KR0184673B1 - 열식 유량계(熱式流量計) - Google Patents

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Abstract

열전도성 유관은, 상호간에 어떤 열적 영향도 없게 되도록 그들간에 소정간격으로 유관 주위에 감겨지는 저항선들을 가지는 상류측 및 하류측 감온소자를 가진다.
제어수단은 상류측과 하류측 감온소자간의 온도차를 일정 레벨로 유지하도록 각각의 감온소자의 한끝단에 접지점과 다른끝단에 접속점을 포함하는 브릿지 회로를 제어한다.
그의 온도가 조정 가능한 보조 히이터는 하류측 감온소자 근처의 하류측에서 유관상에 위치된다.
유체의 질량 유량은 하류측 감온소자의 접속점에서 측정되는 전압에 의해서 측정된다.

Description

열식 유량계(熱式 流量計)
제1도는 종래의 열식 유량계의 구성도.
제2도는 제1도에 나타낸 종래의 열식 유량계의 개략 회로 다이어그램.
제3도는 종래의 열식 유량계의 유량출력 특성곡선을 나타내는 도면.
제4도는 본 발명에서 실시된 열식 유량계의 구성도.
제5도는 제4도에서 나타낸 열식 유량계의 개략 회로 다이어그램.
제6도는 본 발명에서 실시된 열식 유량계의 유량출력 특성곡선을 나타내는 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 유관 2 : 상류측 감온소자
3 : 하류측 감온소자 4 : 보조 히이터
5 : 증폭기 6 : NPN형 트랜지스터
7 : 전원공급단자 71: 접속점
72: 접지점 8 : 가열전원단자
9, 91: 접속점 10 : 센서출력단자
11 : 열전도성 유관 15 : 증폭기
16 : 트랜지스터 17 : 전원단자
171: 전원측 접속점 172: 접지점
19, 191: 접속점 193: 단자
S1, S2, S11, S12: 감열 저항선
본 발명은 열식 유량계에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 액체의 소유량을 감지하여 높은 분해력을 가지고, 또한 역류를 감지할 수 있는 열식 유량계에 관한 것이다.
측정될 유체가 유관을 통하여 층류 또는 난류로 흐르는 동안, 흐름의 기초층은 유관의 내벽을 따라 형성된다.
유관이 그위에 감겨지는 감열 저항선에 의해서 가열될 때, 그 열은 유관벽을 통하여, 또한 유체 흐름의 경계층을 통하여 열전도에 의해서 유체내로 전달된다.
유관의 열전도는, 그의 재질의 구성 및 그의 면을 통하여 전도되는 열의 양에 의존하는 변수로써 결정되고, 유체 유량의 경계층의 열전도율은 측정될 유체내의 열의 특정량에 관여하는 값으로써 계산된다.
따라서, 유관의 열전도율은 그의 구성 성분(즉 만들어진 재질)과 관의 직경등과 같은 데이터로부터 계산된다. 또 한편으로는, 유체의 열전도율은 그의 밀도 및 유량비에 의해 결정된다.
열식 유량계는 상기 언급된 작동원리에 기초되는 간단한 질량 유량계로써 사용될 수 있고, 유체의 흐름을 방해함이 없이 공지된 종류의 유체의 질량 유량을 측정할 수 있다.
종래의 열식 유량계는, 상호간에 어떤 열적 영향도 없도록 그들 간에 소정간격으로 관 주위에 감겨진 저항선을 가지는 상류측 및 하류측 감온소자가 마련된 열전도성 유관과, 일정수준으로 상류측 및 하류측 감온소자들 사이의 온도차를 유지하도록 각각의 감온소자의 한 끝단에 접지 및 다른 끝단에 접속점을 포함하는 브릿지 회로를 제어하는 제어수단으로 구성되고, 하류측 감온소자의 접속점에서 측정되는 전압으로부터 유체 질량 유량을 측정한다.
그러나, 상기와 같은 종래의 열식 유량계는 유량비와 센서출력 사이에 비선형 관계를 가지고, 유량비가 0에 접근하는 유량의 작은 영역에서 작은 경사 및 변극점을 나타내고, 작은 영역에서의 센서출력의 감소된 감도를 표시한다.
본 발명의 목적은, 작은 유량영역에서도 유량에 응답하여 감도좋고, 전체 유량영역에 걸쳐 변극점이 없는 센서출력이 얻어지는 열식 유량계를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 출력신호의 변화로부터 역류를 검지할 수 있는 열식 유량계를 제공하는데에 있다.
제1도는, 종래의 열식 유량계의 구성도이다.
제1도에서, 부호(11)는 작은 직경의 열전도성 유관을 나타내고, 통상, 측정될 유체가 화살표에 의히 지시되는 방향으로 흐르는 스테인레스 강철로 만들어진다.
상기 유관(11)은, 니켈합금 또는 백금으로 만들어진 감열 저항선(S11) 및 (S12)인 상류측 감온소자(21) 및 하류측 감온소자(31)를 가진다. 양 저항선들은 유관 둘레에 감겨지고 상호간에 소정간격으로 떨어져 위치되므로, 어떤 열적영향도 그들 사이에 발생될 수 없다.
상류측 감온소자(21)의 저항(S11)은 하류측 감온소자(31)의 저항(S12)의 것보다 한단계 큰 값을 가진다.
그러므로, 유체를 가열하기 위한 큰 전류는 하류측 감온소자(31)에 공급된다.
제2도는, 상기 언급된 종래의 열식 유량계의 개략적인 회로 다이어그램이다.
저항(S11) 및 (S12)는 접속점(19),(191) 및 접지점(172)을 가지는 브릿지 회로의 2개의 주변을 형성하는 액티브 저항이다.
또한, 브릿지 회로는 저항(R11),(R12) 및 (R13)을 포함한다.
저항(R13)은, 하류측 감온소자(31)가 상류측 감온소자(21)에 대하여 소정 온도차를 가지는 값을 가진다.
브릿지 회로는 직렬 접속저항(R11),(R13),(S11)과 직렬 접속저항(R12),(S12)의 결합으로 구성된다. 접속점(19) 및 (191)은, 증폭기(15)의 반전 및 비반전 회로에 각각 접속된다.
부호(16)는, 콜렉터가 단자(17)에 접속되고, 에미터가 브릿지 회로의 전원측 접속점(171)에 접속되고, 베이스는 증폭기(15)는 출력측에 접속되는 NPN형 트랜지스터로 형성된다. 질량 유량비에 비례하는 센서신호는, 접속점(19)의 전압에 의하여 형성되고 단자(193)로부터 보내진다.
상기 언급된 회로는 증폭기(15) 및 트랜지스터(16)에 신호의 일부를 귀환시켜, 접속점(19) 및 (191)간의 전위차는 대략 0이 되고, 그로 인하여, 상류측 감온소자(21)와 하류측 감온소자(31)간의 온도차는 저항(R13)에 대응하는 일정값으로 유지될 수 있다.
저항(S12)의 양 단자에서의 전압은 온도에서의 차가 일정값을 유지하도록 유체를 가열하기 위해 사용되는 열에 비례하므로, 단자(193)에서의 센서출력은 유체의 질량 유량에 대응한다.
제3도는, 종래의 열식 유량계에 대한 센서출력과 유량비간의 비선형 관계를 나타내는 특성곡선이다.
제3도를 참조하면, 유량 대 센서출력관계의 비를 나타내는 특성곡선이 나타내져 있고, 유량비가 0에 접근하는 유량의 작은 영역내의 변극점 및 작은 경사를 가지고, 그에 의해서 상기 영역내의 센서출력의 감소된 감도를 나타낸다.
이것은 이하로써 설명될 수 있다.
전류는 일정값으로 상류측 감온소자(21)와 온도차를 유지하도록 하류측 감온소자(31)에 공급되므로, 유체의 유량에 의해 전달되는 열은, 유체의 유량비가 감소될 때, 감소되고, 그 결과로 하류측에서의 온도는 상승하고 그로 인하여 저항(S12)을 관통하는 전류의 열은 증가하며, 동시에, 유관의 상류측에서의 온도도 하류측 감온소자(31)로부터 열전도성에 의해서 증가된다.
결과적으로, 하류측 감온소자(31)에 의해서 가열되는 유관부분내로 흐르는 유체는 열전도성에 의해 영향을 받고 하류측 감온소자(31)의 가열전력은, 열이 상기 소자(31)에서 유체 유량에 전달됨으로 인하여 하류측 감온소자(31)의 온도 변화가 감소되는 결과에 의해 감소된다.
상술한 바와같이, 본 발명은 유량의 작은 측정의 영역에서 조차 높게 감지하고, 어떤 변극점도 없이 유량측정의 전 영역을 통하여 높은 센서출력을 얻을 수 있고 또한, 상호간에 열적영향이 없도록, 그들간의 소정간격으로 관주위에 감겨지는 저항선들을 가진 상류측 및 하류측 감온소자가 마련되는 열전도성 유관과, 일정수준으로 상류측 및 하류측 감온소자간의 온도차를 유지하도록 각각의 감온소자의 한끝단에 접지점, 다른끝단에 접속점을 포함하는 브릿지 회로를 제어하는 제어수단과로 구성되고, 하류측 감온소자의 접속점에서 측정되는 전압으로부터 유체의 질량 유량을 측정하고, 그의 온도 조정이 가능하고, 하류측 감온소자 근처의 하류측으로부터 유관상에 위치되는 보조히이터를 가지는 열식 유량계를 제공하도록 만들어졌다.
제4도는, 본 발명의 실시예에 의한 열식 유량계의 구성도이다.
제4도에서, 부호(1)는 통상 스테인레스 강철로 만들어진 세관인 열전도성 유관을 나타내고, 부호(2)는 저항(S1)으로 작용하는 니켈합금 또는 백금으로 만들어지고, 유관(1)의 상류측 주위에 감겨지는 감열센서인 상류측 감온소자를 나타낸다.
부호(3)은, 저항(S2)으로 작용하는 니켈합금 또는 백금으로 만들어지고, 상기 상류측 소자(2)에 열적영향이 없는 충분한 간격으로 상류측 감온소자(2)로부터 분리되어 있는 유관(1)의 하류측 주위에 감겨지는 감열센서인 하류측 감온소자를 형성한다.
부호(4)는 하류측 감온소자(3) 근처의 하류측에서 유관 주위에 감겨지는 저항(H)으로서 작용하는 감열센서로 형성되는 보조 히이터이다. 상류측 감온소자(2)의 저항(S1)은 하류측 감온소자(3)의 저항(S2)보다 한단계 크므로, 유체를 가열하기 위한 전류의 대부분이 감온소자(3)의 하류측을 향하여 흐를 수 있다.
제5도를 참조하면, 본 발명에 따른 열식 유량계의 개략적인 회로 다이어그램을 나타내져 있고, 저항(S1) 및 (S2)는 한끝단에 접지점(72)과 다른끝단에 직렬저항(R3),(R1)(저항 S1에 대한) 및 (R2)(저항 S2에 대한)에 각각 접속되고, 그로 인하여 저항(R1),(R3+S1), (B2) 및 (S2)가 포함되고, 저항(S1) 및 (S2)가 액티브 저항으로써 사용되는 부근에서 브릿지 회로가 구성된다.
이들 저항들은 상류측 감온소자(2)에 대하여 하류측 감온소자(3)에 일정한 온도차를 부여하도록 동작한다. 증폭기(5)는, 반전 입력 및 비반전 입력을 각각 나타내는 2개의 입력 접속점(9) 및 (91)을 가진다.
NPN형 트랜지스터(6)는 전원공급단자(7)에 접속되는 콜렉터와, 브릿지 회로 전원의 접속점(71)에 접속되는 에미터 및 증폭기(5)의 출력측에 접속되는 베이스를 가진다.
가열 전원공급단자(8)에 접속되는 가변 저항기(VR)는 보조 히이터(4)에 공급되는 가열전류를 조정하는데에 사용된다. 센서 출력단자(10)는, 하류측 감온소자를 가열하기 위한 전력에 비례하는 질량 유량을 나타내는 접속점(9)에서의 값을 감지하기 위해 마련된다.
상기 언급된 회로 다이어그램에서 명백한 것과 같이, 상류측 감온소자(2)와 하류측 감온소자(3)간의 온도차는, 브릿지 회로의 접속점(9) 및 (91)를 통하여 증폭기(5)의 입력전압이 신호간에 거의 동일하고, 또한 유량비가 작아서 0에 가까울때, 즉, 유량 측정의 작은 영역에 있을 때, 가감저항은 보조 히이터(4)의 가열전원을 조정하도록 사용되어, 센서출력이 최소로 감소되는 방식으로 트랜지스터를 제어함에 의해서 저항(R1)에 대응하는 일정값으로 유지된다.
가열시, 보조 히이터(4)는, 하류측 감온소자(3)에 공급되는 전력을 감소시키고, 즉, 유관상의 하류측 감온소자(3)의 상류부는 가열되지 않고, 유량의 작은 비로 상류측으로부터 전달되는 열 때문에 그 소자(3)에 상승하는 온도의 가능성은 제거되고, 반대로 상기 소자(3)의 온도는, 유량 유체의 열 흡수율 때문에 하강된다.
그러한 상태에서,브릿지 회로는 공급되는 전력을 증가하도록 작동되어, 센서출력을 증가시킨다.
제6도는, 본 발명에 따른 열식 유량계의 센서출력과 유량간의 관계를 나타낸다. 구해진 특성곡선은, 유체의 유량이 증가할 때, 출력은 평등하게 연속적으로 증가한다.
본 발명에 따른 보조 히이터(4)를 더 포함함에 의해서, 유체의 유량의 역류를 검출하는 것도 가능하게 된다. 즉, 유체가 역류되면, 제4도에서 나타낸 보조 히이터(4)에 의해서 발생되는 열은 하류측 감온소자(3)에 전달되어, 상기 소자(3)의 온도는 상승하고, 브릿지 회로의 입력전압은 상기 회로의 균형작용에 의해서 감소된다.
그로 인하여, 센서출력은 감소된다. 유체의 역류는 센서출력에서의 변화를 감지함에 의해서 검출될 수 있다.
상술한 설명에서 명백한 바와 같이, 본 발명에 따른 열식 유량계에 의하면, 작은 유량영역으로부터 큰 유량영역까지 연속하여 상승하는 출력특성이 얻어지고, 특히 소유량영역에서의 직선성이 개선되었다. 그 결과 유량측정폭이 넓어지고 전기회로상, 직선화 보정도 간단하게 되었다.
또한 출력신호의 변화로부터 역류를 검지하는 것도 가능하게 되고, 보조 히이터를 유관에 감는 것과 같은 간단한 수단에 의해 큰 효과를 낼 수 있다.

Claims (1)

  1. 측정할 수 있는 유체가 통하여 흐르는 것을 허용하는 열전도 유관(1)과; 각각, 유관(1)의 주위에 감겨지고, 상호간에 소정간격으로 떨어져 있는 저항의 감온원으로 구성되어 어떤 열적 영향도 없게 되는 상류측 감온소자(2) 및 하류측 감온소자(3)와; 상기 감온소자들의 일단은 접지점(72)을 가지는 브릿지 회로에 인접하여 각각 접지점에 별도로 접속되며, 상기 브릿지회로는 상기 일단을 각각 분리하도록 접속된 다른 끝단에 접속점(71)(9)(91)을 가지는 것과; 상기 상류측 감온소자와 하류측 감온소자간의 일정한 온도차를 유지하고, 상기 브릿지회로의 전압으로부터 유체의 유량질량을 측정하여 상기 브릿지회로내의 전류를 제어하도록 상기 접속점에 접속된 제어수단을 포함하여 구성되는 열식 유량계에 있어서, 상기 하류측 감온소자(3) 근방의 하류측에 장착되어 가열온도를 조정하는 가변저항기(VR)와 직렬인 보조 히이터(4)를 구성하여, 저유속에서의 유량해상도를 개선하도록 하는 것을 특징으로 하는 열식 유량계.
KR1019910009855A 1990-06-15 1991-06-14 열식 유량계(熱式流量計) KR0184673B1 (ko)

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