플로트형 면적 유량계(a float type area flow meter)

공개특허 특2002-0006138

(19) 대한민국특허청(KR)
(12) 공개특허공보(A)
(51) 。Int. Cl.7
G01F 3/00
(11) 공개번호
(43) 공개일자
특2002-0006138
2002년01월19일
(21) 출원번호 10-2000-0039625
(22) 출원일자 2000년07월11일
(71) 출원인 포항종합제철 주식회사
이구택
경북 포항시 남구 괴동 1번지
재단법인 포항산업과학연구원
신현준
경북 포항시 남구 효자동 32번지 산
(72) 발명자 신기태
경상북도포항시북구득량동155번지삼성푸른아파트1동
(74) 대리인 이홍길
심사청구 : 없음
(54) 플로트형 면적 유량계
요약

본 발명은 플로트형 면적 유량계에 관해 제시한다. 본 발명은 하측으로 갈수록 지름이 좁아지고 하단은 유로의 입구와
연통하며 상단은 유로의 출구와 연통하는 테이퍼 유로부를 갖는 본체와, 이 본체의 테이퍼 유로부내에 수용되며 유량에
따라 수직으로 이동하는 플로트와, 본체의 테이퍼 유로부 상측에 장착되고 그로부터 플로트까지의 거리와 유량간의 관
계 데이타가 입력되며 플로트의 위치를 측정하여 거리-유량 관계 데이타로부터 유량을 산출하여 출력하는 거리측정기
로 구성된다. 거리측정기는 테이퍼 유로부의 직상부에 위치하여 그와 플로트간의 거리를 측정하며 측정값을 전기적 신
호로 출력하는 레이저 또는 초음파 센서 등의 플로트 위치 측정센서와, 이 플로트 위치 측정센서와 플로트간의 거리와
유량에 대한 관계 데이타가 입력되며 플로트 위치 측정센서와 전기적으로 연결되어 그 측정신호를 거리-유량 관계 데
이타와 비교 연산하여 현재의 유량을 산출하는 연산기로 이루어진다. 본 발명은 유량값을 전기적인 신호로 출력할 수
있어 디지털 유량 제어 등에 활용할 수 있게 된다.

대표도
도 3
색인어
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플로트, 면적 유량계, 거리측정기, 테이퍼 유로, 유량
명세서
도면의 간단한 설명
도 1은 일반적인 플로트형 면적 유량계를 개략적으로 나타낸 단면도,
도 2는 본 발명에 의한 플로트형 면적 유량계를 보인 외관 사시도,
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선 단면도,
도 4는 도 2의 거리측정기의 구성을 나타낸 블록도,
도 5는 도 3의 플루우트와 유량과의 관계를 나타낸 그래프이다.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
10: 본체11: (본체의) 유로
14: (유로의) 테이퍼 유로부15: 플로트
20: 거리측정기22: (거리측정기의) 플로트 위치 측정센서
23: (거리측정기의) 커넥터30: (거리측정기의) 연산기
31: (연산기의) A/D 변환기33: (연산기의) 거리-유량 관계 데이타부
34: (연산기의) 비교부35: (연산기의) D/A 변환기
36: (연산기의) 문자 변환기
발명의 상세한 설명
발명의 목적
발명이 속하는 기술 및 그 분야의 종래기술
본 발명은 플로트형 면적 유량계(float type area flow meter)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 플로트의 수직 이동
위치를 측정할 수 있는 거리측정기를 구비하여 측정 유량값을 전기적인 신호로 출력하도록 된 플로트형 면적 유량계에
관한 것이다.
일반적으로 액체나 기체의 유량을 측정하는데 사용되는 유량계는 다양한 형태의 것들이 사용되고 있는데, 그중 플로트
형 면적 유량계는 구조가 간단하면서도 유량계의 캘리브레이션(calibration)에 이용할 정도로 정밀도가 높아 여러 분
야에서 폭넓게 사용되고 있다.

도 1에 이러한 플로트형 면적 유량계(1)를 개략적으로 도시하였는데, 이것은 눈금(6)이 새겨진 테이퍼관(2)의 내부에
중량을 갖는 플로트(3)를 삽입하고 테이퍼관(2)의 하단과 상단에 유체의 입·출구(4)(5)를 형성한 구성이다. 이에 따
라 테이퍼관(2) 하측의 입구(4)로 유체가 유입되면 플로트(3)의 상·하에 압력차가 발생하여 플로트(3)가 상방향으
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로 이동되고, 유체내에 있어서 그의 유효중량과 평형을 이루는 위치에서 정지하게 되는데, 유체의 유통면적과 유량은
비례관계에 있으므로 그 정지위치에 대응하는 테이퍼관(2)의 눈금(6)을 읽어 유량을 가시적으로 측정할 수 있게 된다.

그런데, 이러한 플로트형 면적 유량계(1)는 유량을 가시적으로 확인할 수는 있지만, 유량측정 센서로서는 활용할 수가
없다. 즉, 근래의 유량제어는 컴퓨터 등을 통해 디지털로 제어되기 때문에 유량 제어시스템에 활용하기 위해서는 유량
측정값을 전기적인 신호로 생성할 수 있어야 하는데, 종래의 플로트형 면적 유량계()는 단순히 측정값을 가시적으로만
나타내는 것에 불과하므로 유량 측정센서로 활용할 수 없는 것이다.
발명이 이루고자 하는 기술적 과제
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 감안하여 창출된 것으로서, 거리측정기를 구비하여 유량에 따른 플로트의 위치를 측
정함으로써 유량을 보다 정확히 측정함과 동시에 측정 유량값을 전기적인 신호로 변환하여 디지털 유량제어에 활용할
수 있는 플로트형 면적 유량계를 제공함에 그 목적이 있다.
발명의 구성 및 작용

이와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 거리센서를 갖는 유량계는, 하측으로 갈수록 지름이 좁아지고, 하단은
유로의 입구와 연통하며 상단은 유로의 출구와 연통하는 테이퍼 유로부를 갖는 본체; 이 본체의 테이퍼 유로부내에 수
용되며, 유량에 따라 수직으로 이동하는 플로트; 본체의 테이퍼 유로부 상측에 장착되고, 그로부터 플로트까지의 거리
와 유량간의 관계 데이타가 입력되며, 플로트의 위치를 측정하여 거리-유량 관계 데이타로부터 유량을 산출하여 출력
하는 거리측정기;를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명의 한 바람직한 특징에 의하면, 거리측정기는, 테이퍼 유로부의 직상부에 위치하여 그와 플로트간의 거
리를 측정하며 측정값을 전기적 신호로 출력하는 플로트 위치 측정센서와, 이 플로트 위치 측정센서와 플로트간의 거리
와 유량에 대한 관계 데이타가 입력되며 플로트 위치 측정센서와 전기적으로 연결되어 그 측정신호를 거리-유량 관계
데이타와 비교 연산하여 현재의 유량을 산출하는 연산기로 이루어진다.
본 발명의 다른 바람직한 특징에 의하면, 플로트 위치 측정센서는 레이저 센서 또는 초음파 센서로 이루어진다.
이에 따라 본 발명은, 유량에 따른 플로트의 위치를 레이저 센서 등으로 측정하여 플로트의 위치에 따른 유량값을 전기
적인 신호로 출력할 수 있으므로 아날로그 또는 디지털 유량제어에 간단히 채용할 수 있는 등 면적 유량계의 활용도 개
선에 크게 기여하게 된다.
이와 같은 본 발명의 구체적 특징과 다른 이점들은 첨부된 도면을 참조한 이하의 바람직한 실시예의 설명으로 더욱 명
확해질 것이다.
도 2 및 도 3에서, 본 발명에 의한 플로트형 면적 유량계(100)는 유체가 흐를 수 있는 유로(11)를 가지는 본체(10)와,
이 본체(10)의 상부에 장착되어 유량을 측정하는 거리측정기(20)로 구성된다.

본체(10)의 유로(11) 중에는 하측으로 갈수록 지름이 점차 작아지는 테이퍼 유로부(14)가 형성되는데, 이 테이퍼 유
로부(14)는 유로(11)와 직교하는 수직방향으로 형성된다. 이러한 테이퍼 유로부(14)의 하단은 유로(11)의 입구(12)
와 연통되고, 상단은 유로(11)의 출구(13)와 연통된다. 그리고, 본체(10)의 테이퍼 유로부(14) 내에는 일정한 중량을
가지는 테이퍼형의 플로트(15)가 삽입된다. 이 플로트(15)는 유체가 흐르지 않을 경우 테이터 유로부(14)의 하단부에
위치되고, 유체가 흐를 경우에는 그 유량에 따라 테이퍼 유로부(14) 내에서 적정위치로 상승하게 된다.

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거리측정기(20)는 케이싱(21)과, 테이퍼 유로부(14)의 상부에 위치되어 유량에 의해 부상한 플로트(15)의 위치를 측
정하는 플로트 위치 측정센서(22)와, 이 플로트 위치 측정센서(22)로부터 전기적인 측정신호를 입력 받아 그로부터
유량을 연산하여 출력하는 연산기(30)로 이루어진다.
플로트 위치 측정센서(22)는 그와 플로트(15) 사이의 거리를 측정하여 측정값을 전기적인 신호로 출력하는 것으로서,
예를 들어 주지의 레이저 센서나 또는 초음파 센서로 구성될 수 있다. 이러한 플로트 위치 측정센서(22)와 본체(10)의
유로(11)간에는 기밀이 유지된다.

연산기(30)는 도 4에 도시한 바와 같이, 플로트 위치 측정센서(22)에서 출력된 아날로그 측정신호를 입력 받아 디지
털 신호로 변환시키는 A/D 변환기(31)와, 이 A/D 변환기(31)에서 출력된 디지털 측정신호의 전기적인 잡음을 제거하
는 디지털 필터(32)와, 플로트 위치 측정센서(22)와 플로트(15)간의 거리와 유량과의 관계 데이타가 입력되는 거리-
유량 관계 데이타부(33) 및 디지털 필터(32)를 거친 플로트 위치 측정신호를 거리-유량 관계 데이타와 비교 연산하여
현재의 유량을 산출하는 비교부(34)로 구성된다.

이와 같이 측정 산출된 유량값은 그대로 디스플레이 할 수도 있으나, 유량 제어시스템 등에 연결하기 위해 전류나 전압
또는 RS232 형태로 출력하는 것이 바람직한 바, 연산기(30)는 비교부(34)에서 출력된 디지털 신호를 다시 아날로그
신호로 변환시키는 D/A 변환기(35)와 문자 변환기(36)를 더 구비한다. 그리고, 케이싱(21)에는 D/A 변환기(35)와
문자 변환기(36)에서 변환된 유량신호를 외부로 출력하기 위한 커넥터(23)가 구비된다.

한편, 거리-유량 관계 데이타부(33)에는 본체(10)의 테이퍼 유로부(14) 내변에 코팅된 재료의 특성과, 테이퍼 유로
부(14)의 기울기와 길이, 플로트(15)의 중량, 그리고 유체와 플로트(15)의 마찰에 따른 실험치 등이 입력된다. 또한,
유량이 많이 흐르는 경우는 유량의 운동량과 압력이 커 플로트(15)의 상승높이가 커지기 때문에 플로트 위치 측정센서
(22)에 의한 측정거리가 짧아지게 되고, 유량이 적게 흐르는 경우는 반대로 플로트(15)가 하강하므로 센서(22)에 의
한 측정거리가 길어지게 되는 바, 플로트 위치 측정센서(22)에 의한 측정거리와 유량은 도 4에 나타낸 그래프와 같은
관계를 가진다. 여기서, 유량이 어느 한계 이하 또는 이상으로 흐르면 플로트(15)의 위치와 유량과의 선형성이 깨지므
로 거리-유량 관계 데이타부(33)에는 이를 충분히 고려한 거리/유량 관계 데이타가 입력된다.

다음, 이와 같이 구성된 본 발명에 의한 플로트형 면적 유량계(100)의 작용에 대해 설명하기로 한다.
먼저, 본체(10)의 입구(12)를 통해 유체가 유입되어 테이퍼 유로부(14)의 하단에 도달하면, 도 3에 가상선으로 도시
한 바와 같이 플로트(15) 상·하부의 압력차에 의해 플로트(15)가 테이퍼 유로부(14)의 상측으로 밀려 올라가게 되고,
이에 따라 플로트(15)와 테이퍼 유로부(14)간의 간격을 통해 유체가 출구(13) 쪽으로 빠져 나간다. 이 때, 플로트(1
5)는 유체내에서의 유효중량과 평형을 이루는 위치에서 정지하게 된다.
다음, 이와 같이 테이퍼 유로부(14)내의 임의의 위치에 정지한 플로트(15)에 대해 플로트 위치 측정센서(22)가 레이
저나 초음파를 조사하여 플로트 위치 측정센서(22)와 플로트(15)간의 거리를 측정한 뒤, 그 측정값을 전기적인 신호
로서 연산기(30)에 출력한다. 이와 같이 출력된 아날로그 측정신호는 연산기(30)의 A/D 변환기(31)를 통해 디지털
신호로 바뀌고, 디지털 필터(32)에서 전기적인 잡음이 제거된 뒤 비교부(34)로 출력된다.
그러면, 비교부(34)는 입력된 디지털 측정신호를 거리-유량 관계 데이타부(33)에 저장된 데이타와 비교 연산함으로
써 현재의 유량을 산출한다. 그리고, 이와 같이 산출된 유량값은 다시 D/A 변환기(35)와 문자 변환기(36)를 통해 전
류 또는 전압 및 RS232의 형태로 변환된 뒤, 커넥터(23)를 통해 유량 제어시스템 등에 전달된다.
발명의 효과
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이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 유량에 따라 소정의 높이만큼 수직 이동된 플로트의 정지위치를 레이저
센서 등으로 측정하여 그 측정값을 기입력된 거리-유량 관계 데이타와 비교 연산함으로써 유량을 측정하게 되는 바, 단
순히 테이퍼관의 눈금을 가시적으로 읽는 종래에 비해 정확한 유량 측정이 가능함은 물론 유량 측정값을 전기적인 신호
로 변환하여 출력할 수 있어 컴퓨터 등에 의한 디지털 유량 제어에 간단히 활용할 수 있게 된다.
(57) 청구의 범위
청구항 1.
하측으로 갈수록 지름이 좁아지고, 하단은 유로의 입구와 연통하며 상단은 유로의 출구와 연통하는 테이퍼 유로부를 갖
는 본체;
상기 본체의 테이퍼 유로부내에 수용되며, 유량에 따라 수직으로 이동하는 플로트;
상기 본체의 테이퍼 유로부 상측에 장착되고, 그로부터 상기 플로트까지의 거리와 유량간의 관계 데이타가 입력되며,
상기 플로트의 위치를 측정하여 거리-유량 관계 데이타로부터 유량을 산출하여 출력하는 거리측정기;를 구비하여 구성
되는 것을 특징으로 하는 플로트형 면적 유량계.
청구항 2.
제 1 항에 있어서, 상기 거리측정기는,
상기 테이퍼 유로부의 직상부에 위치하여 그와 플로트간의 거리를 측정하며, 측정값을 전기적 신호로 출력하는 플로트
위치 측정센서와,
상기 플로트 위치 측정센서와 플로트간의 거리와 유량에 대한 관계 데이타가 입력되며, 플로트 위치 측정센서와 전기적
으로 연결되어 그 측정신호를 상기 거리-유량 관계 데이타와 비교 연산하여 현재의 유량을 산출하는 연산기로 이루어
진 것을 특징으로 하는 플로트형 면적 유량계.
청구항 3.

제 2 항에 있어서, 상기 연산기는, 상기 플로트 위치 측정센서로부터 입력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시키
는 A/D 변환기와, 상기 플로트 위치 측정센서와 플로트간의 거리와 유량의 관계 데이타가 입력되는 거리-유량 데이타
부와, 상기 A/D 변환기에서 출력된 신호의 전기적 잡음을 제거하는 디지털 필터와, 상기 디지털 필터를 거친 측정값을
상기 거리-유량 데이타와 비교 연산하여 현재의 유량을 산출하는 비교부로 이루어진 것을 특징으로 하는 플로트형 면
적 유량계.

청구항 4.
제 3 항에 있어서, 상기 연산기가, 상기 비교부에서 출력된 유량신호를 전류 또는 전압으로 변환시켜 출력하는 D/A 변
환기와, 비교부에서 출력된 유량신호를 문자로 변환시키는 문자 변환기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 플로트형 면
적 유량계.
청구항 5.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 플로트 위치 측정센서는 레이저 센서 또는 초음파 센서인 것을 특징으로 하는 플
로트형 면적 유량계.
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도면
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도면 2
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도면 3
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도면 5
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