에 따른 변위된 저항값에 의해 안정적인 온도값을 측정한다.
2. 제2측정부(22)는 유리 전극(22c) 표면에서 발생하는 수소이온의 이온교환 반응시 발생하는 전위를 측정하는 것이다.제2측정부(22)는 수소이온이 선택적으로 반응하는 유리를 녹여 특별하게 만들어진 유리막 구조로 용액의 pH값에 비례해서 전위차를 발생하여 기준전극(22g)과 측정전극(22d) 간의 전위차로부터 용액의 수소이온농도(pH)값을 측정한다.
3. 제3측정부(23)는 상기 제3측정부(23)는 ORP절연체(23a)로 감싸지며 일부분이 핀 형태로 노출되는 측정전극(ORP Electrode)으로 ORP측정전극(23b)을 구성한다. 불활성 금속 전극인 측정전극(ORP Electrode)의 사용은 낮은 저항성으로 인해 산화제에 전자를 잃거나 환원으로부터 전자를 얻는 원리로 핀 형태의 ORP측정전극 표면에서 전위차가 발생하여 산화환원전위차(ORP)를 측정한다.
4. 제4측정부(24)는 투명한 유리재질인 원통형상의 하부 끝단을 '∩'형상의 아치형태를 이루도록 몸체(24a)를 형성하고, 한 쌍의 백금 재질의 양극(A:Anode)전극(24b)과 음극(K:Cathode, Kathode)전극(24c)이 아치 형태의 몸체(24a)에 마주보게 구성하며 이 한 쌍의 양극(A:Anode)전극(24b)과 음극(K:Cathode, Kathode)전극(24c)에 일정한 전압(Voltage)을 가해주면 가한 전압(Voltage)이 전류(Current)를 흐르게 하고 이때 흐르는 전류(Current)의 크기는 용액의 전도도에 의존하는 원리를 이용하는 것으로 옴(ohm)의 법칙에 의해 두 평형 전극인 양극(A:Anode)전극(24b)과 음극(K:Cathode, Kathode)전극(24c) 사이에서 용액의 저항을 측정하여 전기전도도(EC)를 측정한다.
5. 제5측정부(25)는 폴라로그래피 측정법을 이용하여 측정하는데 서로 다른 두 종의 재질을 일 예로 제1DO전극(25a)은 백금(Pt), 제2DO전극(25c)은 은(Ag)으로 형성한 경우로 설명하면, 격막(25d)을 통과하는 산소량에 비례하며, 산소가 격막(31)을 통과해 -극에서 환원하면 제1DO전극(25a)과 제2DO전극(25c)에서 반응하는 전기신호(전류)가 증가한다. 산소가 증가하면 신호도 커지고 산소가 감소하면 신호도 작아지며. 이를 +극인 은의 산화와 -극인 백금을 통한 산소의 환원 과정을 화학적으로 나타내면 아래 식과 같은 반응 화학식으로 나타낼 수 있다.
음극 반응: O2 + 2H2O + 4e- → 4OH-
양극 반응: Ag + Cl- → AgCl + e-
즉, 상기 용존산소센서(100)는 수질에 접촉시킨 상태에서 용존산소량을 측정할 경우 수질에 용해된 산소기체는 격막(25d)을 통과한 후 내부전해액으로 용해되면서 제1DO전극(25a)과 제2DO전극(25c)의 분극 반응 과정 중 양극반응에서 물속의 용존 산소량에 비례하여 전류가 흐르는 원리를 이용하여 용존산소(D0)를 측정하게 된다.
다음으로, 상기 제1측정부(21)~제5측정부(25)에서는 측정시 고유 인피던스에 대한 아날로그 신호가 발생되어 제1전용칩(31a)~제4전용칩(31d) 및 제5전용칩(31n)으로 전달된다.
이렇게, 상기 제1측정부(21)~제5측정부(25)의 각 측정신호가 제1전용칩(31a)~제5전용칩(31n)으로 전달되면 제1전용칩(31a)~제5전용칩(31n)에서는 제1측정부(21)~제5측정부(25)의 각 특성 및 측정범위를 자동적으로 파악하여 최적화된 안정화 신호로 통합칩(32)로 전달한다.
그 다음으로, 상기 통합칩(32)으로 전달된 제1측정부(21)~제5측정부(25)의 측정 아날로그 신호는 RS485 방식의 디지털신호로 변환되어 케이블(70)의 +신호선(34a)과 -신호선(34b)의 통신선(34)을 통해 중계기(50)으로 전송한다.
이렇게, 상기 통신선(34)을 통해 출력된 측정신호는 무선발신을 통해 관리기기(60)로 전달하면 관리기기(60)에 설치된 전용프로그램이나 어플리케이션에 의해 실시간으로 디지털 값으로 표시되는 것이다.
이때, 상기 관리기기(60)는 제조사 또는 스마트센서(100)를 판매하는 판매자가 선정하는 방식이 아닌 스마트센서(100)의 사용자나 구매자가 제공되는 전용프로그램이나 어플리케이션의 운영가능한 컴퓨터, 핸드폰, PDA, 테블릿PC와 같은 관리기기(60) 중에서 채택하여 사용할 있으며, 전용프로그램이나 어플리케이션의 소스를 제공하여 사용자 중심에서 사용상 편리하게 편집하여 사용할 수 있는 특징이 있다.
이후, 상기 중계기(50)에서 송출된 디지털신호가 관리기기(60)로 신호가 전달되어 실시간으로 데이터 손실을 최소화로 인한 신뢰된 측정값을 표시한다.
본 발명의 스마트센서(100)는 전기화학식방식의 측정하는 다양한 수질측정센서를 국제통일규격의 센서몸체(10)에 소형화 기술을 이용하여 여러 개로 설치하여 기존 타 다 항목 측정센서 대비 30% 비율로 작게 제작이 가능하여 제작비용이 절감되며 별도의 구조개선이나 확충 없이 기존 측정센서의 설비에 직접적이며 실시간으로 적용가능한 특징이 있다.
본 발명의 스마트센서(100)는 스마트센서부(30)의 아날로그신호를 디지털신호로 변환하여 관리기기(60)로 전송하여 표시할 수 있어 현장에 별도의 신호변환장치나 분석기(미터기 또는 컨트롤러)가 필요하지 않는 특징이 있다.
본 발명의 스마트센서(100)에 무선통신모듈(36)이 채택된 경우 GPRS를 이용한 무선원격 제어가능한 것으로, 위성을 이용하여 시중에 판매되는 GPRS모듈을 이용하여 스마트센서부(30)에 연결하고 별도의 통신사와 사용 체결을 하면 RS485신호가 GPRS신호로 변환되어 전송됨으로써 관리기기(60)를 통해 어느 장소에서든지 원격제어가 가능한 특징이 있다.
본 발명의 스마트센서(100)는 다채널측정부(20a)의 특성이 입력되어진 제1전용칩(31a)~제5전용칩(31n)에 의해 측정시 제1측정부(21)~제5측정부(25)의 특성을 자동으로 감지 및 인식하여 관리기기(60)에 설치된 전용프로그램이나 어플리케이션에 자동적으로 표시되는 특징이 있다.
본 발명의 스마트센서(100)는 스마트센서부(30)로부터 받은 측정신호 중 하나의 현장에서 수치만 확인하여 사용하는 경우도 있지만 수많은 고객 관리를 필요로 할 경우 어플리케이션을 통해 예를 들어 납품일시, 유지보수, 교체시기 등의 항목에 대해 전세계 사용자 관리가 가능하여 실시간으로 고객관리가 용이한 특징이 있다.
본 발명의 스마트센서(100)와 프로그램적으로 연동하는 전용프로그램이나 어플리케이션은 스마트센서(100)를 관리기기(60)와 연결하여 스마트센서부(30)를 연결하면 비 측정상태나 측정상태에서 측정값이 표시된다.
아울러, 본 발명의 스마트센서(100)에 이용되는 프로그램을 이용하여 측정시 구동화면 및 측정화면에 대하여 설명하면 아래와 같다.
1. 도 19에 도시된 바와 같이, 스마트센서부(30)의 디지털 전극 테스트 소프트웨어 구동메인 화면으로 온도, pH, ORP, EC, DO의 측정항목번호, 측정항목, 측정값, 측정단위, 상하값, 하한값, 운전상태, 시스템운영, 교체주기, 씨리얼넘버(S/N)로 표현한다.
2. 도 20에 도시된 바와 같이, 스마트센서부(30)의 디지털 전극 테스트 소프트웨어 구동메인 화면으로 온도, pH, ORP, EC, DO의 측정값을 그래프로 나타내기 위한 그래프 표시창으로 표현할 수 있다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
10 : 센서몸체
11 : 나선단
20 : 측정부 20a : 다채널측정부
20b : DO측정부 21 : 제1측정부
21-1 : 제1-1측정부 21-2 : 제1-2측정부
21a : 절연체 21b : 온도소자
21c : 도선
22 : 제2측정부 22a : Ag/AgCl와이어
22b : 내부전해액(HCl) 22c : 유리전극
22d : 측정전극 22e : 기준정션
22f : 내부액 22f-1 : 액체타입내부액
22f-2 : 겔타입내부액 22f-3 : 고체타입내부액
22h : 다공핀 22g : 기준전극
23 : 제3측정부
23a : ORP절연체 23b : ORP측정전극
24 : 제4측정부 24a : 몸체
24b : 양극(A:Anode)전극 24c : 음극(K:Cathode, Kathode)전극
24d : 확장전극판 25 : 제5측정부
25a : 제1DO전극 25b : DO절연체
25c : 제2DO전극 25d : 격막
30 : 스마트센서부 30a : 다채널스마트센서(30a)
30b : DO스마트센서 30c : 제1케이블
31 : 전용칩 31a : 제1전용칩
31b : 제2전용칩 31c : 제3전용칩
31d : 제4전용칩 31n : 제5전용칩
32 : 통합칩 33 : 차폐구
34 : 통신선 34a : +신호선
34b : -신호선 35 : 전원선
35a : +전원선 35b : -전원선
36 : 무선통신모듈 38 : 단자단
38a : 고정핀 38b : 접점단자
38c,38d : 신호단자 38e,38f : 전원단자
39 : 고정구
40 : 설치부 41 : 설치판
41a : 상부단 41b :하부단
42 : 혼합정량밸브 42a : 연결구
42b : 밸브관 42c : 날개
42d : 기포제거관 43 : 제1홀더
43a : 유입홀 43b : 제1덮개
44 : 연결관 45 : 제2홀더
45a : 배출밸브 45b : 배출홀
45c : 배수홀 45d : 제2덮개
46 : 코팅층 47 : 접지선
48 : 브라켓
50 : 중계기 60 : 관리기기
70 : 케이블 71 : 커넥터케이블
71a : 커넥터 72 : 일체형케이블
80 : 보조케이블 81 : 변환장치
82 : 다채널허브
100 : 스마트센서
20 : 측정부 20a : 다채널측정부
20b : DO측정부 21 : 제1측정부
21-1 : 제1-1측정부 21-2 : 제1-2측정부
21a : 절연체 21b : 온도소자
21c : 도선
22 : 제2측정부 22a : Ag/AgCl와이어
22b : 내부전해액(HCl) 22c : 유리전극
22d : 측정전극 22e : 기준정션
22f : 내부액 22f-1 : 액체타입내부액
22f-2 : 겔타입내부액 22f-3 : 고체타입내부액
22h : 다공핀 22g : 기준전극
23 : 제3측정부
23a : ORP절연체 23b : ORP측정전극
24 : 제4측정부 24a : 몸체
24b : 양극(A:Anode)전극 24c : 음극(K:Cathode, Kathode)전극
24d : 확장전극판 25 : 제5측정부
25a : 제1DO전극 25b : DO절연체
25c : 제2DO전극 25d : 격막
30 : 스마트센서부 30a : 다채널스마트센서(30a)
30b : DO스마트센서 30c : 제1케이블
31 : 전용칩 31a : 제1전용칩
31b : 제2전용칩 31c : 제3전용칩
31d : 제4전용칩 31n : 제5전용칩
32 : 통합칩 33 : 차폐구
34 : 통신선 34a : +신호선
34b : -신호선 35 : 전원선
35a : +전원선 35b : -전원선
36 : 무선통신모듈 38 : 단자단
38a : 고정핀 38b : 접점단자
38c,38d : 신호단자 38e,38f : 전원단자
39 : 고정구
40 : 설치부 41 : 설치판
41a : 상부단 41b :하부단
42 : 혼합정량밸브 42a : 연결구
42b : 밸브관 42c : 날개
42d : 기포제거관 43 : 제1홀더
43a : 유입홀 43b : 제1덮개
44 : 연결관 45 : 제2홀더
45a : 배출밸브 45b : 배출홀
45c : 배수홀 45d : 제2덮개
46 : 코팅층 47 : 접지선
48 : 브라켓
50 : 중계기 60 : 관리기기
70 : 케이블 71 : 커넥터케이블
71a : 커넥터 72 : 일체형케이블
80 : 보조케이블 81 : 변환장치
82 : 다채널허브
100 : 스마트센서
Claims (14)
- 발전용수에 사용되는 수중 온도(℃), 수소이온농도(pH), 산화환원전위차(ORP), 용존산소농도(DO), 전기전도도(EC)의 여러 가지 물의 특성을 동시적이나 독립적으로 측정하는 수질측정센서에 있어서,
상부 및 하부 또는 중앙부분에 측정설비에 나선 체결을 위해 국제표준규격에 맞는 나선단(11)이 형성된 센서몸체(10)의 온도(℃), 수소이온농도(pH), 산화환원전위차(ORP), 전기전도도(EC)를 선택적으로 측정하기 위해 조합하는 다채널측정부(20a)로 형성하는 다채널스마트센서(30a)와; 수질의 용존산소농도(DO)를 측정하기 위한 DO측정부(20b)를 형성하는 DO스마트센서(30b)를 이용하여 측정시 다채널측정부(20a) 및 DO측정부(20b)에서 발생하는 고유 임피던스나 기전력 형태의 아날로그신호를 표준모드버스 RTU 프로토콜 기반의 RS485통신신호로 변환하여 송출하는 스마트센서부(30)를 구성하는 것을 특징으로 하는 화력발전소 고품질 수질관리를 위한 스마트센서.
- 제 1항에 있어서, 상기 센서몸체(10)의 나선단(11)은 3/4" Thread 또는 PG13.5로 국제표준규격에 호환하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 화력발전소 고품질 수질관리를 위한 스마트센서.
- 제 1항에 있어서, 상기 다채널측정부(20a)는 수중의 온도(℃)를 측정하는 제1측정부(21), 수소이온농도(pH)를 측정하는 제2측정부(22), 산화환원전위차(ORP)를 측정하는 제3측정부(23), 전기전도도(EC)를 측정하는 제4측정부(24)를 구성하는 것을 특징으로 하는 화력발전소 고품질 수질관리를 위한 스마트센서.
- 제 1항에 있어서, 상기 다채널측정부(20a)는 수중의 온도(℃)를 측정하는 제1측정부(21), 수소이온농도(pH)를 측정하는 제2측정부(22), 산화환원전위차(ORP)를 측정하는 제3측정부(23)를 구성하는 것을 특징으로 하는 화력발전소 고품질 수질관리를 위한 스마트센서.
- 제 1항에 있어서, 상기 다채널측정부(20a)는 수중의 온도(℃)를 측정하는 제1측정부(21), 수소이온농도(pH)를 측정하는 제2측정부(22), 전기전도도(EC)를 측정하는 제4측정부(24)를 구성하는 것을 특징으로 하는 화력발전소 고품질 수질관리를 위한 스마트센서.
- 제 1항에 있어서, 상기 DO측정부(20b)는 수중의 온도(℃)를 측정하는 제1측정부(21), 용존산소농도(DO)를 측정하는 제5측정부(25)를 형성하며,
상기 제5측정부(25)는 제1DO전극(25a)을 감싸는 유리나 합성수지 재질과 같은 절연재질로 형성되는 원통 형상 DO절연체(25b)의 내부 공간 길이 방향을 따라 설치되며, 상기 DO절연체(25b)의 외면에 감싸져 결합되는 원통 형상이며 하부 끝단은 정밀도를 갖는 라운드 형태로 제2DO전극(25c)를 구성하되,
상기 제2DO전극(25c)은 DO절연체(25b)의 외면에 코일 형태로 감아서 구성하는 것을 특징으로 하는 화력발전소 고품질 수질관리를 위한 스마트센서.
- 제 3항에 있어서, 제1측정부(21)는 절연체(21a)로 감싸진 온도소자(21b)에 연결되는 +극과 -극을 이루는 한 쌍의 도선(21c)으로 구성하며, 상기 온도소자(10)는 써모커플, 측온저항체, 써미스터 중 하나로 구성하며,
상기 제2측정부(22)는 Ag/AgCl와이어(22a) 및 내부전해액(HCl:22b)이 내부로 삽입 충진되며 하부에 유리전극(22c)을 형성하여 측정전극(22d)을 형성하고, 상기 측정전극(22d)과 분리된 상태로 기준정션(22e) 및 내부액(22f)으로 기준전극(22g)을 구성하고,
상기 제3측정부(23)는 ORP절연체(23a)로 감싸지며 일부분이 핀 형태로 노출되는 측정전극(ORP Electrode)으로 ORP측정전극(23b)을 구성하며,
상기 제4측정부(24)는 투명한 유리재질인 원통형상의 하부 끝단을 '∩'형상의 아치형태를 이루도록 몸체(24a)를 형성하고, 한 쌍의 백금 재질의 양극(A:Anode)전극(24b)과 음극(K:Cathode, Kathode)전극(24c)이 아치 형태의 몸체(24a)에 마주보게 구성하는 것을 특징으로 하는 화력발전소 고품질 수질관리를 위한 스마트센서.
- 제 1항에 있어서, 상기 센서몸체(10)의 하부 끝단을 통해 다채널측정부(20a)가 물에 접촉하도록 노출되게 형성하며,
상기 다채널측정부(20a)의 각 측정 항목에 따라 연결되며 아날로그신호를 전달받는 다수개의 전용칩(31)을 센서몸체(10)의 내부에 형성하고,
상기 전용칩(31)의 아날로그신호를 통합적으로 전달받아 디지털신호로 변환하는 연산과 전원을 제어하는 통합칩(32)을 형성하며,
상기 전용칩(31) 및 통합칩(32)을 각각 차폐 및 측정에 사용을 위해 센서몸체(10)의 내부에 충진하는 내부액(22f)과 접촉을 차단하는 차폐구(33),
상기 통합칩(32)에 연결하는 통신선(34)과 전원선(35)을 구성하는 것을 특징으로 하는 화력발전소 고품질 수질관리를 위한 스마트센서.
- 제 8항에 있어서, 상기 제1전용칩(31a)은 Temperature value를 0℃~100.0℃ 범위의 센서정보를 입력 구성하며,
상기 제2전용칩(31b)은 pH value를 0.00pH~14.00pH, pH electrode signal을 -420mV~420mV 범위의 센서정보를 입력 구성하고,
상기 제3전용칩(31c)은 ORP value를 -1000mV~1000mV, ORP electrode signal을 -1000mV~1000mV 범위의 센서정보를 입력 구성하며,
상기 제4전용칩(31d)은 CON value를 0~20.00uS, TDS value를 0~10.00ppm 범위의 센서정보를 입력 구성하고
상기 제5전용칩(31n)은 DO value를 0.00mg/L~20.00mg/L 범위의 센서정보를 입력 구성하는 것을 특징으로 하는 화력발전소 고품질 수질관리를 위한 스마트 수질관리 측정시스템.
- 제 7항에 있어서, 상기 제1측정부(21)는 제1-1측정부(21-1)와 제1-2측정부(21-2)를 형성하되,
상기 제1-1측정부(21-1)는 센서몸체(10)의 내부에 설치하는 전용칩(31a)에 연결하여 수질의 온도를 직접적으로 측정하고,
상기 제1-2측정부(21-2)는 센서몸체(10)의 내부에 설치하는 통합칩(32)에 연결하여 제1-1측정부(21-1)의 온도 측정값과 비교 연산하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 화력발전소 고품질 수질관리를 위한 스마트센서.
- 제 7항에 있어서, 상기 제2측정부(22)의 내부액(22f)은 하부지점을 기준으로 액체타입내부액(22f-1), 겔타입내부액(22f-2), 고체타입내부액(22f-3)으로 적층하여 구성하는 것을 특징으로 하는 화력발전소 고품질 수질관리를 위한 스마트센서.
- 제 7항에 있어서, 상기 제3측정부(23)의 ORP측정전극(23b)은 외면이 함몰된 다수개의 측정면적확대홈(23b')을 구성하는 것을 특징으로 하는 화력발전소 고품질 수질관리를 위한 스마트센서.
- 제 7항에 있어서, 상기 제4측정부(24)의 양전극(24b)과 음전극(24c)이 마주보는 전방면에는 각각 백금 재질의 확장전극판(24d)을 부착하여, 측정면적이 확대되도록 구성하는 것을 특징으로 하는 화력발전소 고품질 수질관리를 위한 스마트센서.
- 제 1항에 있어서, 상기 스마트센서부(30)가 케이블(70)과 커넥터 방식으로 연결될 경우 센서몸체(10)의 상부에는 단자단(38)의 외면을 따라 연결시 위치 선정을 위한 한 쌍의 고정핀(38a),
상기 단자단(38)의 외면을 따라 6개의 접점단자(38b) 중 2개는 신호단자(38c)(38d), 2개는 전원단자(38e)(38f), 2개는 쉴드단자(38g)나 어스단자(38h)로 형성하고,
상기 단자단(38)에 연결하며 디지털신호인 RS485 방식으로 신호를 출력하는 +신호선(34a)과 -신호선(34b)으로 통신선(34)을 형성하며,
DC12V 범위의 전원을 공급하는 +전원선(35a)과 -전원선(35b)으로 전원선(35)을 구성하는 것을 특징으로 하는 화력발전소 고품질 수질관리를 위한 스마트센서.
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|---|---|---|---|
| KR1020210108713A KR20230026740A (ko) | 2021-08-18 | 2021-08-18 | 화력발전소 고품질 수질관리를 위한 스마트센서 |
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| KR1020210108713A KR20230026740A (ko) | 2021-08-18 | 2021-08-18 | 화력발전소 고품질 수질관리를 위한 스마트센서 |
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| KR20230026740A true KR20230026740A (ko) | 2023-02-27 |
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100995677B1 (ko) | 2010-10-08 | 2010-11-19 | 탑인더스트리(주) | 다항목 멀티 수질측정시스템 |
| KR101577892B1 (ko) | 2014-02-28 | 2015-12-31 | 서울시립대학교 산학협력단 | 채수기 및 이를 이용한 채수 겸용 기능의 다항목 수질 측정기 및 이를 이용한 수질 측정 방법 |
| KR101745660B1 (ko) | 2016-01-14 | 2017-06-20 | (주)썬텍엔지니어링 | 유량 및 유압 조절 기능을 이용한 다항목 자동수질측정 장치 및 방법 |
| KR101769398B1 (ko) | 2015-12-28 | 2017-08-21 | (주) 휴마스 | 방오능을 갖는 다항목 수질측정 장치 |
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2021
- 2021-08-18 KR KR1020210108713A patent/KR20230026740A/ko not_active Application Discontinuation
Patent Citations (4)
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