WO2017115949A1 - 자기왜곡방식의 거리측정을 이용한 테이퍼관형 면적식 유량계 - Google Patents

자기왜곡방식의 거리측정을 이용한 테이퍼관형 면적식 유량계 Download PDF

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백영주
탁남규
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    • G01S13/08—Systems for measuring distance only
    • G01S13/10—Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse modulated waves

Definitions

  • the present invention relates to a tapered tubular area flow meter, and more particularly to a tapered tube area flow meter using a magnetic distortion distance measurement that can accurately measure the flow rate by measuring the float height in a magnetic distortion method.
  • the differential pressure flow meter has a fixed flow path for the fluid and the differential pressure measured upstream and downstream of the tightening mechanism has a functional relationship with the flow rate.
  • the area flow meter has a structure in which the flow path of the fluid can be changed according to the flow rate. The car is always kept constant. That is, in the area flow meter, since the area change of the flow path through which the fluid flows is a function of the flow rate, the taper pipe can be used to make the linear relationship between the flow rate and the flow path area change.
  • tapered pipe area flowmeter 50 there are many types of tapered pipe area flowmeters, but the simplest type of tapered pipe area flow meter 50 is a tapered transparent glass or plastic pipe having an inlet 53 and an outlet 54 as shown in FIG. 51 and the float 52 which moves vertically in a pipe.
  • a float 52 moves vertically in the pipe.
  • the Float 52 rises in proportion to the flow rate. This operation is because the flow of the fluid acts as a tightening mechanism in the float 52, the differential pressure is generated before and after the float (52).
  • the float 52 rises the area of the taper tube 51 becomes wider and the differential pressure decreases, so that the float 52 is in equilibrium at the point where the weight of the float 52 becomes balance with the weight of the float 52. Done.
  • the flow rate cross-sectional area of the Taper tube 51 and the flow rate are determined in proportion to the vertical movement position of the float 52, the flow rate is measured by detecting the vertical movement position of the float 52.
  • the prior art disclosed in the Republic of Korea Patent Publication (B1) No. 10-0650526 discloses a conventional area flow meter in which a float is arranged in a tapered pipe having an inlet and an outlet.
  • the float area flow meter disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 2002-0006138 has a tapered flow path portion that is narrower in diameter toward the lower side, the bottom thereof communicates with the inlet of the flow passage, and the top thereof communicates with the outlet of the flow passage.
  • the main body, a float accommodated in the tapered flow path portion of the main body and vertically moved in accordance with the flow rate, are mounted on the upper side of the tapered flow path portion of the main body, and relationship data between the distance from the float to the float and the flow rate is input to measure the position of the float.
  • It is composed of a range finder that calculates and outputs a flow rate from the distance-flow relationship data.
  • the range finder is a laser or ultrasonic sensor which is located directly above the tapered flow path and measures the distance between it and the float and outputs the measured value as an electrical signal. It is included.
  • the radar or laser distance measuring technology uses microwaves, which is not suitable for measuring short distances of 50 cm or less because the time of reflection of the target after the pulse is emitted is too short.
  • the measurement technique has a problem in that refraction and diffraction are severe due to the characteristics of radio waves, and because a propagation speed is not constant according to a propagation medium, a measurement error is large and cannot be applied.
  • an object of the present invention is to provide a tapered pipe type area flow meter using distance measurement of the magnetic distortion method that can accurately measure the flow rate by measuring the float height in the magnetic distortion method To provide.
  • the tapered tubular area flow meter of the present invention includes a tapered pipe having a tapered shape such that the diameter of the tapered pipe is smaller toward the lower side with an inlet at the bottom and an outlet at the upper side;
  • a float having a magnet built therein and having a height varying according to a flow rate in the tapered pipe;
  • a magnetic field distortion distance measuring unit for measuring a position of the float by receiving a signal reflected from the float after applying a pulse to the probe shaft and calculating a flow rate from the float position.
  • the area flow meter directly displays a flow rate on a main body or transmits the measurement data of the distance measuring unit to the outside as an electrical signal, and the magnetic distortion type distance measuring unit generates a predetermined pulse according to a start signal to generate the probe.
  • a pulse generator applied to the shaft, reflected wave receiving means for receiving a reflected wave signal resulting from the pulse from the probe shaft, a comparator for comparing a signal received through the reflected wave receiving means with a predetermined comparison voltage and outputting a stop signal
  • a comparison voltage generator for providing a comparison voltage to the comparator according to a control signal, and if the measurement is required, controlling the comparison voltage generator to provide a first voltage as a comparison voltage and providing a start signal to the pulse generator.
  • the comparison voltage is controlled to be lowered, and the pulse is applied and the receiving process is repeated.
  • the comparison voltage is stored as the upper limit of the received signal, and the pulse is applied while the comparison voltage is lowered again. And repeating the reception process and storing the comparison voltage as a lower limit value of the reception signal when the pulse width of the reception signal is greater than or equal to a predetermined value, and then setting an intermediate value between the upper limit value and the lower limit value as the reference comparison voltage and setting the reference comparison voltage.
  • a pulse signal is generated by providing a start signal to the pulse generator, and an internal timer is started.
  • the comparator compares the received signal with a reference comparison voltage and outputs a stop signal
  • the timer value is read and the reflected wave is applied after the pulse is applied. Equipped with a microprocessor that finds the time to reception and calculates the height of the liquid Will.
  • the magnetic distortion type distance measuring unit further includes a communication unit for transmitting measurement data, and the microprocessor calculates a flow rate from the liquid level, receives a temperature from a temperature sensor, and converts the net flow rate into a net (NET) flow rate through the communication unit. It can also be sent externally.
  • a communication unit for transmitting measurement data
  • the microprocessor calculates a flow rate from the liquid level, receives a temperature from a temperature sensor, and converts the net flow rate into a net (NET) flow rate through the communication unit. It can also be sent externally.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a conventional tapered tubular area flow meter
  • FIG. 2 is a view for explaining a distance measurement of the magnetic distortion method applied to the present invention
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a tapered tubular area flow meter using a distance measurement of the magnetic distortion method according to the present invention
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating a structure of a magnetic distortion method of FIG. 3;
  • FIG. 5 is an embodiment of a tapered pipe type area flow meter using distance measurement of the magnetic distortion method according to the present invention
  • FIG. 6 is another embodiment of a tapered tubular area flow meter using distance measurement of the magnetic distortion method according to the present invention.
  • FIG. 2 is a view for explaining the distance measurement of the magnetic distortion method applied to the present invention.
  • the tapered tubular area flow meter using the distance measurement of the magnetic distortion method according to the present invention by applying a magnetostrictive method to the float distance measurement of the area type flow meter of the taper tube type to reduce the height of the float at a low cost It is to be able to measure accurately.
  • the tapered pipe type area flow meter is highly accurate and can not be applied to the calibration of the flow meter, but the measurement value can not be generated as an electrical signal.
  • the float position is accurately measured by the magnetic distortion method and the measured value is provided as an electric signal so that it can be used in various fields such as process control.
  • the magnetostrictive distance measuring technique applied to the present invention uses a magnetostriction phenomenon in which an elastic wave is generated when a magnetic field is applied to a magnetic material.
  • the permanent magnet 64 is disposed on the magnetostrictive line 63.
  • the built-in buoy (Float) is arranged to generate a lateral magnetic field, and when a pulse is applied to the magnetostriction line (63) by the pulse applying device (61) to generate a magnetic field in the axial direction, it intersects with the permanent magnet (64).
  • the elastic wave is generated at the point, and after the pulse is fired, the time until the elastic wave propagated on the magnetostriction 63 is received by the receiving device 62 is measured so that the permanent magnet 64 is moved from the pulse applying device 61. It measures the distance to the built-in float.
  • Figure 3 is a schematic diagram showing a tapered tubular area flow meter using a distance measurement of the magnetic distortion method according to the present invention
  • Figure 4 is a block diagram of the configuration of the magnetic distortion method distance measuring unit shown in FIG.
  • the tapered pipe-area type flow meter 1 using the magnetic distortion method of distance measurement has a taper pipe 10 and a float 20 equipped with a permanent magnet 22. ), A probe shaft 30 in which magnetostriction is embedded, and a distance measuring unit 40 of a magnetic distortion method.
  • the area flow meter 1 has a tapered tube 10 and a permanent magnet 22 having a tapered shape having an inlet 12 below and an outlet 14 above.
  • Float 20 is variable in height according to the flow rate in the tapered tube 10, and the magnetostriction is built and installed in the center of the tapered tube 10 to detect the position of the float 20 in a magnetic distortion method
  • a magnetic distortion method distance measuring unit for calculating a flow rate by measuring the position of the float 20 by receiving a signal reflected from the float 20 after applying a pulse to the probe shaft 30 and the probe shaft 30 It consists of 40.
  • the distance measuring unit 40 can directly display the measured flow rate value in the main body 1 or provide it as an electrical signal to the outside through the communication port to display on the external LCD or can be used for other purposes such as process control.
  • the float 20 may be implemented in a structure in which a cylindrical permanent magnet 22 is built therein while using a float of an existing tapered tubular area flow meter as it is.
  • the magnetic distortion-type distance measuring unit 40 includes an MPU 41, a pulse generator 42, a pulse applying unit 43, a reflected wave receiver 44, an amplifier 45, A band pass filter (BPF) 46, a comparison voltage generator 47, a comparator 48, and a communication unit 49 are formed.
  • the MPU 41 includes a CPU core, an internal timer, an EEPROM, a digital input / output terminal, an analog input / output terminal, and the like, and executes measurement software according to the present invention. That is, when measurement is required, the MPU 41 controls the comparison voltage generator 47 to provide the first voltage as the comparison voltage, and provides a start signal to the pulse generator 42 to generate a pulse. Start the internal timer. The MPU 41 obtains the received data according to the output of the comparator 48 and controls to lower the comparison voltage if there is no reception signal, and repeats the pulse application and reception processes to receive the comparison voltage at the time when the reception signal is first detected. Stored as the upper limit of.
  • the comparison voltage is stored as the lower limit of the received signal, and the middle of the upper limit and the lower limit is set as the reference comparison voltage. do.
  • the start signal is provided to the pulse generator 42 to generate a pulse for measurement, and an internal timer is started, and the comparator 48 compares the received signal with the reference comparison voltage to generate a stop signal.
  • the timer value is read to calculate the time from the application of the pulse to the reception of the reflected wave (elastic wave).
  • the pulse generator 42 is composed of a multi-stage double-circuit circuit and generates a pulse of a predetermined magnitude when the start signal is transmitted from the MPU 41 to generate a pulse in the probe shaft 30 through the pulse applying unit 43. Apply a pulse to.
  • the amplifier 45 receives and amplifies the reflected wave (elastic wave) signal transmitted through the magnetostriction in the probe shaft after receiving the pulse from the reflected wave receiver 44, and the band pass filter 46 removes unnecessary band noise first.
  • the comparator 48 compares the filtered received signal with the comparison voltage and transfers the comparison result to the MPU 41 as a stop signal. Accordingly, the MPU 41 can calculate the time from the start of the internal timer to the start signal and the time to the end of the timer using the stop signal, and calculate the time from the application of the pulse to the reception of the reflected wave.
  • the comparison voltage generator 47 selects one of a plurality of comparison voltages under the control of the MPU 41 and outputs it to the comparator 48, and the communication unit 49 uses a display device or an external host device (wired or wireless). Communication between the processor 41 and the processor 41). That is, the measurement result data provided by the MPU 41 may be transmitted to the display device (not shown) for display.
  • the tapered tubular area flow meter 1 using the distance measurement of the magnetic distortion method according to the present invention configured as described above has a probe shaft 30 for measuring the position of the float 20 whose height is changed in the vertical direction according to the flow rate. After applying a pulse to the magnetostriction of the magnetic field to generate a magnetic field in the axial direction, after receiving the elastic wave generated at the intersection with the permanent magnet 22 of the float 20 to emit a pulse (Pulse) on the magnetostriction The flow rate is calculated after measuring the position of the float 20 by measuring the time until the propagated elastic wave is received.
  • FIG. 5 is an embodiment of a tapered tube type area flow meter using distance measurement of the magnetic distortion method according to the present invention.
  • the inlet 102 and the outlet 104 are lined up, and the flange 106a is disposed at the inlet 102 and the outlet 104.
  • And 106b are formed so as to be mounted perpendicular to the pipe through which the fluid passes, so as to measure the flow rate.
  • the taper pipe 110 is stably supported by being fastened by a bolt and nut by the support rod 108, and the probe shaft 120 and the probe shaft 120 having the magnetostriction line 122 built into the inner space of the taper pipe 110.
  • the float 130 is inserted into the 120 and flows up and down on the shaft 120 in accordance with the flow of the fluid.
  • the float 130 includes a permanent magnet 132, and a pulse applying device 142 for applying a pulse and a receiver 144 for receiving an acoustic wave are disposed at the upper end 140 of the probe shaft 130. Is connected to the external control box 200 and four wires.
  • the control box 200 installed on the outside of the tapered pipe 110 applies a pulse to the magnetostriction line 122 and then processes the signal received from the receiver 144 to calculate the height (distance) of the float 130.
  • the magnetic distortion circuit unit 210 for measuring the flow rate by converting it into a flow rate value, a text LCD 220 for displaying the flow rate data measured by the magnetic distortion circuit unit 210, and a magnetic distortion circuit unit 210.
  • a communication unit 240 for transmitting the flow rate data measured by the magnetic distortion circuit unit 210 to a remote location.
  • the communication unit 240 transmits the data measured using the wired / wireless signal to the dedicated display device 300, and accordingly, the dedicated display device 300 may display information such as the measured flow rate in the management center.
  • FIG. 6 is another embodiment of a tapered tubular area flow meter using distance measurement of the magnetic distortion method according to the present invention.
  • each flow meter 100-1 to 100 -N and an integrated display device 400 are provided. Can be displayed by connecting to the wired / wireless communication means.
  • the integrated display device 400 includes a communication unit 410 for communicating with each of the distributed flowmeters 100-1 to 100-N, an operation unit 440 for inputting an operation, and each flowmeter 100-1 to 100-N.
  • LCD 430 for displaying the measured value, the printer 450 for printing the measured value, and the CPU 420 for controlling the overall operation are received from each flow meter (100-1 ⁇ 100-N)
  • the measured value is displayed on the LCD 430 or printed by the printer 450 in a selected manner according to the input of the operation unit 440.
  • Tapered tubular area flow meter using distance measurement of the magnetic distortion method according to the present invention is high precision by applying the magnetic distortion method to the position measurement of the float, it is possible to measure the flow rate at a low cost using a simple mechanical structure.
  • the height of the float can be accurately measured with the distance measurement accuracy as 0.1 mm and the measurement interval as 0.1 second, the flow rate can be measured accurately.
  • the tapered tubular area flow meter using distance measurement of the magnetic distortion method measures the position of the float by applying the magnetic distortion method, so that the measured value is provided as an electrical signal and can be used in various fields such as process control.

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Abstract

본 발명은 자기왜곡 방식으로 플로트 높이를 측정하여 유량을 정확하게 측정할 수 있는 테이퍼관형 면적식 유량계에 관한 것이다. 본 발명에 따른 자기왜곡방식의 거리측정을 이용한 테이퍼관형 면적식 유량계(1)는, 하방에 유입구를 갖고 상방에 유출구를 가지며 하측으로 갈수록 지름이 작아지도록 테이퍼진 형상의 테이퍼관(10)과, 자석이 내장되어 있고, 상기 테이퍼 관내의 유량에 따라 높이가 가변되는 플로트(20)와, 자왜선이 내장되어 있고, 상기 테이퍼 관 내에 설치되어 상기 플로트의 위치를 자기왜곡방식으로 감지하기 위한 프로브 샤프트(30)와, 상기 프로브 샤프트에 펄스를 인가한 후 상기 플로트에서 반사된 신호를 수신하여 상기 플로트의 위치를 측정한 후 플로트 위치로부터 유량을 산출하는 자기왜곡방식의 거리측정부(40)로 구성된다. 본 발명에 따른 자기왜곡방식의 거리측정을 이용한 테이퍼관형 면적식 유량계는 플로트의 위치 측정에 자기왜곡 방식을 적용하여 정밀도가 높고, 간단한 기계적 구조를 사용하여 유량을 정확하게 측정할 수 있으며, 측정값을 전기적인 신호로 제공하여 공정제어 등 다양한 분야에 사용할 수 있는 장점이 있다.

Description

자기왜곡방식의 거리측정을 이용한 테이퍼관형 면적식 유량계
본 발명은 테이퍼관형 면적식 유량계에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자기왜곡 방식으로 플로트 높이를 측정하여 유량을 정확하게 측정할 수 있는 자기왜곡방식의 거리측정을 이용한 테이퍼관형 면적식 유량계에 관한 것이다.
일반적으로, 액체나 기체의 유량을 측정하는데 사용되는 유량계는 다양한 형태의 것들이 사용되고 있는데, 그중 테이퍼관형 면적 유량계는 구조가 간단하면서도 유량계의 캘리브레이션(calibration)에 이용할 정도로 정밀도가 높으나 측정값을 전기적인 신호로 생성할 수 없어 측정값을 눈금으로 나타내는 현장 지시계를 통해 육안으로 유량을 확인하는 분야로 활용성이 제한되어 있었고, 공정 제어용 유량제어시스템에는 활용될 수 없었다.
차압 유량계는 유체의 유동통로가 고정되어 있으며, 조임기구 상하류에서 측정된 차압이 유량과의 함수관계를 가지고 있으나 면적식 유량계는 유체의 통로가 유량에 따라 변할 수 있는 구조로 되어 있기 때문에 플로트 상하의 압력차가 항상 일정하게 유지된다. 즉, 면적식 유량계에서는 유체가 흐르는 유로의 면적 변화가 유량의 함수이기 때문에 테이퍼관을 사용하면 유량과 유로면적 변화를 선형적인 관계로 만들수 있다.
테이퍼관형 면적식 유량계는 여러 종류가 있으나 가장 간단한 형태의 테이퍼관형 면적식 유량계(50)는 도 1에 도시된 바와 같이, 유입구(53)와 유출구(54)가 형성된 테이퍼진 투명한 유리 또는 플라스틱 관(51)과, 관내를 수직으로 움직이는 플로트(52)로 구성되어 있다. 도 1을 참조하면, 테이퍼관형 면적식 유량계(50)는 상부 방향이 넓고 하부 방향이 좁은 테이퍼(Taper)관(51)을 수직으로 세워 설치하면, 플로트(Float;52)가 관내를 수직으로 움직이는데, 유체가 Taper관(51) 내부를 아래에서 위로 흐를 때 유량에 비례하여 Float(52)가 상승하게 된다. 이와 같은 동작은 유체의 흐름이 Float(52)에서 조임기구 역할을 하여 Float(52) 전후에는 차압이 발생하기 때문이다. Float(52)가 상승을 하게 되면 Taper관(51)의 면적이 넓어지고 차압이 줄어들어 Float(52)의 무게와 BALANCE가 되는 지점에서 Float(52)가 평형을 이루어 도 1에 도시된 바와 같이 정지하게 된다.
그리고 플로트(52)의 수직이동 위치에 따라 결정되는 Taper관(51)의 유통 단면적과 유량은 비례관계가 성립되므로, Float(52)의 수직 이동 위치를 검출하여 유량을 측정한다. 예컨대, 대한민국 등록특허공보(B1)에 등록번호 제10-0650526호로 공고된 종래기술에는 유입구와 유출구를 갖는 테이퍼관 안에 플로트가 배치된 통상의 면적식 유량계가 개시되어 있다.
또한 공개특허공보(A)에 공개번호 특2002-0006138호로 공개된 플로트형 면적식 유량계는 하측으로 갈수록 지름이 좁아지고 하단은 유로의 입구와 연통하며 상단은 유로의 출구와 연통하는 테이퍼 유로부를 갖는 본체와, 이 본체의 테이퍼 유로부내에 수용되며 유량에 따라 수직으로 이동하는 플로트와, 본체의 테이퍼 유로부 상측에 장착되고 그로부터 플로트까지의 거리와 유량간의 관계 데이타가 입력되며 플로트의 위치를 측정하여 거리-유량 관계 데이타로부터 유량을 산출하여 출력하는 거리측정기로 구성되는데, 거리측정기는 테이퍼 유로부의 직상부에 위치하여 그와 플로트간의 거리를 측정하며 측정값을 전기적 신호로 출력하는 레이저 또는 초음파 센서를 포함하고 있다.
종래의 대부분의 테이퍼관형 면적식 유량계는 플로트의 높이를 유리관을 통하여 관측할 수 있는 눈금으로 표시하는 방식이므로 정확한 유량의 산출이 어려웠고, 전기적인 신호로 검출하는 방식에서는 플로트의 위치를 측정하기 위한 센서로서 레이저 혹은 레이다 센서나 초음파 센서를 사용하는 방식이 제안된 바 있으나 정밀 측정이 어려워 상품화되지 못하고 있다.
즉, 레이다나 레이저 방식의 거리측정 기술은 극초단파를 사용하는데, 전파의 특성상 펄스를 발사한 후 목표물에서 반사되어 돌아오는 시간이 너무 짧기 때문에 50 ㎝ 이하의 짧은 거리 측정에는 부적당하고, 초음파 방식의 거리측정 기술은 전파의 특성상 굴절 및 회절이 심하고, 전파 매질에 따른 전파속도가 일정하지 않기 때문에 측정 오차가 커 적용할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 자기왜곡 방식으로 플로트 높이를 측정하여 유량을 정확하게 측정할 수 있는 자기왜곡방식의 거리측정을 이용한 테이퍼관형 면적식 유량계를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 테이퍼관형 면적식 유량계는, 하방에 유입구를 갖고 상방에 유출구를 가지며 하측으로 갈수록 지름이 작아지도록 테이퍼진 형상의 테이퍼관; 자석이 내장되어 있고, 상기 테이퍼 관내의 유량에 따라 높이가 가변되는 플로트; 자왜선이 내장되어 있고, 상기 테이퍼 관 내에 설치되어 상기 플로트의 위치를 자기왜곡방식으로 감지하기 위한 프로브 샤프트; 및 상기 프로브 샤프트에 펄스를 인가한 후 상기 플로트에서 반사된 신호를 수신하여 상기 플로트의 위치를 측정한 후 플로트 위치로부터 유량을 산출하는 자기왜곡방식의 거리측정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 면적식 유량계는 본체에 유량을 직접 표시하거나 상기 거리측정부의 측정 데이터를 전기적인 신호로 외부로 전송하는 것이고, 상기 자기왜곡방식의 거리측정부는, 시작신호에 따라 소정의 펄스를 발생하여 상기 프로브 샤프트에 인가하는 펄스 발생기와, 상기 프로브 샤프트로부터 상기 펄스에 기인한 반사파신호를 수신하는 반사파 수신수단과, 상기 반사파 수신수단을 통해 수신된 신호와 소정의 비교전압을 비교하여 정지신호를 출력하는 비교기와, 제어신호에 따라 상기 비교기에 비교전압을 제공하는 비교전압 발생부와, 측정이 요구되면, 상기 비교전압 발생부를 제어하여 제1전압을 비교전압으로 제공하게 하고 상기 펄스 발생기에 시작신호를 제공하여 펄스를 발생하게 함과 아울러 내부의 타이머를 개시하고 상기 비교기의 출력에 따라 수신데이터를 구해 수신신호가 없으면 비교전압을 낮추도록 제어하여 펄스 인가 및 수신과정을 반복하여 수신신호가 최초로 검출되면 그때의 비교전압을 수신신호의 상한값으로 저장하고, 다시 비교전압을 낮추면서 펄스 인가 및 수신과정을 반복하여 수신신호의 펄스폭이 소정값 이상이 되면 그때의 비교전압을 수신신호의 하한값으로 저장한 후 상한값과 하한값의 중간을 기준 비교전압으로 설정하고, 상기 기준 비교전압이 설정되면 측정을 위해 상기 펄스 발생기에 시작신호를 제공하여 펄스를 발생하게 함과 아울러 내부의 타이머를 개시하고 상기 비교기가 수신신호와 기준 비교전압을 비교하여 정지신호를 출력하면 타이머값을 읽어 펄스인가 후 반사파 수신까지의 시간을 구하고 이로부터 액면의 높이를 산출하는 마이크로프로세서를 구비한 것이다.
상기 자기왜곡방식 거리측정부는 측정 데이터를 송신하기 위한 통신부를 더 구비하고, 상기 마이크로 프로세서는 액면 높이로부터 유량을 산출하고, 온도센서로부터 온도를 입력받아 순(NET) 유량으로 환산하여 상기 통신부를 통해 외부로 전송할 수도 있다.
도 1은 종래의 테이퍼관형 면적식 유량계를 도시한 개략도,
도 2는 본 발명에 적용되는 자기왜곡방식의 거리측정을 설명하기 위한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 자기왜곡방식의 거리측정을 이용한 테이퍼관형 면적식 유량계를 도시한 개략도,
도 4는 도 3에 도시된 자기왜곡방식 거리측정부의 구성 블럭도,
도 5는 본 발명에 따른 자기왜곡방식의 거리측정을 이용한 테이퍼관형 면적식 유량계의 실시예,
도 6은 본 발명에 따른 자기왜곡방식의 거리측정을 이용한 테이퍼관형 면적식 유량계의 다른 실시예이다.
본 발명과 본 발명의 실시에 의해 달성되는 기술적 과제는 다음에서 설명하는 본 발명의 바람직한 실시예들에 의하여 보다 명확해질 것이다. 다음의 실시예들은 단지 본 발명을 설명하기 위하여 예시된 것에 불과하며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.
도 2는 본 발명에 적용되는 자기왜곡방식의 거리측정을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 본 발명에 따른 자기왜곡방식의 거리측정을 이용한 테이퍼관형 면적식 유량계는 테이퍼(Taper) 관 형태의 면적식 유량계의 플로트 거리측정에 자기왜곡(magnetostrictive) 방식을 적용하여 플로트의 높이를 저비용으로 정확하게 측정할 수 있도록 한 것이다. 즉, 테이퍼 관 형태의 면적식 유량계는 정밀도가 높아 유량계의 캘리브레이션에 적용할 정도이나 측정값을 전기적인 신호로 생성할 수 없으므로 육안으로 유량을 확인하는 분야로 사용이 제한되었으나 본 발명에서는 테이퍼 관내의 플로트 위치를 자기왜곡방식으로 정확하게 측정하고 측정값을 전기적인 신호로 제공하여 공정제어 등 다양한 분야에 사용할 수 있도록 한 것이다.
본 발명에 적용되는 자기왜곡방식 거리측정기술은 자성체 물질에 자계를 가했을 때 탄성파가 발생하는 자기왜곡현상을 이용한 것으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 자왜선(63) 상에 영구자석(64)이 내장된 부표(Float)를 배치하여 횡방향의 자계를 발생시키고, 자왜선(63)에 펄스인가장치(61)로 Pulse를 인가하여 축방향으로 자기장을 발생시키면 영구자석(64)과의 교차 지점에서 탄성파가 발생하는데, Pulse를 발사한 후 자왜선(63) 상으로 전파되는 탄성파가 수신장치(62)로 수신되기까지의 시간을 측정하여 Pulse 인가장치(61)에서부터 영구자석(64)이 내장된 플로트(Float)까지의 거리를 측정하는 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 자기왜곡방식의 거리측정을 이용한 테이퍼관형 면적식 유량계를 도시한 개략도이고, 도 4는 도 3에 도시된 자기왜곡방식 거리측정부의 구성 블럭도이다.
본 발명의 실시예에 따른 자기왜곡방식의 거리측정을 이용한 테이퍼관형 면적식 유량계(1)는 도 3에 도시된 바와 같이, 테이퍼 관(10)과, 영구자석(22)이 장착된 플로트(20)와, 자왜선이 내장된 프로브 샤프트(30)와, 자기왜곡방식의 거리 측정부(40)로 이루어져 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 면적식 유량계(1)는 하방에 유입구(12)를 갖고 상방에 유출구(14)를 가지며 테이퍼진 형상의 테이퍼 관(10)과, 영구자석(22)이 장착되어 있고 테이퍼 관(10) 내의 유량에 따라 높이가 가변되는 플로트(20)와, 자왜선이 내장되어 있고 테이퍼 관(10) 내 중앙에 설치되어 플로트(20)의 위치를 자기왜곡방식으로 감지하기 위한 프로브 샤프트(30)와, 프로브 샤프트(30)에 펄스를 인가한 후 플로트(20)에서 반사된 신호를 수신하여 플로트(20)의 위치를 측정하여 유량을 산출하는 자기왜곡방식의 거리측정부(40)로 구성된다. 여기서, 거리측정부(40)는 측정 유량값을 본체(1)에서 바로 표시하거나 통신포트를 통해 외부에 전기적인 신호로 제공하여 외부의 LCD에 디스플레이하거나 공정제어 등 다른 용도로 사용할 수 있다.
또한 플로트(20)는 기존 테이퍼관형 면적식 유량계의 플로트를 그대로 사용하면서 내부에 원통형 영구자석(22)을 내장한 구조로 구현할 수 있다.
그리고 자기왜곡방식의 거리측정부(40)는 도 4에 도시된 바와 같이, MPU(41)와, 펄스 발생기(42), 펄스인가부(43), 반사파 수신부(44), 증폭기(45), 대역통과필터(BPF:46), 비교전압발생부(47), 비교기(48), 및 통신부(49)로 이루어져 있다.
도 4를 참조하면, MPU(41)는 CPU 코어와 내장 타이머, EEPROM, 디지털 입출력단자, 아날로그 입출력단자 등을 구비하고 있으며, 본 발명에 따른 측정 소프트웨어를 실행한다. 즉, MPU(41)는 측정이 요구되면, 비교전압 발생부(47)를 제어하여 제1전압을 비교전압으로 제공하게 하고 펄스 발생기(42)에 시작신호를 제공하여 펄스를 발생하게 함과 아울러 내부의 타이머를 개시한다. 그리고 MPU(41)는 비교기(48)의 출력에 따라 수신데이터를 구해 수신신호가 없으면 비교전압을 낮추도록 제어하여 펄스 인가 및 수신과정을 반복하여 수신신호가 최초로 검출되면 그때의 비교전압을 수신신호의 상한값으로 저장한다. 그리고 다시 비교전압을 낮추면서 펄스 인가 및 수신과정을 반복하여 수신신호의 펄스폭이 소정값 이상이 되면 그때의 비교전압을 수신신호의 하한값으로 저장한 후 상한값과 하한값의 중간을 기준 비교전압으로 설정한다. 기준 비교전압이 설정되면 측정을 위해 펄스 발생기(42)에 시작신호를 제공하여 펄스를 발생하게 함과 아울러 내부의 타이머를 개시하고 비교기(48)가 수신신호와 기준 비교전압을 비교하여 정지신호를 출력하면 타이머값을 읽어 펄스인가 후 반사파(탄성파) 수신까지의 시간을 구하고 이로부터 액면의 높이를 산출한다.
펄스 발생기(42)는 다단의 배전압회로로 구성되어 MPU(41)로부터 시작(Start)신호가 전달되면 소정 크기의 펄스를 발생하여 펄스 인가부(43)를 통해 프로브 샤프트(30)내 자왜선에 펄스를 인가한다.
증폭기(45)는 펄스인가 후 프로브 샤프트 내의 자왜선을 통해 전달되는 반사파(탄성파) 신호를 반사파 수신부(44)로부터 전달받아 증폭하고, 대역통과필터(46)는 불필요한 대역의 잡음을 일차 제거하며, 비교기(48)는 필터링된 수신신호를 비교전압과 비교하여 비교결과를 정지(Stop)신호로서 MPU(41)로 전달한다. 이에 따라 MPU(41)는 시작신호로 내부의 타이머를 기동시킨 후 정지신호로 타이머 종료까지의 시간을 구해, 펄스인가 후 반사파 수신까지의 시간을 산출할 수 있다.
비교전압 발생부(47)는 MPU(41)의 제어에 따라 다단의 비교전압 중 하나를 선택하여 비교기(48)로 출력하고, 통신부(49)는 유선이나 무선으로 디스플레이장치나 외부 호스트장치(도시 생략함)와 프로세서(41) 사이에 통신을 수행한다. 즉, MPU(41)가 제공하는 측정결과 데이터를 도시 생략된 디스플레이장치로 전송하여 표시할 수도 있다.
이와 같이 구성되는 본 발명에 따른 자기왜곡방식의 거리측정을 이용한 테이퍼관형 면적식 유량계(1)는 유량에 따라 수직방향으로 높이가 가변되는 플로트(20)의 위치를 측정하기 위해 프로브 샤프트(30)의 자왜선에 펄스를 인가하여 축방향으로 자기장을 발생시킨 후, 플로트(20)의 영구자석(22)과의 교차 지점에서 발생되는 탄성파를 수신하여 펄스(Pulse)를 발사한 후 자왜선 상으로 전파되는 탄성파가 수신되기까지의 시간을 측정하여 플로트(Float;20)의 위치를 측정한 후 유량을 산출한다.
도 5는 본 발명에 따른 자기왜곡방식의 거리측정을 이용한 테이퍼관형 면적식 유량계의 실시예이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 테이퍼관형 면적식 유량계(100)는 유입구(102)와 유출구(104)가 일렬로 되어 있고, 유입구(102)와 유출구(104)에 플렌지(106a,106b)가 각각 형성되어 유체가 통과하는 관에 수직으로 장착되어 유량을 측정할 수 있도록 되어 있다. 테이퍼관(110)은 지지봉(108)에 의해 볼트와 너트방식으로 체결되어 안정적으로 지지되고, 테이퍼관(110)의 내부 공간에는 자왜선(122)이 내장된 프로브 샤프트(120)와 프로브 샤프트(120)에 끼워져 유체의 흐름에 따라 샤프트(120)를 타고 상하로 유동하는 플로트(130)가 배치되어 있다. 플로트(130)에는 영구자석(132)이 내장되어 있고, 프로브 샤프트(130)의 상단(140)에는 펄스를 인가하기 위한 펄스 인가장치(142)와 탄성파를 수신하기 위한 수신장치(144)가 배치되어 외부의 컨트롤 박스(200)와 4개의 선으로 연결되어 있다.
테이퍼관(110)의 외측에 설치된 콘트롤 박스(200)는 자왜선(122)에 펄스를 인가한 후 수신장치(144)로부터 수신된 신호를 처리하여 플로트(130)의 높이(거리)를 계산하고 이를 유량값으로 환산하여 유량을 측정하는 자기왜곡방식 회로부(210)와, 자기왜곡방식 회로부(210)에 의해 측정된 유량 데이터를 문자로 표시하기 위한 문자형 LCD(220), 자기왜곡방식 회로부(210)에 의해 측정된 유량 데이터를 그래픽으로 표시하기 위한 그래픽형 LCD(230), 자기왜곡방식 회로부(210)에 의해 측정된 유량 데이터를 원격지로 송신하기 위한 통신부(240)가 내장되어 있다. 통신부(240)는 유/무선 신호를 이용하여 측정된 데이터를 전용디스플레이장치(300)로 전송하고, 이에 따라 전용디스플레이장치(300)는 측정된 유량 등의 정보를 관리센터 등에서 표시할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 자기왜곡방식의 거리측정을 이용한 테이퍼관형 면적식 유량계의 다른 실시예이다.
도 6을 참조하면, 공정제어나 동시 처리를 위해 다수의 유량계(100-1~100-N)가 분산 설치되어 있는 경우에는 각 유량계(100-1~100-N)와 통합표시장치(400)를 유/무선 통신수단으로 연결하여 통합 표시할 수 있다.
통합표시장치(400)는 분산 설치된 각 유량계(100-1~100-N)와 통신하기 위한 통신부(410)와, 조작을 입력하기 위한 조작부(440), 각 유량계(100-1~100-N)의 측정값을 표시하기 위한 LCD(430), 측정값을 인쇄하기 위한 프린터(450), 전체동작을 제어하기 위한 CPU(420)로 구성되어 각 유량계(100-1~100-N)로부터 수신된 측정값을 조작부(440)의 입력에 따라 선택된 방식으로 LCD(430)에 표시하거나 프린터(450)로 인쇄한다.
이상에서 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
본 발명에 따른 자기왜곡방식의 거리측정을 이용한 테이퍼관형 면적식 유량계는 플로트의 위치 측정에 자기왜곡 방식을 적용하여 정밀도가 높고, 간단한 기계적 구조를 사용하여 적은 비용으로 유량을 측정할 수 있다. 예컨대, 본 발명의 실시예에 따르면, 거리측정 정밀도를 0.1 mm로 하고, 측정 간격을 0.1초로 하여 정확하게 플로트의 높이를 측정을 할 수 있으므로 유량을 정밀하게 측정할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 자기왜곡방식의 거리측정을 이용한 테이퍼관형 면적식 유량계는 자기왜곡방식을 적용하여 플로트의 위치를 측정하기 때문에 측정값을 전기적인 신호로 제공하여 공정제어 등 다양한 분야에 사용할 수 있는 장점이 있다.

Claims (5)

  1. 하방에 유입구를 갖고 상방에 유출구를 가지며 하측으로 갈수록 지름이 작아지도록 테이퍼진 형상의 테이퍼 관;
    영구자석이 내장되어 있고, 상기 테이퍼 관내의 유량에 따라 높이가 가변되며 중앙에 관통홀이 형성된 플로트;
    자왜선이 내장되어 있는 봉 형상으로, 상기 테이퍼 관 내에서 상기 플로트의 관통홀을 통과하여 수직으로 설치되어 상기 플로트의 위치를 자기왜곡방식으로 감지하기 위한 프로브 샤프트; 및
    상기 프로브 샤프트에 펄스를 인가한 후 상기 플로트의 영구자석에서 반사된 신호를 수신하여 상기 플로트의 위치를 측정한 후 플로트 위치로부터 유량을 산출하는 자기왜곡방식의 거리측정부를 포함하여
    테이퍼(Taper) 관 형태의 면적식 유량계의 플로트 위치 측정에 자기왜곡(magnetostrictive) 방식을 적용하여 플로트의 높이를 정확하게 측정할 수 있는 것을 특징으로 하는 자기왜곡방식의 거리측정을 이용한 테이퍼관형 면적식 유량계.
  2. 제1항에 있어서, 상기 면적식 유량계는
    본체에 유량을 직접 표시하거나 상기 거리측정부의 측정 데이터를 전기적인신호로 외부로 전송하는 것을 특징으로 하는 자기왜곡방식의 거리측정을 이용한 테이퍼관형 면적식 유량계.
  3. 제1항에 있어서, 상기 자기왜곡방식의 거리측정부는,
    시작신호에 따라 소정의 펄스를 발생하여 상기 프로브 샤프트에 인가하는 펄스 발생기와,
    상기 프로브 샤프트로부터 상기 펄스에 기인한 반사파신호를 수신하는 반사파 수신수단과,
    상기 반사파 수신수단을 통해 수신된 신호와 소정의 비교전압을 비교하여 정지신호를 출력하는 비교기와,
    제어신호에 따라 상기 비교기에 비교전압을 제공하는 비교전압 발생부와,
    측정이 요구되면, 상기 비교전압 발생부를 제어하여 제1전압을 비교전압으로 제공하게 하고 상기 펄스 발생기에 시작신호를 제공하여 펄스를 발생하게 함과 아울러 내부의 타이머를 개시하고 상기 비교기의 출력에 따라 수신데이터를 구해 수신신호가 없으면 비교전압을 낮추도록 제어하여 펄스 인가 및 수신과정을 반복하여 수신신호가 최초로 검출되면 그때의 비교전압을 수신신호의 상한값으로 저장하고, 다시 비교전압을 낮추면서 펄스 인가 및 수신과정을 반복하여 수신신호의 펄스폭이 소정값 이상이 되면 그때의 비교전압을 수신신호의 하한값으로 저장한 후 상한값과 하한값의 중간을 기준 비교전압으로 설정하고, 상기 기준 비교전압이 설정되면 측정을 위해 상기 펄스 발생기에 시작신호를 제공하여 펄스를 발생하게 함과 아울러 내부의 타이머를 개시하고 상기 비교기가 수신신호와 기준 비교전압을 비교하여 정지신호를 출력하면 타이머값을 읽어 펄스인가 후 반사파 수신까지의 시간을 구하고 이로부터 액면의 높이를 산출하는 마이크로프로세서를 구비한 것을 특징으로 하는 자기왜곡방식의 거리측정을 이용한 테이퍼관형 면적식 유량계.
  4. 제3항에 있어서, 상기 자기왜곡방식 거리측정부는
    측정 데이터를 전송하기 위한 통신부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 자기왜곡방식의 거리측정을 이용한 테이퍼관형 면적식 유량계.
  5. 제1항에 있어서, 상기 테이퍼 관은
    유입구와 유출구가 일렬로 배치되고, 유입구와 유출구에 플렌지가 형성되어 유체가 흐르는 관에 수직으로 장착되는 것을 특징으로 하는 자기왜곡방식의 거리측정을 이용한 테이퍼관형 면적식 유량계.
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