KR100482226B1 - Method and apparatus for measuring the amount of flowing in gas pipe using sonic waves - Google Patents
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Abstract
본 발명은 침전물에 의해서 변화하는 가스관의 단면적을 실시간으로 파악하여 가스관을 통과하는 유체의 유량을 보다 정확하게 측정할 수 있는 가스관의 초음파 유량 계측 방법 및 장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 장치 및 방법은 초음파센서로 가스관의 상부내벽에서 초음파 발신하여 그 초음파가 침전물에 반사되어 다시 수신되기까지 걸린 시간(T3)을 측정하여, 가스관상부에서 침전물까지의 거리(d)를 측정한 후, 에 대입하여 각도(θ2)를 구하고, 이를 다음 식 (여기에서, R은 가스관의 반경이다)에 대입하여 가스관의 유효단면적(A)를 구하고, 이 유효단면적(A)에 검출된 유속 및 유량계수(K)를 곱하여 가스관의 유량을 산출하도록 구성된다.The present invention relates to a method and apparatus for ultrasonic flow rate measurement of a gas pipe which can more accurately measure the flow rate of a fluid passing through the gas pipe by grasping in real time the cross-sectional area of the gas pipe that is changed by the sediment. The ultrasonic sensor sends an ultrasonic wave from the upper inner wall of the gas pipe and measures the time (T3) taken until the ultrasonic wave is reflected on the precipitate and received again, and then the distance d from the upper portion of the gas pipe to the precipitate is measured. Find the angle (θ 2 ) by substituting for (Where R is the radius of the gas pipe) to obtain the effective area A of the gas pipe, and multiply this effective area A by the detected flow rate and flow rate K to calculate the flow rate of the gas pipe. .
Description
본 발명은 초음파를 이용하여 가스관의 단면을 단위시간에 통과하는 유체의 유량을 측정하는 초음파 유량 계측 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고체의 침전물이 생기는 가스관내의 유량을 그 침전물에 의해 축소된 가스관의 단면적을 고려하여 정확하게 산출할 수 있는 가스관의 초음파 유량 계측 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an ultrasonic flow rate measuring method and apparatus for measuring a flow rate of a fluid passing through a cross section of a gas pipe in unit time using ultrasonic waves, and more specifically, a flow rate in a gas pipe in which a solid precipitate is formed by the precipitate. The present invention relates to a method and apparatus for measuring ultrasonic flow rate of a gas pipe that can be accurately calculated in consideration of the cross-sectional area of the reduced gas pipe.
일반적으로, 소정의 관을 통과하는 유체의 유량을 측정하고자 하는 경우, 유체의 성분, 밀도, 온도와 압력 및 점도, 난류 유·무등을 고려하여 주로 오리피스(orifice), 노즐, 벤추리관등과 같은 타입의 접촉식 가스 유량계를 사용하였는데, 이러한 접촉식 가스유량계의 원리는 해당 가스관의 압력을 계측한 후, 「속도는 압력의 제곱근에 반비례한다」는 베르누이 방정식을 이용하여 계측된 압력으로부터 속도를 구하고, 「유량은 속도와 배관단면적의 곱으로 된다」는 원리를 이용하여, 앞서 베르누이 방정식을 이용하여 구한 배관의 최초 설치시에 측정해 놓은 단면적을 곱하여 유량을 산출하였다.In general, when measuring the flow rate of a fluid through a predetermined pipe, the type such as orifice, nozzle, venturi tube, etc. is mainly considered in consideration of the composition, density, temperature and pressure and viscosity of the fluid, and the presence or absence of turbulence. The contact gas flowmeter is used.The principle of this contact gas flowmeter is to measure the pressure in the gas pipe, and then calculate the velocity from the measured pressure using Bernoulli's equation, `` Speed is inversely proportional to the square root of pressure. '' The flow rate was calculated by multiplying the cross-sectional area measured at the time of initial installation of the pipe obtained using the Bernoulli equation, using the principle that the "flow rate is the product of the velocity and the pipe cross-sectional area".
그외 다른 방법으로서, 상기와 같은 접촉식 유량계에 비하여 압력손실이 적고, 내구성이 우수하다는 장점이 있는 초음파센서를 이용한 유량계가 이용되는데, 이는 가스관의 내벽에 초음파 진동발진자 및 수신자를 설치하고, 이를 이용하여 발진자에서 발생된 음파를 수신자에 도달되는 시간을 측정하는데, 보통의 음파의 경로에서 유체의 속도가 첨가될 경우 초음파 도달시간이 달라지는데, 즉, 유속의 흐름이 음속방향과 같으면 빨라지고 반대방향이면 음파의 속도는 느려질 것이다. 이를 이용하여 유체속도를 산출해낸다.As another method, a flow meter using an ultrasonic sensor having advantages of low pressure loss and excellent durability compared to the contact flow meter as described above is used, which uses an ultrasonic vibration oscillator and receiver on the inner wall of the gas pipe, and uses the same. By measuring the time to reach the receiver of the sound waves generated from the oscillator, the ultrasonic arrival time is different when the velocity of the fluid is added in the path of the normal sound waves, that is, if the flow velocity of the flow velocity is the same as the speed of sound velocity, the sound waves are reversed. Will slow down. Use this to calculate the fluid velocity.
이러한 초음파센서를 이용한 유량계측정장치는 도 1의 (A) 및 (B)에 도시한 바와 같이, 발진 및 수신기능을 갖는 두개의 초음파 센서(1,2)를 가스관내의 관로 좌우 유체관 벽면에 장착하고, 이렇게 설치된 상기 두 초음파센서(1,2)의 출력센싱신호를 각각 증폭기(4,5)를 통해 소정 레벨까지 증폭시킨 후, 이를 주제어기(7)에서 입력받아, 두 지연시간을 평균하여 유체의 속도를 산출하고, 이에 초기설정된 가스관의 단면적을 곱하여 유량(Q)을 구하는 것이다.In the flowmeter measuring apparatus using the ultrasonic sensor, as shown in FIGS. 1A and 1B, two ultrasonic sensors 1 and 2 having oscillation and reception functions are provided on the left and right fluid pipe walls of the gas pipe. And amplify the output sensing signals of the two ultrasonic sensors 1 and 2 thus installed through the amplifiers 4 and 5 to a predetermined level, and then input them from the main controller 7 to average the two delay times. The velocity of the fluid is calculated, and the flow rate Q is obtained by multiplying the cross-sectional area of the initially set gas pipe.
그런데, 위에 설명한 두 방법 모두 단위면적을 통과하는 유량을 산출하기 위한 가스관의 단면적값을 초기 설치시 측정한 값으로 하는데, 가스관내에 침전물이 쌓이기 때문에, 가스관의 단면적이 변화되는 경우, 정확한 유량측정이 불가능하게 된다는 문제점이 있다.However, in both methods described above, the cross sectional area value of the gas pipe for calculating the flow rate passing through the unit area is measured at the time of initial installation, and since the deposits accumulate in the gas pipe, accurate measurement of the flow rate when the cross sectional area of the gas pipe changes There is a problem that this becomes impossible.
또한, 침전물의 두께는 시간이 지날수록 두꺼워지는데, 지금까지는 이러한 퇴적물에 의해 변화하는 가스관의 단면적을 측정할 수 있는 방법이 없었다.In addition, the thickness of the deposit becomes thicker with time, but until now there has been no method for measuring the cross-sectional area of the gas pipe changed by such a deposit.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 침전물에 의해서 변화하는 가스관의 단면적을 실시간으로 파악하여 가스관을 통과하는 유체의 유량을 보다 정확하게 측정할 수 있는 가스관의 초음파 유량 계측 방법 및 장치를 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, the object of which is to grasp the cross-sectional area of the gas pipe changed by the sediment in real time, the ultrasonic flow rate of the gas pipe can more accurately measure the flow rate of the fluid passing through the gas pipe It is to provide a measuring method and apparatus.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 구성수단으로서, 본 발명에 따른 유량계측방법은 초음파센서로 가스관의 상부내벽에서 초음파 발신하여 그 초음파가 침전물에 반사되어 다시 수신되기까지 걸린 시간(T3)을 측정하여, 가스관상부에서 침전물까지의 거리(d)를 측정한 후, 에 대입하여 각도(θ2)를 구하고, 이를 다음 식 (여기에서, R은 가스관의 반경이다)에 대입하여 가스관의 유효단면적(A)를 구하고, 이 유효단면적(A)에 검출된 유속 및 유량계수(K)를 곱하여 가스관의 유량을 산출하는 것을 특징으로 한다.As a constitutional means for achieving the object of the present invention described above, the flow measurement method according to the present invention transmits ultrasonic waves from the upper inner wall of the gas pipe with an ultrasonic sensor and the time (T3) taken until the ultrasonic waves are reflected on the precipitate and received again By measuring the distance d from the upper part of the gas pipe to the precipitate, Find the angle (θ 2 ) by substituting for (Where R is the radius of the gas pipe) to obtain the effective cross-sectional area A of the gas pipe, and calculate the flow rate of the gas pipe by multiplying the effective cross-sectional area A by the detected flow rate and flow rate coefficient K. It is done.
본 발명의 또 다른 구성수단으로서, 초음파를 이용한 유량계측장치는 가스관의 좌우 내벽에 서로 마주보도록 설치하여 상대편에서 발사된 초음파를 수신하도록 설치된 제1,2초음파센서와,As another configuration means of the present invention, the flow measurement device using ultrasonic waves is installed on the left and right inner walls of the gas pipe to face each other, the first and second ultrasonic sensors installed to receive the ultrasonic waves emitted from the other side,
가스관의 상부 내벽에 침전물을 향해 초음파를 발사하고 침전물에 반사되어 온 초음파를 수신하도록 설치된 제3초음파센서와,A third ultrasonic sensor installed on the upper inner wall of the gas pipe to emit ultrasonic waves toward the precipitate and receive ultrasonic waves reflected from the precipitate;
상기 제1~제3초음파센서로 송신펄스전압을 인가하고 수신펄스전압을 증폭하는 제1~제3증폭기와,First to third amplifiers configured to apply a transmission pulse voltage to the first to third ultrasonic sensors and amplify the reception pulse voltage;
상기 제1,2증폭기를 통해 송신펄스와 수신펄스의 시간차(T1,T2)로부터 유속(V)을 산출하고, 상기 제3증폭기를 통해 입력되는 제3초음파센서의 초음파전달시간(T3)로부터 가스관의 상부내벽에서 침전물까지의 거리를 산출해 침전물을 고려한 가스관의 실제 유효단면적(A)를 산출하고, 이에 상기 유속(V) 및 유량계수(K)를 곱하여 유량을 산출하는 제어부와,The flow rate (V) is calculated from the time difference (T1, T2) of the transmission pulse and the reception pulse through the first and second amplifiers, and the gas pipe from the ultrasonic wave transmission time (T3) of the third ultrasonic sensor input through the third amplifier. A control unit for calculating a flow rate by calculating the distance from the upper inner wall of the sediment to the sediment and calculating the actual effective area A of the gas pipe considering the sediment, multiplying the flow rate V and the flow rate K;
상기 제어부에서 계산된 유량을 표시하는 출력부로 이루어짐을 특징으로 한다.Characterized in that it consists of an output unit for displaying the flow rate calculated by the control unit.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따라 가스관 유량 계측 장치 및 방법에 대하여 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, with reference to an accompanying drawing, a gas pipeline flow measuring apparatus and method are demonstrated according to this invention.
도 2의 (A)는 본 발명에 따른 가스관 유량 계측 장치의 설치예을 보이는 모식도로서, 본 발명에 따른 유량계측장치는 가스관의 좌우 벽면에 소정 각도(θ1) 를 가지고 설치되어 가스관내의 유체속도를 검출하기 위한 제1,2초음파센서(21, 22)와, 상기 가스관내의 상부 벽면에 설치되어 수직방향으로 고체침전물까지의 수직 거리(d)를 측정하기 위한 제3초음파센서(23)와, 상기 제1,2,3초음파센서(21~23)의 출력되는 미약한 센싱신호를 각각 소정 레벨까지 증폭시키는 제1~제3증폭기(24~26)와, 상기 제1,2증폭기(24,25)로부터 입력된 센싱값으로부터 유체의 속도를 구하고, 제3증폭기(26)로부터 입력된 센싱값으로부터 침전물을 감안한 가스관의 단면적을 산출한 후 해당 가스관을 통과하는 유량을 산출하는 주제어기(27)와, 상기 주제어기(27)로부터 산출된 유량값을 작업자가 알 수 있도록 디스플레이하는 출력부(28)를 구비한다.Figure 2 (A) is a schematic diagram showing an installation example of the gas pipe flow rate measuring apparatus according to the present invention, the flow measuring device according to the present invention is installed with a predetermined angle (θ1) on the left and right walls of the gas pipe to determine the fluid velocity in the gas pipe First and second ultrasonic sensors 21 and 22 for detecting, third ultrasonic sensors 23 for measuring the vertical distance d to the solid precipitate in the vertical direction by being installed on the upper wall in the gas pipe, First to third amplifiers 24 to 26 that amplify the weak sensing signals output from the first, second and third ultrasonic sensors 21 to 23 to predetermined levels, and the first and second amplifiers 24 and 26. The main controller 27 calculates the flow rate through the gas pipe after calculating the velocity of the fluid from the sensing value input from 25) and calculating the cross-sectional area of the gas pipe considering the sediment from the sensing value input from the third amplifier 26. And, the operator calculates the flow rate value calculated from the main controller 27 It has an output 28 for displaying so as to know.
도 2의 (B)는 상기 도 2의 (A)에 도시한 유량 계측 장치의 기능블럭도로서, 제1~초음파센서(21~23)와 제1~제3증폭기(24~26) 및 출력부(28)는 상기 도 2의 (A)서 설명한 바와 같으며, 그외 상기 주제어기(27)가 상기 제1,2증폭기(24,25)로부터 입력되는 초음파발신으로부터 수신시까지 걸리는 시간값(T1,T2)과 가스관내의 유체내에서의 음속(c) 및 거리(L)로부터 유체의 유속(V)을 연산하는 유속산출부(271)와 상기 제2증폭기(26)로부터 입력되는 초음파발신시부터 수신시까지 걸리는 시간(T3)으로부터 가스관의 상부에서 침전물까지의 거리(d)를 산출하고 상기 거리(d)를 이용하여 침전물의 면적을 계산하고 이를 최초설치시의 단면적에서 빼어 실제 유효단면적을 산출하는 유효단면적산출부(272)와 상기 유속산출부(271)로부터 연산된 유속(V)에 상기 유효단면적산출부(272)로부터 산출된 유효단면적을 곱하여 유량(Q)를 연산하는 유량산출부(273)로 이루어진다.FIG. 2B is a functional block diagram of the flow rate measuring device shown in FIG. 2A, wherein the first to ultrasonic sensors 21 to 23, the first to third amplifiers 24 to 26, and the output are shown. The unit 28 is as described with reference to FIG. 2A, and the time value from the ultrasonic transmission to the reception of the main controller 27 input from the first and second amplifiers 24 and 25 ( Ultrasonic emission input from the flow rate calculation unit 271 and the second amplifier 26 for calculating the flow rate V of the fluid from the sound speed c and the distance L in the fluid in the gas pipe T1 and T2 Calculate the distance (d) from the top of the gas pipe to the sediment from the time (T3) from the time of reception to the time of reception and calculate the area of the sediment using the distance (d) and subtract it from the cross-sectional area at the time of initial installation to obtain the actual effective area. From the effective cross-sectional area calculation unit 272 to the effective cross-sectional area calculation unit 272 and the flow rate (V) calculated from the flow rate calculation unit 271 It consists of a flow rate calculation part 273 which calculates the flow volume Q by multiplying the calculated effective cross-sectional area.
본 발명에 따른 유량계측방법 및 장치에서의 유량산출방법에 대하여 도 3을 참조하여 설명한다. A flow measurement method in the flow measurement method and apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG.
측정하고자 하는 배관(31)이 주어지면 배관의 반경(R)이 주어지게 된다. Given the pipe 31 to be measured is given a radius (R) of the pipe.
그리고, 그 단면적을 측정하고자 하는 배관(31)에 침전물이 쌓이는데, 이때 침전물의 곡률을 상기 가스관의 반지름(R)인 가상의 원과 같다고 가정한다. And, deposits accumulate in the pipe 31 to measure the cross-sectional area, it is assumed that the curvature of the precipitate is equal to the imaginary circle of the radius (R) of the gas pipe.
그리고, 상기 침전물의 표면에 접하도록 상기 동일한 반경(R)을 갖는 가상배관(32)을 그린다. 이때, 침전물이 쌓인 실제 배관(31)의 중심을 O라고, 상기 침전물의 표면에 접하도록 그려진 가상배관(32)의 중심을 O'라고 하면, 가상배관(32)의 중심(O')과 실제배관(31)의 중심(O)을 지나는 지름을 연결하면 삼각형이 만들어진다. 이때, 이렇게 형성된 삼각형에서 상기 가상배관(32)의 중심(O')점에서의 사이각을 θ2라고 한다.Then, the virtual pipe 32 having the same radius (R) is drawn to contact the surface of the precipitate. At this time, if the center of the actual pipe 31 in which the sediment is accumulated is O, and the center of the virtual pipe 32 drawn to contact the surface of the sediment is O ', the center O' of the virtual pipe 32 and the actual Connecting the diameter passing through the center (O) of the pipe (31) makes a triangle. At this time, the angle between the center O 'point of the virtual pipe 32 in the triangle formed as described above is referred to as θ 2 .
따라서, 상기 배관(31)의 상부에서 침전물까지의 거리를 d라고 하면, 상기 삼각형의 높이는 R-d/2 가 된다. 따라서, 상기 배관상부에서 침전물까지의 거리d와 배관(31)의 반지름R을 다음의 수학식 1에 대입하여 상기 사이각 θ2를 구할 수 있다.Therefore, if the distance from the upper portion of the pipe 31 to the precipitate is d, the height of the triangle is Rd / 2. Accordingly, the distance θ 2 can be obtained by substituting the distance d from the upper portion of the pipe to the precipitate and the radius R of the pipe 31 by the following equation (1).
그리고, 상기 사이각 θ2를 구하면, 가상배관(32)에서 각도θ2 의 부채꼴면적 을 구할 수 있다.Then, when the angle θ 2 is obtained, the fan-shaped area of the angle θ 2 in the virtual pipe 32 is obtained. Can be obtained.
그리고, 삼각형의 면적은 다음 수학식 2와 같이 표현할 수 있다.The area of the triangle may be expressed as in Equation 2 below.
따라서, 상기 배관(31)의 실제면적(A)은 상기 사이각 θ2 로 이루어진 부채꼴면적에서 삼각형의 면적을 뺀 값을 두배한 값이 된다. 이는 다음 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.Therefore, the actual area A of the pipe 31 is a value obtained by doubling the value obtained by subtracting the area of the triangle from the sector area formed by the angle θ 2 . This may be expressed as in Equation 3 below.
상기 설명한 원리를 적용하여 가스관내를 흐르는 유체의 유량을 측정하는 과정을 설명한다.A process of measuring the flow rate of the fluid flowing in the gas pipe by applying the above-described principle will be described.
도 2에 도시한 제1,2초음파센서(21,22)는 각각 도 1에 도시한 종래의 장치에서와 마찬가지로, 발신부에서 발신한 초음파가 수신부에 도달되는 시간(T1,T2)를 각각 측정하여 이를 나타내는 펄스신호를 제1,2증폭기(24,25)로 인가하고, 제1,2증폭기(24,25)는 상기 제1,2초음파센서(21,22)로부터 출력되는 미약한 펄스신호를 소정 레벨이상으로 증폭시킨다.The first and second ultrasonic sensors 21 and 22 shown in FIG. 2 respectively measure the time T1 and T2 when the ultrasonic wave transmitted from the transmitter reaches the receiver as in the conventional apparatus shown in FIG. The pulse signal indicating this is applied to the first and second amplifiers 24 and 25, and the first and second amplifiers 24 and 25 are weak pulse signals output from the first and second ultrasonic sensors 21 and 22. To amplify above a predetermined level.
여기에서, 상기 제1,2초음파센서(21,22)는 가스관의 내벽에 유속방향을 기준으로 임의 각도(θ1)로 기울어져 설치되어, 가스관내의 유체의 유속(V)과 반대방향으로 발진된 음파가 상기 발/수신부간의 거리(L)를 도달하는데 소요되는 시간(T1)과 유체의 유속(V)과 같은 방향으로 발신된 초음파가 수신부까지 도달되는데 소요되는 시간(T2)는 유체내에서의 음속을 c라 할때, 다음 수학식 4와 같다.Here, the first and second ultrasonic sensors 21 and 22 are inclined at an arbitrary angle (θ 1 ) on the inner wall of the gas pipe with respect to the flow direction, so that the first and second ultrasonic sensors 21 and 22 are opposite to the flow velocity of the fluid in the gas pipe (V). The time T1 for the oscillated sound wave to reach the distance L between the receiver / receiver and the time T2 for the ultrasonic wave transmitted in the same direction as the flow velocity V of the fluid to the receiver are determined in the fluid. When the sound velocity at is c, Equation 4 is obtained.
따라서, 다음 수학식 5와 같이 두 시간값(T1,T2)을 연산함에 의해서 유체의 속도(V)가 구해진다.Therefore, the velocity V of the fluid is obtained by calculating two time values T1 and T2 as shown in Equation 5 below.
즉, 상기 도 2의 (B)에 도시한 유속산출부(271)는 상기 제1,2증폭기(24,25)로부터 입력된 두 초음파센서(21,22)의 초음파수신시간(T2,T3)을 상기 수학식 5와 같이 연산하여 유체의 유속(V)을 산출한다.That is, the flow rate calculation unit 271 illustrated in FIG. 2B has ultrasonic reception times T2 and T3 of the two ultrasonic sensors 21 and 22 input from the first and second amplifiers 24 and 25. It is calculated as shown in Equation 5 to calculate the flow rate (V) of the fluid.
그리고, 제3초음파센서(23)는 설치된 가스관의 상부내벽에서 아래방향으로 초음파를 발신하여, 가스관 하부의 침전물에 반사되어 다시 수신되기까지 걸리는 시간(T3)에 대응하는 펄스신호를 출력한다. 이는 제3증폭기(26)로 입력되어 소정 레벨로 증폭된 후 주제어기(27)로 입력된다.In addition, the third ultrasonic sensor 23 transmits ultrasonic waves downward from the upper inner wall of the installed gas pipe, and outputs a pulse signal corresponding to the time T3 taken from the sediment under the gas pipe to be received again. This is input to the third amplifier 26, amplified to a predetermined level, and then input to the main controller 27.
이에 상기 주제어기(27)에서는 도 2의 (B)에 보인 유효단면적산출부(272)에서 상기 입력되는 시간(T3)을 다음 수학식 6에 대입하여 가스관 상부에서 침전물까지의 거리(d)를 산출한다.Accordingly, in the main controller 27, the distance d from the upper portion of the gas pipe to the precipitate is substituted by the input time T3 in the effective cross-sectional area calculating unit 272 shown in FIG. Calculate.
그리고, 이렇게 얻어진 거리(d)를 앞서 설명한 수학식 3에 대입하여 침전물에 의해 좁아진 실제 가스관의 단면적(A)을 구한다.Then, the distance d thus obtained is substituted into Equation 3 described above to obtain the cross-sectional area A of the actual gas pipe narrowed by the precipitate.
이와 같이, 가스관내의 유속(A)과 실제 단면적(A)가 얻어지면, 유량산출부(273)는 다음의 수학식 7과 같이 유속(V), 단면적(A)에 유량계수(K)를 곱하여 단위시간당 가스관을 통과하는 유량(Q)를 산출한다.In this way, when the flow rate A and the actual cross-sectional area A in the gas pipe are obtained, the flow rate calculation unit 273 adds the flow rate K to the flow rate V and the cross-sectional area A as shown in Equation 7 below. Multiply to calculate the flow rate Q through the gas pipe per unit time.
이와 같은 유량산출과정을 그 동작 순서대로 표현하면 도 4의 플로우챠트와 같이 된다.When the flow rate calculation process is expressed in the order of operation, it becomes as in the flowchart of FIG.
상기 도 4의 플로우챠트에서, 디지탈변환단계(403, 404)는 아날로그 신호로 검출되는 제1~제3초음파센서(21~23)의 센싱신호를 주제어기(27)에서 연산할 수 있도록 전달시간(T1,T2,T3)을 나타내는 디지탈데이타로 변환하는 과정이다. 즉, 상술한 동작설명 및 구성에서는 생략되었지만, 상기 주제어기(27)의 내부 또는 외부에 상기 제1~제3증폭기(24,25,26)로부터 입력되는 아날로그신호를 디지탈신호로 변환하는 아날로그/디지탈변환부가 구비된다.In the flowchart of FIG. 4, the digital conversion steps 403 and 404 may be performed so that the main controller 27 calculates the sensing signals of the first to third ultrasonic sensors 21 to 23 detected as analog signals. This is the process of converting into digital data representing (T1, T2, T3). That is, although omitted in the above-described operation and configuration, the analog / digital signal for converting an analog signal input from the first to third amplifiers 24, 25, and 26 into or out of the main controller 27 is converted into a digital signal. Digital conversion unit is provided.
상기에서, 제1,2초음파센서(21~23)는 압전세라믹은 피에조타입(piezo type)의 초음파진동자로 구성된 것으로, 상기 초음파진동자의 양단에 소정 전압을 가하여 초음파진동자를 진동시킴에 의하여 초음파를 발신시키고, 역으로 초음파가 수신되면, 수신된 초음파에 따라 진동하는 초음파진동자의 양단에서 소정레벨의 전압이 발생하게 되는 것이다. 이때, 초음파의 주파수는 전파되는 매질에 따라서 달라지는데, 본 발명에서와 같이 가스인 경우에는 55KHz 부근의 주파수를 사용한다.In the above, the first and second ultrasonic sensors 21 to 23 are piezoceramic piezoelectric type ultrasonic vibrators, and ultrasonic waves are vibrated by applying a predetermined voltage to both ends of the ultrasonic vibrators. When the ultrasonic wave is transmitted and the ultrasonic wave is reversed, a voltage of a predetermined level is generated at both ends of the ultrasonic vibrator which vibrates according to the received ultrasonic wave. At this time, the frequency of the ultrasonic wave varies depending on the propagating medium. In the case of the gas as in the present invention, a frequency around 55 KHz is used.
그리고, 제1~제3증폭기(24~26)는 소정 레벨(dc 100v)의 펄스전압을 발생시켜 상기 제1,2초음파센서(21~23)의 초음파진동자에 인가하는 송신회로부와, 상기 초음파를 수신함에 의해서 제1,2초음파센서(21~23)의 초음파진동자 양단에서 발생하는 수 mV의 미약한 전압을 수V로 증폭하는 수신회로부로 이루어진다.In addition, the first to third amplifiers 24 to 26 generate a pulse voltage of a predetermined level (dc 100v) and transmit them to the ultrasonic vibrators of the first and second ultrasonic sensors 21 to 23, and the ultrasonic waves. By receiving the first and second ultrasonic sensors (21 ~ 23) consists of a receiving circuit unit for amplifying a few mV of a few mV generated at both ends of the ultrasonic vibrator.
상기 초음파센서(21~23)는 주구성요소인 초음파진동자를 보호하기 위해 vibration plate를 외부에 도포하고, baking material로 에폭시 처리하여 어떤 외란에도 변함없이 동작하도록 구성하며, 그 외피는 sus316 body로 만들어 부식을 방지할 수 있도록 구성하였다.제1~제3증폭기(24~26)는 주제어기(27)로부터 인가되는 TTL레벨의 펄스신호를 소정 레벨(dc 100v)의 전압으로 변환하여 초음파진동자에 가하는 전압레벨기와 초음파진동자의 양단에 걸리는 전압을 증폭하여 소정 레벨의 펄스전압으로 변환하는 증폭기, 검파기 및 슈미트 트리거로 구성할 수 있다.The ultrasonic sensors 21 to 23 are applied to the outside of the vibration plate in order to protect the ultrasonic vibrator, which is the main component, and is epoxy-treated with baking material to be configured to operate without any disturbance, and the outer skin is made of sus316 body. The first to third amplifiers 24 to 26 convert the pulse signal of the TTL level applied from the main controller 27 into a voltage of a predetermined level (dc 100v) and apply it to the ultrasonic vibrator. An amplifier, a detector, and a Schmitt trigger may be configured to amplify a voltage applied to both ends of the voltage level and the ultrasonic vibrator and convert the voltage to a predetermined voltage.
상술한 바와 같이, 시간의 경과에 따라서 침전물이 쌓여가는 배관의 실제 단면적을 실시간으로 검출하고, 이렇게 검출된 유효단면적을 이용하여 유량을 산출함으로서, 가스관을 통과하는 유체의 유량을 정확하게 검출할 수 있으며, 이로부터 정확한 계기로 정확한 에너지 사용 발생원단위 적용에 의한 에너지 절감효과를 높힐 수 있는 우수한 효과가 있는 것이다.As described above, by detecting in real time the actual cross-sectional area of the pipe in which sediment accumulates and calculating the flow rate using the detected effective area, the flow rate of the fluid passing through the gas pipe can be accurately detected. From this, there is an excellent effect to increase the energy saving effect by applying the correct energy use source unit from the accurate instrument.
도 1은 일반적으로 사용되는 2개의 초음파센서를 이용한 가스관의 유량계측장치를 보이는 구성도이다.1 is a block diagram showing a flow rate measuring device of a gas pipe using two ultrasonic sensors generally used.
도 2는 본 발명에 따른 가스관의 초음파 유량 계측 장치를 도시한 구성도이다.2 is a configuration diagram showing an ultrasonic flow rate measuring apparatus for a gas pipe according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따라서 침전물이 쌓인 가스관의 유량을 산출하는 원리를 설명하기 위한 모식도이다.Figure 3 is a schematic diagram for explaining the principle of calculating the flow rate of the gas pipe in which the deposits accumulated according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 가스관의 유량을 계측하는 과정을 보이는 플로우챠트이다.4 is a flowchart showing a process of measuring the flow rate of the gas pipe according to the present invention.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
1 ~ 3 : 초음파 센서1 to 3: ultrasonic sensor
4 ~ 6 : 증폭부4 to 6: amplification unit
7 : 주제어부7: subject fisherman
8 : 디스플레이부8 display unit
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