KR100298582B1

KR100298582B1 - 사이클론터빈플로우미터및그제어시스템

Info

Publication number: KR100298582B1
Application number: KR1019980023108A
Authority: KR
Inventors: 이중선; 김정언
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사; 김정언
Priority date: 1998-06-19
Filing date: 1998-06-19
Publication date: 2002-02-28
Anticipated expiration: 2018-06-19
Also published as: US20020007684A1; KR20000002390A; TW445370B; JP3646007B2; JP2000009504A; US6257073B1

Abstract

본 발명은 일반적인 산업 생산공정에서 유체류를 목적하는 곳으로 공급하는 시스템이 필요한 분야에 있어서, 그 공급된 유체의 유량정보 또는 단위 생산설비에 흐르는 유체의 량을 측정하고, 여기서 출력되는 신호를 감지, 모니터링하여 단위 공정관리 및 생산관리와 사용처의 요구에 적절하게 대응하고저 창안된 사이클론 터빈 플로우미터에 관한 것이다. 본 발명에 따른 사이클론 터빈 플로우미터는, 외부로부터 유입된 유체가 회전력을 받도록 경사진 유로가 형성된 사이클론 터빈; 상기 사이클론 터빈의 유로를 통과한 유체에 의해 회전하는 회전로터; 마찰저항을 최소화하도록 제작된 터빈 베어링; 진동방지용으로써 터빈 베어링과 터빈축을 감싸는 진동방지 베어링으로 구성된다. 본 발명에 따른 제어시스템은, 회전로터의 회전으로 인하여 유기된 자장변화를 감지하는 센서와, 이 센서의 감지신호를 토대로 현재의 유량을 판단하고, 그 판단된 값을 토대로 적절하게 외부에 표시, 경보 및 설정동작을 제어하는 마이크로프로세서가 그 주요 구성요소이다.

Description

사이클론 터빈 플로우미터 및 그 제어시스템{CYCLONE TURBIN FOLWMETER AND CONTROL SYSTEM THEREOF}

본 발명은 유체가 가지고 있는 에너지를 이용하여 유량신호를 얻을 수 있는 사이클론 터빈 플로우미터(유량계)에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 일반적인 산업 생산공정에서 유체류를 목적하는 곳으로 공급하는 시스템이 필요한 분야에 있어서, 그 공급된 유체의 유량정보 또는 단위 생산설비에 흐르는 유체의 량을 측정하고, 여기서 출력되는 신호를 감지, 모니터링하여 단위 공정관리 및 생산관리와 사용처의 요구에 적절하게 대응하고저 창안된 사이클론 터빈 플로우미터 및 그 제어시스템에 관한 것이다.

플로우미터는 반도체 및 전기전자 부품과, 항공 우주산업, 오일 정제, 화학플랜트산업 등의 첨단산업에 있어서, 고순도를 요하는 유체류, 즉 초순수, 가스, 원유 정제, 화학 약품등이 연속성을 가지고 끊임없이 생산공정에 투입되어야 함과 동시에, 그 공급된 유체류가 시간에 따라 어느 정도의 량으로 공급되는지를 순시적으로 정확하게 측정하고, 이를 근거로 하여 현재의 공정의 전후공정에 미치는 영향을 분석 및 관리하는 기준 파라메터의 하나로 활용되고 있는 유체의 흐름양을 측정하는 것으로써, 현대산업생산 설비에 있어서 매우 중요한 요소중 하나이다.

일반적으로 공업용으로 사용되는 플로우미터의 종류는 매우 많으며, 주로 1) 공업용 플로우미터의 측정원리와 기능 및 성능에 의한 분류, 2) 피측정유체 자체 에너지의 이용여부에 의한 분류로 나누어질 수 있다.

여기서, 상품화된 플로우미터를 유체가 가지고 있는 에너지를 이용하여 유량신호를 얻는 것으로 분류해 보면, 용적, 면적, 차압, 터빈, 와류제어 플로우미터등이 있고, 외부의 에너지원을 필요로 하는 플로우미터로는 초음파, 전자 및 질량 플로우미터 등이 있다.

측정유체의 종류에 의해 분류 해보면 표 1 과 같다.

상기한 플로우미터들 중 일반적으로 현재 가장 많이 사용되고 있는 플로우미터로는 터빈형, 즉 흐르는 유체를 회전체에 부착한 프로펠러 또는 물레방아 형태의 날개에 전달시킴으로써, 이 흐르는 유체를 운동에너지로 변환하는 방식의 플로우미터가 있다.

그러나, 이러한 종래 방식의 터빈형 플로우미터는 유체와 접촉하는 하나의 회전로터로만 구성된 상태에서 플로우미터를 통과하는 유체가 생산설비에 유입되도록 함으로써 다음과 같은 여러 가지 문제점이 노출되고 있다.

첫째, 충격에 약하다.

즉, 플로우미터를 구성하는 몸체의 외부충격 혹은 내부로 흐르는 유체의 급격한 압력변동에 의한 압력충격에 따라 피측정 유량의 변화량이 매우 크며, 이 같은 갑작스런 유량 변화로 인하여 고장이 자주 발생하는 등 사용이 불안한 단점이 있다.

둘째, 방향성에 민감하여 회전체의 소음과 측정오차가 크다.

즉, 플로우미터의 내부는 단순히 회전로터와 이 회전로터에 유체를 공급하는 작은 관으로 구성되어 있는 바, 만일 제작사에서 권장하는 방향으로 플로우미터를 설치하지 않을 경우에는 유체의 흐름방향에 장애를 일으키게 되어 측정값의 오차가 발생함과 동시에 마찰력이 커지므로 측정감도가 저하된다.

셋째, 피측정유체에 대한 온도특성이 저하된다.

일반적으로 플로우미터를 구성하는 회전체와 이를 고정시키는 몸체, 그리고 상기 회전체의 회전운동을 원활하게 수행하게 하기 위한 예를 들어, 베어링 따위의 금속 또는 비철금속이나 테프론(TEFLON) 계열의 화합물들은 온도변화에 따른 고유의 열팽창 계수를 가지고 있으므로, 온도의 변화, 즉 고온 혹은 저온에서의 열적팽창과 수축작용으로 인하여 회전로터의 회전력에 장애를 일으키거나 과다 수축에 따른 회전체의 분리를 초래하는 등의 치명적인 단점이 있다.

도 1 은 종래기술의 구체적인 예로써 볼(BALL) 타입의 플로우미터를 적용한 장치의 전체적인 동작 상태도를 도시한 것인 바, 도 1 에 도시한 바와 같이, 산업생산 설비에 필요한, 예를 들어 약품용 탱크(20)에 저장되었던 유체(약품)는 플로우미터(21)를 통과한 후 필터(22)를 경유하면서 불순물이 여과되어진다. 이후, 이 필터(22)를 통과한 유체는 정량탱크(23)로 공급되는데, 이 정량탱크(23)에서는 공급되어야 할 필요량의 유체가 일정량 저장된 후에 비로소 유체를 약품순환계에 공급하게 된다.

이와 같은 종래기술에 따른 플로우미터는, 볼 타입의 플로우미터를 주축으로 한 단순 지시계를 90% 이상 활용하고 있으며, 기록관리형 플로우미터를 사용하는 경우도 간혹 있으나 정밀도 및 재현성에 문제가 있으므로 결과치를 단순 참고치로만 활용하는 경우가 대부분이다. 또한, 공정내 이상이 발생하는 경우, 그 원인을 파악하기 위하여 배스(BATH)에 약품 또는 초순수의 공급량 또는 혼합비를 제어하는 정량 탱크가 반드시 필요하다는 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같이 유체상태로 존재하는 물질을 사용하는 각종 산업분야와 유체의 흐름을 측정, 제어하는 분야에서 종래 상품화되어 있는 측정기기류의 단점을 보완하기 위하여 이루어진 것으로써, 본 발명의 목적은 피측정유체의 압력변화에 따른 회전로터의 영향을 최소화하고, 측정기 외부의 충격에 강한 사이클론 터빈 플로우미터를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 유체의 흐름에 따라 발생되는 에너지가 회전로터의 마찰력 혹은 소음과 같은 에너지로 전환되어 측정감도를 저하시키지 않도록 함과 동시에, 열팽창 계수를 고려한 온도 변화특성을 향상시켜서 측정기 내부 유체의 흐름 선상에서 나타나는 유체의 에너지 이동 메카니즘의 손실을 최대한 억제함으로써, 유체의 량을 정확하고 안정하게 측정할 수 있는 사이클론 터빈 플로우미터의 제어시스템을 제공하는데 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 사이클론 터빈 플로우미터는, 하우징과, 상하 양측에 플로우미터를 외부로부터 밀폐하도록 형성된 캡으로 구성된 플로우미터에 있어서, 유체가 강한 회전력을 가지면서 통과할 수 있도록 일정각도로 경사진 다수개의 유로가 형성되며, 외부로부터 유입된 유체가 회전력을 받도록 유로가 형성된 사이클론 터빈; 상기 사이클론 터빈의 유로를 통과한 유체에 의해 회전하는 회전로터; 마찰저항을 최소화하면서 내화학 약품성 및 내구성을 갖도록 제작된 터빈 베어링; 진동을 방지하도록 상기 터빈 베어링과 터빈축을 감싸도록 구성된 진동방지 베어링으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 회전로터는 사이클론 터빈의 유로를 통과한 유체의 강한 압력에 의해 회전이 용이하도록 그 날개부위에 일정각도로 경사진 다수개의 홈이 유로로써 형성된 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 회전로터의 축은 회전로터의 회전수에 비해 작은 회전수를 갖도록 설계된다.

상기 회전로터에는 회전수를 감지할 수 있도록 그 몸체부위에 일정갯수의 마그네트가 삽입고정되거나 혹은 그 몸체부위의 외주면 전체에 걸쳐서 소정갯수의 홈이 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 회전로터의 몸체부위에 형성된 홈의 전방에는 광을 송수신할 수 있는 광소자가 배치된다.

상기 사이클론 터빈의 유로 및 회전로터의 유로인 홈의 크기는 각 작업공정에 따라 최적으로 공급되어야 할 유량에 의거 달리 설계될 수 있다.

본 발명에 따른 플로우미터 제어시스템은, 회전로터의 회전으로 인하여 회전로터의 몸체부위에 삽입 고정된 마그네트로부터 유기된 자장변화를 감지하는 센서; 상기 센서의 감지신호를 입력받아 유량을 판단하도록 그 감지신호를 적절한 신호로 변환처리하는 신호입력부; 상기 신호입력부로부터의 신호를 입력받아 현재의 유량을 연산처리하는 마이크로프로세서; 상기 마이크로프로세서에서 연산처리된 유량데이터를 적절한 신호로 변환처리하는 신호출력부; 상기 마이크로프로세서 및 센서의 구동이 가능하도록 구동전원을 공급하는 전원부로 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 센서는 광의 송수신이 가능한 광소자로 대체할 수 있다. 이 광소자는 발광 엘레멘트 및 수광 엘레멘트가 유기적으로 결합되어 사용되는 것일 수도 있도, 광섬유도 될 수 있으며, 한 라인에서 광의 송수신이 가능한 것이 될 수도 있다.

상기 마이크로프로세서에는 각 작업공정에 따라 공급되어야 할 최적의 유량 데이터와, 최적의 유량이 초과되어 공급되는 경우 이를 제어하기 위한 제어프로그램 등이 미리 입력 저장되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 신호입력부는 아날로그-디지털 변환기이고, 신호출력부는 디지털-아날로그 변환기가 될 수 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 플로우미터 제어시스템은, 회전로터의 회전으로 인하여 회전로터의 몸체부위에 삽입 고정된 마그네트로부터 유기된 자장변화를 감지하는 센서; 상기 센서의 감지신호를 입력받아 유량을 판단하도록 그 감지신호를 적절한 신호로 변환처리하는 신호입력부와; 상기 신호입력부로부터의 신호를 입력받아 현재의 유량을 연산처리하는 마이크로프로세서; 상기 마이크로프로세서에서 연산처리된 유량데이터를 적절한 신호로 변환처리하는 신호출력부; 상기 마이크로프로세서 및 센서의 구동이 가능하도록 구동전원을 공급하는 전원부; 상기 마이크로프로세서에 의해 판단된 현재의 유량을 표시하는 표시부; 일정시간 동안의 유량을 적산하는 적산부; 상기 마이크로프로세서에 의해 판단된 현재의 유량을 근거로 새로이 유입되어야 할 유량을 설정하는 설정부; 및 작업공정에 공급되어야 할 최적의 유량을 초과하는 경우 이를 외부에 알리는 경보부로 구성된 것을 특징으로 한다.

도 1 은 종래기술에 따른 유량공급장치의 실제 응용도,

도 2 은 본 발명의 일실시예에 따른 사이클론 터빈 플로우미터의 기기적인 구조도로써,

도 2A 는 본 발명에 따른 플로우미터의 평면도,

도 2B 는 본 발명에 따른 플로우미터의 내부투시도,

도 2C 는 본 발명에 따른 플로우미터의 저면도,

도 3 은 본 발명의 일실시예에 따른 사이클론 터빈 플로우메터의 주요 구성요소의 기기적인 구조를 도시한 것으로써,

도 3A 는 본 발명의 플로우미터를 구성하는 회전로터의 정면도,

도 3B 는 회전로터의 평면도,

도 3C 는 본 발명의 플로우미터를 구성하는 고정터빈의 정면도,

도 3D 는 고정터빈의 평면도,

도 4 는 본 발명에 따른 플로우미터의 회전로터와 사이클론 터빈의 결합상태도,

도 5A 및 도 5B 는 본 발명의 회전로터의 다른 실시예의 정면도 및 평면도,

도 6 은 본 발명의 일실시예에 따른 플로우미터의 제어시스템도,

도 7 은 본 발명의 플로우미터 제어시스템의 실제 응용도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 ------ 하우징 2, 3 ------ 캡

4 ------ 회전로터 5 ------ 사이클론 터빈

6 ------ 진동방지 베어링 46 ------ 마그네트

8 ------ 터빈 베어링 100 ----- 마이크로프로세서

200 ---- 신호입력부 300 ----- 신호출력부

400 ---- 전원부 500 ----- 홀센서

이하, 본 발명의 일실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 사이클론 터빈 플로우미터의 기기적인 구조도로써, 도 2A 는 본 발명에 따른 플로우미터의 평면도, 도 2B 는 본 발명에 따른 플로우미터의 내부투시도, 도 2C 는 본 발명에 따른 플로우미터의 저면도이다. 도 3 은 본 발명의 일실시예에 따른 사이클론 터빈 플로우미터의 주요 구성요소의 기기적인 구조를 도시한 것으로써, 도 3A 는 본 발명의 플로우미터를 구성하는 회전로터의 정면도, 도 3B 는 회전로터의 평면도, 도 3C 는 본 발명의 플로우미터를 구성하는 사이클론 터빈의 정면도, 도 3D 는 사이클론 터빈의 평면도이고, 도 4 는 본 발명에 따른 플로우미터의 회전로터와 사이클론 터빈의 결합상태도이다.

도 2A 및 도 2C 에 도시한 바와 같이, 상, 하부 캡(2)(3)은 동심원상에 상, 하, 좌, 우 일정간격으로 바람직하게는 네 개의 볼트 삽입용 홀(25)(35)이 각각 형성된다.

이 네 개의 홀(25)(35)은 본 발명의 플로우미터의 내부를 상, 하 위치에서 외부의 압력 및 충격등으로부터 차단시키기 위해 상, 하부 캡(2)(3)을 후술하는 하우징과 결합시키는 역할을 수행하는 것으로써, 이 네 개의 홀(25)(35)에 볼트를 삽입하여 고정하는 방법으로 하우징과 결합시키게 된다.

이때, 상기 상, 하부 캡(2)(3)에 형성되는 홀(25)(35)의 직경 등은 제조자의 편의에 따라 설계될 수 있으며, 단지 상, 하부 캡(2)(3)이 플로우미터의 하우징과 완벽하게 결합되어 외부적인 충격을 최소화함으로써 동작에 이상이 없을 정도이면 된다.

상기 상,하부 캡(2)(3)에 형성된 홀(25)(35)에 삽입되어 이들 캡(2)(3)과 플로우미터의 하우징(1)을 고정시키는 볼트는, 상기 홀(25)(35)에 대응하도록 형성된 하우징(1)의 나사고정용 홈(15)(16)에 일정깊이로 삽입고정된다. 따라서, 상, 하부 캡(2)(3) 및 하우징(1)이 플로우미터의 내부를 사방에서 차폐시킴으로써 플로우미터의 정확한 동작 수행이 가능하다.

한편, 상기 상부 캡(2)의 일정부위(30)는 내부 투시가 가능하도록 반투명 혹은 투명 재질로 형성하여 후술하는 회전로터의 회전상태를 확인할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 그 반투명 혹은 투명재질 부위(30)는 회전로터의 회전상태를 용이하게 확인할 수 있도록 회전로터와 일직선상에 형성시키는 것이 좋다.

또한, 상기 상부 캡(2)에는 후술하는 회전로터의 회전에 따라 변화되는 자장을 감지하기 위한 홀센서 및 전기라인 삽입용 홈(33)이 도 2A 에 도시한 바와 같이 형성되며, 홀센서(500)는 회전로터에 삽입 고정된 마그네트에 의해 발생되는 자장을 정확하게 감지할 수 있도록 예를 들어 P 위치에 배치되는 것이 바람직하다. 홀센서(500)는 전기라인을 통해 후술하는 신호입력부에 연결되어 있다.

이렇게 하면, 도면상 홀센서(500)가 회전로터의 마그네트 상부에 위치하므로 자장감지가 용이하게 된다.

또한, 상기 상부 캡(2)의 내면 중심부에는 후술하는 회전로터의 회전축이 삽입되도록 회전축 삽입용 홈(26)이 일정 깊이를 가지고 형성된다.

본 발명의 하우징(1)은 플로우미터의 몸통 역할을 하면서 플로우미터가 안정된 동작을 수행할 수 있도록 하는 것으로써, 상술한 바와 같이, 상, 하부 캡(2)(3)에 형성된 홀(25)(35)에 대응하도록 상, 하, 좌, 우에 각각 하나씩의 볼트 삽입용 홈(15)(16)이 형성된다.

또한, 하우징(1)의 상하 내면에는 플로우미터의 내부에 유체가 저장됨으로써 발생되는 압력에 의해 유체가 외부로 누출되지 않도록 일종의 패킹재인 오-링(O-RING) 삽입용 홈(36)이 각각 일정 직경을 가지고 형성된다.

본 발명의 사이클론 터빈(5)은 도 2B 및 도 3C-D 에 도시한 바와 같이, 하부캡(3)의 내면 대체로 중앙지점에 그 몸체(52)가 고정되어 있으며, 유체 유입구(17)를 통해 외부로부터 유입된 유체가 통과하도록 다수개의 유로(51)가 일정각도 경사지게 일정부위(53, 편의상 날개부위라 칭한다)에 형성된다.

따라서, 유입구(17)를 통해 외부로부터 유입된 유체가 다수개의 유로(51)를 통과함으로써 유체흐름에 나타나는 마찰저항을 최대한 저감시킴과 동시에, 저유량이 흐를 경우에도 경사각만큼의 회전력을 받게 됨으로써 유체의 흐름이 탄력을 받게 되어 후술하는 회전로터의 회전을 용이하게 한다.

상기 사이클론 터빈(5)의 날개부위(53)의 중심에는 회전로터의 회전축을 삽입하기 위한 홈(55)이 형성된다.

또한, 사이클론 터빈(5)의 날개부위(53)에 형성되는 유로(51)의 크기는 각 작업공정에 따라 최적으로 공급되어야 할 유량에 의거 달라질 수 있다.

본 발명의 회전로터(4)는 도 2B 및 도 3A-B 에 도시한 바와 같이, 그 일정부위(43, 편의상 날개부위라 칭한다)의 전체 외주면에 걸쳐서 소정각도 경사지도록 형성된 다수개의 홈(41)이 일종의 유로로써 구성된다. 따라서, 상기 사이클론 터빈(5)으로부터 전달된 유체가 이들 다수개의 홈(41)에 접촉되면서 회전로터(4)를 회전시키므로 유체흐름에 나타나는 마찰저항을 최대한 저감시킴과 동시에 저유량이 흐를 경우에도 경사각만큼의 회전력을 받게 됨으로써 회전로터(4)의 회전이 원활하게 수행된다.

또한, 회전로터(4)에는 이 회전로터(4)와 회전축(44)이 약간 겉돌도록 회전축 삽입용 홈(45)의 직경보다 작은 직경을 갖는 회전축(44)을 삽입하여회전로터(4)의 회전수에 비해 회전축(41)의 회전수가 적도록 함으로써 회전축(41)의 마모를 최소화하는 것이 바람직하다.

또한, 회전로터(4)는 그 몸체부위(42)에 일정간격을 두고 일정갯수, 도면상으로는 두 개의 마그네트(46)가 삽입 고정된다. 이 마그네트(46)는 일정시간동안의 회전로터(4)의 회전수를 토대로 플로우미터에 유입되는 유량을 측정 판단하기 위하여 상술한 바와 같은 홀센서(500)에 의해 감지되는 자장을 발생시키기 위한 것으로써, 그 삽입 고정되는 개수는 제조자의 편의에 따라 달라질 수 있다.

이와 같이, 마그네트(46)가 회전로터(4)에 삽입 고정된 상태에서 회전로터(4)가 회전하는 경우, 설정시간당 회전수에 따라 발생되는 자장강도가 변화되며, 이 변화되는 자장강도가 상기 홀센서(500)에 의해 감지되면 후술하는 마이크로프로세서가 감지값을 입력받아 현재의 유량을 판단하는 것이다.

한편, 회전로터(4)의 회전에 따라 플로우미터 내부를 흐르는 유량을 측정하기 위한 수단으로써, 도 5 에 도시한 바와 같이, 마그네트(46) 대신 회전로터(4)의 몸체부위(42)의 외주면 전체에 걸쳐서 다수개의 홈(47)을 일정한 간격으로 형성하여도 된다. 단, 이들 홈(47)을 형성하는 경우에는 회전로터(4)의 몸체부위(42)가 상기 마그네트(46)를 삽입하는 경우의 두께를 유지할 필요가 없으므로 그 두께는 마그네트 삽입폭 만큼 줄여도 상관없다.

다수개의 홈(47)이 형성되는 몸체부위(42)는 상술한 바와 같이 비스듬하게 소정각도 경사지도록 다수개의 홈(41)이 형성된 날개부위(43)와 평행선상에 놓여 있으므로, 만약 몸체부위(42)의 전방에 광을 송수신할 수 있는 광소자를 배치하면,회전로터(4)의 회전시 이 광소자에서 송신되는 광이 단지 홈(47)만을 통과할 뿐, 홈(47)이 형성되지 않은 부분을 통해서는 차단되므로 광이 주기적인 펄스값으로 나타나게 된다. 또한, 한 개의 라인을 통하여 광의 송수신이 가능한 광소자를 상기 홈(47)의 인접부위에 배치하는 경우, 홈(47)이 형성된 부분과 홈(47)이 형성되지 않은 부분으로 송신된 광이 반사된 후 광소자에 의해 수신되는 광의 세기가 각각 다르므로 이와 같은 광의 세기차에 따라 회전로터(4)의 회전상태를 감지할 수도 있다.

즉, 이와 같이 수신된 자장 및 광량의 변화에 의거 후술하는 마이크로프로세서에서는 회전로터(4)의 회전상태를 판단하고 이를 토대로 유량을 판단하는 것이다. 한편, 상기 회전로터(4)의 몸체부위(42)에 형성되는 홈(47)의 개수는 제조자의 편의에 따라 달라질 수 있으나, 가능한 한 많이 형성하는 것이 바람직하다. 이는 특히 미세한 유량이 사이클론 터빈(5)으로부터 회전로터(4)에 유입되는 경우 회전로터(4)의 회전수가 줄어들게 되는데, 이와 같이 회전로터(4)의 회전수가 적을 경우에도 미세한 자장변화 또는 미세한 광량의 변화를 정확하게 감지하여 회전로터(4)의 회전상태를 정확하게 판단하고, 이와 더불어 유량도 더욱 정확하게 측정할 수 있기 때문이다.

상술한 회전로터(4)와 사이클론 터빈(5)의 결합상태가 도 4 에 도시되어 있다.

도 4 에 도시한 바와 같이, 회전로터(4)와 사이클론 터빈(5)은 회전축(44)의 일단이 사이클론 터빈(5)에 형성된 회전축 삽입용 홈(55)에 삽입됨으로써 결합된다. 상기 회전축(44)의 타단은 상부 캡(2)의 회전축 삽입용 홈(26)에 삽입된다.

이때, 상기 회전로터(4)의 날개부위(43)와 사이클론 터빈(5)의 날개부위(53)는 서로 마주보도록 배치되어 사이클론 터빈(5)의 유로(51)를 통과한 유체가 회전로터(4)에 일종의 유로로 형성된 홈(41)에 일정압력으로 접촉되므로 비록 미세한 유량이 흐를 경우에도 회전로터(4)의 회전이 용이하게 된다.

상기 회전로터(4)의 날개부위(43)에 형성되는 유로(41)의 크기는 각 작업공정에 따라 최적으로 공급되어야 할 유량에 의거 달라질 수 있다.

본 발명의 플로우미터는 터빈 베어링을 제외한 모든 부분이 비접촉식 및 비마찰식으로 설계되어 있다. 즉, 도 2B 에 도시한 바와 같이, 고유량율에서도 진동하지 않고 안정된 특성을 나타낼 수 있도록 회전로터(4)의 회전축(44)과의 접촉부는 구조적으로 완벽한 결정체로 제작된 터빈 베어링(8)을 채용하였고, 터빈축을 감싸도록 진동방지 베어링(6)을 채택하였다. 따라서, 이 진동방지 베어링(6)으로 인하여 높은 내마모성과 반영구적인 수명을 유지할 수 있다. 또한, 수명에 영향을 미치는 터빈베어링에 있어서도 터빈 베어링(8)을 특수설계 제작하여 채택하였다.

도 6 은 본 발명의 일실시예에 따른 플로우미터의 제어시스템을 도시한 것이다.

도 6 에 도시한 바와 같이, 본 발명의 플로우미터의 제어시스템은 마이크로프로세서(100), 신호입력부(200), 신호출력부(300), 전원부(400) 및 센서(500)등으로 구성되어 있다.

신호입력부(200)는 외부로부터 유입되는 유체가 사이클론 터빈(5)의유로(51)를 통하여 회전로터(4)를 회전시키면, 회전로터(4)의 몸체부위(42)에 삽입 고정된 마그네트(46)에 의해 유기된 일정시간 동안의 자장변화를 감지한 홀센서(500)의 감지신호를 입력받는 것으로써, 마이크로프로세서(100)에서 연산이 가능하도록 적절한 신호로 처리하는 것이다. 즉, 신호입력부(200)는 예를 들어, 홀센서(500)에 의해 감지된 회전로터(4)의 회전에 따라 변화되는 자장에 대응하는 아날로그 신호를 마이크로프로세서(100)의 연산이 가능하도록 디지털 신호로 변환시키는 아날로그-디지털 변환기가 될 수 있다.

한편, 상술한 바와 같이 마그네트(46) 대신 회전로터(4)의 몸체 외주면 전체에 걸쳐서 다수개의 홈(47)을 형성한 경우에는 광소자에서 송신되는 광이 홈(47)이 형성되지 않은 부분에서는 차단되고, 홈(47)이 형성된 부분만을 통과하게 되므로 이 통과되는 일정시간 동안의 광량을 마이크로프로세서(100)에 입력시켜서 회전로터(4)의 회전상태를 판단토록 한다. 이 경우 상술한 바와 같이, 광소자로부터 송신된 광이 홈(47)을 통과하지 않고 반사되도록 함으로써 그 반사된 광의 세기에 의거 회전로터(4)의 회전상태를 판단토록 할 수도 있다.

마이크로프로세서(100)는 상기 홀센서(500) 혹은 광소자로부터의 신호를 입력받아 현재의 유량을 연산처리하며, 이때의 연산처리된 유량데이터는 기기의 전체적인 동작을 제어하는데 중요한 토대가 된다.

상기 마이크로프로세서(100)에는 내장된 기억장치에 미리 각 작업공정에 따라 일정시간 동안 공급되어야 할 최적의 유량이 데이터화되어 설정되어 있으며, 이 설정데이터는 각각의 작업공정에 따라 달라질 수 있다.

또한, 마이크로프로세서(100)에는 각 작업공정에 따라 공급되어야 할 최적의 유량이 제대로 공급되는지를 판단하기 위한 제어 프로그램이 미리 저장되어 있으며, 최적의 유량이 적절하게 공급되는 경우와 적절하게 공급되지 않는 경우 이를 제어하기 위한 제어 프로그램을 저장하고 있다.

한편, 상기 일정시간은 마이크로프로세서(100)에 자체 내장된 타이머에 의해 카운트된다.

신호출력부(300)는 상기 홀센서(500) 혹은 광소자로부터 입력된 감지신호를 토대로 마이크로프로세서(100)에서 연산처리된 유량데이터를 표시, 적산, 설정 및 경보하기 위하여 마이크로프로세서(100)의 제어에 의해 적절한 신호로 변환 처리하는 것이다.

상기 신호출력부(300)는 마이크로프로세서(100)에 의해 처리된 데이터를 표시, 적산 및 경보하기 위하여 마이크로프로세서(100)로부터 출력된 디지털 제어신호를 아날로그 신호로 변환하는 디지털-아날로그 변환기가 될 수 있다.

전원부(400)는 마이크로프로세서(100)의 동작을 수행할 수 있도록 구동전원을 공급하는 것으로써, 홀센서(500)에도 구동전원을 공급한다.

표시부(600)는 상기 홀센서(500)에 감지된 자장강도 또는 광소자에 의해 수신된 광량을 토대로 상기 마이크로프로세서(100)에서 판단된 유량을 작업자가 확인할 수 있도록 외부에 표시하여 주는 것으로써, 이는 발광다이오드 등을 포함하여 이미 공지된 모든 표시소자를 사용하여 구성하면 된다.

또한, 표시부(600)의 기능을 단순히 마이크로프로세서(100)에 의해 판단된현재의 유량을 일정시간 간격으로 표시하여 주는 것에 그치지 않고, 연속적으로 유량을 표시하여 주도록 구성하여도 무방하다. 이와 같이 하면, 수시로 작업자가 확인하면서 이상이 있을 경우에는 적절하게 조치하면 되는 것이다. 이때, 표시부(600)는 마이크로프로세서(100)의 제어에 의해 그 자체에 구성된 복수개의 발광 다이오드를 통하여 적절한 숫자 또는 문자를 표시할 수 있다.

적산부(700)는 상기 마이크로프로세서(100)에 의해 판단된 일정시간 동안의 유량을 적산하는 것으로써, 예를 들어, 본래 정해진 일정량의 유량만이 유입되어야 하나, 플로우미터의 내부 혹은 외부적인 요인에 근거하여 유량이 많아지는 경우 미리 정해진 일정량의 유체만을 공급하고, 그 나머지 유량을 확인할 수 있도록 적산하는 것으로써, 이 동작 또한 일정시간 간격으로 수행하여도 되고, 연속적으로 행하여 질 수 있도록 하여도 무방하다.

이때, 상기 적산되는 유량은 외부로부터 유입되는 유량을 조절하기 위한 데이터로 이용될 수 있다. 즉, 유입되는 유량이 많은 경우 미리 정해진 일정량의 유량만이 공급되고, 그 나머지 유량은 본래 유입되어야 할 유량이 감소되도록 하는데 필요한 데이터가 되어 항상 최적의 유량만이 공급되도록 할 수 있는 것이다.

이와 같은 제어동작은 물론, 마이크로프로세서(100)에서 수행하게 된다.

경보부(800)는 예를 들어, 상기 표시부(600)에 표시되는 일정시간 동안의 유량 혹은 적산부(700)에 적산되는 일정시간 동안의 유량이 최적으로 공급되어야 할 유량을 초과한 것으로 마이크로프로세서(100)에 의해 판단된 경우, 또는 작업공정을 완료하여 더 이상의 유체공급이 필요 없는 경우 상기 마이크로프로세서(100)의제어에 의해 작업자에게 경보하는 기능을 수행한다.

이와 같은 경보기능은 시각적 혹은 청각적인 방법을 모두 이용할 수 있으며, 예를 들어 시각적인 방법으로는 발광 다이오드로 구성된 적색램프가 일정시간 간격으로 점멸되도록 하는 방법이 있고, 청각적인 방법으로는 알람기능이 가능한 버저를 이용하여 일정시간 간격으로 경보음을 발생하도록 하는 방법이 있다.

설정부(900)는 해당 작업공정에 따라 공급되어야 할 최적의 유량을 설정하여 마이크로프로세서(100)에서 기억하도록 하는 역할을 수행한다.

이와같이 구성된 본 발명의 플로우미터의 제어시스템의 전체적인 동작을 도 2 내지 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 유체 유입구(17)를 통해 유입되는 유체가 일정량이 되면 사이클론 터빈(5)의 유로(51)를 통과하게 되는데, 이때 상기 유로(51)가 소정각도 경사지도록 형성되어 있으므로 유체는 경사진 만큼의 회전력을 받게 된다.

상기 사이클론 터빈(5)을 통과한 유체는 회전로터(4)의 유로인 홈(45)에 일정압력으로 부딪치게 되는데, 이때 상기 사이클론 터빈(5)을 통과하면서 가속력을 받은 유체가 회전로터(4)의 경사진 홈(45)에 유입 접촉됨으로써 그 접촉 압력에 의해 회전로터(4)를 회전시키게 된다.

이와 같이, 회전로터(4)가 회전하면, 마그네트(46)에 의해 유기된 자장변화가 홀센서(500)에 의해 감지된다. 따라서, 이 감지된 신호는 신호입력부(200)를 통해 디지털신호로 변환된 후 마이크로프로세서(100)에 입력되며, 마이크로프로세서(100)는 미리 저장된 프로그램을 실행하여 타이머에 의해 카운트되는 일정시간 동안의 회전로터(4)의 회전에 따른 자장변화를 판단하고, 이를 토대로 현재 공급되는 유량을 판단한다.

상기 마이크로프로세서(100)에 의해 판단된 현재의 유량은 디지털 데이터이므로 신호출력부(400)로 출력되어 아날로그 신호로 변환된 후 표시부(600)를 통해 표시하여 사용자가 확인할 수 있도록 한다.

한편, 마이크로프로세서(100)에 의해 판단된 유량이 최적으로 공급되어야 할 유량인지의 여부에 따라 마이크로프로세서(100)의 제어동작이 달라지게 된다.

즉, 마이크로프로세서(100)에 의해 판단된 유량이 최적의 유량을 초과하는 경우, 이 데이터가 표시부(600)를 통해 표시됨과 동시에, 설정부(900)에서는 그 초과되는 만큼의 유량을 토대로 최적의 량으로 다시 환원할 수 있도록 하기 위한 유체의 공급량을 새로이 설정하여 마이크로프로세서(100)에 저장시킨다.

따라서, 이와 같이 새로이 설정된 데이터에 따라 유입구(17)를 통해 유체가 사이클론 터빈(5)의 유로(51)에 유입되고, 이후 회전로터(4)를 회전시키므로 회전로터(4)의 회전에 따른 자장변화가 새로이 설정된 데이터와 부합하는지를 판단하기 위하여 마이크로프로세서(100)에서는 새로이 공급되는 유량을 판단하고, 그 판단된 데이터를 표시부(600)를 통하여 외부에 표시하는 것이다.

이와 같이, 새로이 공급되는 유량은 이후 설정되어야 할 최적의 유량을 판단하는 기초 자료로서 제공된다.

한편, 경보부(800)에서는 상기한 바와 같이 공급되어야 할 유량이 최적의 량을 초과하는 경우, 마이크로프로세서(100)의 제어에 의해 외부에 경보음을 발생하며, 작업공정이 완료되어 더 이상의 유체 공급이 필요없는 경우에도 마이크로프로세서(100)의 제어에 의해 외부에 경보음을 발생함으로써 효율적인 플로우미터의 관리가 가능하도록 한다.

상술한 본 발명의 실시예가 실질적으로 응용되는 경우, 도 7 에 도시한 바와 같이 종래기술에 사용되는 정량탱크가 필요 없으며 그 대신에 마이크로프로세서의 제어에 의해 각 작업공정에 따라 최적으로 공급되어야 할 유량이 공급되도록 하는 효과가 있다.

상술한 본 발명은 구체적인 실시예에 의거하여 설명하였으나, 여러 가지 교체, 수정 및 변경이 가능하다. 즉, 본 발명에서는 구체적으로 액체를 한정하여 설명하였으나, 액체가 아닌 분야에 대해서도 적용 가능함은 물론이다. 따라서, 상술한 설명은 첨부된 클레임에 의해 규정된 범위에 한정하는 것은 아니다.

이와 같이 본 발명의 사이클론 터빈 플로우미터에 따르면, 열충격, 압축충격, 급격한 유량변화와 같은 노이즈성 에너지, 즉 유체의 압력강하시 발생하는 심한 유체 소음은 사이클론 터빈에서 흡수하고, 그 유체는 사이클론 터빈의 유로로 안내되어 회전로터를 회전시킴으로써 압력평형을 유지하면서 유량 에너지 손실이 없이 정확하게 유량을 측정할 수 있다.

또한, 진동방지 베어링 및 터빈 베어링으로 인하여 높은 내마모성과 반영구적인 수명을 유지할 수 있다.

Claims

하우징과, 상하 양측에 플로우미터를 외부로부터 밀폐하도록 형성된 캡으로 구성된 플로우미터에 있어서,

외부로부터 유입된 유체가 강한 회전력을 가지면서 통과할 수 있도록 그 날개부위에 일정 각도로 경사진 다수개의 유로가 형성되며, 그 날개부위의 중심에 회전축의 일단을 삽입하기 위한 홈이 형성된 사이클론 터빈;

상기 사이클론 터빈의 유로를 통과한 유체가 일정압력을 가지고 부딪치도록 그 날개부위에 일정각도로 경사진 다수개의 홈이 형성되며, 상기 사이클론 터빈의 유로를 통과한 유체에 의해 회전하는 회전로터;

마찰저항을 최소화하면서 내화학 약품성 및 내구성을 갖도록 제작된 터빈 베어링;

진동을 방지하기 위하여 상기 터빈 베어링과 터빈축을 감싸도록 구성된 진동방지 베어링으로 이루어진 것을 특징으로 하는 사이클론 터빈 플로우미터.
제 1 항에 있어서, 상기 회전축은,

상기 회전로터의 회전수에 비해 작은 회전수를 갖도록 회전축 삽입용 홈의 직경보다 작은 직경으로 설계된 것을 특징으로 하는 플로우미터.
제 1 항에 있어서, 상기 회전로터에는,

회전에 의해 광을 통과시키거나 광을 반사하도록 그 몸체부위의 외주면 전체에 걸쳐서 굴곡진 형태로 일정개수의 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 플로우미터.
제 1 항에 있어서, 상기 상부 캡에는,

회전로터의 회전상태를 확인할 수 있도록 투시가능한 창이 형성된 것을 특징으로 하는 플로우미터.
제 4 항에 있어서, 상기 창은,

투명 혹은 반투명재질로 형성된 것을 특징으로 하는 플로우미터.
제 1 항에 있어서, 상기 상부 캡에는,

그 중심부위에 회전로터의 회전축 삽입용 홈이 형성되며, 상기 회전로터의 회전상태를 감지하기 위한 홀센서 및 그 전기라인을 삽입 고정시키도록 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 플로우미터.
제 3 항에 있어서, 상기 홈은,

회전로터의 몸체부위의 두께가 마그네트 삽입용 홈의 깊이만큼 감소된 몸체부위에 형성된 것을 특징으로 하는 플로우미터.
제 1 항에 있어서, 상기 회전로터의 몸체부위에 형성된 홈의 전방에는, 광을송수신하는 광소자가 배치된 것을 특징으로 하는 플로우미터.
회전로터의 회전으로 인하여 회전로터의 몸체부위에 삽입고정된 마그네트로 부터 유기된 자장변화를 감지하는 센서;

상기 센서의 감지신호를 입력받아 유량을 판단하도록 그 감지신호를 적절한 신호로 변환처리하는 신호입력부;

상기 신호입력부로부터의 신호를 입력받아 현재의 유량을 연산처리하는 마이크로프로세서;

상기 마이크로프로세서에서 연산처리된 유량데이터를 입력받아 적절한 신호로 변환처리 하는 신호출력부;

상기 마이크로프로세서 및 센서의 구동이 가능하도록 구동전원을 공급하는 전원부;

상기 마이크로프로세서에 의해 판단된 일정시간 동안의 유량을 표시하는 표시부;

상기 마이크로프로세서에 의해 판단된 일정시간 동안의 유량을 적산하는 적산부;

상기 마이크로프로세서의 유량판단 데이터를 근거로 새로이 유입되어야 할 유량을 설정하는 설정부; 및

공급되어야 할 최적의 유량을 초과하는 경우 이를 외부에 알리는 경보부로 구성된 것을 특징으로 하는 플로우미터 제어시스템.
제 9 항에 있어서, 상기 회전로터는 회전에 따라 광을 통과시키거나 반사하도록 그 몸체부위에 다수개의 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 플로우미터 제어시스템.
제 9 항에 있어서, 상기 센서는 하나의 라인을 통해 광 송수신이 가능한 광소자로 대체되는 것을 특징으로 하는 플로우미터 제어시스템.
제 9 항에 있어서, 상기 마이크로프로세서에는 공급되어야 할 최적의 유량 데이터, 최적의 유량을 초과하는 경우 이를 제어하기 위한 제어프로그램 등이 미리 입력 저장되어 있는 것을 특징으로 하는 플로우미터 제어시스템.
제 11 항에 있어서, 상기 광소자는 회전로터의 몸체부위에 형성된 홈의 전방에 배치되어 홈을 통과한 광량 또는 홈이 형성된 부분과 홈이 형성되지 않은 부분으로부터 반사된 광의 세기를 감지하여 그 감지값을 마이크로프로세서에 입력하는 것을 특징으로 하는 플로우미터 제어시스템.
제 9 항에 있어서, 상기 신호입력부는 아날로그-디지털 변환기인 것을 특징으로 하는 플로우미터 제어시스템.
제 9 항에 있어서, 상기 신호출력부는 디지털-아날로그 변환기인 것을 특징으로 하는 플로우미터 제어시스템.
제 9 항에 있어서, 상기 표시부는 마이크로프로세서의 제어에 의해 동작하는 복수개의 발광다이오드로 구성된 것을 특징으로 하는 플로우미터 제어시스템.
제 9 항에 있어서, 상기 경보부는 마이크로프로세서의 제어에 의해 동작하는 버저인 것을 특징으로 하는 플로우미터 제어시스템.
제 9 항에 있어서, 상기 경보부는 마이크로프로세서의 제어에 의해 동작하는 복수개의 발광 다이오드로 구성된 것을 특징으로 하는 플로우미터 제어시스템.
제 9 항에 있어서, 상기 마이크로프로세서에는 타이머가 내장된 것을 특징으로 하는 플로우미터 제어시스템.
회전로터의 회전으로 인하여 회전로터의 몸체부위에 삽입고정된 마그네트로부터 유기된 자장변화를 감지하는 센서; 상기 센서의 감지신호를 입력받아 유량을 판단하도록 그 감지신호를 적절한 신호로 변환처리하는 신호입력부; 상기 신호입력부로부터의 신호를 입력받아 현재의 유량을 연산처리하는 마이크로프로세서; 상기 마이크로프로세서에서 연산처리된 유량데이터를 입력받아 적절한 신호로 변환처리하는 신호출력부; 상기 마이크로프로세서 및 센서의 구동이 가능하도록 구동전원을 공급하는 전원부; 상기 마이크로프로세서에 의해 판단된 일정시간 동안의 유량을 표시하는 표시부; 상기 마이크로프로세서에 의해 판단된 일정시간 동안의 유량을 적산하는 적산부; 상기 마이크로프로세서의 유량판단 데이터를 근거로 새로이 유입되어야 할 유량을 설정하는 설정부; 및 공급되어야 할 최적의 유량을 초과하는 경우 이를 외부에 알리는 경보부로 구성된 플로우미터 제어시스템의 제어에 따라 반도체 공정 라인에 공급되는 약품과 같은 유량이 제어되면서 제조된 반도체 장치.