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문제 정의
- 본 논문에서는 발전소의 대형 보일러나 제철소의 고로 등에 공급하는 미분탄의 양을 실시간으로 측정하고 모니터링이 가능한 유량검출기의 개발을 최종목표로 하였다.
- 본 논문에서는 분체속도즉정이 가능한 유량검출기를 개발하였으며 결과는 다음과 같다.
제안 방법
- 그림 2는 유량검출기 센서를 나타낸다. 센서는 속도 측정을 위하여 두 개의 센싱 부분으로 나누어 제작하였다. 그리고 노이즈 등의 외란으로부터 측정 신호를 보호하기 위하여 센서부분을 차폐시켰으며, 데이터 전송 케이블도 차폐 케이블을 사용하였다.
- 센서는 속도 측정을 위하여 두 개의 센싱 부분으로 나누어 제작하였다. 그리고 노이즈 등의 외란으로부터 측정 신호를 보호하기 위하여 센서부분을 차폐시켰으며, 데이터 전송 케이블도 차폐 케이블을 사용하였다.
- 메인회로에는 ac 2a)za)[v] 단상 변압기가 장착되어 있으며, 메인회로와 측정회로 및 구형파 발생 회로의 탈부착이 용이하도록 슬롯의 형태로 제작되었다. 구형파 발생회로는 l[MHz]의 크리스털을 이용하여 1, 0.5, 0.25[MHz]의 3가지 주파수 선택이 가능하도록 제작하였다. 측정회로는 신호의 증폭 및 영점 교정회로로 구성되어 데이터를 수집하기 전 영점조정이 용이하도록 저항배치를 하였다.
- 1번에서는 측정회로의 출력전압과 로드셀 출력전압이 입력되는 DAQ 어시스턴트이고, 샘플링 수는 초당 1,000개로 설정하였다. 2번에서는 저대역 주파수 필터로서 측정회로에서 출력되는 전압의 변화는 일정하나 순간의 변화가 고르지 못하여 교차 상관관계에서 계산되는 신호까지 영향을 주어 정형적인 곡선을 만들기 위하여 사용하였다.
- 3번에서는 로드셀의 무게를 출력하는 부분으로 로드 셀에서 측정되는 전압을 그래프로 출력하고, 입력신호를 무게로 변경하여 나타내도록 하였다. 4번에서는 필터링된 데이터를 교차상관관계 함수에 입력시켜 속도계산을 하는 부분으로 검출시간 X, 상관관계 크기 Y로 구성되는 데이터를 출력시킨다.
- 있다. 적산유량은 유량의 적산값을 표시하며, 로드셀 무게는 로드셀에서 검출되는 출력데이터를 무게로 환산한 값으로 유량계에서 검출되는 데이터와 로드셀에서 지시하는 데이터의 비교가 용이하도록 구성하였다.
- 본 논문에서는 그림 10과 같이 미분탄 유량계를 실험하기 위하여 소형 압송시스템을 구성하였다. 미분탄을 압송하기 위하여 최대 압력은 lOCKecuf] 이며 평상시 토출압력은 평균 4~5压@必洲]인 공기압축기(Air Compressors)를 이용하였다.
- 그리고 압축된 공기는 대기 중의 공기에 존재하는 먼지들이 포함되어 있으므로 먼지를 99[%] 이상 제거할 수 있는 Mist separator를 연결하였다.
- 또한 공기가 압송시스템으로 연속적인 공급이 가능하도록 하기 위하여 Filter & Regulator를 이용하여 공급되는 공기의 압력을 조절하도록 구성하였다. 좌측의 탱크는 3상 220[V] 0.
- 그리고 이송라인에 유량계를 설치하고, 측정된 데이터는 DAQ 보드를 통하여 컴퓨터에 입력되도록 구성하였다.
- 압송시스템이다. 본 논문에서는 측정된 데이터의 정확도를 비교를 위하여 4개의 로드셀을 압송탱크 지지대에 설치하고, 인디게이터의 중량 데이터를 통하여 전압센서의 측정값과 비교하였다.
- 그러나 측정회로에서 입력되는 신호가 다소 고르지 못하고 상관관계 출력 그래프에서 유연한 그래프를 얻지 못하여 6[Hz]를 대입하여 필터링을 하였으며, 주파수 범위는 낮을수록 곡선은 유연해 진다.
- 테스트는 로드셀 계량 데이터를 기준으로 하였으며, 압송 탱크에 10[Kg]의 미분탄을 넣고 동일한 조건의 미분탄 환경을 위하여 테스트 도중 손실되는 탄이 발생하여도 추가로 탄을 넣지 않고 테스트를 진행하였다. 테스트가 반복될 때마다시 약 100~200[g]의 탄의 손실이 발생하였다.
- 1. 분체가 흐르는 밀도를 센서 할 수 있는 기술을 개발하였다.
- 2. 교차 상관관계 기법을 이용하여 검출데이터를 분석하여 실시간 시간차 속도 계산 기법을 개발하였다.
- 3. 측정된 데이터를 분석하고 교정하는 알고리즘을 개발하였다
대상 데이터
- 있다. 1번에서는 측정회로의 출력전압과 로드셀 출력전압이 입력되는 DAQ 어시스턴트이고, 샘플링 수는 초당 1,000개로 설정하였다. 2번에서는 저대역 주파수 필터로서 측정회로에서 출력되는 전압의 변화는 일정하나 순간의 변화가 고르지 못하여 교차 상관관계에서 계산되는 신호까지 영향을 주어 정형적인 곡선을 만들기 위하여 사용하였다.
- 미분탄을 압송하기 위하여 최대 압력은 lOCKecuf] 이며 평상시 토출압력은 평균 4~5压@必洲]인 공기압축기(Air Compressors)를 이용하였다. 또한, 배관은 일본 공업규격인 JIS 10[做回]의 기준에 의해 제작된 자재를 사용하였으며, 연결 작업의 용이함과 유지 보수를 위하여 Union 배관자재를 사용하였다.
- 데이터의 측정을 위한 준비로 밀도측정을 위한 로드 셀과 센서의 교정곡선은 참고문헌[기의 자료를 이용하여 그림 12, 13과 같이 설정하였으며, 로드셀은 0.<V]일 경우 0[g], 2[V]일 경우 1,000回이고, 센서는 l[mV]당 대략 4.2[g]이 선정되었다.
- 코릴레이션 개수는 상관관계의 비교 수를 조정하는 것으로 영(0)~1,000개 사이에서 수를 조정할 수 있으며, 실험시 데이터를 비교하여 300을 입력하였다.
- 본 논문에서 개발한 유량검출기의 신뢰성을 검증하기 위하여 10[Kg]의 미분탄을 이용하였다. 테스트는 로드셀 계량 데이터를 기준으로 하였으며, 압송 탱크에 10[Kg]의 미분탄을 넣고 동일한 조건의 미분탄 환경을 위하여 테스트 도중 손실되는 탄이 발생하여도 추가로 탄을 넣지 않고 테스트를 진행하였다.
데이터처리
- 표 1은 위와 같은 테스트를 실시한 6회의 결과를 나타내었으며, 측정시 로드셀의 데이터를 기준으로 (실험결과 로드셀의 오차 범위 ±1[%] 내외) 측정 유량을 비교하여 오차를 계산하였다. 표에서 오차가 심한 부분은 미분탄 분출기에서 순간적으로 탄이 양의 분출이 많아서 발생된 것으로써 미분탄을 버리지 않고 왕복으로 탄을 압송시킨 결과로 인하여 발생하였다.
이론/모형
- 본 논문에서는 밀도 측정을 위하여 정전용량 측정기법을 이용하였고, bridge 회로에 구형파 발진회로를 사용하여 정전용량을 측정하였다.
- 미분탄의 속도를 측정하기 위한 알고리즘으로 교차 상관관계 기법 (Cross-correlation method)을 이용하였다. 유량측정, 혈액의 속도측정 및 교통량 흐름 속도 등에 이용되고 있는 교차 상관관계 기법은 연속형 변수들 간의 관련성을 분석하는 방법으로, 서로 다른 두 개의 신호를 이용하여 분석한다[11-13].
성능/효과
- 따라서 전체 오차는 ±1어%] 이내로 개발하고자 하는 목표 값을 얻을 수 있었으며, 결과적으로 미분탄 유량계의 신뢰성을 입증하였다.
- 미분탄이 압송될 때 미분탄과 공기의 분리를 위하여 배출구에 클린필터를 설치하여 원활한 미분탄의 이동조건을 만들었으며, 대기 중으로 토출되어 주변 환경을 오염시키는 것을 최소화하였다.
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