KR100477090B1 - Flow meter for open channel and thereof flow measuring method by using principle of electromagnetic induction - Google Patents

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KR100477090B1 KR10-2002-0013267A KR20020013267A KR100477090B1 KR 100477090 B1 KR100477090 B1 KR 100477090B1 KR 20020013267 A KR20020013267 A KR 20020013267A KR 100477090 B1 KR100477090 B1 KR 100477090B1
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Abstract

본 발명은 전자유도 원리를 이용한 개수로의 유량계 및 그 유량 측정방법에 관한 것으로, 수로의 바닥면 폭 중앙부에 매설된 솔레노이드형태의 여자코일을 갖는 자력발생기와; 상기 여자코일에 의해 발생된 자기장속을 관류하는 도체인 유체의 유속에 의해 유도되는 유도기전력을 검출 및 측정할 수 있도록 상기 자력발생기의 여자코일의 주변에 내장되고 서로 이격설치된 한쌍의 기전력감지전극과; 상기 자력발생기의 여자코일에 전류를 인가시킴과 동시에 상기 기전력감지전극에서 측정된 유도기전력을 수신받아 이를 저장, 연산, 표시할 수 있도록 상기 수로에 인접하여 배설된 마이크로프로세서로된 연산기와; 상기 연산기와 전기적으로 연결되며 유체의 수위를 계측할 수 있도록 상기 수로의 수면으로부터 이격되어 설치된 초음파수위측정기를 포함하여 구성한 후 각 구성요소들에 의해 측정된 유도기전력, 수위 등의 측정값을 전자유도원리를 이용한 유량 산출식에 대입하여 일정시간동안 수로를 관류하는 유체의 유량을 측정하도록 한 것이다.The present invention relates to a flow meter in a channel using an electromagnetic induction principle and a method for measuring the flow rate thereof, comprising: a magnetic generator having a solenoid-type excitation coil embedded in a central portion of a width of a bottom surface of a channel; A pair of electromotive force sensing electrodes built around the excitation coil of the magnetic generator and spaced apart from each other so as to detect and measure the induced electromotive force induced by the flow rate of the fluid that flows through the magnetic field generated by the excitation coil; ; A microprocessor disposed near the channel so as to apply current to the excitation coil of the magnetic generator and to receive, store, calculate, and display the induced electromotive force measured by the electromotive force sensing electrode; It is electrically connected to the calculator and configured to include an ultrasonic level meter spaced apart from the water surface of the channel so as to measure the level of the fluid, and then the measured values such as the induced electromotive force and the level measured by each component are induced. Substitute the flow rate calculation formula using the principle to measure the flow rate of the fluid flowing through the water channel for a certain time.

본 발명에 따르면, 수로를 관류하는 유체에 전혀 상관관계를 맺지 않으면서 그 유량을 측정할 수 있으므로 에너지의 효율이 높고 응답속도가 빠르고, 측정오차가 적어 신뢰도가 높으며, 세째, 유체내에 존재하는 이물질에 의한 영향을 받지 않으므로 안정적이고, 설치가 간단하여 공사비가 적게 드는 장점을 제공한다.According to the present invention, since the flow rate can be measured without having any correlation with the fluid flowing through the water channel, the energy efficiency is high, the response speed is fast, the measurement error is small, the reliability is high, and third, foreign matter present in the fluid As it is not influenced by, it is stable and its installation is simple, thus providing the advantage of low construction cost.

Description

전자유도 원리를 이용한 개수로의 유량계 및 그 유량 측정방법{FLOW METER FOR OPEN CHANNEL AND THEREOF FLOW MEASURING METHOD BY USING PRINCIPLE OF ELECTROMAGNETIC INDUCTION}Flow meter to the channel using the electromagnetic induction principle and its flow measurement method {FLOW METER FOR OPEN CHANNEL AND THEREOF FLOW MEASURING METHOD BY USING PRINCIPLE OF ELECTROMAGNETIC INDUCTION}

본 발명은 패러데이 법칙을 응용하여 개수로를 관류하는 유량을 용이하게 계측할 수 있도록 개량된 전자유도 원리를 이용한 개수로의 유량계 및 그 유량 측정방법에 관한 것이다.The present invention relates to a flow meter and a method for measuring the flow rate of the channel using the improved electromagnetic induction principle to easily measure the flow rate through the channel by applying the Faraday law.

통상, 개수로라 함은 물과 같은 유체가 자유수면을 갖고 위치차에 의해 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르는 도랑과 같은 유로를 말하며, 수면 위가 막힌 하수도와 같은 닫힌수로와 수면위가 개방된 농업용수로와 같은 열린수로로 대별된다.In general, the channel refers to a channel, such as a ditch, in which a fluid such as water has a free surface and flows from a high place to a low place due to a position difference. It is roughly divided into open channels such as

이러한 수로를 통해 자유수면을 유지한 채 흐르는 유체의 양은 유량계를 통해 측정될 수 있다.The amount of fluid flowing while maintaining free water through these channels can be measured via a flow meter.

종래 개수로의 유량계로는 측정방법에 따라 웨어식(WEIR TYPE), 프럼식(FLUME TYPE), 유속수위연산식 등의 3가지 형태가 통용되고 있는 바, 웨어식의 경우에는 수로의 중간에 웨어판을 설치하여 유체의 흐름을 막고 웨어판을 넘쳐 흐르는 수면의 높이를 측정한 후 베르누이정리를 이용하여 유량을 측정하는 방식으로서 웨어판의 형상에 따라 사각형, 삼각형, 사다리꼴형 등이 있다.Conventionally, three types of flowmeters, such as weir type, flume type, and flow rate level calculation method, are commonly used according to the measurement method. By installing a plate to block the flow of fluid and measuring the height of the water flowing over the wear plate, Bernoulli's theorem is a method of measuring the flow rate, depending on the shape of the wear plate, such as the square, triangle, trapezoidal shape.

프럼식의 경우에는 수로의 일부 단면을 좁게하여 유로를 축소시킨 상태로 만들면 이 축소된 부분에서 유속이 빨라져 그 부분의 수위는 상류측 수위보다 낮게 되는데 이때 그 수위의 저하량을 측정한 후 베르누이정리를 이용하여 유량을 구하는 방식으로서 형상에 따라 벤튜리프럼, 파샬프럼, 파머보라스프럼 등이 있다.In the case of the prum type, if the cross section of the channel is narrowed so that the flow path is reduced, the flow velocity becomes faster at the reduced portion, and the level of the portion is lower than the upstream level. As a method of calculating the flow rate by using, there are Venturiprum, Partialprum, and Farmerborasprum depending on the shape.

유속수위연산방식의 경우에는 수로에 흐르는 유체의 평균유속과 단면적을 초음파의 전파시간차법에 따라 연속적으로 측정하고 이 두 값을 곱하여 유량을 구하는 방식이다.In the case of the flow rate level calculation method, the average flow velocity and the cross-sectional area of a fluid flowing in a water channel are continuously measured according to the propagation time difference method of ultrasonic waves, and the flow rate is calculated by multiplying these two values.

그러나, 웨어식 및 프럼식의 경우에는 단순히 수위 측정만으로 유량을 계량할 수 있으므로 구조가 간단하여 측정상 장점은 있으나 웨어판 혹은 수로를 좁게 만들어야 하므로 공사가 난해하고 공사비가 많이 소요되는 단점이 있다.However, in the case of ware type and prum type, the flow rate can be measured simply by measuring the water level, so the structure is simple, and there is an advantage in measurement, but it is difficult to construct the wear plate or the channel so that the construction is difficult and costly.

또한, 이들 방식은 수로를 웨어판으로 막거나 수로를 좁게 만들어 수로에 저항을 줌으로써 수면의 변화를 일으켜 유량을 계측하도록 한 것이므로 그 계측과정에서 수위 손실에 따른 에너지 낭비가 심하다는 단점이 있다.In addition, these methods have a disadvantage in that energy wasted due to water level loss during the measurement process because the flow rate was measured by changing the water surface by blocking the waterway with a wear plate or narrowing the waterway to give resistance to the waterway.

더구나, 작은 수위의 변화를 통해 유량을 계측하여야 하기 때문에 측정오차가 매우 크고, 바람이나 기타 외적요인에 의한 수위변화에 따른 오차를 보정할 수 없어 측정값의 신뢰성이 현저히 떨어지는 단점이 있다.In addition, since the flow rate must be measured through a small change in water level, the measurement error is very large, and errors due to the water level change due to wind or other external factors cannot be corrected.

뿐만 아니라, 웨어식의 경우 웨어판의 상류측 수로에 이물질이 퇴적되기 쉬워 고형물이 많이 함유된 공장폐수, 오수 등에는 사용이 불가능함은 물론 웨어판의 형상이나 좁아지는 수로의 형태에 따라 베르누이정리에 의한 유량값 산출시 오차의 범위가 무려 20~30%에 육박하여 측정값을 데이터로 활용할 수 없다는 단점이 있다.In addition, in the case of wear type, foreign substances are easily deposited in the upstream channel of the wear plate, and it is not possible to use it for factory wastewater and sewage containing a large amount of solids. When calculating the flow rate value, the error range is close to 20-30%, and there is a disadvantage that the measured value cannot be used as data.

또한, 유속수위연산방식의 경우에는 대부분 초음파를 이용한 전파시간차 방식을 통해 유속을 측정하고 있기 때문에 수로 내의 저면 및 벽면의 마찰에 의하여 수면과 유속차가 매우 커지게 되어 단일 수발신장치로는 평균유속의 측정이 불가하며, 이의 보완을 위해서는 여러조의 초음파 수발신장치를 설치해야 하므로 설치작업이 어렵고 복잡하여 설비비가 급상승되는 단점이 있다.In addition, in the case of the velocity level calculation method, the velocity is measured through the propagation time difference method using ultrasonic waves, so the surface and the velocity difference become very large due to the friction between the bottom and the wall in the channel, so that the average velocity is measured by a single receiver. This is impossible, and in order to compensate for this, it is necessary to install a plurality of sets of ultrasonic receiving and receiving devices, which is difficult and complicated to install.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술이 갖는 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출한 것으로, 공사가 용이하여 공사비의 절감을 꾀할 수 있고 측정오차을 줄여 측정값의 신뢰도를 높임과 동시에 수위의 손실이 없어 에너지의 낭비를 줄일 수 있고 바람이나 기타 외적요인에 의한 수위변화의 오차까지도 포함하여 보다 정확한 계량이 가능한 전자유도 원리를 이용한 개수로의 유량계 및 그 유량 측정방법를 제공함에 그 목적이 있다.The present invention has been created in view of the above-described problems of the prior art, to solve this problem, the construction is easy to reduce the construction cost and reduce the measurement error to increase the reliability of the measured value and at the same time there is no loss of water level The purpose of the present invention is to provide a flow meter and a method of measuring the flow rate of a channel using an electromagnetic induction principle, which can reduce energy waste and include errors in water level changes caused by wind or other external factors.

본 발명의 상기한 목적은 수로의 바닥면 폭 중앙부에 매설된 솔레노이드형태의 여자코일을 갖는 자력발생기와; 상기 여자코일에 의해 발생된 자기장속을 관류하는 도체인 유체의 유속에 의해 유도되는 유도기전력을 검출 및 측정할 수 있도록 상기 자력발생기의 여자코일의 주변에 내장되고 서로 이격설치된 한쌍의 기전력감지전극과; 상기 자력발생기의 여자코일에 전류를 인가시킴과 동시에 상기 기전력감지전극에서 측정된 유도기전력을 수신받아 이를 저장, 연산, 표시할 수 있도록 상기 수로에 인접하여 배설된 마이크로프로세서로된 연산기와; 상기 연산기와 전기적으로 연결되며 유체의 수위를 계측할 수 있도록 상기 수로의 수면으로부터 이격되어 설치된 초음파수위측정기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전자유도 원리를 이용한 개수로의 유량계를 제공함에 의해 달성된다.The above object of the present invention is a magnetic generator having a solenoid type excitation coil embedded in the center width of the bottom surface of the water channel; A pair of electromotive force sensing electrodes built around the excitation coil of the magnetic generator and spaced apart from each other so as to detect and measure the induced electromotive force induced by the flow rate of the fluid that flows through the magnetic field generated by the excitation coil; ; A microprocessor disposed near the channel so as to apply current to the excitation coil of the magnetic generator and to receive, store, calculate, and display the induced electromotive force measured by the electromotive force sensing electrode; It is achieved by providing a flow meter to the channel using the electromagnetic induction principle, characterized in that it is electrically connected to the calculator and comprises an ultrasonic level meter spaced apart from the water surface of the channel to measure the level of the fluid. .

또한, 본 발명의 상기한 목적은 패러데이의 전자유도법칙을 이용한 후술할 구성중에 기술된 식2,3에 의해 수로를 관류하는 유체의 일정시간동안의 평균유속을 구하는 과정과; 상기 유체의 상부에 설치된 초음파수위측정기를 이용한 후술할 식4에 의해 측정시간 동안 관류하는 유체의 단면적을 구하는 과정과; 구해진 평균유속과 단면적을 이용하여 후술할 식5를 통해 수로를 관류하는 일정시간동안의 유체 유량을 구하는 과정을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전자유도 원리를 이용한 개수로의 유량 측정방법을 제공함에 의해 달성된다.In addition, the above object of the present invention is the process of obtaining an average flow rate for a certain time of the fluid flowing through the channel by the equations 2, 3 described in the configuration to be described later using Faraday's law of electromagnetic induction; Obtaining a cross-sectional area of the fluid flowing through the measurement time by using Equation 4, which will be described later, using an ultrasonic level meter installed on the fluid; Using the obtained average flow rate and cross-sectional area to provide a flow rate measuring method of the channel using the electromagnetic induction principle, characterized in that it comprises the process of obtaining a fluid flow rate for a certain time through the channel through the equation 5 to be described later. Is achieved.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described a preferred embodiment of the present invention.

도 1은 본 발명에 따른 유량계의 전형적인 설치예를 보인 열린수로의 일부 사시도이다.1 is a partial perspective view of an open waterway showing an exemplary installation of a flow meter in accordance with the present invention.

도 1에 따르면, 본 발명은 수로(10)가 구비되고, 상기 수로(10)의 바닥면에는 자력발생기(20)가 설치되며, 상기 자력발생기(20) 내부에는 기전력감지전극(30)이 내장되고, 상기 자력발생기(20) 및 기전력감지전극(30)은 각각 도선(62)에 의해 연산기(40)와 연결되며, 수로(10)의 유체 상면에는 이와 이격되어 그 수위측정이 가능한 초음파수위측정기(50)가 부설되고, 상기 초음파수위측정기(50)는 상기 연산기(40)와 전기적으로 연결설치된 구성으로 이루어진다.According to FIG. 1, in the present invention, a water channel 10 is provided, and a magnetic force generator 20 is installed on a bottom surface of the water channel 10, and an electromotive force sensing electrode 30 is built into the magnetic force generator 20. The magnetic force generator 20 and the electromotive force sensing electrode 30 are connected to the calculator 40 by conducting wires 62, respectively, and are spaced apart from the upper surface of the channel 10 so that the water level can be measured. 50 is installed, the ultrasonic level measuring device 50 is made of a configuration that is electrically connected to the calculator 40.

수로(10)는 상부가 개방된 열린수로로서 예컨대, 농업용수로와 같은 수로에 적용할 수 있다.The water channel 10 is an open water channel with an open top, and can be applied to a water channel such as an agricultural water channel.

수로(10)의 재질은 콘크리트, 목재, 금속재, 합성수지(FRP) 등이 될 수 있다.The material of the channel 10 may be concrete, wood, metal, synthetic resin (FRP) and the like.

자력발생기(20)는 원통형상의 합성수지로 된 하우징(22)과 상기 하우징(22) 내부에 권취 배설된 솔레노이드형태의 여자코일(24)과 이들을 적절히 절연하도록 하우징(22) 내부에 충전된 절연재(도번 미병기)로 이루어진다.The magnetic force generator 20 has a housing 22 made of a cylindrical synthetic resin and a solenoid-type excitation coil 24 wound and disposed inside the housing 22 and an insulating material filled in the housing 22 so as to properly insulate them. (Weapons).

상기 자력발생기(20)를 구성하는 여자코일(24)은 전류가 통전될 수 있도록 전원공급수단을 갖는 연산기(40)와 도선(62)에 의해 전기적으로 연결되며, 상기 여자코일(24)에 전류가 흐르게 되면 예시와 같은 자기력선(64)이 형성되어 여자코일(24)의 주변에 전류의 세기에 따라 가변되는 자기장을 형성할 수 있도록 구성된다.The excitation coil 24 constituting the magnetic force generator 20 is electrically connected to the calculator 40 having a power supply means and the conducting wire 62 so that the current can be energized, the current to the excitation coil 24 When flowing through the magnetic field lines 64 as shown in the example is configured to form a magnetic field that is variable according to the strength of the current around the excitation coil 24.

특히, 상기 자력발생기(20)는 수로(10)의 바닥면 일부를 절개하여 그 상단면이 수로(10)의 바닥면과 평평하게 일치되는 동일 평면을 이루면서 노출되도록 배치함과 동시에 수로(10)의 폭 중앙부에 배설함이 바람직하다.Particularly, the magnetic force generator 20 cuts a portion of the bottom surface of the channel 10 so that the top surface thereof is exposed to form the same plane that is flush with the bottom surface of the channel 10 and at the same time the channel 10 is exposed. It is preferable to excrete at the center of the width.

기전력감지전극(30)은 상기 하우징(22)에 내장되는 것으로, 통상 하우징(22)의 직경에 해당되는 거리만큼 서로 이격된 채 마주보게 배치되고 상기 절연재에 의해 절연된다.The electromotive force sensing electrode 30 is embedded in the housing 22, and is usually disposed to face each other by a distance corresponding to the diameter of the housing 22, and is insulated by the insulating material.

아울러, 상기 기전력감지전극(30)의 하단에는 도선(62)이 인출되고, 상기 여자코일(24)과 동일한 방식으로 상기 연산기(40)와 전기적으로 연결된다.In addition, a conductive line 62 is drawn out from the lower end of the electromotive force sensing electrode 30 and is electrically connected to the calculator 40 in the same manner as the excitation coil 24.

연산기(40)는 상기 여자코일(24)로 전류를 공급할 수 있도록 전원공급수단을 갖춤과 동시에 여자코일(24)에 의해 발생된 자기장속을 도체인 유체가 관류하면서 그 유속의 변화에 의해 유체 내에 유발된 유도기전력을 검출할 수 있는 기전력감지전극(30)을 비롯하여 그 검출값 및 자기장의 자속밀도, 그리고 후술할 초음파수위측정기(50)에 의해 측정된 수로(10)를 관류하는 수위 등의 자료를 저장, 연산, 표시할 수 있는 마이크로프로세서와 같은 것이 될 수 있다.The calculator 40 has a power supply means for supplying current to the excitation coil 24, and at the same time, the conductor fluid flows through the magnetic field generated by the excitation coil 24, thereby changing the flow velocity in the fluid. Data such as the electromotive force sensing electrode 30 capable of detecting induced electromotive force, the detected value and magnetic flux density of the magnetic field, and the water level flowing through the channel 10 measured by the ultrasonic level gauge 50 to be described later. It can be something like a microprocessor that can store, operate on, and display it.

상기 연산기(40)는 계측의 용이성을 위해 수로(10)로부터 일정거리 이격된 보호함(미도시) 속에 설치할 수 있으며, 또한 수로(10)의 일측벽에 별도의 보호함을 직접 설치하고 그 내부에 배치할 수도 있다.The calculator 40 may be installed in a protective box (not shown) spaced apart from the channel 10 by a certain distance for ease of measurement. Also, the calculator 40 may directly install a separate protective box on one side wall of the channel 10 and the inside thereof. It can also be placed in.

초음파수위측정기(50)는 상기 연산기(40)와 전기적으로 연결됨과 동시에 별도의 지지체에 의해 상기 수로(10)의 폭 중앙부 상면에 일정길이 이격되어 설치됨이 바람직하다.The ultrasonic level measuring unit 50 may be electrically connected to the calculator 40 and installed at a predetermined length on the upper surface of the center portion of the channel 10 by a separate support.

이 초음파수위측정기(50)는 통상의 공지된 기기로서 초음파를 발진시키는 발신기와, 발진된 후 수로(10)를 흐르는 유체의 수면으로부터 반사되어온 각 반사파를 수신하는 수신기로 이루어지며, 상기 초음파수위측정기(50)로부터 수로(10)의 바닥면까지는 거리가 결정되어 있으므로 수면으로부터 반사되어온 반사파의 정보로부터 수면과 초음파수위측정기(50) 사이의 거리를 측정하고 이 값을 수로(10)의 바닥면으로부터의 거리값에서 감하여 줌으로써 간단하게 수위를 산출할 수 있도록 된 기기이다.The ultrasonic water level measuring instrument 50 is a conventionally known device comprising a transmitter for oscillating ultrasonic waves, and a receiver for receiving each reflected wave reflected from the surface of the fluid flowing through the water channel 10 after being oscillated. Since the distance from 50 to the bottom surface of the channel 10 is determined, the distance between the water surface and the ultrasonic water level gauge 50 is measured from the reflected wave information reflected from the surface and the value is determined from the bottom surface of the channel 10. It is a device that can calculate the water level simply by subtracting from the distance value of.

이러한 구성으로 이루어진 본 발명의 유량계를 이용하여 개수로를 따라 흐르는 유량을 측정하는 방법에 대하여 본 발명에 따른 방법 설명을 위한 개략적인 모식도인 도 2를 참고하여 설명하기로 한다.The method for measuring the flow rate along the channel using the flow meter of the present invention having such a configuration will be described with reference to FIG. 2, which is a schematic diagram for explaining the method according to the present invention.

먼저 수로(10)를 관류하는 유체의 유량을 측정하는 원리에 대하여 개괄적으로 설명하여 보면, 일정폭의 수로(10)를 관류하는 유체의 유량은 유체의 평균유속에 유체가 지나가는 단면적을 곱한 후 이를 일정시간동안에 걸쳐 적분연산하게 되면 쉽게 구할 수 있는 바, 이때 평균유속은 도체가 자계내에서 운동할 때 그 도체 내에 자계방향 및 운동방향의 양방향에 직각 방향으로 기전력이 발생하고 그 크기는 자속밀도와 도체의 운동속도에 비례한다는 패러데이법칙으로부터 계산할 수 있게 된다.First, the principle of measuring the flow rate of the fluid flowing through the waterway 10 will be described in general. The flow rate of the fluid flowing through the waterway 10 having a predetermined width is multiplied by the cross-sectional area through which the fluid passes. It can be easily obtained by integrating over a certain period of time. The average flow rate is the electromotive force generated in the direction perpendicular to both the magnetic field direction and the movement direction when the conductor moves in the magnetic field. It can be calculated from Faraday's law that is proportional to the speed of movement of the conductor.

따라서, 이러한 값들을 적절히 연산함으로써 수로(10)를 관류하는 유량을 용이하게 측정할 수 있게 된다.Therefore, by appropriately calculating these values, it is possible to easily measure the flow rate through the channel 10.

즉, 도 1 내지 도 2의 도시와 같이, 수로(10)를 일정시간(t) 동안 관류하는 유체의 유량(Q)은,That is, as illustrated in FIGS. 1 and 2, the flow rate Q of the fluid flowing through the water channel 10 for a predetermined time t is

-------------------------------------------------(식1) ------------------------------------------------- ( Equation 1)

와 같이 정의될 수 있으며, 여기에서 는 유체의 평균유속, A는 측정단면적, t는 측정시간을 나타낸다.Can be defined as Is the average flow velocity of the fluid, A is the cross-sectional area and t is the measurement time.

상기 식 1을 충족시키기 위해 본 발명에서는 먼저 패러데이의 전자유도법칙을 통해 수로(10)를 관류하는 평균유속()을 구하는 과정을 수행하게 된다.In order to satisfy the above Equation 1, in the present invention, the average flow velocity through the channel 10 through Faraday's law of electromagnetic induction ( ) Process.

즉, 도체인 유체가 수로(10)를 따라 자력발생기(20)의 여자코일(24)에 의해 형성된 자기장내에서 평균유속()으로 흐르게 되면 그 흐름에 의해 상기 유체내 자계의방향 및 운동방향에 대한 직각방향으로 기전력이 발생되고, 그 크기는 자속밀도와 속도에 비례하게 된다.That is, the conductor fluid has an average flow velocity in the magnetic field formed by the excitation coil 24 of the magnetic force generator 20 along the channel 10. ), The electromotive force is generated by the flow in a direction perpendicular to the direction of the magnetic field and the direction of motion in the fluid, the magnitude of which is proportional to the magnetic flux density and speed.

따라서, 상기 여자코일(24)에 인접하여 배치된 기전력감지전극(30)에는 유체의 속도나 상기 여자코일(24)로부터 생성된 자속밀도의 크기에 비례하여 기전력이 유도되고, 이 값은 연산기(40)를 통해 측정되게 된다.Accordingly, electromotive force is induced in the electromotive force sensing electrode 30 disposed adjacent to the excitation coil 24 in proportion to the velocity of the fluid or the magnitude of the magnetic flux density generated from the excitation coil 24. 40).

이러한 유도기전력(E)은,Such induced electromotive force (E),

--------------------------------------------------(식2) -------------------------------------------------- (Eq. 2)

와 같이 나타낼 수 있으며, 여기에서 K는 상수, B는 자속밀도, D는 기전력감지전극간 거리이다.Where K is a constant, B is the magnetic flux density, and D is the distance between the electromotive force sensing electrodes.

이에 따라, 상기 식 2로부터 평균유속()는,Accordingly, the average flow rate (Equation 2) ),

------------------------------(식3) ------------------------------ (Equation 3)

과 같이 나타낼 수 있게 된다.It can be expressed as

즉, 이들 K, B, D, E값은 정해지거나 측정을 통해 알 수 있는 값이므로 평균유속()을 쉽게 산출할 수 있게 되는 것이다.That is, these K, B, D, and E values are determined or can be known through measurement. ) Can be calculated easily.

이어, 유체가 측정시간(t) 동안 관류하는 단면적(A)을 구하는 과정을 거치게 된다.Subsequently, a process of obtaining a cross-sectional area A through which the fluid flows through the measurement time t is performed.

상기 단면적(A)은 수로(10)의 폭(W)에 유체의 수위(H), 즉 수로(10)의 바닥면으로부터 수면까지의 거리이므로 단면적(A)은,Since the cross-sectional area (A) is the width (W) of the channel 10, the fluid level (H), that is, the distance from the bottom surface of the channel 10 to the water surface, the cross-sectional area (A),

------------------------------------------------------(식4) -------------------------------------------------- ---- (Equation 4)

와 같이 나타낼 수 있게 된다.Can be expressed as

이때, 상기 수위(H)는 상술하였던 바와 같이, 초음파수위측정기(50)의 발신기와 수신기를 통해 측정한 유체의 수면까지의 거리(L2)를 이미 알고 있는 초음파수위측정기(50)로부터 수로(10)의 바닥면까지의 거리(L1)에서 감해줌으로써 쉽게 구할 수 있게 된다.At this time, the water level (H), as described above, the water channel 10 from the ultrasonic level meter 50 that already knows the distance (L2) to the water surface of the fluid measured through the transmitter and receiver of the ultrasonic level meter 50 By subtracting from the distance (L1) to the bottom surface of the can be obtained easily.

상술한 과정을 통해 유량(Q) 산출에 필요한 값들이 연산되어 결정되면, 연산기(40)에서는 이들 값을 이용하여 하기한 식 5에 의해 측정시간(T) 동안 수로(10)를 관류하는 유체의 유량(Q)을 산출 계량하는 과정을 거치게 된다.If the values necessary for calculating the flow rate Q are calculated and determined through the above-described process, the calculator 40 uses these values to calculate the flow rate of the fluid flowing through the water channel 10 during the measurement time T by Equation 5 below. The flow rate Q is calculated and weighed.

즉, 유량(Q)은 상기 식 1 내지 4의 값을 대입함으로써,That is, the flow rate Q is substituted by the values of the above formulas 1 to 4,

----------(식5) ---------- (Eq. 5)

과 같이 최종적으로 산출할 수 있게 되는 바, 이를테면 측정값 유도기전력(E)과 수위(H)를 시간(t)으로 적분한 다음 상수(K")와 곱하기 연산함으로써 수로(10)를 일정시간동안 관류하는 유량을 구할 수 있게 된다.Finally, it is possible to calculate, for example, by integrating the measured value induced electromotive force (E) and the water level (H) by the time (t), and then multiply by a constant (K ") to the channel 10 for a predetermined time. The flow rate through the flow can be obtained.

이상의 과정을 통해 계량된 유량값은 연산기(40)의 기억장소에 저장되거나 그에 부설된 디스플레이를 통해 실시간적으로 표시될 수도 있고, 이를 일정기간동 보관하고 자료화하여 통계치로도 활용할 수 있을 것이다.The flow rate value measured through the above process may be displayed in real time through a display stored in or stored in the storage unit of the calculator 40, or may be stored and documented for a certain period of time and used as a statistical value.

본 발명에 의하면, 종래와 같은 방식에 의해 흔히 유발되던 측정오차를 현격히 줄일 수 있으며, 바람과 같은 기타 외적영향에 의한 수위의 변화에 대해서도 아므런 영향없이 그 유량을 측정해낼 수 있게 된다.According to the present invention, the measurement error commonly caused by the conventional method can be greatly reduced, and the flow rate can be measured without any influence on the change of the water level due to other external influences such as wind.

아울러, 본 발명에 따른 유량계 및 그 유량측정 방법은 자계가 균일할 때 매우 바람직한 측정값을 산출할 수 있으며, 유체가 축대칭흐름을 가질 경우에는 자계의 균일, 불균일을 불문하고 측정오차를 최소화시키면서 간단하고 용이하게 유체의 유량을 측정할 수 있다.In addition, the flow meter and the flow measurement method according to the present invention can calculate a very desirable measurement value when the magnetic field is uniform, while minimizing the measurement error regardless of the uniformity and non-uniformity of the magnetic field when the fluid has an axisymmetric flow The flow rate of the fluid can be measured simply and easily.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 다음과 같은 작용효과를 제공한다.As described in detail above, the present invention provides the following effects.

첫째, 수로를 관류하는 유체에 전혀 상관관계를 맺지 않으면서 그 유량을 측정할 수 있으므로 에너지의 효율이 높고 응답속도가 빠르다.First, because the flow rate can be measured without having any correlation with the fluid flowing through the channel, the energy efficiency is high and the response speed is fast.

둘째, 직접 평균유속을 계산하여 유체의 유량을 산출하므로 측정오차가 매우 적어 신뢰도가 높다.Second, since the average flow velocity is calculated directly to calculate the flow rate of the fluid, the measurement error is very small and the reliability is high.

세째, 유체내에 존재하는 이물질에 의한 영향을 받지 않으므로 안정적이다.Third, it is stable because it is not affected by foreign matter present in the fluid.

네째, 설치가 간단하여 공사비가 적게 든다.Fourth, the installation cost is simple because of the simple installation.

다섯째, 전도성 유체인 경우에는 유체의 온도, 압력, 밀도, 점도, 전기전도율 등에 관계없이 그 유량을 용이하게 측정할 수 있다.Fifth, in the case of the conductive fluid, the flow rate can be easily measured regardless of the temperature, pressure, density, viscosity, electrical conductivity, etc. of the fluid.

도 1은 도 1은 본 발명에 따른 유량계의 전형적인 설치예를 보인 열린수로의 일부 사시도,1 is a partial perspective view of an open water channel showing a typical installation example of the flow meter according to the present invention,

도 2는 본 발명에 따른 전자유도 원리를 이용한 개수로의 유량 측정방법을 설명하기 위한 개략적인 모식도.Figure 2 is a schematic diagram illustrating a method for measuring the flow rate of the channel using the electromagnetic induction principle according to the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

10 : 수로 20 : 자력발생기10: channel 20: magnetic generator

22 : 하우징 24 : 여자코일22: housing 24: female coil

30 : 기전력감지전극 40 : 연산기30: electromotive force sensing electrode 40: calculator

50 : 초음파수위측정기50: Ultrasonic Water Level Meter

Claims (3)

수로의 바닥면 폭 중앙부의 하우징 속에 권취매설된 솔레노이드형태의 여자코일을 갖는 자력발생기와;A magnetic generator having a solenoid-type excitation coil wound and embedded in a housing of a central portion of the bottom width of the channel; 상기 여자코일에 의해 발생된 자기장속을 관류하는 도체인 유체의 유속에 의해 유도되는 유도기전력을 검출 및 측정할 수 있도록 상기 하우징내 여자코일의 주변에 절연재에 의해 그와 분리되게 내장되고 서로 이격설치된 한쌍의 기전력감지전극과;In order to detect and measure the induced electromotive force induced by the flow rate of the fluid that flows through the magnetic field generated by the excitation coil, the insulation coil is installed separately from the excitation coil in the housing and spaced apart from each other. A pair of electromotive force sensing electrodes; 상기 자력발생기의 여자코일에 전류를 인가시킴과 동시에 상기 기전력감지전극에서 측정된 유도기전력을 수신받아 이를 저장, 연산, 표시할 수 있도록 상기 수로에 인접하여 배설된 마이크로프로세서로된 연산기와;A microprocessor disposed near the channel so as to apply current to the excitation coil of the magnetic generator and to receive, store, calculate, and display the induced electromotive force measured by the electromotive force sensing electrode; 상기 연산기와 전기적으로 연결되며 유체의 수위를 계측할 수 있도록 발신기와 수신기를 갖고 상기 수로의 수면으로부터 이격설치된 초음파수위측정기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전자유도 원리를 이용한 개수로의 유량계.And an ultrasonic level meter electrically connected to the calculator and spaced apart from the water surface of the channel, having a transmitter and a receiver so as to measure the level of the fluid. 삭제delete 패러데이의 전자유도법칙을 이용한 하기한 수학식1에 의해 수로를 관류하는 유체의 일정시간동안의 평균유속을 구하는 제1과정과;A first step of obtaining an average flow velocity of a fluid flowing through the channel for a predetermined time by Equation 1 below using Faraday's law of electromagnetic induction; 상기 유체의 상부에 설치된 초음파수위측정기를 이용한 하기한 수학식2에 의해 측정시간 동안 관류하는 유체의 단면적을 구하는 제2과정과;A second step of obtaining a cross-sectional area of the fluid flowing through the measurement time by using Equation 2 below using an ultrasonic level meter installed on the fluid; 상기 제1과정과 제2과정에서 구해진 평균유속과 단면적을 이용하여 하기한 수학식3을 통해 수로를 관류하는 일정시간동안의 유체 유량을 구하는 과정을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전자유도 원리를 이용한 개수로의 유량 측정방법.Using the average flow rate and the cross-sectional area obtained in the first process and the second process, the electromagnetic induction principle, characterized in that it comprises the process of obtaining a fluid flow rate for a certain time through the channel through the following equation (3) How to measure the flow rate to the used channel. (수학식1) (Equation 1) (E는 유도기전력, K는 상수, B는 자속밀도, D는 기전력감지전극간 거리, 는 평균유속)(E is the induced electromotive force, K is the constant, B is the magnetic flux density, D is the distance between the electromotive force sensing electrodes, Is the average flow rate) (수학식2)(Equation 2) , (A는 단면적, W는 수로의 폭, H는 수위) , (A is the cross-sectional area, W is the width of the channel, and H is the water level) (수학식3)(Equation 3) (Q는 유체의 유량)(Q is the flow rate of the fluid)
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