(57)【要約】  本発明は、磁気歪み方式でフロートの高さを測定して、流量を正確に測定することができるテーパ管形面積式流量計に関する。本発明による磁気歪み方式の距離測定を利用したテーパ管形面積式流量計１は、下方に流入口を有し、上方に流出口を有し、下側に行くほど直径が小さくなるようなテーパ付き形状のテーパ管１０と、磁石が内蔵されており、前記テーパ管内の流量によって高さが可変となるフロート２０と、磁歪線が内蔵されており、前記テーパ管内に設置されて、前記フロートの位置を磁気歪み方式で感知するためのプローブシャフト３０と、前記プローブシャフトにパルスを印加した後、前記フロートに反射した信号を受信して、前記フロートの位置を測定した後、フロート位置から流量を算出する磁気歪み方式の距離測定部４０とで構成される。本発明による磁気歪み方式の距離測定を利用したテーパ管形面積式流量計は、フロートの位置測定に磁気歪み方式を適用して、精密度が高くて、簡単な機械的な構造を使用して流量を正確に測定することができ、測定値を電気的信号で提供して、工程制御など多様な分野に使用できるという長所がある。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下方に流入口を有し、上方に流出口を有し、下側に行くほど直径が小さくなるようなテーパ付き形状のテーパ管と、
永久磁石が内蔵されており、前記テーパ管内の流量によって高さが可変となり、中央に貫通ホールが形成されたフロートと、
磁歪線が内蔵されている棒形状からなり、前記テーパ管内で前記フロートの貫通ホールを通過して垂直に設置されて、前記フロートの位置を磁気歪み方式で感知するためのプローブシャフトと、
前記プローブシャフトにパルスを印加した後、前記フロートの永久磁石に反射した信号を受信して前記フロートの位置を測定した後、フロート位置から流量を算出する磁気歪み方式の距離測定部と、を含み、
テーパ（Ｔａｐｅｒ）管形態の面積式流量計のフロート位置の測定に磁気歪み（ｍａｇｎｅｔｏｓｔｒｉｃｔｉｖｅ）方式を適用してフロートの高さを正確に測定できることを特徴とする磁気歪み方式の距離測定を利用したテーパ管形面積式流量計。
【請求項２】
前記面積式流量計は、
本体に流量を直接表示したり、前記距離測定部の測定データを電気的信号で外部に伝送したりすることを特徴とする請求項１に記載の磁気歪み方式の距離測定を利用したテーパ管形面積式流量計。
【請求項３】
前記磁気歪み方式の距離測定部は、
開始信号によって所定のパルスを発生して、前記プローブシャフトに印加するパルス発生器と、
前記プローブシャフトから前記パルスに起因した反射波信号を受信する反射波受信手段と、
前記反射波受信手段を介して受信された信号と所定の比較電圧とを比較して、停止信号を出力する比較器と、
制御信号によって前記比較器に比較電圧を提供する比較電圧発生部と、
測定が要求されると、前記比較電圧発生部を制御して第１電圧を比較電圧で提供するようにし、前記パルス発生器に開始信号を提供してパルスを発生するようにすると共に、内部のタイマーを開始し、前記比較器の出力によって受信データを求めて、受信信号がなければ、比較電圧を低減するように制御して、パルス印加および受信過程を繰り返して、受信信号が最初に検出されると、その時の比較電圧を受信信号の上限値として格納し、さらに比較電圧を低減しつつ、パルス印加および受信過程を繰り返して、受信信号のパルス幅が所定値以上になると、その時の比較電圧を受信信号の下限値として格納した後、上限値と下限値の中間を基準比較電圧に設定し、前記基準比較電圧が設定されると、測定のために前記パルス発生器に開始信号を提供して、パルスを発生するようにすると共に、内部のタイマーを開始し、前記比較器が受信信号と基準比較電圧を比較して停止信号を出力すると、タイマー値を読み取ってパルス印加後に反射波の受信までの時間を求め、これから液面の高さを算出するマイクロプロセッサーを具備することを特徴とする請求項１に記載の磁気歪み方式の距離測定を利用したテーパ管形面積式流量計。
【請求項４】
前記磁気歪み方式距離測定部は、
測定データを伝送するための通信部をさらに具備することを特徴とする請求項３に記載の磁気歪み方式の距離測定を利用したテーパ管形面積式流量計。
【請求項５】
前記テーパ管は、
流入口と流出口が一列に配置され、流入口と流出口にフランジが形成されて、流体が流れる管に垂直に装着されることを特徴とする請求項１に記載の磁気歪み方式の距離測定を利用したテーパ管形面積式流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テーパ管形面積式流量計に関し、より詳細には、磁気歪み方式でフロートの高さを測定して、流量を正確に測定することができる磁気歪み方式の距離測定を利用したテーパ管形面積式流量計に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、液体や気体の流量を測定するのに使用される流量計は、多様な形態のものが使用されており、そのうち、テーパ管形面積流量計は、構造が簡単でありながら流量計のキャリブレーション（ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ）に利用するほど精度が高いが、測定値を電気的信号として生成することができず、測定値を目盛で示す現場指示計を用いて目視で流量を確認する分野に活用性が制限されており、工程制御用流量制御システムには活用され得なかった。
【０００３】
差圧流量計は、流体の流動通路が固定されており、絞り機構の上下流で測定された差圧が流量との関数関係を有しているが、面積式流量計は、流体の通路が流量によって変わることができる構造となっているので、フロート上下の圧力差が常に一定に維持される。すなわち、面積式流量計においては、流体が流れる流路の面積変化が流量の関数であるから、テーパ管を使用すると、流量と流路面積の変化を線形的な関係で作ることができる。
【０００４】
テーパ管形面積式流量計は、様々な種類があるが、最も簡単な形態のテーパ管形面積式流量計５０は、図１に示されたように、流入口５３と流出口５４が形成されたテーパ付き透明なガラスまたはプラスチック管５１と、管内を垂直に動くフロート５２とで構成されている。図１を参照すると、テーパ管形面積式流量計５０は、上部方向が広く、下部方向が狭いテーパ管５１を垂直に立設すると、フロート（Ｆｌｏａｔ）５２が管内を垂直に動き、流体がテーパ管５１の内部を下から上へ流れる時の流量に比例してフロート５２が上昇する。このような動作は、流体の流れがフロート５２で絞り機構の役割をして、フロート５２の前後には差圧が発生するためである。フロート５２が上昇すると、テーパ管５１の面積が広くなり、差圧が減少して、フロート５２の重さと釣り合う地点でフロート５２が平衡を保つようになり、図１に示されたように停止する。
【０００５】
また、フロート５２の垂直移動位置によって決定されるテーパ管５１の流通断面積と流量は、比例関係が成立するので、フロート５２の垂直移動位置を検出して流量を測定する。例えば、韓国特許登録公報（Ｂ１）に登録番号第１０−０６５０５２６号で公告された従来技術には、流入口と流出口を有するテーパ管内にフロートが配置された通常の面積式流量計が開示されている。
【０００６】
また、特許公開公報（Ａ）に公開番号第２００２−０００６１３８号で公開されたフロート型面積式流量計は、下側に行くほど直径が狭くなり、下端は流路の入口と連通し、上端は流路の出口と連通するテーパ流路部を有する本体と、該本体のテーパ流路部内に収容され、流量によって垂直に移動するフロートと、本体のテーパ流路部の上側に装着され、それからフロートまでの距離と流量間の関係データが入力され、フロートの位置を測定して、距離−流量関係データから流量を算出して出力する距離測定器と、で構成される。距離測定器は、テーパ流路部の直上部に位置して、それとフロート間の距離を測定し、測定値を電気的信号で出力するレーザーまたは超音波センサーを含んでいる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の大部分のテーパ管形面積式流量計は、フロートの高さをガラス管を用いて観測できる目盛で表示する方式であるから、正確な流量の算出が難しく、電気的信号で検出する方式では、フロートの位置を測定するためのセンサーとしてレーザーあるいはレーダーセンサーや超音波センサーを使用する方式が提案されたことがあるが、精密測定が困難であるため、商品化されていない。
【０００８】
すなわち、レーダーやレーザー方式の距離測定技術は、極超短波を使用するが、電波の特性上、パルスを発射した後、目標物に反射して戻る時間が非常に短いため、５０ｃｍ以下の短い距離の測定には不適当であり、超音波方式の距離測定技術は、電波の特性上、屈折および回折がひどく、電波媒質による伝搬速度が一定でないため、測定誤差が大きくて、適用することができない問題点がある。
【０００９】
本発明は、前記のような問題点を解消するために提案されたものであって、本発明の目的は、磁気歪み方式でフロートの高さを測定して、流量を正確に測定することができる磁気歪み方式の距離測定を利用したテーパ管形面積式流量計を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記のような目的を達成するために、本発明のテーパ管形面積式流量計は、下方に流入口を有し、上方に流出口を有し、下側に行くほど直径が小さくなるようなテーパ付き形状のテーパ管と、磁石が内蔵されており、前記テーパ管内の流量によって高さが可変となるフロートと、磁歪線が内蔵されており、前記テーパ管内に設置されて、前記フロートの位置を磁気歪み方式で感知するためのプローブシャフトと、前記プローブシャフトにパルスを印加した後、前記フロートに反射した信号を受信して、前記フロートの位置を測定した後、フロート位置から流量を算出する磁気歪み方式の距離測定部と、を含むことを特徴とする。
【００１１】
前記面積式流量計は、本体に流量を直接表示したり、前記距離測定部の測定データを電気的信号で外部に伝送したりするものであり、前記磁気歪み方式の距離測定部は、開始信号によって所定のパルスを発生して、前記プローブシャフトに印加するパルス発生器と、前記プローブシャフトから前記パルスに起因した反射波信号を受信する反射波受信手段と、前記反射波受信手段を介して受信された信号と所定の比較電圧とを比較して停止信号を出力する比較器と、制御信号によって前記比較器に比較電圧を提供する比較電圧発生部と、測定が要求されると、前記比較電圧発生部を制御して第１電圧を比較電圧として提供するようにし、前記パルス発生器に開始信号を提供して、パルスを発生するようにすると共に、内部のタイマーを開始し、前記比較器の出力によって受信データを求め、受信信号がなければ、比較電圧を低減するように制御して、パルス印加および受信過程を繰り返して、受信信号が最初に検出されると、その時の比較電圧を受信信号の上限値として格納し、さらに比較電圧を低減しつつ、パルス印加および受信過程を繰り返して、受信信号のパルス幅が所定値以上になると、その時の比較電圧を受信信号の下限値として格納した後、上限値と下限値の中間を基準比較電圧に設定し、前記基準比較電圧が設定されると、測定のために前記パルス発生器に開始信号を提供して、パルスを発生するようにすると共に、内部のタイマーを開始し、前記比較器が受信信号と基準比較電圧を比較して停止信号を出力すると、タイマー値を読み取って、パルス印加後に反射波の受信までの時間を求め、これから液面の高さを算出するマイクロプロセッサーを具備するものである。
前記磁気歪み方式距離測定部は、測定データを送信するための通信部をさらに具備し、前記マイクロプロセッサーは、液面の高さから流量を算出し、温度センサーから温度を入力されて、純（ＮＥＴ）流量に換算して前記通信部を介して外部に伝送することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】従来のテーパ管形面積式流量計を示す概略図である。
【図２】本発明に適用される磁気歪み方式の距離測定を説明するための図である。
【図３】本発明による磁気歪み方式の距離測定を利用したテーパ管形面積式流量計を示す概略図である。
【図４】図３に示された磁気歪み方式距離測定部の構成ブロック図である。
【図５】本発明による磁気歪み方式の距離測定を利用したテーパ管形面積式流量計の実施例である。
【図６】本発明による磁気歪み方式の距離測定を利用したテーパ管形面積式流量計の他の実施例である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明と本発明の実施により達成される技術的課題は、下記に説明する本発明の好適な実施例により明確になる。下記の実施例は、単に本発明を説明するために例示されたものに過ぎず、本発明の範囲を制限するためのものではない。
【００１４】
図２は、本発明に適用される磁気歪み方式の距離測定を説明するための図である。
【００１５】
まず、本発明による磁気歪み方式の距離測定を利用したテーパ管形面積式流量計は、テーパ管形態の面積式流量計のフロート距離測定に磁気歪み（ｍａｇｎｅｔｏｓｔｒｉｃｔｉｖｅ）方式を適用してフロートの高さを低費用で正確に測定することができるようにしたものである。すなわち、テーパ管形態の面積式流量計は、精度が高くて、流量計のキャリブレーションに適用されるほどのものであるが、測定値を電気的信号として生成できないので、目視で流量を確認する分野に使用が制限されていたところ、本発明では、テーパ管内のフロート位置を磁気歪み方式で正確に測定し、測定値を電気的信号で提供して、工程制御など多様な分野に使用できるようにしたものである。
【００１６】
本発明に適用される磁気歪み方式距離測定技術は、磁性体物質に磁界を加えた時に弾性波が発生する磁気歪み現象を利用したものであって、図２に示されたように、磁歪線６３）上に永久磁石６４が内蔵された浮標（Ｆｌｏａｔ）を配置して、横方向の磁界を発生させ、磁歪線６３にパルス印加装置６１でパルスを印加して軸方向に磁場を発生させると、永久磁石６４との交差地点で弾性波が発生し、パルスを発射した後、磁歪線６３上に伝搬される弾性波が受信装置６２に受信されるまでの時間を測定して、パルス印加装置６１から永久磁石６４が内蔵されたフロートまでの距離を測定するものである。
【００１７】
図３は、本発明による磁気歪み方式の距離測定を利用したテーパ管形面積式流量計を示す概略図であり、図４は、図３に示された磁気歪み方式距離測定部の構成ブロック図である。
【００１８】
本発明の実施例による磁気歪み方式の距離測定を利用したテーパ管形面積式流量計１は、図３に示されたように、テーパ管１０と、永久磁石２２が装着されたフロート２０と、磁歪線が内蔵されたプローブシャフト３０と、磁気歪み方式の距離測定部４０とで構成されている。
【００１９】
図３を参照すると、本発明のテーパ管形面積式流量計１は、下方に流入口１２を有し上方に流出口１４を有するテーパ付き形状のテーパ管１０と、永久磁石２２が装着されており、テーパ管１０内の流量によって高さが可変となるフロート２０と、磁歪線が内蔵されており、テーパ管１０内の中央に設置されて、フロート２０の位置を磁気歪み方式で感知するためのプローブシャフト３０と、プローブシャフト３０にパルスを印加した後、フロート２０に反射した信号を受信して、フロート２０の位置を測定して流量を算出する磁気歪み方式の距離測定部４０とで構成される。ここで、距離測定部４０は、測定流量値を本体１ですぐに表示したり、通信ポートを介して外部に電気的信号で提供して、外部のＬＣＤにディスプレイしたり、工程制御など他の用途に使用することができる。
【００２０】
また、フロート２０は、既存のテーパ管形面積式流量計のフロートをそのまま使用しつつ、内部に円筒形永久磁石２２を内蔵した構造で具現することができる。
【００２１】
また、磁気歪み方式の距離測定部４０は、図４に示されたように、ＭＰＵ４１、パルス発生器４２、パルス印加部４３、反射波受信部４４、増幅器４５、帯域通過フィルター（ＢＰＦ）４６、比較電圧発生部４７、比較器４８、および通信部４９で構成されている。
【００２２】
図４を参照すると、ＭＰＵ４１は、ＣＰＵコアと内蔵タイマー、ＥＥＰＲＯＭ、デジタル入出力端子、アナログ入出力端子などを具備しており、本発明による測定ソフトウェアを実行する。すなわち、ＭＰＵ４１は、測定が要求されると、比較電圧発生部４７を制御して第１電圧を比較電圧として提供するようにし、パルス発生器４２に開始信号を提供してパルスを発生するようにすると共に、内部のタイマーを開始する。また、ＭＰＵ４１は、比較器４８の出力によって受信データを求め、受信信号がなければ、比較電圧を低減するように制御して、パルス印加および受信過程を繰り返して、受信信号が最初に検出されると、その時の比較電圧を受信信号の上限値として格納する。また、さらに比較電圧を低減しつつ、パルス印加および受信過程を繰り返して、受信信号のパルス幅が所定値以上になると、その時の比較電圧を受信信号の下限値として格納した後、上限値と下限値の中間を基準比較電圧に設定する。基準比較電圧が設定されると、測定のためにパルス発生器４２に開始信号を提供してパルスを発生するようにすると共に、内部のタイマーを開始し、比較器４８が受信信号と基準比較電圧を比較して停止信号を出力すると、タイマー値を読み取って、パルス印加後に反射波（弾性波）の受信までの時間を求め、これから液面の高さを算出する。
【００２３】
パルス発生器４２は、多段の倍電圧回路で構成されて、ＭＰＵ４１から開始（Ｓｔａｒｔ）信号が伝達されると、所定の大きさのパルスを発生して、パルス印加部４３を介してプローブシャフト３０内の磁歪線にパルスを印加する。
【００２４】
増幅器４５は、パルス印加後にプローブシャフト内の磁歪線を介して伝達される反射波（弾性波）信号を反射波の受信部４４から伝達されて増幅し、帯域通過フィルター４６は、不要な帯域の雑音を一次除去し、比較器４８は、フィルタリングされた受信信号と比較電圧とを比較して、比較結果を停止（Ｓｔｏｐ）信号としてＭＰＵ４１に伝達する。これに伴って、ＭＰＵ４１は、開始信号で内部のタイマーを起動させた後、停止信号でタイマー終了までの時間を求め、パルス印加後の反射波の受信までの時間を算出することができる。
【００２５】
比較電圧発生部４７は、ＭＰＵ４１の制御によって多段の比較電圧のうち一つを選択して比較器４８に出力し、通信部４９は、有線や無線でディスプレイ装置や外部ホスト装置（図示省略）とプロセッサ４１との間の通信を行う。すなわち、ＭＰＵ４１が提供する測定結果データを、図示省略されたディスプレイ装置に伝送して表示することもできる。
【００２６】
このように構成される本発明による磁気歪み方式の距離測定を利用したテーパ管形面積式流量計１は、流量によって垂直方向に高さが可変となるフロート２０の位置を測定するためにプローブシャフト３０の磁歪線にパルスを印加して軸方向に磁場を発生させた後、フロート２０の永久磁石２２との交差地点で発生する弾性波を受信してパルス（Ｐｕｌｓｅ）を発射した後、磁歪線上に伝搬される弾性波が受信されるまでの時間を測定して、フロート２０の位置を測定した後、流量を算出する。
【００２７】
図５は、本発明による磁気歪み方式の距離測定を利用したテーパ管形面積式流量計の実施例である。
【００２８】
図５を参照すると、本発明の実施例によるテーパ管形面積式流量計１００は、流入口１０２と流出口１０４が一列になっており、流入口１０２と流出口１０４にフランジ１０６ａ、１０６ｂがそれぞれ形成されて流体が通過する管に垂直に装着されて流量を測定できるようになっている。テーパ管１１０は、支持棒１０８によりボルトとナット方式で締結されて安定的に支持され、テーパ管１１０の内部空間には、磁歪線１２２が内蔵されたプローブシャフト１２０と、プローブシャフト１２０に嵌着されて、流体の流れによってシャフト１２０に乗って上下に流動するフロート１３０と、が配置されている。フロート１３０には、永久磁石１３２が内蔵されており、プローブシャフト１２０の上端１４０には、パルスを印加するためのパルス印加装置１４２と弾性波を受信するための受信装置１４４が配置されて、外部のコントロールボックス２００と４本の線で連結されている。
【００２９】
テーパ管１１０の外側に設置されたコントロールボックス２００は、磁歪線１２２にパルスを印加した後、受信装置１４４から受信された信号を処理してフロート１３０の高さ（距離）を計算し、これを流量値に換算して流量を測定する磁気歪み方式回路部２１０と、磁気歪み方式回路部２１０により測定された流量データを文字で表示するための文字型ＬＣＤ２２０と、磁気歪み方式回路部２１０により測定された流量データをグラフィックで表示するためのグラフィック型ＬＣＤ２３０と、磁気歪み方式回路部２１０により測定された流量データを遠隔地に送信するための通信部２４０と、が内蔵されている。通信部２４０は、有線／無線信号を利用して測定されたデータを専用ディスプレイ装置３００に伝送し、これに伴って、専用ディスプレイ装置３００は、測定された流量などの情報を管理センターなどで表示することができる。
【００３０】
図６は、本発明による磁気歪み方式の距離測定を利用したテーパ管形面積式流量計の他の実施例である。
【００３１】
図６を参照すると、工程制御や同時処理のために多数の流量計１００−１〜１００−Ｎが分散設置されている場合には、各流量計１００−１〜１００−Ｎと統合表示装置４００を有線／無線通信手段で接続して統合表示することができる。
【００３２】
統合表示装置４００は、分散設置された各流量計１００−１〜１００−Ｎと通信するための通信部４１０と、操作を入力するための操作部４４０と、各流量計１００−１〜１００−Ｎの測定値を表示するためのＬＣＤ４３０と、測定値を印刷するためのプリンタ４５０と、全体動作を制御するためのＣＰＵ４２０と、で構成されて、各流量計１００−１〜１００−Ｎから受信された測定値を操作部４４０の入力によって選択された方式でＬＣＤ４３０に表示したり、プリンタ４５０で印刷する。
【００３３】
以上、本発明は、図面に示された一実施例を参考として説明されたが、本技術分野における通常の知識を有する者なら、これから多様な変形および均等な他の実施例が可能であることが理解できる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明による磁気歪み方式の距離測定を利用したテーパ管形面積式流量計は、フロートの位置測定に磁気歪み方式を適用して、精密度が高くて、簡単な機械的構造を使用して少ない費用で流量を測定することができる。例えば、本発明の実施例によれば、距離測定の精密度を０．１ｍｍとし、測定間隔を０．１秒として、正確にフロートの高さを測定ができるので、流量を精密に測定することができる。
【００３５】
また、本発明による磁気歪み方式の距離測定を利用したテーパ管形面積式流量計は、磁気歪み方式を適用してフロートの位置を測定するので、測定値を電気的信号で提供して、工程制御など多様な分野に使用できるという長所がある。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2018534580.tif 000008
【国際調査報告】
2018534580.tif 000009
2018534580.tif 000010
2018534580.tif 000011
2018534580.tif 000012