KR20240049985A - 필름 유기용제 센서의 누액위치 감지장치 및 방법 - Google Patents
필름 유기용제 센서의 누액위치 감지장치 및 방법 Download PDFInfo
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Abstract
이때 필름형 유기용제 센서(103)의 길이는 정전용량 분포도 중 거리에 따라 정전용량이 증가되는 선형영역 내의 길이로 형성함으로써(도 3b 참조) 필름형 유기용제 센서에 누액(단선)이 발생하면, 누액 발생 위치(누액위치)까지 형성된 정전용량에 의해 그 위치를 정확하게 검출할 수 있다. 특히, 필름형 유기용제 센서(103) 양측에서 각각 슬레이브 제어기에 의해 정전용량 측정이 순차적으로 이루어져서 필름형 유기용제 센서의 설치 유효길이를 선형영역의 2배로 증가시킬 수 있는 장치기술이다(도 10a 및 도 10b 참조).
Description
도 2는 본 발명에 따른 필름형 유기용제 센서의 단면도이다.
도 3a는 직류전압 인가 시, 필름형 유기용제 센서에 대한 측정 저항값의 변화를 나타낸 것이고, 도 3b는 교류전압 인가 시, 단선된 필름형 유기용제 센서의 길이에 따른 정전용량값의 변화를 나타낸 것이며, 도 3c는 측정된 정전용량값(c1, c2, ... cn)에 따른 필름형 유기용제 센서에서 단선위치(x1, x2, ... xn)를 나타낸 것이다.
도 4a 및 4b는 본 발명에 따른 필름형 유기용제 센서를 이용한 누액위치 감지장치에서 측정된 저항값과 정전용량값을 이용한 누액여부 및 누액위치 검출절차 예시를 나타낸 것이고, 도 4c는 본 발명에 따른 필름형 유기용제 센서를 이용한 누액위치 감지장치에서 측정된 정전용량값만을 이용한 누액여부 및 누액위치 검출절차 예시를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 양방향 커패시턴스 측정을 위한 슬레이브 제어기의 개념 블록도이다.
도 6은 본 발명에 따른 필름형 유기용제 센서를 이용한 누액위치 감지장치에서, 직류전압 인가 시 필름형 유기용제 센서의 저항값 측정을 위한 슬레이브 제어기의 구성을 나타낸 것이다.
도 7a, 도 8a는 본 발명에 따른 필름형 유기용제 센서를 이용한 누액위치 감지장치에서, 슬레이브 제어기 사이에 설치된 센서에 누액발생 후, 필름형 유기용제 센서의 양단에 설치된 슬레이브 제어기에서 교류인가 스위치 모듈의 동작을 나타내는 것이고, 도 7b, 도 8b는 필름형 유기용제 센서의 왼쪽과 오른쪽 각각에서 누액발생 시, 센서 양단에서 측정한 정전용량 분포도를 나타낸 것이다.
도 9는 주파수 100Hz와 주파수 200Hz 인가 시, 필름형 유기용제 센서에 단선발생(누액) 후 단선된 센서길이에 대한 측정된 커패시턴스 분포도이다.
도 10a는 필름형 유기용제 센서의 길이를 선형영역(LR)의 2배로 설정한 경우와, 도 10b는 필름형 유기용제 센서의 길이를 선형영역(LR)의 2배보다 짧게 설정한 경우의 정전용량값 C1, C2, CT를 도시한 것이다(도 3b는 교류전압 인가 시, 단선된 필름형 유기용제 센서의 길이에 따른 정전용량값의 변화를 나타낸 것인데, 선형영역(LR)에서만 유기용제 센서의 정전용량값의 변화가 있음).
도면에 도시한 기호의 의미를 정리하면 다음과 같다. 단, 슬레이브 제어기 각각에 연결된 필름형 유기용제 센서의 길이는 동일하지 않을 수 있으므로 설치 후, 운영되는 실제 값은 필름형 유기용제 센서의 특성과 길이에 따라 상이하다.
(■LR = 센서(필름형 유기용제 센서) 정정용량값 특성에서 선형영역구간의 센서의 최대길이
■L, LT = 슬레이브 제어기에 연결된 센서 총길이의 1/2, L(LT)≤LR
■Lo : 슬레이브 제어기에서 단선(누액) 발생지점까지의 길이(측정 슬레이브 제어기로부터 필름형 유기용제 센서의 단선(누액) 발생지점까지의 거리)
■LRS1 = 슬레이브 제어기 1에서 누액 발생지점까지 거리
■LRS2 = LR-LRS1
■LRE1 = 슬레이브 제어기 2에서 누액 발생지점까지 거리
■LRE2 = LR-LRE1
■C0 = 슬레이브 제어기에서 센서에 대해 측정한 누액지점까지의 정전용량값
■C1 = 슬레이브 제어기에서 오른쪽 센서에 대해 측정한 정전용량값 변화곡선
■C2 = 슬레이브 제어기에서 왼쪽 센서에 대해 측정한 정전용량값 변화곡선
■CT = 센서길이 L(슬레이브 제어기에 연결된 센서길이의 1/2)에서 최대 정전용량값, CT≤CMAX
■CMAX = 센서의 정전용량값 특성 곡선에서 선형영역(LR)의 최대 정전용량값)
필름형 유기용제 센서의 소재, 필름형 유기용제 센서의 허용길이 |
1. 필름형 유기용제 센서의 소재 ■필름형 유기용제 센서는 전도성 카본과 알키드수지가 포함한 고분자화합물을 이용하여 형성할 수 있는데, 상기 전도성 카본은 인가된 전원을 통전시키는 것이고, 바인더로서 알키드수지가 포함된다. 바람직하게는 전도성 카본 50~90중량%에 알키드수지 5~30중량%, 기타 고분자화합물로서 POSS(Polyhedral Oligomeric Silsequioxane) 5~20 중량%를 혼합하여 라인을 형성할 수 있다. 2. 필름형 유기용제 센서의 동작원리 ■누액 발생시 누액은 센싱홀을 통해 센싱라인(202)과 접촉되는데, 센싱라인과 누액이 접촉되면 알키드수지가 분해되면서 팽창되어 부풀림(swell)이 이루어져 저항 값을 단시간에 단선 또는 단전에 가깝도록 증가시키는 단선현상이 이루어진다. 본 발명은 상기 단선현상을 이용하여 누액을 감지하고, 정전용량을 통해 센서 내의 단선 위치 확인이 가능하다. 즉, 필름형 유기용제 센서의 감지라인은 전도성 카본, 알키드 수진 등 전도성물질로 만들어졌기 때문에 유출된 오일이나 유기용제가 접촉되면 알키드수지가 팽창 및 부품림(Swell) 등의 현상이 발생되어 도 3a와 같은 필름형 유기용제 센서의 저항변화와 도 3b와 같은 정전용량값의 변화를 이용하여 누액여부 및 누액위치를 검출한다. |
3. 필름형 유기용제 센서의 허용길이 ■슬레이브 제어기는 유기용제 센서의 누액 발생된 지점까지 정전용량값(C0)을 측정하고, 측정된 정전용량값은 필름형 유기용제 센서 거리에 대한 정전용량값(CT)과 대비하여 누액위치에 대한 거리(L0)를 산출할 수 있다. 예컨대 도 3b처럼 정전용량값은 길이에 따라 선형영역(LR : Linear Region)과 포화영역(SR : Saturation Region)으로 구분되어 나타난다. 선형영역에서의 정전용량값은 센서 길이(거리)에 따라서 선형적으로 증가하고, 포화영역에서의 정전용량값은 센서 길이(거리)에 따라 값의 변화가 없다. 그러므로 선형영역에서는 정전용량값에 의해 거리를 측정할 수 있으나, 포화영역에서는 모든 거리에서의 정전용량값이 거의 같아서 거리에 따른 정전용량값의 변화를 알 수 없다. 따라서 필름형 유기용제 센서의 길이를 선형영역의 범위 내에서 설정한 다음 정전용량값을 측정하여 대비하면 정전용량값에 의해 단전부분까지의 길이를 산출할 수 있으므로 누액위치를 정확하게 알 수 있다. 또한, 필름형 유기용제 센서(103) 양측 단부에 연결된 슬레이브 제어기 양측에서 교류전압을 인가할 경우 필름형 유기용제 센서의 총 설치길이는 선형영역의 2배(2LR) 이내의 범위(2L)로 설정할 수 있다. ■센서전압에 인가하는 전압이 높으면 센서의 커패시턴스는 증가하고, 가해주는 주파수나 초기 저항 값이 높으면 센서의 길이에 대한 커패시턴스 분포에서 선형영역이 감소되어 각 슬레이브 제어기 사이에 설치되는 센서 설치길이가 감소되는 문제점이 있다. 주파수가 너무 낮으면 센서의 반응속도가 너무 늦어지며 초기저항 값이 너무 낮으면 센서의 감지특성이 저하되는 문제점이 있다. 따라서 수요자의 요구를 만족하는 적절한 전압, 주파수 및 초기 DC 저항 값을 선정하는 것이 바람직하다. ■전압 AC 1V, 주파수는 100~200Hz, 1m 센서의 초기 DC저항 값은 75 KΩ를 적용하여 실제 측정한 결과, 주파수에 따라서 24~35m 사이의 센서의 정전용량 선형영역이 관찰되었으므로 필름형 유기용제 센서 양측의 슬레이브 제어기에 각각 교류전압 발생기를 구비하여 교류전압 인가가 이루어질 경우에는 선형 필름형 유기용제 센서 길이 LR의 2배인 필름형 유기용제 센서 길이 2LR의 50~70m로 설치하여 누액위치를 감지할 수 있음을 확인하였다. |
4. 유기용제 센서의 정전용량값의 측정 ■유기용제 센서에 대한 정전용량값에 대한 측정은 도 2에 도시한 감지라인과 회로라인 사이에 발생된 정전용량을 측정하는데, 슬레이브 제어기에 포함된 패시브필터, 신호증폭기, 아나로그 디지털 변환기 및 디지털 신호처리기를 거쳐서 유효한 정전용량값을 도출한다. |
■Co : 슬레이브 제어기에 연결된 필름형 유기용제 센서가 단선(누액)이 되었을 때 측정된 정전용량값 ■CT : 필름형 유기용제 센서 길이의 1/2에서 최대 정전용량값, CT≤CMAX ■CMAX : 센서의 정전용량값 특성 곡선에서 선형영역(LR)의 최대 정전용량값 ■Lo : 슬레이브 제어기에서 단선(누액) 발생지점까지의 길이(측정 슬레이브 제어기로부터 필름형 유기용제 센서의 단선(누액) 발생지점까지의 거리) ■LT : 슬레이브 제어기에 연결된 필름형 유기용제 센서 길이의 1/2, LT ≤LR ■LR : 센서 정정용량값 특성에서 선형영역구간의 필름형 유기용제 센서의 최대길이 |
측정된 정전용량값 | 단선(누액) 위치 |
c1 | x1 |
c2 | x2 |
... | x3 |
cn | xn |
※ 마스터 제어기가 아닌, 슬레이브 제어기에서 누액 여부 판단 절차 수행 CASE |
누액 여부 판단을 슬레이브 제어기에서 수행할 수도 있는데, 이 경우에는 단계 1과 단계 2-3은 생략되고, 단계 3에서 마스터 제어기가 아닌 슬레이브 제어기에서 누액여부를 판단한다. |
102: 슬레이브 제어기
103: 필름형 유기용제 센서
201 : 전원라인
202 : 센싱라인
202-1 : 회로라인
202-2 : 전도성고분자화합물 감지라인
203 : 통신라인
601 : 직류전원 스위칭 (MUX), 602 : 직류전원, 603 : 센서 저항
LR = 센서 정정용량값 특성에서 선형영역구간의 센서의 최대길이
L(LT) = 센서 총길이의 1/2, L≤LR
702, 704 : 스위치 (MUX) - 1단계 : (슬레이브 제어기 1, 2 Right Switching) 오른쪽 유기용제 센서로 교류전압 인가- - 2단계 : (슬레이브 제어기 1, 2 Left Switching) 왼쪽 유기용제 센서로 교류전압 인가
706 : LRS1 = 슬레이브 제어기 1에서 누액 발생지점까지 거리
707 : LRS2 = LR-LRS1
802, 804 : 스위치 (MUX)
- 1단계 : (슬레이브 제어기 Right Switching) 오른쪽 유기용제 센서로 교류전압 인가
- 2단계 : (슬레이브 제어기 Left Switching) 왼쪽 유기용제 센서로 교류전압 인가
806 : LRE1 = 슬레이브 제어기 2에서 누액 발생지점까지 거리
807 : LRE2 = LR-LRE1
C0 = 슬레이브 제어기 1, 2에서 센서에 대해 측정한 누액지점까지의 정전용량값
705 : C1 = 슬레이브 제어기 1에서 오른쪽 센서에 대해 측정한 정전용량값 변화곡선
805 : C2 = 슬레이브 제어기 2에서 왼쪽 센서에 대해 측정한 정전용량값 변화곡선
CT = 센서길이 L(센서 총길이의 1/2)에서 최대 정전용량값
CMAX = 센서의 정전용량값 특성 곡선에서 선형영역(LR)의 최대 정전용량값
901 : 주파수 100 Hz 인기 시 커패시턴스 분포도
902 : 주파수 200 Hz 인기 시 커패시턴스 분포도
Claims (9)
- 하나 이상의 필름형 유기용제 센서, 하나 이상의 슬레이브 제어기 및 마스터 제어기를 포함하는 누액위치 감지장치에 의한 누액위치 검출 방법에 있어서,
상기 하나 이상의 슬레이브 제어기는 각각 오른쪽에 연결된 필름형 유기용제 센서에 직류전원을 인가하여, 상기 연결된 필름형 유기용제 센서의 저항값을 측정하는 1 단계;
상기 하나 이상의 슬레이브 제어기 또는 마스터 제어기는 측정된 저항값을 바탕으로 상기 연결된 필름형 유기용제의 단선(누액) 여부를 판단하는 2 단계;
상기 하나 이상의 슬레이브 제어기는 각각 오른쪽에 연결된 필름형 유기용제 센서에 교류전원을 인가하여 상기 오른쪽에 연결된 필름형 유기용제 센서의 정전전압을 측정하는 3 단계;
상기 하나 이상의 슬레이브 제어기는 각각 왼쪽에 연결된 필름형 유기용제 센서에 교류전원을 인가하여 상기 왼쪽에 연결된 필름형 유기용제 센서의 정전전압을 측정하는 4 단계;
상기 마스터 제어기는 상기 측정된 오른쪽에 연결된 필름형 유기용제 센서의 정전전압과 상기 측정된 왼쪽에 연결된 필름형 유기용제 센서의 정전전압을 바탕으로 필름형 유기용제 센성의 누액위치를 검출하는 5 단계를
포함하는 것을 특징으로 하는 누액위치 감지장치에 의한 누액위치 검출 방법
- 제 1 항에 있어서,
상기 5 단계에서 상기 누액위치 검출은 'Lo = (Co/C T )L T '로 누액위치를 산츨하는 것을 특징으로 하는 누액위치 감지장치에 의한 누액위치 검출 방법.
(■Co : 슬레이브 제어기에 연결된 필름형 유기용제 센서가 단선(누액)이 되었을 때 측정된 정전용량값
■CT : 필름형 유기용제 센서 길이의 1/2에서 최대 정전용량값, CT≤CMAX
■CMAX : 센서의 정전용량값 특성 곡선에서 선형영역(LR)의 최대 정전용량값
■Lo : 슬레이브 제어기에서 단선(누액) 발생지점까지의 길이(측정 슬레이브 제어기로부터 필름형 유기용제 센서의 단선(누액) 발생지점까지의 거리)
■LT : 슬레이브 제어기에 연결된 필름형 유기용제 센서 길이의 1/2, LT ≤LR
■LR : 센서 정정용량값 특성에서 선형영역구간의 필름형 유기용제 센서의 최대길이)
- 제 1 항에 있어서,
상기 5 단계에서 상기 누액위치 검출은 마스터 제어기에 기 저장된 필름형 유기용제 센서의 길이별 정전용량값 룩업 테이블을 바탕으로 단선(누액) 위치에 대한 구간 값을 추정하는 것을 특징으로 하는 누액위치 감지장치에 의한 누액위치 검출 방법
- 하나 이상의 필름형 유기용제 센서, 하나 이상의 슬레이브 제어기 및 마스터 제어기를 포함하는 누액위치 감지장치에 의한 누액위치 검출 방법에 있어서,
상기 하나 이상의 슬레이브 제어기는 각각 오른쪽에 연결된 필름형 유기용제 센서에 교류전원을 인가하여 상기 오른쪽에 연결된 필름형 유기용제 센서의 정전전압을 측정하는 1 단계;
상기 하나 이상의 슬레이브 제어기는 각각 왼쪽에 연결된 필름형 유기용제 센서에 교류전원을 인가하여 상기 왼쪽에 연결된 필름형 유기용제 센서의 정전전압을 측정하는 2 단계;
상기 하나 이상의 슬레이브 제어기는 상기 1 단계 또는 상기 2 단계에서 측정된 정전전압이 정상범위를 벗어나면, 상기 연결된 필름형 유기용제의 단선(누액)으로 판단하는 3 단계;
상기 3 단계에서 단선(누액)으로 판단하면, 상기 1 단계 및 2 단계에서 측정된 정전전압값을 마스터 제어기로 전달하는 4 단계;
상기 마스터 제어기는 상기 측정된 오른쪽에 연결된 필름형 유기용제 센서의 정전전압과 상기 측정된 왼쪽에 연결된 필름형 유기용제 센서의 정전전압을 바탕으로 필름형 유기용제 센성의 누액위치를 검출하는 5 단계를
포함하는 것을 특징으로 하는 누액위치 감지장치에 의한 누액위치 검출 방법
- 제 4 항에 있어서,
상기 5 단계에서 상기 누액위치 검출은 'Lo = (Co/C T )L T '로 누액위치를 산츨하는 것을 특징으로 하는 누액위치 감지장치에 의한 누액위치 검출 방법.
(■Co : 슬레이브 제어기에 연결된 필름형 유기용제 센서가 단선(누액)이 되었을 때 측정된 정전용량값
■CT : 필름형 유기용제 센서 길이의 1/2에서 최대 정전용량값, CT≤CMAX
■CMAX : 센서의 정전용량값 특성 곡선에서 선형영역(LR)의 최대 정전용량값
■Lo : 슬레이브 제어기에서 단선(누액) 발생지점까지의 길이(측정 슬레이브 제어기로부터 필름형 유기용제 센서의 단선(누액) 발생지점까지의 거리)
■LT : 슬레이브 제어기에 연결된 필름형 유기용제 센서 길이의 1/2, LT ≤LR
■LR : 센서 정정용량값 특성에서 선형영역구간의 필름형 유기용제 센서의 최대길이)
- 제 4 항에 있어서,
상기 5 단계에서 상기 누액위치 검출은 마스터 제어기에 기 저장된 필름형 유기용제 센서의 길이별 정전용량값 룩업 테이블을 바탕으로 단선(누액) 위치에 대한 구간 값을 추정하는 것을 특징으로 하는 누액위치 감지장치에 의한 누액위치 검출 방법
- 하나 이상의 필름형 유기용제 센서, 하나 이상의 슬레이브 제어기 및 마스터 제어기를 포함하는 누액위치 감지장치에 있어서,
상기 하나 이상의 슬레이브 제어기는
연결된 필름형 유기용제 센서의 단선(누액) 여부를 판단하기 위한 저항 측정 시에 사용되는 직류전압을 공급하는 직류전압발생기와;
연결된 필름형 유기용제 센서의 단선(누액) 위치를 검출하기 위한 정전전압 측정 시에 사용되는 교류전압을 공급하는 교류전압발생기와;
상기 직류전압발생기와 상기 교류전압발생기를 스위칭하는 DC-AC 스위치와;
왼쪽에 연결된 필름형 유기용제 센서와 오른쪽 연결된 필름형 유기용제 센서에 대하여 정전전압을 선택적으로 측정하기 위한 스위치를 포함하고
상기 마스터 제어기는 상기 하나 이상의 슬레이브 제어기에서 측정한 왼쪽에 연결된 필름형 유기용제 센서에 대한 정전전압과 오른쪽에 연결된 필름형 유기용제 센서에 대한 정전전압을 바탕으로 누액위치를 검출하는 것을 특징으로 하는 누액위치 감지장치
- 제 7 항에 있어서,
상기 마스터 제어기에서 상기 누액위치 검출은 'Lo = (Co/C T )L T '로 누액위치를 산츨하는 것을 특징으로 하는 누액위치 감지장치.
(■Co : 슬레이브 제어기에 연결된 필름형 유기용제 센서가 단선(누액)이 되었을 때 측정된 정전용량값
■CT : 필름형 유기용제 센서 길이의 1/2에서 최대 정전용량값, CT≤CMAX
■CMAX : 센서의 정전용량값 특성 곡선에서 선형영역(LR)의 최대 정전용량값
■Lo : 슬레이브 제어기에서 단선(누액) 발생지점까지의 길이(측정 슬레이브 제어기로부터 필름형 유기용제 센서의 단선(누액) 발생지점까지의 거리)
■LT : 슬레이브 제어기에 연결된 필름형 유기용제 센서 길이의 1/2, LT ≤LR
■LR : 센서 정정용량값 특성에서 선형영역구간의 필름형 유기용제 센서의 최대길이) - 제 7 항에 있어서,
상기 마스터 제어기에서 상기 누액위치 검출은 필름형 유기용제 센서의 길이별 정전용량값 룩업(LookUp) 테이블을 바탕으로 단선(누액)위치에 대한 구간 값을 추정하는 것을 특징으로 하는 누액위치 감지장치
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KR1020220129567A Active KR102680255B1 (ko) | 2022-10-11 | 2022-10-11 | 필름 유기용제 센서의 누액위치 감지장치 및 방법 |
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KR20210023595A (ko) * | 2019-08-23 | 2021-03-04 | 지아이에프코리아 주식회사 | 이중 감지를 이용한 누액 감지 장치 및 그 감지 방법 |
-
2022
- 2022-10-11 KR KR1020220129567A patent/KR102680255B1/ko active Active
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KR101470308B1 (ko) * | 2013-10-29 | 2014-12-08 | (주)유민에쓰티 | 리크 감지 장치 및 이를 이용한 원격 모니터링 시스템 |
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KR20210023595A (ko) * | 2019-08-23 | 2021-03-04 | 지아이에프코리아 주식회사 | 이중 감지를 이용한 누액 감지 장치 및 그 감지 방법 |
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