KR100748613B1 - Electron flowmeter measurement system in use of multiple change frequency - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래의 전자유량계를 간략히 도시한 예시도이다.1 is an exemplary view briefly showing a conventional electron flow meter.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중변환 주파수를 이용한 전자유량 측정시스템의 구성도이다.2 is a block diagram of an electron flow measurement system using a multiple conversion frequency according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중변환 주파수를 이용한 전자유량 측정시스템의 회로도이다.3 is a circuit diagram of an electromagnetic flow measurement system using a multiple conversion frequency according to an embodiment of the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
10 : 파이프 라인 100 : 마이크로프로세서부10: pipeline 100: microprocessor unit
101 : 방형파생성부 102 : 디지털변환부101: square wave generating unit 102: digital conversion unit
103 : 방형파변환부 104 : 방형파가감부103: square wave conversion unit 104: square wave addition unit
110 : 분주부 120 : 버퍼부110: dispensing unit 120: buffer unit
130 : 트랜지스터 140 : 초단증폭부130: transistor 140: ultra short amplification
150 : 파형정형부 160 : 2차증폭부150: waveform shaping section 160: secondary amplification section
170 : 전압변환부 180 : 코일170: voltage conversion unit 180: coil
190 : 전극190: electrode
본 발명은 다중변환 주파수를 이용한 전자유량 측정시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 파이프 라인에 형성된 코일에 인가되는 방형파 전력의 주파수와 그 세기를 변경할 수 있도록 하여 상수, 하수 및 오폐수의 종류와 상관없이 정확한유량을 측정할 수 있는 다중변환 주파수를 이용한 전자유량 측정시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an electromagnetic flow rate measurement system using a multiple conversion frequency, and more particularly, it is possible to change the frequency and intensity of the square wave power applied to the coil formed in the pipeline to correlate with the types of constant, sewage and wastewater. The present invention relates to an electronic flow rate measurement system using multiple conversion frequencies capable of measuring accurate flow rates without using the present invention.
도 1에 도시한 바와 같이, 일반적인 전자유량계는 폐쇄된 관로의 상부와 하부에 자계 발생용 코일을 붙여 놓고 그 코일에 정방향/역방향의 교번 방형파를 흘리면 자계가 발생하여 자기장이 형성된다. 일정량 이상의 전도도를 갖는 유체가 이 자기장 속을 흐르면서 자속을 끊으면 코일과 직각으로 배치된 전극에 유체의 속도에 비례한 전압이 유기 된다는 패러디 법칙에 의하여 관로 속을 흐르는 유체의 유량을 측정할 수 있는 장치이다. 그때의 유기 전압의 세기는 다음과 같다.As shown in FIG. 1, in a general electromagnetic flowmeter, a magnetic field generating coil is attached to upper and lower portions of a closed pipe, and an alternating square wave in a forward / reverse direction flows to the coil to generate a magnetic field. A device capable of measuring the flow rate of a fluid flowing through a conduit according to the parody law that if a fluid with a certain amount of conductivity flows through this magnetic field and breaks the magnetic flux, a voltage proportional to the velocity of the fluid is induced at an electrode disposed perpendicular to the coil. to be. The intensity of the induced voltage at that time is as follows.
Eo = KㆍBdㆍV (여기서, Eo : 기전력, K : 비례상수, B : 자속밀도, d : 관내경, V : 평균속도)Eo = KBdV (where Eo: electromotive force, K: proportional constant, B: magnetic flux density, d: bore diameter, V: average speed)
유체의 종류에 따라 결정되는 비례상수와 관내경과 자속밀도가 일정하다고 보면 유체의 속도에 따라 기전력이 변한다는 것을 알 수 있다. 이 기전력의 세기를 필요 시간 단위로 적분한 것이 유량이며 상수, 하수, 공업용수, 오수, 폐수의 유량 을 측정하는데 널리 사용되어 왔다. If the proportional constant, tube diameter, and magnetic flux density are determined according to the type of fluid, the electromotive force changes according to the speed of the fluid. The integration of the strength of the electromotive force into the required unit of time is the flow rate, and has been widely used to measure the flow rates of constant, sewage, industrial water, sewage, and wastewater.
종래의 기술에서는 상부코일과 하부코일에 인가되는 방형파 전력은 상용 주파수인 60Hz를 8분주하여 7.5 헤르쯔의 고정 주파수를 사용하며 세기도 고정이었다. 그러나 유체의 종류에 따라 특정 주파수의 에너지를 흡수하기 때문에 측정이 어려운 경우가 빈번히 발생하였다. In the related art, the square wave power applied to the upper coil and the lower coil uses a fixed frequency of 7.5 hertz by dividing the commercial frequency of 60 Hz for 8 minutes and has a fixed intensity. However, it is frequently difficult to measure because of absorbing energy at a certain frequency depending on the type of fluid.
예를 들어 바다 속을 측정하는 경우 고주파는 바닷물에 흡수되기 때문에 저주파 중에서도 바닷물에 흡수되기 어려운 특정 주파수를 사용하는 경우와 같은 이치이다. For example, in the case of measuring in the sea, it is the same as using a specific frequency that is difficult to absorb in seawater because low frequency is absorbed by seawater.
따라서, 고정 주파수를 사용하면 그 주파수의 에너지를 흡수하는 특정한 유체들의 측정이 곤란한 경우가 종종 발생한다. Thus, the use of fixed frequencies often makes it difficult to measure certain fluids that absorb energy at that frequency.
고정 주파수와 관계되는 또 하나의 문제점은 폐쇄된 관로 안에서 펌프에 의하여 흐르던 유체 중에 여러 가지 원인에 의하여 흡입된 공기가 차 있을 경우 물과의 압력 차이로 밀려나가지 않고 약간의 공기층을 형성하는 경우가 있다. 전자파 에너지가 자기장 내에서 유체와 공기를 통과하는 중에 두 물질의 차이에 따라 발생하는 공명 현상을 일으켜 미약하나마 잡음이 되어 올바른 측정을 할 수가 없는 경우가 있다. 동물식물 광물 등 모든 물체는 자기장 내에서 고유의 공명 주파수를 가지며 같은 인체 내에서도 장기별로도 고유의 공명 주파수를 갖는 특성을 응용한 것이 인간의 몸속을 관측하는 핵자기 공명 장치는 이 현상을 이용하는 것임을 잘 알 수 있다.Another problem associated with the fixed frequency is that when the air drawn by the pump in the closed pipeline is filled with air caused by various reasons, there is a case of forming some air layer without being pushed by the pressure difference with water. . As electromagnetic energy passes through a fluid and air in a magnetic field, resonance occurs as a result of the difference between the two materials, which may be weak but noisy, making it impossible to measure correctly. All objects such as animal and plant minerals have their own resonant frequency in the magnetic field, and the application of the characteristic that the resonant frequency is unique for each organ even in the same human body is a nuclear magnetic resonance device that observes the human body. Able to know.
다시 말하자면, 종래 전자유량계는 상수, 하수, 오폐수를 측정함에 있어서 관 내부를 흐르는 유체의 종류에 따라서는 측정이 잘 안되는 경우가 빈번하였다. 그 원인은 유체에 따라서 어떤 특정 주파수의 전자파를 흡수하기 때문이다. 따라서, 상수도 계통의 유체 측정이 무난한 유량계를 가지고 특정 오수, 폐수 또는 공장의 특정 유체에서는 측정이 어려운 실정이었다.In other words, the conventional electron flow meter is often difficult to measure depending on the type of fluid flowing through the tube in the constant, sewage, waste water. This is because some fluids absorb electromagnetic waves at certain frequencies. Therefore, it was difficult to measure the specific fluid in a specific sewage, wastewater, or a factory with a flow meter having a fluid flow meter of a water supply system.
따라서, 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로,Accordingly, the present invention has been made to solve the above conventional problems,
본 발명의 목적은 방형파를 일정 주파수로 고정하지 않고 흡수되지 않는 주파수로 변환하도록 하는데 있다.An object of the present invention is to convert a square wave into a frequency that is not absorbed without being fixed at a constant frequency.
본 발명의 다른 목적은 유체가 어떤 일정한 주파수에 공명하는 것을 막기 위하여 해당 주파수의 ± 상하로 변동된 주파수를 인가하여 주파수의 공명을 막도록 하는데 있다.Another object of the present invention is to prevent the resonance of the frequency by applying a frequency varied up or down of the corresponding frequency in order to prevent the fluid from resonating at a certain frequency.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다중변환 주파수를 이용한 전자유량 측정시스템은,Electromagnetic flux measurement system using a multiple conversion frequency of the present invention for achieving the above object,
전자유량계에 있어서,In the electromagnetic flowmeter,
파이프 라인 내에 흐르는 유체에 자장을 인가하는 코일과;A coil for applying a magnetic field to the fluid flowing in the pipeline;
파이프 라인에 설치 구성되는 전극과;An electrode configured to be installed in the pipeline;
방형파를 생성하고, 2차 증폭부를 통해 입력되는 신호를 디지털 신호로 변환 하고, 2차 증폭부를 통해 입력되는 신호가 미약하면 방형파를 변환시키기 위한 마이크로프로세서부와;A microprocessor unit for generating a square wave, converting a signal input through the secondary amplifier into a digital signal, and converting the square wave when the signal input through the secondary amplifier is weak;
상기 마이크로프로세서부에 전압을 인가하기 위한 전압변환부와;A voltage conversion unit for applying a voltage to the microprocessor unit;
상기 마이크로프로세서부에 의해 생성되는 방형파를 입력받아 분주시키는 분주부와;A divider unit for receiving and dividing a square wave generated by the microprocessor unit;
트랜지스터를 교대로 활성화시키기 위한 버퍼부와;A buffer unit for alternately activating the transistor;
상기 버퍼부의 활성화 신호에 따라 활성화를 실행시키기 위한 트랜지스터와;A transistor for executing activation in accordance with an activation signal of the buffer portion;
인가된 전압이 상기 트랜지스터를 통해 활성화되어 자력선이 발생하며, 전도도를 갖는 유체가 상기 발생된 자력선을 끊을때 전극에 기전력이 유도될 경우 유도된 기전력을 증폭시키기 위한 초단증폭부와;An ultra-short amplification unit for amplifying induced electromotive force when an applied voltage is activated through the transistor to generate magnetic force lines, and electromotive force is induced to an electrode when a fluid having conductivity breaks the generated magnetic force lines;
상기 초단증폭부를 통해 증폭된 파형을 검파하고 정형하기 위한 파형정형부와;A waveform shaping unit for detecting and shaping a waveform amplified by the ultra short amplification unit;
상기 파형정형부에서 정형된 파형을 증폭시키기 위한 2차증폭부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.And a secondary amplifier for amplifying the waveform shaped by the waveform shaping unit.
이때, 상기 마이크로프로세서부는,At this time, the microprocessor unit,
방형파를 생성하기 위한 방형파생성부와,A square wave generator for generating square waves,
2차 증폭부를 통해 입력되는 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 디지털변환부와,A digital converter for converting a signal input through the secondary amplifier into a digital signal,
2차 증폭부를 통해 입력되는 신호가 미약하면 방형파를 변환시키기 위한 방형파변환부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.When the signal input through the secondary amplifier is weak, it characterized in that it comprises a square wave conversion unit for converting the square wave.
또한, 본 발명의 다른 양상에 따라 상기 방형파생성부를 통해 생성된 주파수를 중심으로 ±1% ~ ±2%로 주파수를 가감하기 위한 방형파가감부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.In addition, according to another aspect of the present invention is characterized in that it further comprises a square wave addition unit for adding or subtracting the frequency to ± 1% ~ ± 2% based on the frequency generated by the square wave generation unit.
그리고, 상기 마이크로프로세서부는,And, the microprocessor unit,
상기 코일을 구동시키기 위한 주파수를 특정 주파수로 고정하지 않고 다중 주파수를 인가할 수 있는 것을 특징으로 한다.Multiple frequencies may be applied without fixing the frequency for driving the coil to a specific frequency.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명인 다중변환 주파수를 이용한 전자유량 측정시스템의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the electron flow measurement system using the present invention multiple conversion frequency.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중변환 주파수를 이용한 전자유량 측정시스템의 구성도이다.2 is a block diagram of an electron flow measurement system using a multiple conversion frequency according to an embodiment of the present invention.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명인 다중변환 주파수를 이용한 전자유량 측정시스템은,As shown in Figure 2, the present invention has an electromagnetic flow rate measurement system using a multiple conversion frequency,
전자유량계에 있어서,In the electromagnetic flowmeter,
파이프 라인 내에 흐르는 유체에 자장을 인가하는 코일(180)과;A
파이프 라인에 설치 구성되는 전극(190)과;An
방형파를 생성하고, 2차 증폭부를 통해 입력되는 신호를 디지털 신호로 변환하고, 2차 증폭부를 통해 입력되는 신호가 미약하면 방형파를 변환시키기 위한 마이크로프로세서부(100)와;A
상기 마이크로프로세서부에 전압을 인가하기 위한 전압변환부(170)와;A
상기 마이크로프로세서부에 의해 생성되는 방형파를 입력받아 분주시키는 분 주부(110)와;A
트랜지스터를 교대로 활성화시키기 위한 버퍼부(120)와;A
상기 버퍼부의 활성화 신호에 따라 활성화를 실행시키기 위한 트랜지스터(130)와;A transistor (130) for executing activation according to an activation signal of the buffer unit;
인가된 전압이 상기 트랜지스터를 통해 활성화되어 자력선이 발생하며, 전도도를 갖는 유체가 상기 발생된 자력선을 끊을때 전극에 기전력이 유도될 경우 유도된 기전력을 증폭시키기 위한 초단증폭부(140)와;An applied voltage is activated through the transistor to generate a magnetic force line, and an
상기 초단증폭부를 통해 증폭된 파형을 검파하고 정형하기 위한 파형정형부(150)와;A
상기 파형정형부에서 정형된 파형을 증폭시키기 위한 2차증폭부(160);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.And a
이때, 상기 마이크로프로세서부(100)는,At this time, the
방형파를 생성하기 위한 방형파생성부(101)와,Square
2차 증폭부를 통해 입력되는 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 디지털변환부(102)와,A
2차 증폭부를 통해 입력되는 신호가 미약하면 방형파를 변환시키기 위한 방형파변환부(103)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.When the signal input through the secondary amplification unit is weak, it characterized in that it comprises a square
또한, 본 발명의 다른 양상에 따라 상기 방형파생성부를 통해 생성된 주파수를 중심으로 ±1% ~ ±2%로 주파수를 가감하기 위한 방형파가감부(140)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.In addition, according to another aspect of the present invention is characterized in that it further comprises a
그리고, 상기 마이크로프로세서부는,And, the microprocessor unit,
상기 코일을 구동시키기 위한 주파수를 특정 주파수로 고정하지 않고 다중 주파수를 인가할 수 있는 것을 특징으로 한다.Multiple frequencies may be applied without fixing the frequency for driving the coil to a specific frequency.
상기한 발명을 통해 고정된 특정 주파수로 측정이 불가능한 경우 설정된 프로그램에 의해 자동으로 변경하거나 별도의 조작부(미도시)에 의해 수동으로 변경하여 측정이 가능한 주파수를 선택하여 원활한 측정이 가능하도록 할 수 있게 된다.If the measurement is not possible with a fixed specific frequency through the above-described invention it is possible to change automatically by a set program or manually by a separate control unit (not shown) to select a frequency that can be measured to enable a smooth measurement do.
상기한 시스템을 활용하기 위한 프로그램은 이미 당업자들에게 널리 알려진 기술로서 이에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.The program for utilizing the above system is already well known to those skilled in the art, and a detailed description thereof will be omitted.
한편, 상기 시스템을 통해 찾아진 흡수가 덜되는 주파수를 중심으로 ±1% 정도의 임의의 주파수를 가감함으로써 공명 현상에 따른 잡음을 저감시킬 수 있게 된다.On the other hand, it is possible to reduce the noise due to the resonance phenomenon by adding or subtracting an arbitrary frequency of about ± 1% around the frequency of less absorption found through the system.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중변환 주파수를 이용한 전자유량 측정시스템의 회로도이다.3 is a circuit diagram of an electromagnetic flow measurement system using a multiple conversion frequency according to an embodiment of the present invention.
도 3에 도시한 회로도를 참조하여 본 발명의 동작 원리 및 특성을 상세히 설명하도록 한다.With reference to the circuit diagram shown in Figure 3 will be described in detail the operating principle and characteristics of the present invention.
전압변환부(170)를 통해 인가된 전압을 상기 마이크로프로세서부에서 방형파로 생성하게 되며, 생성된 방형파를 펄스 출력단자를 통해 분주부의 클럭 입력단자에 전달하게 된다. 전달받은 방형파를 분주부에서 8분주하여 버퍼부를 통하여 트랜지스터를 활성화시키게 된다.The voltage applied through the
종래의 전자유량계의 전압은 24V로 고정되어 있었으나, 본원 발명의 전압 변환부를 통해 20V ~ 30V까지 전압 변환이 가능하게 된다.Although the voltage of the conventional electron flow meter is fixed at 24V, voltage conversion from 20V to 30V is possible through the voltage converter of the present invention.
전압 변환을 하는 이유는 자력선의 세기가 전압에 따라 달라지기 때문이다.The reason for the voltage conversion is that the strength of the magnetic lines varies with the voltage.
즉, Q1 PNP 트랜지스터와 Q2 NPN 트랜지스터를 교대로 활성화시키게 된다. 즉, Q1이 활성화되면 전압변환부의 +VCC에서 Q1 에미터로 Q1 에미터에서 콜렉터로 콜렉터에서 R3로 R3에서 하부코일로 하부코일에서 상부코일로 상부코일에서 접지(GND)로 흐르게 되며, Q2가 활성화되면 접지(GND)에서 상부코일로 상부코일에서 하부코일로 하부코일에서 R3로 R3에서 Q2 콜렉터로 Q2 콜렉터에서 에미터로 에미터에서 전압변환부의 -VCC로 흐르게 된다.That is, the Q1 PNP transistor and the Q2 NPN transistor are alternately activated. That is, when Q1 is activated, it flows from + VCC to Q1 emitter to Q1 emitter to collector to collector to R3 to R3 to lower coil to lower coil to upper coil to ground (GND). When activated, it flows from ground (GND) to top coil to top coil to bottom coil to bottom coil R3 to R3 to Q2 collector to Q2 collector to emitter to emitter to voltage converter -VCC.
상기와 같이 동작시킴으로써 상부코일에서 하부코일 방향으로 또는 하부코일에서 상부코일 방향으로 자력선이 발생하며 전도도를 갖는 유체가 이 자력선을 끊을 때 두개의 전극에는 기전력이 유도되며, 그 방향은 플레밍의 오른손 법칙에 따라 형성된다.By operating as described above, magnetic lines are generated from the upper coil to the lower coil direction or from the lower coil to the upper coil direction. When the fluid having conductivity breaks the magnetic lines, electromotive force is induced on the two electrodes, and the direction is the right hand rule of Fleming. Is formed according to.
상기 유도된 기전력을 초단증폭부를 통해 바람직하게는 100배 증폭되고 파형정형부에 의해 검파 및 정형화를 거친 후 2차증폭부를 통해 마이크로프로세서부의 입력단에 인가되어 디지털변환부에 의해 디지털 신호로 변환되게 된다.The induced electromotive force is preferably amplified 100 times through the ultra-short amplification unit, detected and shaped by the waveform shaping unit, and then applied to the input terminal of the microprocessor unit through the secondary amplification unit to be converted into a digital signal by the digital conversion unit. .
유체의 종류에 따라 전극에 유기되어야 할 에너지가 유체에 흡수되면 디지털 신호가 극히 미약하게 되어 측정을 할 수 없으므로 이때에 방형파변환부를 통해 방형파를 바꾸어 흡수되지 않는 주파수를 선택하게 되는 것이다.When the energy to be induced at the electrode is absorbed by the fluid according to the type of fluid, the digital signal becomes extremely weak and cannot be measured. At this time, the square wave is changed by the square wave converter to select a frequency that is not absorbed.
또한, 상기 방형파생성부를 통해 생성된 주파수를 중심으로 ±1% ~ ±2%로 주파수를 가감하기 위한 방형파가감부에 의해 약간의 주파수를 가감하여 공명이 발생하지 못하도록 하여 공명 현상으로 생기는 잡음을 현저히 줄일 수 있는 것이다.In addition, the noise generated by the resonance phenomenon by adding or subtracting a little frequency by the square wave adder for adding or subtracting the frequency by ± 1% to ± 2% around the frequency generated by the square wave generator Can be significantly reduced.
즉, 고유 공명 주파수가 서로 다른 두개의 물질 즉, 물에서 갑자기 공기를 통과할 때 발생하는 잡음을 줄이기 위하여 코일에 인가하는 주파수를 변화시켜 얻어지는 기전력을 본 발명의 시스템을 통과시켜 잡음이 제거된 평균값을 얻을 수 있게 되는 것이다.That is, the average value of noise removed by passing the electromotive force obtained by changing the frequency applied to the coil to reduce the noise generated when suddenly passing air through water in two materials with different natural resonance frequencies, through the system of the present invention. You will get.
이상에서와 같은 내용의 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시된 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. Those skilled in the art to which the present invention pertains as described above may understand that the present invention may be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. Therefore, the above-described embodiments are to be understood as illustrative in all respects and not restrictive.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구 범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the invention is indicated by the following claims rather than the above description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the invention. do.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 다중변환 주파수를 이용한 전자유량 측정시스템은, As described above, the electromagnetic flow rate measurement system using the multiple conversion frequency of the present invention,
하수 또는 오폐수의 유량 측정에 있어서 고정된 특정 주파수로 측정이 안 되는 경우, 자동으로 변경하거나 수동으로 변경하여 측정이 가능한 주파수를 선택하 여 원활한 측정이 가능하도록 하는 효과를 제공하게 된다.In the case of sewage or wastewater flow measurement, if it is not possible to measure at a fixed specific frequency, it can be changed automatically or manually to select a frequency that can be measured to provide a smooth measurement.
또한, 찾아진 흡수가 덜 되는 주파수를 중심으로 ±1% 정도 이내에서의 임의의 주파수를 가감함으로써 공명 현상에 의한 잡음을 저감시킬 수 있는 효과를 제공하게 된다.In addition, by adding or subtracting an arbitrary frequency within ± 1% of the center around the frequency where the found absorption is less, it provides an effect of reducing the noise caused by the resonance phenomenon.
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