KR100205969B1 - 유속 유량의 측정 장치 - Google Patents

Abstract

유속유량을 특정하기 위하여 유입구와 유출구 사이를 실린더로 형성된 차단막이 있고 실린더는 자체 무게 혹은 스프링의 힘에 의하여 유속유량이 발생하지 않으면 통로를 차단하게 된다. 유속유량이 발생하면 유압이 발생하여 실린더를 밀어 올리게 되어 유체 통로를 형성시키면서 실린더 연결축에 구성된 코어의 변위를 얻게 된다. 코어는 원통형 보빈내에 위치하게 되며 보빈에는 1차 코일과 2차 코일 A와 B 가 형성되어 있어 1차 코일에 수 KHz의 전류를 흘리면 코어에 자속이 발생하고 이 자속은 2차 코일 A 와 B에 쇄교하여 각각의 유도 전압을 발생시킨다. 이 유도된 전압 A와 B 를 서로 비교하여 코어의 위치를 판독할 수 있게 된다. 따라서 유속유량의 크기에 따라 코어의 위치가 변하고 비례된 출력 전압을 얻게 된다. 이 전압을 이용하여 유속유량을 측정할 수 있는 발명.

Description

유속 유량의 측정장치

본 발명은 유체의 유입관과 유출관의 사이에 실린더를 설치하고 이의 내부에 차단막의 역할을 하는 밸브를 설치하여 유압에 의해 밸브가 개방될 때 이의 중심에 고정시킨 코어의 변위로서 코일부에서 발생하는 유도전압을 비교하여 유체의 유속과 유량을 측정하는 유속 유량의 측정 장치에 관한 것이다.

종래 많이 상용하고 있는 유량계는 익차(임펠러)의 회전에 의한 회전속도의 측정 또는 회전수의 측정으로 유속 유량을 측정하고 있으나 기계적인 구조상 익차와 관과는 틈이 있고 틈이 있는 만큼 미세하게 유출되는 유량은 측정이 불가능 하였다. 예를 들면, 밸브를 미세하게 열게되면 유체가 익차의 회전을 유방시키지 못하여 계기의 숫자는 계수되지 못하면서 아주 작은 양이나마 유출되는 단점이 있다.

이러한 사실은 대한민국 특허 제82-2254호에서 잘 나타내고 있는데 상기 단점을 해소하기 위하여 이 특허에서는 보정값을 따로 두고 특별한 계산 장치를 부가함으로써 해결하였으나 이는 기계적인 장치없이 보정값에 의한 계산에 의해 측정하므로 정확한 유속 유량을 측정할 수 없는 문제점이 있었다.

본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로 유체의 유입관과 유출관의 사이에 실린더를 설치하여 유압으로 유체 통로를 차단한 밸브가 개방시 코어의 변위에 비례하여 발생한 코일부의 유도전압의 비교로서 유속 유량을 측정할 수 있게 한 것인데 이를 첨부도면에 의거 상술하면 다음과 같다.

제1도는 본발명의 예시 사시도

제2도는 유체의 흐름이 없을 때의 단면도.

제3도는 유체의 흐름이 있을 때의 단면도.

제4도는 제3도의 "A-A"선 단면도.

제5도는 제4도의 YY'선 전개도

제6도는 스프링 토크와 변위거리의 관계그래프

제7도는 코일부의 상세도

제8도는 코어위치와 검출전압의 관계그래프

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 유입관 2: 실린더

3 : 절결부 4 : 유출관

5 : 스프링 6 : 밸브

7 : 1차 코일 8,8' : 2차 코일

9 : 코일부 10 : 연결축

11 : 코어 가,나 : 유체통로

유입관(1)의 출구측에 직교되게 연통설치한 실린더(2)의 절결부(3)에 유출관(4)을 연결 설치하여 그 실린더(2)의 내부에 유입관(1)의 유체통로(가)와 유출관(4)의 유체통로(나)를 자체무게 또는 스프링(5)의 탄성으로 차단하는 밸브(6)를 설치하고 실린더(2)의 상부에는 1차 코일(7)의 외면 좌우 양쪽에 2차 코일(8)(8')을 중첩되게 감은 코일부(9)를 설치하여 유체의 흐름으로 개폐 자재되는 밸브(6)의 연결축(10)에 부착시킨 코어(11)의 변위에 따라 코일부(9)에서 발생하는 유도 전압의 비교로서 유속 유량을 측정하는 구조이다.

이와같이된 본 발명은 유입관(1)에 유체가 유입되어 유압이 발생하면 그 유압은 밸브(6)의 바닥면에 미쳐 밸브(6)를 밀어 올리게 되므로서 유체의 일부가 유체통로(가)를 통해 실린더(2)의 내부로 진입되고 이때 유압은 유입관(1)과 실린더(2)의 내부와 일치하게 되나 밸브(6)의 후되로 인해 유출관(4)측에 유체 통로(나)가 형성되어 유체의 일부가 빠져나가므로서 일부 분산되고 나머지만 실린더(2)와 밸브(6)의 바닥면에 영향을 주게 된다.

이후 후속 유입이 없으면 유체는 유체통로(나)를 통해 유출관(4)으로 빠져나가서 실린더(2)의 유압이 감소되므로 밸브(6)는 자체무게 또는 스프링(5)의 탄성으로 원위치에 다시 전진하여 유입관(1)과 유출관(4)의 유체통로(가)(나)를 통시에 차단하게 되며 이와 반대로 더 큰 유압이 발생하여 실린더(2)에 미치게 되면 밸브(6)는 더 많은 거리를 후퇴하여 길이 방향의 절결부(3)로 구성된 유체통로(나)의 면적을 더욱 크게 넓히게 된다. 결국, 유속 및 유량의 대소에 따라 실린더(2)내의 유압이 증감되어 밸브(6)의 위치를 결정하게 되는 것이다.

제3도의 "A-A"선 단면도를 도시한 제4도와 이의 YY'를 지준하여 실린더(2)를 펼친 제5도의 a와 b는 유체통로(나)의 폭을 결정하는 점이 되고 밸브(6)의 위치에 따라 유체통로(나)의 거리가 결정되어 유체 통로(나)의 면적이 결정되고 밸브(6)의 위치변화는 밸브(6)의 연결축(10)을 통하여 코어(11)의 변위를 얻게되므로 이러한 사실을 종합하여 볼 때, 밸브(6)는 유체의 유속 유량에 비례하여 전진하거나 후퇴하게 되고, 밸브(6)의 변위는 코어(11)의 변위 및 유체종로(나)의 거리와 같으므로 결국 유체통로(나)의 면적은 유속유량에 비례하고 코어(11)의 위치와도 비례한다는 사실을 알 수 있게 된다.

또, 한가지 더 알 수 있는 사실은 실린더(2)의 밸브(6) 자체가 차단막의 역할을 하기 때문에 미세한 유속 유량이라도 밸브(6)의 위치 변화를 유발시키지 않고는 유체통로(가)와 유체 통로(나)를 통과하지 못한다는 사실이다.

그리고, 밸브(6)와 연결축(10) 및 코어(11)의 무게 그리고 스크링(5)의 힘과 실린더(2)의 내벽면의 마찰 계수는 유속 유량에 반비례할 수 있는 요인들이므로 유속 유량이 작은 곳에 사용될 경우는 스프링(5)을 사용하지 않고, 밸브(6)와 연결축(10) 그리고 코어(11)의 무게와 실린더(2)의 내벽면의 마찰계수를 적게 하는 것이 좋으며, 반대로 유속 유량이 큰 곳에 응용될 경우는 스프링(5)을 사용하고, 밸브(6)와 연결축(10) 및 코어(11)의 무게를 늘리면 된다.

다만, 스프링(5)의 토크(TORQUE)는 거리와 어느 정도는 비례하나 일정거리를 초과하여 제5도에서 보는 바와 같이 직선성 한게점을 넘어서면 정비례하지 못하는 특성을 가지고 있으므로 직선성이 좋은 부분만을 사용할 수 있도록 충분히 고려하여야 한다.

한편, 실린더(2)의 상부에 설치된 코일부(9)는 원통형의 보빈(미도시)에 1차 코일(7)을 행정거리, 코일의 굵기 등을 고려하여 임의의 횟수 약 100회 정도로 감고 그위에 중심선으로 부터 좌우에 2차 코일(8)과 2차 코일(8')를 코일 (7)에 대응하여 각 50회씩 양단을 향하여 각각 감아 구성하게 되는데 1차 코일(7)에 임의의 1KHz의 전류를 흘리면 코어(11)내에는 자속이 발생하고, 이 자속이 2차 코일(8)과 2차코일(8')에 쇄교하게 되므로서 2차 코일(8)과 2차 코일(8')에는 코어(11)의 위치 여하에 따라 유도 전압이 각각 발생한다.

2차 코일(8)에 유도되는 접압을 Va, 2코일(8')에 유도되는 전압을 Vb하고 하면, 코어(11)의 중심부가 2차 코일(8)과 2차 코일(8')의 분기선에 위치하게 되면 2차 코일(8)과 2차 코일(8')에 쇄교되는 자 속의 양이 같아져서 Va = Vb가 되고 또한 코어(11)의 위치에 따 Va와 Vb는 서로 반비례하면서 변하게 되므로 OP AMP를 통하여 비교하게 되면(미도시) 제7도에서 보는 바와같이 코어(11)의 위치에 따른 전압 신호를 얻을 수 있게 된다.

유속의 측정은 전술한 바와 같으나 유량은 유속 × 면적 × 시간으로 정의되므로 본 발명은 면적이 고정적인 것이 아니고, 유속에 비례한 면적이기에 이 신호 전압값과 시간만 적용하면 유량을 측정할 수 있게 된다. 이후 이전압 신호를 이용하여 유속 유량이 "0"일 때 전압을 "0"로 하고 유속 유량이 최대값을 가질 때 임의의 전압 10V로 변환시키면 결국 유속 유량의 비례한 출력 전압을 얻을 수 있게 된다.

이 출력 전압은 유속 유량과의 비례는 하나 비직선성을 가지는 요인들이 존재하고 있으므로 표준 유속 유량값과 출력 전압값과의 차이값을 먼저 구하여 이를 보정값으로 대입시키는 일은 이후 문제라 하겟다.

그리고, 여기에 단위 시간과 온도값에 대한 비례 상수 및 보정 계수를 각각 곱하여 적산하면 적산 열량 측정장치로도 사용할 수 있음은 물론이고, 신호값이 아나로그 출력이기 때문에 유속 유량의 제어장치에 효과적으로 대응시킬 수 있다.

이와같이 본 발명은 유체의 흐름에 의해 작동되는 밸브의 개페에 따라 코어의 변위로서 코일부에서 발생하는 유도 전압의 비교에 의거 유체의 유속 유량을 측정하므로 미세한 유속과 유량까지도 정확하게 측정할 수 있는 매우 우수한 발명이다.

Claims (1)

1. 유입관(1)의 출구측에 직교되게 연통설치한 실린더(2)의 절결부(3)에 유출관(4)을 연결 설치하여 그 실린더(2)의 내부에 유입관(1)의 유체통로(가)와 유출관(4)의 유체통로(나)를 자체무게 또는 스프링(5)의 탄성으로 차단하는 밸브(6)를 설치하고 실린더(2)의 상부에는 1차 코일(7)의 외면 좌우 양쪽에 2차 코일(8)(8')을 중첩되게 감은 코일부(9)를 설치하여 유체의 흐름으로 개폐 자재되는 밸브(6)의 연결축(10)에 부착시킨 코어(11)의 변위에 따라 코일부(9)에서 발생하는 유도 전압의 비교로서 유속 유량을 측정하는 유속 유량의 측정 장치.