KR910005301B1 - 연속 계량기에 의한 연속 벌크물질 생산량의 자동측정장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]

연속 계량기에 의한 연속 벌크물질 생산량의 자동측정장치

[도면의 간단한 설명]

제1도는 본 발명에 따른 측정장치의 개략도.

제2도는 제1도에 따른 측정장치에서 계량신호의 진행 과정을 보인 그래프.

제3도는 유입되는 곡물의 개략 제어장치를 갖는 본 발명에 따른 다른 실시형태의 측정장치를 보인 개략도.

제4도는 제3도에 따른 측정장치에서 계량신호의 진행과정을 보인 그래프.

제5도는 본 발명의 측정 및 조절장치의 다른 실시형태를 보인 개략도.

[발명의 상세한 설명]

[기술분야]

본 발명은 계량용기, 이 계량용기의 출구 단면 크기를 조절하기 위한 조절형 폐쇄부재와, 중량차 전차측정 수단으로 구성되는 연속 계량기에 의하여 곡물과 같은 연속 벌크 물질의 생산량을 자동 측정하기 위한 장치에 관한 것이다. 또한 본 발명은 이러한 장치에서 벌크 물질 생산량을 자동측정하기 위한 방법에 관한 것이기도 한다.

[배경기술]

CH-A-557 060에는 벌크 물질의 유량을 자동 측정하기 위한 방법과 장치가 기술되어 있다. 이러한 종래 기술에 이용된 기본 기술 사상은 편향판(배플판)의 편향작용에 근본적으로 기초를 두고 있다. 따라서 낙하하는 벌크물질의 흐름이 그 낙하선상에 놓인 편향판 또는 배플판에 의하여 편향되는 경우 편향판상에 운동량이 작용한다. 이러한 운동력은 각각의 경우 순간적인 벌크물질의 낙하높이에 따라 좌우되고 또한 편향판의 위치, 형태 및 마찰특성에 의하여 영향을 받으며, 특히 벌크물질의 성질에 의하여 영향을 받는다. 영향을 주는 다른 파라메타는 벌크물질이 곡물인 경우 곡물의 형태, 흐름의 성질, 공기와 곡물의 습기, 온도 등이 있다. 이러한 파라메타는 실제 사용된 편향판이 구조적으로 간단하여도 흘러내리는 곡물의 흐름을 연속 측정하기에는 매우 복잡한 관계가 있음을 보인다. 야기되는 문제점은 실제의 경우 어떤 구성 조건을 불변량으로서 허용하여야 해결될 수 있다. 이와 같이 제1의 제약은 편향판의 구조가 곡물과 같이 실제로 자유롭게 흘러내리는 물질에만 사용될 수 있다는 점이다. 곡물의 흐름은 기하학적으로 일정한 상태로 안내되어야 한다. 이론적으로는 벌크물질의 양을 측정하기 위한 측정판 또는 시험판에 의하여 설정된 운동량을 이용하는 것을 생각할 수 있다.

그러나, 보다 실질적으로 적당한 방법은 상기 언급된 CH-A557 060보다 개량된 DE-C-2 609 167에서 보인 바와 같이 운동량의 수평성분만을 이용하는 것임이 입증되었다.

운동량의 수직성분, 즉 ＂중량성분＂은 이러한 형태의 시험용 편향판의 구조에서는 측정값 결정을 위한 관절형의 지지체에 의하여 제거된다. 낙하하는 벌크물질의 흐름과 편향판의 상호작용으로부터 수평편향성분 또는 해당 수평성분이 벌크물질의 양을 자동측정하기 위한 측정값 또는 시험값으로 사용될 수 있다.

시험용 규모의 조건하에서 이러한 방법은 측정 정밀도가 ±0.5%, 대부분의 경우에는 ±1%이었다. 그러나 보다 까다로운 조건하에서는 상당한 편차를 보였다. 일반적으로 보장될 수 있는 벌크물질의 계량정밀도는 ±0.1%이다.

그러나 계량정밀성이 요구되는 대부분의 경우, 비록 계량기가 연속벌크물질 흐름을 측정할 수는 없으나 이들 계량기가 아직껏 사용되고 있으며 중량을 계측할 목적으로 곡물의 흐름이 중단되어야만 한다. 아울러 이와 같은 계량기는 편향판을 구비한 장치보다 값이 비쌀뿐 아니라 자주 부품을 보정해줄 필요가 있어 이러한 용기형 계량기의 부품 보정후 곡물의 흐름이 다시 재개된다. 정밀도가 높은 콘베이어형 계량기도 용기형 계량기보다 값이 비싸고 이들 보다 오히려 정밀도가 떨어질 때가 있다.

특히 제분업 분야에서 현재 강력하게 자동화 노력을 추구하는 경우에 다음 두가지 점이 보다 중요한 사항으로 귀착된다.

1. 곡물의 흐름은 최소의 파동으로 최대의 연속성을 가져야 한다.

2. 계량정밀성으로 연속성 곡물 흐름의 양을 개략적으로 측정하는 가능하여야 한다.

최근에는 FR-A-2 456 344에서 보인 바와 같은 소위 차등 계량기가 사용되었다. 이 차등 계량기는 제어형 곡물 배출구를 갖는 계량용기와, 이 용기에 의하여 제어되는 공급수단으로 구성된다. 이 계량용기는 곡물 배출구로부터 배출되는 량을 측정하거나 용기 내에서의 계속되는 중량 손실을 측정한다. 측정결과는 그 자체 매우 정확하다. 이러한 차등 계량기의 결점은 측정될 곡물이 채워져 있을 때와 비워 있을 때 사이에도 규칙적인 흐름이 유지되어야 할 필요가 있다는 점이다. 비록 채워지는 동안에도 배출이 이루어질 수 있으나 채워지는 동안 계량기의 측정값이 일정하지 않고 유입되는 곡물의 흐름에 의하여 이용될 수 없는 결점이 있다. 이러한 목적으로 상기 언급된 프랑스 특허 명세서에서는 채워지는 동안에 체적량에 기초를 두어 배출부재를 제어하도록 하는 것이 제안되었다. 그러나 어느 정도의 오차는 허용될 필요가 있다.

노(爐)와 같이 연료공급의 경우에 있어서는 예를 들어 제분업분야에서 음식물을 가공할 때, 특히 곡물 흐름의 양, 예를 들어 수분함량을 제외하고 동시에 정확히 공급하거나 가동기계를 부분적으로 제어하기 위하여 측정할 때 보다 정밀성은 그다지 중요하지 않다.

제분업 분야에서의 다른 문제점은 지금까지는 크게 요구되지 않았던 상이한 형태의 곡물을 혼합하는 것이다. 그러나 이는 처리한 곡물의 양이 정확히 측정되어야 하고, 또한 장시간 동안 각 저장고에 있는 실제의 곡물분량과 부정확한 측정으로 합산된 허위 데이터사이에 상당한 차이가 있으므로 완전한 곡물 흐름을 제어하기 위한 컴퓨터를 이용하여 변화되었다. 저장고의 수효에 일치하거나 곡물이 진행하는 진로에 다수의 생산량 측정점이 요구되므로 고가의 계량장치가 이용되어야 하는 경우에는 비경제적이다.

[발명의 개시]

이러한 점에 기초를 두고, 본 발명은 연속 벌크물질 측정을 위한 방법과 장치를 제공하는 바, 계량기의 정밀도가 고도하고 그 조적인 크기가 공지된 편향판 장치의 범위 내에 있다.

본 발명에 따라서, 이는 상기 언급된 형태의 장치인 경우 계량용기의 유출구 영역에 조절 가능한 벽부재로서 폐쇄부재가 연결되고 이 폐쇄부재가 개방된 작동위치에 있을 때에 계량용기의 내부를 거의 채우면서 흘러내리는 다량유동이 이루어지도록 하는 위치에 놓여 있으며 벌크물질의 자유롭게 흐를 수 있도록 하고 계량용기의 배출구측 단면으로부터 방해를 받지 않도록 하여 성취될 수 있다.

처리과정에서 문제점은 완전한 계량용기 내에서 다량 유동이 유지되거나 다량 유동이 완전히 정지되는 동안 단위시간당 계량용기의 중량 변화에 해당하는 신호가 유도되고 이 신호가 벌크 물질의 흐름상태 파라메타를 계산하는데 이용되므로서 해결된다.

본문에 사용된 ＂다량유동＂이라는 용어는 관체 또는 싸일로, 또는 싸일로 배출구에서 벌크물질이 꽉찬 상태에서 하나의 기둥처럼 자유유동하는 상태를 의미한다. 본 발명에 의하여 제공된 잇점은 완전한 장치의 측정정밀성에 대한 중요성이 벌크물질과 계량용기의 상호작용에 귀착된다는 점이 인식되는 것이다.

예를 들어 모래시계를 관찰한다면 모래의 흐름이 매우 균일함이 관찰될 수 있다. 모래나 벌크 물질은 마치 물과 같이 흘러 단위 시간당 그 흐름이 정확하다는 결론을 얻을 수 있다. 그러나 실제로는 호퍼에서의 흐름이 원만치 않거나 흐름이 이루어지지 않아 벌크 물질은 액체와는 완전히 상이한 현상을 보인다.

본 발명은 싸일로에 관련하여 알려진 유출형태를 이용하였다. 싸일로 이론에서는 두 상이한 유출형태가 있다. 즉, 1.심층유동과 2.다량유동이다.

＂심층유동＂의 경우 벌크 물질은 내심부분에서만 유동하여 흐름이 원만치 않은 벌크물질(예를 들어, 밀가루)의 경우에 싸일로 단면의 중앙에 원통형의 구멍이 형성되고 이는 싸일로내부의 전 높이에 연장 형성된다. 이와 같은 경우 벌크물질의 흐름은 일정치 않으나 다량유동의 경우에는 심층유동의 경우보다 배출용량이 크다. 이는 다량유동에 있어서 배출중에 싸일로 내에서 모든 벌크물질이 동시에 하향유동하기 때문이다. 본 발명에 있어서는 다량유동이 이루어지고 계량용 기내에서 자유롭게 낙하하여 방해 없이 매출되는 경우 벌크물질이 가장 최적한 자유유동의 조건으로 유동될 수 있다는 점을 이용하였다. 정상적인 작동 하에서, 다량유동은 계량용기 내에서의 운동이 일정하고 정체영역이나 정적 또는 동적인 마찰이 있는 영역을 일정한 속도로 통과할 필요는 없다. 모든 벌크물질의 흐름이 벽을 따라 통과하고 이 벌크물질의 내부보다는 저항이 적으므로 다량유동 중에서 가속이나 감속이 더 이상 방해 효과일 수는 없다.

공지의 차등계량기는 일반적으로 스크류 콘베이어와 같은 기계적인 힘을 갖는 배출수단을 가지며 이는 속도를 변화시킴으로서 공급용량을 정확히 조절할 수 있다. 이는 계량용기의 내부를 막히게 한다. 곡물류 등은 강제 공급수단에 의하여서만 자유롭게 통과될 수 있다.

본 발명 장치에 있어서, 플랩 또는 슬라이드 밸브의 형태로 폐쇄부재가 계량용기의 유출구 영역에 위치하는 벽부분으로서 구성되어 있다. 이 플랩 또는 슬라이드밸브는 장치의 작동을 위하여 이들의 대향된 벽부분에 대하여 통공의 각도는 0-40°, 좋기로는 20-35°로 설정될 수 있도록 배설된다.

본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 조절수단과 위치표시수단이 플랩 또는 슬라이드밸브와 같은 폐쇄부재에 결합된다. 또한 연속 계량기에는 이에 의하여 제어가능한 개략 공급부재가 결합되는 것이 유리하다. 특히 유리한 실시형태에서 상기 개략 공급부재는 적어도 배출구의 부근에서 자유로운 다량유동이 이루어지도록 되어 있다. 이는 연속 계량용기에 대하여 균일한 유입이 이루어질 수 있도록 하는 잇점을 준다. 유동이 자유롭지 못한 물질의 경우 공급수단은 스크류 공급장치로 구성될 수 있다.

본 발명은 측정 기술의 과정으로부터 완전히 상이한 두 작동 상태가 조합될 수 있으며, 이후 상세히 설명되는 바와 같이, 필요한 경우 유입과 유출을 동시에 모니터링 하거나 별도로 측정할 수 있다. 따라서 연속 벌크물질의 흐름을 제어하는 반면에 순간적인 흐름에 대하여 순간적으로 영향을 줄 수 있다. 필요한 경우 유입과 유츨이 제어 또는 조절될 수 있다.

시험결과, 최종 유출과정에서는 (즉 계량기의 유출구측에 위치할때에) 정확한 다량유동이 이루어지지 않으므로 측정값을 구하기 위하여서는 계량용기가 채워진 상태가 1/3-1/4이하로 떨어지지 않는 것이 좋다. 벌크물질이 밀도가 일정치 않고 수분 등을 함유하는 경우에도 본 발명의 이용이 가능하다. 특히 측정값이 연속 계량용기의 부분적이거나 완전히 채워진 범위에서도 결정된다면 유리하다.

계량용기에 대한 곡물공급을 제어하기 위한 신호가 사용된다면 많은 경우에 매우 유리하다. 계량용기내로 흘러드는 벌크물질의 분량은 그 측정값을 기초로 하여 ＂개략적으로 조절되는 반면에 자유롭게 유출되는 다량유동의 영역에서는 생산량이 정확히 조절될 수 있다. 이와 같이 유입측에 공급기 또는 간단한 슬라이드 밸브와 같은 개략 공급장치를 사용하는 것이 가능하다. 곡물의 거친 흐름은 계량용기가 최대로 채워지거나 채워진 높이가 최소인 경우에 이르지 않도록 조절된다. 만약 요구된 산출값이 사전에 설정된 경우 실제 게량용기는 ＂정밀조절장치＂의 형태로 사용된다.

만약 다량유동에 영향을 주는 벌크물질의 유동특성, 예를 들어 물질의 밀도, 수분함량, 상이한 혼합비율 등에 변화가 있는 경우 계량용기로 흘러드는 벌크물질은 확인의 목적으로 중간에 차단되는 것이 좋으며 단위 시간당 벌크물질의 분량을 설정하기 위하여 단위 시간당 계량 내용물의 하중감소가 측정되는 것이 좋다. 이와 같이 생산공정으로 유출되거나 공급되는 실제 생산량 또는 벌크물질의 분량을 위한 정확한 측정값을 계량용기로의 흐름에 방해하지 않고 측정하는 것이 가능하다. 이는 요구된 시간 간격 동안 유출되는 벌크물질을 kg/초의 단위로 실제값이 얻어지도록 설정될 수 있다.

계량용기를 통하여 흐르는 벌크물질에 약간의 파동이 일어나는 경우 다음 처리장치로의 공급을 위하여 유출되는 벌크물질의 분량은 계량용기가 벌크물질이 채워지는 변화에 의한 순간변화에 대처하기 위하여 안정화용기 또는 ＂브레이커(breaker)＂로서 작용하도록 조절된다.

특히 유리한 방법으로, 제2벌크물질 또는 제1벌크물질과 혼합될 액체성분의 공급이 조절될 수 있도록 유도된 신호가 이용될 수 있다. 만약 벌크물질이 자유로운 다량유동이 이루어지도록 하는데 적합한 경우 이 신호는 다음 처리장치의 제어, 예를들어 이에 의하여 공급되는 분량의 제어를 위하여 동일한 방법으로 이용될 수 있다.

본 발명의 다른 유리한 실시예에 있어서, 계량용기에서의 다량유동이 간단히 중단되거나 계량용기의 유출구가 폐쇄될 수 있으며, 이에 의하여 계량용기내로 유입되는 벌크물질의 분량에 대한 단위시간당 하중증가가 이루어지도록 하는 것이 가능하다. 두 경우 모두 가능한 바, 흐름이 시작될 때에 계량용기내에 공급되는 순간적인 벌크물질의 분량을 즉시 매우 정확하게 측정하여 벌크물질의 공급을 제어할 수 있고 만약 필요한 경우 어느 특별한 시간 간격에서 계량용기내로 공급되는 벌크물질의 분량을 정확히 측정하는 것이 가능하다. 또한 계량용기내의 내용물 일부를 간단히 배출할 수 있으며, 다량유동을 중단시키거나 계량용기의 유출구를 폐쇄할 수 있으며, 단위시간당 하중증가를 초로하여 벌크물질의 유입량이 정확히 측정될 수 있다.

상기 언급된 바와 같은 본 발명의 여러 개선점들은 특별한 조건이 충족될 수 있도록 다각적으로 조합될 수 있음을 보이고 있다. 이러한 조건들은 예를들어 벌크물질 흐름으로부터 최상의 수준유지, 주어진 요구된 값을 기초로할 생산량을 정확한 제어, 다른 성분(예를들어, 곡물의 가습)의 비례적인 혼합을 위한 순간적이고 정확한 값의 결정, 장기간에 걸친 벌크물질 분량의 정확한 측정등이며, 본 발명은 놀라우리만치 간단하고 정확하게 이들 조건에 부합될 수 있다. 또한 이들의 조합은 본 발명에 따른 제어가능한 공급과 이에 따른 정확한 측정으로 벌크물질의 흐름을 개략적으로 조절할 수 있다.

이와 같이 본 발명의 다른 실시형태에 따라서 계량용기의 다량유동은 제2계량용기에 간단히 수집되고 제2계량용기에서 단위 시간당 하중증가가 결정되고, 제1 및 제2계량용기의 측정값으로부터 제1계량용기로 유입되는 벌크물질의 분량 또는 이로부터 유출되는 분량의 설정이 가능하다.

본 발명의 첨부 도면에 의거하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

[본 발명의 상세한 설명]

제1도는 상측부에 공급라인(2), 그 중앙에 관상의 계량기(1)와, 하측부에 배출라인(3)이 구비된 계량장치를 보인 것이다. 관상 계량기(1)에는 슬라이드 밸브(4)가 구비되어 있고, 이 슬라이드 밸브(4)에 의하여 관상 계량기(1)의 유출구가 개폐될 수 있다. 또한 계량장치에 의하여 공급된 시험신호를 이용하기 위한 컴퓨터장치(5)가 구비되어 있다.

계량기(1)의 주요부분은 계량용기(6)로 구성되고 이는 순간 중량값의 신속한 측정을 위하여 압력셀(7) 또는 다른 적당한 부재상에 지지되어 있다. 본 발명의 경우 계량용기(6)는 실제공급라인의 일부를 형성하도록 구성되어 있다. 즉, 이 계량용기에는 통과영역이 형성되어 있고, 그 단면은 공급라인(2) 또는 배출라인(3)과 정확히 일치하며, 벽면은 공급라인, 통과영역 및 배출라인이 동일 단면을 갖는 단일부분인 것처럼 벽의 형태를 흩으러트리지 않고 상호 직접 연결되어 있다. 이러한 구조로 계량용기(6)의 내부 단면에 의한 다른 장애없이 공급라인(2)으로부터 유입되는 곡물이 배출라인(3)으로 유동할 수 있는 것이다.

압력셀(7)은 이들 압력셀(7)에 의하여 발생되고 계측된 중량에 일치하는 신호를 변환기(8)로 보내며, 이 변환기는 제어장치(9)를 통하여 컴퓨터(10)에 연결된다. 또한 변환기(8)는 전기-압축공기 변환기(11)에 연결되어 있으며, 이는 계량기(1)의 싸이클을 제어하기 위하여 압축공기 실린더(12)에 연결되어 있다. 이러한 구조로 계측된 중량값의 간단한 전자적인 측정이 이루어지도록 하고 이 신호값을 컴퓨터(10)로 보내어 요구된 곡물의 산출량(시간당 분량)을 계산할 수 있도록 한다. 또한 상이한 압력 조건이 공급라인(2)과 배출라인(3)에서 일어날 수 있어 발생될 수 있는 장애요인을 제거하기 위하여 압력보상튜우브(제1도에서는 도시하지 않았음)가 제공될 수 있다. 압력보상튜우브는 계량용기(6)의 직상부영역(14)과 계량용기(6)의 직하부영역(15)에 슬라이드 밸브(4)의 위치에 관계없이, 그리고 장애없이 자유롭게 연결된다.

제2도는 곡물의 유동과정에서 일어나는 4개의 측정싸이클을 보인 것으로, 특히 어느 정하여진 제1시간 동안 측정된 측정싸이클을 보인 것이다. 또한 제2도는 전 시간동안 측정된 4개의 측정싸이클을 보이고 있다.

측정초기에 슬라이드 밸브(4)는 폐쇄위치에 있다. 계량용기에는 곡물이 채워지기 시작하여 충전위치(A)와 (B)에 연속하여 이르게 된다. 측정싸이클(Ⅰ)은 곡물공급의 초기상승 상태를 보이고 있다. 그러나, 측정싸이클(Ⅱ)에서는 전체 측정시간에 걸쳐 안정된 공급이 이루어진다. 다시 싸이클(Ⅱ)의 종료시에 계량용기는 완전히 비워지게 된다. 측정싸이클(Ⅲ)은 두 작동상태를 갖는다. 이 싸이클(Ⅲ)의 종료에 이르기까지 계량용기는 중간 충전위치(C)에 이르기까지 채워지며 이후에 슬라이드 밸브는 용기내에서 곡물분량이 일정하게 남아 있는 정도로 개방되고, 슬라이드 밸브는 이 위치에서 고정된다. 계량기에 의하여 측정되지 않는 장애요인은 계량용기가 서서히 비워지도록 하여 측정싸이클(Ⅳ)의 초기에는 슬라이드 밸브위치가 좀 더 폐쇄된다. 측정싸이클(Ⅳ)중에 계량용기에 있는 곡물분량은 안정화되는 바, 이는 벌크물질의 유입 및 유출량이 거의 같음을 의미한다. ＂유입분량을 유출분량에 일치＂하도록 하기 위하여 슬라이드 밸브의 위치를 고정하고 또한 이를 조절하는 것을 반복하는 동안에 대역폭(Ⅹ)만큼 벗어나는 동요는 직접적으로 다음에 이루어지는 처리장치에 의한 것임을 나타낸다.

제4도는 싸이클(Ⅱ)에 대하여 보다 상세히 설명하고 있다. kg 단위의 측정중량증가 Q의 과정이 초 단위의 시간 t에 걸쳐 제2도에 도시되어 있다. 시간(Ⅱ)는 계량기 유출구의 폐쇄시간, 즉 슬라이드 밸브(4)의 폐쇄운동의 종료를 나타낸다. 이 슬라이드밸브(4)의 폐쇄와 함께 계량용기(6)에는 곡물이 채워지기 시작하며(시간 H), 계량신호가 매우 불규칙하게 증가하고, 완전한 계량장치가 최소충력운동량에 대하여 진동하고 결과적으로 지나치게 요동하므로 시작점(Ⅱ)으로부터의 곡선이 심하게 굴곡을 이루고 있다.

그러나, 진동을 효과적으로 줄이는 경우, 매우 짧은 시간 이후에, 이 실시예에 있어서 약1초 이후에는 거의 점 D에 일치하는 안정상태가 이루어진다. 점D로부터 점E까지의 측정값은 직선형이며 점E에 이르렀을때에 슬라이드 밸브가 개방된다. 곡물의 유출에 따라서, 계량기(1)에서의 중량은 다시 0으로 떨어지고, 관성효과로 약간 부중량신호가 발생된다. 그리고 슬라이드 밸브가 어느 정도의 시간동안 개방된 상태로 있다가 다시 폐쇄된다. 싸이클(Ⅱ)는 폐쇄이후에 [슬라이드 밸브(4)의 개량유출 또는 종료폐쇄운동의 반복폐쇄시간 이후에]임의로 반복될 수 있다.

초기 정량 측정을 위하여 직선형 측정값 상승영역, 즉 안정화 점 D과 슬라이드 밸브 운동의 시작시에 직선형 중량상승 E의 종료점 사이의 영역에서 동시 시간측정으로 본 발명에서 필요로 하는 측정이 이루어지는 것이 중요하며, 이와 같은 방법으로 순간 산출량의 설정과 안정 공급의 시작이 매우 정확하게 이루어질 수 있다. 일반적으로 초기 측정곡선은 싸이클(Ⅰ)에 해당하는 직선형에 가까운 곡선형태를 취하지 않는다.

싸이클(Ⅱ)에서 점 A_t는 측정점 A에 관련된 시간이고 A_Gm은 계량기에 의하여 측정된 중량편차이다. 또한 B_t는 측정점 B에 관련된 시간이고 B_Gm은 점 B에서 측정된 중량에 대한 측정값(＂중량편차＂)이다. 벌크물질의 연속유입중에 측정값의 해석으로 동시에 낙하하는 곡물의 중량과 운동량 모두를 결정할 수 있다. 이와 같이 단일측정은 계량용기(6)에 순간적으로 누적되는 벌크물질의 절대중량을 나타낼 수는 없다.

측정중량증가의 상기 언급된 직선형 범위 내에서 예를 들어 점 A와 B사이에서 측정이 이루어지고 이는 매우 짧은 기준시간 부분 △t에 이루어진다.

모든 사진 측정과 실험으로 운동량(상승운동량)에 의한 지시오차가 어느 특별한 곡물의 후속유동의 해당 값에 정확히 일치하므로(용기내에 연속하여 채워지는 동안 또는 낙하 높이가 감소되어 후속유동에 해당하는 높이의 감소중에 모두 동일 비율로 변화한다), 만약 어느 특별한 중량변화에 대하여 시간 변화가 계산된다면 두 요인은 상호 배제되고 계량판독으로 각 경우의 순간적인 산출(

=초당 다량 유동)을 구할 수 있다.

이와 같이 고도의 정밀성이 요구되는 경우라 할지라도 시간 A_t와 B_t사이의 중량차는 적당한 정밀차등값으로서 사용될 수 있다.

만약 계량기내로 유입되는 벌크물질의 중량에 관련된 시간 단위를 ＂벌크물질 산출량＂이라 할 때에 이는 한편으로는 측정된 차등값사이의 관계로부터 얻을 수 있고 다른 한편으로는 기준시간 부분으로부터 얻을 수 있으며, 다음과 같은 방법으로 지수

를 초당 다량유동 =

또는 피치각 α(β,γ등)(또는 tanα)로서 구할 수 있다.

=

= tan(α,β,γ)

여기에서 △G는 중량차이를 나타내고 △t는 기준시간 부분의 증분을 나타내며, α,β 및 γ는 측정곡선의 피치각이다(제2도).

기준시간부분 △t내에서 곡선형태를 측정하므로서 짧은 시간동안의 측정이 가능하고 이로부터 다른 어려움없이 순간적인 벌크물질 산출량 값을 정확히 측정할 수 있다.

제2도에서 보인 바와 같이, 기준시간부분(점 A-B)동안 뿐만아니라 점 A'와 B'사이의 다른 기준시간부분동안에 점 D와 E사이의 직선형 측정값 상승영역에서 동일한 측정의 수행이 가능하다. 만약 기준시간부분 △t이 점 A와 B사이와 같이 동일하게 선택되면, 제2측정으로부터 유도될 수 있는 산출량의 값은 제1기준시간부분에서의 측정으로 얻은 값과 비교될 수 있으며, 편차가 있다면 시간 A_t와 B_t'사이의 평균값이 더 정밀하다하더라도 평균값을 얻을 수 있다. 만약 적당한 계량장치가 사용된다면 이러한 개별적인 측정을 여러번 수행하는데 어려움은 없을 것이며, 각각의 경우 동일한 기준시간부분 △t에서, 점 D와 E사이의 직선형 측정값 상승범위에서, 그리고 각각의 새로운 측정 이후에, 사전에 측정된 생산량 측정값은 다른 평균값의 범위내에서 보정될 수 있다.

순간생산량 값의 계산을 초과하거나 미달일 때에 중량차이 △G와 기준시간 △t의 상기 언급된 측정된 만약 필요한 경우 계량용기(6)가 모두 비워질 때까지 계량용기(6)의 전체 충전양, 즉 시간 Ⅱ과 점 E사이에서 용기내에 채워진 곡물중량의 매우 정확한 측정이 가능하도록 한다. 이러한 측정은 기준시간내에 측정된 중량 차이 △G가 적당히 직선적으로 추정되고 계산됨에 있어 어려움없이 이루어질 수 있고, 한편으로는 점 E와 횡좌표(시간축)과 직선형 측정값 라인의 교차점Ⅱ사이에서의 중량차이가 계산된다. 이 중량차이는 실험결과로 입증된 바와 같이 계량용기내로 실제 낙하하는 벌크물질의 중량의 매우 정확한 결정이 될 것이다. 만약 전자계량기가 측정값의 결정을 위하여 사용되고 동시에 시간에 대한 측정값 곡선의 적분계산이 허용된다면 점 E를 지나는 선으로부터 얻어진 곡선으로 계량용기내에 공급된 벌크물질의 중량을 계산하기 위한 적당한 전자회로에 의하여 측정된 곡선을 대신하는 것이 가능하며, 횡자표와의 교차점과 점 E사이에서 시간에 대한 적분이 점 I와 E사이에서 시간에 대한 실제 측정 곡선의 적분과 동일하다.

명백히 싸이클(Ⅰ)과 (Ⅱ)는 생략될 수 있고 직접 싸이클(Ⅲ)로부터 시작할 수 있다. 그러나, 컴퓨터에 의하여 측정된 생산량이 계량기의 정밀성과 일치한다고 볼 수는 없다. 동시에 초기 측정은 어느 특별한 작동 상태를 위한 측정으로 이용되거나 아직 알려지지 않는 곡물에 대한 측정의 기준으로 이용될 수 있다. 만약 요구된다면 이러한 측정은 반복될 수 있고 간단하나마 곡물 흐름의 중단이 허용될 수 있다.

제1도에 따른 장치는 생산량의 일정한 측정이 가능하도록 하고 곡물흐름의 영구적인 모니터링이 가능하도록 한다. 적당한 대역폭을 설정하므로서 생산량의 측정과 생산량의 불변성을 개선할 수 있고 계량용기내로 공급되는 곡물에 대한 파동이나 약간의 요동이 탐지된다. 저면부에서 배출된 곡물의 양이 어느 시간동안 정밀하게 계량되어 생산량의 정밀측정에 영향을 준다. 제1도에서 슬라이드 밸브(4)는 계량신호의 측정값에 의하여 제어되고 이로부터 곡물생산량이 결정된다.

제1도 및 제3도에서, 곡물슬라이더(20)가 공급라인(2)에 배설되고 이는 압축공기 실린더(21)에 의하여 작동된다. 압축공기 실린더(21)는 제3도에서 보인 바와 같이 에어라인(22)과 전기-압축공기 변환기(23)에 의하여 적당한 방법으로 제어되고, 전기-압축공기 변환기(23)는 변환기(24)로부터 보정신호를 수신한다.

어떤 곡물에 대하여서는 평면상의 슬라이더 대신에 관상 계량기의 유출구에 스윙 플랩(swing flap)(25)을 사용하는 것이 유리하며, 이 스윙 플랩(25)은 서보모우터와 같은 전동수단, 또는 제3도에서 보인 바와 같이 제어라인(27)과 전기-압축공기 변환기(28)를 통하여 압축공기에 의하여 공급되고 제어되는 압축공기 실린더(26)에 의하여 작동된다. 위치 표시기(29), 예를 들어 회전형 전위차계로 구성될 수 있는 위치표시기가 스윙플랩(25)에 연결된다. 해당 전기신호가 제어라인(30)에 의하여 컴퓨터(10)에 공급되며, 각각의 경우 스윙플랩(25)의 실제 위치를 결정한다.

제3도에 따른 장치는 제1도에 따른 장치와 같이 작동될 수 있으며, 곡물슬라이더가 공급슬라이더로서 사용된다. 그러나, 제3도에 따른 장치는 다른 방식으로 작동될 수 있다. 즉, 이 장치는 차등계량기의 형태로서 작동될 수 있으나 공지의 차등계량기와는 다르며, 각각의 경우에 계량용기(6)에서 자유로운 다량유동과 동시에 자유로운 유출이 이루어진다. 마찰 및 가속력의 변화에 의한 장애요인이 없으므로 계량용기내에 곡물량이 A의 위치이하로 떨어지지 않도록 개방위치가 고정된다. 실험결과, 완전한 용기의 보정형 형태의 경우, 특히 유출구 부분의 형태에 있어서, 주어진 곡물 분량 A로부터 A와 B사이의 영역에서 충전 높이에 대한 변화는 유출구에서 유출속도에 영향을 주지 않으며, 특히 상기 유출 속도는 곡물이 계량용기에 유입되든지 유입되지 않든지간에 변화가 없다.

곡물과 특히 위치의 함수로서 예를들어 2초의 주기로 주어진 배출용량이 동시에 유지되는 가운데 계량용기에는 다량의 곡물, 예를들어 분량 B-분량 A의 곡물이 유입될 수 있다. 2초후 슬라이더(20)가 완전히 폐쇄되고 전시간 동안 곡물의 연속 배출이 8초동안 모니터되고, 조절되며 또한 측정되고, 이 싸이클이 반복된다. 이는 대부분의 시간동안 유출되는 곡물의 분량이 계량정밀성을 해치지 아니하고 측정될 수 있는 잇점이 있다. 제4도에서 보인 바와 같이, 공급조절이 이루어진 직후에 많은 정보를 얻을 수 있다. 측정은 제2도의 싸이클(Ⅳ)에 해당하는 싸이클(Ⅹ)에서 시작된다. 이와 같이하여 컴퓨터는 단위시간당 계량기내로 유입되는 곡물분량, 즉 생산량(

)을 측정할 수 있고 충전 높이(B)에 이르렀을 때에 플랩(25)은 요구된 유출량에 해당하는 위치로 개방된다. 동시에 슬라이더(20)가 폐쇄되고 연속하여 싸이클(XI)에서 배출량, 즉 해당된 전시간동안 계량용기내의 중량감소를 측정하고, 이로부터 다량유동(

)이 계산된다. 사이클(XI)의 종료시에 슬라이드(20)가 다시 개방되어 계량기로 공급되는 곡물이 다시 이 슬라이더상에 쌓이기 시작한다. 초기의 가파른 상승에 이어서 계량신호의 완만한 상승곡선은 공급라인(2)로부터의 정상적인 후속유동임을 나타낸다. 충전 높이(B)에 이르렀을 때에 슬라이더(20)가 다시 폐쇄되고 싸이클(XI)(XII)이 반복된다.

슬라이더(20)는 곡물의 흐름을 제어할 수 있는 공급스크류등으로 대체될 수 있다.

제4도에서 보인 바와 같이, 두 싸이클(XI)에서 계량용기로부터의 곡물 배출이 일정하거나 일정한 값으로 조절되어 두라인(31)(32)이 평행함을 알 수 있다. 이상적인 ＂감지라인＂(33)(34)을 계산하므로서 비록 해당 값이 낙하하는 곡물의 흐름 때문에 계량기에 의하여 직접 결정될 수는 없으나 어는 특별한 분량에서 매우 정확한 결정이 내려질 수 있다.

이와 같이하여 다수의 변화되지 않는 싸이클(XI)에 이어서 배출량이 너무 많고 적음에 따라 공급라인(2)에 약간의 보정을 가할 수 있다. 장치와 다른 혼합물을 의하여 장시간의 시간간격에서 제어보정이 요구되므로 이는 직접 다음의 처리장치에서 생산량을 측정하는데 특히 유리하다.

제5도에 따른 장치는 곡물의 공급에 대하여 제1도와 제3도에 따른 구조와 상이하다. 제5도에서 계량용기에는 저장벙커 또는 싸일로로부터 직접공급된다. 여기에서의 문제는 요구된 공급량이 일정하게 유지되게 하는 것이다. 곡물 생산량은 전 처리시간에 걸쳐 정밀한 계량이 이루어지도록 조절된다(예를 들면 ±0.2%, 보다 정밀하기로는 ±0.1%). 이러한 정밀성은 동시에 그리고 전 처리시간에서의 합계에서도 유지된다.

계량용기(6)의 상부에는 싸일로 또는 저장용기(40)가 배설되어 있으며, 그 하류층에는 곡물의 흐름특성에 따라 조절가능한 공급수단이 연결되는 바, 이는 공지된 형태의 공급수단일 수도 있다. 곡물과 같이 자유롭게 흐르는 경우, 싸일로 또는 용기부분(42)은 제5도에서 보인 바와 같이 자유로운 다량유동이 이루어질 수 있도록 구성될 뿐만아니라 자유로운 다량유동의 형태로 곡물이 유출될 수 있도록 구성하는 것이 특히 유리한 것으로 입증되었다. 이러한 공급수단은 개략공급수단의 기능을 가지며 압축공기 실린더(44) 또는 유사한 다이아프램에 의하여 작동되는 조절플랩(43)이 일측에 착설되어 있다. 압축공기 신호는 압축공기 라인(45)을 통하여 전기-압축공기 변환기로부터 전달된다. 컴퓨터(10)는 사전에 결정된 설정값을 변환기(47)에 입력하며, 이 설정값은 위치표시기(48)에 의하여 초기의 개략설정을 위하여 이용된다. 작동중에 개략공급수단을 위한 보정명령은 계량용기(6)에서 충전높이(A)(B)사이의 변화범위가 충분히 이용될 수 있도록 선택될 수 있다.

또한 제5도에 따른 구조는 공급수단(41)의 직접 조절이 가능하도록 한다. 즉, 전 시간동안 중량증가의 연속측정이 가능하며, 충전높이(A)로부터 시작하여 이에 해당하는 제어신호가 컴퓨터(10)에 의하여 변환기(47)를 통해 압축공기 실린더(44)로 공급된다. 그리고 제2도의 싸이클(Ⅰ)에 해당하는 곡선(B)를 얻는다. 만약 용기에 대한 공급이 요구된 공급량에 이르지 못하는 경우 이러한 과정은 제2도에서 보인 바와 같이 11-13초동안 반복되어 싸이클(Ⅲ)에 이른다. 13초에서 플랩(25)이 충분히 개방되어 계량용기에서 일정한 중량이 유지된다. 자유로운 다량유동에 의하여 계량용기로부터의 유출량이 일정하게 유지되어 계량의 정밀성이 이루어지며, 이미 언급된 바와 같이 계량용기내의 충전량은 컴퓨터(10)로부터의 요구된 신호에 의하여 개략공급플랩(43)을 통하여 조절된다.

그러나, 컴퓨터(10)에는 요구된 생산량에 대하여 곡물에 따른 개방위치를 결정하기 위한 프로그램이 입력될 수 있고, 시간에 대한 용량은 2차함수이다. 만약 연속계량이 수직이 아니고 약간 경사지게 행하여지는 경우 컴퓨터(10)에는 실제값보다 보정프로그램이 입력될 수 있다.

이는 컴퓨터(10)가 어떠한 적당한 방법으로든지 프로그램 될 수 있음을 보이고 있으며, 필요에 따라서 다음 데이터가 입력되거나 무작위 조합으로 수신될 수 있다.

- 순간 생산량

- 한 싸이클 10초 동안 곡물분량의 총계

- 한 시간 또는 수 시간에 기초를 둔 곡물분량의 총계

- 주어진 곡물중량, 예를들어 50kg의 곡물이 통과되었을 때에 고정 중량의 운동량, 즉 유효(계산된 시간)지시

- 예를 들어 50t의 주어진 처리분량

이상과 같이 종래의 장치에서는 계량의 정밀성과 일정한 곡물의 흐름이 유지되는 해당 데이터를 얻는 것은 불가능하였다. 이는 비록 불연속적인 단위계량이 매우 신속하기는 하나 한 번에 50kg의 분량이 갑자기 쏟아져 내리기 때문이다. 배플판을 갖는 모든 장치로서는 요구된 정밀성에 이를 수는 없다. 밴드형 계량기는 대부분의 경우 경제적으로 허용될 수 없고 다만 유지 경비가 매우 많이 드는 경우에만 요구된 정밀성에 이를 수 있다.

예를들어, 계량용기와, 자유로운 다량유동이 이루어지도록 하는 플랩 또는 슬라이더의 계산과 계산을 위하여 제니크(Jenike)방법이 이용될 수 있다.

1954년, 에이.더블유.제니크(1954년 우라대, 우라엔지니어링 익스피리먼트 스테이션 보고서 64호와, 1964년 우라대, 우라엔지니어링 익스피리먼트 스테이션 보고서 123호 참조)는 주요 물질의 측정(벌크물질의 내부 마찰 각도와, 상이한 물질의 벽에 대한 벌크물질의 마찰값 등)을 위한 실험적 방법을 개발하고 이러한 방법으로 중력의 작용으로 자유로운 다량유동이 이루어지지 않도록 하는 계량용기 유출형태와 유출량의 측정이 가능하게 되었다.

이러한 목적으로 벌크물질의 패턴이 전단장치에서 측정되었다. 장치의 중심부는 토질역학으로부터 잘 알려진 시어 셀(shear cell)로 구성되어 있으며, 이에 상이한 수직하중을 갖는 벌크물질 표본이 밀적되고 이러한 밀적된 상태에서 전달된다. 제니크에 의한 고도의 미분 방정식의 계산과 함께, 측정결과의 도해계산은 벌크물질/울물질에 대하여 다량유동이 이루어질 수 있는 최소 유출구의 크기와 함께 경사면의 기울기를 얻을 수 있도록 한다.

계량용기의 저면부를 완전히 폐쇄되게 하는 기계적인 배출부재의 경우에 여러 가지 운동(회동, 진동, 맥동 등)은 순간 계량결과에 대하여 장애의 영향을 준다. 그러나, 저면부 또는 용기벽에서의 압력결과도 기계적인 배출부재에 중량값에 직접 영향을 주지 않으므로 배출구 단면의 개방차이에 의한 중량차이는 없다.

이와는 다르게 부분적으로 자유로운 지면 유출구를 갖는 계량장치에서 액체의 중량을 측정하는 경우에 있어서는 중량값의 측정시 유효 저면부에 대한 감소가 있을 수 있다.

실험결과에 의하여 벌크물질은 액체와는 그 성질이 완전히 상이하여 순간 중량의 판독에 대하여 매우 상이한 조건이므로 벌크물질의 경우에 계량용기의 돌출된 기부면의 자유로운 유동 조건과는 상이하다. 액체와는 다르게 벌크물질은 마찰을 유도하므로 배출중에 배출구 영역에서 장력의 변화가 있다. 따라서 측정으로 탐지될 수 있는 조건이 일정하게 유지되므로 각 측정마다 매우 정확한 재현값을 얻을 수 있다.

Claims (13)

1. 계량용기, 이 계량용기의 유출구 단면을 조절하기 위한 폐쇄부재, 전자 중량차측정수단으로 구성된 연속 계량기에 의하여 연속 벌크물질 생산량을 자동측정하기 위한 장치에 있어서, 계량용기(6)의 유출구 영역에서는 조절 가능한 폐쇄부재(4,25)가 연결되고 폐쇄부재(4)가 개방되었을 때에 계량용기(6)내에서 다량유동이 이루어지도록 되어 있으며, 벌크물질이 계량용기(6)의 유출구 단면으로부터 자유롭게 흘러 내릴 수 있게 되어 있음을 특징으로 하는 연속 계량기에 의한 연속벌크물질 생산량의 자동측정장치.
2. 청구범위 제1항에 있어서, 폐쇄부재가 슬라이드 밸브(4) 또는 회전형 플랩(25)으로서 구성됨을 특징으로 하는 장치.
3. 청구범위 제1항 또는 제2항에 있어서, 폐쇄부재(4,25)와 계량용기(6)의 벽부분 사이에서 장치의 작동을 위한 개방각도 0-40°, 좋기로는 20-35°사이로 설정될 수 있음을 특징으로 하는 장치.
4. 청구범위 제1항에 있어서, 폐쇄부재(25)에 조절수단(26)과 위치표시수단(29)이 결합되어 있음을 특징으로 하는 장치.
5. 청구범위 제1항에 있어서, 공급부재(20)(21)가 연속계량기의 상류측에 위치하고 이 연속계량기에 의하여 제어될 수 있음을 특징으로 하는 장치.
6. 청구범위 제1항에 있어서, 상기 장치에서 벌크물질 생산량을 자동측정하기 위한 방법에 있어서, 계량용기(6)내에서 완전한 다량유동이 유지되거나 다량유동이 완전히 정지된 경우에 단위 시간당 계량용기(6)의 중량변화에 대한 신호가 유도되어 벌크물질의 흐름상태 파라메타를 계산하기 위하여 사용됨을 특징으로 하는 방법.
7. 청구범위 제6항에 있어서, 상기 신호가 계량용기(6)에 대한 벌크물질 공급을 제어하기 위하여 사용됨을 특징으로 하는 방법.
8. 청구범위 제6항 또는 제8항에 있어서, 계량용기(6)에 대한 벌크물질의 유입이 제어의 목적으로 어느 시간 간격을 두고, 중단되고 계량물질의 중량감소가 단위 시간당 벌크물질의 양을 결정하기 위하여 설정됨을 특징으로 하는 방법.
9. 청구범위 제6항에 있어서, 계량용기(6)로 유입되는 벌크물질의 작은 파동을 보상하기 위하여 보상용기로서 계량용기가 사용됨을 특징으로 하는 방법.
10. 청구범위 제6항에 있어서, 상기 신호가 제2곡물의 흐름 또는 초기 벌크물질과 혼합된 수분 함량을 조절하기 위하여 사용됨을 특징으로 하는 방법.
11. 청구범위 제6항에 있어서, 상기 신호가 다음 처리장치를 제어하기 위하여 사용됨을 특징으로 하는 방법.
12. 청구범위 제6항에 있어서, 계량용기(6)내에서의 다량유동이 그 유출구의 폐쇄로 간단히 정지되고 이 계량용기(6)내에서 벌크물질의 중량증가가 측정됨을 특징으로 하는 방법.
13. 청구범위 제6항에 있어서, 계량용기(6)를 통과한 다량유동이 제2계량용기내에 수집되고, 여기에서 단위 시간당 유입중량 증가량이 설정되고, 제2계량용기의 측정값으로 제1계량용기(6)를 통한 벌크물질의 양을 계산할 수 있음을 특징으로 하는 방법.

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