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제안 방법
- Arduino uno 보드로 주파수 계수 및 온도측정을 위한 실행 프로그램은 디지털 입력단자에서 Duty 사이클 50%에서 0 ∼ 3㎑(0.01%)의 주파수 측정 범위와 아날로그 입력단자에서 0 ∼ 300℃(0.1%)의 온도측정 범위를 가지며 표준장비와 비교 교정시 계수조정으로 정확도 조절이 가능하도록 설계하였다.
- 교정된 터빈유량계로 정밀한 유량의 측정을 위해 설계한 유량측정기의 내부회로 및 모니터링 프로그램의 설계 타당성을 검증하고 발생가능한 문제점 확인 및 보완설계를 목적으로 설계된 노이즈필터, 프리엠프, 파형 정형 회로, 주파수 계수기, 측정값 보간 및 온도 보정프로그램(그림 13)을 제작하여 성능을 검증 하였다.
- 유량측정은 유체가 계기를 통과하는 흐름에 따라 발생되는 여러 가지 현상에 따라 차압, 선형, 질량 유량계 등을 이용하여 측정한다. 산업의 발전은 모든 측정 분야에서 높은 수준의 측정 신뢰성을 요구하고 있으며, 유량측정분야 또한 예외가 아니다.
- 본 논문에서는 현장에서 터빈유량계를 이용한 유량 측정시 온도변화에 따라 유량측정에 관계된 계수(베어링의 마찰력, 센서 방식, 점도, 밀도, 유종, 레이놀즈 수)의 보정 및 교정점 외의 구간에서 보간을 실시간으로 수행하는 유량 측정 시스템을 설계하고 제작하였다. 제작된 유량 측정 시스템은 측정오차 0.
- 이에 본 논문은 터빈유량계를 이용한 유량측정의 신뢰성 향상을 위해 터빈유량계의 출력 신호 관리(잡음제거, 증폭, 파형 정형)회로와 유량계의 교정된 결과값을 바탕으로 선형 및 비선형(근접, 스플라인, 3차 에르미트, 라그랑지 추정) 보간을 수행하며 베어링과 회전감지 센서 종류에 따른 마찰력, 사용 유체의 종류에 따라 발생되는 계수인 밀도와 점도를 실시간 보정 하는 프로그램을 설계 및 제작하고 성능 검증을 통해 현장에서의 터빈유량계를 이용한 유량측정의 신뢰도 확보 방안을 제시하였다.
대상 데이터
- 유량 측정시스템은 교정이 완료된 터빈유량계에 노이즈 필터, 프리엠프, 파형정형회로, 주파수계수기, 측정프로그램으로 그림4와 같이 구성하여 설계한다.
데이터처리
- 설계된 대역통과 필터의 성능검증을 위해 MatLab 을 이용하여 시뮬레이션 하였으며 측정대상 신호의 주파수 1.125㎑, 노이즈의 주파수 2.4㎑로 검증결과는 그림 6와 같다.
- 설계된 프리앰프는 Multisim 프로그램을 사용하여 1㎑의 구형파를 입력신호로 입출력 특성 시뮬레이션을 수행한 결과 10Vpp의 펄스파로 출력됨을 그림 9 와 같이 확인하였다[7-8].
- 주파수계수기의 측정결과(주파수, 온도)는 컴퓨터와 RS232 프로토콜을 이용하여 통신되며, 측정 결과는 터빈유량계의 교정결과를 이용한 실시간 보간을 위해 선형 및 비선형(근접, 스플라인, 3차 에르미트, 라그랑지 추정) 보간 프로그램을 LabView을 이용하여 그림 11과 같이 구현하였다.
이론/모형
- 제작한 유량 측정기의 성능검증을 위해서 정밀도 0.05%의 표준 유량시험기(BIDLX-400-2)를 이용하여 그림 14의 Master Meter법을 구성하여 교정하였으며, 이에 대한 수학적 모델은 식 5와 같다.
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