KR900003164B1 - 콤팩트(compact)피스톤 푸루버(prover)에 의한 유량계 교정장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

콤팩트(COMPACT)피스톤 푸루버(PROVER)에 의한 유량계 교정장치

제 1 도는 측정실린더의 개략도.

제 2 도는 콤팩트 피스톤 푸루버에 의한 유량계 교정장치의 블럭다이어그램.

제 3 도는 콤팩트 피스톤 푸루버에 의한 유량계 교정장치의 작동수순도.

본 발명은 생산현장(파이프 라인의 일부로서)에 설치된 유량계를 생산공정 및 출하공정의 중단없이 신속하고 정확하게 교정하는데 있다.

종래 일반적으로 유량계를 교정하고자 할 때는 파이프라인의 일부로서 설치된 유량게를 해체하여 다시 교정장치에 부착하여 교정하게 된다.

이때 유량계가 해체되면 유체가 파이프 라인 내부를 흐를 수 없기 때문에 공정이 중단되지 않으면 안된다. 또 교정장치에서 유량계를 교정할 때는 유량계가 현장에서 측정하는 유체와 항상 동일한 유체로 측정할 수 없기 때문에 교정의 정확도를 떨어뜨리게 된다.

본 발명은 이러한 단점을 극복하여 유량측정 및 교정의 정확도를 향상시키기 위한 것이다. 콤팩트 피스톤 푸루버는 유량계가 설치된 파이프 라인에 유량계와 함께 설치되어 유량계가 사용되는 조건-같은 유체, 온도, 압력 등에서 교정하여 교정의 정확도를 향상시킬 수 있다.

또 유량계와 파이프 라인에 같이 설치되어 있으므로 유량계를 파이프 라인으로부터 해체할 필요가 없으며 따라서 공정의 중단 없이도 교정이 가능하다.

특히 콤팩트 피스톤 푸루버가 컴퓨터에 의해 작동(제 2 도)되게 되므로 필요할 때 수시로 또는 정기적으로 유량계의 정확도를 확인할 수 있으며 사람의 도움없는 무인 시스템으로 작동이 가능하다.

따라서, 기존의 교정장치(중량식 교정장치, 부피식 교정장치)에 의해 유량계를 교정하는 것보다 정확성, 신속성 및 생산성을 크게 향상시킬 수 있다.

이하 발명의 요지를 첨부도면과 구성 및 작용효과를 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제 1 도에서 본 발명의 기본적인 작도은 교정대상 유량계(1)을 교정하기 위한 것이다. 유량계(1)을 통과한 유체를 측정실린더(2b)내부로 통과시키면 측정실린더(2b) 내부의 피스톤(3)이 공기압 실린더(17)로 이동하게 된다. 이때 펄스 카운터(12)는 교정대상 유량계(1)가 발생하는 펄스를 측정하게 되는데 측정막대(11)가 감지스위치(4)를 지날때 측정을 시작하고 감지스위치(5)를 지날때 측정을 끝낼 수 있도록 펄스 카운터와 연결되어 있다.

측정행정은 측정유체의 압력에 의해 감지스위치(4)에서 감지스위치(5)로 피스톤(3)이 이동하는 것을 말하며 회귀행정은 측정행정과 반대방향으로 공기압 실린더(17)에 공급되는 공기압(18)에 의해 이동하는 것을 말한다.

따라서 유량계의 교정은 측정행정에서 이루어지며 회귀행정은 측정 행정을 하기 위해 원래의 진수위치(제 1 도의 위치)로 되돌려 준비하는 과정이다.

따라서 회귀행정에서는 측정이 이루어지지 않고 바이패스밸브(6)는 열려서 유체는 바이패스밸브(6)을 통과하게 되어 회귀행정이 원활하도록 한다.

실린더(2)가 외부실린더(2a)와 내부의 측정실린더(2b)로 구성되어 있는 것은 측정에서 발생할 수 있는 온도, 압력의 변화에 따른 오차를 줄일 수 있게 하기 위한 것이다.

즉 모든 재료는 온도나 압력이 증가하면 팽창하게 되는데 따라서 측정할 때는 이를 보정해야 한다.

그러나 본 발명은 실린더를 이중으로 사용했기 때문에 실제 측정에 사용되는 내부의 측정실린더(2b)는 실린더 내부와 외부에 동일한 압력이 작용하기 때문에 보정이 필요 없다.

또 측정실린더가 유동하는 유체의 내부에 있게 되므로 일정한 온도의 유지가 가능하고 실린더의 각 부분의 온도분포가 일정하다. 따라서 유체의 온도를 측정하여 측정실린더의 부피의 변화를 보정할 수 있다.

피스톤의 작동을 보조하는 장치로서 진수실린더(9), 바이패스밸브(7), 브레이크포트(15), 조절나사(16)등이 있다.

이러한 장치들은 피스톤(3)이 빠른 시간 가속되고 일정한 속도를 유지한 다음 멈출때는 기계적인 충격없이 멈출 수 있도록 하는 작용을 한다.

측정행정을 하기 위해 실린더(9)가 진수위치(제 1 도의 위치)에 있을때 바이패스밸브(6)는 열려 있으며 측정을 위해 바이패스 밸스가 완전히 닫히면 스위치(19)가 이를 감지하고 진수실린더(9)에 유압, 공기압 도는 스프링압(10)을 공급하여 피스톤(3)이 이동하도록 한다. 이때 피스톤(3)은 빠른 시간내에 일정한 속도에 도달해야 하기 때문에 피스톤(3)을 이동시키는 힘이 유압, 공기압, 또는 스프링압(10)에서 유체의 압력으로 바뀔때 피스톤(3) 운동의 안정을 위해 바이패스포트(7)의 형상이 제 1 도와 같다.

바이패스포트(7)의 형상은 축방향으로 타원형이며 측정실린더(2b)의 주위에 골고루 배치되어 있다.

여기에서 피스톤(3)의 속도가 일정한 것은 일정한 유동율을 유지하는 것을 뜻하게 되므로 중요한 의미를 가진다.

속도의 안정을 위해 실린더의 전체 길이를 증가시키면 시스템의 효율을 떨어뜨리기 때문에 바이패스포트(7)는 축방향으로 타원이 되게 했다. 바이패스포트(7)가 타원이기 때문에 피스톤(3)을 움직이는 유체의 압력이 피스톤(3)에 1차함수 형태로 가해지므로 피스톤(3)의 속도가 안정적으로 증가할 수 있다.

바이패스포트(7)의 형상이 타원형이 아닐경우 유체의 압력이 피스톤(3)에 계단입력(STEP INPUT) 형태의 압력이 가해지므로 피스톤은 과도응답(OVERSHOOT) 형태로 속도가 증가하므로 속도가 불안정해진다.

따라서 피스톤(3)의 측정행정에서의 속도안정을 위해서는 초기의 안정이 매우 중요하며 일단 초기에 안정된 속도에 도달하면 미리 조절된 유량에서의 유체압력과 피스톤이 접촉면과 가지는 마찰력과 평형을 이루면서 등속도 운동을 한다.

또 타원형의 바이패스포트(7)가 측정실린더(2b)에 원주방향으로 균일하게 배치되어 있으므로 유체의 압력이 피스톤(3)에 골고루 작용하여 피스톤(3)의 운동을 원활히 할 수 있도록 한다.

즉 피스톤(3)이 운동중 피스톤(3)에 작용하는 힘의 불균형으로 측정실린더(2b) 내부에 끼이지 않도록 한다.

한편 피스톤(3)이 측정행정을 끝내고 멈출때는 기계적 충격없이 빠른 시간내에 멈추는 것이 필요하다. 피스톤(3)의 멈춤작용을 위한 장치로는 확관부(14), 하류측 바이패스포트(8), 브레이크포트(15), 조절나사(16)이 있다.

피스톤(3)이 하류쪽 감지스위치(5)를 지나면 일단 측정이 끝나게 되므로 피스톤(3)을 충격없이 멈추게 해야 한다.

피스톤이 확관부(14)에 오게 되면 유체는 피스톤(3)의 머리부분과 확관부의 틈 사이를 지나 하류측 바이패스포트(8)로 흐르게 된다. 이때 피스톤(3)이 유체로 부터 받는 힘은 피스톤(3) 머리부분의 면적에 작용하는 힘뿐이기 때문에 이동시키는 힘이 약화되어 멈추게 되나 관성때문에 계속 전지하여 브레이크포트(15)까지 전진한다.

피스톤 머리부분이 브레이크포트(15)에 진입하면 내부의 유체를 압축하게 되므로 기계적 충격없이 유체의 압축에 의해 멈추게 된다. 이러한 유체의 압축에 의한 제동력은 피스톤 속도 즉 사용유량(FLOWRATE)에 따라 요구되는 정도가 다르다.

다시말하면 피스톤(3) 및 각 부분의 패킹 등이 기계적 손상없이 멈추게 하기 위해서는 조절나사(16)으로 제동력을 조절하는 것이다.

콤팩트 피스톤 프루버의 작동은 우선 측정행정과 회귀행정으로 나눌 수 있다. 측정행정에서는 유량계를 교정하는 과정이고 회귀행정은 측정행정을 하기 위해 피스톤(3)을 원래의 위로 되돌려 놓는 과정을 나타낸다.

이러한 과정을 이해하기 위해서는 바이패스밸브(6)과 피스톤(3)의 작동에 따르는 유체의 유동을 이해해야 한다.

작동을 순서대로 살표보면 피스톤(3)이 제 1 도와 같은 상류측의 위치에 있을때 바이패스밸브(6)을 열린 상태이다.

이때는 교정대상유량계(1)을 지난 유체는 바이패스밸브(6)을 지나 원래의 라인(현장의 상태에서 사용되는 라인)으로 되돌아간다. 컴퓨터에서 측정의 명령이 내려지면 (제 2 도 참조) 최초로 바이패스밸브(5)가 닫힌다.

이때 유체는 실린더(2) 내부로 들어가 상류측 바이패스포트(7)을 지나 하류측 바이패스포트(7)을 지나 하류측 바이패스포트(8)을 통과하여 출구를 통하여 지나가게 된다.

그런데 측정시간을 단축하고 시스템의 효율을 증가시키기 위해 바이패스밸브(6)이 완전히 닫히면 여기에 부착된 감지스위치(19)가 이를 감지하여 진수실린더(9)에 유압, 공기압 또는 스프링압을 공급하여 실린더(3)의 머리부분을 상류측 바이패스포트(7)의 아래까지 밀어 넣는다. 이때부터 유체는 피스톤(3)을 밀면서 감지스위치(4)와 (5)를 지나 이동한다.

감지스위치(5)의 통과가 컴퓨터에 의해 확인되면 측정행정이 일단 끝나고 각종 측정값(펄스, 온도, 압력등)을 컴퓨터가 읽어 계산하고 저장한다.

계산 및 저장과는 별도로 피스톤(3)이 감지스위치(5)의 통과가 확인되면 컴퓨터는 회귀행정을 명령한다.

우선 바이패스밸브(6)을 열어 유체를 직접 통과시킨다. 또 감지스위치(19)가 바이패스밸브(6)의 열림을 확인하면 유압 또는 공기압을 공급하여 피스톤(3)를 원래의 진수위치(제 1 도의 위치)로 되돌려 놓는다.

이렇게 측정과 회귀행정이 끝나고 다음 측정을 위해 컴퓨터의 명령을 기다린다.

따라서 회귀행정에서는 콤팩트 피스톤 푸루버가 유량계(1)을 교정하지 않고 측정행정에서만 교정이 가능하다.

참고로 실제 라인에서의 유체의 측정은 유량계(1)이 수행하고 본 발명은 유량계의 측정값이 정확한지 여부를 확인하는 것이다.

제 2 도는 콤팩트 피스톤 프루버가 하나의 시스템으로 구성되어 유량계 교정장치로 현장에 설치되었을때 상태를 나타내는 것이다.

따라서 제 1 도에서는 측정실린더를 비롯한 콤팩트 피스톤 푸루버 내부의 상세한 구성 및 작동을 설명하였고, 제 2 도는 측정 데이타의 수집 및 제어 신호의 작동을 설명하는 것이다.

모든 측정값은 일단 보관장치 및 제어장치로 수집이 되고 마이크로 컴퓨터가 이를 판단하여 제어장치로 명령을 내리게 된다.

제어장치는 공기압 논리회로의 솔레노이드밸브를 통하여 압축공기를 실린더에 공급하여 콤팩트 피스톤 푸루버가 작동하도록 한다.

측정되는 정보는 교정대상 유량계로부터 펄스, 감지스위치, D1, D2의 신호, 바이패스밸브 작동 감지스위치 신호 및 컴퓨터로 직접 입력되는 온도 및 압력 측정값이 있다.

이러한 측정값에 따라 제어해야 하는 신호는 바이패스밸브 작동신호(PB), 진수실린도 작동신호(PL), 측정행정어시스트신호(PA), 회귀행정신호(PR) 등이 있다.

작동의 순서를 살펴보면 제 3 도에서 볼 수 있듯이 작동 및 데이타의 수집이 순차적(SEQUENTIAL)으로 이루어지고 있다.

제 3 도를 중심으로 이를 살펴보면 우선 초기 상태에서는 바이패스밸브는 열려 있고, 측정 및 제어신호는 작동을 하지 않는다.

먼저 컴퓨터가 측정을 명령하면 바이패스압력(PB)가 공급되어 밸브가 닫히기 시작하고 완전히 닫히면 바이패스밸브 감지스위치 작동스위치(PBS)가 이를 감지하여 동시에 진수실린더압력(PL)고 어시스트압력(PA)를 공급한다.

이때는 PRE-RUN에 해당되며 제 1 도의 피스톤(3)은 상류측 바이패스포트(7)을 지나 안정된 속도를 유지하게 된다.

피스톤(3)가 안정된 속도로 운동을 하면서 감지스위치(제 1 도의 (4) 제 2 도의 D1)을 지나면서 교정대상 유량계로부터 오는 펄스의 측정을 시작한다.

피스톤(3)가 계속이동하여 감지스위치(제 1 도의 (5), 제 3 도의 D2)를 지나면서 측정행정이 끝나고 이를 판단한 컴퓨터는 제어장치에 명령하여 진수실린더 압력(P2), 어시스트압력(PA)의 공급을 멈추고 컴퓨터가 모든 측정 데이타를 수집한다.

컴퓨터의 데이타 수집이 끝나면 회귀행정(제 3 도 RETURN STROKE)이 시작된다. 회귀행정은 컴퓨터가 데이타 수집을 끝내면 제어장치를 통해 바이패스밸브(제 1 도의 6)을 열도록 하고 바이패스밸브 감지스위치(제 1 도의 19)가 이를 감지하고 완전히 열리면 회귀행정을 위해 실린더(17)에 유압, 공기압, 스프링압(제 1 도의 18)을 공급한다.

피스톤(제 1 도의 3)이 원래의 진수위(제 1 도의 위치)에 도달하면 제 3 도에서와 같이 모든 측정 및 제이 신호가 초기상태로 된다.

따라서 다음 측정을 할 수 있는 상태가 되고 컴퓨터는 프로그램에 따라 이 과정을 반복하면서 교정대상 유량계(제 1 도의 (1))를 교정할 수 있게 된다.

일반적으로 유량계는 그 특성이 유동율(PLOWRATE)에 따라 특성이 달라지므로 교정장치는 이러한 유동율을 안정되게 유지하는 것이 매우 중요하다.

즉, 유량계의 특성파악 및 교정을 하려면 교정장치가 일단 안정된 유동을 유지할 수 있어야 한다.

콤팩트 피스톤 푸루버도 교정장치이므로 유동율을 안정되게 유지하도록 즉, 피스톤의 속도를 일정하게 유지하는 것이 중요하다.

피스톤 속도의 안정은 초기의 속도 안정이 중요하고 초기에 안정된 속도를 얻으면 유체의 힘과 마찰력이 평형을 이루면서 등속도 운동을 한다.

이러한 등속도 운동을 위해 초기의 피스톤(30의 이동을 안정되게 하기 위해서 전술한 바와 같아 바이패스밸브(6)에 부착된 스위치(19), 진수실린더(9) 상류측 바이패스포트(7) 등이 복합적으로 작용한다.

또 스위치(19)와 스위치(4)(5)는 별도로 작동하는 감지 스위치이다.

스위치(19)는 피스톤(3)의 작동을 원활하게 하고 시스템의 운영을 효율적(기다리는 시간 없이)으로 하기 위해 부착한 것이다.

즉 바이패스밸브(6)의 개폐에 대한 정보를 제어장치에 전달하여 곧바로 진수실린더(9)의 작동을 할 수 있도록 하는 역할을 한다.

스위치(4)와 (5)는 교정대상 유량계(1)가 발신하는 펄스 신호측정을 시작하고 끝맺는 역할을 한다.

즉 바이패스밸브(6)의 개폐에 대한 정보를 제어장치에 전달하여 곧바로 진수실린더(9)의 작동을 할 수 있도록 하는 역할을 한다.

스위치(4)와 (5)는 교정대상 유량계(1)가 발신하는 펄스 신호측정을 시작하고 끝맺는 역할을 한다.

즉 콤팩트 피스톤 푸루버 측정원리는 피스톤(3)이 감지스위치(4)와 (5) 사이에 이동하는 동안 유동한 유체의 양과 그 부피만큼이 교정대상 유량계(1)을 지나는 동안 발신한 펄스의 수를 비교하는 것이다.

따라서 피스톤(3)가 감지스위치(4)를 지나는 순간부터 교정대상유량계(1)로부터 오는 펄스의 측정을 시작하고 감지스위치(5)를 지나는 순간 측정을 멈춘다.

따라서 스위치(19)는 스위치(4), (5)와 역활과 기능이 다른 별도의 스위치이다.

이와같은 구성과 작용효과를 갖는 본 발명은 설치면적이 작아 해상의 유전등에 설치가 용이하고 사용조건과 같은 환경에서 교정이 가능하기 때문에 측정유체나 측정조건의 변화에서 발생할 수 있는 오차를 줄일 수 있는 특히 유량계가 공정라인에 설치된 상태에서 교정하기 때문에 공정의 중단등 비경제적인 요인이 배제되고 컴퓨터에 의한 데이타의 수집 및 장치의 제어가 이루어짐으로서 신속하게 교정할 수 있으며 인건비를 절약할 수 있는 등 유체측정 분야에 널리 보급할 수 있는 것이다.

Claims (6)

1. 압력기(10)을 갖는 측정실린더(2)와 진수실린더(9)를 연결하고 측정실린더(2) 내부에 바이패스포트(7)(8)을 형성하여 그안에 피스톤(3)을 장치하고 그 끝단을 감지스위치(4)(5)가 설치된 공기압 실린더(17)에 삽입하여 측정실린더(2) 아래에 바이패스밸브(6)을 경유 유량계(1)에 연결시킨 콤팩트(COMPACT) 피스톤 푸루버(PROVER)에 의한 유량계 교정장치.
2. 제 1 항에 있어서, 측정실린더(2)는 외부관(2b)와 내부관(2a)의 2중 구조로 된 콤팩트(COMPACT)피스톤 푸루버(PROVER)에 의한 유량계 교정장치.
3. 제 1 항에 있어서, 바이패스포트(7)(8)을 축방향을 향해 타원형으로 가공한 콤팩트(COMPACT) 피스톤 푸루버(PROVER)에 의한 유량계 교정장치.
4. 제 1 항에 있어서, 바이패스포트(7)(8)는 내부관(2a)의 원통 둘레에 배치된 콤팩트(COMPACT)피스톤 푸루버(PROVER)에 의한 유량계 교정장치.
5. 제 1 항에 있어서, 바이패스밸브(6)에 작동시작과 완료를 감지하는 감지스위치(19)를 장치하여 이를 진수실린더(9)와 감지스위치(4)(5)가 설치된 공기압 실린더(17)에 전기적으로 연결한 콤팩트(COMPACT)피스톤 푸루버(PROVER)ㅇ 의한 유량계 교정장치.
6. 제 1 항에 있어서, 측정실린더(2)의 내부관(2a)의 후단에 확관부(14), 브레이크포트(15) 및 브레이크 포트 조절나사(16)을 단수 또는 복수개로 설치한 콤팩트(COMPA- CT) 피스톤 푸루버(PROVER)에 의한 유량계 교정장치

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