KR101010055B1 - Disk flow meter and its control method - Google Patents

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Abstract

본 발명은 디스크 유량계 및 그의 제어방법을 제공하기 위한 것으로, 유체가 흐르는 배관에 형성된 유량계 몸체와; 유체가 흐를 때 유체역학적 힘이 작용하도록 상기 유량계 몸체 안에 설치되는 디스크와; 상기 디스크와 디스크 암에 의해 연결된 디스크 축과; 상기 디스크 축에 전달되는 스트레인을 측정하는 스트레인 측정 장치와; 유동방향에 대한 상기 디스크의 경사 각도를 조절하기 위한 디스크 각도 조절 장치와; 토크와 상기 디스크에 대한 기하학적 정보를 통해 상기 스트레인 측정 장치에서 측정한 스트레인을 유량으로 변환하는 유량 검출 장치;를 포함하여 구성함으로서, 배관 내에 유동방향에 대한 경사를 조절할 수 있는 디스크를 설치하고 유체가 흐를 때 디스크 축에 발생하는 토크를 스트레인게이지로 검출하여 유량을 산출할 수 있게 되는 것이다.The present invention provides a disk flow meter and a control method thereof, comprising: a flow meter body formed in a pipe through which a fluid flows; A disk installed in the flowmeter body such that hydrodynamic forces act when the fluid flows; A disk shaft connected by said disk and disk arm; A strain measuring device for measuring strain transmitted to the disk axis; A disc angle adjusting device for adjusting the inclination angle of the disc with respect to the flow direction; Flow rate detection device for converting the strain measured by the strain measuring device to the flow rate through the torque and the geometric information about the disk, comprising a disk that can adjust the inclination of the flow direction in the pipe and the fluid The flow rate can be calculated by detecting the torque generated in the disk shaft as a strain gauge when it flows.

디스크, 유량계, 배관, 경사, 스트레인, 토크 Disc, Flow Meter, Tubing, Slope, Strain, Torque

Description

디스크 유량계 및 그의 제어방법{Disk flow meter and its control method}Disk flow meter and its control method

본 발명은 배관 내에 흐르는 유체의 유량 검출에 관한 것으로, 특히 배관 내에 유동방향에 대한 경사를 조절할 수 있는 디스크를 설치하고 유체가 흐를 때 디스크 축에 발생하는 토크를 스트레인게이지로 검출하여 유량을 산출하기에 적당하도록 한 디스크 유량계 및 그의 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to the detection of the flow rate of the fluid flowing in the pipe, in particular to install a disk that can adjust the inclination of the flow direction in the pipe and to calculate the flow rate by detecting the torque generated in the disk shaft when the fluid flows with a strain gauge Disc flow meter and a control method thereof that are suitable for.

일반적으로 유량계는 배관 내에 흐르는 유체의 유량을 측정하기 위한 장치이다.In general, a flow meter is a device for measuring the flow rate of a fluid flowing in a pipe.

그래서 종래의 차압 측정방식에 의한 유량계는 일정한 크기의 오리피스 플레이트 또는 벤튜리 등을 배관 내에 설치하고 차압을 측정하여 유량을 측정하는 방법이 보편적으로 사용되어 왔다.Therefore, in the conventional flow meter using a differential pressure measurement method, a method of measuring flow rates by installing an orifice plate or a venturi of a constant size in a pipe and measuring a differential pressure has been commonly used.

그러나 이러한 종래 기술의 단점은 유량 범위에 따라 측정범위가 다른 오리피스(또는 벤튜리)와 차압계를 설치해야 하고, 압력을 측정하기 위해 압력공을 배관에 뚫어야 하는 단점이 있다.However, the disadvantage of this prior art has to be provided with an orifice (or venturi) and a differential pressure gauge having a different measuring range according to the flow rate range, there is a disadvantage that a pressure hole must be drilled in the pipe to measure the pressure.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 배관 내에 유동방향에 대한 경사를 조절할 수 있는 디스크를 설치하고 유체가 흐를 때 디스크 축에 발생하는 토크를 스트레인게이지로 검출하여 유량을 산출할 수 있는 디스크 유량계 및 그의 제어방법을 제공하는데 있다.Therefore, the present invention has been proposed to solve the conventional problems as described above, and an object of the present invention is to install a disk that can adjust the inclination of the flow direction in the pipe and the torque generated on the disk shaft when the fluid flows SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a disk flowmeter and a control method thereof, which can detect a strain gauge and calculate a flow rate.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 유량 검출 장치를 포함하는 디스크 유량계의 상부를 도시한 단면도이고, 도 2는 도 1에서 디스크 유량계의 전면을 도시한 단면도이며, 도 3은 도 1의 스트레인 측정 장치에서 스트레인게이지를 부착하는 위치를 설명하기 위한 사시도이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 스트레인게이지가 부착되는 위치를 설명하기 위한 단면도이며, 도 5는 도 1에서 디스크 각도 조절 장치를 도시한 단면도이고, 도 6은 도 1에서 유량 검출 장치의 블록구성도이다.1 is a cross-sectional view showing an upper portion of a disk flow meter including a flow rate detection apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a cross-sectional view showing the front of the disk flow meter in Figure 1, Figure 3 is the strain of Figure 1 4 is a perspective view illustrating a position at which a strain gage is attached to a measuring device, and FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a position at which a strain gage is attached according to another embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a disc angle adjusting device in FIG. 1. 6 is a cross-sectional view of the flow rate detecting apparatus of FIG. 1.

이에 도시된 바와 같이, 유체가 흐르는 배관에 형성된 유량계 몸체(10)와; 유체가 흐를 때 유체역학적 힘이 작용하도록 상기 유량계 몸체(10) 안에 설치되는 디스크(20)와; 상기 디스크(20)와 디스크 암(30)에 의해 연결된 디스크 축(Shaft)(40)과; 상기 디스크 축(40)에 전달되는 스트레인을 측정하는 스트레인 측정 장치(50)와; 유동방향에 대한 상기 디스크(20)의 경사 각도를 조절하기 위한 디스크 각도 조절 장치(60)와; 토크와 상기 디스크(20)에 대한 기하학적 정보를 통해 상기 스트레인 측정 장치(50)에서 측정한 스트레인을 유량으로 변환하는 유량 검출 장치(70);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.As shown therein, the flow meter body 10 formed in the pipe through which the fluid flows; A disk 20 installed in the flowmeter body 10 so that hydrodynamic force acts when the fluid flows; A disk shaft (40) connected by the disk (20) and the disk arm (30); A strain measuring device (50) for measuring strain transmitted to the disk shaft (40); A disc angle adjusting device (60) for adjusting the inclination angle of the disc (20) with respect to the flow direction; And a flow rate detection device 70 for converting the strain measured by the strain measurement device 50 into a flow rate through the torque and the geometric information about the disk 20.

상기 디스크 축(40)은, 상기 디스크 축(40)에 설치되는 스트레인게이지(51, 52, 53, 54)의 방수와 상기 유량계 몸체(10)의 외부로 인출되는 전선으로 인해 야기될 수 있는 밀봉 문제를 최소화 하도록 상기 디스크 축(40)의 일부가 중공축으로 제공되는 것을 특징으로 한다.The disk shaft 40 is sealed due to the waterproofing of the strain gauges 51, 52, 53, and 54 installed on the disk shaft 40 and the wires drawn out of the flowmeter body 10. A portion of the disc shaft 40 is provided as a hollow shaft to minimize the problem.

상기 스트레인 측정 장치(50)는, 상기 디스크 축(40)에 전달되는 토크를 측정할 수 있도록 두 개 또는 네 개의 스트레인게이지(51, 52, 53, 54)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.The strain measuring device 50 is characterized in that it comprises two or four strain gauges (51, 52, 53, 54) to measure the torque transmitted to the disk shaft (40).

상기 스트레인 측정 장치(50)는, 4개 또는 2개의 스트레인게이지(51, 52, 53, 54)가 변형하여 발생한 저항 변화를 감지하기 위해 하프(Half) 또는 풀 브리지(Full Bridge) 형태의 휘스톤 브리지(Wheatstone Bridge)(도면상에 미도시)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.The strain measuring device 50 is a Wheatstone in the form of a half or full bridge to detect a change in resistance caused by deformation of four or two strain gauges 51, 52, 53, and 54. It characterized in that it comprises a bridge (Wheatstone Bridge) (not shown in the figure).

상기 스트레인게이지(51, 52, 53, 54)는, 유체와 접촉하지 않도록 디스크 암(30)의 안쪽 또는 상기 디스크 암(30)과 상기 디스크 축(40) 사이에 부착되는 것을 특징으로 한다.The strain gauges 51, 52, 53, 54 are attached to the inside of the disk arm 30 or between the disk arm 30 and the disk shaft 40 so as not to come into contact with the fluid.

상기 스트레인 측정 장치(50)는, 상기 스트레인게이지(51, 52, 53, 54)와 상기 휘스톤 브리지(Wheatstone Bridge)를 연결해 주는 전선이 상기 디스크 축(40)의 안쪽을 따라 상기 유량계 몸체(10)의 바깥으로 나오도록 배치된 것을 특징으로 한다.The strain measuring device 50 has a wire connecting the strain gauges 51, 52, 53, and 54 to the Wheatstone bridge along the inside of the disk shaft 40 along the flow meter body 10. It is characterized in that it is arranged to come out of.

상기 디스크 각도 조절 장치(60)는, 유량 측정 범위에 따라 상기 디스크(20)의 각도를 조정시킬 수 있도록 레버(63), 스프링(64), 각도 조정핀(65) 및 핸들(66)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.The disc angle adjusting device 60 includes a lever 63, a spring 64, an angle adjusting pin 65, and a handle 66 to adjust the angle of the disc 20 according to the flow rate measuring range. Characterized in that configured.

상기 디스크 각도 조절 장치(60)는, 웜 및 웜기어 또는 베벨기어를 이용하여 구성된 것을 특징으로 한다.The disk angle adjusting device 60, characterized in that configured using a worm and worm gear or bevel gear.

상기 유량 검출 장치(70)는, 상기 스트레인 측정 장치(50)에서 측정한 스트레인에 비례하는 전압을 발생시켜 증폭시키는 전압 발생부(71)와; 상기 전압 발생부(71)에서 발생된 아날로그 전압을 디지털 신호로 변환시키는 아날로그/디지털 변환부(72)와; 상기 아날로그/디지털 변환부(72)의 디지털 신호를 이용하여 상기 디스크(20)에 작용한 유체역학적 힘에 의해 상기 디스크 축(40)에 발생한 토크(Tq)를 산출하는 토크 산출부(73)와; 상기 토크 산출부(73)에서 산출된 토크(Tq)와 유량계의 기하학적 정보 및 유체역학적 토크 계수를 이용하여 유량을 계산하는 유량 연산부(74);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.The flow rate detection device (70) includes: a voltage generator (71) for generating and amplifying a voltage proportional to the strain measured by the strain measurement device (50); An analog / digital converter 72 for converting an analog voltage generated by the voltage generator 71 into a digital signal; A torque calculator 73 for calculating torque Tq generated in the disk shaft 40 by a hydrodynamic force applied to the disk 20 by using the digital signal of the analog / digital converter 72; ; And a flow rate calculator 74 that calculates a flow rate using the torque Tq calculated by the torque calculator 73, the geometric information of the flow meter, and the hydrodynamic torque coefficient.

상기 전압 발생부(71)는, 휘스톤 브리지(Wheatstone Bridge)로부터 발생한 전압 신호를 증폭하기 위한 증폭기(도면상이 미도시)와 안티 앨리어싱(Anti-aliasing) 필터(도면상에 미도시)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.The voltage generator 71 includes an amplifier (not shown) and an anti-aliasing filter (not shown) for amplifying a voltage signal generated from a Wheatstone bridge. Characterized in that configured.

상기 토크 산출부(73)는, 상기 아날로그/디지털 변환부(72)의 디지털 신호와 전단 탄성계수, 극관성 모멘트, 내경, 외경의 정보를 이용하여 상기 디스크(20)에 작용하는 유체역학적 토크를 산출하는 것을 특징으로 한다.The torque calculation unit 73 calculates a hydrodynamic torque acting on the disk 20 by using the digital signal of the analog / digital conversion unit 72 and information of shear modulus of elasticity, polar moment of inertia, inner diameter, and outer diameter. It is characterized by calculating.

상기 유량 연산부(74)는, 상기 토크 산출부(73)에서 산출한 토크와 미리 저장된 디스크 직경, 밀도, 디스크 각도, 유체역학적 토크 계수 및 유량계 단면적 정보를 이용하여 유량을 연산하는 것을 특징으로 한다.The flow rate calculator 74 calculates the flow rate using the torque calculated by the torque calculator 73 and the previously stored disc diameter, density, disc angle, hydrodynamic torque coefficient, and flowmeter cross-sectional area information.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 디스크 유량계의 제어방법을 보인 흐름도이다.7 is a flowchart illustrating a control method of a disk flow meter according to an embodiment of the present invention.

이에 도시된 바와 같이, 디스크 유량계 내의 스트레인 측정 장치(50)에서 측정한 스트레인에 비례하는 아날로그 전압을 발생시켜 증폭시키는 제 1 단계(ST1)와; 상기 제 1 단계에서 증폭시킨 아날로그 전압을 디지털 신호로 변환시키는 제 2 단계(ST2)와; 상기 제 2 단계의 디지털 신호를 이용하여 디스크(20)에 작용한 유체역학적 힘에 의해 디스크 축(40)에 발생한 토크(Tq)를 산출하는 제 3 단계(ST3)와; 상기 제 3 단계에서 산출된 토크(Tq)와 유량계의 기하학적 정보 및 유체역학적 토크 계수를 이용하여 유량을 계산하는 제 4 단계(ST4);를 포함하여 수행하는 것을 특징으로 한다.As shown therein, a first step (ST1) of generating and amplifying an analog voltage proportional to the strain measured by the strain measuring device 50 in the disk flow meter; A second step ST2 of converting the analog voltage amplified in the first step into a digital signal; A third step (ST3) of calculating the torque (Tq) generated on the disc shaft (40) by the hydrodynamic force acting on the disc (20) by using the digital signal of the second step; And a fourth step (ST4) for calculating the flow rate using the torque Tq calculated in the third step, the geometric information of the flow meter, and the hydrodynamic torque coefficient.

상기 제 3 단계는, 상기 제 2 단계의 디지털 신호와 전단 탄성계수, 극관성 모멘트, 내경, 외경의 정보를 이용하여 상기 디스크(20)에 작용하는 유체역학적 토크를 산출하는 것을 특징으로 한다.The third step is to calculate the hydrodynamic torque acting on the disk 20 by using the digital signal of the second step and the information of the shear modulus, polar moment of inertia, inner diameter, outer diameter.

상기 제 4 단계는, 상기 제 3 단계에서 산출한 토크와 미리 저장된 디스크 직경, 밀도, 디스크 각도, 유체역학적 토크 계수 및 유량계 단면적 정보를 이용하여 유량을 연산하는 것을 특징으로 한다.The fourth step is characterized in that the flow rate is calculated using the torque calculated in the third step and previously stored disk diameter, density, disk angle, hydrodynamic torque coefficient and flow meter cross-sectional information.

본 발명에 의한 디스크 유량계 및 그의 제어방법은 배관 내에 유동방향에 대한 경사를 조절할 수 있는 디스크를 설치하고 유체가 흐를 때 디스크 축에 발생하는 토크를 스트레인게이지로 검출하여 유량을 산출할 수 있는 효과가 있게 된다.Disc flow meter and control method thereof according to the present invention has the effect of calculating the flow rate by installing a disc that can adjust the inclination of the flow direction in the pipe and the strain generated by the strain gauge when the fluid flows Will be.

또한 본 발명은 디스크 축에 작용하는 유체역학적 토크를 측정하여 직접 유량으로 산출함으로써 차압식 유량계와 압력공을 배관에 뚫을 필요가 없다.In addition, the present invention measures the hydrodynamic torque acting on the disk shaft and calculates the direct flow rate so that the differential pressure flow meter and the pressure hole do not need to be drilled in the pipe.

더불어 본 발명은 유동방향에 대한 디스크 각도를 조절함으로써 측정토크를 증폭할 수 있어 하나의 장치로 넓은 범위의 유량 측정이 가능하다.In addition, the present invention can amplify the measurement torque by adjusting the disk angle with respect to the flow direction, it is possible to measure a wide range of flow rate with one device.

나아가 본 발명은 토크 측정 센서부가 유체에 닿지 않으므로 입자가 섞인 유체 등 다양한 유체에 적용이 가능하다.Furthermore, the present invention can be applied to various fluids such as a fluid mixed with particles since the torque measuring sensor part does not contact the fluid.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 디스크 유량계 및 그의 제어방법의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례 등에 따라 달라질 수 있으며, 이에 따라 각 용어의 의미는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 할 것이 다.Referring to the preferred embodiment of the disk flow meter and the control method according to the present invention configured as described above in detail with reference to the accompanying drawings as follows. In the following description of the present invention, detailed descriptions of well-known functions or configurations will be omitted if it is determined that the detailed description of the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention. In addition, terms to be described below are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to intention or precedent of a user or an operator, and thus, the meaning of each term should be interpreted based on the contents throughout the present specification. will be.

먼저 본 발명은 배관 내에 유동방향에 대한 경사를 조절할 수 있는 디스크를 설치하고 유체가 흐를 때 디스크 축에 발생하는 토크를 스트레인게이지로 검출하여 유량을 산출하고자 한 것이다.First, the present invention is to install a disk that can adjust the inclination with respect to the flow direction in the pipe and to calculate the flow rate by detecting the torque generated in the disk shaft when the fluid flows by the strain gauge.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 유량 검출 장치를 포함하는 디스크 유량계의 상부를 도시한 단면도이고, 도 2는 도 1에서 디스크 유량계의 전면을 도시한 단면도이며, 도 3은 도 1의 스트레인 측정 장치에서 스트레인게이지를 부착하는 위치를 설명하기 위한 사시도이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 스트레인게이지가 부착되는 위치를 설명하기 위한 단면도이며, 도 5는 도 1에서 디스크 각도 조절 장치를 도시한 단면도이고, 도 6은 도 1에서 유량 검출 장치의 블록구성도이다.1 is a cross-sectional view showing an upper portion of a disk flow meter including a flow rate detection apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a cross-sectional view showing the front of the disk flow meter in Figure 1, Figure 3 is the strain of Figure 1 4 is a perspective view illustrating a position at which a strain gage is attached to a measuring device, and FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a position at which a strain gage is attached according to another embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a disc angle adjusting device in FIG. 1. 6 is a cross-sectional view of the flow rate detecting apparatus of FIG. 1.

도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 디스크 유량계는 유량계 몸체(10), 디스크(20), 디스크 암(30), 디스크 축(40), 스트레인 측정 장치(50), 디스크 각도 조절 장치(60) 및 유량 검출 장치(70)를 포함한다. 1 to 6, the disk flow meter according to the present invention is a flow meter body 10, disk 20, disk arm 30, disk shaft 40, strain measuring device 50, disk angle adjusting device 60 and the flow rate detection device 70 are included.

구체적으로, 유량계 몸체(10)의 내부에는 유체가 흐르는 유체관이 형성된다. 유량계 몸체(10) 중 일정 지점에는 유체의 힘이 작용하는 디스크(20)가 형성된다.Specifically, a fluid tube through which a fluid flows is formed inside the flow meter body 10. At a certain point of the flowmeter body 10, a disk 20 to which a force of fluid is applied is formed.

디스크(20)는 디스크 암(30)에 의해 디스크 축(40)에 고정되고, 디스크 암(30)은 유량계 몸체(10)의 일측에 회전 가능하도록 끼워진 디스크 축(40)에 부착된다.The disk 20 is fixed to the disk shaft 40 by the disk arm 30, and the disk arm 30 is attached to the disk shaft 40 rotatably fitted to one side of the flowmeter body 10.

본 발명의 유량계는 디스크(20) 무게에 의한 토크가 디스크 축(40)에 전달되 는 것을 최소화하기 위해 도 2에 도시한 바와 같이 디스크 축(40)이 중력 방향과 평행하도록 설치될 수 있다.The flow meter of the present invention may be installed such that the disk shaft 40 is parallel to the direction of gravity as shown in FIG. 2 to minimize the torque transmitted by the weight of the disk 20 to the disk shaft 40.

스트레인 측정 장치(50)는 디스크에 부착된 스트레인게이지(51, 52, 53, 54)와 Wheatstone Bridge(미도시)에 의해 형성된다. 스트레인게이지(51, 52, 53, 54)의 출력은 Full Bridge 형태의 Wheatstone Bridge(미도시)를 거쳐 디스크 축(40)에서 발생하는 스트레인에 비례하는 전압으로 변형된다.Strain measuring device 50 is formed by strain gauges 51, 52, 53, 54 and Wheatstone Bridge (not shown) attached to the disk. The output of the strain gauges 51, 52, 53, 54 is transformed into a voltage proportional to the strain generated in the disk shaft 40 via a Wheatstone Bridge (not shown) in the form of a full bridge.

이때, 스트레인게이지(51, 52, 53, 54)는 스트레인게이지의 방수와 유량계 몸체 외부로 인출되는 전선으로 인해 야기될 수 있는 밀봉 문제를 최소화할 수 있도록 디스크 축(40)의 일부를 중공으로 제작하여 중공면 내부에 부착된다.At this time, the strain gauges (51, 52, 53, 54) is made of a hollow portion of the disk shaft 40 to minimize the sealing problem that may be caused by the waterproof of the strain gauge and the wire drawn out of the flowmeter body It is attached inside the hollow surface.

이 스트레인게이지(51, 52, 53, 54)는 도 4에 도시된 바와 같이, 디스크 암(30)과 디스크 축(40) 사이에 부착될 수 있다.The strain gauges 51, 52, 53, 54 can be attached between the disk arm 30 and the disk shaft 40, as shown in FIG. 4.

또한 스트레인에 비례하는 전압은 스트레인게이지(51, 52) 또는 스트레인게이지(53, 54)를 통한 Half Bridge 형태의 Wheatstone Bridge(미도시)의 출력에 의해 제공될 수 있다.In addition, the voltage proportional to the strain may be provided by the output of the Wheatstone Bridge (not shown) in the form of a half bridge through the strain gauges (51, 52) or strain gauges (53, 54).

이때 스트레인게이지(51, 52, 53, 54)와 Wheatstone Bridge를 연결해 주는 전선은 디스크 축 안쪽을 따라 유량계 몸체 바깥으로 나오도록 배치된다.At this time, the wires connecting the strain gauges (51, 52, 53, 54) and the Wheatstone Bridge are arranged to extend out of the flowmeter body along the inside of the disk axis.

디스크 각도 조절 장치(60)는 디스크 축(40)과 연결되도록 형성되고 유량계 몸체(10)의 일측에 부착된다.The disc angle adjusting device 60 is formed to be connected to the disc shaft 40 and attached to one side of the flow meter body 10.

도 5에 도시된바와 같이, 디스크 각도 조절 장치(60)는 유량 측정 범위에 따라 디스크 각도를 조절할 수 있도록 각도기(61), 각도 지시 바늘(62), 레버(63), 스프링(64), 각도 조정핀(65) 및 핸들(66)을 포함한다. 디스크 각도 조절 장치(60)의 핸들(66)을 잡고 레버(63)를 누르면 스프링(64)과 각도 조정핀(65)이 눌려 디스크의 각도가 조정될 수 있다. 조정된 디스크 각도는 각도기(61)와 각도 지시 바늘(62)에 의해 표시된다.As shown in FIG. 5, the disc angle adjusting device 60 includes a protractor 61, an angle indicating needle 62, a lever 63, a spring 64, and an angle so as to adjust the disc angle according to the flow measurement range. Adjustment pin 65 and handle 66. Holding the handle 66 of the disk angle adjusting device 60 and pressing the lever 63, the spring 64 and the angle adjusting pin 65 can be pressed to adjust the angle of the disk. The adjusted disc angle is indicated by the protractor 61 and the angle indicating needle 62.

디스크 각도의 변화는 상기의 디스크 각도 조절 장치(60) 외에 웜 및 웜기어를 이용한 각도 조절장치(미도시), 베벨기어를 이용한 각도 조절 장치(미도시) 등에 의해 제공될 수 있다.The change of the disc angle may be provided by an angle adjusting device (not shown) using a worm and a worm gear, an angle adjusting device using a bevel gear, etc. in addition to the disk angle adjusting device 60 described above.

그래서 유량계 몸체(10) 내부에 유체가 흐르면 디스크(20)에 유체에 의한 힘이 작용하고 이 힘에 의해 디스크 축(40)에는 스트레인이 발생한다. 이러한 스트레인은 스트레인 측정장치(50)를 통해 스트레인에 비례하는 전압으로 변환된다. 측정된 스트레인은 유량 검출 장치(70)에서 토크로 변환된 후 유량계의 기하학적 정보와 유체역학적 토크 계수를 입력함으로써 유량으로 검출된다. 유량 검출 장치(70)는 도 6 및 도 7을 참조하여 더 자세히 설명하기로 한다. Therefore, when fluid flows inside the flowmeter body 10, a force by the fluid acts on the disk 20, and strain causes the disk shaft 40 to be caused by this force. This strain is converted into a voltage proportional to the strain through the strain measuring device 50. The measured strain is converted to torque in the flow rate detection device 70 and then detected as a flow rate by inputting the flowmeter geometric information and hydrodynamic torque coefficient. The flow rate detection device 70 will be described in more detail with reference to FIGS. 6 and 7.

도 6은 도 1에서 유량 검출 장치의 블록구성도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 디스크 유량계의 제어방법을 보인 흐름도이다.FIG. 6 is a block diagram illustrating a flow rate detecting apparatus in FIG. 1, and FIG. 7 is a flowchart illustrating a method of controlling a disk flow meter according to an embodiment of the present invention.

그래서 유량 검출 장치(70)는 전압 발생부(71), 아날로그/디지털 변환부(72), 토크 산출부(73), 유량 연산부(74)를 포함한다. Thus, the flow rate detection device 70 includes a voltage generator 71, an analog / digital converter 72, a torque calculator 73, and a flow rate calculator 74.

구체적으로, 스트레인 측정장치(50)를 통해 발생한 스트레인에 비례하는 전압은 증폭기, Anti-aliasing 필터 등으로 이루어진 전압발생부(71)를 통과하여 아날로그/디지털 변환이 가능한 전압으로 변환된다(ST1).In detail, the voltage proportional to the strain generated through the strain measuring device 50 is converted into a voltage capable of analog / digital conversion through the voltage generator 71 formed of an amplifier, an anti-aliasing filter, or the like (ST1).

전압 발생부(71)에서 발생된 전압은 아날로그/디지털 변환부(72)로 인가되어 디지털 신호로 변환된다(ST2).The voltage generated by the voltage generator 71 is applied to the analog / digital converter 72 and converted into a digital signal (ST2).

토크 산출부(73)는 아날로그/디지털 변환부(72)의 디지털 신호를 이용하여 디스크에 작용한 유체역학적 힘에 의해 디스크 축(40)에 발생한 토크(Tq)를 산출한다(ST3).The torque calculating unit 73 calculates the torque Tq generated on the disc shaft 40 by the hydrodynamic force applied to the disc using the digital signal of the analog / digital converting unit 72 (ST3).

유량 연산부(74)는 토크 산출부(73)에서 산출된 토크(Tq)와 유량계의 기하학적 정보 및 유체역학적 토크 계수를 이용하여 유량을 계산한다(ST4).The flow rate calculator 74 calculates the flow rate using the torque Tq calculated by the torque calculator 73, the geometric information of the flow meter, and the hydrodynamic torque coefficient (ST4).

상기와 같은 유량 검출장치(70)에 대한 작동 원리를 도 1 및 도 6을 연관지어 설명하기로 한다. The operating principle of the above-described flow rate detection device 70 will be described with reference to FIGS. 1 and 6.

도 1 및 6을 참조하면, 유량계 몸체(10)의 전단으로부터 유체가 흐르기 시작하면 디스크(20)에 유동에 의한 항력이 발생한다. 디스크 축(40)이 디스크 각도 조절 장치(60)에 의해 일측이 고정되므로 디스크 축(40)에는 토크가 발생한다. 디스크 축(40)에 발생된 토크는 디스크 축(40)에 부착된 스트레인 측정 장치(50), 전압 발생부(71)와 아날로그/디지털 변환부(72)를 거쳐 디스크 축(40)에 작용하는 스트레인에 비례하는 디지털 전압 신호로 변형된다.1 and 6, when fluid starts to flow from the front end of the flowmeter body 10, drag due to flow occurs in the disk 20. Since one side of the disc shaft 40 is fixed by the disc angle adjusting device 60, torque is generated in the disc shaft 40. The torque generated on the disk shaft 40 acts on the disk shaft 40 via the strain measuring device 50 attached to the disk shaft 40, the voltage generator 71, and the analog / digital converter 72. It is transformed into a digital voltage signal proportional to the strain.

디지털 변환된 전압 신호는 토크 산출부(73)를 통해 토크(Tq)로 산출된다. 이때, 전단 탄성계수, 극관성 모멘트, 내경, 외경 등의 정보를 이용하여 전압 신호를 토크(Tq)로 변환한다.The digitally converted voltage signal is calculated as the torque Tq through the torque calculator 73. At this time, the voltage signal is converted into a torque Tq using information such as shear modulus, polar moment of inertia, inner diameter, and outer diameter.

유량 연산부(74)는 미리 저장된 디스크 직경(D), 밀도(

Figure 112008042804886-pat00001
), 디스크 각도(
Figure 112008042804886-pat00002
), 유체역학적 토크 계수(
Figure 112008042804886-pat00003
), 유량계 단면적(A)과 토크 산출부(73)에서 산출 된 토크(Tq)를 이용하여 다음의 수학식 1과 같이 유량을 연산한다.The flow rate calculator 74 stores the disc diameter D and the density (
Figure 112008042804886-pat00001
), Disc angle (
Figure 112008042804886-pat00002
), Hydrodynamic torque factor (
Figure 112008042804886-pat00003
), Using the flow meter cross-sectional area (A) and the torque (Tq) calculated by the torque calculating unit 73 calculates the flow rate as shown in the following equation (1).

Figure 112008042804886-pat00004
Figure 112008042804886-pat00004

수학식 1의 유체역학적 토크 계수(

Figure 112008042804886-pat00005
)는 디스크 각도(
Figure 112008042804886-pat00006
)의 함수로서 실험 또는 해석적으로 산출할 수 있다.Hydrodynamic torque coefficient of Equation 1
Figure 112008042804886-pat00005
) Is the disc angle (
Figure 112008042804886-pat00006
Can be calculated experimentally or analytically as a function of

상기의 수학식 1에 나타낸 바와 같이 유량은 측정된 유체역학적 토크(Tq)에 비례하는 데 유체역적 토크(Tq)는 도 2에 도시한 바와 같이 디스크 각도(

Figure 112008042804886-pat00007
)를 키우면 커지므로 유량 범위에 따라 디스크 각도(
Figure 112008042804886-pat00008
)를 조절할 수 있게 되면 광범위한 유량 범위에서 유량 검출이 가능해 진다.As shown in Equation 1, the flow rate is proportional to the measured hydrodynamic torque Tq, and the hydrodynamic torque Tq is represented by the disk angle (as shown in FIG. 2).
Figure 112008042804886-pat00007
) Increases as the disc angle changes depending on the flow rate range.
Figure 112008042804886-pat00008
) Can be used to detect flow over a wide range of flow rates.

상기의 유량 연산 방법은 디스크 축(40)에 작용하는 토크만을 이용하여 유량을 검출하는 것으로서 차압식 유량계와 같이 배관에 압력공을 뚫을 필요가 없다. 또한 차압식 유량계의 경우 유량 범위에 따라 오리피스(또는 벤튜리) 크기와 차압계를 바꾸어야 하는 단점이 있는 반면, 본 발명에서는 디스크 각도 조절 장치(60)를 이용하여 디스크 각도(

Figure 112008042804886-pat00009
)를 조절할 수 있으므로 토크(Tq)를 변화시켜 광범위한 유량 측정 범위에서 유량을 검출할 수 있다.The above flow rate calculation method detects the flow rate using only the torque acting on the disc shaft 40 and does not need to drill pressure holes in the pipe like a differential pressure flow meter. In addition, in the case of a differential pressure flow meter, there is a disadvantage in that the orifice (or venturi) size and the differential pressure gauge have to be changed according to the flow rate range, whereas in the present invention, the disc angle (
Figure 112008042804886-pat00009
), The torque (Tq) can be varied to detect the flow rate over a wide range of flow measurement ranges.

이처럼 본 발명은 배관 내에 유동방향에 대한 경사를 조절할 수 있는 디스크를 설치하고 유체가 흐를 때 디스크 축에 발생하는 토크를 스트레인게이지로 검출하여 유량을 산출하게 되는 것이다.Thus, the present invention is to install a disk that can adjust the inclination of the flow direction in the pipe and to calculate the flow rate by detecting the torque generated in the disk shaft when the fluid flows.

이상에서 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형실시될 수 있다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술적 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Although the present invention has been described in more detail with reference to the examples, the present invention is not necessarily limited to these embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention but to describe the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be interpreted by the claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 유량 검출 장치를 포함하는 디스크 유량계의 상부를 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing an upper portion of a disk flow meter including a flow rate detection device according to an embodiment of the present invention.

도 2는 도 1에서 디스크 유량계의 전면을 도시한 단면도이다.2 is a cross-sectional view of the front of the disk flow meter in FIG.

도 3은 도 1의 스트레인 측정 장치에서 스트레인게이지를 부착하는 위치를 설명하기 위한 사시도이다.FIG. 3 is a perspective view illustrating a position at which a strain gauge is attached in the strain measuring device of FIG. 1.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 스트레인게이지가 부착되는 위치를 설명하기 위한 단면도이다.Figure 4 is a cross-sectional view for explaining the position where the strain gauge is attached according to another embodiment of the present invention.

도 5는 도 1에서 디스크 각도 조절 장치를 도시한 단면도이다.FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating the disc angle adjusting device in FIG. 1.

도 6은 도 1에서 유량 검출 장치의 블록구성도이다.FIG. 6 is a block diagram illustrating a flow rate detecting device in FIG. 1.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 디스크 유량계의 제어방법을 보인 흐름도이다.7 is a flowchart illustrating a control method of a disk flow meter 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 : 유량계 몸체10: flowmeter body

20 : 디스크20: disk

30 : 디스크 암30: disk arm

40 : 디스크 축40: disc axis

50 : 스트레인 측정 장치50: strain measuring device

51, 52, 53, 54 : 스트레인게이지51, 52, 53, 54: strain gauge

60 : 디스크 각도 조절 장치60: disc angle adjustment device

61 : 각도기61: protractor

62 : 각도 지시 바늘62: angle indicating needle

63 : 레버63: lever

64 : 스프링64: spring

65 : 각도 조정핀65: angle adjusting pin

66 : 핸들66: handle

70 : 유량 검출 장치70: flow rate detection device

71 : 전압 발생부71: voltage generator

72 : 아날로그/디지털 변환부72: analog / digital converter

73 : 토크 산출부73: torque calculation unit

74 : 유량 연산부74: flow rate calculation unit

Claims (15)

유체가 흐르는 배관에 형성된 유량계 몸체와;A flow meter body formed in the pipe through which the fluid flows; 유체가 흐를 때 유체역학적 힘이 작용하도록 상기 유량계 몸체 안에 설치되는 디스크와;A disk installed in the flowmeter body such that hydrodynamic forces act when the fluid flows; 상기 디스크와 디스크 암에 의해 연결된 디스크 축과;A disk shaft connected by said disk and disk arm; 상기 디스크 축에 전달되는 스트레인을 측정하는 스트레인 측정 장치와;A strain measuring device for measuring strain transmitted to the disk axis; 유동방향에 대한 상기 디스크의 경사 각도를 조절하기 위한 디스크 각도 조절 장치와;A disc angle adjusting device for adjusting the inclination angle of the disc with respect to the flow direction; 토크와 상기 디스크에 대한 기하학적 정보를 통해 상기 스트레인 측정 장치에서 측정한 스트레인을 유량으로 변환하는 유량 검출 장치;A flow rate detecting device for converting the strain measured by the strain measuring device into a flow rate through torque and geometric information about the disk; 를 포함하여 구성되어 있되,Consists of including, 상기 디스크 축은,The disc axis, 상기 디스크 축에 설치되는 스트레인게이지의 방수와 상기 유량계 몸체의 외부로 인출되는 전선으로 인해 야기될 수 있는 밀봉 문제를 최소화 하도록 상기 디스크 축의 일부가 중공축으로 제공되는 것을 특징으로 하는 디스크 유량계.And a portion of the disk shaft provided as a hollow shaft so as to minimize the sealing problem that may be caused by the waterproofing of the strain gauge installed on the disk shaft and the wires drawn out of the flowmeter body. 삭제delete 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 스트레인 측정 장치는,The strain measuring device, 상기 디스크 축에 전달되는 토크를 측정할 수 있도록 두 개 또는 네 개의 스트레인게이지를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 디스크 유량계.And two or four strain gauges to measure the torque transmitted to the disk shaft. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 스트레인 측정 장치는,The strain measuring device, 4개 또는 2개의 스트레인게이지가 변형하여 발생한 저항 변화를 감지하기 위해 하프 또는 풀 브리지 형태의 휘스톤 브리지를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 디스크 유량계.A disk flow meter comprising four or two strain gauges including a Wheatstone bridge in the form of a half or full bridge to detect resistance changes caused by deformation. 청구항 4에 있어서,The method according to claim 4, 상기 스트레인게이지는,The strain gauge, 유체와 접촉하지 않도록 디스크 암의 안쪽 또는 상기 디스크 암과 상기 디스크 축 사이에 부착되는 것을 특징으로 하는 디스크 유량계.And a disk flow meter attached to the inside of the disk arm or between the disk arm and the disk shaft so as not to come into contact with the fluid. 청구항 4에 있어서,The method according to claim 4, 상기 스트레인 측정 장치는,The strain measuring device, 상기 스트레인게이지와 상기 휘스톤 브리지를 연결해 주는 전선이 상기 디스크 축의 안쪽을 따라 상기 유량계 몸체의 바깥으로 나오도록 배치된 것을 특징으로 하는 디스크 유량계.And a wire connecting the strain gauge and the Wheatstone bridge to the outside of the flow meter body along the inside of the disc shaft. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 디스크 각도 조절 장치는,The disc angle adjusting device, 유량 측정 범위에 따라 상기 디스크의 각도를 조정시킬 수 있도록 레버, 스프링, 각도 조정핀 및 핸들을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 디스크 유량계.Disc flow meter comprising a lever, a spring, an angle adjusting pin and a handle to adjust the angle of the disk according to the flow measurement range. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 디스크 각도 조절 장치는,The disc angle adjusting device, 웜 및 웜기어 또는 베벨기어를 이용하여 구성된 것을 특징으로 구성된 것을 특징으로 하는 디스크 유량계.Disc flow meter, characterized in that configured using a worm and worm gear or bevel gear. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 유량 검출 장치는,The flow rate detection device, 상기 스트레인 측정 장치에서 측정한 스트레인에 비례하는 전압을 발생시켜 증폭시키는 전압 발생부와;A voltage generator for generating and amplifying a voltage proportional to the strain measured by the strain measuring device; 상기 전압 발생부에서 발생된 아날로그 전압을 디지털 신호로 변환시키는 아날로그/디지털 변환부와;An analog / digital converter converting the analog voltage generated by the voltage generator into a digital signal; 상기 아날로그/디지털 변환부의 디지털 신호를 이용하여 상기 디스크에 작용한 유체역학적 힘에 의해 상기 디스크 축에 발생한 토크를 산출하는 토크 산출부와;A torque calculating unit that calculates torque generated on the disk shaft by a hydrodynamic force applied to the disk by using the digital signal of the analog / digital converter; 상기 토크 산출부에서 산출된 토크와 유량계의 기하학적 정보 및 유체역학적 토크 계수를 이용하여 유량을 계산하는 유량 연산부;A flow rate calculator for calculating a flow rate using the torque calculated by the torque calculator, geometric information of the flow meter, and a hydrodynamic torque coefficient; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 디스크 유량계.Disc flow meter comprising a. 청구항 9에 있어서,The method according to claim 9, 상기 전압 발생부는,The voltage generator, 휘스톤 브리지로부터 발생한 전압 신호를 증폭하기 위한 증폭기와 안티 앨리어싱 필터를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 디스크 유량계.A disk flow meter comprising an amplifier and an antialiasing filter for amplifying a voltage signal generated from a Wheatstone bridge. 청구항 9에 있어서,The method according to claim 9, 상기 토크 산출부는,The torque calculation unit, 상기 아날로그/디지털 변환부의 디지털 신호와 전단 탄성계수, 극관성 모멘트, 내경, 외경의 정보를 이용하여 상기 디스크에 작용하는 유체역학적 토크를 산출하는 것을 특징으로 하는 디스크 유량계.And a hydrodynamic torque acting on the disk by using the digital signal of the analog / digital converter and information of the shear modulus, polar moment of inertia, inner diameter, and outer diameter. 청구항 9에 있어서,The method according to claim 9, 상기 유량 연산부는,The flow rate calculation unit, 상기 토크 산출부에서 산출한 토크와 미리 저장된 디스크 직경, 밀도, 디스크 각도, 유체역학적 토크 계수 및 유량계 단면적 정보를 이용하여 유량을 연산하는 것을 특징으로 하는 디스크 유량계.And a flow rate is calculated using the torque calculated by the torque calculating unit and the previously stored disc diameter, density, disc angle, hydrodynamic torque coefficient, and flow meter cross-sectional area information. 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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