KR100266910B1 - Vertical average flow speed measurement device for river etc. - Google Patents

Vertical average flow speed measurement device for river etc. Download PDF

Info

Publication number
KR100266910B1
KR100266910B1 KR1019970028193A KR19970028193A KR100266910B1 KR 100266910 B1 KR100266910 B1 KR 100266910B1 KR 1019970028193 A KR1019970028193 A KR 1019970028193A KR 19970028193 A KR19970028193 A KR 19970028193A KR 100266910 B1 KR100266910 B1 KR 100266910B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
ultrasonic
flow rate
vertical
measurement
measuring
Prior art date
Application number
KR1019970028193A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR19990004179A (en
Inventor
장학수
Original Assignee
남상용
주식회사창민테크
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=19511728&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=KR100266910(B1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by 남상용, 주식회사창민테크 filed Critical 남상용
Priority to KR1019970028193A priority Critical patent/KR100266910B1/en
Publication of KR19990004179A publication Critical patent/KR19990004179A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100266910B1 publication Critical patent/KR100266910B1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P5/00Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
    • G01P5/26Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the direct influence of the streaming fluid on the properties of a detecting optical wave
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/66Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters
    • G01F1/667Arrangements of transducers for ultrasonic flowmeters; Circuits for operating ultrasonic flowmeters
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/68Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
    • G01F1/684Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow
    • G01F1/688Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow using a particular type of heating, cooling or sensing element
    • G01F1/6884Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow using a particular type of heating, cooling or sensing element making use of temperature dependence of optical properties

Abstract

PURPOSE: An apparatus for measuring vertical mean flow rate for open channel is provided to shorten measurement time, reduce measurement error and simplify measurement processes. CONSTITUTION: The apparatus for measuring vertical mean flow rate for open channel has the vertical pole(10) which is stood on the open channel and the horizontal pole(12). The ultrasonic transformer(15) is fixed to one end of the horizontal pole(12). The cursor(11) is installed on the vertical pole to move up and down along the length thereof. The other ultrasonic transformer(16) is fixed on the one side of the cursor(11) to face the ultrasonic transformer oppositely. The reflection plate which contacts the surface of the water is fixed to the other side of the cursor.

Description

개수로용 수직평균 유속측정장치Vertical Average Flow Rate Measuring Device for Waterway

본 발명은 초음파 유속 측정기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 개수로(하천, 인공용수로등)에서 유량을 측정하기 위하여 초음파로써 수심과 동시에 평균유속을 측정하는 휴대 가능한 수직평균유속측정장치에 관한 것이다.The present invention relates to an ultrasonic flow rate measurement technology, and more particularly, to a portable vertical average flow rate measuring apparatus for measuring the average flow rate at the same time as the water depth to measure the flow rate in the channel (river, artificial water channel, etc.). .

개수로에서 유량을 직접 측정하기 위하여 개수로 물 흐름 넓이를 여러 지점으로 분할하여 수직평균 유속 측정선들을 선정한 다음 수직선을 따라 국부유속계(예: 프로펠러, 스크루, 전자 유속계등)를 이용하여 여러 수심점에서 국부유속들을 측정한다. 이와 같이 여러 수심에서 측정된 국부유속측정결과를 이용하여 수직선상의 평균 유속

Figure kpo00001
을 계산하고 있다.In order to measure the flow rate directly in the channel, divide the water flow width into several points, select vertical average flow rate measurement lines, and then use the local tachometers (e.g., propellers, screws, electronic tachometers, etc.) Measure local flow rates at. The average flow velocity on the vertical line is obtained by using the local flux measurement result measured at various depths.
Figure kpo00001
Is being calculated.

개수로 유량을 보다 정확하게 측정하려면 개수로 넓이를 따라 10개 이상의 수직선을 선정하고 각 수직선에서 수심을 따라 5지점에서 유속과 수심을 측정한다. 국부유속측정시간은 국부유속 맥동에 따라 다르지만 보통 1분간 측정한다. 따라서 유속계 이동시간과 수심 측정을 제외하고 국부유속을 측정하는데 걸리는 순수한 시간만 계산하면, 수직선수가 최소 10이라고 하면 5지점에서 국부유속을 5분간씩 측정한다면 10×5×1분=50분이나 걸린다. 큰 하천에서는 보통 2시간이나 걸린다.To measure flow rate more precisely, select at least 10 vertical lines along the width of the channel, and measure the velocity and depth at five points along the depth of each vertical line. The local flow measurement time depends on the local flow pulsation but is usually measured for 1 minute. Therefore, if you calculate the pure time to measure the local flow rate, except for the tachometer travel time and the water depth measurement, if the vertical bow is at least 10, if you measure the local flow rate at 5 points by 5 minutes, 10 × 5 × 1 minute = 50 minutes Takes In large rivers it usually takes two hours.

이러한 단점들을 해결하기 위하여 초음파를 이용하여 단시간에 수직평균유속과 수심을 측정하는 기술이 알려져 있다.In order to solve these shortcomings, a technique of measuring vertical average velocity and depth in a short time using ultrasonic waves is known.

대표적인 것으로 미국특허 5,531,125, 1996년 7월 2일자의 유속과 수심을 hd시에 측정하는 방법 및 장치(Method and Device for Simultaneously measuring the flow speed and the depth of a River. Kyu-hong Ahn; Hak-Su Chang)에 관한 것이다.As a representative method and device for measuring the flow rate and depth of the United States Patent 5,531,125, July 2, 1996 in hd (Kyu-hong Ahn; Hak-Su; Chang).

종래의 기술에 따른 초음파유속 및 수심측정장치를 제 1도에 도시하였다.Ultrasonic flow rate and depth measurement apparatus according to the prior art is shown in FIG.

도1에서 5는 수직봉으로서, 수직평균유속을 측정하기 위해서 개수로에 수직으로 세우는 것이다. 수직봉(5)을 따라 상하로 수심에 맞도록 이동시키는 실린더가 있고, 이 실린더에 축이 있으며, 이 축을 중심으로 회전할 수 있는 초음파 변환기들이 정착된 유속 측정봉(6)이 있다. 유속 측정봉(6)의 앞단에 초음파 변환기(1)가 정착되어 있고, 이 봉의 회전축이 있는 지점에 두 개의 초음파 변환기(2)와(3)이 정착되어 있다. 수직봉(5)의 하단부에는 또 하나의 초음파 변환기(4)가 정착되어 있다.1 to 5 are vertical rods, which are erected perpendicular to the channel to measure the vertical average flow velocity. There is a cylinder that moves up and down along the vertical rod 5 to a depth, and there is a shaft, and there is a flow rate measuring rod 6 in which ultrasonic transducers capable of rotating about this axis are fixed. The ultrasonic transducer 1 is fixed to the front end of the flow rate measuring rod 6, and the two ultrasonic transducers 2 and 3 are fixed at the point where the rod has a rotation axis. Another ultrasonic transducer 4 is fixed to the lower end of the vertical rod 5.

수직 평균 유속을 측정할 때는 도1에 보인 것 처럼 유속 측정봉 (6)의 앞단이 개수로의 하상(下床)에 닿게 끔 개수로 물속으로 투하한다.When measuring the vertical average flow rate, as shown in Fig. 1, the front end of the flow rate measuring rod 6 is dropped into the water so that the front end touches the lower bed of the channel.

초음파 변환기(1)과(2)는 유속과 음속을 측정하는데 사용되고 초음파 변환기(3)과(4)는 수심을 측정하는데 사용된다. 도1 에서, 7은 초음파 펄스를 발사, 수신하는 것을 제어하며 초음파 전파시간을 측정하며 유속과 수심을 연산하는 제어 연산 장치이다.Ultrasonic transducers 1 and 2 are used to measure the flow velocity and sound velocity and ultrasonic transducers 3 and 4 are used to measure the depth of water. In FIG. 1, 7 is a control arithmetic device that controls the launch and reception of ultrasonic pulses, measures the ultrasonic propagation time, and calculates the flow velocity and depth.

상기한 종래의 기술의 동작원리를 다음과 같다.The operation principle of the above-described prior art is as follows.

초음파 변환기(1)과(2)사이의 수직평균 유속

Figure kpo00002
은 다음식에 의하여 연산하게 되어 있다.Vertical average flow velocity between the ultrasonic transducers (1) and (2)
Figure kpo00002
Is calculated by the following equation.

Figure kpo00003
Figure kpo00003

여기서 Δt=t21-t12인데 t21은 초음파변환기 (2)에서 (1)를 향하여 발사된 초음파 펄스가 초음파 변환기 (2)에서 (1)까지 전파된 시간이고 t12는 반대로, 초음파 변환기 (1)에 (2)까지 초음파 펄스가 전파된 시간이다. L은 초음파 변환기 1과 2 사이의 거리이며, C는 물에서의 초음파 전파하는 속도인 음속이다. φ는 유속 측정봉(6)과 수면이 이루는 각도이다.Where Δt = t 21 -t 12 where t 21 is the time at which the ultrasonic pulse emitted from the ultrasonic transducer (2) to (1) propagated from the ultrasonic transducer (2) to (1) and t 12 is the opposite, the ultrasonic transducer ( 1) to (2) is the time when the ultrasonic pulse propagated. L is the distance between the ultrasonic transducers 1 and 2, and C is the speed of sound, the speed of ultrasonic propagation in water. φ is an angle formed between the flow rate measuring rod 6 and the water surface.

유속 측정식(1)은 시간차방법식으로 널리 알려져 있다.The flow rate measurement formula (1) is widely known as a time difference method.

만일에 수심 h가 크면 각도 φ가 커져서 COSφ가 작아지므로, 그 만큼 Δt가 작아져서 유속 측정감도가 낮아진다.If the depth h is large, the angle φ becomes larger and COSφ becomes smaller, so that Δt becomes smaller by that amount and the flow velocity measurement sensitivity is lowered.

Figure kpo00004
Figure kpo00004

따라서 COSφ가 작을수록 Δt=t21-t12도 작아진다.Therefore, smaller COSφ decreases Δt = t 21 -t 12 .

이러한 경우에는 물에 들어가는 유속 측정봉의 길이, 즉 L을 길게 조절하여 각도 φ가 커지지 않게 하게끔 되어 있다.In this case, the length of the flow rate measuring rod entering the water, that is, L, is adjusted long so that the angle φ does not increase.

직접 측정하는 변수는 t12, t21, φ, 그리고 L이다.Directly measured variables are t 12 , t 21 , φ, and L.

식 (1)에 대입해야 할 음속 C는 다음식에 의하여 측정하게 되어있다.The speed of sound C to be substituted in equation (1) is to be measured by the following equation.

Figure kpo00005
Figure kpo00005

따라서, C2=4L2/(T12+T21)2이 된다.Therefore, C 2 = 4L 2 / (T 12 + T 21 ) 2 .

수심 h는 다음과 같이 측정하게끔 되어 있다.Depth h is supposed to be measured as

초음파 변환기(3)에서 (4),또 (4)에서 (3)으로 초음파 펄스가 전파하는 시간 T34와 T43을 측정하는 식 3에 의해 구한 음속C를 이용하여 다음식으로 연산하게끔 되어 있다.Using the sound velocity C obtained by Equation 3, which measures the time T 34 and T 43 at which the ultrasonic pulse propagates from the ultrasonic transducer 3 to (4) and (4) to (3), the following equation is used. .

Figure kpo00006
Figure kpo00006

식 (1), (2) 그리고 (3)는 널리 알려진 것인데 종래의 기술의 가장 큰 특징은 다음과 같다.Equations (1), (2) and (3) are well known, and the biggest feature of the prior art is as follows.

도 1 에서 보인 것처럼 유속방향이 수직봉에 대하여 90°가 되어있지 않고 90°±β로 되어 있을 경우 (이것을 사선유속성분이라고 한다.), 수심 h선에 대한 직각 성분의 유속 VX를 측정하기 위하여 다음과 같은 조작을 하게 되어 있다.As shown in Fig. 1, when the flow velocity direction is 90 ° ± β rather than 90 ° with respect to the vertical rod (this is called a diagonal flow velocity component), measuring the flow velocity V X of the perpendicular component with respect to the depth h line For the purpose of the following operation.

수직봉(5)을 앞으로 또는 뒤로 기울이면서 t34과 t43의 차 Δt34가 0이 되는 위치를 찾고 이때 수직봉(5)가 기울어진 각도 β를 측정하여 수직성분의 유속

Figure kpo00007
를 다음식으로 연산하게끔 되어 있다.A vertical rod (5) by a forward or tilting backward searching the point where the difference Δt of 34 t 34 and t 43 are zero wherein the angle β measured dark vertical bars (5) inclined flow rate of the vertical component
Figure kpo00007
Is supposed to be calculated as:

Figure kpo00008
Figure kpo00008

이와 같은 종래의 기술의 기본적인 단점들은 다음과 같다.The basic disadvantages of this prior art are as follows.

1) 실험에 의하면 유속이

Figure kpo00009
> 0.5m/s 이상이 되면 유속 측정봉(6)이 진동을 하는데 유속이 빠를수록 진동이 더욱 심해진다.1) According to the experiment, the flow rate
Figure kpo00009
> 0.5 m / s or more The flow rate measuring rod 6 vibrates. The faster the flow rate, the more severe the vibration.

이로 인하여 초음파변환기(1)과 (2)간의 거리 L도 진동한다. 따라서 t12와t21의 전파시간의 편차가 크고 상당한 시간동안 연속 반복 측정하여 평균치를 구해야만 한다. 전파 시간차 Δt의 편차가 유속자체의 맥동율 보다 훨씬 커지는 것이다. 수면에서 하상까지의 평균유속의 맥동율은 국부유속 맥동율에 비하여 거의 10배나 작아져 평균 유속측정시간을 상당히 단축할 수 있는데 Δt의 편차 때문에 반복측정시간이 길어지는 것이다.As a result, the distance L between the ultrasonic transducers 1 and 2 also vibrates. Therefore, the propagation time of t 12 and t 21 is large and the average value should be obtained by continuous repeated measurement for a considerable time. The deviation of the propagation time difference Δt is much larger than the pulsation rate of the flow rate itself. The pulsation rate of the average flow rate from the water surface to the riverbed is almost 10 times smaller than the local flow rate pulsation rate, which can shorten the average flow rate measurement time considerably.

유속 측정봉(6)이 진동하는 원인은 여러가지 있다.There are various reasons for the flow rate measuring rod 6 to vibrate.

1) 측정봉(6) 뒤쪽에 와류(회오리)가 발생하고, 물 흐름에 의한 압력이 유속 측정봉(6)에 작용하는데, 이 압력이 균일하게 측정봉(6)의 전 길이에 작용하는 것이 아니고 매우 불균형하며(유속분포에 따라), 또 압력이 맥동을 일으키며; 측정봉(6)이 탄성을 가질 수 있다.1) Vortex (vortex) occurs behind the measuring rod 6, and the pressure caused by the water flow acts on the measuring rod 6, and this pressure acts uniformly on the entire length of the measuring rod 6 Very unbalanced (depending on flow rate distribution), and pressure causes pulsation; The measuring rod 6 may have elasticity.

2) 유속이 빠를 때 측정봉(6)을 투입하기가 힘들고 필요한 위치에 고정시키기도 힘들다. 측정봉(6)에 작용하는 물 흐름의 힘이 상당히 클 수 있기 때문이다.2) When the flow rate is fast, it is difficult to insert the measuring rod (6) and to fix it in the required position. This is because the force of the water flow acting on the measuring rod 6 can be quite large.

3) 식 (4)와 (5)에서 알 수 있는 바와 같이, 수심 h와 유속

Figure kpo00010
를 정확히 측정하려면 초음파 펄스 전파시간은 물론 정밀하게 측정해야 하며 그 외에 변수인 L, φ와 β를 또 정밀하게 측정해야 한다.3) Depth h and flow rate, as can be seen in equations (4) and (5)
Figure kpo00010
In order to accurately measure, it is necessary to measure not only the ultrasonic pulse propagation time, but also the variables L, φ, and β.

예를 들어 각도φ를 ±1°정도의 오차로 측정한다면 유속측정오차가 1.7%나 증가한다. 측정해야 할 변수가 많을수록 측정과정도 복잡해지고 유속측정 오차가 크게 증가되는 요인이 된다.For example, if the angle φ is measured with an error of ± 1 °, the flow rate measurement error is increased by 1.7%. The more variables that need to be measured, the more complicated the measurement process and the greater the error in flow rate measurement.

4) 각도β를 정밀하게 측정하는 것이 거의 불가능하며 β각을 측정하려고 식(4)로 유속을 연산하기보다 오히려 β각을 측정하지 않고 식(1)로 측정하는 것이 더 정확하다는 것이 실험을 통해 밝혀졌다.4) Through experiments, it is almost impossible to measure angle β precisely, and it is more accurate to measure it with Equation (1) without measuring β angle rather than calculating the flow velocity with Equation (4) to measure β angle. Turned out.

이론적으로 분석해 보자. 만일에 유속방향이 전혀 변하지 않고(전혀 맥동을 하지 않고) 수직선에 대해(90°+β)의 각을 이루고 있다면 초음파 변환기(3)과 (4)간의 상호 전파시간의 차로 Δt34는 다음과 같이 된다.Let's analyze it theoretically. If the flow velocity does not change at all (no pulsation) and forms an angle of 90 ° + β with respect to the vertical line, Δt 34 is the difference between the mutual propagation times between the ultrasonic transducers (3) and (4). do.

Figure kpo00011
Figure kpo00011

(β=0 이면 Δt34가 0이 될 것이다.)(If β = 0, Δt 34 will be 0.)

만일에, 수심 h=0.5m,

Figure kpo00012
=0.5m/s, C=1500m/s 라고 가정하고, β가 1°식 변한다면 Δt34는 다음과 같이 된다.In case, depth h = 0.5m,
Figure kpo00012
Assuming that = 0.5m / s and C = 1500m / s, and β changes by 1 °, Δt 34 becomes

Figure kpo00013
Figure kpo00013

여기서 보다시피 β= 2°가 되었다고 하여도 Δt34= 7.7ns가 된다. 이와 같은 시간차를 5%의 오차로 측정한다 하여도 Δt34의 측정허용 오차는 0.385ns가 된다.As you can see here in that the β = 2 ° 34 also becomes equal to Δt = 7.7ns. Even when this time difference is measured with an error of 5%, the measurement allowable error of Δt 34 is 0.385 ns.

그러나, Δt34= t34-t43이기 때문에 초음파 전파시간 t34와 t43간의 측정허용오차 Δt = 1/2 ×0.385ns ≒ 0.2ns를 초과해서는 안 된다. 0.2ns라는 시간은 광선이 6mm의 거리를 지나는 시간이다.However, because Δt 34 = t 34 -t 43 , the measurement tolerance between ultrasonic propagation times t 34 and t 43 shall not exceed Δt = 1/2 × 0.385 ns ≒ 0.2 ns. The time of 0.2 ns is the time for the ray to travel a distance of 6 mm.

이와 같이 고 정밀시간간격 측정장치를 포함하고 있는 유속계의 제어 연산장치를 휴대용으로 들고 다닌다는 것은 무리이다.It is unreasonable to carry a portable arithmetic control device including a high precision time interval measuring device.

그것보다, 만일에 ±0.2ns의 오차를 보장하는 시간간격측정기를 사용한다 하여도 유속방향 이라는 것이 항상 일정한 것이 아니고 방향도 맥동을 하기 때문에 Δt34= 0 이 되는 수직봉의 위치를 찾는다는 것은 불가능하다. 따라서 Δt34= 0이 되는 위치를 매우 오랜 시간에 걸쳐 대략 짐작할 수 있을 정도로 된다.Rather, it is impossible to find the position of the vertical rod at Δt 34 = 0 because the velocity direction is not always constant and the direction pulsates even if a time interval measuring instrument that guarantees an error of ± 0.2 ns is used. . Therefore, the position where Δt 34 = 0 can be roughly estimated over a very long time.

이와 같이 β각을 측정하여 식 (4)에 대입하여 유속을 연산하면 유속측정오차가 대단히 커질 수 있는 것이다. Δt34= 0이 되는 것을 보고 β각을 측정한다는 것은 비현실적이다.In this way, by measuring the β angle and substituting Eq. (4) to calculate the flow velocity, the flow velocity measurement error can be very large. It is impractical to measure β angles by seeing Δt 34 = 0.

5) 유속 측정 오차원인이 많아서 주워진 정밀도로 유속을 측정하는 것이 불가능할 때가 많다.5) Velocity measurement It is often impossible to measure the flow velocity with given precision because there are many dimensional people.

현재 널리 사용되고 있는 프로펠러 국부유속계는 유속측정범위가 V=0.02~3m/s 정도이고 유속 측정오차는 δv=1~1.5% 정도 된다.The propeller local flowmeter, which is widely used at present, has a flow rate measurement range of V = 0.02 ~ 3m / s and a flow rate measurement error of δv = 1 ~ 1.5%.

유속 측정식(4)에서

Figure kpo00014
의 측정오차를 신뢰도의 백분율 100%로 보면 다음과 같다.In the flow rate measurement formula (4)
Figure kpo00014
The measurement error of is expressed as 100% of reliability as follows.

Figure kpo00015
Figure kpo00015

여기서, δt - 초음파 전파시간 측정상대오차, δL- 초음파 변환기들간의 간격L의 측정오차, δφ- 각도 φ측정오차, δβ는 각도β의 측정오차이다.Here, δt-ultrasonic propagation time measurement relative error, δ L -measurement error of the interval L between the ultrasonic transducers, δφ-angle φ measurement error, and δ β are measurement errors of the angle β.

각도β를 측정하지 않고 유속을 1.5%정도로 측정하여 보자. 이를 위해서 모든 오차들을 동등하게 분배한다면(δt= δL= δφ), 예를 들어 각도 측정오차δφ는 다음과 같이 된다.Let's measure the flow rate at about 1.5% without measuring the angle β. For this purpose, if all the errors are equally distributed (δ t = δ L = δ φ ), for example, the angle measurement error δφ is as follows.

Figure kpo00016
Figure kpo00016

만일에, 각도 φ=40°라면 이 각도측정 허용 절대오차는 Δφ= 0.0016×40°=0.064°이하가 되어야 한다. (식(6)에서 모든 오차들이 우연 오차라고 가정하고

Figure kpo00017
라고 쓸 수 있다.If the angle φ = 40 °, the absolute allowable error of angle measurement shall be Δφ = 0.0016 × 40 ° = 0.064 ° or less. (Equation (6) assumes all errors are accidental errors
Figure kpo00017
Can be written.

그러나, δV오차 계산결과의 신뢰도를 99.9%로 보장하려면 계수 γ≒3이 되어야 하는 바, 결과는 식(6)과 거의 동일해 진다.)However, in order to guarantee the reliability of the δ V error calculation result as 99.9%, the coefficient γ ≒ 3 must be obtained, and the result is almost the same as in Eq. (6).

유속 측정봉과 수면이 이루는 각도 φ를 각도 센서를 사용한다 든 가 각도계를 달고 ±0.064°오차로 측정한다는 것은 불가능하다. 간단히 측정할 수 있는 특성이 좋은 각도 센서로 측정한다고 하여도 측정 오차는 ±20' = 0.333°정도 된다. 그러면, φ= 40°측정 상대 오차는 δφ= 0.83%나 된다. 따라서 유속측정 오차를

Figure kpo00018
=1.5%이내로 보장하려면 초음파 전파시간 측정, 길이 L 등과 나머지 오차들의 합이 1.5-0.83 = 0.67%가 되어야 한다. 예를 들어, 초음파 전파시간 측정오차는 δt= 0.67/8 = 0.084% 이하가 되어야 한다.It is not possible to measure the angle φ between the flowmeter and the water surface by using an angle sensor or by measuring it with a ± 0.064 ° error. Even with an easy-to-measure angle sensor, the measurement error is ± 20 '= 0.333 °. Then, the relative error of φ = 40 ° is δ φ = 0.83%. Therefore, the velocity measurement error
Figure kpo00018
To ensure less than 1.5%, the sum of the ultrasonic propagation time measurement, the length L, and the remaining errors must be 1.5-0.83 = 0.67%. For example, the ultrasonic propagation time measurement error should be less than δ t = 0.67 / 8 = 0.084%.

이와 같이, 각도φ의 측정오차 때문에 다른 측정장치의 허용오차가 상당히 작아져야 하므로, 장치가 복잡해지고 휴대용으로 실현될 가능성이 희박하다.In this way, the tolerance of the other measuring device must be considerably smaller due to the measurement error of the angle φ, so that the device is complicated and is unlikely to be realized in a portable manner.

이와 같이 종래의 기술로서 유속측정오차가 작은 휴대용 유속계를 실현하기 힘들고 실용성도 희박한 것이다.As described above, it is difficult to realize a portable flowmeter having a small flow rate measurement error and its practicality is poor.

본 발명은 위에서 언급한 종래 기술의 기본적인 단점들을 해결하고 실현성과 실용성을 높이는 동시에 수직평균유속측정의 정도(程度)를 제고하는데 기본 목적을 두고 있다.The present invention aims to solve the above-mentioned shortcomings of the prior art and to improve the practicality and practicality while improving the degree of vertical average flow rate measurement.

제1도는 종래의 기술인 초음파 하천유속 및 수심측정장치의 구조를 나타내는 정면도,1 is a front view showing the structure of a conventional ultrasonic stream velocity and depth measurement device,

제2도 및 제3도는 본 발명에 따른 초음파 수직평균유속측정장치의 구조를 나타내는 정면도 및 사시도,2 and 3 are front and perspective views showing the structure of the ultrasonic vertical average flow rate measuring apparatus according to the present invention,

제4도는 본 발명에 따른 다른 실시예의 초음파 수직평균유속측정장치의 정면도이다.4 is a front view of the ultrasonic vertical average flow rate measuring apparatus according to another embodiment of the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the code | symbol about the principal part of drawing>

8, 9, 15, 16 : 초음파 변환기 10 : 수직봉8, 9, 15, 16: ultrasonic transducer 10: vertical rod

11 : 활동자 12 : 수평봉11: actor 12: horizontal bar

13 : 수평계 17 : 손잡이13: level 17: knob

18 : 제어연산장치 19 : 눈금18: control operation device 19: scale

이런 목적을 달성하기 위하여 종래의 기술과 같은 심하게 진동하는 물 표면에서 하상까지 경사로 삽입되는 유속 측정봉이 없고, 또 유속 측정용 초음파 변환기간의 거리의 길이 L과 이 L선과 수면간에 이루어지는 각도φ를 수심의 변화에 따라 측정할 필요가 없게 한 수직평균유속측정장치로 구성되어있다.In order to achieve this purpose, there is no flow rate measuring rod inserted inclined from the severely vibrating water surface to the bottom of the water as in the prior art, and the depth of the distance L between the ultrasonic transducer for measuring the flow rate and the angle? It consists of a vertical average velocity measuring device that does not need to be measured in accordance with the change of.

본 발명은 개수로에 유속유량 측정교(다리)가 있는 경우 측정자가 다리 위에 서서 유속을 측정하는 경우에 사용하는 유속측정장치와, 수심이 깊지 않고 유속측정교가 없는 조건에서 측정자가 직접 개수로에 들어가서 유속을 측정하는 경우에 사용하는 유속측정장치로 구성된다.The present invention is a flow rate measuring device used when the flow rate measuring bridge (leg) in the channel to measure the flow rate standing on the bridge, and the depth of the measurement in the absence of the flow rate measuring bridge in the channel directly It consists of a flow rate measuring device used to measure the flow rate when entering.

첫 번째 경우는 수심도 초음파로 측정하게끔 되어 있고 두 번째 경우는 수심을 수직봉에 새겨진 눈금을 보고 측정하게끔 되어 있다.In the first case, the depth is to be measured by ultrasound. In the second case, the depth is measured by looking at the scale on the vertical bar.

본 발명의 상세한 내용을 첨부도면에 따라 설명하면 다음과 같다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The detailed description of the present invention is as follows.

도 2 및 도 3에는 본 발명에 따르는 평균유속과 수심을 초음파로 측정하는 장치의 구성이 도시되어 있고 도4에는 수심을 눈금으로 측정하는 경우의 초음파수직평균 유속측정장치의 기본 구성도가 도시되어 있다.2 and 3 are shown the configuration of the apparatus for measuring the average flow rate and depth according to the present invention by ultrasonic wave, and Figure 4 shows the basic configuration of the ultrasonic vertical average flow rate measuring device when measuring the depth with a scale have.

도 2 와 도 3에서 8과 9는 지향각이 넓은 유속측정용 초음파 변환기인데 지향각을 넓게 하기 위하여 구(球)또는 반구형으로 변환기를 만들었으며, 10은 수직봉이고, 11은 수직봉(10)을 따라 상하로 수심에 따라 이동하는 활동자(滑動子Cursor. runner)이고, 이 활동자(11)에는 초음파 변환기(8)가 활동자(11) 중심선에 수평으로 일정한 간격을 두고 설치되어 있으며, 또 초음파를 반사시키는 반사판(14)은 초음파 변환기(8)가 고정된 지점에서 다소 상부 위의 90°방향으로 이격된 위치에 고착되어 있다.In FIGS. 2 and 3, 8 and 9 are ultrasonic transducers for measuring flow rates of wide angles, and the transducers are spherical or hemispherical in order to widen the angles, 10 is a vertical rod, and 11 is a vertical rod. (Cursor.runner) that moves up and down along the depth of water, and the transducer 11 is provided with an ultrasonic transducer 8 at regular intervals horizontally on the center line of the actor 11 and the ultrasonic wave. Reflecting plate 14 reflecting is fixed to a position spaced 90 degrees above the top somewhat at the point where the ultrasonic transducer 8 is fixed.

12는 개수로 하상에 놓이는 수평봉인데, 일단부가 수직봉(10)의 하단에 수직봉(10)에 대해 90°로 고정되어 있고, 수평봉(12)의 타단에는 초음파 변환기(9)가 고정되어 있다. 단 초음파변환기(8)과 (9)는 서로 마주보게끔 대향으로 배치되어 있다. 또, 수직봉(10) 하부 말단에는 두 개의 지향각이 좁은 초음파 변환기(15)와 (16)이 반사판(14)을 향하여 배치되어 있는데, 초음파 발사 수신기되는 초음파 변환기(15)와 (16)들은 서로 일정한 간격(ℓ)으로 격리되어 있다. 13은 수평계이며 17은 손잡이다.12 is a horizontal rod placed in the lower part in the number, one end is fixed to the bottom of the vertical rod 10 by 90 degrees with respect to the vertical rod 10, the other end of the horizontal rod 12, the ultrasonic transducer 9 is fixed. . However, the ultrasonic transducers 8 and 9 are arranged to face each other. In addition, at the lower end of the vertical rod 10, two narrowly directed ultrasound transducers 15 and 16 are disposed toward the reflecting plate 14, and the ultrasonic transducers 15 and 16 which are ultrasonic launch receivers are They are isolated from each other at regular intervals (l). 13 is the level and 17 is the handle.

도 4는 수심을 직접 수직봉(10)에 새겨져 있는 눈금을 보고 측정하는 경우의 구조(수심측정눈금은 도 4에 표시하지 않았음)이다.Figure 4 is a structure (depth measurement scale is not shown in Figure 4) when the depth is measured by looking directly at the scale engraved on the vertical rod (10).

도 2와의 차이점은 반사판(14)과 초음파 변환기(15)와 (16)들이 없으며 다만, 수직봉(10)에 음속측정위치에 눈금(19)이 새겨져 있을 뿐이다.The difference from FIG. 2 is that there is no reflector plate 14, ultrasonic transducers 15 and 16, but the scale 19 is engraved at the sound velocity measurement position on the vertical rod 10.

18은 초음파 수직평균유속측정장치의 제어연산장치인데, 초음파변환기들을 가동하여 초음파펄스를 발사시키는 펄스 발진기, 초음파 변환기들이 초음파 펄스를 수신하여 발생하는 신호를 증폭하는 증폭기, 초음파 변환기들을 발사 및 수신 상태로 절환 시키는 스위치회로, 스위치회로를 제어하며 초음파 전파시간을 측정하는 시간간격 측정장치와 유속, 수심을 연산·기억하는 장치 및 디스플레이등으로 구성된 공지의 제어연산장치이다. 이것은 당해 기술 분야에서 통상적인 주지의 기술이므로, 그에 대한 추가적인 설명은 생략한다.18 is a control operation device of the ultrasonic vertical average flow rate measuring device, a pulse oscillator for operating ultrasonic transducers to emit ultrasonic pulses, an amplifier for amplifying a signal generated by receiving ultrasonic pulses, and launching and receiving ultrasonic transducers. It is a well-known control and operation device composed of a switch circuit for switching to a circuit, a time interval measuring device for controlling the switch circuit, and an ultrasonic propagation time, a device for calculating and storing the flow rate and the water depth, and a display. Since this is a common known art in the art, further description thereof is omitted.

도 2의 수직평균유속측정장치의 동작원리를 설명하면 다음과 같다.The operation principle of the vertical average flow rate measuring apparatus of FIG. 2 is as follows.

개수로 유량을 측정하기 위하여 개수로 넓이를 따라 수직평균유속측정을 위한 수직선상의 측정점(위치)들을 선정한 다음, 평균유속측정지점에서 수평봉(12)이 개수로의 넓이 선에 직각이 되게끔 수직봉(10)을 개수로에 투입한다. 수평계(13)을 이용하여 수직봉(10)이 수직으로 세워지게끔 한다. 만일에 개수로의 구배각이 크다고 알려져 있다면, 이에 해당하여 수직봉(10)을 기울여 하상면에 대해 수직으로 세운다.In order to measure the flow rate in the channel, select the measuring points (positions) on the vertical line for vertical average flow velocity measurement along the width of the channel, and then place the vertical bar at the average flow velocity measurement point so that the horizontal bar 12 is perpendicular to the width line of the channel. (10) is put in a waterway. The vertical bar 10 is vertically erected using the level gauge 13. If it is known that the draft angle to the channel is large, the vertical bar 10 is inclined to stand vertically with respect to the lower surface.

그리고 활동자(11)을 움직여 반사판(14)이 물(수) 표면에 확실히 접촉되게끔 한 다음에, 활동자(11)를 고정시킨다(고정용 나사는 도 2에 도시하지 않았음). 이렇게 하면 초음파 변환기(8)는 수면 바로 밑에 잠기게 된다.Then, the actuator 11 is moved to make sure that the reflector 14 is in contact with the water surface, and then the actuator 11 is fixed (the fixing screw is not shown in FIG. 2). This locks the ultrasonic transducer 8 directly below the surface of the water.

그 다음 제어연산장치(18)에 전원 스위치를 켜고 초음파 변환기(15)와 (16)을 동작시켜 초음파 펄스를 발사시키도록 하고, 반사판(14)에서 반사되어 변환기 (15)와 (16)에 도달하는 것을 수신한다. 이때, 제어연산장치(18)는 초음파 펄스가 초음파 변환기(15)에서 (14), 다시 (15)로 전파한 시간 t15와 (16)-(14)-(16) 구간을 전파한 시간을 측정하고 다음 식에 따라 초음파 변환기(15)와 반사판(14)간의 거리 h'를 연산한다.The control switch 18 is then switched on and the ultrasonic transducers 15 and 16 are operated to emit ultrasonic pulses, which are reflected off the reflector plate 14 to reach the transducers 15 and 16. Receive At this time, the control operation device 18 measures the time t15 when the ultrasonic pulse propagated from the ultrasonic transducer 15 to (14), and again (15) and the time when the ultrasonic wave propagated through the (16)-(14)-(16) sections. The distance h 'between the ultrasonic transducer 15 and the reflector 14 is calculated according to the following equation.

Figure kpo00019
Figure kpo00019

여기에서, ℓ은 사전에 정밀하게 측정하여 제어 연산장치에 입력 기억시킨 값이다.Here, l is a value that has been precisely measured in advance and inputted into the control computing device.

이 결과로, 초음파 변환기(15)와 하상간의 거리a를 더하여 수심h 측정이 완료되고 제어 연산장치 18에 기억시킨다.As a result of this, the distance a between the ultrasonic transducer 15 and the lower bed is added to complete the measurement of the depth h and stored in the control computing device 18.

Figure kpo00020
Figure kpo00020

h를 연산함과 동시에 h' 구간에서의 음속 C를 다음 식에 따라 연산하여 기억시킨다.At the same time, the sound velocity C in the h 'range is calculated and stored according to the following equation.

Figure kpo00021
Figure kpo00021

식 (7)와 식 (9)은 다음과 같이 유도된다.Equations (7) and (9) are derived as follows.

Figure kpo00022
Figure kpo00022

그러므로,therefore,

Figure kpo00023
Figure kpo00023

수심h와 음속C의 측정이 종료되면, 초음파 변환기(8)과 (9)를 가동시켜 (9)에서 (8), 그리고 (8)에서 (9)로 초음파 펄스가 전파하는 시간 t98과 t89를 측정하고 시간차 유속 측정식으로 초음파 변환기(8)과 (9)구간의 수직 평균 유속

Figure kpo00024
를 측정하여 디스플레이에 표시하는 동시 기억장치에 기억된다.When the measurement of the water depth h and the speed of sound C end, the ultrasonic transducer (8) and (9) to activate the 9 (8), and the time for the ultrasonic pulse is propagated from 8 to 9, t 98 and t Measure 89 and use the time difference flow measurement to determine the vertical average flow rate between the ultrasonic transducers (8) and (9).
Figure kpo00024
Is stored in a simultaneous storage device that measures and displays it on the display.

Figure kpo00025
Figure kpo00025

여기서, d = LCOSφ 인데 수심에 따라 활동자(11)의 위치가 변할 때, L과 φ는 변하지만 d는 변하지 않는 정수이다. 따라서 유속측정장치를 제작 조립한 후 d를 측정하여 제어연산장치(18)에 한 번 기억시켜 놓으면 된다.Here, when d = LCOSφ, when the position of the actuator 11 changes with depth, L and φ change but d is an integer which does not change. Therefore, after fabricating and assembling the flow rate measuring device, d is measured and stored in the control computing device 18 once.

이와 같이 수직평균 유속을 현지에서 측정할 때 직접 유속 측정 장치가 측정하는 변수는 초음파 변환기(8)과 (9), 그리고 초음파 변환기 (15), (16)과 반사판 (14)간을 초음파 펄스가 전파하는 시간뿐이다.In this way, when measuring the vertical average flow rate locally, the variables measured by the direct flow rate measuring device are ultrasonic pulses between the ultrasonic transducers 8 and 9 and between the ultrasonic transducers 15 and 16 and the reflector plate 14. It is only time to spread.

d와 ℓ값은 매우 정밀하게 사전에 측정하여 입력 기억시킨 값이며, 특히 수심 따라 변하는 각도φ를 측정할 필요가 없기 때문에 종래의 기술과 같은 초음파 전파시간 측정장치를 사용한다 하여도 유속측정오차는 훨씬 작아진다.The d and l values are values that have been measured and input in advance with high accuracy, and in particular, since there is no need to measure an angle φ that varies with depth, even if an ultrasonic propagation time measuring device is used as in the prior art, the flow velocity measurement error is Much smaller.

특히 종래 기술과는 달리 경사로 수중에 삽입되는 유속 측정봉이 없고 초음파 변환기(9)가 설치된 수평봉(12)은 유속이 가장 낮은 개수로 하상에 놓여져 진동되지 않기 때문에 초음파전파 시간이 매우 안정적이고 유속 측정시간도 단축되며 유속 측정 오차도 작아진다.In particular, unlike the prior art, the ultrasonic wave propagation time is very stable and the flow rate measurement time is because the horizontal rod 12 without the flow rate measuring rod inserted into the inclined water and the ultrasonic transducer 9 is installed does not vibrate because it is placed on the lower side with the lowest flow rate. The flow rate measurement error is also shortened.

종래의 기술에서는 수직선을 따라 배치한 두 개의 초음파 변환기를 이용하여 수직봉이 수직으로 세워졌을 때 이에 대한 유속 방향이 이루는 각도β를 측정하여 유속 측정식에 대입하는바 β각 측정 오차가 커서 유속 측정오차가 커진다.In the related art, by using two ultrasonic transducers arranged along a vertical line, when the vertical rods are vertically measured, the angle β formed by the flow direction thereof is measured and substituted into the flow rate measurement bar. Becomes large.

본 발명에서는 β각을 각별히 측정하지 않게끔 되어 있는데 그 원인은 유속 방향이 좌우 상하로 주기적으로 변하기 때문에 일정한 주기로 여러번 유속을 측정하여 평균치를 연산하면 충분한 정밀도로 수직평균 유속을 측정할 수 있기 때문이다. 다만, 개수로의 구배가 큰 경우에만 사전에 측정한 구배각을 참작하여 수직봉 (10)을 하상면에 대해 직각으로 세우고 유속을 측정하면 된다. 그러나 유속이 3m/s이하인 경우 개수로의 구배각을 고려하지 않아도 된다.In the present invention, the β angle is not particularly measured. The reason is that the vertical average flow velocity can be measured with sufficient precision if the average value is calculated by measuring the flow velocity several times at regular intervals because the flow velocity is periodically changed from side to side. . However, only when the gradient to the channel is large, the vertical bar 10 may be perpendicular to the lower surface in consideration of the previously measured gradient angle, and the flow velocity may be measured. However, if the flow rate is 3 m / s or less, the draft angle in the channel does not need to be considered.

수심이 0.6m이하인 경우 직접 측정자가 개수로에 들어가서 국부유속계로 개수로 넓이를 따라 여러 지점에서 국부유속을 측정하면서 유량을 계산하는 경우도 자주 있다. 이런 경우 수심을 초음파로 측정할 필요성이 없고 다만 수직봉(10)에 눈금을 새겨"수심측정목자"로 활용 할 수 있다.If the water depth is less than 0.6m, the direct measurer often enters the channel and calculates the flow rate by measuring the local velocity at several points along the width of the local flowmeter. In this case, there is no need to measure the depth with ultrasound, but it can be utilized as a "depth measuring shepherd" by marking the scale on the vertical bar (10).

이러한 경우에는 도 2에 도시한 반사판(14), 초음파 변환기(15)와 (16)을 삭제하고 도 3에 도시한 바와 같이, 수직봉에 일정한 간격 예를 들어 20cm 간격으로 눈금(19)을 새긴다.In such a case, the reflector plate 14, the ultrasonic transducers 15 and 16 shown in FIG. 2 are deleted, and as shown in FIG. 3, the scale 19 is engraved at regular intervals, for example, 20 cm, on the vertical rods. .

이 눈금(19)에 활동자(11)의 기준점(20)을 맞추고 초음파 변환기(8)과 (9)간의 간격 L0 i를 사전에 정밀하게 측정하여 제어연산장치(18)에 입력 기억시켜 놓는다. 상기한 눈금들을 음속 측정위치 눈금이라고 하자. 현지 개수로에서 수심 h를 수직봉(10)으로 측정하고 수심 h에 가장 가까운 음속 측정위치 눈금에 활동자(11)를 고정시킨 다음에, 초음파 변환기(8)과 (9)간의 초음파펄스 전파시간 t89와t98를 측정하고 음속C2(유속 측정식(10)에 대입해야 할 음속의 2승의 값)을 다음 식으로 측정하여 제어연산장치(18)에 입력 기억시킨다.(물론 눈금 번호를 입력시키면 이에 해당하는 초음파변환기(8)과 (9)들간의 거리 ha'가 호출된다.)The reference point 20 of the operator 11 is aligned with the scale 19, the gap L 0 i between the ultrasonic transducer 8 and the 9 is precisely measured in advance, and stored in the control operation device 18. Let the scales be called the sound velocity measurement position scales. Measure the depth of water h with a vertical rod 10 at the local channel and fix the activator 11 to the sound velocity measurement position scale closest to the depth h, and then the ultrasonic pulse propagation time t between the ultrasonic transducers 8 and 9 Measure 89 watt 98 and measure the sound velocity C 2 (the quadratic value of the sound velocity to be substituted into the flow rate measurement formula (10)) by using the following formula and store it in the control operation unit 18. If input, the distance ha 'between the corresponding ultrasonic transducers 8 and 9 is called.)

Figure kpo00026
Figure kpo00026

C2측 값을 기억한 다음 수직봉(10)을 수평계(13)를 이용하여 수직으로 세우고 활동자(11)의 위치를 조절하여 초음파 변환기(8)이 물표면 바로 밑에 잠기게 하고, t98과 t89의 초음파 펄스 전파시간을 측정하여 식 (10)에 의해 평균유속을 연산 측정하여 기억시킨다. 예를 들어, 수심이 h = 35cm일 때 음속을 측정하기 위한 가장 가까운 눈금이 40cm라면 40cm에 활동자(11)을 고정시키고 수직봉(10)을 약간 옆으로 기울여 초음파 변환기(8)가 물에 접촉하게 하고 음속 측정을 실시하면 된다.To storing the C 2 side value, and then set up a vertical bar (10) vertically with the supyeonggye 13 adjust the position of the actors 11, and the ultrasonic transducer (8) is locked just below the water surface, t 98 and The ultrasonic pulse propagation time of t 89 is measured, and the average flow velocity is calculated and stored according to equation (10). For example, if the closest scale for measuring the speed of sound when the depth is h = 35 cm is 40 cm, the actuator 11 is fixed at 40 cm and the vertical bar 10 is tilted slightly to the side so that the ultrasonic transducer 8 contacts water. And then measure the speed of sound.

유속 유량 측정다리에서 유속을 측정하여 유량을 측정하는 경우, 사전에 여러 지점에서 수심을 측정한 결과가 있거나, 수심을 다시 측정할 필요가 없는 경우에는 제 3도에 도시한 구조의 평균 유속측정장치를 사용하는 것은 물론이다.When measuring the flow rate by measuring the flow rate on the flow rate measuring leg, if there is a result of measuring the depth at several points in advance, or if it is not necessary to measure the depth again, the average flow rate measuring device having the structure shown in FIG. Of course using.

이와 같이 여러 수직선에서 측정된 수직 평균 유속

Figure kpo00027
가 제어연산장치(18)에 기억되어 있기 때문에, 유속 측정이 끝난 후에 기억 장치에서 디스플레이에 수직선 순서대로 수직 평균 유속과 수심을 표시하게 할 수도 있으며, 경우에 따라서는 자동 기록기를 제어연산장치(18)에 연결시켜 측정결과를 기록지에 기록시킬 수도 있다.Vertical mean flow velocity measured at several vertical lines like this
Figure kpo00027
Is stored in the control computing device 18, it is also possible to cause the storage device to display the vertical average flow rate and depth in the vertical line order on the display after the flow rate measurement. The measurement results can also be recorded on the record sheet.

이와 같이 측정된 평균유속들과 평균유속측정 수직선간의 간격g와 수심hi를 유량 측정식에 대입하여 유량을 연산할 수도 있다.The flow rate may be calculated by substituting the distance g and the water depth hi between the measured average flow rates and the average flow velocity measurement vertical line in the flow measurement formula.

Figure kpo00028
Figure kpo00028

이와 같이 본 발명에 따르면 종래의 기술에 비하여 수직 평균 유속측정과정이 간소화 되며 (각도φ, 길이h 등을 측정할 필요 없음), 또 구조물의 진동 등이 없어 측정시간도 단축되는 동시에 유속측정오차도 낮아 실현성과 실용성이 높다.Thus, according to the present invention, the vertical average flow rate measurement process is simplified compared to the conventional technology (no need to measure angle φ, length h, etc.), and there is no vibration of the structure, so that the measurement time is shortened and the flow rate measurement error is also reduced. Low practicality and high practicality.

Claims (2)

유속 측정용 초음파 변환기 2개를 수표면 근방과 하상 근방에 경사로 배치하는 봉과, 수심측정용 초음파변환기 두 개를 수직선상에 배치하는 초음파 발신수신장치, 초음파 전파시간장치 및 유속 및 수심을 연산하는 연산장치들을 포함한 제어연산장치로 구성된 개수로용 초음파 수직평균유속측정장치에 있어서, 개수로에 삽입되는 초음파변환기들의 지지봉들에 대한 유속에 의한 진동을 최소화하며 유속을 측정할 때 별도로 측정해야 할 기하학적 변수들을 제거하며 유속측정 정도를 제고하기 위하여, 수직봉(10)의 하단에 직각으로 일정한 길이의 수평봉(12)을 고정시키고, 이 수평봉의 타측단에는 지향각이 넓은 유속 측정용 초음파 변환기(9)가 배치되어 있고, 수직봉(10)을 따라 수심이 일치되게 상하로 이동하는 활동자(滑動子)(11)에 지향각이 넓은 유속 측정용 초음파 변환기(8)가 수평봉(12)에 배치된 초음파 변환기(15)와 마주보게 배치되어 있으며, 활동자(11)에는 초음파 변환기(8)에 대하여 소정각도 이격되어 초음파 반사판이 고정되어 있으며, 수직봉(10)의 하단에는 수평봉(12)에 대해 소정각도 이격 되어있는 초음파 반사판(14)을 향하여 지향각이 좁은 두 개의 초음파변환기(15)와 (16)들이 그들의 초음파 발사 수신면을 기준으로 일정한 간격ℓ로 격리되게 배치하므로, 수직평균 유속
Figure kpo00029
이 다음 시간차 측정식에 의하여 측정되고,
Calculations for calculating the flow rate and depth, the ultrasonic wave receiver and ultrasonic propagation time device, which arranges the two ultrasonic transducers for measuring the flow rate in the vicinity of the water surface and the lower bed, and the two ultrasonic transducers for the vertical measurement in the vertical line. In an ultrasonic vertical average velocity measuring device for a channel consisting of a control computing device including devices, geometrical variables to be measured separately when measuring the flow rate while minimizing vibration caused by the flow rate of the support rods of the ultrasonic transducers inserted into the channel. In order to remove them and improve the flow rate measurement, the horizontal rod 12 of a certain length is fixed at a right angle to the bottom of the vertical rod 10, and the other end of the horizontal rod is a ultrasonic transducer for measuring the flow velocity having a wide orientation angle (9) Is arranged, and a wide angle of view is directed to the activator 11 moving up and down to match the depth along the vertical rod 10. The ultrasonic transducer 8 for speed measurement is disposed to face the ultrasonic transducer 15 disposed on the horizontal rod 12, and the ultrasonic reflector is fixed to the operator 11 at a predetermined angle apart from the ultrasonic transducer 8. At the bottom of the vertical rod 10, two ultrasonic transducers 15 and 16 with narrow directing angles toward the ultrasonic reflector 14 spaced at a predetermined angle with respect to the horizontal rod 12 are referred to their ultrasonic emission receiving surface. Vertically averaged flow rate due to isolation at regular intervals
Figure kpo00029
Measured by the following time difference measurement,
Figure kpo00030
Figure kpo00030
여기에서, d = const 이고 초음파 변환기(8)와 (9)간의 거리길이(L)을 수평봉에서 사영한 길이이고(d = L; COSφ= const), tab와 tba는 초음파가 초음파 변환기(8)에서(9)로, 또 반대로 (9)에서 (8)로 전파하는 시간이고, C는 개수로의 물에서의 음속이며, 수심h와 음속C는 다음과 같은 측정식으로 측정되며,Where d = const and the distance L between the ultrasonic transducers 8 and 9 projected on the horizontal rod (d = L; COSφ = const), and t ab and t ba are the ultrasonic transducers ( 8) to (9) and vice versa the time to propagate from (9) to (8), C is the speed of sound in the channel to the channel, depth h and sound velocity C are measured by the following equation,
Figure kpo00031
Figure kpo00031
여기에서, tc와 te는 초음파 변환기(15)와 (16)가 발사한 초음파 펄스가 수면과 접촉하고 있는 초음파 반사판에서 반사되어 (15)와 (16)으로 돌아오는 전파시간이고 8는 초음파변환기(15)의 발사, 수신면과 하상간의 간격인 것을 특징으로 하는 개수로용 초음파 수직평균유속측정장치.Where t c and t e are the propagation times at which the ultrasonic pulses emitted by the ultrasonic transducers 15 and 16 are reflected by the ultrasonic reflector in contact with the water and return to (15) and (16), where 8 is the ultrasonic wave Ultrasonic vertical average flow rate measuring apparatus for waterways, characterized in that the interval between the launch, the receiving surface and the lower bed of the transducer (15).
제1항에 있어서, 수신을 초음파로 측정할 필요가 없는 경우, 초음파 수직평균유속측정장치를 간소화하기 위하여, 초음파 반사판과, 초음파 변환기(15)와 (16)가 제거되어있으며, 수직봉에 일정한 간격으로 음속 측정위치 눈금(19)들이 기입되어 있고, 활동자(11)가 음속측정 위치 눈금에 맞춰졌을 때의 초음파 변환기(8)와 (9)간의 거리의 길이 Loi를 사전에 측정하여 제어연산장치에 입력 기억시키고, 유속이 다음 측정식에 의하여 측정되게 한 것을 특징으로 하는 개수로용 초음파 수직평균유속측정장치.The ultrasonic reflector, and the ultrasonic transducers 15 and 16 are removed in order to simplify the ultrasonic vertical average flow rate measuring device when the reception does not need to be measured by ultrasonic waves. The sound speed measurement position scales 19 are written in the interval, and the control operation device measures the length Loi of the distance between the ultrasonic transducers 8 and 9 when the operator 11 is adjusted to the sound speed measurement position scale in advance. An ultrasonic vertical average flow rate measuring device for a channel according to claim 1, characterized in that the input is stored in memory and the flow rate is measured by the following measurement formula.
Figure kpo00032
Figure kpo00032
KR1019970028193A 1997-06-27 1997-06-27 Vertical average flow speed measurement device for river etc. KR100266910B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019970028193A KR100266910B1 (en) 1997-06-27 1997-06-27 Vertical average flow speed measurement device for river etc.

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019970028193A KR100266910B1 (en) 1997-06-27 1997-06-27 Vertical average flow speed measurement device for river etc.

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR19990004179A KR19990004179A (en) 1999-01-15
KR100266910B1 true KR100266910B1 (en) 2000-09-15

Family

ID=19511728

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019970028193A KR100266910B1 (en) 1997-06-27 1997-06-27 Vertical average flow speed measurement device for river etc.

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100266910B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR200493594Y1 (en) 2019-11-29 2021-04-29 한국가스공사 Pump Shafts Measurement and Transfer Equipment and the method using it

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030000981A (en) * 2001-06-27 2003-01-06 한국수자원공사 Apparatus of stream liquid velocity determination
CN112863129B (en) * 2020-12-31 2023-06-27 湖北省水利水电规划勘测设计院 Intelligent flood control early warning system based on embedded

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR200493594Y1 (en) 2019-11-29 2021-04-29 한국가스공사 Pump Shafts Measurement and Transfer Equipment and the method using it

Also Published As

Publication number Publication date
KR19990004179A (en) 1999-01-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0595666A3 (en) Procedure for precise determination of velocity of a liquid, in particular of aortic flow using an intracorporal probe.
US5531125A (en) Method and device for simultaneously measuring the flow speed and the depth of a river
NO794111L (en) Ultrasonic flow meter.
JPH07218307A (en) Method and device for measuring ultrasonic flow rate
DK0538930T3 (en) Device for measuring the velocity of a liquid medium
CA2277626A1 (en) A method of measuring a river horizontal average flow velocity
EP0807243A1 (en) Ultrasonic flowmeter &#34;w&#34;
EP0624253A1 (en) Feature location and display apparatus
US3657659A (en) Method and means for measuring phase difference
JPS639169B2 (en)
KR100266910B1 (en) Vertical average flow speed measurement device for river etc.
JP3068649B2 (en) Flow meter with fluid oscillator
Hua et al. A low-cost dynamic range-finding device based on amplitude-modulated continuous ultrasonic wave
Best et al. A high-resolution ultrasonic bed profiler for use in laboratory flumes
JP3274101B2 (en) Method and apparatus for measuring flow velocity in open channel and calibration inspection method
JPS5570715A (en) Ultrasonic wave flow meter
Gytre Acoustic travel time current meters
JP2863748B1 (en) Flow velocity measuring device
JPS6073311A (en) Ultrasonic-wave water-level measuring apparatus
JP2003050117A (en) Method and apparatus for measuring thickness
RU2139503C1 (en) Gear measuring volumetric flow rate of fluid in nonramming conduit
RU2069314C1 (en) Method of measurement of flow rate of liquids with variable level and liquid flowmeter
JP3458460B2 (en) Flow measurement device
JPH04151508A (en) Ultrasonic clinometer
JPH02183117A (en) Displacement detector

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130327

Year of fee payment: 14

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140402

Year of fee payment: 15

LAPS Lapse due to unpaid annual fee