KR930010471B1 - 비침투식 계기 보정장치 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]
비침투식 계기 보정장치
[도면의 간단한 설명]
상기 설명은 첨부 도면과 함께 이하 기술내용에 의해 더욱 분명해질 것이며, 여러 도면에서 유사한 요소는 동일한 도면부호가 부여되었다.
제1도는 계기의 작동 사이클을 검출하는데 적절한 본 발명의 원리에 따라 구성된 장치의 일부분을 도시하는 통상적인 다이어프램 계기의 정면도.
제2도는 계기 작동중 자장의 변화를 나타내는 계기의 측면도와 계기 작동의 사이클을 한정하기 위한 전기신호처리를 도시하는 제1도의 장치의 개략 측단면도.
[발명의 상세한 설명]
[발명의 배경]
본 발명은 운동검출장치에 관한 것으로서, 특히 비자성 하우징 내에 수용된 강자성 요소의 주기적인 통로방향의 운동을 검출하기 위한 개량된 비침투식 계기 보정창치에 관한 것이다.
가정용 및 산업용 개스 계기는 전형적으로 양변위 다이어프램형인바, 그러한 계기는 통상 하우징을 2세트의 측정 챔버로 분할하는 수직 중앙 칸막이 벽을 갖는 하우징을 포함한다. 각각의 챔버 내에서 연결 로드에 의해 중앙 크랭츠축에 연결된 가용성 벨로우즈(또는 와류형상 슬리브 다이어프램)가 있고, 크랭크축은 개스를 벨로우즈 시스템 내로 도입하고 벨로우즈 시스템으로부터 배출시키는 밸브 시스템을 작동시킨다. 벨로우즈는 개스가 계기를 통과함에 따라 팽창 및 수축되어, 벨로우즈의 각 행정 또는 사이클마다 소정 부피의 개즈는 개스가 계기를 통과함에 따라 팽창 및 수축되어, 벨로우즈의 각 행정 또는 사이클마다 소정 부피의 개스를 정확히 배출시키도록 피스톤과 동일한 방법으로 작용한다.
벨로우즈의 완전한 한 사이클은 크랭크축의 1회전을 발생시키고, 크랭크축은 밸브시스템에 연결됨은 물론 기어를 매개로 계기 앞쪽에 설치된 기계식 카운터에도 연결된다. 이 카운터는 종래 인덱스(index)로 알려진 것으로, 통상적으로 계기의 정확도를 시험하기 위한 하나의 원형 스위프 핸드(sweep hand)를 포함한다. 이러한 원형 스위프 핸드를 포함하는 다이얼은 일반적으로 시험 다이얼(proving dial)이라고 불리운다.
대표적인 가정용 계기에서, 시험 다이얼을 스위프 핸드의 1회전에 대해 0.056㎥(2ft3)의 개스가 계기를 통과하여 흐르는 것을 지시한다. 그러나, 크랭크축은 기어로 연결됨으로 해서 시험 다이얼 스위프 핸드의 매회전마다 통상 18회전하고, 따라서 시험 다이얼 스위프 핸드의 1사이클에 대해 벨로우즈의 완전한 18사이클이 요구된다.
계기의 정확도는 시험 핸드의 매회전마다 계기를 통하여 흐르는 개스의 실제 부피를 측정함으로써 결정된다. 계기는 통상 허용 유량이 20%와 100%의 유량에서 시험된다. 가정용 계기는 통산 시간당 7.075㎥(250ft3)의 용량을 가지므로, 유량의 20%에서 시험 밴드가 0.0566㎥(2ft3)를 지시하는 데에는 2분 24초가 소요되고, 이는 계기 생산라인에서 시험할 때 과도한 시간을 소모하는 것이 된다.
따라서, 계기 정확도 시험에 소요되는 시간을 감소시키는 장치를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
크랭크축의 1회전을 검출할 수 있도록 하는 것이 바람직한 바, 유량의 20%에서 이는 단지 8초가 걸리고 유량의 100%에서는 1.6초가 걸리게 된다. 따라서, 계기 정확도 시험을 단지 크랭크축의 몇차례의 회전(즉, 벨로우자의 수 사이클)에 기초한다면, 계기 정확도를 입증하는데에 상당한 시간이 절감될 것이다.
따라서, 본 발명의 다른 목적은 계기 작도의 사이클을 정확히 검출하기 위한 장체를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 검출장치가 결코 계기 작동에 영향을 미치지 않는 본질적으로 비침투식인 장치를 제공하는 것이다.
영국특허 공개 명세서 제477,046호는, 계기의 내부 요소의 운동에 연동하도록 기계적으로 결합된 외부지침을 갖춘 개스계기를 기재하고 있다. 이는 그 성질상 비침투식 계기이기는 하나, 지침의 운동이 시각적으로 검출되므로 자동화된 계기 보정 방법에는 쉽게 적용할 수가 없다.
따라서 본 발명의 또 다른 목적은 자동화된 방법에 이용될 수 있는 비침투식 계기보정장치를 제공하는 것이다.
[발명의 요약]
본 발명의 원리에 따르면, 계기 내에는 주기적인 운동을 하는 강자성 부품이 있고, 계기 하우징은 일반적으로 비자성 재료로 제조되어 있다. 따라서, 자장이 형성되고 이 자장은 하우징을 통해 이동 강자성 부품 중의 하나로 지향하게 된다. 자자의 세기는 그 부품의 위치에 따라 변하고, 부품의 운동이 주기적이기 때문에, 자장의 세기 또한 주기적으로 변한다. 다음에는 자자의 세기가 검출되고, 자장의 세기의 변화에 대응하는 전기신호가 발생되며, 이 전기신호는 계기의 사이클을 한정하기 위해 처리된다.
[상세한 설명]
도면을 참조하여 기술하면, 제1도는 본 발명의 원리에 따라 구성된 장치가 함께 사용될 수 있는 양변위 다이어프램 개스 계기를 도시하는 바, 계기는 일반적으로 도면부호(10)으로 부여되었다.
계기(10)는 1968년 10월 10일자로 알. 알. 더글라스에게 허여된 미합중국 특허 제3,415,121호에 개시된 형태의 것으로서, 이는 몸체 부재(12)와 전면 덮개(14)와 후면 덮개(도시하지 않음) 및 상부 덮개(16)를 포함하는 주 하우징을 포함한다. 종래와 같이, 상부 덮개(16)는 개스 라인으로 연결하기 위하여, 일체로된 입구 연결부재(18)와 출구 연결부재(20)를 가진다. 상부 덮개의 정면에는 내부 기어을 매개로 크랭크축으로부터 구동되는 계기판(22)이 갖춰져 있고, 계기판(22)은 원형의 스위피 핸드(26)를 가진 시험 지침판(24)을 포함하는 다수의 지침판을 갖는다. 상술한 사항들은 종래 기술에서 잘 알려진 것이며, 추가적으로 상세한 사항이 필요하면 상기 특허를 참조하기 바란다.
계기(10)의 하우징을 구성하는 모든 요소(몸체부재, 전면덮개, 후면덮개 및 상부덮개)는, 다이 캐스팅용 알루미늄과 같은 비자성 재료로 제조되는 것은 종래와 같다. 이와는 달리, 이러한 부재들은 기술이 허용된다면 성형 플라스틱 조성물로 제조될 수도 있다.
계기(10)의 하우징 내에는, 한쪽 단부(도시되지 않음)는 고정 장착되고 타단부는 벨로우즈 팬(pan)(30)에 의해 밀봉된 만곡 다이어프램 슬리브 요소(28)를 포함하는 벨로우즈 조립체가 있다. 종래와 같이, 벨로우즈 팬(30)은 강자성 재료인 스탬프된(stamped) 강철로 제조되었다. 본 발명은, 계기(10)의 작동 주기 동안에 팬(30)이 공지의 경로상을 주행한다는 사실을 이용한다. 특히 팬(30)은 다이어프램(28)의 행정거리(S)에 걸쳐 전면 덮개(14)를 향하여 또한 전면 덮개(14)로부터 멀어지는 방향으로 직선운동을 한다.
이 운동(즉, 전면 덮개(14)에 가장 가까운 팬(30)의 위치로부터 전면 덮개(14)에서 가장 먼 팬(30)의 위치로, 다시 전면 덮개(14)에 가장 가까운 위치로 이동)의 완전한 1사이클은 계기(10)작동의 완전한 1사이클에 해당되며, 공지 부피의 개스가 계기(10)를 통과한 것을 지시한다. 완전한 1회전을 이루기 위해서 시험 핸드(26)는 이러한 사이클을 18회 수행해야 한다.
본 발명에 닫르면, 팬(30)의 운동은 계기(10)의 작동 사이클을 한정시키기 위해 검출된다. 도면부호(32)가 부여된 인접 센서는, 제2도와 같이 전면 덮개(14)에 가까운 위치에서 지지체(34)에 의해 지지되고, 또한 제1도와 같이 팬(30)의 투영 영역 내에 지지된다.
도시된 바와 같이, 인접 센서(32)는 자력선이 계기의 비자성 전면덮개(14)를 통해 방향이 설정되고, 팬(30)에 의해 끌리어지도록 배치된 자기 북극과 자기 남극을 갖는 자기 구조물(36)을 포함한다. 벨로우즈가 개스 흐름에 의해 사이클 동작하게 되면, 팬(30)은 실선과 점선으로 도시된 위치 사이에서 이동되는 바, 이는 제2도와 같이 자력선(38)의 길이의 변화를 일으킨다. 팬(30)이 점선 위치에 있을 때 자력선(38)의 증가된 길이는 자기 구조물(36)을 통해 흐를 수 있는 자속의 양을 감소시킨다.
자기 구조물(36)은, 자석(40,42)을 통과하는 자력선(38)을 가진 자장을 제공하기 위해 극이 직렬관계로 서로 이격되게 배치된 자석(40,42)을 포함한다. 자석(40,42) 사이의 공간에 자속 검출기(44)가 지지되어 있는 바, 자속 검출기(44)는 스프레이크 일렉트릭사(Sprague Electric)가 제작한 모델 번호 3501, 리니어 홀이팩트 센서(Model 3501 Linear Hall Effect Sensor)와 같은 홀 이펙트 센서가 양호하다. 검출기(44)는 검출기(44)를 통과하는 자속의 크기를 나타내는 출력신호를 리드(lead)(46)에 제공한다.
팬(30)이 인접 센서(32)에 접근하거나 또는 후퇴운동을 할 때, 자속의 크기는 각각 증가 또는 감소된다. 따라서, 리드(46)상의 출력신호는 이러한 방법으로 변화되어 사인곡선 형태로 되는 바, 이 출력신호는 증폭기(48)에 의해 증폭되고 제로 크로싱(Zero crossing) 검출기(50)에 입력으로서 제공된다. 제로 크로싱 검출기(50)는 증폭된 출력신호를 처리하여, 펄스 시간이 증폭된 출력신호의 제로 크로싱에 대응되는 펄스를 출력으로서 리드(52)에 제공한다.
삼각함수 신호의 완전한 사이클은 2개의 제로 크로싱을 가지므로, 리드(52)상의 교대 펄스 사이의 시간은 계기(10)를 통과하는 고정 부피의 개스에 대응되는 계기(10)작동의 단일 사이클의 시간이다. 리드(52)상의 펄스는, 계기시험 기술분야에서 잘 알려진 방법으로 사이클 시간을 계산하고, 계기(10)의 정확도를 결정하기 위해 그러한 펄스를 사용하는 사용수단(54)에 입력으로서 제공된다.
자석(40,42)는 L자형으로 도시되었으나, 이러한 특정한 형상이 중요한 것은 아니다. 요구되는 것은, 자극들이, 전면덮개(14)에 횡방향으로 연장되어 자석 구조물에 의해 제공되는 자장이 전면덮개를 관통하여 지향될 수 있도록 하는 자석구조물의 형상과 위치이다. 따라서, U자형 또는 말굽형 자석 구조물도 효과적일 것이다. 또한, 자속 검출기(44)가, 분리된 자석(40,42) 사이에 위치한 것으로 도시되었으나, 중요한 것은 검출기가 자장 내에 장착되는 것이다.
또한, 도시된 예는 하우징 내의 팬(30)과의 협동을 도시하고 있지만, 주기적 운동을 하는 계기의 어떠한 강자성 요소도 사용될 수 있다. 따라서, 종래 공지된 바와 같이 팬(30)과 크랭크축 사이에서 연결되어 사용되는 플래그로드(56) 또는 플래그로드 아암(58)이, 강자성 재료로 제조된 것이라면 역시 사용될 수 있다.
이상의 설명와 같이 본원에서는, 비자성 하우징 내에 수용된 강자성 요소의 주기적 궤도운동을 검출하는 개량된 장치가 개시되었다. 이 장치는 비침투식이므로, 그 운동이 검출되고 있는 부품의 작동에는 역효과를 주지 않는다. 상기 실시예는 본 발명의 원리의 적용을 설명하는 것에 불과하며, 청구 범위에 의해 한정된 본 발명의 사상과 범위를 이탈함이 없이 본 기술분야에 숙련된 자에 의해 여러 가지 다른 실시예가 안출될 수 있음은 물론이다.

Claims (8)

  1. 비자성 하우징(12,14,16)과 계기의 동작부품을 형성하는 주기운동 강자성 요소들을 갖추고서, 강자성 요소에 근접한 하우징의 외부에 자기 구조물(36)을 포함하는 양변위 다이어프램 개스 계기시험을 비침투식 계기보정장치에 있어서, 상기 강자성 요소의 운동이 자기 구조물(36)의 자장의 세기를 주기적으로 변화시키도록 자기 구조물을 하우징의 외부에 고정 지지하기 위한 지지수단(34)과, 관통하는 자속의 크기를 나타내는 전기적 신호를 제공하기 위한 자속 검출기 수단(44)과, 상기 자속 검출기 수단(44)을 상기 하우징의 외부 및 상기 자기 구조물(36)의 자장 내에 장착하기 위한 장착수단과, 계기의 작동 사이클을 한정시키기 위해 상기 전기적 신호를 이용하는 사용수단(54)을 포함하는 것을 특징으로 하는 비침투식 계기보정장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 강자성 요소가 계기의 베로우즈 팬(30)를 포함하는 것을 특징으로 하는 비침투식 계기보정장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 강자성 요소가 계기의 플래그로드(58)을 포함하는 것을 특징으로 하는 비침투식 계기보정장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 강자성 요소가 계기의 플래그로드 아암(36)을 포함하는 것을 특징으로 하는 비침투식 계기보정장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자기 구조물(36)의 극들은, 자장이 상기 하우징을 관통하여 지향되도록 하우징(14)에 횡방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 비침투식 계기보정장치.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자속 검출기 수단은 홀 이펙트 센서(44)를 포함하는 것을 특징으로 하는 비침투식 계기보정장치.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자속 검출기 수단(44)과 사용수단(54) 사이에 전기적으로 결합된 제로 크로싱 검출기(50)와 증폭기(48)을 포함하는 것을 특징으로 하는 비침투식 계기보정장치.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자기 구조물(36)은 자석(40,42)을 포함하고, 이들 자석(40,42)에 상기 자속 검출기 수단이 장착된 것을 특징으로 하는 비침투식 계기보정장치.
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