KR940002187B1

KR940002187B1 - 전자 유량계

Info

Publication number: KR940002187B1
Application number: KR1019910019625A
Authority: KR
Inventors: 도요후미 도미다; 도시히꼬 오까모또
Original assignee: 가부시끼가이샤 도시바; 아오이 죠이찌
Priority date: 1990-11-06
Filing date: 1991-11-06
Publication date: 1994-03-18
Also published as: EP0485135A1; KR920010267A; DE69118483D1; JPH04174324A; JP2788339B2; US5253537A; DE69118483T2; EP0485135B1

Abstract

내용 없음.

Description

전자 유량계

제1도는 본 발명의 일실시예에 의한 전자 유량계의 회로도.

제2도는 제1도의 전자유량계의 상세 회로도.

제3도는 변형실시예의 요부 회로도.

본 발명은 전자유량계에 관한 것이며 특히 측정튜브를 통해 흐르는 유체의 유량에 비례하는 전압신호를 생성하는 센서와 상기 센서의 출력신호를 유량의 측정치로 변환하는 상기 센서로부터 멀리 떨어져 설치된 변환기로 구성된 전자유량계에 관한 것이다.

일반적으로 널리 알려진 전자유량계는 센서와 변환기를 신호케이블로 서로 연결하여 구성한다. 센서는 측정할 유체가 흐르는 측정튜브와 측정튜브 양단에서 자계를 생성하는 여자코일을 구비하고 있다. 측정튜브는 튜브양단에서 서로 대향하는 한쌍의 전극을 구비하고 있다.

센서는 측정튜브에 여자코일에 의해 발생된 전계를 가하면 측정튜브를 통해 흐르는 액체로서 유량에 비례하여 한쌍의 전극 양단에 차동전압을 생성한다.

변환기는 센서의 전극들 양단의 차동전압이 신호 케이블을 통해 입력되는 증폭기를 구비하고 있으며, 증폭기에서 증폭된 차동전압을 처리하여 유량을 구하며, 또한 센서의 여자 코일에 여자전류를 공급하는 여자회로를 구비하고 있다.

센서는 변환기와 분리되어 있어 센서를 동굴내부와 같은 불량한 메인티넌스 환경에 설치하지 않고 메인티넌스를 쉽게 행할 수 있는 곳에 설치할 수 있어 바람직하다.

예를들어 센서를 폭발시험장에 설치할때, 변환기는 안전지역에 설치한다. 이 경우에, 폭발시험장에 변환기를 설치하도록 예를들어 수 10㎡정도의 안전지역을 확보하기 어렵다, 이 때문에 센서와 변환기간을 300∼1000m이상 가능한한 장거리 불리시켜야 한다.

원거리까지 전압신호를 전송하는 케이블은 절연필름으로 감은 다음 차폐 튜브로 피복한 도전 와이어로 구성한다.

도전와이어와 차폐 튜브간에 부유용량과 결연저항이 존재하기 때문에 센서의 전극들 양단의 차동전압을 변환기로 전소하도록 신호케이블이 길어질수록 케이블의 부유용량이 증가하여 전극에서 본 케이블 임피던스는 더 작아진다. 또한 케이블이 길수록 신호 케이블의 결연 저항은 감소한다. 그러므로, 케이블의 길이는 케이블의 용량과 저항에 의해 제한된다. 예를들어, 유체도전율이 5㎳/㎝할때 케이블의 길이가 약 30m로 제한되므로 변환기로부터 센서를 분리시키기에 충분히 길지 못하다.

본 발명의 목적은 케이블의 부유용량과 절연저항에 의해 영향을 받지 않고 센서와 변환기간을 충분히 멀리하여 연결하기에 충분한 신호 케이블을 확보하는 전자유량계를 제공하는데 있다.

전술한 목적은 유체가 흐르는 측정튜브로 구성된 센서와, 상기 측정튜브내에 서로 대향하도록 설치된 전극쌍과, 자계를 발생하여 측정튜브에 가해주는 여자코일과, 전극쌍 양단의 차동전압을 차동전압에 비례하는 전류신호로 변환하는 전류제어 회로로 구성된 센서와, 일단이 상기 전류 제어회로에 연결되고 또한 상기 전류 제어회로로부터 전류신호를 전송하는 신호케이블과, 그리고 상기 신호 케이블의 타단이 접속되고 또한신호 케이블을 통해 전숭된 전류 신호를 측정튜브를 통해 유량을 나타내는 후로우 신호로 변환하는 변환기를 포함하는 전자유량계를 제공함으로써 달성된다.

이러한 구성으로함으로써, 센서에서는 여자코일에서 발생된 자계가 유체가 흐르는 측정튜브에 입력될때, 차동전압이 측정튜브에 대향 설치된 전극들 양단에 나타나서 또한 차동전압에 비례하는 전류가 공급된다. 전류는 신호케이블을 통해 변환기로 흘러 들어간 다음 측정튜브를 통해 전극들 양단의 차동전압에 비례하는 신호를 전류신호로부터 분리하여 유량을 구한다.

이하 첨부도면을 참조하여 발명의 양호한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도는 본 발명의 일실시예에 의한 전자유량계의 회로도이다. 전자유량계는 센서(1) 및 신호케이블(3)을 갖는 변환기(2)와 센서(1)를 변환기(2)로 연결하는 여자케이블(4)로 구성된다.

센서(1)는 측정할 유체가 흐르는 측정튜브(5)를 구비하고 있다. 측정튜브(5)의 내벽상에는 양단에 서로 대향하는 전극들(6, 7)이 구비되어 있다. 측정튜브(5)를 대향하도록 여자코일(8)이 구비된다. 여자코일(8)은 전극들(6, 7)이 존재하는 튜브직경과 유체 흐름 방향에 수직한 자계를 생성한다.

전극(6, 7)은 프리앰프(9)의 입력에 연결된다. 프리앰프(9)의 출력단자는 전류제어회로(10)에 연결된다.

전류제어회로(10)는 전류감지저항(11)에 의해 감지되는 신호케이블(3)을 통해 흐르는 전류를 수신하며 그 전류가 전극들(6, 7) 양단의 차동전압에 비례하도록 제어한다.

전자유량계의 상세회로도인 제2도를 참조하여, 전류제어회로(10)와 변환기(2)의 구성을 설명한다.

프리앰프(9)의 출력단자는 저항(12)를 통해 연산증폭기(13)의 한 입력단자와 연결된다. 연산증폭기(13)의 중력은 저항(14)를 통해 n-p-n 트랜지스터(15)의 베이스에 연결된다. n-p-n 트랜지스터(15)는 신호케이블(3)의 제1신호라인(L1)에 연결된 한 파워라인에 연결된 콜렉터와, 신호케이블(3)의 제2신호라인(L2)에 연결된 다른 파워라인(Lb)에 연결된 에미터를 갖는다.

다른 파워라인(Lb)은 전류감지저항(11)을 통해 제2신호라인(L2)의 일단에 연결된다.

파워라인들간 또는 트랜지스터(15)의 에미터와 콜렉터간에는 제1및 제2제어 다이오드(16, 17)의 직렬회로가 연결된다. 제 1제어다이오드(16)의 캐소드(제1 및 제 2 제어다이오드(16, 17)의 접속점은 연산증폭기(13)의 다른 입력단자에 연결되는 한편 제2제어다이오드(17)의 캐소드는 파워라인(La)에 삽입된 저항(18)을 통해 트랜지스터(15)의 콜렉터에 연결된다.

전류감지 저항(11)의 신호케이블 측단부는 전류 감지저항(1l) 양단의 전압을 연산증폭기(1)의 한 입력단자로 귀환시키도록 저항(19)을 통해 연산증폭기(13)의 한 입력단자에 연결된다.

그밖에도, 연산증폭기(13)의 한 입력단부는 저항(20)을 통해 한 파워라인(La)에 연결된다.

한편, 변한기(2)는 파워서플라이(30)와 신호감지저항(31)을 갖고 있고, 파워서플라이(30)와 신호감지저항(31)은 신호케이블(3)에 연결된다. 구체적으로, 신호케이블(3)의 제1신호라인(L1)의 타단은 신호감지저항(31)의 일단에 연결되고, 제2신호라인(L2)의 타단은 파워서플라이(30)의 음극단자에 접속되고, 파워서플라이(30)의 양극단자는 신호감지저항(3l)의 타단에 연결된다.

신호감지저항(31)은 전극들(6, 7)간의 자동전압에 비례하는 전압을 신호감지저항(31)양단 전압으로부터 분리하는 신호분리회로(32)에 연결된다.

구체적으로 제2도에 보인 바와같이 신호 분리회로(32)는 캐패시터들(33, 34)로 구성된다. 신호분리회로(32)는 증폭기(35)를 통해 연산회로(36)에 연결되며, 연산회로(36)는 측정튜브(5)를 통해 유속을 나타내는 후로우신호를 생성하도록 신호분리회로(32)에서 분리된 전압을 수신한다.

변환기(2)는 또한 여자회로(37)를 갖고 있다. 구형파 여자전류를 발생하는 여자회로(37)는 여자 케이블(4)(제2도에 도시안됨)을 통해 센서(1)의 여자코일(8)에 연결된다.

상술한 바와같이 구성된 실시예의 동작을 설명하겠다.

파워서플라이(30)의 출력전류는 전류감지저항(31)과 신호케이볼(3)을 통해 흐른 다음 센서(1)에 공급된다. 센서(1)에서, 파워서플라이로부터의 출력 전류는 저항(18), 제너다이오드들(16, 17) 및 저항(121)을 통해 흐른다. 그다음 제너다이오드(16, 17)양단에 유기된 전압들은 프리앰프(9)와 연산증폭기(13)에 입력되어 그들을 동작시킨다. 한편, 변환기(2)의 여자회로(37)는 여자케이블(4)을 통해 여자코일(8)에 여자전류를 공급하므로 측정튜브(5) 양단에 자계가 발생한다.

이러한 조건하에서, 유체가 측정튜브(5)를 통해 흐를때 전자유도의 파라데이법칙에 따라 전극(6, 7) 양단에 기전력이 발생된다. 기전력은 유체의 유량속도와 자계의 강도에 비례한다. 기전력은 프리앰프(9)에 전송되어 전극들(6, 7)양단의 차동전압(V_in)을 증폭하여 공급한다.

여자코일(8)의 여자전류가 구형파이기 때문에 차동전압(V_in) 또한 기준으로서 접지전위를 갖는 구형파이다. 자동전압(V_in)은 연산증폭기(13)의 한 입릭단자에 공급된 다음 제너다이오드(16)에 유기된 제너전압으로부터 차동전압(V_in)의 편차 전압을 저항(14)을 통해 n-p-n 트랜지스터(15)의 베이스에 입력된다. 그다음, n-p-n 트랜지스터(15)의 콜렉터 전류는 차동전압(V_in)으로 변동한다. 콜렉터전류는 차동전압(V_in)을 나타내는 전류신호로서 공급된다.

결과적으로 신호케이블(3)은 전극들(6, 7) 양단의 차동전압(V_in)에 비례하는 전류(I_o)를 반송한다. 전류(I_o)는 다음과 같이 표현된다.

I_o=R17·VZ18/Rl1·R20-VZ19/Rl1+R17·V_in/Rl1·R12

상기 식중 R11, R12, R19 및 R20은 각각 저항들(11, 12, 19 및 20)의 저항값이고 VZ18과 VZ19는 각각 제너다이오드들(18, 19)의 제너전압이다.

저항들(11, 12, 19 및 20)의 저항값을 척당한 값에 설정하여 전류(I_o)가 최소치로 감소하더라도 프리앰프(9)와 연산증폭기(13)에 입력된 제너전압들을 그들이 동작될 수 있는 일정레벨에 유지시켜 줄 수 있다.

전류(I_o)는 신호케이블(3)을 통한 다음 변환기(2)의 전류감지저항(31)을 통해 흐른다. 전류감지저항(31)양단에는 전류(I_o)에 비례하는 전압이 나타난다. 이 전압은 차동전압(V_in)에 비례하는 전압을 분리하도록 캐패시터들(33, 34)로서 차단되는 직류성분을 갖는다. 분리된 전압은 캐패시터들(33, 34)을 통해 증폭기(35)에 공급되어 증폭된다.

연산회로(36)는 증폭된 전압을 수신하여 후로우신호를 생성한다. 상술한 바와같이, 실시예에서, 측정튜브(5)의 전극(6, 7) 양단의 차동전압은 차동전압에 따른 전류(I_o)로 변환된 다음 신호케이블(3)을 통해 변환기(2)로 전송된다. 그전류 신호로부터 전극(6, 7)양단의 차동전압에 비례하는 신호를 분리하여 측정튜브(5)를 통해 유량을 구한다.

결과적으로, 신호케이블(3)의 임피던스는 뚜렷하게 임피던스를 감소시키는 저항(31)의 저항값과 거의 동일하게 된다. 전극들(6, 7)양단의 출력 임피던스는 유체의 도전율이 낮을때 수 메가옴 정도로 높아진다. 그러나, 저항(31)의 저항값은 10Ω 정도로 낮게 설정될 수 있으므로 수 킬로메터 이상 긴 신호케이블이 케이블의 절연저항치와 부유용량에의 영향을 받지 않는다.

그밖에도, 저임피던스 신호케이블(3)은 저잡음으로 장거리 전송을 성취한다. 그러므로, 센서(1)와 변한기(2)간의 장거리는 케이블(3)의 부유용량과 결연저항으로 연해 전송에 악영향을 덜미치므로 전자유량계를 설치하는 장소에 대해 제한이 훨씬 적어진다.

대지용량과 절연저항에 대해 거의 제한이 없기 때문에 신호케이볼(3)용으로 값싼 케이블을 사용할 수도있다. 신호케이블(3)은 종래의 것과 동일한 도전 와이어들을 가지므로 기존 케이블을 사용할수 있어 코스트를 절감할 수 있다.

본 발명은 상술한 실시예에 제한되지 않고 그의 정신과 요지로부터 벗어나지 않는 범위내에서 여러 수정변경이 가능하다.

예를들어, 차동전압을 분리시키도록 변환기(2)에 내포되는 분리회로를 제3도에 보인 바와같이 구설할 수도 있다.

이러한 분리회로에서, 신호케이블(3)은 이차코일이 저항(41)에 연결된 변류기(40)에 연결된다. 저항(41)은 증폭기(35)의 입력단자 양단에 연결된다.

그러한 구성으로 함으로써, 센서(1)의 그라운드와 변환기(2)의 그라운드는 서로 절연되어 대지에 독립적으로 연결됨으로써 회로내로 잡음이 끼어드는 것이 감소될 수 있다.

Claims

유체가 호르는 측정튜브(5)와, 상기 측정튜브(5)에 서로 대향 실치된 한쌍의 전극물(6, 7)과, 전계를 발생시켜 상기 측정튜브(5)에 가하는 여자수단(8)과, 상기 전극들(6, 7)양단의 차동전압을 그에 비례하는 전류신호로 변환하는 전류제어수단(10)을 포함하는 유량감지수단(1)과, 일단이 상기 전류제어수단(10)에 연결되며 또한 상기 전류제어수단(10)으로부터 상기 전류신호를 송신하는 신호케이블(3)과, 상기 신호케이블(3)의 타단이 연결되며 또한 상기 신호케이볼(3)을 통해 전송된 상기 전류신호를 상기 측정튜브(5)를 통해 유량을 나타내는 후로우신호로 변한하는 변환수단(2)를 포함하는 것이 특정인 전자유량계.
제1항에 있어서, 상기 전류제어수단(10)은 상기 전극들(6, 7)양단의 차동전압을 감지하는 프리앰프(9)와, 상기 차동전압이 입력되는 한 입력단자와 정전압이 입력되는 다른 입력단자를 가지며 또한 상기 정전압으로부터 상기 차동전압의 편차전압을 갖는 베이스신호를 생성하는 연산증폭기(13)와, 베이스와 상기베이스가 베이스신호를 공급받을때 전류가 흐르는 콜렉터와 에미터 경로를 가지며 또한 상기 전류가 상기전류 신호로서 상기 신호케이블(3)에 공급되는 트랜지스터(15)를 포함하는 것이 특징인 전자유량계.
제1항에 있어서, 상기 변환수단(2)은 상기 신호케이블(3)의 타단에 연결되어 상기 신호 케이블(3)을 통해 흐르는 상기 전류 신호를 전압으로 변환하는 신호감지저항(31)과, 상기 신호감지저항(31)양단에 유기된 상기 전압으로부터 상기 차동전압에 비례하는 전압을 분리하는 신호분리수단(32)과, 상기 신호분리수단(32)에서 얻은 상기 차동전압에 비레하는 전압을 상기 후로우 신호로 변환하는 변환연산 수단(36)을 포함하는 것이 특정인 진자유량계.
제1항에 있어서, 상기 변환수단(2)은 상기신호케이블(3)의 타단에 연결된 일차측 코일과 이차측 코일을 갖는 변류기(40)와, 상기 차동전압에 비례하는 전압을 발생시키는 상기 변류기(40)의 이차층코일양단에 연결된 저항(41)과, 상기 저항(41) 양단에 유기된 전압이 입력되는 증폭기(35)와, 상기 증폭기(35)의 출력을 상기 후로우신호로 변환하는 변환연산수단(36)을 포함하는 것이 특징인 전자유량계.
제1항에 있어서, 상기 전류제어수단(10)은 상기 전극물(6, 7)양단의 차동전압을 감지하는 프리앰프(9)와, 상기 차동전압이 입력되는 한 입력단자와 정전압이 입력되는 다른 입력단자를 가지며 또한 상기 정전압으로부터 상기 차동전압의 편차전압을 갖는 베이스신호를 생성하는 연산증폭기(13)와, 베이스와 상기베이스가 베이스신호를 공급받을때 전류가 흐르는 콜렉터와 에미터 경로를 가지며 또한 상기 전류가 상기전류 신호로서 상기 신호케이블(3)에 공급되는 트랜지스터(15)를 포함하며, 상기 변환수단(2)은 상기 신호케이불(3)에 정전압을 걸어주는 파워서플라이(30)와, 상기 파워서프라이(30)를 통해 상기 신호케이블(3)의 타단에 연결되며 또한 상기 신호케이블(3)을 통해 흐르는 상기 전류신호를 전압으로 변환하는 신호감지 저항(31)과, 상기 신호감지저항(31)양단에 유기된 상기 전압으로부터 상기 차동전압에 비례하는 전압을 분리시키는 신호분리수단(32)과, 상기 신호분리수단(32)에서 얻은 상기 차동전압에 비례하는 전압을 상기 후로우신호로 변환하는 변환연산수단(36)을 포함하며, 상기 신호케이블(3)은 상기 트랜지스터(15)의 콜렉터에 연결된 일단과 상기 신호감지저항(31)의 일단에 연결된 타단을 갖는 제1신호라인(L1)과 상기 트랜지스터(l5)의 에미터에 연결된 일단과 상기 파워서플라이(30)의 한 전극에 연결된 타단을 갗는 제2신호라인(L1)을 포함하는 것이 특징인 전자유량계.
제1항에 있어서, 상기 전류제어수단(10)은 상기 전극들(6, 7)양단의 차동전압을 감지하는 프리앰프(9)와, 상기 차동전압이 입력되는 한 입력단자와 정전압이 입력되는 다른 입력단자를 가지며 또한 상기 정전압으로부터 상기 차동전압의 편차전압을 갖는 베이스신호를 생성하는 연산증폭기(13)와, 베이스와 상기베이스가 베이스신호용 공급받을때 전류가 흐르는 콜렉터-에미터 경로를 가지며, 상기 정류는 상기 전류신호로서 상기 신호케이블(3)에 공급되는 트랜지스터(15)용 포함하며, 상기 변환수단(2)용 상기 신호케이블(3)에 정전압을 공급하는 파워서플라이(30)와, 상기 신호케이블(3)의 타단에 연결되는 일차측 코일과 이차측 코일을 갖는 변류기(40)와, 상기 차동전압에 비례하는 전압을 생성하는 상기 변류기(40)의 이차측코일 양단에 연결된 저항(41)과, 상기 저항(41) 양단에 유기된 전압이 입력된 증폭기(35)와, 상기 증폭기(35)의 출력을 상기 후로우신호로 변환하는 변환연산수단(36)을 포함하며, 상기 신호케이블(3)은 상기 트랜지스터(15)의 콜렉터에 연결된 일단과 상기 변류기(40)의 일차축코일의 일단에 연결된 타단을 갖는 제1신호라인(L1)과 상기 트랜지스터(15)의 에미터에 연결된 일단과 상기 파워서플라이(30)의 한 전극에 연결된 타단을 갖는 제2신호라인 (L2)을 포함하는 것이 특징인 전자유량계.
제2항에 있어서, 상기 전류제어수단(10)은 상기 트랜지스터(15)의 콜렉터와 에미터간에 순방향으로 연결된 제1 및 제2제어다이오드들(16, 17)의 직렬회로를 가지며, 상기 제1 및 제2제어다이오드들(16, 17)의 접속점은 상기 연산증폭기(13)의 다른 입력단자에 연결되며 또한 상기 제1 및 제2제어다이오드들(16, 17)에 의해 정전압에 유지되는 접속점의 전압은 상기 연산층폭기(13)의 다른 입력단자에 입력되는 것이 특징인 전자유량계.
제2항에 있어서, 상기 전류제어수단(12)은 상기 트랜지스터(15)의 에미터가 상기 연산증폭기(13)의 한 입력단자에 연결된 귀환회로를 포함하는 것이 특징인 전자유량계.
제3항에 있어서, 상기 분리수단(32)은 일단이 상기 신호감지저항(31)의 일단에 연결된 제1캐시피터(33)와, 일단이 상기 신호감지저항(31)의 타단에 연결된 제2캐시피터(34)와, 상기 제1캐시피터(33)의 타단에 연결된 제1입력단자와, 상기 제2캐시피터(34)의 타단에 연결된 제2입력단자를 갖는 증폭기(35)와, 상기 제1 및 제2입력단자를 양단의 전압을 증폭하여 얻은 전압을 공급하는 출력단자를 포함하는 것이 특징인 전자유량계.
제5항에 있어서, 상기 전류제어수단(10)은 상기 트랜지스터(15)의 콜렉터와 에미터간에 순방향으로 연결된 제1 및 제2제너다이오드(16, 17)의 직렬회로를 가지며, 상기 제1 및 제2제너다이오들(16, 17)의 접속점은 상기 연산증폭기(13)의 다른 입력단자에 연결되는 것이 특징인 전자유량계.