KR830000409Y1 - 전자 유량계 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

전자 유량계

제1도는 본 고안의 1실시예의 블록도.

제2도는 제1도의 각부의 파형을 설명하는 도면.

제3도는 본 고안의 다른 1실시예의 블록도.

구형파의 여자 전류도 여자되는 유량 검출 발신기를 가지고 피측정 유량을 측정하는 전자 유랑계가 있어서이, 유량검출발신기의 발신출력을 증폭하는 교류증폭기와 이 교류증폭기의 출력을 그 진폭에 비례하는 펄스에 변환하는 펄스폭 변조회로와 이 펄스폭 변조회로의 출력펄스의 펄스폭을 계측하는 회로와를 구비하고 펄스폭의 유량에 비례하므로서 피측정 유체의 유량을 측정하는 전자유량계에 관한 것이다.

본 고안은 전자 유량계에 관한것이며, 특히 펄스폭 변조를 사용한 측정 정도가 높은 개량된 전자 유량계에 관한 것이다.

종래의 전자 유랑계에서는, 유량 발신기의 여자코일을 직류전류로 여자하는 직류여자 방식과 교류전류로 여자하는 교류 여자방식이 있었다. 어느 방식이나, 피측정유제의 흐름의 방향과 직각으로 자장을 형성하고, 이 흐름의 방향 및 자장의 방향의 각각에 직각 방향에 발생한 피측정 유체의 흐름에 의한 기전력을 전그에 의해서 외부로 취출하고, 이 기전력에 비례한 피측정 유체의 유량을 측정하고 있다.

이 전자의 직류여자 방식에 있어서는 피측정 유체중의 전해질 성분에 의한 전극의 분극작용이 생겨서 유량 측정에의 영향을 미치게 한다는 결점을 가지며, 또한 미소직류 전압의 증폭은 곤란하였다. 또 후자의 교류여자 방식에 있어서는 전극 부근에 있어서의 분극 작용을 받는 것 없이, 또 신호의 증폭이 용이하다라고 하는 잇점을 가지지만 유량에 관계없이 변압기 작용에 의하여 90도 위상의 잡음이 발생하든지, 나아가서 유량에 관계 없이 주위의 철심의 와류 전류에 의한 동상 노이즈가 발생해서 유량측정에 오차를 생기게 한다라는 결점이 있었다. 이리하여 구형파 전류를 사용하며, 이 구형파 전류에 의해서 여자를 행하는 전자 유량계가 근년 개발되어 있다. 통상, 이 전자 유량계는 구형파전류에 의하여 발신기의 여자코일을 여자하고, 유기한 유기전압을 유량에 비례한 전기신호로 하기 위하여 유기전압의 순시치를 샘플 호울드해서 행하고 있다. 그러나, 이 종래의 구형파전류에 의한 여자 방식으로는 샘플시의 유기전압에 펄스모양노이즈가 혼임하면, 이 노이즈도 포함해서 유량측정치를 구하기 위하여 유량측정치에 큰 오차를 생기게 하는 결점이 있었다. 따라서 본 고안의 주된 목적은, 여자방식이 원리적으로 노이즈의 영향을 받기 어려운 전자 유량계의 제공에 있다.

또 본 고안의 다른 목적은 지시계기의 렌지 절환이 정확하게 행할 수 있는 전자 유량계의 제공에 있다.

본 고안의 또다른 목적은 외부 노이즈의 영향을 받지 않고서 측정 정도가 높은 전자 유량계의 제공에 있다.

본 고안의 또다른 목적은 유량의 디지털 표기가 용이하게 행할 수 있는 전자유량계의 제공에 있다.

본 고안의 1실시예에 의하면, 구형파의 여자전류도 여자되는 유량 검출 발신기를 가지며, 피측정 유량을 측정하는 전자 유량계에 있어서, 이 유량검출 발신기의 발신출력을 증폭하는 교류 증폭기와 이교류 증폭기의 출력을 그 진폭에 비례하는 펄스폭의 펄스에 변환하는 펄스폭 변조회로와, 이 펄스폭 변조회로의 출력펄스의 펄스폭을 계측하온 계측회로에 의해서 얻어진다.

제1도에 있어서 (1)은 전자유량계의 유량검출 발신기이다. 이발신기(1)로 유기된 피측정 유체의 유량에 비례한 유기전압은 교류증폭기(2)로 증폭되고 이증폭기(2)의 출력의 진폭에 비례한 펄스폭의 펄스를 펄스 변조회로(3)에 의하여 얻고, 이 펄스의 펄스폭을 펄스폭―전압 변환회로(4)에 의하여 전압에 변환하고, 피측정 유체의 유량에 비례한 유량신호를 얻는다. 이때 유량발신기(1)를 구형판 전류로 여자하기 위하여 정전류원(5a)(5b)를 설치한다. 또, 후술하는 바와 같이 각부를 제어하기 위해서 공지의 타이밍 제어회로(6)를 설치한다.

유량발신기(1)에는 피측정 유체가 흐르는 관로(1a)의 둘레에 자계발생용의 여자코일(1b)이 배치되고, 또 관로(1a)내의 유량에 응해서 유기한 유기전압을 취출하는 전극(1c)이 관로(1a)내에 배치되어 있다. 또 전극(1c)에는 관로(1a)밖에 유기전압을 출력하기 위하여 리이드선(1d)의 일단이 접속되고 이 리이드 선의 타단은 연산 증폭기에 의하여 구성된 증폭기(7)의 일력단에 접속되어 있다. 또 리이드선(1d)에는 결합콘콘덴서(8)가 설치되어 있다.

유량 발신기(1)의 여자코일(1b)에는 정전류인(5a)(5b)로부터 전류가 공급된다. 정전류원(5a)(5b)는 다른전류치를 가진 전류를 출력하는 전류원으로, 절환스위치(9)를 개재해서 정전류원(5a)로부터는 전류치 I₁의 전류 I₁이, 또 정전류원(5b)로 부터는 전류치 I₂의 전류 I₂가 여자코일(1b)에 공급된다(이 실시예에서는 전류치 I₁>전류치 I₂). 절환스위치(9)는 타이밍 제어회로(6)로부터의 절환신호 a에 의해서 주기(T₀)으로 절환되므로 여자코일(1b)에는 전류 I₁, I₂가 주기적으로 흐른다. 이 실시예에서는 전류 I₁과 전류 I₂와는 같은 시간흐르는 것으로 한다. 이때 여자코일(1b)의 인덕턴스가 크므로 정전류원(5a)(5b)의 절환에 의하여 여자코일(1b)에 흐르는 전류는 급변하지 않고 서서히 변화한다.

교류증폭기(2)의 증폭기(7)에 결합콘덴서(8)를 개재해서 입력한 유기 전압은 증폭기(7)로서 증폭된다. 그리고 이 증폭기(7)의 출력은 연산증폭기에 의하여 구성된 반전증폭기(10)에 가하여지고 절환스위치(11)의 일반의 접점을 개재하여 펄스폭 변조회로(3)에 가하여진다. 또 증폭기(7)의 출력은 절환스위치(11)의 타방의 접점을 개재해서 펄스폭 변조회로(3)에 가하여진다. 이 이증폭기(7)의 출력을 직접 입력하느냐 반전해서 입력하느냐는 절환 스위치(11)의 절환에 의하여 행하여진다. 절환스위치(9) 및 (11)의 절환은 타이밍 제어회로(6)의 절환신호 a에 의하여 행하여 진다. 즉 절환스위치(9)가 정전류원(5a)로 부터 전류 I₁을 여자코일(1b)에 흐르게 할때에 절환스위치(11)는 증폭기(7)의 출력을 직접 펄스폭 변조회로(3)에 가하고 절환스위치(9)가 정전류원(5b)에서 전류를 여자코일(1b)에 흐르게 할때에는 절환스위치(11)는 반전 증폭기(10)의 출력을 펄스폭 변조회로(3)에 가한다. 즉 증폭기(7)의 출력신호 C의 정의 반파구간에서는 직접, 부의 반파구간에는 반전 증폭기(10)를 개재해서 펄스폭 변조회로(3)에 입력한다.

펄스폭 변조회로(3)는 스위치(12) 및 저항(13)을 개재해서 교류 증포기(2)의 출력을 적분증폭기(15)에 입력한다. 적분증폭기(15)는 적분용 콘덴서(14)를 가지고 있다. 또 적분증폭기(15)의 입력단에는 스위치(16), 저항(17)을 개재해서부 극성의 기준전압 ―ES₁이 입력한다. 여기서 스위치(12)는 교류 증폭회로(2)의 출력신호 c의 과도기간이 경과한 후의 안정기간에 일정시간만 폐쇄하도록 타이밍 제어회로(6)의 절환회로 e에 의하여 제어된다. 즉 타이밍 제어회로 (6)의 절환신호 e가 "1"레벨이 되면, 스위치(12)는 도통이 되고 "0"레벨인 때에는 스위치(12)는 개방하고 있다.

적분증폭기(15)의 출력의 0점 검출은 연상 증폭기에 의하여 구성되는 비교기(19)에 의해서 행하여진다. 즉 적분증폭기(15)의 출력이 정에서 0이 되었을 때에 비교기(19)가 동작해서 출력을 낸다. 이 출력은 폴립폴롭(18)의 리셋트 단자에 가하여진다.

이 플립플롭(18)은 셋트입력이 가하여지면 Q출력이 "1"레벨로되고, 또 리셋트입력이 가하여지면가 "1"레벨로 된다. 그리고 양 입력의 어느 한쪽에 입력이 가하여 질때까지 그 상태를 보전한다. 이로 말미암아 플립플롭(18)의 리셋트 입력단에 비교기(19)의 입력이 가하여지면 플립플롭(18)의 Q출력은 0으로 된다.

또 플립플롭(18)의 셋트입력단에는 타이밍 제어회로(6)에서 절환신호 d가 가하여진다. 이절환신호는 d는 스위치(12)를 개폐하는 절환신호 e가 서서히 내려질 때 출력된다. 그리고 플립플롭(18)의 Q출력은 "1"레벨이 된다. 이 Q출력은 펄스폭 변조회로의 출력이 되고, 또한 "1" 레벨이 되었으므로 스위치(16)를 닫는다. 스위치(16)는 플립플롭(18)의 Q출력이 "1" 레벨인 때 닫는 스위치이다. 또 플립플롭(18)의 Q출력단에는 발광 다이오드(20)이 순방향으로 접속되어 있고, 플립플롭(18)이 "1"레벨이 되면 발광 다이오드(20)가 발광한다. 이 빛은 수광소자(22)에 의하여 받아진다. 그리고 포오토트란지스터(22)가 도통하므로서 스위치(24)를 닫는다. 펄스폭 전압변환회로(4)로서는, 기준전압 ES₂가 저항(23), 스위치(24)를 개재해서 연산 증폭기로 구성된 증폭기(25)에 가하여져 있다. 그리고 변조회로(3)의 출력펄스의 펄스폭을 이것에 비례한 직류전압에 변압하기 위한 회로이다. 즉 유량에 비례한 직류전압을 얻기위한 회로이다. 증폭기(25)에는 병열로 저항(26) 및 콘덴사(27)이 접속되어 있고, 일종의 평활회로로서 동작한다. 스위치(24)는 포오토 트란지스터(22)의 콜렉터전압에 의하여 동작하고, 증폭기(25에 입력하는 펄스폭에 비례한 직류전압 E₀가 변환회로(4)에서 출력된다. 타이밍 제어회로(6)는 소위 콜록 펄스를 출력하는 펄스발생회로와 이 콜록펄스를 받아 소정주기 T₀로 제2도(a)와 같은 절환신호 a를 출력하는 회로 및 경험적 또 실험적으로 유기전압이 얼마만큼의 시간으로 안정하는지 판명되어 있으므로, 클록펄스를 받아서 그 과도시간 경과후에 펄스폭 T₁의 절환신호 e를 출력하는 회로와, 이 절환신호 e가 쇠퇴한 다음에 셋트 입력펄스 즉 절환신호 d를 출력하는 회로를 가진공지의 제어회로이다.

이하 본 고안의 동작에 대하여 설명한다. 스위치(9)를 제2(a)도에 표시하는 타이밍 제어회로(6)로부터의 절환신호 a로 절환하면 여자코일에는 제2(b)도에 표시하는 것과 같은전류가 흐른다. 이때 정전류원(5a)에서 정전류원(5b)에 절환해도 곧 전류는 그 전류치 I₁에서 I₂로는 되지 않고 여자코일 Ib의 인덕턴스가 크드로 제2(b)와 같이 그절환시에 서서히 변화한다. 그리고 이 전류에 의하여 발생한 자계에 의하여 전극 1c에 유량에 비례해서 유기한 유기전압이 생기고, 이 유기전압은 결합 콘덴서(8)을 게재해서 증폭기(7)에 가하여지고 교류 증폭된다. 이 증폭기(7)의 출력파형은 제2(c)도와 같이 나타난다. 이증폭기(7)의 출력은 여자전류가 I₁시의 발신기(1)의 출력전압 e₁과 여자전류 I₂시의 발신기(2)의 출력전압 e₁와의 평균치 1/e를 0점으로하여 그 정부 양측에 생기는데 형파를 기본으로 하는 파형이 된다. 다만 이 파형으로 극성이 반전하는 각 반파의 시작의 부분은 과도적으로 오우버 슈트한 파형이 된다. 그리고 절환스위치(9)와 절환스위치(e11)과는 절환신호 a에 의하여 절환되므로 교류증폭기(2)의 출력으로서의 제2(c)도의 유기전압은부의 반파구간에서는 절대치의 형 즉 정류한 파형이 된다.

이 교류증폭기(2)의 출력은 스위치(12)를 개재해서 적분 증폭기(15)에 가하여지나, 절환스위치(12)는 절환신호 C에 의하여 펄스폭 T₁의 시간만큼 닫아진다. 그래서 T₁시간중 증폭기(15)의 출력 e는 직선적으로 상승해서 전압 em에 달하고, 증폭기(15)의 출력은 제2(f)도와 같이 적분된다. 그리고 절환신호 e가 쇠퇴되었을대 제2(d)도와 같은 절환펄스 d가 타이밍 제어회로(6)에서 플립플롭 셋트입력이 가하여지므로 플립플롭(18)의 Q출력은 "1"레벨로 되고 스위치(16)를 닫는다. 이때 스위치(12)는 절환신호 e가 입력하고 있으므로, 개방이 된다. 그래서 증폭기(15)의 출력은 제2(f)도와 같이 em에서 직선적으로 0에 향해서 저하되어간다. 그리고 0으로 되었을 때에 비교기(19)에서 출력펄스가 플립플롭(18)의 리셋트입력에 가하여져 플립플롭(18)의 Q출력은 "0"레벨로 되고 스위치(16)는 개방된다.

여기서 플립플롭(18)의 Q출력이 "1"레벨인 것은 스위치(16)가 닫혀져 있을 동안 즉 적분증폭기(15)의 출력전압 em에서 0으로 될때까지의 동안이며, 이동안 발광다이오드(20)이 발광한다.

제2(g)도는 Q출력파형이다. 그리고 이동안, 포오토트랜지스터(22)가 도통하고, 스위치(24)가 닫히고 기준전압 ES₂가 증폭금(25)에 입력한다. 그리고 스위치(24)의개폐에 의하여 기준전압 ES₂의 펄스모양 입력은 증폭기(25), 콘덴서(27), 저항(26)에 의하여 평활된 형으로 되어 출력전압 ED로 출력한다.

이 출력전압 ED는 피측정 유체의 유속 μ에 비례하고 있으며 스위치(12)(16)의 개폐에 의한 유량측정은 교류증폭기(2)의 각 반파구간마다 행하여 진다.

즉 펄스폭 변조회로(3)의출력시간 T₂는,

로 정하여진다. 전압 e는 변조회로(3)의 입력전압 즉 발신기(1)의 출력에 비례하므로, 여자전류인 I₁이 흐르고 있을 때의 펄스폭 출력 T₂₁및 여자전류 I₂가 흐르고 있을 때의 펄스폭 출력 T₂₂는 각각 K₁을 정수로 해서,

로 된다.

여기서은 e₁,e₂의 평균치이다.

또 e₁α I₁μ, e₂αI₂μ이고,

로 나타낸다. 단 μ은 피측정 유체의 유속, K₂는 정수이다. 스위치(24)를 플립플롭(18)의 출력에 의하여 개폐하면, 펄스폭―전압변환회로(4)의 출력은

로 나타난다.

여기서 K₃, K₄는 정수이다.

따라서 전압 E_D는 유속 μ에 비례하는 것으로 되며, 이전압 E_D보다 피측정유체의 유속을 구할 수가 있고 또 피측정유체의 유량을 구할 수가 있다.

그러므로 상기 실시예에 의하면, 펄스폭 변조회로에 있어서, 발신기의 출력을 안정 기간중에 적분하고, 여자코일에 흐르는 여자 전류의 절환시에 있어서의 과도기간은 발신기의 출력을 펄스폭 변조 회로에 입력하여 있지 않으므로 기준 전압 신호의 적분시간에 충당시킬 수가 있어, 각반파의 기간을 유효하게 이동할 수 있고, 신호의 변환효율을 좋게할 수가 있다. 또 적분에 의한 방식을 위해서 노이즈의 여향을 받기 어렵고, 종래의 샘플링에 의한 방식에 비해 측정 정도의 향상을 도모할 수가 있다. 또 적분시간 T₁의 설정을 변경하므로서 간단한 회로구성에 의하여 측정범위의 변경이 된다. 즉 예를들면 D에서 100㎥의 유량으로 지시계기를 훌스케일로 하고 있는 상태에서 D㎥로부터 200㎥의 유량으로 지시계기를 훌스케일로 하는 것 같은 렌지절환이 정확하게 할 수 있다.

상기 실시예에 있어서 여자전류 I₁,I₂에 의하여 여자하고, 양자의 전류에 의한 유기전압을 펄스폭 변조하고 있으나, 여자전류 I₂에 의한 신호의 기간은 펄스폭 변조를 유지하고, 즉 상기기간 T₂₂에서의 펄스폭 변조를 휴지하고, 여자전류 I₁에 의한 신호의 기간 T₂₁만으로 변조동작을 행하도록 하여도 좋다. 이 방식에 의하면 제1도의 반전 증폭기(10)를 생략할 수가 있다.

반전증폭기(10) 및 절환스위치(11)의 대신에, 입력에 절대치를 출력하는 절대치 출력형의 증폭기를 이용해도 상기와 같은 결과를 얻을 수가 있는 것은 명백하다.

상기 실시예에서는, 여자전류 I₁, I₂는 동일 극성으로 서로 상이한 값의 것을 흐르도록 하고 있으나, 본 고안은 그것에 한하는 것은 아니다. 예를들면, 일방의 전류 I₂는 0이라도 좋고, 또 타방의 전류 I₁과는 상이한 극성으로 해도 좋다.

양전류 I₁, I₂의 극성을 상히하게 할경우, 양전류의 절대치는 상이해도 좋고, 또 같아도 좋다. 어느 것을 해도, 펄스폭 변조에 유효하게 작용하는 것은 I₁-I₂₁이므로, 양전류의 극성 및 절대치는 임의로 정할수가 있다. 다시 펄스폭 변조회로에 있어서의 이중 작분회로의 입력 적분시간 T₁을 교류전원의 주기와 동일 또는 그 정수배로 설정하면 교류전원에 의한 유도 노이즈를 대폭으로 제거할 수가 있다.

또 이중적분형의 적분회로를 사용하고 있으므로, 리이드선 1d의 길이가 길고 전원 주파수가 유기전압에 중첩하고 있어도 이성분을 소멸해서 실시하는 것이 가능하다. 다시 포오토결합을 이용하고 있으므로 절연이 가능하여 노이즈에 대해서 강하게 된다.

다음에 제3도의 또다른 실시예의 의한 전자유량계에 대해서 설명한다. 이 실시예에서는 펄스폭 변조회로를 (31)과 같이 구성한 것이다. 제1도의 실시예에 있어서 이중 적분회로형의 펄스폭 변조회로를 사용하였으나, 이 중적분 회로형에 한하지 않고 통상의 적분기를 사용해도 좋다. 제3도에 있어서, 제1도의 펄스폭 변조회로(3)와 동일한 부분에 동일부호를 부여하고 있다. 교류증폭기(2)의 출력은 비교기(19)의 일단에 입력하고 또 스위치(12), 저항(13)을 개재해서 기준전압 ES₁이 적분증폭기(15)에 입력한다. 증폭기(15)에는 적분콘덴서(14)의 외에 병렬로 스위치(32)가 접속되어 있다. 그리고 적분증폭기(15)의 출력은 비교기(19)의 타단에 입력된다. 또 플립플롭(38)은출력단을 가지고 있다. 그리고 스위치(12)는 플립플롭(38)의 Q출력에 의하여 개폐되고 스위치(32)는 플립플롭(38)의출력에 의하여 개폐된다. 따라서 스위치(12)가 도통하고 있을때, 스위치(32)는 개방하고 있다.

소정 타이밍으로 제2(d)도와 같은 절환신호 d가 플립플롭(38)의 셋트 입력단이가하여지면 플립플롭(38)의 Q출력은 "1"레벨로 되고, 스위치(12)를 닫으며, 또출력이 "0"레벨로 되므로 스위치 (32)를 개방한다. 따라서 기준전압 ES₁을 적분증폭기(15)가 적분하고 그 출력을 비교기(19)에 출력한다. 또 비교기(19)에는 교류증폭기(2)의 출력이 가하여져 있고, 이 비교기(19)로 양입력을 비교해서 양입력이 일치하면 비교기(19)에서 펄스가 플립플롭(38)의 리셋트 입력단에 출력되고, 플립플롭(38)의출력이 "1"레벨로 되고, 스위치(32)를 닫으며, 스위치(12)를 개방되다. 그러므로 적분콘덴서(14)는 방전하고, 다음의 충전에 대비한다. 이 플립플롭(38)의 Q출력은, 제1도의 경우과 발광 다이오드(20)를 개재해서 펄스폭―전압 변환회로(4)에 전하여진다.

이 제3도에 의한 실시예에 있어서 교류증폭 회로(2)의 정상치부분의 전압을 e, 저항(13)의 저항치를 R, 콘덴서(14)의 커팬시턴스 C를 로하면스위치(12)의 온동작시간 T₂는

로 나타나며,

는

로 되며 유속에 비례하는 것이 판명된다.

따라서 이와 같이 2중 적분형 회로를 사용하지 않더라도 유량을 구할수가 있다.

또 제1도, 제3도의 실시예로 펄스폭―전압변환회로(4)를 사용했으나, 이것은 아무것도 사용하지 않드래도 실시할 수가 있다. 즉 플립플롭(18)(38)의 Q출력을 앤드회로의 일방의 입력에 가하고 클럭펄스를 엔드회로의 타방의 입력에 가해서 양자의 엔드출력을 카운터에 가하므로서 실시할수 있다. 이 엔드 출력은 Q출력이 "1"레벨동안 엔드회로를 통과한 클럭펄스이며 이것을 카운트 하므로서 유량을 구할수가 있다. 즉 디지탈 표시를 용이하게 행할수가 있다.

또 펄스폭 변조회로의 기준전압 ES₁은, 독립적인 전압원으로서 설정해도 좋지만, 여자용 전원을 공용해도 좋다.

이와같이 본 고안에 의하면, 원리적으로 유도 노이즈등의 노이즈의 영향을 받기 어렵고, 측정정도의 향상을 도모할 수가 있고 또 측정범위를 용이하게 설정할 수 있다라는 효과를 가지며, 더구나 디지탈처리가 용이하게 행할 수 있다라는 효과도 있다.

Claims (1)

1. 정전류 구형파의 여자전류로 여자되는 유량검출 발신기를 구비하는 전자유량계에 있어서, 전기 유량검출 발신기의 발신출력을 증폭하는 교류증폭기(2)와, 전기 교류증폭기의 출력을 그 진폭에 비례하는 펄스폭의 펄스에 변환하는 펄스폭 변조회로(3), (31)와 전기 펄스폭 변조회로의 출력펄스의 펄스폭을 계측하는 펄스폭―전압변환회로 (4)를 설치하고, 전기 펄스폭 변조회로에 2중 적분회로(14,15)를 사용하고 펄스폭 변조회로의 펄스폭 출력이 유량검출 발신기의 과도 변동기간중에 발생하도록한 것을 특징으로 하는 전자유량계.