KR900005478B1 - 습기 측정장치 및 그 방법 - Google Patents

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내용 없음.

Description

습기 측정장치 및 그 방법

제1도는 본 발명에 따른 습기 측정장치가 외측 튜브와 내측 튜브 사이의 공간에 설치된 것을 도시한 개요도.

제2도는 본 발명의 일예에 따른 회로도에 대한 개요도.

제3도는 본 발명의 다른 일예에 따른 회로도에 대한 개요도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

12 : 절연층 14 : 내측 튜브

16 : 외측 튜브 22 : 압전결정

24,26 : 전극판 28 : 회로망

30 : 캐패시터 38 : 전자계기

40 : 인덕터

본 발명은 일반적인 검출장치에 관한 것으로서, 특히 고형벽의 한쪽에 설치하여 분위기의 습도를 측정하는 습기 측정장치에 관한 것이다.

미개발 자원인 타르모래(tar sand)는 현재 감산되고 있는 원유를 보충하기 위해 증산할 수 있는 액체 탄화수소를 대표하는 것이다. 그러나 이러한 것들은 기름이 경제적인 양으로 생산웰을 흐르기전에 가열시켜 기름의 점성도를 낮추어 주어야 한다. 가장 중요한 가열법은 연속 또는 단속적인 방법으로 증기를 주입시키는 것이다.

증기가 긴 주입 파이프를 따라 아래로 주입될때, 파이프가 절연되어 있지 않으면, 상당한 양의 열에너지가 오일 광상을 덮고 있는 암석(500 내지 7000피트)에 손실된다. 초기에 증기주입을 시도할때에는, 이러한 열손실을 방지할 수 있을 만큼 기름값이 조정되지 못하였다. 그러나 배럴당 약 30달러 이상의 원유가로는 주입파이프의 절연 시스템을 설치할 만큼 수지가 맞는다.

단열상태 특히 부품에 사용된 단열이 감퇴되었는지의 여부를 결정하는 방법은 여러가지가 있다. 이러한 방법은 열전대, 더어미스터, 온도계, 광학 고온계 또는 적외선 카메라를 사용하는 표온온도의 실시간 모니터도 포함된다.

입출력 유체온도를 조정하는 시스템은 유체가 운송되는 부품의 단열보존성을 결정하는데 사용될 수도 있다. 또한 연료 소비량에 대한 동력출력 즉 효율은 단열상태를 표시해 주는 것이다. 왜냐하면 단열상태가 감퇴되면 그 효율도 떨어지기 때문이다.

상기한 모든 기술에서는 일단 부품이 상온으로 냉각하면 열손실에 대한 징후가 나타나지 않는다. 실시간 중에 기술이 수행되어야 하며, 실시간 모니터가 가능한 경우에만 사용될 수 있다.

비직결 열 측정기술은 직접 단열의 완벽성을 설정하거나 이러한 완벽성을 의미하는 것으로 알려져 있다.

그 중의 한 방법은 유도 가열기를 사용한 유도열의 흐름이 적외선 카메라 또는 다른 온도 감지장치에 의해 모니터되는 것이다. 그 대신에 부품은 열효율이 측정되는 시험 루우프에 설치시킬 수 있다.

비 직결 상태에서 사전에 과열에 노출되었던 부품의 상태를 관찰함으로서 열손실을 추측할 수 있다. 시각 검사법으로는 심한 손상, 예를 들면 과열에 의한 부품의 뒤틀림 같은 것만을 검사할 수 있다. 정상 표면상태의 탈색도 역시 열손실에 대한 징후로 볼 수 있다.

타르샌드 및 혈암에서 기름을 회수하기 위한 증기주입 절연 튜브는 그 충분한 효율을 위해서는 튜브를 효과적으로 단열시켜야 한다. 튜브는 지각 아래 수백 피트까지 증기를 주입시켜 점성 탄화수소를 유체상태로 바꾸어 주는데 이용된다. 튜브의 열보존성을 유지시키고 과도한 열손실을 방지하며 튜브를 제거 및 교환하는데 비용을 줄이는 것이 대단히 중요하다. 열보존성을 결정하는 비파괴법은 불량튜브의 사용을 방지하기 위해 필요한 것이다. 불량튜브는 늘 습기를 유지하게 되므로 단열실내에 설치된 작은 습기 감지기가 신속하고 적은 비용으로 각 튜브의 품질을 검사하게 된다.

이러한 튜브는 동축인 내측 튜브와 외측 튜브로 구성되며 그 사이에 환상형 공간이 형성되어 단열재나 진공과 같은 절연장치가 설치된다. 이러한 절연방법은 미합중국 특허 제3,574,357호와 제3,478,783호에 발표되어 있다.

본 발명은 압전결정을 사용한 용량성 습기 센서를 구성하여 센서와 직접 전기 접촉이 없는 판독장치에 관한 것이다. 본 발명은 초음파 전달이 가능한 어떠한 습기 측정에도 사용할 수 있다. 특히 튜브의 완벽성을 검사할 수 있는 유일하고도 확실한 방법이므로 증기주입 절연 튜브를 검사하는데 인기가 있다.

본 발명에 따르면, 한 세트의 도전판이 단 하나의 간단한 전자회로망을 거쳐 압전결정에 연결되어 있다. 결정은 단열실의 내벽에 접착 및 음향 연결되어 있다. 압전결정은 단열실의 외벽에 압력초음파를 인가함으로서 여기될 수 있다. 결정의 단자에서 발생된 전기신호가 도전판을 포함하고 있는 회로망을 구동시킨다. 전도판의 용량은 회로망의 전기적 특성을 발휘하도록 해준다. 도전판 사이의 가스내에 포함된 습기량은 판의 용량에 현저한 영향을 주므로 초음파 장치는 외부에서 습기량을 측정하는데 사용될 수 있다.

본 발명의 일예는 용량성 플레이트와 평행하게 연결된 유도코일을 포함하고 있다. 이것은 압전결정을 동조시키는 평행한 공진회로를 형성한다. 그리고 결정의 공진주파수를 측정함으로서 습기량이 결정된다. 소인 주파수 변조펄스 발생기와 피크신호 자동검파기를 사용하여 초음파 측정을 자동화시킬 수 있다. 일련의 공진인덕터와 다른 수동회로망이 용량성 판과 함께 사용되어 장치의 감도를 향상시킬 수 있다.

본 발명의 다른 형태에서는 발진기와 같은 능동회로망을 사용하여 습기측정을 감지 및 전달한다. 이 경우에 비교적 낮은 주파수의 초음파를 사용하여 단열실 내부에 있는 압전결정에 에너지를 전달할 수 있다. 결정은 초음파를 전류와 전압으로 변환시킨다. 회로망이 전기신호를 받아들여 정류한 다음 그것을 발진기에 인가한다. 습기 감지 용량성 판은 비교적 높은 진동수의 발진을 조절한다. 이것은 튜브벽을 통하여 외부 변환기에 쉽게 전달되는 초음파를 부여해 준다. 따라서 재전달된 주파수를 측정하는 것은 단열실내의 습기량을 측정하는 것이 될 것이다. 압전결정의 배열과 초음파 신호를 전달하는 회로망의 구조는 여러가지가 있다.

따라서 본 발명의 목적은 고형벽의 한쪽에서 그 분위기의 습기량을 측정하는 습기 측정장치를 제작하기 위한 것으로서, 벽의 한쪽 표면에 음향 연결된 압전결정과 서로 떨어진 판부재를 갖추고 있는 축전기와 분위기에 노출된 공간 및 결정과 판부재에 교차 연결되어 발진기의 주파수를 조정할 수 있는 회로망으로 구성되어 있다.

본 발명의 다른 목적은 축전기에 평행 연결된 인덕터를 이용한 수동회로망이 분위기의 습기량에 따라 변하되는 공진주파수를 갖는 회로를 형성하는 습기 측정장치를 제작하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 설계가 간편하고 구조가 견고하며 제작비용이 절감되는 습기 측정장치를 제작하기 위한 것이다.

제1도는 외측 튜브(16)와 내측 튜브(14) 사이의 절연층(12)에 습기의 존재유무를 검파하기 위한 습기 측정장치(10)를 도시한 것이다. 절연층(12) 및 튜브(14,16)은 유정에 증기를 주입하기 위한 증기주입 절연 튜브를 구성한다.

본 장치는 압전결정(22)을 구성한다. 예를 들면 결정(22)은 석영일 수도 있다. 도면에서와 같이 결정(22)은 전극판(24,26)을 포함한다. 압전축은 결정의 전극면(X-cut)이 두 전극 사이에 뻗어 있도록 선정되어야 한다. 결정(22)의 전극판(24,26)은 다음과 같은 방법으로 회로망(28)에 연결된다.

회로망(28)은 한쌍의 판부재(32,34)를 갖추고 있는 축전기(30)에 연결되어 있다. 판부재(32,34) 사이의 공간은 외벽(16)의 한쪽에서 절연층(12)의 분위기에 노출되어 있다.

판부재(32,34)의 각각은 평행하며 서로 간격을 두고 있는 여러개의 판으로 구성되어 있다.

본 발명에 따르면 압전결정(22)은 전자계기(38)에 연결되어 있는 초음파 변환기(36)에 의해 여기된다. 이런 효과를 촉진하기 위해 압전결정(22)은 내벽(16)에 접착 및 음파 접속되어 있다. 그리고 초음파는 회로망(28)을 거쳐 축전기(30)에 인가된 것과 같은 주파수를 갖는 전기신호로 변환된다. 절연층(12)내의 분위기의 습기량은 축전기(30)의 용량에 영향을 줌으로서 회로망의 임피던스로 영향을 받는다. 이러한 임피던스의 변화는 그 공진주파수에서의 여기에 의해 부여되는 전자계기(38)에서 탐지될 수 있다. 절연층(12)에 습기가 없을때 한 감응이 얻어지며, 절연의 감퇴를 뜻하는 절연층(12)에 습기가 있을때에는 다른 감응이 얻어진다.

제2도는 회로망(28)의 일예를 도시한 것으로서 회로망(28)은 인덕턴스(L)를 갖춘 인덕터(40)에 평행하게 연결되어 있다. 축전기(30)는 절연층의 분위기 특히 그 습기량의 변화에 따라 변화한다. 제2도의 회로망은 고유 또는 공진주파수(W₀)를 갖는 발진기 역활을 한다. 이 주파수는 다음 관계식에 따라 발생한다.

외벽과 내벽 사이의 습기없는 분위기에 대한 고유 또는 자연주파수는 알고 있는 값이다. 전자계기(38) 및 변환기(36)가 압전결정(22)을 그 고유주파수로 여기시킴으로서, 회로망 감응의 피크가 발생될 것이다. 제2도에서 회로의 고유주파수가 습기가 없을때의 값에서 벗어날 경우, 특히 습기의 증가에 따라 그 용량이 감소하면 고유주파수는 증가되어 감응이 결정되기전에 압전결정(22)에 인가된 주파수는 변화되어야 할 것이다. 따라서, 전자계기(38)는 소인주파수 변조펄스 발생기와 피크신호 자동검파기를 갖추고 있다. 그 예로서 "텍트로닉스 모델 504"를 들 수 있다.

제3도에서 용량의 변화는 압전결정을 동조시킴으로서 습기량 측정에 대한 감응을 발생시킨다. 결정에서 발생된 전압은 회로망을 자주시킨다. 전압이 어느 정도까지 상승되는 시점을 검파기가 검출하여 발진기를 역구동시킴으로서 신호를 추출하여 그 주파수를 판독한다.

캐패시터 대신에 습기량이 변화함에 따라 그 임피던스가 변화하는 어떤 다른 습기 감지 임피던스 장치도 사용할 수 있다. 그 예로서 습기 감지 저항기 또는 염화리튬 습도전지가 있다. 임피던스는 선형 전기특성뿐 아니라 비선형 전기특성도 포함된다는 것을 의미한다.

본 발명에서 "초음파"는 "음파"로 대치시킬 수 있는 것이며, 청각범위내의 음파와 압력파 뿐만 아니라 청각범위 바깥의 압력파도 포함된다는 것을 의미하고, 일반적으로 압력파는 매체를 통해서 전달될 수 있는 것이다.

외측 튜브와 내측 튜브 사이의 환상형 공간에는 섬유 또는 다중 절연체를 채워 넣거나 진공시켜 열장벽을 형성시킨다. 진공은 게터재료를 사용하여 공간으로 들어간 가스를 흡수시킴으로서 진공이 유지되게 할 수도 있다. 가스는 외측 튜브의 부식에 따른 수소와 내측 튜브로부터 탈가스된 질소, 일산화탄소, 산소를 포함한다. 게터재료는 내튜브에 인접 설치하여 400 내지 700℉의 고온에 노출시킴으로써 가스 흡수효과를 촉진시킨다.

Claims (12)

1. 압전결정과 캐패시터와 회로망으로 구성되어 고형벽의 한쪽 분위기에 내포된 습기를 결정하는 습기 측정장치로서, 압전결정은 벽의 한쪽 표면에 음파 접속되어 있으며, 캐패시터는 서로 떨어진 판부재를 갖추고 있어 판 사이의 공간이 분위기에 노출되고, 캐패시터와 결정에 교차 연결된 회로망은 결정의 여기에 따라 회로망의 공진주파수로 캐패시터의 임피던스를 나타내는 응답작동을 하게 됨으로서, 습도변화에 노출된 캐패시터의 감응은 벽의 반대쪽으로부터 결정의 여기에 따라 변화하는 것을 특징으로 하는 습기 측정장치.
2. 제1항에 있어서, 캐패시터에서 각각의 판부재는 다수의 평행판으로 구성되며, 두 판부재의 평행판은 서로 일정간격 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 습기 측정장치.
3. 제2항에 있어서, 반대쪽 고형벽의 표면에 음파 변환기가 접속되어 있으며, 변환기를 음파 활성시킴으로서 결정을 음파 여기시키는 장치가 포함된 것을 특징으로 하는 습기 측정장치.
4. 제1항에 있어서, 반대쪽 고형벽의 표면에 음파 변환기가 접속되어 있으며, 변환기를 음파 활성화시킴으로서 결정을 음파 여기시키는 장치가 포함된 것을 특징으로 하는 습기 측정장치.
5. 제4항에 있어서, 주파수 변조펄스 발생기와 주파수 범위를 일소하기 위한 변환기 활성화 장치에 포함된 피크신호 자동검파기가 포함된 것을 특징으로 하는 습기 측정장치.
6. 제5항에 있어서, 회로망은 캐패시터에 평행 연결된 인덕터로 구성되며, 캐패시터와 인덕터가 공진주파수를 갖는 회로를 형성하고, 분위기의 습기변화에 따라 변화하는 공진주파수가 피크신호 자동검파기에 감지되는 피크주파수를 변화시켜 주는 것을 특징으로 하는 습기 측정장치.
7. 제1항에 있어서, 압전결정은 X-커트이며, 한쌍의 전극을 갖추고 있고, 두 전극 중의 하나가 벽부재의 한쪽 표면에 접착되어 있는 것을 특징으로 하는 습기 측정장치.
8. 제1항에 있어서, 벽부재는 압전결정이 음파 연결된 내표면을 갖춘 외측 튜브와 외측 튜브 내부에서 일정간격을 두고 외특 튜브로 둘러싸인 내측 튜브와 내외측 튜브 사이의 공간에 설치된 절연체로 구성되며, 내측 튜브는 유정에 증기를 공급할 수 있도록 되어 있고, 캐패시터는 절연체에 설치되어 절연체의 분위기에 노출된 두 개의 판부재를 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 습기 측정장치.
9. 분위기에 접한 벽표면에 음파 접속된 압전결정과 결정에 연결된 회로망과 회로망에 연결되어 있고 분위기에 노출된 한쌍의 판부재를 갖추고 있는 캐패시터를 사용하여 벽의 한쪽 분위기의 습기를 측정하는 방법으로서, 결정은 반대쪽 벽으로부터 여러가지 주파수로 음파 여기되며, 회로망의 공진주파수에서 여기된 감응이 얻어지고, 이러한 감응은 분위기의 변화를 나타내는 캐패시터의 임피던스를 의미하는 것을 특징으로 하는 습기 측정방법.
10. 제9항에 있어서, 압전결정이 음파 연결된 벽은 외측 튜브와 외측 튜브의 내표면에 음파 접속된 압전결정과 외측 튜브의 내측에서 외측 튜브로 둘러싸여 환상형 공간을 형성시키는 내측 튜브 및 캐패시터의 한쌍의 판부재가 노출되어 있는 환상형 공간내의 절연체로 구성되며, 내측 튜브는 유정에 증기를 공급하도록 된 것을 특징으로 하는 습기 측정방법.
11. 고형벽의 한쪽 분위기의 습기를 측정하는 습기 측정장치에 있어서, 압전결정이 고형벽의 한쪽 표면에 음파 접속되어 있으며, 습기 감지 임피던스가 분위기에 노출되어 있고, 습기 감지 임피던스와 압전결정에 연결된 회로망이 결정의 여기에 따른 습기 감지 임피던스의 임피던스를 나타내는 응답을 함으로서, 습기 감지 임피던스가 노출된 분위기의 습기변화에 따라 벽의 반대쪽 결정의 여기에 의해 얻어지는 감응이 바뀌는 것을 특징으로 하는 습기 측정장치.
12. 제11항에 있어서, 신호 발생 및 전송장치를 포함하고 있으며, 여기된 결정이 음파를 전기적 에너지로 변화시켜 발생 및 전송장치에 인가하고, 발생 및 전송장치가 습기 감지 임피던스의 임피던스를 나타내는 신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 습기 측정장치.

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