KR101551639B1

KR101551639B1 - 고온고압용 수소이온농도센서

Info

Publication number: KR101551639B1
Application number: KR1020150034323A
Authority: KR
Inventors: 길주형
Original assignee: 길주형
Priority date: 2015-03-12
Filing date: 2015-03-12
Publication date: 2015-09-08

Abstract

본 발명은 수소이온농도센서에 관한 것으로, 특히 고압의 저장 탱크내에서 측정조건 형성을 위한 내부액을 원활하게 배출시키며 측정의 간섭을 최소화하는 고온고압용 수소이온농도센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 Ag/AgCl와이어 및 내부전해액이 삽입 충진된 측정부를 형성하는 유리전극이 내부에 위치하고, 기준정션 및 내부보충액이 삽입 및 충진되는 센서몸체에 액락부가 형성된 센서부, 상기 센서부가 내부에 설치되는 홀더부, 상기 홀더부의 상부에 결합되며 압력을 센서부로 전달하는 게이지커버, 압력을 발생시키는 압력발생부로 구성하여; 측정환경의 압력보다 큰 압력을 압력발생부로 게이지커버를 통해 공급하면 압력홀을 통해 확장부로 전달되어 내부보충액이 액락부를 통해 강제 배출되도록 하여 측정이 원활히 이루어지는 효과가 있다.

Description

고온고압용 수소이온농도센서{pH Sensor For high-Temperature and High-Pressure}

본 발명은 수소이온농도센서에 관한 것으로, 특히 고압의 측정환경에서 측정조건 형성을 위한 내부액을 원활하게 배출시킬 수 있는 고온고압용 수소이온농도센서에 관한 것이다.

일반적으로, 수소이온농도(pH)란 용액의 산성 및 염기성 정도 (산(acid) 또는 알카리(alkali) 상태의 세기 정도를 나타내는 측정 단위로 알려져 있다.

이러한, 수소이온농도(pH)를 부르는 방법에는 여러 가지가 있으며, 특히 흔히 부르는 방법에는 독일어의 페하와 영어의 pH 양쪽 모두 사용된다. 우리나라에서는 일반적으로 pH 라고 칭한다.

이러한, 수소이온농도의 측정범위는 눈금상에서 일반적으로 0 부터 14 까지 측정된다. pH용어의 "p" 는 음의 상용대수의 수학적 Symbol(대수의 Power를 뜻하고)이고, "H" 는 수소의 화학적 Symbol(Hydrogen) 에서 유도 되었다. pH는 수소이온 농도를 그 역수의 상용대수로서 나타내는 값으로 정의된다.

pH = -log10 (수소 이온의 농도)

pH = -log10 (수소이온의Activity) = -log10 (수소이온의 농도 × Activity constant) Activity constant는 이온이 화학반응에 참여하는 정도를 표시한 양으로 묽은 용액처럼 이온수가 적고 이온이 자유로이 동작할 수 있는 경우 1.0이며, 이온 농도가 많아지면 같은 이온끼리 방해가 되어 1.0보다 작아지게 된다.

즉, H⁺ 농도가 OH^- 농도보다 큰 물질은 산성이고, OH- 가 H+ 농도보다 크면 염기성이다. H⁺ 와 OH^- 가 동일량으로 존재하면 중성이 된다. 산과 염기는 자유 Hydrogen 과 Hydroxyl Ion을 각각 가지고 있다. 어떤 주어진 용액 내에서 주어진 일련의 조건에 대해 Hydrogen Hon 과 Hydroxyl Ion의 관계는 일정하다. 산과 염기는 각각 알려진 다른 것으로 결정할 수 있다 그래서 수소이온의 활동도라고만 하더라도 pH 는 산과 염기 모두의 측정이다.

이러한, 수소이온농도는 pH 1의 변화는 수소이온 농도 10 배의 변화를 나타내며 pH 1의 변화는 전극상에서 대략 59.16mv 의 전위를 가지고있다.

이렇게, 수소이온농도를 측정하기 위한 종래 기술에 따른 수소이온농도센서는 하부에 유리격막이 형성되는 외부유리몸체의 내부에서 내부유리몸체의 하부 끝단이 외부유리몸체의 내주면에 일체로 연결되어 외측공간과 유리격막에 연통되는 내측공간을 분할되게 생성하는 유리몸체를 형성하고, 상기 유리몸체의 외부와 외측공간을 연통시키도록 유리몸체의 외부유리몸체에 다공핀을 관통 설치하며, 상기 다공핀을 통해 외측공간에 담겨져 측정시 미세하게 배출되는 겔(gal) 또는 용액상태의 내부보충액에 침적되는 Ag/Agcl 기준정션(Ag/Agcl reference junction)으로 이루어지는 기준전극을 형성하고, 상기 유리격막의 내부와 내측공간에 담겨지는 내부전해액에 Ag/Agcl와이어가 침적되어 이루어지는 측정전극으로 구성된다.

이러한, 종래 기술에 따른 수소이온농도센서는 측정시 내부보충액이 다공핀을 통해 측정수로 배출되고, 내부전해액은 격막을 통해 cl^-이온이 배출되면서 기준전극의 Ag/Agcl기준정션과 측정전극의 Ag/Agcl와이어가 설치되는 유리격막이 수소이온의 농도에 따라서만 전위값이 변화하는 성질을 갖아 기준전극과 측정전극 사이의 전위차로부터 용액의 수소이온농도(pH)값을 측정하는 것이다.

그러나, 종래 기술에 따른 수소이온농도센서는 내부압이 대기압보다 높은 탱크나 파이프와 같은 측정환경에 적용하여 측정할 경우 액락부를 통해 내부보충액이 배출되지 못하여 Ag/Agcl기준정션과 측정전극의 Ag/Agcl와이어의 사이에 측정 조건을 위한 염다리가 형성되지 않아 측정이 불가능한 문제점이 있었다.

이로 인하여, 고압이 작용하는 측정환경에서 측정을 위하여 내부보충액을 강제로 배출할 수 있는 개선된 수소이온농도센서를 요구되며, 이를 구현하기 위하여 구조적으로 간단하면서 각종 외부 간섭에 의한 측정오차를 감소시키고 내부보충액의 확인이 간편하게 개선된 수소이온농도센서가 절실히 요구되는 실정이다.

1. 등록번호 제10-0629609호 (고온 ｐＨ 센서 전극 및 이를 이용한 ｐＨ 측정시스템) 2. 공고번호 실용신안 제1984-0001154호 (산소이온 통과세라믹 막 외장 함유 수소이온 센서) 3. 등록번호 제10-0631276호 (고체 전해질 층을 갖는 수소이온 센서 전극 및 이를이용한 ｐＨ 측정시스템)

이에 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출한 것으로 고온이면서 고압상태의 탱크내의 측정수의 수소이온농도를 측정할 때 탱크의 압력보다 큰 압력을 공급하여 내부보충액이 원활히 배출되도록 하는 고온고압용 수소이온농도센서를 제공하는데 목적이 있다.

그리고, 본 발명의 다른 목적은 압력게이지를 통해 실시간으로 공급되는 압력을 체크할 수 있도록 하는 데 있다.

아울러, 본 발명의 다른 목적은 측정부를 착색하고 기준정션을 코일 형태로 형성하며 기준정션이 유리전극의 내부에서 흔들리지 않도록 하는 데 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 홀더부를 통해 센서부의 이상 여부나 내부보충액의 잔량을 확인할 수 있도록 하는 데 있다.

그리고, 본 발명의 다른 목적은 간단한 구조를 통해 내부보충액의 배출을 위한 압력을 공급할 수 있어 사용이 편리하도록 하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 수소이온농도센서에 있어서, Ag/AgCl와이어 및 내부전해액이 각각 내부로 삽입 및 충진되며 하부에는 측정부가 형성되는 유리전극을 형성하며, 내부보충액과 보충 및 압력을 공급하기 위한 압력홀이 형성된 확장부의 하부로 내부보충액의 배출을 위한 액락부가 형성되는 연장단의 하부 끝단을 통해 유리전극의 측정부가 노출되게 내부에 설치되는 센서몸체를 형성하고, 상기 센서몸체의 내부에는 기준정션 및 내부보충액이 삽입 및 충진되는 센서부를 형성하며, 상기 센서부가 내부로 삽입되어 측정부가 하부로 노출되며 확장부의 내부보충액 잔량을 확인 가능한 파이프 형상의 홀더몸체를 형성하며, 상기 센서부의 상부가 노출되게 끼움되어 홀더몸체의 상부 끝단에 체결되고 공급되는 압력을 체크하는 게이지커버로 이루어지는 홀더부를 형성하고, 상기 게이지커버에 압력을 공급하는 압력발생부를 형성하여, 상기 센서부가 내부에 설치된 홀더부를 고온 고압 측정환경의 내부에 측정부가 위치하도록 삽입 설치한 후, 센서부를 신호선으로 컨트롤러와 연결하고, 측정환경의 압력보다 큰 압력을 압력발생부로 게이지커버를 통해 공급하면 압력홀을 통해 확장부로 전달되어 내부보충액이 액락부를 통해 강제 배출되도록 구성하는 것을 특징으로 하는 고온고압용 수소이온농도센서를 제공한다.

이상에서와 같이 본 발명은 고온이면서 고압상태로 탱크에 저장된 측정수에 대한 수소이온농도를 측정할 때 탱크의 압력보다 큰 압력을 공급하여 내부보충액이 원활히 배출되도록 하여 염다리와 같은 측정조건 형성이 가능한 효과가 있다.

그리고, 압력게이지를 통해 실시간으로 공급되는 압력을 체크할 수 있어 압력을 조정가능하며 압력게이지가 회전되어 다양한 방향에서 확인할 수 있는 효과가 있다.

아울러, 측정부를 착색하고 기준정션을 코일 형태로 형성하며 기준정션이 유리전극의 내부에서 흔들리지 않도록 하여 측정오차를 최소화하는 효과가 있다.

또한, 홀더부를 통해 센서부의 이상 여부나 내부보충액의 잔량을 확인할 수 있어 내부보충액의 공급시기를 파악할 수 있는 효과가 있다.

그리고, 간단한 구조를 통해 센서부의 설치 및 해체가 간편하고 내부보충액의 배출을 위한 압력을 공급할 수 있어 사용이 편리하도록 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 고온고압용 수소이온농도센서를 나타낸 분해사시도,
도 2는 본 발명에 따른 고온고압용 수소이온농도센서를 나타낸 결합사시도,
도 3은 본 발명에 따른 고온고압용 수소이온농도센서를 나타낸 결합정면도,
도 4는 BNC커넥터와 터미널단자의 혼용 형태의 신호선을 나타낸 예시도,
도 5는 BNC커넥터의 신호선을 나타낸 예시도,
도 6은 터미널단자의 신호선을 나타낸 예시도,
도 7은 센서부의 단면도,
도 8은 온도센서가 형성된 센서부의 단면도,
도 9는 홀더부의 단면도,
도 10은 게이지커버의 단면도,
도 11은 본 발명에 따른 고온고압용 수소이온농도센서를 나타낸 결합단면도,
도 12는 센서부와 마개의 분해사시도,
도 13은 게이지커버에서 압력관을 회전시켜 압력게이지가 회전되는 작동도,
도 14 및 도 15는 자동방식 및 수동방식의 압력발생부와 게이지커버의 분해사시도,
도 16은 본 발명에 따른 고온고압용 수소이온농도센서의 측정 예시도이다.

이에 상기한 바와 같은 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와, 같이 본 발명의 고온고압용 수소이온농도센서는 수소이온농도센서에 관한 것으로, Ag/AgCl와이어(11) 및 내부전해액(12)이 삽입 충진된 측정부(13a)를 형성하는 유리전극(13)이 내부에 위치하고, 기준정션(18) 및 내부보충액(14)이 삽입 및 충진되는 센서몸체(17)에 액락부(16a)가 형성된 센서부(10), 상기 센서부(10)가 내부에 설치되는 홀더부(20), 상기 홀더부(20)의 상부에 결합되며 압력을 센서부(10)로 전달하는 게이지커버(30), 압력을 발생시키는 압력발생부(40)로 수소이온농도센서(100)를 구성한다.

도 1 내지 도 14에 도시된 바와 같이, 상기 센서부(10)는 Ag/AgCl와이어(11) 및 내부전해액(12)이 각각 내부로 삽입 및 충진되며 하부에는 측정부(13a)가 형성되는 유리전극(13)을 형성한다.

그리고, 상기 내부보충액(14)의 보충 및 압력을 공급하기 위한 압력홀(15a)이 형성된 확장부(15)의 하부로 내부보충액(14)의 배출을 위한 액락부(16a)가 형성되는 연장단(16)의 하부 끝단을 통해 유리전극(13)의 측정부(13a)가 노출되게 내부에 설치되는 센서몸체(17)를 형성한다.

여기서, 상기 센서부(10)의 내부에는 수질의 온도를 측정하는 온도센서(17b)를 확장부(15)를 통해 연장단(16)의 내부에 위치하도록 구성할 있는데, 상기 온도센서(17b)는 온도의 측정범위가 100℃이상 측정할 수 있는 것이 바람직할 것이다.

이러한, 상기 확장부(15)는 별도 압력을 이용해 내부보충액(14)을 액락부(16a)를 통해 강제 배출시켜 내부보충액(14)의 소모량이 많아 많은 내부보충액(14)을 저장하기 위한 구성이며, 압력홀(15a)에는 확장부(15)를 둘러싸며 내부보충액(14)의 누출을 방지하는 마개(15b)를 형성하며 측정시에는 마개(15b)를 제거하도록 구성하는 것이다.

이때, 상기 마개(15b)는 압력홀(15a)에 끼움되는 마개단(15c)이 내면에 형성되고, 마개단(15c)의 양측으로 연장되어 확장부(15)를 탄성력으로 감싸는 마개띠(15d)로 구성되는 것이다.

아울러, 상기 센서몸체(17)의 내부에는 기준정션(18) 및 내부보충액(14)이 삽입 및 충진되어 형성된다.

이때, 상기 유리전극(13)과 센서몸체(17)는 측정부(13a)가 센서몸체(17)의 하부로 노출되도록 한 상태에서 접하는 부분이 일폐되도록 일체 형태로 구성한다.

더불어, 상기 센서몸체(17)의 상부에는 핀과 접지링으로 형성되는 커넥터(17a)를 형성하며, 상기 커넥터(17a)는 측정값을 표시하는 컨트롤러(300)와 신호선(200)으로 연결하도록 구성하되, 상기 신호선(200)은 커넥터(17a)에 연결되는 접속커넥터(201)가 일 끝단에 형성되고, 타 끝단에는 컨트롤러(300)에 연결되도록 BNC커넥터(202)와 터미널단자(203)가 혼용 형성되거나, BNC커넥터(202)나 터미널단자(203) 중 하나로 구성할 수 있다.

이때, 상기 커넥터(17a)는 일 예로 중앙의 핀이 측정전극(Glass Electrode)을 나타내며 접지링은 기준전극(Reference Electrode)을 나타내고, BNC커넥터(202)단자는 중앙의 핀이 측정전극(Glass Electrode)단자, 핀을 둘러싸는 단자는 기준전극(Reference Electrode)단자를 나타내는 것으로 설명한다.

그리고, 상기 신호선(200) 중 BNC커넥터(202)와 터미널단자(203)가 혼용 형성된 경우에서 BNC커넥터(202)단자는 중앙의 핀이 측정전극(Glass Electrode)단자, 핀을 둘러싸는 단자는 기준전극(Reference Electrode)단자를 나타내며, 터미널단자(203)는 각각 실드(S:Shield)나 접지(E:Earth)단자를 나타내는 것이다.

여기서, 상기 터미널단자(203)는 '∪'형태나 일자 형태로 구성된 것으로 하나는 측정전극(Glass Electrode)단자, 다른 하나는 기준전극(Reference Electrode)단자, 실드(S:Shield)나 접지(E:Earth)단자로 이루어지며 모양은 컨트롤러(300)의 단자에 따라 변화시킬 수 있을 것이다.

한편, 상기 커넥터(17a)는 온도센서(17b)가 형성될 경우에는 온도센서(17b)의 한 쌍의 도선이 연결되도록 핀 커넥터 방식으로 구조를 변경하여 구성할 수 있을 것이다.

그리고, 상기 센서부(10)의 기준정션(18)은 차폐피복(18a)으로 감싸 형성하고, 상기 기준정션(18)은 유리전극(13)를 따라 외부간섭에 영향이 작도록 코일 형태로 감겨진 후 유리전극(13)에 결합되는 고정구(13b)를 관통해 고정되는 유리관(19)의 내부로 삽입되어 구성한다.

이러한, 상기 기준정션(18)의 차폐피복(18a)은 차폐(Shield) 역할로 교정 시 외부의 간섭을 줄여 주는 구성으로, 상기 센서부(10)를 교정 시 교정자가 센서몸체(17)를 손으로 파지한 상태일 경우 교정 수치에 간섭을 주는 것을 방지하기 위한 구성이다.

아울러, 상기 기준정션(18)을 코일 형태로 형성한 것은 일직선 와이어(Straight wire) 모양보다 코일 와이어(Coil wire) 모양이 외부 간섭을 덜 받도록 구성한 것이다.

그리고, 상기 유리관(19)은 상부 끝단이 확장부(15)의 내부공간 하부측에 위치하며 연장단(16)의 내부에 위치하도록 형성하여, 상기 유리관(19)이 확장부(15)에 가해지는 압력에 의해 파손되는 것을 방지하도록 구성한다.

즉, 상기 유리관(19)을 길이를 길게 형성하여 확장부(15)를 통과하는 구조로 형성할 경우 확장부(15)에 가해지는 고압의 압력에 의해 크랙이나 깨지는 것을 방지하는 구성이다.

한편, 상기 측정부(13a)는 착색하여 측정부(13a)의 성질을 구분해 주며 태양광이나 외부 빛으로부터 Ag/AgCl와이어(11)를 보호하기 위한 차폐기능을 수행하도록 구성한다.

이러한, 상기 측정부(13a)는 본 발명에서 '∪'형태로 형성하여 반구나 구 형태보다 측정시 감응감도를 증대시키고, 측정부(13a)를 제조당시 안료를 첨가하여 고온에 사용한다는 성질을 구분해 주는 기능과 태양광이나 빛을 차폐하는 기능을 갖도록 구성한 것이다.

한편, 상기 Ag/AgCl와이어(11)는 일부분을 지그재그형태로 절곡하거나 굴곡시켜 유리전극(13)의 내면에 접촉되도록 삽입하여, 상기 Ag/AgCl와이어(11)가 유리전극(13)의 정중앙 위치를 유지하며 사용시 흔들림 현상을 방지하여 측정오차가 발생하지 않도록 구성한다.

이때, 상기 Ag/AgCl와이어(11)를 절곡하거나 굴곡시킨 접촉부(11a)는 본 발명에서 수직 배치방식으로 2군데에 형성하며 접촉부(11a)의 절곡, 굴곡 방향은 평면에서 투영했을 때 교차되는 '＋'형태가 되도록 하여 유리전극(13)의 내면 벽면에 4지점에 접촉 지지함으로써 안정된 지지력을 확보하도록 구성한 것이다.

한편, 상기 홀더부(20)는 센서부(10)가 내부로 삽입되어 측정부(13a)가 하부로 노출되며 확장부(15)의 내부보충액 잔량을 확인 가능한 파이프 형상의 홀더몸체(21)를 형성하며, 상기 센서부(10)의 상부가 노출되게 끼움되어 홀더몸체(21)의 상부 끝단에 체결되고 공급되는 압력을 체크하는 게이지커버(30)를 구성된다.

이러한, 상기 홀더부(20)는 센서부(10)가 삽입되어 확장부(15)가 위치하는 원통 형상의 홀더확장부(21a)를 형성하고, 상기 홀더확장부(21a)의 하부로 센서부(10)의 연장단(16)이 삽입되는 홀더연장단(22)의 하부로 노출되는 측정부(13a)의 측정수와 접촉 및 보호기능을 위한 보호캡(22a)을 결합 구성한다.

여기서, 상기 홀더확장부(21a)와 홀더연장단(22)은 나선체결하여 필요에 따라 분리할 수 있도록 구성한다.

이때, 상기 홀더확장부(21a)의 내부 하부측에는 센서부(10)의 연장단(16)이 관통하며 연장단(16)보다는 직경이 크고 확장부(15)보다는 직경이 작은 지지단(16b)이 끼움되는 스톱퍼(26)가 설치되며, 상기 보호캡(22a)은 원통 형태로써 측면 4군데가 일부분 제거되어 측정수가 유입되도록 하는 유입홀(22b)을 형성하는 것으로 홀더연장단(22)과 탈 부착방식으로 결합된다.

이러한, 상기 스톱퍼(26)는 센서부(10)의 확장부(15)와 접촉시 마찰을 최소화하기 위하여 테프론 재질로 구성됨이 바람직하며, 확장부(15)의 하부면이 닿는 부분은 테이퍼지고 센서부(10)의 연장단(16)이 통과하는 중공형태로 구성된다.

그리고, 상기 홀더확장부(21a)는 측면 일부분이 제거된 개방부(23)를 형성하고, 내부에는 확장부(15)를 보호하며 투영가능한 파이프 형상의 투영부재(24)를 해체 가능하도록 삽입 구성하는 것으로, 상기 투영부재(24)는 유리재질로 형성함이 바람직하며 파손시 쉽게 교체할 수 있도록 홀더확장부(21a)에 삽입되는 방식으로 설치된다.

아울러, 상기 홀더연장단(22)에는 탱크에 설치하기 위한 커플러(25)를 구성하는데, 상기 커플러(25)는 홀더확장부(21a)에서 자유회전되도록 구성한다.

한편, 상기 게이지커버(30)는 중앙에 센서부(10)의 상부 끝단이 관통하는 관통홀(31a)을 형성하며 하부에는 홀더부(20)의 홀더확장부(21a)에 결합을 위한 커버커플러(31b)가 형성된 커버몸체(31)를 형성하는데, 본 발명에서는 커버몸체(31)를 플라스틱 재질로 구성하여 경량화로 구성한 것이다.

그리고, 상기 관통홀(31a)이 형성된 커버몸체(31)의 상부면에는 센서부(10)를 고정하기 위한 조임구(32)를 체결되도록 형성하는데, 상기 조임구(32)의 내부에는 커버몸체(31)를 관통하는 센서부(10)의 센서몸체(17)의 상부 끝단에 끼움되어 지지하는 지지링(32a)이 내부에 형성된다.

여기서, 상기 조임구(32)는 중앙이 관통된 캡 형태로써 중공형태의 조임구(32)가 센서부(10)의 커넥터(17a)의 외면에 밀착되어 밀폐하도록 구성한다.

아울러, 상기 커버몸체(31)의 일 측면에 일부분 매립되는 압력관(33)의 일 끝단을 통해 압력발생부(40)가 연결되도록 형성하고, 상기 압력관(33)에는 압력게이지(34)를 형성하여 압력전달부(35)를 형성한다.

이러한, 상기 커버몸체(31)에는 압력관(33)을 통해 공급되는 압축공기가 내부로 유동하기 위한 유동홀(31c)이 형성되어 센서부(10)의 압력홀(15a)을 통해 압축공기가 공급되도록 구성한다.

즉, 상기 커버몸체(31)의 천장에는 유동홀(31c)이 형성되는데 이 유동홀(31c)은 압력관(33)과 연통되도록 한 것으로, 상기 압력관(33)은 유동홀(31c)과 연통되는 연통홀(33a)이 일측에 형성되며, 일 끝단에는 압력관(33)을 회전하기 위한 손잡이(33b)가 일체로 형성되고, 타 끝단에는 압력발생부(40)와 연결하기 위한 연결단(33c)이 구성된다.

그리고, 상기 압력관(33)은 커버몸체(31)에서 회전되도록 형성하여 확인 위치에 따라 압력관(33)의 손잡이(33b)를 잡고 회전시켜 압력게이지(34)를 방향 전환할 수 있도록 구성한다.

한편, 상기 게이지커버(30)에 압력을 공급하는 압력발생부(40)를 형성하는데, 상기 압력발생부(40)는 자동방식이나 수동방식으로 압축공기를 발생시키며, 상기 압력발생부(40)가 자동방식일 경우에는 컴프레셔로 형성하거나 상기 압력발생부(40)가 수동방식일 경우에는 에어펌프로 구성할 수도 있는데, 본 발명에서는 에어펌프를 이용하는 것을 일 예로 설명하며 에어펌프는 실린더와 피스톤 작동으로 압축공기를 배출하는 형태로 구성한다.

즉, 상기 수소이온농도센서(100)는 센서부(10)가 내부에 설치된 홀더부(20)를 고온 고압 탱크의 내부에 측정부(13a)가 위치하도록 삽입 설치한 후, 탱크의 압력보다 큰 압력을 압력발생부(40)에서 발생시켜 게이지커버(30)를 통해 공급하면 압력홀(15a)을 통해 확장부(15)로 전달되어 내부보충액이 액락부(16a)를 통해 강제 배출되도록 구성하는 것이다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 작용 및 효과를 설명하면 다음과 같다.

도 1 내지 도 16에 도시된 바와 같이, 상기 수소이온농도센서(100)를 측정에 이용하기 위해서는 게이지커버(30)를 홀더부(20)의 홀더확장부(21a)에서 해체한 상태에서, 센서부(10)의 연장단(16)부터 삽입하여 연장단(16)의 지지단(16b)을 스톱퍼(26)에 끼움시킨다.

이때, 상기 확장부(15)에 마개(15b)를 제거한 상태로 홀더부(20)에 끼움하며 내부보충액(14)은 압력홀(15a)의 위치보다 낮은 위치로 충진하여 누출을 방지한다.

이후, 상기 게이지커버(30)의 관통홀(31a)을 통해 센서몸체(17)의 상부단을 끼움하여 노출시키고 조임구(32)를 끼워 커버몸체(31)에 체결한다.

그리고, 상기 수소이온농도센서(100)를 탱크(400)에 형성된 체결단(401)을 통해 홀더부(20)의 홀더연장단(22)에 삽입시킨 후 커플러(25)를 체결단(401)에 체결하는데 센서부(10)나 홀더부(20), 게이지커버(30)가 접촉하는 부분은 도면번호를 미도시한 밀폐링이 긴밀하게 접촉되어 기밀 유지 및 위치를 고정하는 것으로 간단히 설치를 완료한다.

이때, 상기 체결단(401)은 센서부(10)를 교체, 수리하거나 내부보충액(14)을 보충할 때 홀더부(20)와 해체시 측정수 누출을 방지하기 위하여 밸브가 구성됨이 바람직할 것이다.

다음으로, 상기 센서부(10)의 커넥터(17a)와 컨트롤러(300)는 신호선(200)을 이용하여 연결하고 전원을 인가하여 측정 준비를 완료한다.

이후, 상기 수소이온농도센서(100)를 이용하여 탱크(400)에 담겨진 측정수의 수소이온농도를 측정하게 되는데 탱크(400)의 내부는 고압이어서 내부보충액(14)이 액락부(16a)를 통해 대기압을 이용하여 배출하지 못한다.

이때, 상기 탱크(400)의 내부압력 정보를 미리 확인한 후 압력발생부(40)를 압력관(33)의 연결단(33c)에 연결한 후 압력발생부(40)를 작동시켜 탱크(400)의 내부압력보다 큰 압력으로 압력게이지(34)를 확인하면서 압축공기를 공급한다.

여기서, 일 예로 탱크(400)의 내부압력이 10psi일 경우라고 가정할 때 압력발생부(40)를 이용해서는 압력게이지(34)를 통해 11psi의 압력수치를 확인하면서 탱크(400)의 내부압력보다 큰 압력의 압축공기를 공급하는 것이다.

이렇게, 압축공기는 압력관(33)의 연통홀(33b)를 통해 커버몸체(31)의 유동홀(31c)을 거쳐 커버몸체(31)의 내부공간(S)에 충만된 상태에서 지속적으로 센서부(10)의 확장부(15)에 형성된 압력홀(15a)을 통해 확장부(15)의 내부로 유동되어 내부보충액(14)을 가압함으로써 액락부(16a)를 통해 강제 배출되어 측정부(13a)와 염다리를 형성하여 측정이 이루어지게 된다.

이러한, 상기 수소이온농도센서(100)를 이용하여 수소이온농도(pH)의 측정원리를 간단히 설명하자면, 내부보충액(14)이 액락부(16a)를 통해 흘러나와 Ag/AgCl와이어(11)의 Ag와 반응을 하면 Ag와 AgCl의 평형이 이루어지고 동시에 측정부(13a)의 내부전해액(12)이 측정하기 위해 접촉된 측정수를 만나 농도가 묽게 변하게 되는 산화반응이 발생되고, 이와 반대로 환원반응은 포화로 되어있던 Hg₂Cl₂가 Ag/AgCl와이어(11)의 전자를 받아 Hg로 환원되면서 Cl^-를 재 방출하게 된다.

이로 인하여, 전기가 통하고 흐르는 전류는 산화 전극의 두 번째 반응인 HO⁺이온 농도의 차이에 의존한다. 이로써 묽어진 농도를 계산할 수 있게 되고 따라서 수소이온농도(pH)를 알 수 있게 되는 것으로, 여기서 전위차는 흘러나온 내부전해액(12)에 의해 발생하는 산화 반응과 동시에 이루어지는 H₃O⁺이온이 묽어지는 것에 의해 전위차가 발생한다고 할 수 있는 것이다.

이러한, 상기 수소이온농도센서(100)는 신호선(200)을 BNC커넥터(202)나 터미널단자(203) 중 하나로 구성하여 각기 다른 단자 형태를 갖는 컨트롤러(300)에 제약을 받지 않는 특징이 있다.

그리고, 상기 기준정션(18)을 차폐피복(18a)으로 감싸 전기적 절연 차폐(Shield) 기능과 교정 시 외부의 간섭을 줄여 주는 특징이 있다.

아울러, 상기 기준정션(18)을 코일 형태로 형성하여 일반적인 일직선 와이어(Straight wire) 모양으로 형성되는 방식보다 외부 간섭의 영향이 적은 특징이 있다.

그리고, 상기 유리관(19)이 확장부(15)의 내부공간에 적은 면적으로 삽입되어 확장부(15)에 가해지는 고압의 압력에 의해 크랙이나 깨지는 것을 방지하는 특징이 있다.

한편, 상기 측정부(13a)는 착색하여 측정부(13a)의 성질을 구분해 주며 태양광이나 외부 빛으로부터 Ag/AgCl와이어(11)를 보호하기 위한 차폐기능적 특징과 상기 측정부(13a)를 '∪'형태로 돌출 형성하여 반구나 구 형태보다 측정시 감응감도를 증대시는 특징이 있다.

한편, 상기 Ag/AgCl와이어(11)에 접촉부(11a)를 형성시켜 유리전극(13)의 내면 벽면에 4지점에 사방 접촉 지지하는 동시에 Ag/AgCl와이어(11)가 유리전극(13)의 정중앙 위치를 유지하며 사용시 탱크(400)에 진동이 발생되더라도 흔들림 현상을 방지하여 측정오차가 발생하지 않는 특징이 있다.

이러한, 상기 홀더부(20)는 홀더연장단(22)에 보호캡(22a)을 결합시켜 측정부(13a)를 감싸 보호기능을 수행하는 동시에 유동홀(31c)을 통해 측정수와 접촉을 유지함으로써 측정에 영향을 주지 않는 특징이 있다.

그리고, 상기 홀더확장부(21a)의 투영부재(24)를 통해 확장부(15)의 이상 및 내부보충액(14)의 잔여량을 간단히 확인할 수 있어 보충 시기를 지나치지 않도록 하는 특징이 있다.

아울러, 상기 압력관(33)은 커버몸체(31)에서 회전되어 압력게이지(34)를 방향 전환할 수 있어 사용자의 확인 위치에 따라 회전시켜 확인할 수 있으며, 압력게이지(34)를 통해 과도한 압력이 확장부(15)에 작용하지 않도록 파악할 수 있는 특징이 있는 것이다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

10 : 센서부 11 : Ag/AgCl와이어
11a : 접촉부 12 : 내부전해액
13 : 유리전극 13a : 측정부
13b : 고정구
14 : 내부보충액 15 : 확장부
15a : 압력홀 15b : 마개
16 : 연장단 16a : 액락부
16b : 지지단 17 : 센서몸체
17a : 커넥터 17b : 온도센서
18 : 기준정션 18a : 차폐피복
19 : 유리관 20 : 홀더부
21 : 홀더몸체 21a : 홀더확장부
22 : 홀더연장단 22a : 보호캡
23 : 개방부 24 : 투영부재
25 : 커플러 30 : 게이지커버
31 : 커버몸체 31a : 관통홀
31b : 커버커플러 31c : 유동홀
32 : 조임구 33 : 압력관
34 : 압력게이지 35 : 압력전달부
40 : 압력발생부 100 : 수소이온농도센서
200 : 신호선 201 : BNC커넥터
202 : 터미널단자 300 : 컨트롤러
400 : 탱크 401 : 체결단

Claims

수소이온농도센서에 있어서,
Ag/AgCl와이어(11) 및 내부전해액(12)이 각각 내부로 삽입 및 충진되며 하부에는 측정부(13a)가 형성되는 유리전극(13)을 형성하며, 내부보충액(14)과 보충 및 압력을 공급하기 위한 압력홀(15a)이 형성된 확장부(15)의 하부로 내부보충액(14)의 배출을 위한 액락부(16a)가 형성되는 연장단(16)의 하부 끝단을 통해 유리전극(13)의 측정부(13a)가 노출되게 내부에 설치되는 센서몸체(17)를 형성하고, 상기 센서몸체(17)의 내부에는 기준정션(18) 및 내부보충액(14)이 삽입 및 충진되는 센서부(10)를 형성하며,
상기 센서부(10)가 내부로 삽입되어 측정부(13a)가 하부로 노출되며 확장부(15)의 내부보충액 잔량을 확인 가능한 파이프 형상의 홀더몸체(21)를 형성하며, 상기 센서부(10)의 상부가 노출되게 끼움되어 홀더몸체(21)의 상부 끝단에 체결되고 공급되는 압력을 체크하는 게이지커버(30)로 이루어지는 홀더부(20)를 형성하고,
상기 게이지커버(30)에 압력을 공급하는 압력발생부(40)를 형성하여,
상기 센서부(10)가 내부에 설치된 홀더부(20)를 고온 고압 측정환경의 내부에 측정부(13a)가 위치하도록 삽입 설치한 후, 센서부(10)를 신호선(200)으로 컨트롤러(300)와 연결하고, 측정환경의 압력보다 큰 압력을 압력발생부(40)로 게이지커버(30)를 통해 공급하면 압력홀(15a)을 통해 확장부(15)로 전달되어 내부보충액이 액락부(16a)를 통해 강제 배출되도록 구성하는 것을 특징으로 하는 고온고압용 수소이온농도센서.
제 1항에 있어서, 상기 센서몸체(17)의 상부에는 핀과 접지링으로 형성되는 커넥터(17a)를 형성하며,
상기 커넥터(17a)는 측정값을 표시하는 컨트롤러(300)와 신호선(200)으로 연결하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 고온고압용 수소이온농도센서.
제 2항에 있어서, 상기 신호선(200)은 커넥터(17a)에 연결되는 접속커넥터(201)가 일 끝단에 형성되고, 타 끝단에는 컨트롤러(300)에 연결되도록 BNC커넥터(201)와 터미널단자(203)가 혼용 형성되거나, BNC커넥터(202)나 터미널단자(203) 중 하나로 구성하는 것을 특징으로 하는 고온고압용 수소이온농도센서.
제 1항에 있어서, 상기 센서부(10)의 기준정션(18)은 차폐피복(18a)으로 감싸 형성하고,
상기 기준정션(18)은 유리전극(13)를 따라 외부간섭에 영향이 작게 받도록 코일 형태로 감겨진 후 유리전극(13)에 결합되는 고정구(13b)를 관통해 고정되는 유리관(19)의 내부로 삽입하여 구성하는 것을 특징으로 하는 고온고압용 수소이온농도센서.
제 4항에 있어서, 상기 유리관(19)은 상부 끝단이 확장부(15)의 내부공간 하부측에 위치하며 연장단(16)의 내부에 위치하도록 형성하여,
상기 유리관(19)이 확장부(15)에 가해지는 압력에 의해 파손되는 것을 방지하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 고온고압용 수소이온농도센서.
제 1항에 있어서, 상기 측정부(13a)는 착색하여 측정부(13a)의 성질을 구분해 주며 태양광이나 외부 빛으로부터 Ag/AgCl와이어(11)를 보호하기 위한 차폐기능을 수행하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 고온고압용 수소이온농도센서.
제 1항에 있어서, 상기 Ag/AgCl와이어(11)는 일부분을 지그재그 형태로 절곡하거나 굴곡시킨 접촉부(11a)가 유리전극(13)의 내면에 접촉되도록 삽입하여, 상기 Ag/AgCl와이어(11)가 유리전극(13)의 정중앙 위치를 유지하며 사용시 흔들림 현상을 방지하여 측정오차가 발생하지 않도록 구성하는 것을 특징으로 하는 고온고압용 수소이온농도센서.
제 1항에 있어서, 상기 홀더부(20)는 센서부(10)가 삽입되어 확장부(15)가 위치하는 원통 형상의 홀더확장부(21a)를 형성하고,
상기 홀더확장부(21a)의 하부로 센서부(10)의 연장단(16)이 삽입되는 홀더연장단(22)의 하부로 노출되는 측정부(13a)의 측정수와 접촉 및 보호기능을 위한 보호캡(22a)을 결합 구성하는 것을 특징으로 하는 고온고압용 수소이온농도센서.
제 8항에 있어서, 상기 홀더확장부(21a)는 측면 일부분이 제거된 개방부(23)를 형성하고, 내부에는 확장부(15)를 보호하며 투영가능한 파이프 형상의 투영부재(24)를 해체 가능하도록 삽입 구성하는 것을 특징으로 하는 고온고압용 수소이온농도센서.
제 8항에 있어서, 상기 홀더연장단(22)에는 탱크에 설치하기 위한 커플러(25)를 구성하는 것을 특징으로 하는 고온고압용 수소이온농도센서.
제 1항에 있어서, 상기 게이지커버(30)는 중앙에 센서부(10)의 상부 끝단이 관통하는 관통홀(31a)을 형성하며 하부에는 홀더부(20)의 홀더확장부(21a)에 결합을 위한 커버커플러(31b)가 형성된 커버몸체(31)를 형성하되,
상기 관통홀(31a)이 형성된 커버몸체(31)의 상부면에는 센서부(10)를 고정하기 위한 조임구(32)를 체결되도록 형성하며,
상기 커버몸체(31)의 일 측면에 일부분 매립되는 압력관(33)의 일 끝단을 통해 압력발생부(40)가 연결되도록 형성하고, 상기 압력관(33)에는 압력게이지(34)가 형성된 압력전달부(35)를 형성하며,
상기 커버몸체(31)에는 압력관(33)을 통해 공급되는 압축공기가 내부로 유동하기 위한 유동홀(31c)이 형성되어 센서부(10)의 압력홀(15a)을 통해 압축공기가 공급되도록 구성하는 것을 특징으로 하는 고온고압용 수소이온농도센서.
제 11항에 있어서, 상기 압력관(33)은 커버몸체(31)에서 회전되도록 형성하여 확인 위치에 따라 압력관(33)을 회전시켜 압력게이지(34)를 방향 전환할 수 있도록 구성하는 것을 특징으로 하는 고온고압용 수소이온농도센서.
제 1항 또는 제 11항에 있어서, 상기 압력발생부(40)는 자동방식이나 수동방식으로 압축공기를 발생시키는 것을 특징으로 하는 고온고압용 수소이온농도센서.
제 13항에 있어서, 상기 압력발생부(40)가 자동방식일 경우에는 컴프레셔로 형성하고,
상기 압력발생부(40)가 수동방식일 경우에는 에어펌프로 구성하는 것을 특징으로 하는 고온고압용 수소이온농도센서.
제 1항에 있어서, 상기 센서부(10)의 내부에는 수질의 온도를 측정하는 온도센서(17b)를 확장부(15)를 통해 연장단(16)의 내부에 위치하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 고온고압용 수소이온농도센서.