KR830000922Y1 - 용량식 차압 전송기(容量式差壓傳送器) - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

용량식 차압 전송기(容量式差壓傳送器)

제1도는 본 고안의 차압 전송기의 1실시예를 표시하는 전기적 접속도.

제2도는 본 고안에 사용되는 차압 검출기의 1예를 표시하는 구성 설명도이다.

본 고안은 두 개의 피측정 압력의 차를 용량의 변화로서 검출한 후 예를들면 D.C 4-20[mA]와 같은 직류의 전류신호로 변환하여 수신측에 전송하는 용량식 차압 전송기에 관한 것이다.

일반적으로 차압 전송기에 있어서는 한 개의 가동전극과 가동 전극을 끼고 대향 배치된 두 개의 고정 전극으로 형성되고, 가동 전극의 변위에 응하여 용량이 차동적으로 변화하는 한 쌍의 가변 콘덴서를 사용하고, 차압에 응하여 가동 전극을 변위시키므로서 차압을 용량의 변화로서 검출하고 있다. 검출된 용량의 변화는 예를들면 일본국 실용신안 제890,061호에 표시된 것 같이 피측정량(差壓)에 응하여 자동적으로 변화하는 용량의 화(和)에 대응한 직류의 전압(또는 전류)이 일정하게 되도록 한 쌍의 가변 콘덴서를 여진하는 발진기의 출력을 제어하고 용량의 차에 대응한 직류의 전압(또는 전류)을 출력하므로서 피측정량에 정확하게 응한 직류의 전압(또는 전류)를 얻고 있다. 그리고 최근에는 프로세스 현상에 배치된 검출기 및 신호 변환기와 수신축의 중앙관리실과를 한 쌍의 전송선으로 연결하고 신호의 전송과 전력의 전송을 겸하게 하는 2선식으로 하는 것이 계장상 편리하므로 널리 상응되고 있다. 그러나, 2선식으로 하면, 회로구성상 여러가지의 제약을 받어, 특히 0점의 조정회로나 스핀의 조정회로가 복잡하게 되고 이들의 조정이 상호 간섭하여 조정작업이 복잡하게 된다.

그러므로 본 고안의 주목적은 2선식으로 0점의 조정과 스핀의 조정이 각각 독립으로 상호의 간섭없이 행할 수 있으며, 조정작업의 극히 간단한 용량식 차압전송기를 실현하는데 있다.

또 한 쌍의 가변콘덴서를 활용하여 차압을 용량의 변화로 하여 검출하는 경우에는 가변콘덴서와 병렬로 존재하는 스트레이용량의 영향을 받고 차압 검출기의 직선성이 나쁜 결점이 있다. 여기에서 본 고안의 타의 목적은 상술한 바와 같은 스트레이 용량에 의한 영향을 용이하게 보상할 수 있으며 직선성이 좋은 용량식의 차압 전송기를 실현하는데 있다.

제1도는 본 고안의 1실시예를 표시한 접속도이다. 도면에 있어서 (10)은 차압검출기, (20)은 신호변환기, (30)은 한 쌍의 전송선, (40)은 수신측에 베치된 직류전원, (50)은 수신측에 배치된 부하이다.

차압검출기(10)은 차압에 응하여 가동전극이 변위하고 용량이 차동적으로 변화하는 한 쌍의 가변콘덴서 C₁, C₂를 가지고 있다. 차압검출기(10)은 제2도의 단면도에 표시한 것 같이 금속평판의 측정 다이어프렘(11)과 측정다이어프렘(11)이 용접에 의하여 ₁의 부분에서 고착되고, 측정다이어프렘(11)에 의하여 그 양측에 형성된 두 개의 내부실(12a), (12b)를 가진 보디(12)와 내부공소 및 탄성기능을 갖인 돌기부분(13a, 13b)를 갖이며, 이 돌기부분(13a, 13b)와 보디(12)의 탄성기능을 갖이는 돌기부분(12c, 12d)와를 용접에 의하여( ₂, ₃) 부분에서 고착하여 내부공소에 보디(12)를 탄성기능을 갖인 부분을 거쳐 지지하는 하우징(13)과 하우징(13)에 용접에 의하여 ( ₄, ₅) 부분에 있어서 고착되고, 내부실(14a, 14b)에서 간격을 두고 격실(15a, 15b)를 형성함과 동시에 피측정압(P₁, P₂)를 받는 다이어프렘(14a, 14b)와 내부실(12a, 16b)와 격실(15a, 15b)와를 연결하는 연결수단(16a, 16b)와 내부실(16a, 12b) 격실(15a, 15b) 및 연결수단(16a, 16b)를 충만하고 실다이어프렘(14a, 14b)가 받는 압력(P₁, P₂)를 측정다이어프렘(11)에 전달하는 실리콘 유와 같은 비압축성의 액체와 측정다이어프렘(11)과 대향하는 보디(123)의 면에 각각 절연재(17a, 17b)를 통하여 이루어진 금속피막(18a, 18b)를 구성되어 있으며, 2매의 실다이어프렘(14a, 14b)가 받는 압력(P₁, P₂)의 차에 응하여 변위하는 금속의 측정다이어프렘(11)을 한 쌍의 가변콘덴서(C₁, C₂)의 가동전극으로 하고 두 개의 금속피막(18a, 18b)를 각각 한 쌍의 가변콘덴서(C₁, C₂)의 고정 전극으로 하여 차압을 용량의 변화로 하여 검출하는 것이다. 금속피막(18a, 18b)에는 절연체(17a, 17b)를 관통하여 외부로 취출되는 리이드선(19a, 19b)가 접속되어 있으며 측정다이어프렘(11)에는 리이드선(19c)가 접속되어 있다. 리이드선(19a, 19b, 19c)에 의하여 한 쌍의 가변콘덴서(C₁, C₂)는 신호 변환기(20)에 전기적으로 접속된다.

이와 같은 구성의 차압 검출기에 있어서는 보디(12)가 하우징(13)에 탄성기능을 갖인 부분을 통하여 지지되어 있으므로 하우징(13)을 보울트나 너트로 고정할때의 보울트나 너트의 체부에 의한 힘은 탄성 부분에서 흡수되고 측정다이어프렘(11)에는 작동하지 않고 측정다이어프렘(11)에 장력변화를 이르키는 일은 없다. 또 본 실시예의 차압검출기(10)에서는 용접도( ₁, ₂, ₃, ₄, ₅)의 5개소로 최소한으로 하고 또한 어느 용접가스도 접액하지 않는 프로세스에 적합한 구조로 되어 있다. 다시 본 실시예의 차압검출기에서는 과대한 압력이 가해진 경우에도 실다이어프렘(14a, 14b)가 대향면에 부디치기 전에 측정다이어프렘(11)이 대향면에 부디쳐 과대압력에 의한 파손을 유효하게 방지할 수가 있다.

신호변환기(20)에 있어, (21)은 용량전류변환회로(22)는 출력증폭기(23)은 출력트랜지스터, (24)는 정전압회로이다. 출력트랜지스터(23)은 귀환저항 R_f와 직열로 접속되어 있고 이 직렬회로가 한 쌍의 전송선(30)을 통하여 수신측의 직류전원(40)과 부하(50)의 직열회로에 접속되고 출력트랜지스터(23)에서 제어되는 출력전원 I₉가 귀환저항 R_f및 부하(50)에 흐르게 되어 있다. 정전압회로(24)는 출력트랜지스터(23)과 빙열로 접속되어 있으며 전계효과 트랜지스터 Q₁으로 되는 정전류회로와 이에 저항 R₉를 통하여 직열로 접속된 제너다이오우드 D₂로 되어 D₃의 양단에 안정화된 전압 E₂를 발생하는 것이다. 다시 저항 R₄과 제너다이오우드 D₂의 직열회로의 양단 전압이 트랜지스터 Q₂를 통하여 용량전류 변환회로(21) 및 출력증폭기(22)를 구성하는 연산증폭기(OP₁, OP₂)에 전원 전압으로 하여 부여된다.

용량 전류 변환회로(21)은 연산 전폭기P와 발진기SOc와 1차코일 n₁과 세개의 2차코일(n₂, n₃, n₄)를 갖이는 트랜스 T와 정류용 다이오우드(D₁-D₇)과 저항(R₁, R'₁, R₂, R₃, R₈)과 평활용 콘덴서(cf₁-cf₃)와 보상용 고정 콘덴서(C₃) 및 직류분 저지용 콘덴서(C₄)와를 갖이고 있는 그리고 발진기S_c의 발진 출력이 트렌스를 통하여 한쌍의 가변콘덴서(C₁, C₂)에 부여된다. 그 결과(C₁, C₂)를 포함하는 회로에는 그 용량에 응한 교류전류(i₁, i₂)가 흐른다. (i₁, i₂)는 다이오우드(D₁-D₄) 및 평활용 콘덴서(cf₁-cf₃)에 의하여 각각 정류 평활된다. 따라서 스펀 조정용의 미끄럼저항(R₃)에는 (i₁, i₂)의 차에 대응한 다음식에 표시한 것 같은 직류의 신호전류 I_i가 흐른다.

I_i=k{(C₁+C_s1)-(C₂+C_S2)}

여기에서 k는S_c의 발진출력의 진폭이나 주파수등의 관수로(C_s1, C_s2)는 가변콘덴서(C₁, C₂)에 병열로 존재하는 스트레이 용량이다. 또 저항(R₁', R₂')에는 각각(i₁, i₂)에 대응한 평균전류(I₁, I₂)가 도시의 극성으로 흐른다. 다시 저항(R₁', R₂')는 저항(R₁, R₂)와 같이 제너다이오드 D₂에 직열로 접속되어 일정의 직류전류(I_s)가 상기 평균치전류(I₁, I₂)와는 역방항으로 공급되고 있다. 한편 보상용의 고정콘덴서(C₃)에도 트렌스 T를 거쳐 발진기 OS_s의 발진출력이 부여되어 잇으므로 그 용량에 응한 교류전류(i₃)가 흐른다. 이 교류전류(i₃)는 다이오우드(D₅, D₆, D₇)로 정류된 후 보륨저항(R₈)에 의하여 보상 전류(I₃)와 바이패스 전류(I₄)로 분류된다. 따라서 보상전류(I₃)는 보륨저항(R₈)의 분압비를 m로 하면

I₃=mkc₃(2)

로 부여된다. 이 보상전류 I₃가 저항(R₁', R₂')의 직열회로에 상기 평균치전류(I₁, I₂)와는 역방항으로 공급된다. 회로에 상기 평균치전류(I1, I₂)와는 역방향으로 공급된다. 따라서 저항(R₁', R₂')의 직열회로의 양단에는 다음 식에 표시하는 것 같은 전압 E_C가 생긴다.

E_C=r{2I_S-k(C₁+C₂+C_S1+C_S1-2mC₃} (3)

단 R₁'= R₂'=r

이 전압 E_C가 연산증폭기P₁에 가해져 E_C=O가 되도록 발진기S_C의 예를들면 전원전압을 제어한다. 따라서 신호전류 I_i는 다음 식으로 주어진다.

(4)

그리고 한 쌍의 가변콘덴서(C₁, C₂)의 용량에 가동전극(11)의 변위량 x (차압에 응한량)에 대하여

단 C_o: 초기용량

d : 고정전극 180,186간의 거리 1/2과 같이 변화하고, 또 한 쌍의 가변콘덴서(C₁, C₂)는 대칭으로 만들어져 있으며 스트레이용량(C_1s, C_s2)는 C_s1=C_s2=C_s로 볼 수 있으므로, 신호전류 I_i는 다음 식과 같이 표시할 수 있다.

(7)

따라서

을 만족하도록 보륨저항(R₈)의 분압비 m를 조정하면 신호전류 I_i는

가 되며 스트레이용량 C_s의 영향을 받지 않고 변위량 x에 정확하게 비례된 것으로 된다. 실험에 의하면 리니어티데이 오차는 스트레이 용량의 여향을 보상하지 않을 경우의 -0.98%에서 ±0.003%로 대폭 감소되었다.

또한 (8)식의 조건은 콘덴서 C₃을 가변콘덴서로 하므로서도 만족시킬수가 있으나 그러나 일반적으로 가변콘덴서는 밀봉성 구조의 것이 적으며 고가이다. 도 밀봉성 구조의 것은 습도나 부식성 가스에 약하고 신뢰성이 적으므로 프로세스 현장에는 맞지 않는다. 이에 대하여 보륨저항은 밀봉 구조의 것이 인가이며 또한 간단하게 입수되는 이점이 있다. 또 상술한 실시예에서는 한 쌍의 가변콘덴서에 발진기의 발진출력을 트렌스 T의 2조의 2차코일을 통하여 부여하는 경우를 예시하였으나 1조의 2차코일을 통하여 부여하도록 구성하여도 된다. 단본 실시예와 같이 구성하면 가변콘덴서의 일단을 접지할 수 있는 이점이 있다. 다시 정류용의 다이오우드의 대신 다이오우로 접속한 스위칭 트랜지스터를 사용하여도 동일하게 된다. 또 스트레이 용량이 주위온도의 영향을 받을 경우에는 보상용의 콘덴서 C₃를 한 쌍의 가변콘덴서(C₁, C₂)의 가까이에 배치하고 주위온도의 영향을 같이 받도록 하면 좋다. 다시 스트레이 용량의 영향을 무시할 수 있을 경우에는 보상회로를 구성하는 (C_s, D₅-D₇, n₄, R₈)을 생략할 수 있다.

출력증폭기(22)는 연산증폭기P₂로 되어 있다. OP₂의 입력단자(+)에는 일정의 전압 E_s를 저항 R₁, R₁', R₂, R₂'로 분압한 전압 E_a가 스핀 조정용의 미끄럼저항 R₃을 통하여 가해짐과 동시에 귀환전압 E_f가 저항 R₄를 통하여 가해지고 딴쪽의 입력단자(-)에는 일정전압 E_s를 영점 조정용의 분압조항 R₅로 분압한 전압 E_b가 저항 R₆, R₇의 분압회로를 통하여 가해진다. 그리고 용량전류 변환회로(21)에서 신호전류 I_i가 미끄럼저항 R₃의 쇠자(子)와 저항 R₁', R₂'의 분압점 사이에 공급된다. 따라서 각각 다음 식으로 주어진다.

단 α는 저항 R₃의 분할비

β는 저항 R₅의 분할비

여기에서P₂의 계인은 충분히 크고, e₁과 e₂가 같이 되도록 출력트랜지스터(23)을 구동하고 출력전류 I_o를 제어하므로, 출력전류 I_o는

단 R₃=R₄=R₆=R₇=R

가 된다. (12)식에 (9)식에 대입하면 I_o는

이 되어 한 쌍의 가변콘덴서 C₁, C₂의 가동전극의 변위량 γ즉 차압에 대응한 것이 된다. 이 출력전류 I_o는 한 쌍의 전송선(30)을 통하여 수신측의 부하(50)에 전송된다. (13)식에서 명백해진 바와 같이 분압저항 R₅의 쇠자(子)의 위치를 조정하면 변위량 x의 100%시의 출력전류 I_o의 치를 소망치(예를들면, DC20mA)로 할 수 있으며 스핀조정이 된다.

또한 미끄럼저항 R의 쇠자위치를 변경하여도 0점에는 하등의 영향을 주지 않고 또 분압저항 R₅의 쇠자위치를 변경하여도 스핀에는 하등의 영향을 주지 않는다. 따라서 2선식에 있어서 0점의 조정과 스핀의 조정을 각각 독립으로 상호 간섭없이 행할 수 있으며 조정작업이 아주 간단하고 또한 신호전류 I_s의 방향이 반대의 경우에는P₂의 입력단자(-)을 저항 R₄를 통하여 기준점에 접속하고 귀환전압 E_f를P₂의 입력단자(+)에 저항 R₇을 통하여 가하도록 하면 된다.

Claims (1)

1. 차압에 따라 용량이 동적으로 변화하는 한 쌍의 가변콘덴서(C₁), (C₂)를 가지는 차압검출기, 한 쌍의 가변콘덴서에 발진출력을 인가하는 발진기(OSC), 한 쌍의 가변콘덴서를 흐르는 교류전류를 각각 정류 및 평활하는 수단 및 평활된 직류 전류가 각각 흐르는 제1 및 제2 저항(R₁'), (R₂')을 갖는 용량식 차압 전송기에 있어서, 한 쌍의 가변콘덴서(C₁), (C₂)와 함께 발진기(OSC)의 출력이 인가되는 보상용 콘덴서(C₃), 정류용 다이오드(D₅), (D₆), (D₇)에 의해 정류하고 이 직류 전류를 보상전류(I₃)와 바이패스 전류(I₄)로 분류하는 제3의 가변저항(R₈)을 구비하여서, 보상전류(I₃)을 제1의 저항(R₁') 및 제2의 저항(R₂')의 직렬회로에 기준전류(I_s)와 같은 방향이고 또 한 쌍의 가변콘덴서(C₁), (C₂)에 의한 직류전류(I₁), (I₂)와는 반대방향으로 흘러서, 상기 제1의 저항(R₁') 및 제2의 저항(R₂')의 직렬회로의 양단 전압(E_c)을 검출하여 이 전압(E_c)이 0이 되도록 발진기(OSC)를 제어함으로써, 상기 제3의 가변저항(R₈)에 의한 분류비를 조정하는 것에 의하여 한쌍의 가변콘덴서(C₁), (C₂)에 병렬로 존재하는 스트레이 용량의 영향을 보상하도록 한 것을 특징으로한 용량식 차압 전송기.