KR101258482B1 - 액체 수위 및 밀도 측정 장치 - Google Patents
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Abstract
액체 수위 및 액체 밀도 측정 장치가 개시되어 있다. 액체 수위 및 액체 밀도 측정 장치에는, 연장 자기 변형 변환기 및 부표들 내에 내장되고 변환기를 따라 자유롭게 움직일 수 있는 2 이상의 변환기 자석이 있다. 하나의 부표는 나머지 다른 부표보다 액체 밀도 변화에 상대적으로 더 민감하다. 액체 수위 측정용으로 사용되는 부표가 덜 민감해 질수록, 액체 밀도 측정용으로 사용되는 부표는 더욱 민감해 진다. 액체 밀도 부표는 액체 내에 완전히 잠긴 하부 및 액체 내에 일부 잠긴 상부를 갖는다. 상부는 액체 수위 부표의 외경보다 큰 내경을 갖는 실질적으로 중공 실린더의 형태로 제조된다. 따라서, 액체 밀도 부표는 액체 수위 부표를 만지지 않고도 위아래로 움직일 수 있다.
Description
본 발명은 지하 석유 저장 탱크와 같은 탱크 내 액체의 수위 및 밀도를 측정하기 위한 장치에 관한 것이다.
자기 변형 변환기(magnetostrictive transducer)가 액체 수위 측정을 위해 널리 사용되고 있다. 예컨대, 출원인이 Koski 등인 미국등록특허 제4,839,590호를 보면, 온도 측정 장치와 조합된, 탱크로부터 매우 미세한 누수를 감지할 수 있는 지하 저장 탱크 내 액체 수위의 정밀 측정 장치가 개시되어 있다. 또한, 액체 수위가 측정되는 동일한 용기 내의 생성물의 밀도를 정확히 측정할 필요성이 있다.
널리 알려진 밀도 측정 방법은 액체 내 물체의 중량 손실이 흘러나온 액체의 중량과 동일하다는 유체 정역학적 원리에 기초한다. 몸통의 상대적으로 크고 무거운 하부가 액체 내로 완전히 잠기고, 눈금을 갖는 길고 좁은 상부가 액체 표면 위로 나오는 액체 비중계에 앞서 언급한 방법이 사용된다. 액체 비중계의 담금 깊이는 액체 밀도에 반비례한다. 액체 비중계는 무거운 액체 내에서 더 높이 뜰 것이고, 가벼운 액체 내에서 더 낮게 뜰 것이다. 액체 비중계의 민감도는 그 상부의 단면적과 반비례한다. 상부의 단면적이 좁으면 좁을수록, 비중계는 더욱 민감해 진다. 액체 비중계의 측정 범위는 상부의 높이와 정비례한다. 상부의 높이가 크면 클수록, 측정 범위도 더 커진다.
또한, 하나의 자기 변형 변환기에 수위 측정 장치와 밀도 측정 장치를 결합한 장치가 존재한다. 예컨대, 출원인이 Nyce 등인 미국등록특허 제5,253,522호 및 러시아등록특허 제2,138,028호를 참고 바란다.
앞서 언급한 러시아 특허에 개시되고, 도 1의 (a), 도 1의 (b) 및 도 1의 (c) 에 개략적으로 도시되어 있는 장치에는, 액체 밀도 부표(17), 및 액체 수위 측정 부표(도시되지 않음)가 있다. 액체 수위 측정 부표는 액체 밀도 변화에 상대적으로 덜 민감하고, 액체 밀도 부표(17)는 액체 밀도 변화에 상대적으로 더 민감하다. 액체 밀도 부표(17)는 잠긴 실린더(16)와, 실린더 표면 상 주변부에 위치되고 실린더 표면 위로 뻗어있는 4개의 좁은 수직 막대(15)로 구성된다. 본질적으로, 액체 밀도 부표는 4개의 비중계가 서로 연결된 하나의 구조체를 형성한다. 액체 밀도 부표(17)의 직경은 액체 수위 부표가 막대(15) 사이에서 자유롭게 움직일 수 있도록 충분히 커야한다.
이러한 장치의 문제점 중 하나는 크기이다. 전술한 바와 같이, 지하 탱크 내의 누수 감지를 위해 자기 변형 변환기가 널리 사용된다. 이러한 누수 감지를 위해서는 0.001 인치(0.025 mm) 이하의 범위에서 액체 수위의 매우 작은 변화에 대한 신뢰할 만한 측정이 요구된다. 이러한 형태의 분해능을 해결하기 위해서는, 액체 수위 측정 부표가 충분히 무거워서, 자기 변형 변환기의 액체 수위 측정 부표와 몸통 사이의 마찰을 극복하기에 충분히 커야하는데, 그렇지 않으면 "정지마찰(stiction)"로 알려진 효과가 누수 감지를 방해할 수 있다. 동시에, 자기 변형 변환기 설치를 위한 탱크 내의 표준 개구는 통상 직경이 4 인치(100 mm) 이하인데, 이는 액체 수위 측정 부표 직경의 허용치를 제한한다. 탱크 개구 사이즈를 증대시키는 데에는 비용이 많이 들 것이다.
누수 감지 능력을 손상시키지 않고도, 수위 측정 장치와 밀도 측정 장치를 표준 탱크 개구 내에 설치된 변환기 내로 결합할 수 있기 위해서는, 밀도 부표가 탱크 개구 직경 중에서 가능한 적은 면적을 차지하도록 해서, 액체 수위 부표를 위해 충분한 공간을 남기는 것이 필요하다.
본 발명에 따르면, 밀도 측정 부표는 직경을 최소화하는 형상을 갖는다. 이는, 밀도 부표의 상부를 탱크의 개구 직경보다 작은 외경과 액체 수위 부표의 외경보다 큰 내경을 갖는 실질적으로 중공 실린더(hollow cyliner)의 형태로 제조함으로써 이루어진다.
도 1의 (a), 도 1의 (b) 및 도 1의 (c)는 각각 종래의 액체 밀도 측정 장치의 평면도, 측면도 및 사시도를 나타낸다.
도 2의 (a), 도 2의 (b) 및 도 2의 (c)는 각각 본 발명에 따른 액체 수위 및 밀도 측정 장치의 밀도 부표의 평면도, 측면도 및 사시도를 나타낸다.
도 3의 (a) 및 도 3의 (b)는 서로 다른 밀도를 갖는 액체 내에 부표 위치를 도시하는, 도 2의 (a) 및 도 2의 (b)의 액체 수위 및 액체 밀도 측정 장치의 측단 면도를 나타낸다.
본 발명이 다양한 형식의 실시형태로 표현될 수 있다 하더라도, 본 공개문헌은 본 발명의 원리들의 일 예로써 고려되어야 하고, 도시된 특정 실시형태에 본 발명을 제한시킬 것을 목적으로 하지 않는 것을 이해하면서, 본 발명의 특정 실시형태를 본원에서 상세히 설명할 것이다.
전체를 나타내는 도면부호 20에 해당하는 액체 수위 및 액체 밀도 측정 장치는, 도 2의 (a), 도 2의 (b), 도 2의 (c), 도 3의 (a) 및 도 3의 (b)에 도시되어 있다. 액체 수위 및 액체 밀도 측정 장치(20)는 종래의 연장 자기 변형 변환기(21)와, 제1 및 제2 변환기 자석(24a, 24b)을 포함한다. 제1 변환기 자석(24a)은 상대적으로 액체 밀도 변화에 더 민감한 액체 밀도 부표(22)에 내장되어 있다. 제2 변환기 자석(24b)은 상대적으로 액체 밀도 변화에 덜 민감한 액체 수위 부표(23)에 내장되어 있다. 부표(22, 23)는 연장 자기 변형 변환기(21)를 따라 자유롭게 움직일 수 있다. 액체 수위 부표(23)는 액체 수위 측정을 위해 사용되고, 액체 밀도 부표(22)는 액체 밀도 측정을 위해 사용된다.
액체 밀도 부표(22)는 액체(28) 내에 완전히 잠긴 하부(26) 및 액체(28) 내에 일부 잠긴 상부(30)를 구비한다. 일부 잠긴 상부(30)는 실질적으로 중공 실린더 형태로 만들어지며, 이 실린더는 공동(30a)을 한정하는 내경을 가진다. 공동(30a)의 내경은 액체 수위 부표(23)의 외경보다 치수가 더 크게 결정된다. 따라서, 액체 밀도 부표(22)는 액체 수위 부표(23)를 건드리지 않고서도 위아래로 움직일 수 있다.
액체 밀도 부표(22)는 도 3의 (a)에서 상대적으로 밀도가 더 큰 액체 내에, 그리고 도 3의 (b)에서 상대적으로 밀도가 작은 액체 내에 나타나 있다. 높이 차이 "d"는 두 액체의 상대적인 밀도차를 나타낸다.
액체 밀도 부표(22)는 바람직하게 바닥에 안정기(ballast)가 구비된 저밀 재료로 형성된다. 하부(26)는 바람직하게는 직경이 대략 95 mm이다. 상부는 바람직하게는 외경이 95 mm이고 내경이 대략 82 mm이다.
액체 수위 부표는 바람직하게는 저밀 재료로 형성된다. 액체 수위 부표는 바람직하게 직경이 대략 72 mm이다.
개구(34)는 상부(30)를 가로질러 형성되어 있어, 공동(30a) 내로 유체가 흐를 수 있게 한다.
액체 밀도 부표(22)의 대략 원주형인 상부(30)는 종래의 액체 밀도 부표보다 주변에 더 많은 질량을 갖기 때문에, 그 원주형 상부가 통상 4 인치 탱크 개구를 통하여 삽입될 수 있도록 그 치수를 줄일 수 있다.
액체 밀도 부표(22)의 상부(30)는 원주형 이외의 형태일 수 있다. 예컨대, 상부는 몰딩과정 동안 형성하기 때문에 경사진 형태(taper)를 가질 수도 있다.
앞서 언급된 바로부터, 본 발명의 목적과 의도에 벗어나지 않으면서 다양한 변화와 수정이 일어날 수 있다는 것을 알 수 있다. 물론, 본원에 도시된 특정 장치와 관련하여 어떠한 제한 없이 의도되거나 추측되어선 안 될 것이다. 물론, 모든 수정 사항을 청구항의 부가로써 청구항이 미치는 범위 내에 포함시킬 수 있다.
Claims (8)
- 탱크 내 배치된 액체 수위 및 액체 밀도 측정 장치에 있어서,하부; 및 상기 하부의 주위에 실질적으로 연속하여 연장되어서 공동을 형성하는 상부를 구비하는, 액체 밀도 감지용 부표(liquid density sensing float);상기 공동 내에 배치된 액체 수위 감지용 부표(liquid level sensing float); 및상기 액체 밀도 감지용 부표 및 상기 액체 수위 감지용 부표의 높이 측정을 위한 회로 소자를 포함하는 액체 수위 및 액체 밀도 측정 장치.
- 제1항에 있어서,상기 액체 밀도 감지용 부표 및 상기 액체 수위 감지용 부표는 자석을 포함하고, 상기 회로 소자는 자기 변형 변환기를 포함하는, 액체 수위 및 액체 밀도 측정 장치.
- 제2항에 있어서,상기 액체 밀도 감지용 부표 및 상기 액체 수위 감지용 부표는 상기 자기 변형 변환기를 미끄러질 수 있게 수용하기 위한 구멍을 포함하는, 액체 수위 및 액체 밀도 측정 장치.
- 제1항에 있어서,상기 액체 밀도 감지용 부표는 4 인치 개구를 통하여 탱크 내로 끼워맞춰지도록 치수가 결정되는 액체 수위 및 액체 밀도 측정 장치.
- 제1항에 있어서,상기 상부는 실질적으로 실린더형인, 액체 수위 및 액체 밀도 측정 장치.
- 지하 액체 저장 탱크 내에 배치되고, 탱크 내 액체 수위 및 액체 밀도를 측정하기 위한 측정 장치로서,탱크 내에 통상 수직 배치된 자기 변형 변환기;하부; 및 상기 하부의 주위에 실질적으로 연속하여 연장되어서 공동을 형성하는 통상 실린더형 상부를 구비하는, 액체 밀도 감지용 부표;상기 공동 내에 미끄러질 수 있게 배치되고 상기 자기 변형 변환기를 미끄러질 수 있게 수용하기 위한 구멍을 갖는 액체 수위 감지용 부표; 및상기 자기 변형 변환기에 대한 자석의 위치를 측정하기 위하여 상기 변환기에 연결된 회로 소자를 포함하고,상기 액체 밀도 감지용 부표는 자석을 포함하고, 상기 하부는 상기 자기 변형 변환기를 미끄러질 수 있게 수용하기 위한 구멍을 가지며, 상기 액체 수위 감지용 부표는 자석을 포함하는, 액체 수위 및 액체 밀도 측정 장치
- 액체 수위 및 액체 밀도 측정 시스템에 있어서,상기 액체를 포함하고 통상 4 개의 개구를 갖는 지하 저장 탱크;탱크 내에 통상 수직 배치된 자기 변형 변환기;하부 및 상기 하부의 주위에 실질적으로 연속하여 연장되어서 공동을 형성하는 통상 실린더형 상부를 구비하는, 액체 밀도 감지용 부표;상기 공동 내에 미끄러질 수 있게 배치되고 상기 자기 변형 변환기를 미끄러질 수 있게 수용하기 위한 구멍을 갖는 액체 수위 감지용 부표; 및상기 자기 변형 변환기에 대한 자석의 위치를 측정하기 위하여 상기 변환기에 연결된 회로 소자를 포함하고,상기 액체 밀도 감지용 부표는 자석을 포함하고, 상기 하부는 상기 자기 변형 변환기를 미끄러질 수 있게 수용하기 위한 구멍을 가지며, 상기 액체 수위 감지용 부표는 자석을 포함하는, 액체 수위 및 액체 밀도 측정 시스템.
- 연장 자기 변형 변환기 및 액체 밀도 부표와 액체 수위 부표 내에 내장되고 변환기를 따라 배치된 2 이상의 변환기 자석을 포함하는 액체 수위 및 액체 밀도 측정 장치에 있어서,상기 액체 밀도 부표는 상기 액체 수위 부표보다 액체 밀도 변화에 더욱 민감하며, 액체 내에 완전히 잠긴 하부를 가지며,액체 내에 일부 잠긴 상기 액체 밀도 부표의 상부가, 상기 액체 수위 부표의 외경보다 큰 내경을 갖는 실질적으로 중공 실린더 형태로 제조되는,액체 수위 및 액체 밀도 측정 장치.
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