KR101891284B1 - 유체, 특히, 액체의 유량을 측정하기 위한 장치 - Google Patents

유체, 특히, 액체의 유량을 측정하기 위한 장치 Download PDF

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Abstract

도관(2; 2A, 2B) 내의 유체의 유량을 측정하기 위한 장치(1)는 유체의 유동에 의해 회전 구동되도록 도관(2; 2A, 2B) 내에 장착되고 하나 이상의 자석(4; 4A, 4B)이 고정되어 있는 하나 이상의 블레이드형 임펠러(3; 3A, 3B)와, 도관(2; 2A, 2B) 부근의 고정된 위치에 배열되며 임펠러(3; 3A, 3B)의 자석(4; 4A, 4B)이 통과하는 각 시기에 그에 의해 신호(펄스)의 생성을 유발할 수 있는 하나 이상의 자기장 센서(5; 5A, 5B)를 포함한다. 이 배열은 소정 시간 기간에 상기 센서(5; 5A, 5B)에 의해 생성된 신호(펄스)의 수가 사전결정된 관계에 따라 관련 도관(2; 2A, 2B) 내의 유체의 유량(Q)을 나타내도록 이루어진다. 하나 이상의 자기장 센서(5; 5A, 5B)는 프로세싱 및 제어 회로(PCU)에 결합되고, 프로세싱 및 제어 회로(PCU)는 마이크로프로세서(6) 및 관련 메모리 수단(7)을 포함하며, 상기 하나 이상의 센서(5; 5A, 5B)에 의해 발생된 신호를 사전결정된 방식으로 프로세싱하고 관련 도관(2; 2A, 2B) 내의 유체의 유량(Q)의 함수로서 사전결정된 방식으로 변하는 하나 이상의 특징을 가지는 디지털 신호를 제공하도록 구성된다.

Description

유체, 특히, 액체의 유량을 측정하기 위한 장치 {A DEVICE FOR MEASURING THE FLOW RATE OF A FLUID, IN PARTICULAR A LIQUID}
본 발명은 청구항 1의 전제부에 규정된 유형의, 유체, 특히, 액체의 유량의 측정에 관한 것이다.
삭제
본 발명의 한 가지 목적은 예로서, 가정용 기기에 사용될 수 있는 하나 이상의 도관 내의 하나 이상의 유체의 유량의 정확한 측정을 위한 혁신적 해법을 제공하는 것이다.
이 목적 및 다른 목적은 청구항 1에 규정된 특징(feature)을 가지는 장치를 구비한 본 발명에 따라 달성된다.
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본 발명의 다른 특징 및 장점은 첨부 도면을 참조로 단지 비제한적인 예로서 제공되어 있는 이하의 상세한 설명으로부터 명백히 알 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 유량을 측정하기 위한 제1 장치의 개략도이다.
도 2는 대응 도관 내의 두 개의 유체의 유량을 측정하기 위한, 본 발명에 따른 유량을 측정하기 위한 제2 장치의 개략도이다.
도 3은 도 2에 따른 장치의 변형 실시예의 개략도이다.
도 4 내지 도 6은 실시예 또는 동작에 관한 세 개의 변형에서, 본 발명에 따른 유량을 측정하기 위한 장치의 프로세싱 및 제어 회로에 의해 공급되는 출력 신호의 특성의 설명도이다.
도 1에서, 도관(2) 내의 유체, 특히, 액체의 유량을 측정하기 위한 장치는 전체가 참조 번호 1로 표시되어 있다. 이런 장치는 화살표 F로 표시되어 있는 바와 같은 유체의 유동에 의해 회전 구동되도록 도관(2) 내에 장착되어 있는 그 자체가 공지된 유형의 블레이드형 임펠러 또는 터빈(3)을 포함한다.
임펠러(3)는 그 주연부 둘레에 영구 자석(4)을 갖는다.
또한, 유량을 측정하기 위한 장치(1)는 임펠러(3)의 자석(4)이 부근을 통과하는 각 시기에 신호(펄스)의 생성을 초래하도록 도관(2) 부근의 고정된 위치에 배열되어 있는 자기장 센서(5)를 포함한다.
센서(5)는 예로서 소위 리드 릴레이(reed relay) 또는 홀(Hall) 효과 센서, 자기저항 센서 또는 다른 것일 수 있다.
그 동작시, 소정 시간 기간에 센서(5)에 의해 생성되는 펄스의 수(n)는 사전결정된 관계에 따라 도관(2) 내의 유체의 유량(Q)을 나타낸다.
출력 센서(5)는 관련 메모리 장치(7)를 갖는 마이크로프로세서(6)를 포함하는, 그 자체가 알려진 유형의 프로세싱 및 제어 회로(PCU)의 입력부에 연결된다.
예시된 예시적 실시예에서, 프로세싱 및 제어 회로(PCU)는 예시되지 않은 전압 공급 유닛으로부터 직류 공급 전압(Vdd)을 수신하며, 동작 중에, 필요시, 이는 직류 전압을 센서(5)의 공급 단자(5a)에 인가한다.
프로세싱 및 제어 회로(PCU)는 센서(5)에 의해 방출되는 신호(펄스)를 프로세싱하고 도관(2) 내의 유체의 유량(Q)의 함수로서 사전결정된 방식으로 변하는 하나 이상의 특징을 갖는 디지털 신호를 그 출력부에서 제공하기 위해 사전결정된 방식으로 구성되어 있다.
일반적으로, 도관(2) 내의 유체의 유량(Q)과 센서(5)에 의해 방출되는 펄스의 수(n) 사이에 존재하는 관계는 비선형적이다.
따라서, 바람직하게는, 사전결정된 교정 데이터가 메모리 장치(7)에 저장되며, 그에 의해, 도관(2) 내의 유체의 유량(Q)의 변동시, 센서(5)에 의해 방출되는 대응하는 펄스의 수(n) 및 상기 유량(Q)의 값 사이의 비율(k)은 상기 관계의 비선형성을 보상하도록 변할 수 있다.
마이크로프로세서 작동 프로세싱 및 제어 회로(EPCU)는 유용하게는 도관(2) 내의 유체의 유량(Q)의 함수로서 실질적 선형 방식으로 변하는 특징을 갖는 디지털 신호를 그 출력부에 제공하도록 구성될 수 있다. 예로서, 이런 신호는 도관(2) 내의 유체의 유량의 함수로서 실질적 선형적 방식으로 그 "온" 시간이 변하는 변조된 펄스-폭 또는 지속 시간을 갖는 신호일 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 유량을 측정하기 위한 다른 장치를 개략적으로 나타낸다. 이런 도면에서, 이미 설명된 부품 또는 요소에는 역시 이전에 사용된 것과 동일한 참조 번호가 부여되어 있다.
도 2에 표시된 장치(1)는 하나의 동일 유압 장치, 예로서, 동일 가정용 기기의 각각의 도관(2A, 2B) 내에서 유동하는 두 개의 유체의 유량을 측정할 수 있게 한다. 도관(2A, 2B)은 예로서 그를 통해 동일 헤더가 각각 온수 유동 또는 냉수 유동을 공급받을 수 있는 도관이다.
도관(2A, 2B)에는 각각의 임펠러(3A, 3B)가 제공되며, 각각의 센서(5A, 5B)가 연계되는 각각의 자석(4A, 4B)은 프로세싱 및 제어 회로(PCU)의 대응 신호 입력부에 결합된다.
도 2에 예시된 실시예에서, 자기장 센서(5A, 5B)는 프로세싱 및 제어 회로(PCU)의 동일 공급 출력부에 결합된 각각의 공급 단자(5a, 5b)를 갖는다.
도 3에 도시된 변형 실시예에서, 자기장 센서(5A, 5B)의 공급 단자(5a, 5b)는 다른 한편으로는 프로세싱 및 제어 회로(PCU)의 각각의 분리된 공급 출력부에 연결되며, 프로세싱 및 제어 회로는 동시에 또는 하나씩 상기 센서(5A, 5B)에 선택적으로 전력을 공급하도록 구성된다. 이는 신호가 취득되지 않는 센서를 대기 상태로 유지하면서, 두 개의 센서에 의해 개별적으로 제공되는 신호를 취득할 수 있게 한다.
도 2 및 도 3에 따른 실시예에서, 프로세싱 및 제어 회로(PCU)는 도관(2A, 2B) 내에서 유동하는 유체의 유량의 합을 나타내는 하나의 특징을 갖는 변조된 펄스-폭 또는 지속 시간을 구비한 디지털 신호를 그 출력부에서 제공하도록 구성될 수 있다. 이런 신호는 예로서 도 4에 예시된 특징을 가지며, 여기서, 센서(5A, 5B)에 의해 제공되는 신호는 본질적으로 관련 도관(2A, 2B) 내의 유체의 유량에 비례하는 각각의 펄스 지속 시간을 갖는 PWM 형 신호인 것으로 고려된다. 회로(PCU)에 의해 제공되는 대응 출력 신호는 여전히 변조된 펄스-폭 또는 지속 시간을 갖는 신호이며, 펄스 지속 시간("온" 시간)은 두 개의 자기장 센서(5A, 5B)에 의해 제공되는 신호의 펄스의 지속 시간의 합에 대응한다.
도 5에서 고려되는 변형 실시예에서, 프로세싱 및 제어 회로(PCU)는 도관(2A, 2B) 내의 유체의 유량의 합을 기준으로, 이런 도관 중 하나 내의 유량에 관련한 백분율 몫을 나타내는 특징을 갖는, 변조된 펄스-폭 또는 지속 시간을 갖는 디지털 신호를 그 출력부에서 제공하도록 구성된다. 예시된 실시예에서, 프로세싱 및 제어 회로(PCU)로부터의 출력부의 신호는 유량의 합에 관한 백분율을 나타내는 "하이" 레벨 지속 시간(A)("온" 시간)을 가지며, 이는 도관(2A) 내의 유량에 대응한다. 다른 한편, "로우" 레벨 지속 시간(B)("오프" 시간)은 도관(2B) 내의 유체의 유량에 대응하는 전체의 몫 또는 백분율을 나타낸다.
도 6에서 고려되는 다른 변형례에서, 프로세싱 및 제어 회로(PCU)는 다른 한편, 본질적으로 멀티플렉서로서 동작하도록 구성되며, 이런 회로는 시리얼 디지털 출력 신호를 제공하도록 구성되어 있으며, 이 시리얼 디지털 출력 신호는 후속 사전결정된 시간 기간(TA, TB)에서 각각 도관(2A) 내의, 그리고, 도관(2B) 내의 유량을 나타낸다.
다른 예시되지 않은 변형례에서, 회로(PCU)는 두 개의 별개의 출력부를 구비하며, 도관(2A) 및 도관(2B) 내의 유체의 유량을 나타내는 신호를 이런 출력부 상에서 각각 제공하도록 구성된다.
일반적으로, 회로 또는 PCU 유닛은 또한 자기장 센서에 의해 제공되는 신호 상에 필터링 작용을 수행하도록 구성되는 것이 유리할 수 있다.
물론, 발견의 원리에 영향을 주지 않고, 특정 실시예는 이를 위해 첨부된 청구항에 규정된 바와 같은 본 발명으로부터 벗어나지 않고 단지 예로서, 그리고, 제한을 목적으로 하지 않고 설명 및 예시된 바에 관하여 폭넓게 변할 수 있다.
EP 1 983 310 A1호는 일정한 폭 및 지속 시간을 가지며 측정 하에서 유량에 종속하는 시간 간격에 의해 분리되는 시리얼 펄스를 발생하는 이러한 유형의 장치를 공개한다.
US 4 885 943호는 주기가 터빈의 회전 속도에 반비례하는 신호를 제공하는 근접 센서 및 강자성 재료로 제조되는 베인을 구비한 터빈을 포함하는 유사 장치를 공개한다. 상기 장치는 또한 측정 하에서 유체의 유량과 터빈의 회전 속도 사이의 비선형성을 보상하기 위해 구성된 디지털 프로세싱 수단을 포함한다.
US 5 927 400호는 대응하는 감지 유닛과 협동하는 각각의 자석이 터빈 회전자에 제공되는, 두 개의 터빈 유량계를 이용하여, 공기 조화 장치의 각각의 도관 내에서 유동하는 두 개의 유체의 유량을 측정하기 위한 장치를 공개한다.

Claims (10)

  1. 동시에 제 1 도관 및 제 2 도관(2A, 2B) 내의 유체의 유량을 측정하기 위한 장치(1)로서,
    각각 제 1 도관 및 제 2 도관에서 유체의 유동에 의해 회전 구동되도록 제 1 도관 및 제 2 도관(2A, 2B) 내에 장착된 제 1 블레이드형 임펠러 및 제 2 블레이드형 임펠러(3A, 3B)로서, 제 1 블레이드형 임펠러 및 제 2 블레이드형 임펠러(3; 3A, 3B)에 각각 제 1 자석 및 제 2 자석(4A, 4B)이 고정된, 제 1 블레이드형 임펠러 및 제 2 블레이드형 임펠러(3; 3A, 3B); 및
    제 1 도관 및 제 2 도관(2A, 2B) 부근의 고정된 위치에 배열된 제 1 자기장 센서 및 제 2 자기장 센서(5A, 5B)로서, 제 1 자석 및 제 2 자석(4A, 4B)이 상기 제 1 자기장 센서 및 제 2 자기장 센서를 통과하는 각각의 시기에 신호(펄스)의 생성을 유발할 수 있는, 제 1 자기장 센서 및 제 2 자기장 센서(5A, 5B);를 포함하고,
    이 배열은 소정 시간 기간에 제 1 자기장 센서 및 제 2 자기장 센서(5A, 5B) 각각에 의해 생성된 신호(펄스)의 수가 사전결정된 관계에 따라 제 1 도관 및 제 2 도관(2A, 2B) 내의 유체의 유량(Q)을 나타내도록 이루어지며,
    제 1 자기장 센서 및 제 2 자기장 센서(5A, 5B)는 프로세싱 및 제어 회로(PCU)에 결합되고, 프로세싱 및 제어 회로(PCU)는 마이크로프로세서(6) 및 관련 메모리 수단(7)을 포함하고, 제 1 자기장 센서 및 제 2 자기장 센서(5A, 5B)에 의해 발생된 신호를 사전결정된 방식으로 프로세싱하고, 제 1 도관 및 제 2 도관(2A, 2B) 내의 유체의 유량(Q)의 함수로서 변하는 디지털 출력 신호를 제공하도록 구성되며,
    제 1 자기장 센서 및 제 2 자기장 센서(5A, 5B) 각각으로부터의 펄스의 수(n)와 제 1 도관 및 제 2 도관(2A, 2B) 각각 내의 유체의 유량(Q) 사이의 상기 관계는 비선형적이고, 상기 메모리 수단(7)에는 사전결정된 교정 데이터가 저장되어 있으며, 이 교정 데이터에 의해, 제 1 도관 또는 제 2 도관(2A, 2B) 내의 유체의 유량(Q)의 변동시, 제 1 센서 또는 제 2 센서(5A, 5B)에 의해 방출된 대응하는 펄스의 수(n)에 대한 상기 유량(Q)의 값의 비율이 상기 관계의 비선형성을 보상하도록 변할 수 있는, 동시에 제 1 도관 및 제 2 도관 내의 유체의 유량을 측정하기 위한 장치에 있어서,
    제 1 자기장 센서 및 제 2 자기장 센서(5A, 5B)는 프로세싱 및 제어 회로(PCU)의 각각의 공급 출력부에 연결된 각각의 공급 단자(5a, 5b)를 구비하고, 프로세싱 및 제어 회로(PCU)는 동시에 제 1 자기장 센서 및 제 2 자기장 센서(5A, 5B)에 전력을 공급하게 하도록 구성되고,
    프로세싱 및 제어 회로(PCU)는 변조된 펄스-폭 또는 지속 시간을 갖는 펄스-폭 변조(PWM) 디지털 신호를 그 출력부에서 제공하도록 구성되고, 상기 펄스-폭 변조 디지털 신호가 제 1 도관 및 제 2 도관(2A, 2B) 내의 유체의 유량(Q)의 함수로서 실질적 선형적 방식으로 변하는 온 시간, 그리고 제 1 도관 및 제 2 도관(2A, 2B) 내의 유체의 유량(Q)의 함수로서 실질적 선형적 방식으로 변하는 오프 시간을 가지며,
    상기 온 시간 및 오프 시간은 상기 제 1 및 제 2 도관(2A, 2B)의 합을 기준으로, 제 1 도관 및 제 2 도관(2A, 2B) 각각에서의 유량에 관한 몫 또는 백분율을 나타내는 것을 특징으로 하는,
    동시에 제 1 도관 및 제 2 도관 내의 유체의 유량을 측정하기 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    제 1 자기장 센서 및 제 2 자기장 센서(5A, 5B)는 프로세싱 및 제어 회로(PCU)의 동일 공급 출력부에 결합된 각각의 공급 단자(5a, 5b)를 구비하는,
    동시에 제 1 도관 및 제 2 도관 내의 유체의 유량을 측정하기 위한 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    프로세싱 및 제어 회로(PCU)는 제 1 자기장 센서 및 제 2 자기장 센서(5A, 5B)에 의해 제공된 신호에 대해 필터링 작용을 수행하도록 구성되는,
    동시에 제 1 도관 및 제 2 도관 내의 유체의 유량을 측정하기 위한 장치.
  4. 동시에 제 1 도관 및 제 2 도관(2A, 2B) 내의 유체의 유량을 측정하기 위한 장치(1)로서,
    각각 제 1 도관 및 제 2 도관에서 유체의 유동에 의해 회전 구동되도록 제 1 도관 및 제 2 도관(2A, 2B) 내에 장착된 제 1 블레이드형 임펠러 및 제 2 블레이드형 임펠러(3A, 3B)로서, 제 1 블레이드형 임펠러 및 제 2 블레이드형 임펠러(3; 3A, 3B)에 각각 제 1 자석 및 제 2 자석(4A, 4B)이 고정된, 제 1 블레이드형 임펠러 및 제 2 블레이드형 임펠러(3; 3A, 3B); 및
    제 1 도관 및 제 2 도관(2A, 2B) 부근의 고정된 위치에 배열된 제 1 자기장 센서 및 제 2 자기장 센서(5A, 5B)로서, 제 1 자석 및 제 2 자석(4A, 4B)이 상기 제 1 자기장 센서 및 제 2 자기장 센서를 통과하는 각각의 시기에 신호(펄스)의 생성을 유발할 수 있는, 제 1 자기장 센서 및 제 2 자기장 센서(5A, 5B);를 포함하고,
    이 배열은 소정 시간 기간에 제 1 자기장 센서 및 제 2 자기장 센서(5A, 5B) 각각에 의해 생성된 신호(펄스)의 수가 사전결정된 관계에 따라 제 1 도관 및 제 2 도관(2A, 2B) 내의 유체의 유량(Q)을 나타내도록 이루어지며,
    제 1 자기장 센서 및 제 2 자기장 센서(5A, 5B)는 프로세싱 및 제어 회로(PCU)에 결합되고, 프로세싱 및 제어 회로(PCU)는 마이크로프로세서(6) 및 관련 메모리 수단(7)을 포함하고, 제 1 자기장 센서 및 제 2 자기장 센서(5A, 5B)에 의해 발생된 신호를 사전결정된 방식으로 프로세싱하고, 제 1 도관 및 제 2 도관(2A, 2B) 내의 유체의 유량(Q)의 함수로서 변하는 디지털 출력 신호를 제공하도록 구성되며,
    제 1 자기장 센서 및 제 2 자기장 센서(5A, 5B) 각각으로부터의 펄스의 수(n)와 제 1 도관 및 제 2 도관(2A, 2B) 각각 내의 유체의 유량(Q) 사이의 상기 관계는 비선형적이고, 상기 메모리 수단(7)에는 사전결정된 교정 데이터가 저장되어 있으며, 이 교정 데이터에 의해, 제 1 도관 또는 제 2 도관(2A, 2B) 내의 유체의 유량(Q)의 변동시, 제 1 센서 또는 제 2 센서(5A, 5B)에 의해 방출된 대응하는 펄스의 수(n)에 대한 상기 유량(Q)의 값의 비율이 상기 관계의 비선형성을 보상하도록 변할 수 있는, 동시에 제 1 도관 및 제 2 도관 내의 유체의 유량을 측정하기 위한 장치에 있어서,
    제 1 자기장 센서 및 제 2 자기장 센서(5A, 5B)는 프로세싱 및 제어 회로(PCU)의 각각의 공급 출력부에 연결된 각각의 공급 단자(5a, 5b)를 구비하고, 프로세싱 및 제어 회로(PCU)는 동시에 제 1 자기장 센서 및 제 2 자기장 센서(5A, 5B)에 전력을 공급하게 하도록 구성되고,
    제 1 도관 및 제 2 도관(2A, 2B) 내에는 각각의 제 1 자석 및 제 2 자석(4A, 4B) 및 각각의 제 1 자기장 센서 및 제 2 자기장 센서(5A, 5B)가 상기 프로세싱 및 제어 회로(PCU)의 신호 입력부에 결합되어 있는 상태로 각각의 임펠러(3A, 3B)가 제공되고, 프로세싱 및 제어 회로(PCU)는 변조된 펄스-폭 또는 지속 시간을 갖는 PWM 디지털 시리얼 출력 신호를 출력부에서 제공하도록 구성되고, 상기 PWM 디지털 출력 신호가 제 1 도관 및 제 2 도관(2A, 2B) 내의 유체의 유량(Q)의 함수로서 실질적 선형적 방식으로 변하는 온 시간, 그리고 제 1 도관 및 제 2 도관(2A, 2B) 내의 유체의 유량(Q)의 함수로서 실질적 선형적 방식으로 변하는 오프 시간을 가지며, 상기 디지털 시리얼 출력 신호의 온 시간 또는 오프 시간이 상기 도관(2A, 2B) 내의 유량의 합을 나타내며,
    프로세싱 및 제어 회로(PCU)는 후속적인 사전결정된 시간 기간(TA, TB)에 제1 도관(2A) 및 제2 도관(2B) 내의 유체의 유량을 각각 나타내는 PWM 디지털 시리얼 출력 신호를 출력부에서 제공하도록 구성되되, 상기 후속적인 사전결정된 시간 기간(TA, TB)은 제 1 시간 기간(TA) 및 상기 제 1 시간 기간(TA)에 후속적인 제 2 시간 기간(TB)을 포함하고, 상기 제 1 시간 기간(TA)에서 상기 PWM 디지털 시리얼 출력 신호가 제 1 도관(2A) 내의 유체의 유량(Q)을 나타내고, 상기 제 2 시간 기간(TB)에서 상기 PWM 디지털 시리얼 출력 신호가 제 2 도관(2B) 내의 유체의 유량(Q)을 나타내는 것을 특징으로 하는,
    동시에 제 1 도관 및 제 2 도관 내의 유체의 유량을 측정하기 위한 장치.
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