KR20020041051A - 수도 계량기의 오차보정 장치 및 전자식 오차보정 수도계량기 - Google Patents

Abstract

이 발명은 센서(22,32)를 선택적으로 활성화시켜 유량신호 d1, d2를 검출하여 계수하고 펄스수가 메모리(24)에 수록된 ℓ당펄스수에 이르면 유량 적산치를 인크리먼트 하여 LCD모듈에 표시하고, 펄스 계수 값을 크리어하는 마이콤(11)과, 마이콤의 제어신호 s1으로 개폐되는 스위치(21)와, 스위치(21) 온 상태에서 전류가 공급되어 활성화되고 유로덮개(C) 상부의 자기마당(mf)에서 유량신호를 검출하는 저 전력형 저속신호 검출용 홀소자 센서(22)와, 마이콤의 제어신호 s2로 개폐되는 스위치(31)와, 스위치(31) 온 상태에서 전류가 공급되어 활성화되고 유로덮개(C) 상부의 자기마당(mf)에서 유량신호를 검출하는 고속신호 검출용 홀소자 센서(32)와, 마이콤에 구동전류를 공급하는 전지(41)와, 초기치로 ℓ당펄스수의 값을 보유하고 검정시 외부에서 산출하여 제공되는 보정 값으로 ℓ당펄스수 값을 갱신하여 보유하는 메모리(42)의 리터변수와, 산출된 유량 값을 표시하기 위한 LCD모듈(43)로서 구성한 전자식 오차보정 수도 계량기 및 전자식 수도 계량기를 이용한 오차보정장치이다.

Description

수도 계량기의 오차보정 장치 및 전자식 오차보정 수도 계량기 { Error revision system for water meter and electronic error revision water meter }

이 발명은 수도 계량기의 오차보정 장치 및 전자식 오차보정 수도 계량기에 관한 것으로서, 특히 수도 계량기에 구동전지를 내장하고 전지의 사용수명을 최대화 할 수 있는 전자식 수도 계량기를 제공하려는 것이다.

수도 계량기는 유량에 따라 임펠러를 구동하는 유량검출부와 유량검출부가 제공하는 펄스에 따라 수치로서 유량을 표시하는 유량표시부로서 구성하고, 다시 유량검출부는 외부 케이싱과, 임펠러 조립체와, 유로덮개로서 구성하며, 상기 외부 케이싱은 양단에 커플러를 구성하여 수도 관로상에 장착되며 수돗물의 유로를 케이싱의 내부에 조성하고 임펠러 조립체를 삽입하기 위한 입구로서 구성되었으며, 상기 임펠러 조립체는 케이싱내에 삽입되어 유량의 발생시 구동되는 임펠러와 임펠러에 부착되어 유로덮개 상부에 자기장을 조성하는 자석으로 구성되었으며, 상기 유로덮개는 임펠러 조립체를 내장한 외부 케이싱의 입구를 물이 새지 않게 밀봉하고 임펠러 구동시 변동되는 자기장의 극성이 유로덮개의 상부에서 검출되도록 구성하며, 상기 유량 표시부는 상기 유로덮개 상부에 장착되고 자기장의 극성 변동에 반응하여 구동되는 기어 조립체와 기어 조립체에 연동되는 적산수치 표시용 퍼즐로서 구성한 것이었다.

이와 같은 수도 계량기는 계량기 검정시의 오차보정이 어렵고 외부 전원을 사용할 수 없어 계량기를 전자식으로 대체할 수 없는 문제점을 가지는 것이었다.

즉, 종래 수도 계량기의 검정시험은 도1과 같이 용수 용기 t1에 계량기 m1~mn을 파이프라인 P로서 연결하고, 용기 t1에 시험용수 200ℓ을 채우고, 밸브(v)를 개방하여 파이프라인 P를 통해 종단용기(t2)로 물을 흘려 보낸 다음 계량기(m1~mn)에 계량된 유량 적산치를 조사하여 수작업으로 오차를 보정한다. 예를 들어 유량 적산치가 200ℓ로 표시되었으면 검정 합격으로 분류하고, 이보다 수치가 많거나 적게 적산되었으면 임펠러 조립체를 케이싱에서 분해하여 수정한 후 재 조립 하고 상기 검정 단계를 반복 수행하는 것이다.

이와 같은 오차 보정은 많은 인력이 소요될 뿐 아니라 보정오차가 정밀하지 못하고, 수 차례의 검정 과정을 거치게 되는 경우가 많아 수도 계량기의 생산성을 현저히 저해하는 것이었다.

다른 하나의 문제점은 수도계량기가 지하의 수도 관로에 설치되는 특수성으로 인해 외부 전원 특히 교류 전원을 사용할 수 없고, 수도 계량기 구동원으로서 전지를 내장하는 경우 전지의 수명이 수도 계량기의 정격 교체수명인 3~5년에 이르지 못하여 실용성을 가질 수 없는 것이었다.

이 발명은 마이콤이 저 전력형 저속 센서와 전력소비가 큰 고속 센서를 유량펄스의 발생주기에 반응하여 센서를 선택적으로 활성화 시켜 유량신호를 검출함으로써 전지의 수명을 극대화시킨 전자식 수도계량기를 제공함에 목적이 있다.

이 발명은 유량표시부 마이콤이 전지에서 분리되더라도 적산된 유량값을 메모리에 보유하는 전자식 수도계량기를 제공함에 목적이 있다.

이 발명은 수도계량기의 검정시 오차보정을 자동화할 수 있는 전자식 수도 계량기 및 자동오차 보정장치를 제공함에 목적이 있다.

도1은 종래 수도계량기 검정장치의 개요도

도2는 이 발명 전자식 수도계량기의 블록도

도3은 이 발명 전자식 수도 계량기의 검정장치 회로도

도4는 이 발명 전자식 수도 계량기 및 검정 동작 회로도

도5는 이 발명 전자식 수도 계량기의 제어 동작도

도6은 이 발명 검정 과정 흐름도

<도면 주요 부호의 설명>

11,70:마이콤 21,31:스위치 22,32:센서 43,71:LCD모듈 42:메모리 41:전지 44:커넥터

이 발명을 첨부도면에 따라서 상세하게 설명하면 다음과 같다.

종래의 수도 계량기는 유량검출부와 유량표시부로서 구성하고 있으며, 유량검출부에 임펠러와 자석이 포함되고, 임펠러에 부착된 자석의 자기장이 유로덮개의 상부에 자기 마당(mf)을 조성하게 하고, 유량 발생시 임펠러가 구동되면 유로덮개 상부 자기마당에서 자기장의 극성이 변동되게 구성되었다.

이 발명은 유량 표시부(1)를 다음과 같이 구성한다.

유량표시부(1)는 원칩 마이콤(11)과, 마이콤에 접속하는 고속유량 센서(32) 및 저속유량센서센서(22)와, 센서 개폐용 스위치(21,31)와, LCD모듈(43)과, 변수들의 값을 갱신하여 보유할 수 있는 메모리(42)와 회로 구동용 전지(41)로서 구성한다.

원칩 마이콤(11)은 내부에 CPU, ROM, REM, ALU, LCD드라이버, 시계 등을 내장하고 있다. 원칩 마이콤은 고속유량 센서, 저속유량센서를 스위칭 하여 유량 펄스를 검출하고 단위 유량(실시예에서 리터)값이 산출되면 메모리(42)의 유량변수의 적산값을 인크리먼트 하고, 이 값을 LCD모듈에 표시한다.

마이콤(11)이 제어에 참조하는 주요 변수는 REM 메모리로서 펄스 주기변수 t, 펄스 계수변수 s_puls, 전지가 회로에서 분리되더라도 값을 보존하기위하여 EEPROM 메모리(42)에 설정되는 단위유량(이 발명의 실시예에서 ℓ) 적산용 변수lietr 및 단위유량당유량펄스수(이 발명에서 "ℓ당펄스수"로 약칭함) 변수 puls가 프로그램 되어있다.

따라서 EEPROM 메모리(42)에 설정되는 변수 liter와 puls는 회로에서 전지가 분리되어도 수록된 값을 보존한다.

저속유량센서(22)와 고속유량센서(32)는 초퍼 홀(Holl)소자를 이용한 자기 감응 온/오프 스위치이다. 저속 유량센서는 펄스의 검출속도가 늦지만 소비전력이 적다. 이와 반대로 고속유량 센서는 고속 펄스를 검출할 수 있으나 소비전력이 많다.

이 발명은 이 두 센서의 특성을 이용하는 저속 센싱 모드와 고속센싱 모드를 펄스 발생 주기에 반응하여 선택하므로써 전력소비를 최소화하고 있다.

평상시 원칩 마이콤(11)은 저 전력소비모드에 있다. 저 전력소비모드에서 스위치(21)를 온 상태로 제어 함으로써 저속유량센서(22)에 전원을 공급하여 활성화 시키고있으며, 고속센서의 스위치(31)는 오프상태로 한다. 즉, 물의 흐름이 발생하여 마이콤(11)이 저속유량센서에서 유량신호를 2회이상 검출하면 원칩 마이콤은 유량신호의 발생주기 t를 0.5~1초 간격으로 산출하여 t 값을 참조하면서 유량신호를 반복 검출한다. 유량신호 발생주기 t가 저속이면 마이콤은 계속하여 저속유량센서를 활성화시켜 유량신호를 검출하지만 유량신호 발생주기 t가 고속으로 전환되면 마이콤은 고속 센싱 모드로 전환한다. 즉, 스위치(31)를 온 상태로 하여 고속유량센서(32)에 전원을 공급하여 활성화시킨 다음 이 센서(32)에서 유량신호를 검출하며, 저속센서의 스위치(21)를 오프상태로 한다.

이 발명을 실시예로서 더 자세히 설명하면 다음 과 같다.

도2와 같이 마이콤(11)은 센서(22,32)를 선택적으로 활성화시켜 유량신호 d1, d2를 검출하고, 펄스 검출시마다 변수 s_puls를 인크리먼트하고, 펄스수가 메모리(42)에 수록된 ℓ당펄스수 변수 puls가 지시하는 값에 이르면 유량 적산치를 메모리(42)의 유량변수 liter값을 인크리먼트 한 후 LCD모듈에 표시하고, 펄스 계수변수 s_puls를 크리어 한다.

고속 센싱모드에서 저속모드로의 전환 조건은 상기와 같이 펄스 주기 t를 프로그램된 시간과 비교하여 행하거나 또는 저속 주기가 일정한 시간 이상 반복되는 경우로 한다. 어느 경우이든 마이콤에서 검출할 수 있는 조건으로 사용할 수 있으나 소비전력을 적게하는 제어가 유리하다.

이와 같이 마이콤이 펄스 발생주기 t를 일정한 시간 간격으로 검사하여 고속유량이 일정시간동안 유입되지 않으면 또는 유량신호 검출 주기가 느려지면 원칩 마이콤은 다시 저속 모드로 전환시킨다.

도4를 참조하면, 저 전력형 저속신호 검출용 홀소자 센서(22)는 마이콤의 제어신호 s1으로 개폐되는 스위치(21) 온 상태에서 전류가 공급되어 활성화되고 활성화 상태에서 유로덮개(C) 상부의 자기마당(mf)의 극성 변동에 서서히 반응한다. 마이콤은 센서의 저속 반응을 저속 유량신호 펄스로서 검출한다.

실시 예 도5의 흐름도를 참조하면, 상기 마이콤(11)은 유량신호 발생 주기가 1/5초 미만일 때 스위치(21)를 온 상태로, 스위치(31)을 오프상태로 제어하여 저 전력형 저속 센서(22)로부터 유량신호 d1을 검출하여 계수 하도록 하였다.

유량신호를 검출하는 고속신호 검출용 홀소자 센서(32)는 마이콤의 제어신호 s2로 개폐되는 스위치(31) 온 상태에서 전류가 공급되어 활성화되고 유로덮개(C) 상부의 자기마당(mf)에서 극성의 변동에 빠르게 반응된다. 마이콤(11)은 센서의 고속 반응을 고속 유량신호 펄스로서 검출한다.

또한 유량신호 발생 주기가 1/5초 이상일 때 스위치(21)를 오프상태로, 스위치(31)을 온 상태로 제어하여 고속센서(32)로부터 유량신호 d2을 검출하여 계수 하도록 하였다.

상기 메모리(42)의 변수 puls에 초기치로 ℓ당 펄스수의 값을 보유한다. 이 초기값은 그대로 보유하거나 검정시 외부 장치에서 산출하여 제공되는 보정 값으로 갱신하여 보유한다.

실시 예에서 초기 값은 1200으로 설정하여 임펠러의 회전으로 발생되는 펄스가 1200일 때 유량 1ℓ을 적산하는 것으로 하였다.

이와 같이 제어부는 수도계량기가 사용되지 않는 대부분의 시간동안 절전형 저속모드를 유지하고 수도 밸브를 개방하여 물이 공급될 때에는 고속 모드로 자동 전환하여 유량을 계량하는 것으로서 고속 모드는 상대적으로 짧은 사간에 속하기 때문에 전지를 계량기의 정격 교체기간 이상의 기간 동안 사용할 수 있다.

이 발명 실시 예에서 평균적 가정용 수도계량기를 기준으로 원칩 마이컴 등과 함께 회로의 PCB에 내장된 1개의 리튬이온 1차 전지로서 7년 정도 전지를 교체하지 않고 사용할 수 있는 것으로 계산되었다.

또한 이 발명은 하나의 PCB 상에 상기 두 센서(22,32)를 포함하는 유량 표시부를 구성하고, 도4와 같이 단순히 유로덮개(C) 상부에 PCB를 밀착시킴으로써 센서(22,32)가 유로 덥개 상부의 자기마당(mf)에 접속되게 함으로 제작 조립의 간편성을 극대화하였다.

이 발명은 전자식 수도 계량기의 자동 검정장치는 다음과 같다.

도3과 같이 수도 계량기의 자동 검정을 위하여 용수 용기 t1의 검정 파이프 라인 P에 복수의 전자식 수도 계량기(em1~emn)를 직열로 연결한 후 계량된 정량의 용수를 파이프 라인 P에 흘린 다음 흘려보낸 용수에 의한 펄스 총수를 계량기별로 파악하고 펄스 총수를 흘려보낸 다위유량수 ℓ로 나누어 계량기별 단위유량 ℓ당의 펄스수를 산출하고 이 산출 값을 유량표시부 메모리(42)의 ℓ당 펄스수를 지시하는 변수 puls에 수록함으로써 검정오차를 보정하도록 하는 검정 환경을 구성하였다.

자동 검정을 위한 전자식 수도 계량기로서 센서를 통해 유량 검출부에서 유량신호를 검출하여 계수하는 마이콤(11)과, 검정 전에는 ℓ당펄스수의 초기 값을보유하고 검정에 의한 오차 보정시에는 외부에서 산출된 ℓ당펄스수의 값으로 갱신되어 마이콤(11)이 검출된 유량펄스에 의한 유량 산출시 단위유량의 값으로 참조하기 위한 EEPROM의 메모리(42)의 변수 puls와, 회로에 구동전류를 공급하는 전지(41)로서 구성한다.

도3과 같이 상기 유량표시부(1)를 포함하는 하나 이상의 전자식 수도 계량기 em1~emn를 상기 검정 파이프라인 P에 설치한다.

마이콤(70)에 LCD모듈(71)과, 키패드(72)와 퍼스널컴퓨터(PC)와 전원장치(77)를 접속한 검정관리부(2)를 구성한다.

원칩 마이컴(70)에 CPU, ROM, REM, I/O포트 등을 내장하고 있다.

유량표시부(1)의 터미널(44)을 통하여 유량표시부(1) 마이콤(11)과 검정관리부 마이콤(70)을 SPI(직열주변장치통신)로 멀티드롭하고 검정관리부(2)에 연결하고, 용기 t1으로부터 용수의 앤드 신호를 마이콤(70)에 제공하기 위한 앤드라인(E)을 마이콤(70)에 접속한다.

전자식 수도메터의 유량표시부(1)와 자동오차보정장치를 연결하는 멀티드롭 통신은 자동오차보정을 할 때에 사용되며 평상시에는 터미널(44)에서 분리된다.

검정관리부(2)의 원칩 마이콤(70)은 키패드(72)에서 수행명령을 입력 받아 그 내용을 LCD모듈(71)에 표시하고 검정작업을 진행한다.

구체적으로 도6과 같이 검정관리가 시작되어 초기화를 수행한 후 키패드(72)로부터 계량기 총수 등 필요한 명령과 정보를 제공받는다. 입력받는 정보는 정량 용수의 리터수(예 200ℓ), 직렬 접속된 수도 메터의 수량 등이다.

정검이 시작되면 마이콤(70)은 모든 계량기 마이콤(11)에 차례로 제어신호 c1을 전송하여 다음 제어가 있기까지 검정모드를 진행하도록, 즉, 펄스계수변수 s_puls를 크리어 한다음 센서에서 발생한 펄스의 총수를 마이콤(11)의 펄스계수변수 s_puls에 계수하고 리터로 적산하지 아니하도록 제어한다.

다음 LCD모듈(71)에 정량의 용수를 흘려보내라는 진행 메시지를 프린트한다음 루프에서 앤드신호 즉 용수 흘림완료신호 e를 기다린다. 이때 오퍼레이터는 밸브(v)를 개방하여 정량의 용수를 파이프라인 P에 흘려 보낸다. 검정 마이콤(70)이 앤드신호 e를 앤드라인 E에서 검출하면 순차 모든 계량기 마이콤(11)앞으로 제어신호 c2를 전송하여 검정보정모드를 실행하게 한다. 이 검정보정모드에서 검정 마이콤(70)이 산출한 ℓ당펄스수로서 유량표시부 EEPROM 메모리(42)의 puls 변수 값을 갱신하는 것이다.

도6의 루프에서 계량기별 검정보정모드 수행과정은 다음과 같다.

루프에서 마이콤(70)은 보정할 계량기가 남아 있으면 보정절차를 수행하고 아니면 모든 수도메터의 유량표시부 마이콤(11)에 차례로 제어신호 c3를 전송하여 전자식 계량기 모드로 복귀시킨 다음 검정보정 과정을 종료한다.

다음단계에서 전자식 계량기가 변수 s_puls에 계수한 정량 용수에 대한 펄스총수 값을 읽어 온다.

펄스총수 s_puls를 시험용수의 리터수 ℓ로 나누어 정정할 ℓ당펄스의 수 sp를 산출한다.

소수점 이하는 계량기의 허용오차로 보아 사사오입하여 sp를 정수화 한다.

유량표시부(1)의 메모리(42) ℓ당펄스 수 변수 puls를 읽어와 산출된 sp와 비교한다.

두 값이 일치하면 다음계량기로 이동하고, 아니면 변수 값 sp를 마이콤(11)앞으로 전송하여 EEPROM의 메모리 변수 puls값을 sp로 갱신하게 한다.

위 검정 보정과정에서 마이콤(11)의 ℓ당펄스 수 변수 puls의 값과 마이콤(70)이 산출된 값 sp을 비교하여 수정하는 과정을 생략하고 일괄적으로 산출값 sp로서 변수 puls값을 갱신하게 하여도 된다.

다음 단계에서 마이콤(70)은 검정 결과 메시지 및 데이터를 LCD모듈(71)에 표시하고, 이어서 RS-232C 통신선로를 통해 오차보정 작업 상세 정보를 PC 전송하여 수록하도록 하고, 위와 같은 오차보정 작업을 반복함으로서 함으로써 수도 계량기들의 오차를 일괄적으로 정밀하게 보정하는 것이다.

보정되어 메모리(42) 리터변수에 수록된 ℓ당펄스수의 변수 puls정보는 EEPROM에 수록되어 전지에서 분리되더라도 그 값을 보존되게 된다.

이와 같이 이 발명은 마이콤이 일정한 시간 간격으로 산출한 유량펄스의 발생주기에 반응하여 저 전력형 저속 센서와 전력소비가 큰 고속 센서를 선택적으로 활성화 시켜 유량신호를 검출함으로써 전지의 수명을 극대화시키고, 유량표시부 마이콤이 전지에서 분리되더라도 적산된 유량값을 메모리에 보유하고, 검정시 오차보정을 자동화할 수 있는 전자식 수도 계량기 및 자동오차 보정장치를 제공하는 것이다.

Claims (3)

1. 유량 검출부와 유량 표시부로서 구성하고, 유량 검출부에 임펠러와 자석이 포함되고, 임펠러에 부착된 자석의 자기장이 유로덮개의 상부에 자기 마당(mf)을 조성하고, 유량 발생시 임펠러가 구동되어 유로덮개 상부 자기마당에서 자기장의 극성이 변동되게 한 것에 있어서,

   일정한 시간 간격으로 산출된 펄스 발생 주기에 따라 저속 센서(22)와 고속 센서(32)를 선택적으로 활성화시켜 유량신호 d1, d2를 검출하여 계수하고 펄스수가 메모리(24) 변수에 수록된 ℓ당펄스수에 이르면 비 휘발성 메모리에 수록된 유량변수 값을 적산치로서 인크리먼트하여 LCD모듈에 표시한 후 펄스 계수변수를 크리어하는 마이콤(11)과, 마이콤의 제어신호로 개폐되는 스위치(21)와, 스위치(21) 온 상태에서 전류가 공급되어 활성화되고 유로덮개(C) 상부의 자기마당(mf)에서 유량신호를 검출하는 저 전력형 저속신호 검출용 홀소자 센서(22)와, 마이콤의 제어신호로 개폐되는 스위치(31)와, 스위치(31) 온 상태에서 전류가 공급되어 활성화되고유로덮개(C) 상부의 자기마당(mf)에서 유량신호를 검출하는 고속신호 검출용 홀소자 센서(32)와, 마이콤에 구동전류를 공급하는 전지(41)와, 검정시 외부에서 산출하여 제공되는 ℓ당펄스수 값을 수록하여 보유하는 비 휘발성 메모리(42)의 리터변수와, 산출된 유량 값을 표시하기 위한 LCD모듈(43)로서 구성한 전자식 오차보정 수도 계량기.
2. 제1항에 있어서, 하나의 PCB 상에 두 초퍼 홀(Holl)소자 센서(22,32)를 포함하는 유량 표시부를 구성하고, 유로덮개(C) 상부에 PCB를 밀착시켰을 때 두 센서(22,32)가 유로 덮개 상부의 자기마당(mf)에 접속되고, 상기 마이콤(11)의 유량신호 펄스의 주기의 검출 간격을 0.5~1초로하고, 유량신호 발생 주기가 1/5초 미만일 때 스위치(21)를 온 상태로, 스위치(31)을 오프상태로 제어하여 저 전력형 저속 센서(22)로부터 유량신호 d1을 검출하여 계수하고, 유량신호 발생 주기가 1/5초 이상일 때 스위치(21)를 오프상태로, 스위치(31)를 온 상태로 제어하여 고속센서(32)로부터 유량신호 d2을 검출하여 계수 하도록 제어를 구성한 전자식 오차보정 수도 계량기.
3. 용수 용기 t1의 검정 파이프 라인 P에 복수의 수도 계량기를 직열로 연결한 후 계량된 정량의 용수를 파이프 라인에 흘린 다음 흘려보낸 용수의 정량과 계량기의 유량표시부에 표시된 유량적산치를 비교하여 검정오차를 보정하도록 한 것에 있어서,

   센서를 통해 유량 검출부에서 유량신호를 검출하여 계수하는 마이콤(11)과, 검정에 의한 오차 보정시 외부에서 산출된 ℓ당펄스 수의 값을 수록할 수 있고, 마이콤(11)이 유량펄스 계수시에는 단위유량 기준 값을 얻기 위하여 참조하기 위한 비 휘발성 메모리(42)의 ℓ당펄스수를 지시하는 변수와, 회로에 구동전류를 공급하는 전지(41)로서 전자식 수도 계량기의 유량 표시부(1)를 구성하고,

   상기 유량표시부(1)를 포함하는 하나 이상의 전자식 수도 계량기(em1~emn)를 상기 검정 파이프라인 P에 설치하고,

   마이콤(70)에 LCD모듈(71)과, 키패드(72)와 퍼스널컴퓨터(PC)와 전원장치(77)를 접속한 검정 관리부(2)를 구성하고,

   터미널(44)을 통하여 유량표시부(1) 마이콤(11)과 검정관리부 마이콤(70)을 멀티드롭 통신 라인으로 접속하고,

   상기 파이프라인 P에 정량의 용수를 흘린 다음 검정관리부(2) 마이콤(70)이 파이프라인에 설치된 전자식 수도계량기(em1~emn)들의 정량의 검정용수에대한 펄스 총량을 구하여 ℓ당펄스수를 산출하고, 산출된 ℓ당펄스수 값으로 전자식 수도 계량기 들의 유량표시부(1) 비 휘발성 메모리(42)에 설치된 ℓ당펄스수의 변수값을 갱신하도록 하는 수도 계량기의 오차보정 장치.