KR100488272B1 - 초음파 유량계측장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 초음파 유량계측장치는 그를 통해 피측정 유체가 유동하는 계측유로(6)와, 상기 계측유로(6)의 상류측 및 하류측에 각각 제공된 초음파 송수신기(8, 9)와, 상기 초음파 송수신기(8, 9)를 상기 계측유로에 노출시키기 위한, 상류 개구 구멍(11) 및 하류 개구 구멍(12)과, 적어도 하류측 개구 구멍의 근방에 제공되어 상기 개구 구멍(12)으로의 유체의 유입 유동을 저감시키는 제 1 유입 억제체(15)와, 상기 개구 구멍들(11, 12)로의 피측정 유체의 유입 유동을 저감시키기 위해, 상기 개구 구멍들(11, 12)에 대해 상기 계측유로(6)의 상류측에 제공된 제 2 유입 억제체(16)와, 상기 초음파 송수신기들(8, 9) 사이에서 초음파의 전달 시간을 측정하는 계측 제어부(19)와, 상기 계측 제어부(19)로부터의 신호에 기반하여 유량을 산출하기 위한 연산부(20)를 포함한다. 상기 하류 개구 구멍에 대해 제공된 상기 제 1 유입 억제체(15)는 하나 이상의 초음파 투과구(22)를 갖는 개구 구멍 봉쇄부(21)를 포함한다. 따라서, 초음파 송수신기들 사이의 유동을 안정화시켜 초음파 수신 레벨을 향상시키고, 그에 의해, 유량 계측의 상한값과 계측 정밀도를 향상시키며, 초음파 송수신기를 위한 구동 입력을 감소시킬 수 있다.

Description

초음파 유량계측장치{Ultrasonic flowmeter}
본 발명은 초음파를 사용하여 가스 또는 유체의 유량 및/또는 유속을 계측하기 위한 초음파 유량계측장치에 관한 것이다.
종래에는 일본 특개평 11-351926호에 개시된 바와 같은 초음파 유량계측장치들이 본 기술 분야에서 공지되어 있었다. 도 44에 예시된 바와 같이, 초음파 유량계측장치는 일 단부로부터 그 다른 단부로의 유체의 유동을 허용하는 측정관(1)과, 상류 초음파 송수신기(2a) 및 하류 초음파 송수신기(2b)를 포함한다. 상기 상류 초음파 송수신기(2a)와 하류 초음파 송수신기(2b)는 그 사이의 측정관(1)을 경유하여, 측정관(1)의 중앙선에 대해 소정 각도를 가진 상태로 서로 대향 배치되어 있다. 상기 상류 초음파 송수신기(2a) 및 하류 초음파 송수신기(2b)는 각각 측정관(1)의 오목부들(3a, 3b)내에 수납되어 있다. 유동 변동 억제부(5)가 측정관(1)의 입구측(4)상에 추가로 제공되어 있다. 측정관(1)으로 도입하는 유동은, 계측부내의 유선의 경사 감소 및/또는 난류 발생 억제를 위해, 유동 변동 억제부(5)에 의해 규제되고, 그래서, 유동 교란의 경계면에서 초음파의 반사 및/또는 굴절로 인한 초음파 수신 레벨의 변화가 감소되며, 그래서, 계측 정밀도가 악화되는 것을 방지한다.
다른 종래예들은 일본 특개소 63-26537호에 개시된 바와 갇은 것들이 본 기술 분야에 공지되어 있다. 도 45에 도시된 바와 같이, 한쌍의 초음파 송수신기들(2a, 2b)이 측정관(1)의 벽면을 따라서, 서로에 대해 상류측과 하류측상에 각각 제공되어 있다. 상기 초음파 송수신기들(2a, 2b)은 측정관(1)내에 제공된 오목부(3a, 3b)내에 각각 수납되어 있고, 각 오목부들(3a, 3b)의 캐비티 공간내에 벌크형 초음파 투과부재(3c)가 유동이 오목부(3a, 3b)내로 도입되는 것을 방지하도록 배치되어 있으며, 그에 의해, 고정밀 유량 계측을 제공한다.
도 44에 예시된 바와 같은 종래의 구조에서, 유동 변동 억제부(5)에 의해 오목부들(3a, 3b)과 측정관(1)의 계측부내의 유동 교란들을 감소시키고, 그에 의해, 계측 정밀도의 악화를 감소시키는 것이 가능하다. 그러나, 측정관(1)을 통한 유량이 증가될 때, 유체는 오목부들(3a, 3b)내로 유동하여 난류를 유발시키고, 그에 의해, 초음파 송수신기들(2a, 2b) 사이의 유동 난류를 증가시키게 된다. 이 경우에, 초음파는 증가된 난류에 의해 반사 및 굴절되며, 그에 의해, 초음파 수신 레벨을 저하시키게 된다. 따라서, 초음파 송수신기들(2a, 2b)의 구동 입력을 감소시키는 것이 곤란하다.
벌크형 초음파 전달 부재(3c)가 각 오목부들(3a, 3b)내에 제공되어 있는, 도 45에 도시된 구조에서는, 벌크형 초음파 투과 부재(3c)를 통한 초음파의 전달 동안 전달 손실이 발생할 수 있고, 그에 의해, 초음파 송신 출력 및 수신 감도가 저하한다. 무엇보다도, 초음파가 벌크형 초음파 투과 부재(3c)를 통과할 때 고체를 통해 전달되기 때문에, 그 직선성이 감소되고, 그래서, 대향 배치된 초음파 송수신기를 향해 초음파를 방산하기가 어려워진다. 따라서, 단지 작은 전지 용량으로, 예로서 10년의 장기간에 걸쳐 사용되는 도시 가스 또는 LPG 같은 가정용 연료 가스의 양을 계량하기 위한 가스 계량기 같은 디바이스로서 사용하기 위해, 유량계측장치의 전력 소모를 감소시키는 것이 어려워진다.
본 발명은 상술한 문제점들을 해결하기 위한 것이다. 본 발명의 목적은 초음파 수신 레벨을 향상시키도록 초음파 송수신기들 사이의 유동 교란들 또는 난류들의 발생을 감소시키고, 그에 의해, 계측 정밀도를 향상시키고, 유량 계측을 위한 상한값을 향상시키며, 초음파 송수신기들을 위한 구동 입력을 감소시킴으로써, 전력 소모를 감소시키는 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 초음파 유량계측장치의 구조를 예시하는 단면도.
도 2는 도 1에 도시된 제 1 유입 억제체를 예시하는 단면도.
도 3은 다른 제 1 유입 억제체를 예시하는 단면도.
도 4는 다른 제 1 유입 억제체를 예시하는, 초음파 유량계측장치의 구조의 단면도.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 다른 제 1 유입 억제체를 예시하는 단면도.
도 6은 도 4에 도시된 개구 구멍 봉쇄부의 다른 예를 예시하는 전면도.
도 7은 A-A 선을 따라 취한 도 1에 도시된 계측 유동 경로를 예시하는 단면도.
도 8은 도 6에 도시된 개구 구멍을 예시하는 정면도.
도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 초음파 유량계측장치의 구조를 예시하는 단면도.
도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 도입부를 예시하는 평면도.
도 11은 B-B선을 따라 취한 도 9에 도시된 계측 유동 경로를 예시하는 단면도.
도 12는 다른 편류 억제체를 예시하는 초음파 유량계측장치의 구조를 도시하는 단면도.
도 13은 본 발명의 제 3 실시에에 따른 다른 제 1 유입 억제체를 예시하는 단면도.
도 14는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 다른 제 1 유동 억제체를 예시하는 단면도.
도 15는 본발명의 제 4 실시예에 따른 초음파 유량계측장치의 구조를 예시하는 단면도.
도 16은 유동 방향을 따라 도시한, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 전달로 유동 규제체를 도시하는 정면도.
도 17은 도 15의 전달로 유동 규제체가 없는 경우의 보정 계수 특성들을 예시하는 그래프.
도 18은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 전달로 유동 규제체가 있는 경우의 보정 계수 특성들을 예시하는 그래프.
도 19는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 다른 전달로 유동 규제체를 예시하는 단면도.
도 20은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 다른 전달로 유동 규제체를 예시하는 초음파 유량계측장치의 단면도.
도 21은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 다른 전달로 유동 규제체를 예시하는 사시도.
도 22는 A-A선을 따라 취한 도 20에 도시된 전달로 유동 규제체를 예시하는 단면도.
도 23은 전달로 유동 규제체들이 제공되어 있는 위치를 예시하는 단면도.
도 24는 다른 전달로 유동 규제체를 예시하는 사시도.
도 25는 다른 전달로 유동 규제체를 예시하는 사시도.
도 26은 유동 방향을 따라서 본, 다른 전달로 유동 규제체의 정면도.
도 27은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 초음파 유량계측장치의 구조를 예시하는 단면도.
도 28은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 유입 억제체를 예시하는 단면도.
도 29는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 다른 유입 억제체를 예시하는 단면도.
도 30은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 다른 유입 억제체를 예시하는 단면도.
도 31은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 다른 유입 억제체를 예시하는 단면도.
도 32는 본 발명의 제 5 실시예의 다른 예를 예시하는 초음파 유량계측장치의 단면도.
도 33은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 유입 억제체들과 전달로 유동 규제체들의 다른 예를 예시하는 사시도.
도 34는 본 발명의 제 6 실시예에 따른 초음파 유량계측장치의 유동 경로를 예시하는 단면도.
도 35는 본 발명의 제 6 실시예에 따른 개구 구멍부를 예시하는 단면도.
도 36은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 서로 대향한 초음파 송수신기들 사이의 위치적 관계를 예시하는 단면도.
도 37은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 제 1 분할 통로들의 출구면들을 예시하는 정면도.
도 38은 본 발명의 제 6 실시에에 따른 제 2 분할 통로들의 출구면들을 예시하는 정면도.
도 39는 본 발명의 제 6 실시예에 따른 제 3 분할 통로들의 출구면들을 예시하는 정면도.
도 40은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 분할 통로들의 출구면을 예시하는 정면도.
도 41은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 분할 통로들의 연통부들을 예시하는 단면도.
도 42는 본 발명의 제 6 실시예에 따른 분할 통로들의 다른 예를 예시하는 단면도.
도 43은 도 42에 도시된 분할 통로들의 출구면을 예시하는 정면도.
도 44는 종래의 초음파 유량계측장치의 구조를 예시하는 다이어그램.
도 45는 다른 종래의 초음파 유량계측장치의 구조를 예시하는 다이어그램.
본 발명의 초음파 유량계측장치는 피측정 유체가 통과하여 유동하게되는 계측유로와, 상기 계측유로를 따라 서로에 대해 상류측 및 하류측상에 각각 제공된 초음파 송수신기들과, 상기 초음파 송수신기들을 계측유로에 노출시키는 상류 개구 구멍 및 하류 개구 구멍과, 적어도 상기 하류 개구 구멍의 근방에 제공되어 상기 개구 구멍내로의 피측정 유체의 유입 유동을 저감시키는 제 1 유입 억제체와, 상기 개구 구멍들에 대해 계측유로의 상류측에 제공되어, 상기 개구 구멍내로의 피측정 유체의 유입을 감소시키는 제 2 유입 억제체와, 상기 초음파 송수신기들 사이에서의 초음파의 전달 시간을 측정하는 계측 제어부와, 상기 계측 제어부로부터의 신호에 기반하여 유량을 산출하는 연산부를 포함하고, 상기 하류 개구 구멍에 대해 제공된 제 1 유입 억제체는 하나 이상의 초음파 투과구를 가진 개구 구멍 봉쇄부를 포함한다. 따라서, 초음파 수신 레벨을 향상시키도록 초음파 송수신기들 사이의 유동을 안정화하는 것이 가능하며, 그에 의해, 계측 정밀도 및 유량 계측의 상한값을 향상시키며, 유입 억제체를 제공함으로써 초음파의 감쇠를 개선시키는 것과, 초음파 수신 레벨의 강화에 의해 초음파 송수신기를 위한 구동 입력을 저감시키는 것이 가능하다.
본 발명의 다른 초음파 유량계측장치는 피측정 유체가 통과하여 유동하게되는 계측유로와, 상기 계측유로를 따라 서로에 대해 상류측 및 하류측상에 각각 제공된 초음파 송수신기들과, 상기 초음파 송수신기들을 계측유로에 노출시키는 상류 개구 구멍 및 하류 개구 구멍과, 피측정 유체의 순방향 유동 및 역방향 유동 양자 모두에 대해, 상기 개구 구멍들내로의 피측정 유체의 유입 유동을 저감시키는 제 1 유입 억제체 및 제 2 유입 억제체와, 상기 초음파 송수신기들 사이에서의 초음파의 전달 시간을 측정하는 계측 제어부와, 상기 계측 제어부로부터의 신호에 기반하여 유량을 산출하는 연산부를 포함하고, 유체가 순방향으로 유동할 때 하류측상에 있는 개구 구멍에 대해 제공된 제 1 유입 억제체는 하나 이상의 초음파 투과구들을 가진 개구 구멍 봉쇄부이고, 제 2 유입 억제체는 계측유로의 입구측과 출구측 양자 모두상에 제공된다. 따라서, 맥동을 가진 유동이고 순간적 역류를 유발하는 경우에도, 순방향 유동의 경우에서와 마찬가지로, 개구 구멍내로의 피측정 유체의 유입 유동을 저감시키고, 초음파 송수신기들 사이의 유동 교란을 현저히 감소시키며, 그에 의해, 유량 계측의 상한값과, 계측 정밀도를 향상시키는 것이 가능하다.
본 발명의 다른 초음파 유량계측장치는 피측정 유체가 통과하여 유동하게되는 계측유로와, 상기 계측유로를 따라 서로에 대해 상류측 및 하류측상에 각각 제공된 초음파 송수신기들과, 상기 초음파 송수신기들을 계측유로에 노출시키는 개구 구멍들과, 상류 초음파 송수신기와 하류 초음파 송수신기 사이의 초음파 전달로를 따라 제공되며, 유동에 노출되어 있는 규제부를 가지는 전달로 유동 규제체와, 상기 초음파 송수신기들 사이에서의 초음파의 전달 시간을 측정하는 계측 제어부와, 상기 계측 제어부로부터의 신호에 기반하여 유량을 산출하는 연산부를 포함한다. 따라서, 초음파 전달로의 바로 상류에 배열된 전달로 유동 규제체의 규제부는 초음파 전달로의 상류측으로부터 하류측으로 전체 영역에 걸쳐 유동의 교란을 촉진한다. 따라서, 초음파 전달로에서, 유동 상태는 유량에 무관하게 상류 개구 구멍에 근접한 영역으로부터 하류 개구 구멍에 인접한 영역으로 폭 방향을 따라 초음파 전달로의 전체 영역에 걸쳐 유동 상태가 균등하게 교란되고, 그에 의해, 전체 유량 계측 영역에 걸친 보정 계수의 변화를 감소시키는 것이 가능하며, 그에 의해, 보정 계수로 인한 에러의 증가를 방지하고, 계측 정밀도를 향상시킨다. 따라서, 유체의 동점성의 변화로 인해 레이놀즈수가 변화되는 경우에도 상기 계측 정밀도는 유지되고, 그에 의해, 유체의 온도 변화 또는 유체의 조성 변화에 대한 내성이 있는 유량 계측 장치를 실현하는 것이 가능하며, 그에 의해 장치의 실용성을 향상시키는 것이 가능하다.
본 발명의 다른 초음파 유량계측장치는 피측정 유체가 통과하여 유동하게되는 계측유로와, 상기 계측유로를 따라 서로에 대해 상류측 및 하류측상에 각각 제공된 초음파 송수신기들과, 상기 초음파 송수신기들을 계측유로에 노출시키는 개구 구멍들과, 상류 초음파 송수신기와 하류 초음파 송수신기 사이의 초음파 전달로를 따라 제공되며, 유동에 노출되어 있는 규제부를 가지는 전달로 유동 규제체와, 상기 개구 구멍내로의 피측정 유체의 유입 유동을 저감시키는 유입 억제체와, 상기 초음파 송수신기들 사이에서의 초음파의 전달 시간을 측정하는 계측 제어부와, 상기 계측 제어부로부터의 신호에 기반하여 유량을 산출하는 연산부를 포함한다. 따라서, 초음파 전달로의 바로 상류에 배열된 전달로 유동 규제체의 규제부는 초음파 전달로의 상류측으로부터 하류측으로의 전체 영역에 걸친 유동의 교란을 촉진한다. 따라서, 초음파 전달로에서, 유동 상태는 유량에 무관하게 상류 개구 구멍 근방의 영역으로부터 하류 개구 구멍 근방의 영역으로의 폭 방향을 따른 초음파 전달로의 전체 영역에 걸쳐 균등하게 교란되며, 그에 의해, 전체 유량 계측 영역에 걸친 보정 계수의 변화를 감소시키는 것이 가능하며, 그에 의해 보정 계수로 인한 오류의 증가를 방지하고, 계측 정밀도를 향상시킨다. 부가적으로, 개구 구멍내로의 유체 유동을 감소시키도록 계측유로내로 개방된 개구 구멍에 대해 유입 억제체를 배열하는 것이 가능하며, 그에 의해, 초음파 송수신기들 사이의 초음파 전달로를 따른 유동 교란을 현저히 감소시키는 것이 가능하고, 유량 계측을 위한 상한값을 향상시키는 것이 가능하다.
일 실시예에서, 상류 개구 구멍에 대해 제공된 제 1 유입 억제체는 유동 편향체이다. 따라서, 상류 개구 구멍을 위한 초음파 투과구를 통한 초음파의 전달 손실을 제거하는 것이 가능하며, 그에 의해, 초음파 송수신기를 위한 구동 입력을 감소시키고, 상류 개구 구멍내로의 유체의 유동을 저감시키는 것이 가능하며, 그에 의해, 초음파 전달로를 따른 유동 교란들을 안정화하고, 계측 정밀도를 향상시키는 것이 가능하다.
일 실시예에서, 상류 개구 구멍에 대해 제공된 제 1 유입 억제체는 하나 이상의 초음파 투과구를 가진 개구 구멍 봉쇄부이다. 따라서, 상기 유체가 상류 및 하류 개구 구멍들내로 유입 유동하는 것을 현저히 감소시키는 것이 가능하고, 그에 의해, 역류가 동반된 유동의 경우에도 유량 계측의 상한값과, 계측 정밀도를 향상시키는 것이 가능하다. 더욱이, 개구 구멍으로 인한 유동 교란들을 현저히 감소시킴으로써, 양호한 S/N 특성으로 초음파 송신/수신을 실현하는 것이 가능하다. 따라서, 송신 출력 및 구동 입력을 감소시키는 것이 가능하고, 그에 의해 전력 소모를 감소시킬 수 있다.
일 실시예에서, 상류 개구 구멍에 대해 제공된 개구 구멍 봉쇄부의 형상비는 하류 개구 구멍에 대해 제공된 개구 구멍 봉쇄부의 형성비 보다 크다. 따라서, 초음파의 전달 손실이 감소될 수 있고, 그에 의해, 역류에 대해서도 유량 계측의 상한값과 계측 정밀도를 향상시키는 것이 가능하며, 초음파 송수신기들을 위한 구동 입력을 감소시킴으로써 전력 소모를 감소시키는 것이 가능하다.
일 실시예에서, 전달로 유동 규제체가 초음파 전달로에 대해 상류측과 하류측에 배열된다. 따라서, 초음파 전달로는 상류 및 하류 전달로 유동 규제체들에 의해 둘러싸이게되며, 그에 의해, 초음파 전달로의 상류측 및 하류측으로부터의 교란 상태를 균등화하는 것이 가능하며, 그에 의해, 보정 계수를 부가적으로 안정화하고, 계측 정밀도를 부가적으로 향상시키는 것이 가능하다. 더욱이, 계측유로를 따른 하류측상의 유동 상태의 영향이 하류 전달로 유동 규제체에 의해 감소된다. 더욱이, 계측유로를 따른 순방향 유동 및 역방향 유동 양자 모두에 대하여 동일한 효과가 얻어지고, 그래서, 맥류의 경우에도 보정 계수를 안정화하는 것이 가능하며, 그에 의해, 계측 정밀도가 향상된다.
일 실시예에서, 초음파 전달로에 대해 상류측 및 하류측상에 배열된 전달로 유동 규제체들은 접속부를 경유하여 함께 일체화된다. 따라서, 전달로 유동 규제체들 사이의 거리의 변화나 상류 규제부 및 하류 규제부 사이의 위치적 변위가 방지 및 안정화되고, 그에 이해, 변동이 감소된 계측 장치를 실현할 수 있다. 무엇보다도, 상기 접속부는 전달로 유동 규제체들을 보강하고, 그에 의해, 규제부의 두께 또는 크기를 감소시키는 것이 가능하다. 따라서, 초음파 전달로내의 유동 조건을 균등화하거나, 계측유로내의 압력 손실을 감소시키는 것이 가능하다.
일 실시예에서, 초음파 전달로에 대해 상류측 및 하류측에 배열된 전달로 유동 규제체들과 유입 억제체는 함께 일체화된다. 따라서, 상류 및 하류 전달로 유동 규제체들과 유입 억제체들 사이의 위치적 관계, 예로서, 거리를 한정하는 것이 가능하고, 그에 의해 유동 상태를 안정화할수 있다. 따라서, 초음파 전달로내의 유동 상태의 변화를 감소시키고, 변동이 작은 안정한 계측을 실현할 수 있다. 이런 통합에 의해, 전달로 유동 규제체들의 기계적 강도를 부가적으로 향상시키는 것이 가능하고, 그에 의해 장시간에 걸친 사용시 그 변형을 방지할 수 있으며, 따라서, 그 내구성 및 신뢰성을 향상시킨다.
일 실시예에서, 유입 억제체는 하류 개구 구멍에 제공된 제 1 유입 억제체이다. 따라서, 상기 유입 억제체는 하류 개구 구멍이 유동에 대해 아치형 각도의 방향으로 연장하기 때문에 강한 난류가 그 둘레에 발생하기 쉬운 하류 개구 구멍에 대하여 배열된다. 따라서, 상기 유체가 개구 구멍내로 유동하는 것을 감소시켜 초음파 송수신기들 사이의 유동 난류들을 효과적으로 감소시키는 것이 가능하고, 그에 의해, 유량 계측의 상한값을 향상시키는 것이 가능하다.
일 실시예에서, 유입억제체는 상류 개구 구멍 및 하류 개구 구멍에 대하여 제공된 제 1 유입 억제체이다. 따라서, 초음파 전달로내의 전체 유동 난류의 중요한 부분을 형성하고 있는 개구 구멍내의 난류들이 효과적으로 감소될 수 있고, 그에 의해, 계측 정밀도와 유량 계측의 상한값을 향상시키는 것이 가능하다.
일 실시예에서, 유입 억제체는 초음파 전달로를 따라 배열된 전달로 유동 규제체에 유입 억제부를 제공하여 얻어지는 제 2 유입 억제체이다. 따라서, 유입 억제체와 전달로 유동 규제체의 통합에 의해, 개구 구멍내로의 유체의 유동의 억제의 변동을 감소시키는 것이 가능하고, 그에 의해, 신뢰성을 향상시키며, 소형 초음파 전달로를 제공하는 것을 가능하게 한다. 따라서, 계측유로의 크기를 감소시키는 것이 가능하다.
일 실시예에서, 유입 억제체는 개구 구멍에 대해 제공된 제 1 유입 억제체와, 상기 전달로 유동 규제체에 유입 억제부를 제공하여 얻어진 제 2 유입 억제체를 포함한다. 따라서, 개구 구멍내의 교란이 제 1 및 제 2 유입 억제체들의 다중 효과에 의해 감소되며, 개구 구멍내로의 유체 유동의 억제의 변동이 전달로 유동 규제체와 유입 억제체의 통합에 의해 감소되게 된다. 따라서, 계측 정밀도와 신뢰성을 향상시키는 것이 가능하다. 더욱이, 소형의 초음파 전달로를 제공하는 것이 가능하며, 그에 의해, 계측유로의 크기를 감소시킬 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 유입 억체제는 하나 이상의 초음파 투과구를 가진 개구 구멍 봉쇄부이다. 따라서, 상기 개구 구멍 봉쇄부로 개구 구멍을 덮음으로써, 피측정 유체의 개구 구멍내로의 유동을 억제하는 효과를 추가로 향상시키는 것이 가능하며, 개구 구멍내의 유동을 안정화하는 것이 가능하다.
일 실시예에서, 제 1 유입 억제체는 하나 이상의 초음파 투과구를 구비한 개구 구멍 봉쇄부를 포함하고, 상기 개구 구멍의 근방에 제공된 유동 편향체를 포함한다. 따라서, 피측정 유체의 개구 구멍내로의 유동을 억제하는 효과를 부가적으로 향상시킬 수 있고, 그에 의해, 추가로 계측 정밀도를 향상시킬 수 있다. 더욱이, 먼지 같은 이물질이 개구 구멍 봉쇄부상에 부착되는 것을 감소시키기 위해 유동 편향체를 제공할 수 있다. 따라서, 개구 구멍 봉쇄부는 개구 구멍 봉쇄부의 막힘에 관혀하지 않고 초음파 투과성을 일차적인 관점으로하여 선택될 수 있고, 그에 의해, 선택의 자유도가 향상된다. 더욱이, 전력 소모를 감소시키도록 초음파 투과성을 부가적으로 향상시키거나, 양호한 계측 정밀도를 가진 디바이스를 실현하도록 감도를 부가적으로 향상시키는 것이 가능하다.
일 실시예에서, 상류 개구 구멍에 대하여 제공된 개구 구멍 봉쇄부의 개구율은 하류 개구 구멍에 대하여 제공된 개구 구멍 봉쇄부의 개구율 보다 크다. 따라서, 초음파의 전달 손실들이 감소될 수 있고, 그에 의해, 역류에 대하여 유량 계측의 상한값과, 계측 정밀도를 향상시킬 수 있으며, 초음파 송수신기들의 구동 입력을 감소시킴으로써 전력 소모를 감소시킬 수 있다.
일 실시예에서, 개구 구멍 봉쇄부는 수평 방향에 대하여 겅사를 가진 경사 망형상 패턴을 가진 망형상 부재이다. 따라서, 상기 패턴은 수평 방향에 대해 경사져있고, 그래서, 경사망부상에 부착된 먼지 같은 미세 입자들이 하락하는 것을 촉진하며, 그에 의해, 이런 미립자들이 증착되는 양을 감소시키고, 따라서, 망형상 부재의 막힘을 방지할 수 있다. 따라서, 그를 통한 초음파의 전달을 보증하고, 장기간에 걸쳐 안정한 계측 정밀도를 유지하는 것을 보증하며, 그에 의해, 내구성과 신뢰성을 향상시킨다.
일 실시예에서, 유동 편향체가 상기 개구 구멍의 상류측 및 하류측에 제공된다. 따라서, 계측유로를 따른 순방향 유동 및 역방향 유동 양자 모두에 대하여, 계측 정밀도를 부가적으로 향상시키고, 개구 구멍내로의 유동을 억제하며, 이물질이 개구 구멍내로 도입되는 것을 방지한다. 따라서, 역류를 동반한 맥류의 경우에도, 장시간에 걸쳐 안정적인 계측 정밀도를 유지하는 것이 가능하고, 그에 의해, 내구성과 신뢰성을 향상시킨다.
일 실시예에서, 전달로 유동 규제체와 초음파 전달로 사이의 거리는 피측정 유체의 형태에 따라 변화된다. 따라서, 전달로 유동 규제체만을 변화시킴으로써 피측정 유체의 형태에 무관하게 계측유로를 공통으로 사용하는 것이 가능하며, 그에 의해, 편리성을 향상시키고, 피측정 유체에 무관하게 안정적인 계측 정밀도를 유지할 수 있다. 더욱이, 계측유로가 공통적으로 사용되기 때문에, 비용을 감소시키는 것이 가능하다.
일 실시예에서, 상기 전달로 유동 규제체의 규제부는 망형상 부재의 형태로 제공된다. 따라서, 유동 방향에 대한 전달로 유동 규제체의 설치 간격을 감소시키는 것이 가능하고, 그에 의해, 계측유로의 크기를 감소시킬 수 있다.
일 실시예에서, 상기 전달로 유동 규제체의 규제부는 그 벽면이 유동 방향을 따라 연장하는 격자 부재 형태로 제공된다. 따라서, 유동 방향을 따라 연장하는 벽면들에 의해 유동 방향을 규제하는 것이 가능하며, 그에 의해, 초음파 전달로내의 유속 분포를 추가로 균등화할 수 있고, 따라서, 계측 정밀도를 향상시킬 수 있다.
일 실시예에서, 전달 경로 유동 규제체의 두 개의 인접한 규제부들 사이의 간격은 계측유로의 횡단면을 따른 위치에 의해 변화된다. 따라서, 유동 방향을 따른 규제부의 감소된 길이를 유지하면서, 계측유로의 횡단면에 따른 위치에 따라 각 규제부의 크기를 최적화하는 것이 가능하다. 따라서, 초음파 전달로내의 유속 분포를 추가로 균등화하고, 유동 방향을 따른 규제부의 길이를 감소시키며, 그에 의해, 유속 분포의 균등화로 인한 계측 정밀도의 개선과 함께 압력 손실들을 감소시킨다.
일 실시예에서, 그를 통한 유동에 수직인 방향을 따른 계측유로의 단면은 직사각형 형상이다. 따라서, 직사각형 단면을 채용함으로써, 전체 계측 단면적에 대한 계측 면적을 증가시키는 것이 가능하고, 그에 의해, 초음파 전달로의 상류측으로부터 하류측으로 동일한 조건하에 유동을 계측하는 것이 가능하다. 더욱이, 계측유로를 따른 유동의 이차원성을 향상시키는 것이 가능하고, 그에 의해, 유체의 평균 유속의 고정밀 측정을 허용한다. 부가적으로, 제 2 유입 억제체를 제공함으로써 유동의 이차원성을 부가적으로 향상시키는 것이 가능하다.
일 실시예에서, 그를 통한 유동에 수직인 방향을 따른 계측유로의 단면은 형상비가 2 미만인 직사각형 형상을 갖는다. 따라서, 형상비를 증가시킴으로써 이차원 유동을 형성할 필요가 없고, 반사파에 의한 간섭이 감소되도록 유로의 높이에 따른 단면 특성을 자유롭게 설정하는 것이 가능하며, 그에 의해, 향상된 감도로 초음파를 송신/수신하는 것을 허용한다. 더욱이, 계측 단면이 그를 따라 유체에 접촉하게 되는 길이가 계측 단면을 과도하게 평탄화하지 않고 감소되도록 계측 단면을 조절함으로써 계측유로내의 압력 손실을 감소시키는 것이 가능하다.
일 실시예에서, 개구 구멍은, 계측유로를 통한 유동의 방향에 실질적으로 수직인 방향을 따라 연자하는 측면을 갖는 형상으로 상기 계측유로내로 개구된다. 따라서, 상기 계측유로의 높이 방향에 대하여 초음파를 균등하게 송신/수신하는 것이 가능하며, 유동 방향을 따른 계측유로내의 개구 구멍의 개구 길이를 단축하는 것이 가능하다. 따라서, 개구 구멍으로 인한 유동 교란들을 부가적으로 감소시키고, 그에 의해, 계측 정밀도를 부가적으로 향상시키는 것이 가능하다.
일 실시예에서, 계측유로의 상류측에 배열된 도입부는 미세 개구를 구비한 유통구를 가진 편류 억제체를 구비한다. 따라서, 유로의 형상 또는 계측유로의 상류의 배관 구조에 무관하게 계측유로내로 안정한 유동을 공급하는 것이 가능하고, 그에 의해, 초음파 송수신기들 사이의 유동 교란들을 감소시키는 것이 가능하다. 따라서, 유량 계측에 대한 상한값을 추가로 향상시키고, 계측 정밀도를 추가로 향상시키는 것이 가능하다. 더욱이, 유로의 형상 또는 계측유로 상류의 배관 구조에 무관하게 안정한 측정을 실현하는 것이 가능하며, 그에 의해, 계측 장치의 설치 자유도가 증가된다.
일 실시예에서, 계측유로의 상류측상에 배열된 도입부와, 상기 계측유로의 하류측상에 배열된 도출부는 각각 편류 억제체를 구비하고, 상기 편류 억제체는 미세 개구를 구비한 유동구를 가진다. 따라서, 피측정 유체가 역류를 동반한 맥류이거나, 피측정 유체가 하류측상에 맥동원을 가지는 경우에도 계측유로내로 안정한 유동을 공급하는 것이 가능하다. 따라서, 초음파 송수신기들 사이의 유동 교란들을 감소시키는 것이 가능하고, 유량 계측의 상한값과 계측 정밀도를 추가로 향상시키는 것이 가능하다. 더욱이, 상기 계측유로의 상류 또는 하류측의 유로의 형상, 배관 구조 또는 맥동원에 무관하게 안정한 측정을 실현할 수 있으며, 그에 의해, 계측장치의 설치 자유도를 부가적으로 향상시킨다.
일 실시예에서, 상기 도입부 또는 도출부의 단면적은 계측유로의 단면적보다 크다. 따라서, 편류 억제체의 설치 단면적을 향상시키는 것이 가능하고, 그래서, 편류 억제체로 인한 압력 손실을 감소시킬 수 있으며, 그에 의해 압력 손실이 증가되는 것을 방지한다. 더욱이, 도입부 또는 도출부의 단면적을 증가시키는 것이 가능하고, 그에 의해, 상류측 또는 하류측의 배관 구조나 유로 형상이 변화되는 경우에도, 상기 도입부 또는 도출부의 형상을 변화시키지 않고 계측 장치를 부착하는 것을 허용한다.
일 실시예에서, 상기 편류 억제체의 유통구의 개구 크기는 제 2 유입 억제체에 제공된 유통구의 개구 크기 보다 작다. 따라서, 상류 또는 하류 접속 포트가 위치적 변화를 가지고 배열된 경우에도, 유동은 계측유로내로 균등하게 유동할 수 있으며, 그에 의해, 향상된 계측 정밀도를 허용한다. 더욱이, 피측정 유체가 맥동을 가지는 경우에도, 상기 유체를 작은 개구 크기를 가진 유통구로 인해 감소된 맥동을 가진 유동으로서 계측유로내로 공급하는 것이 가능하고, 그에 의해, 맥류에 대해서도 계측 정밀도를 향상시킨다. 더욱이, 작은 개구 크기를 가진 편류 억제체의 유통구로 인해, 계측부내로 도입하는 먼지 및/또는 분진의 양을 감소시키는 것이 가능하고, 그에 의해, 계측유로를 따른 계측 동작의 신뢰성을 향상시킨다.
일 실시예에서, 본 발명의 다른 초음파 유량계는 피측정 유체가 그를 통해 유동하게 되는 계측유로와, 계측유로를 따라 서로에 대해 상류측 및 하류측상에 각각 제공된 초음파 송수신기들과, 상기 초음파 송수신기들을 계측유로에 노출시키는 상류 개구 구멍 및 하류 개구 구멍을 포함하고, 하나 이상의 개구 구멍들은 초음파의 전달 방향을 따라 연장하는 복수개의 분할 통로들을 포함한다. 따라서, 초음파가 분할 통로들내의 유체를 통해 전달되기 때문에, 감도가 매우 조금 감소된다. 더욱이, 통로들을 분할하는 것으로 인하여, 초음파의 직선 특성을 유지하는 것이 가능하고, 그 양호한 송신/수신을 실현하는 것을 가능하게 한다. 더욱이, 유로의 측면을 따라 제공된 개구 구멍내의 개구 유로가 작은 부분들로 분할되며, 그에 의해, 난류가 발생하기 쉽고, 개구 구멍내로의 유체의 유동을 감소시키는 것이 가능하다. 따라서, 맥동이 발생할때에도 유량을 양호하게 측정하는 것이 가능하다.
일 실시예에서, 하나 이상의 개구 구멍들은 초음파의 전달 방향을 따라 연장하는 복수개의 분할 통로들을 포함한다. 따라서, 상기 개구 구멍내로의 유체의 유동이 유입 억제체에 의해 감소될 수 있고 계측 상한값이 향상될 수 있다. 더욱이, 초음파가 분할 통로내의 유체를 통해 전달하기 때문에, 감소가 매우 작게 저하된다. 더욱이, 상기 통로들을 분할하는 것으로 인해서, 초음파의 직선 특성을 유지하고, 그 양호한 송신/수신을 실현하는 것이 가능하다. 더욱이, 유로의 측면을 따라 제공된 개구 구멍내의 개구 유로가 작은 부분들로 분할되고, 그에 의해, 난류가 덜 발생하며, 개구 구멍내로의 유동을 추가로 감소시키는 것이 가능하다. 따라서, 맥동이 발생하는 경우에도 유량을 양호하게 측정할 수 있다.
일 실시예에서, 각 분할 통로들은 상기 초음파 송수신기의 진동면을 따라 연장하는 입구면과, 상기 계측유로의 벽면을 따라 연장하는 출구면을 구비한다. 따라서, 상기 초음파가 직각으로 분할 통로들내로 도입할 수 있고, 따라서, 직선경로로 그를 통해 운행할 수 있기 때문에, 반사가 없고 매우 작은 감쇠만을 가지는 초음파 전달로가 제공된다. 더욱이, 상기 출구는 상기 유로의 벽면에 대해 평면이기 때문에, 유로의 벽면을 따른 외주층의 유동에 교란이 존재하지 않는다. 부가적으로, 출구면을 방사면과 정렬하는 것으로 인해 초음파를 효율적으로 방사하는 것이 가능하다.
일 실시예에서, 개구 구멍들 중 하나의 각 분할 통로들은 다른 개구 구멍의 분할 통로들 중 대응하는 하나와 동일 직선상에서 연장한다. 따라서, 송신면 및 수신면이 초음파 운행 방향을 따라 서로 정렬되고, 그에 의해, 대향하는 개구 구멍의 분할 통로들내의 격판으로 인한 그 반사 감쇠가 감소된다.
일 실시예에서, 각 분할 통로들의 수직부의 일 측면은 송신/수신에 사용되는 초음파의 반파장 보다 길다. 따라서, 격면으로부터의 점성 영향이 감소되고, 그에 으해, 매우 작은 감쇠를 가진 분할 통로들을 제공하는 것이 가능하다.
일 실시예에서, 각 분할 통로들의 수직부는 송신/수신에 사용되는 초음파의 반파장의 정수배가 아니다. 따라서, 측방향으로의 공진을 억제하는 것이 가능하며, 그에 의해 효과적 전달을 실현한다.
일 실시예에서, 개구 구멍들의 분할 통로들과, 초음파 송수신기들 중 대응하는 하나의 진동면 사이의 거리는 초음파의 반파장의 정수배이다. 따라서, 반파장에서 공진이 제공되고, 그에 의해 효과적 방사를 제공하는 것이 가능하다.
일 실시예에서, 분할 통로들의 각 격벽의 두께는 송신/수신을 위해 사용되는 초음파의 파장 보다 짧다. 따라서, 초음파의 반사를 방지하는 것이 가능하고, 그에 의해, 그 효과적인 송신/수신을 제공한다.
일 실시예에서, 분할 통로들은 개구 구멍내로 허니콤 격자를 끼워넣음으로써 형성된다. 따라서, 격자를 채용함으로써, 수직 방향 및 측방향들로 각 개구 구멍을 분할하는 것이 가능하다.
일 실시예에서, 상기 분할 통로들 중 하나는 개구 구멍의 중심에 그 개구를 갖는다. 따라서, 상기 개구구멍은 초음파 송수신기의 중심과 정렬되고, 그에 의해, 효과적인 송신/수신을 허용한다.
일 실시예에서, 각 분할 통로들의 통로 길이는 송신/수신에 사용되는 초음파의 파장 보다 짧다. 따라서, 감쇠가 작은 초음파 전달 경로를 제공하는 것이 가능하다.
일 실시예에서, 분할 통로들은 초음파의 전달 방향에 수직인 방향을 따라 개구 구멍내에 망 부재를 배열함으로써 형성된다. 따라서, 개구 구멍을 망으로 분할함으로써, 통로의 길이를 최소화하는 것이 가능하다.
일 실시예에서, 각 분할 통로들은 상기 분할 통로들 중 인접한 하나와 상기 분할 통로를 연통시키기 위해 그 길이를 따른 특정 지점에 연통부를 포함한다. 따라서, 격판들로 인한 감쇠를 최소화하는 것이 가능하다.
도면을 참조로 본 발명의 실시예들을 설명한다.
(제 1 실시예)
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 초음파 유량계측장치의 구조를 예시하는 단면도이다. 도 1에서, 참조 부호 6은 유로벽(7)에 의해 둘러싸인 계측유로이고, 참조 부호 8 및 9는 각각 상류 및 하류 초음파 송수신기들이며, 이들은 서로 대향하도록 진동 전달 억제체(10)를 경유하여 유로벽(7)에 부착되어 있다. 상기 상류 초음파 송수신기(8)와 하류 초음파 송수신기(9)는 거리 L만큼 서로 이격되어 있으며, 계측유로(6)의 유동 방향에 대해 각도 θ만큼 경사져있다. 참조 부호들 11 및 12는 각각 초음파 송수신기들(8, 9)을 계측유로(6)로 노출시키기 위한 상류 및 하류 개구 구멍들이다. 상기 개구 구멍들(11, 12)은 각각 유로벽(7)내의 오목부의 형태로 제공되어 있다. 참조 부호 13은 초음파 전달로(이점 쇄선들로 지시됨)이며, 이를 따라서, 서로 대향한 초음파 송수신기들(8, 9) 중 하나로부터 상기 초음파 송수신기들(8, 9) 중 나머지를 향해, 벽면에 반사되지 않고 초음파가 전송된다. 참조 부호 14는 피측정 유체의 상류 개구 구멍(11)내로의 유입 유동을 감소시키기 위하여 상류 개구 구멍(11)에 제공된 제 1 유입 억제체이며, 참조 부호 15는 하류 개구 구멍(12)내로의 피측정 유체의 유입 유동을 감소시키기 위하여 하류 개구 구멍(12)내에 제공된 제 1 유입 억제체이다. 참조 부호 16은 피측정 유체의 상류 및 하류 개구 구멍들(11, 12)내로의 유입 유동을 감소시키기 위해 초음파 전달로(13)의 상류측상에 제공된 제 2 유입 억제체이다. 상기 제 2 유입 억제체(16)는 유로벽(7)내에 제공된 오목부(7a)내로 끼워져 있다.
도 2는 하류 개구 구멍(12)을 위해 제공된 제 1 유동 억제체(15)를 예시하고 있다. 참조 부호 21은 그를 통해 초음파를 전달할 수 있는 다수의 초음파 투과구(22)이다. 상기 개구 구멍 봉쇄부(21)는 초음파 전달로(13)를 가로질러 제공되고, 그래서, 계측유로면(6a)과 동일평면상에서 연장되도록, 개구 구멍(12)을 덮으며, 그에 의해, 피측정 유체의 개구 구멍(12)내로의 유입 유동을 방지한다. 여기서, 상기 개구 구멍 봉쇄부(21)는 그를통해 초음파를 전달할 수 있는 다수의 초음파 투과구(22)를 가지는 망 등이며, 이는 개구 구멍(12)에 대응하는 계측유로(6)의 계측유로면(6a)의 일부에 직접적으로 제공되며, 유동을 방해하지 않도록 계측유로면(6a)과 동일 평면에 있다.
도 3은 상류 개구 구멍(11)을 위해 제공된 제 1 유입 억제체(14)를 예시한다. 상기 제 1 유입 억제체(14)는 유로벽(7)으로부터 돌출하며, 매끄러운 돌출부 형태의 유동 편향체(14a)와, 상기 유동 편향체(14a)의 상류측에 제공되어 원활하게 돌출 높이를 증가시키는 안내면(14b)을 포함한다.
제 2 유입 억제체(16)는 피측정 유체의 유동 방향을 조절하기 위한 방향 구제부(16a)와, 유동의 맥동을 감소시키고 유속 분포를 균일하게 만들기 위한 변동 억제부(16b)를 구비한다. 상기 방향 규제부(16a)는 계측유로(6)의 단면을 작은 부분들로 분할하기 위한 격벽들을 포함한다. 상기 변동억제부(16b)는 유동 방향을 따라 작은 길이를 가지며, 계측유로(6)의 단면을 따라 다수의 미세 연통로를 구비한다.
참조 부호 17은 계측유로(6)를 따라 상류측상에 제공된 제어 밸브와 연통하는 상류 굴곡부이고, 참조 부호 18은 계측유로(6)를 따라 하류측상에 제공된 출구(미도시)와 소통하는 하류 굴곡부이다. 굴곡부들(17, 18)을 사용함으로써, 소형화된 구조의 유로가 제공된다. 참조 부호 19는 초음파의 송신 및 수신을 실행하기 위해 초음파 송수신기(8, 9)에 접속된 계측 제어부이고, 참조 부호 20은 유량을 계산하도록 계측 제어부(19)로부터의 신호에 기반하여 유속을 연산하기 위한 연산부이다.
다음에, 초음파를 사용한 유량 계측 동작을 설명한다. 계측유로(6)의 초음파 전달로(13)를 따라, 계측 제어부(19)의 기능에 의해 계측유로(6)를 가로질러 초음파 송수신기들(8, 9) 사이에서 초음파가 송신 및 수신된다. 특히, 상류 초음파 송수신기(8)로부터 방출된 초음파가 하류 초음파 송수신기(9)에 의해 수신될때까지 소요되는 시간의 양인, 전달 시간 T1이 측정된다. 하류 초음파 송수신기(9)로부터 방출된 초음파가 상류 초음파 송수신기(8)에 의해 수신되는데 필요한 시간의 양인, 전달 시간(T2)도 측정된다.
유량은, 하기의 수학식들에 따라, 측정된 전달 시간들(T1, T2)에 기초하여 연산부(20)에 의해 연산함으로써 산출된다.
계측유로(6)의 종방향을 따른 피측정 유체의 유속은 V로 표시되고, 초음파 전달로(13)와 유동 방향 사이의 각도는 θ로 표시되고, 초음파 송수신기들(8, 9) 사이의 거리는 L로 표시되며, 피측정 유체를 통한 음속이 C로 표시될 때, 유속은 하기의 수학식 1 및 수학식 2에 기초하여 산출된다.
T1의 역수로부터 T2의 역수를 감산하여, 음속 C를 수학식으로부터 소거함으로써 하기의 수학식 3이 얻어진다.
θ 및 L의 값이 알려져 있기 때문에, 유속 V는 T1과 T2의 값들로부터 산출될 수 있다. 각도 θ=45°이고, 거리 L=70mm이고, 음속 C=340m/s이며, 유속 V=8m/s인 경우의 공기의 유량을 계측하는 것을 고려한다. 이때, T1=2.0×10-4sec이며, T2=2.1×10-4sec이다. 따라서, 순간적인 계측이 가능하다.
다음에, 유동 방향에 수직인 방향을 따른 계측유로(6)의 횡단 면적(s)으로부터, 유량 Q는 하기의 수학식 4와 같이 얻어진다.
여기서, K는 횡단면적(S)을 가로지른 유속 분포의 관점에서 결정된 보정 계수이다.
따라서, 연산부(20)에 의해 유량이 얻어진다.
다음에, 초음파 유량계측장치의 계측유로내의 유동 상태와, 그 계측 동작을 설명한다. 피측정 유체는 굴곡부(17)를 통한 통로로 인한, 또는, 계측유로(6)의 상류측에 제공된 제어 밸브(미도시)에 의해 제공되는 유로 단면적의 증가/감소로 인한 유동 맥동 또는 편류를 가진 상태로 계측유로(6)로 도입된다. 그후, 초음파 전달로(13)의 상류측상에 제공된 제 2 유입 억제체(16)의 방향규제부(16a)에 의해, 유동이 용이하게 개구 구멍들(11, 12)내로 유동하지 못하도록 하는 방향으로 계측유로(6)내의 유동이 정류되고 유동 난류가 감소되며, 맥류 등으로 인한 유동의 변동으로부터의 난류가 변동 억제부(16b)에 의해 감소되어 개구 구멍(11, 12)내로의 유체 유동을 추가로 억제한다. 그후, 유동은 초음파 전달로(13)내로 도입한다. 상기 변동 억제부(16b)는 큰 개구율을 가진 망형상부재, 발포부재, 미세다공판, 부직포 섬유제품 등일 수 있으며, 이는 유동 방향을 따라 작은 두께를 갖도록 제공될 수 있다. 따라서, 변동 억제부(16b)에 의해 압력 손실을 감소시키는 것이 가능하며, 그에 의해, 압력 손실을 증가시키지 않고, 계측유로를 따른 유동내의 변동을 감소시키는 것이 가능하다. 부가적으로, 유속이 높은 영역내의 유동내의 변동을 감소시켜 초음파의 전달 시간의 변동을 억제하는 것이 가능하며, 그에 의해, 유량 또는 유속 계측의 상한값을 증가시키는 것이 가능하며, 계측 정밀도를 추가로 향상시키는 것이 가능하다.
다음에, 개구 구멍(12)이 계측유로에 대하여 아치형 각도 방향으로 연장하기 때문에 강한 난류가 쉽게 발생하는 하류 초음파 송수신기(9)의 전방에 개구된 개구 구멍(12)에서, 그를 통해 초음파가 통과할 수 있는 초음파 투과구들(22)을 다수 가지는 망 같은 개구 구멍 봉쇄부(21)가, 유동을 교란시키지 않도록 계측유로면(6a)과 동일평면상에 배치된 제 2 유입 억제체(16)에 의해 정류된 유동을 위한 계측유로(6)의 계측유로면(6a)을 따라 제공된다. 따라서, 하류 개구 구멍(12)내로 피측정 유체가 유동하는 것을 억제하는 효과를 부가적으로 향상시키는 것이 가능하며, 초음파 전달로(13)내의 유동 난류들 또는 와류들을 현저히 감소시키는 것이 가능하다. 다른 한편, 상류 개구 구멍(11)에 대하여, 제 1 유입 억제체(14)가 개구 구멍(11)의 상류측상에 및 그 근방에 제공된 돌출부 형태의 유동 편향체(14a)에 의해 형성되고, 그래서, 도 3에 화살표로 도시된 바와 같이 개구 구멍(11)내로의 유체의 유동을 부가적으로 감소시키며, 그에 의해, 와류 같은 유동 난류들을 감소시키며, 유동을 안정화한다. 상류 개구 구멍(11)이 계측유로(6)에 대해 둔각 방향으로 연장하기 때문에, 소정 와류의 강도는 하류 개구 구멍(12)에 대한 것 보다 더 작다. 따라서, 그 부정적 영향이 작고, 제 1 유입 억제체(14)를 제공할 필요가 없을 수 있다. 그러나, 상류 개구 구멍(11)에 대해 제 1 유입 억제체(14)를 제공함으로써, 유동을 부가적으로 안정화하는 것이 가능하다. 무엇보다도, 제 1 유동 억제체(14)는 구조를 단순화하고, 비용을 절감하도록 유로벽(7)과 일체로 형성될 수 있다.
따라서, 초음파는 유동이 안정화되는 초음파 전달로(13)를 따라서 초음파 송수신기들(8, 9) 사이에서 송신 및 수신된다. 따라서, 초음파 수신 레벨을 향상시키는 것이 가능하고, 그에 의해, 고정밀 유속 계측을 실현하는 것이 가능하고, 유동의 변동으로 인한 초음파의 감쇠를 감소시킬 수 있으며, 그에 의해, 유량 계측의 상한값을 향상시킬 수 있다.
부가적으로, 초음파 수신 레벨이 유동의 안정화에 의해 향상될 수 있기 때문에, 초음파의 송신을 위한 전력 소모를 감소시키는 것이 가능하다. 부가적으로, 개구 구멍 봉쇄부(21)가 단지 하류 개구 구멍(12)에만 제공되어 있을 때, 개구 구멍 봉쇄부(21)를 통한 초음파의 감쇠의 양을 감소시키는 것이 가능하며, 초음파 송수신기(8, 9)를 위하 구동 전력 입력을 감소시킴으로써 전력 소모를 감소시키는 것이 가능하다. 따라서, 가정용 가스 계량기 같은 장치를 구동하기 위해 전지가 사용될 때, 단지 작은 전지 용량으로 상기 계량기를 장기간에 걸쳐 연속적으로 사용하는 것이 가능하다.
도 4는 다른 제 1 유입 억제체를 예시하는 초음파 유량계측장치의 단면도이다. 도 1 내지 도 3에 도시된 실시예와 동일한 소자들 및 기능부들에는 동일한 참조 부호를 사용하고 있고, 세부적으로 설명하지 않으며, 하기의 설명에서는 상술한 실시예와 다른 부분들을 중점적으로 설명한다. 하류 개구 구멍(12)에 대해서, 제 1 유입 억제체(15)와 같이, 도 1의 실시예와 동일한 초음파 투과구(22)를 갖는 개구 구멍 봉쇄부(21a)가 제공되어 있다. 유사하게, 상류 개구 구멍(11)에 대해서도, 제 1 유입 억제체(14)와 같이, 초음파 투과구(22)를 갖는 개구 구멍 봉쇄부(21b)가 제공된다. 개구 구멍 봉쇄부들(21a, 21b) 양자 모두는 계측유로면과 동일평면에 제공된다. 따라서, 상류 개구 구멍(11)과, 하류 개구 구멍(12) 양자 모두에 각각 개구 구멍 봉쇄부들(21a, 21b)을 제공함으로써, 유체가 개구 구멍들내로 유입 유동하는 것을 억제하여 와류 또는 유동 난류를 방지하는 것이 가능하며, 그에 의해, 계측 정밀도를 향상시키고, 순간 역류를 가진 맥류에 대해서도 개선된 정밀도로 측정을 실현하는 것이 가능하다. 더욱이, 개구 구멍들(11, 12)내의 유동 난류가 현저히 감소될 수 있기 때문에, 소정의 난류로 인한 초음파의 굴절 및/또는 반사를 감소시키는 것이 가능하며, 그에 의해, 양호한 S/N 특성을 가진 초음파 송 수신을 실현할 수 있고, 송신 출력을 감소시키는 것이 가능하며, 그에 의해, 구동 입력을 감소시키고, 따라서, 전력 소모를 감소시키는 것이 가능하다.
개구 구멍 봉쇄부들(21a, 21b)의 다른 실시예를 도면을 참조하지 않고 설명한다. 상류 개구 구멍(11)이 계측유로(6)에 대해 둔각 방향으로 연장하기 때문에, 와류의 강도는 더 작다. 따라서, 상류 개구 구멍(11)내에 제공된 개구 구멍 봉쇄부(21b)의 개구율이 하류 개구 구멍(12)내에 제공된 개구 구멍 봉쇄부(21a)의 개구율 보다 더 큰 경우에도 유입 억제 효과를 기대할 수 있다. 따라서, 본 실시예에서는 상류 개구 봉쇄부(21b)가 하류 개구 구멍 봉쇄부(21a)에 비해 더 큰 개구율을 가진다. 상류 개구 구멍 봉쇄부(21b)의 각 초음파 투과구의 면적이 더 크기 때문에, 초음파의 전달 손실이 하류 개구 구멍 봉쇄부(21a) 보다 작다. 따라서, 동일한 개구율을 가진 개구 구멍 봉쇄부가 상류측 및 하류측 양자 모두상에 사용될 때 보다 초음파 전달 손실을 감소시키는 것이 가능하고, 그에 의해, 초음파 송수신기들을 위한 구동 입력의 감소에 의해 전력 소모를 감소시키는 것이 가능하다.
도 5는 하류 개구 구멍(12)을 위해 제공된 제 1 유입 억제체(15)의 다른 실시예를 예시한다. 참조 부호 23은 개구 구멍 봉쇄부(21)를 포함하는 하류 개구 구멍(12)의 상류측상에 및 그 근방에 제공된 유동 편향체이다. 유동 편향체(23)는 판 또는 블레이트 형태로 제공되며, 피측정 유체가 개구 구멍(12)내로 유동하지 않도록 유동 방향을 규제한다. 따라서, 개구 구멍(12)은 제 1 유입 억제체(15)로서 유동 편향체(23)와 개구 구멍 봉쇄부(21) 양자 모두를 구비한다.
개구 구멍(12)에 대하여, 유동 방향은 하류 개구 구멍(12)으로 안내되는 유동의 양을 감소시키도록 유동 편향체(23)에 의해 유동 방향이 규제된다. 하류 개구 구멍(12)으로 안내되는 미소량의 유동이 있기는 하지만, 유동은 개구 구멍 봉쇄부(21)에 의해 개구 구멍(12)내로 유동하지 못하게 되고, 그래서, 개구 구멍(12)내의 난류들 같은 유동 교란들을 방지하고, 따라서, 초음파 전달로(13)내의 유동을 안정화하여 계측 정밀도를 추가로 향상시키게 된다. 부가적으로, 개구 구멍 봉쇄부(21)에 부딪히는 유동의 양이 유동 편향체(23)에 의해 감소될 수 있기 때문에, 먼지 같은 미분 이물질디 피측정 유체에 포함되어 있을 때에도, 상기 이물질들이 개구 구멍 봉쇄부(21)에 부착되는 것이 감소된다. 따라서, 개구 구멍 봉쇄부의 제원은 초음파 통과성의 관점을 일차적으로 하여 선택될 수 있고, 그에 의해, 그 선택 또는 설정 자유도를 향상시킬 수 있다. 부가적으로, 감도를 향상시키도록 초음파 통과성을 부가적으로 증가시키는 것이 가능하고, 그에 의해, 전력 소모를 감소시키거나, 정밀도를 증가시키는 것이 가능하다. 계측 정밀도를 추가로 향상시키도록 상류 개구 구멍(11)에 대해서도 동일한 구조를 채용할 수 있다.
도 6은 개구 구멍 봉쇄부의 다른 실시예를 예시한다. 참조 부호 24는 망형상 패턴으로 배열된 초음파 투과구(22)를 가진 망형상 부재이다. 상기 망형상 부재(24)는 개구 구멍(12) 위의 계측유로면(6a)을 따라 개구 구멍 봉쇄부(21)로서 제공되어 있다. 여기서, 계측유로(6)를 따른 피측정 유체의 유동 방향은 실질적으로 수평이며, 그를 따라 개구 구멍(11, 12)이 제공되어 있는 계측유로면(6a)은 실질적으로 수직으로 제공되어 있다. 계측유로의 이런 배열에 대하여, 망형상 부재(24)는 수평 방향에 대해 α의 경사 각도를 가진 경사 망부(25)에 의해 형성되며, 그래서, 수평 방향을 따라서는 망부가 배열되어 있지 않다. 피측정 유체가 그 내부에 먼지 같은 미립 이물질을 포함한 상태로 유동할 때, 이런 이물질이 하류 개구 구멍(12)에 제공된 망형상 부재(24)상에 부착될 수 있다. 그러나, 상기 망형상 부재(24)가 수평 방향에 대해 경사를 가진 경사 망부(25)로 형성되어 있기 때문에, 부착된 미립 이물질이 경사를 따라 아래로 미끌어지기 쉬워진다. 따라서, 부착된 미립 이물질의 퇴적으로 인해 망형상 부재가 막히는 것을 방지할 수 있고, 그래서, 초음파 통과를 보증하며, 그에 의해, 안정적인 유량 및 유속 계측을 유지하는 것을 보증한다. 상술한 설명은 하류 개구 구멍(12)에 관한 것이지만, 동일한 내용이 상류 개구 구멍(11)에 대해서 적용된다.
도 7은 A-A 선을 따라 취한 도 1에 도시된 계측유로를 예시하는 단면도이다. 유동에 수직인 방향을 따른 계측유로(6)의 단면은 초음파 송수신기들(8, 9)이 서로 대향하여 배열되어 있는 측면을 따른 폭 W와, 높이 H를 가지고 있다. 계측유로(6)는 오목부를 가진 유로벽(7b)과 돌출부를 가진 유로벽(7c)을 서로 정합시킴으로써 얻어지는 유로벽(7)에 의해 형성된다. 직사각형 단면으로 인하여, 계측유로(6)내에서 이차원 유동이 실현되며, 직사각형 단면의 각 코너부에서 발생하기 쉬운 유동 변동은 제 2 유입 억제체(16)에 의해 억제되며, 그에 의해, 계측유로(6)내의 이차원 유동을 촉진하는 것이 가능하다. 더욱이, 초음파 송수신기들 사이의 계측유로(6)의 높이(H)가 균일하기 때문에, 상기 유동 경로의 전체 단면적에 대한, 그를 통해 초음파가 전달되는 계측 면적의 비율이 증가되고, 그에 의해, 유체의 평균 유속의 고정밀 측정을 허용한다.
본 명세서에서 사용된 바와 같은 직사각형 단면은 유로벽(7)이 다이캐스팅에 의해 형성되는 경우에 사용된 금속 다이 같은 제조 설비의 내구성을 보증하도록 직사각형 단면의 각 코너에 라운드 부(코너 R)를 가지는 실질적인 직사각형 형상을 포함한다는 것을 인지하여야 한다.
도 8은 직사각형 단면을 가진 도 7에 도시된 계측유로(6)의 계측유로면(6a)을 따라 제공된 개구 구멍(12)의 개구 형상을 예시하고 있다. 상기 계측유로면(6a)을 따른 개구 구멍(12)의 개구 형상은 계측유로(6)를 통해 유동 방향(도면에 화살표로 지시됨)에 실질적으로 수직인 방향으로 연장되는 측면(12a)과, 유동 방향에 실질적으로 평행한 방향으로 연장되는 측면(12b)을 가진 직사각형 형상을 갖는다.
따라서, 계측유로(6)내에서, 개구 구멍(12)은 소정의 높이(H)에 대한 유동 방향을 따라 도면에 D로 표시되어 있는 바와 같은 균일한 길이를 가지며, 그에 의해, 높이 방향(H)에 대하여 초음파를 균등하게 송신 및 수신하는 것이 가능하고, 따라서, 계측유로(6)에 걸쳐 균등한 측정을 실행하는 것이 가능하며, 그에 의해 고정밀 측정을 실현할 수 있다. 더욱이, 유동 방향을 따른 이런 개구 구멍의 길이(D)는 개구 구멍이 원형 형상 또는 동일한 면적의 원호부를 가진 형상을 가질 때 초래되는 것 보다 더 짧아지게 되며, 그에 의해, 계측유로(6) 내의 유동 난류 및/또는 개구 구멍(12)내로 유체가 유동하는 것을 부가적으로 감소시키는 것이 가능하며, 그에 의해, 계측 정밀도를 향상시킨다. 상술한 설명이 하류 개구 구멍(12)에 관한 것이지만, 계측 정밀도를 추가로 향상시키도록, 계측유로면(6a)을 따른 상류 개구 구멍(11)의 개구 형상도 직사각형이 될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 초음파 유량계측장치에서, 피측정 유체의 개구 구멍(12)내로의 유입 유동이 적어도 하류 개구 구멍에 제공된 제 1 유입 억제체(15)에 의해 감소되며, 그에 의해, 초음파 송수신기들(8, 9) 사이의 유동 난류를 현저히 감소시키는 것이 가능하며, 그에 의해, 유량 계측을 위한 상한값과 계측 정밀도를 향상시킨다. 제 1 유입 억제체(15)는 개구 구멍내로의 피측정 유체의 유동을 억제하는 효과를 부가적으로 향상시키도록 초음파 투과구(22)를 가진 개구 구멍 봉쇄부(21)일 수 있고, 그에 의해, 개구 구멍내의 유동을 안정화시킬 수 있다. 더욱이, 초음파의 전달이 초음파 투과구(22)에 의해 보증될 수 있으며, 개구 구멍 봉쇄부(21)가 초음파의 감쇠를 추가로 감소시키도록 하류 개구 구멍(12)에 대해서만 제공될 수 있고, 그에 의해, 초음파 송수신기를 위한 구동 입력을 감소시키고, 전력 소모를 감소시키며, 계측 정밀도를 향상시킬 수 있다.
상류 개구 구멍(11)을 위해 제공된 제 1 유입 억제체(14)는 초음파 투과구(22)를 가진 개구 구멍 봉쇄부(21b)를 포함한다. 따라서, 상류 및 하류 개구 구멍들내로의 유입 유동을 현저히 감소시키는 것이 가능하고, 그에 의해, 유량 계측의 상한값을 향상시킬 수 있으며, 역류가 부가된 유동에 대해서도 계측 정밀도를 향상시킬 수 있다.
상류 개구 구멍(11)을 위해 제공된 개구 구멍 봉쇄부(21b)의 개구율은 하류 개구 구멍(12)을 위해 제공된 개구 구멍 봉쇄부(21a)의 개구율 보다 크다. 따라서, 초음파의 전달 손실이 감소되고, 그에 의해, 유량 계측 및 역류에 대한 계측 정밀도의 상한값을 향상시키는 것이 가능하며, 초음파 송수신기들을 위한 구동 입력을 감소시킴으로써 전력 소모를 감소시키는 것이 가능하다.
제 1 유입 억제기(15)는 초음파 투과구(22)를 가진 개구 구멍 봉쇄부(21)와, 개구 구멍(11, 12)의 근방에 제공된 유동 편향체를 포함한다. 따라서, 피측정 유체가 개구 구멍내로 유동하는 것을 억제하는 효과를 부가적으로 향상시키는 것이 가능하며, 그에 의해, 계측 정밀도를 부가적으로 향상시키는 것이 가능하다. 무엇보다도, 유동 편향체를 제공함으로써, 개구 구멍 봉쇄부상에 먼지 같은 이물질의 부착을 감소시키는 것이 가능하다. 따라서, 개구 구멍 봉쇄부는 개구 구멍 봉쇄부의 막힘에 크게 관여하지 않고, 초음파 투과율의 관점을 위주로하여 선택될 수 있으며, 그에 의해 선택의 자유도를 향상시킬 수 있다. 부가적으로, 전력 소모를 감소시키도록 초음파 투과성을 부가적으로 개선하거나, 양호한 계측 정밀도를 가진 장치를 실현하도록 감도를 부가적으로 개선할 수 있다.
개구 구멍 봉쇄부(21)는 수평 방향에 대한 경사를 가진 경사형 망패턴의 망형상 부재(24; meshed member)이다. 따라서, 상기 패턴은 수평 방향에 대해 경사져있고, 그래서, 경사망부(25)상에 부착된 먼지 같은 미분체들의 낙하를 촉진하며, 그에 의해, 이런 증착된 미분체의 양을 감소시키며, 망형상 부재의 막힘을 방지한다. 따라서, 그를 통한 초음파의 전달을 보증하고, 장기간에 걸쳐 안정적인 계측 정밀도를 유지하는 것이 가능하며, 그에 의해 내구성 및 신뢰성을 개선할 수 있다.
그를 통한 유동에 수직인 방향을 따른 계측유로(6)의 단면은 직사각형 형상이다. 따라서, 직사각형 단면을 채용함으로써, 총 측정 단면적에 대한 측정 면적을 향상시키는 것이 가능하며, 그에 의해, 초음파 전달로(13)의 상류측으로부터 하류측으로 동일한 조건하에서 유량 계측을 허용한다. 부가적으로, 계측유로(6)를 따른 유동의 이차원화를 향상시키는 것이 가능하며, 그에 의해 유체의 평균 유속을 높은 정밀도로 측정하는 것이 가능하다. 부가적으로, 제 2 유입 억제체(16)를 제공함으로써 유동의 이차원화를 추가로 향상시키는 것이 가능하다.
개구 구멍들(11, 12) 각각은 계측유로(6)내로 개구되며, 상기 계측유로는 상기 계측유로를 통한 유동 방향에 실질적으로 수직인 방향을 따라 연장하는 측면을 가지는 형상이다. 따라서, 계측유로(6)의 높이 방향에 대해 초음파를 균등하게 송신/수신하는 것이 가능하며, 유동 방향을 따른 계측유로내의 개구의 개구 길이를 단축하는 것이 가능하다. 따라서, 개구 구멍으로 인한 유동 난류를 부가적으로 감소시키는 것이 가능하며, 그에 의해 계측 정밀도를 부가적으로 향상시킬 수 있다.
굴곡부들(17, 18)이 계측유로(6)의 폭방향(W)으로 굴곡되는 경우가 본 실시예에 예시되었다. 그러나, 굴곡부들(17, 18)은 계측유로(6)의 높이(H) 방향이나 소정의 다른 방향으로 선택적으로 굴곡될 수 있으며, 상기 굴곡부들(17, 18)은 상이한 각도들로 굴곡될 수 있다. 부가적으로, 개구 구멍내로의 유체의 유입 유동을 억제하는 효과를 제 1 유입 억제체(14, 15)의 기능으로서 설명하였다. 그러나, 상기 제 1 유입 억제체들(14, 15)은 유체의 점성으로 인해 계측유로를 통해 유동하는 유체에 의해서 상기 개구 구멍내의 유체가 유인될때 발생하는 난류를 억제하는 유인 억제 효과(entrainment suppressing effect)도 갖는다.
(제 2 실시예)
도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 초음파 유량계측장치의 구조를 예시하는 단면도이다. 도 9에서, 도 1 내지 도 8에 도시된 실시예와 유사한 소자 및 기능부들은 동일한 참조 부호들로 표시되어 있으며, 이들에 대해서는 상세히 설명하지 않고, 상술한 실시예와 상이한 부분들을 중점적으로 하기에 설명한다.
참조 부호 26은 계측유로(6)의 입구인 도입부(27)에 제공된 편류 억제체이고, 이는 다수의 미세한 유통구들(26a)을 가지고 있다. 편류 억제체(26)는 도입부(27)내로 유동하는 유체가 그 유속 분포에 편차를 가질 때, 계측유로(6)로 상기 유체가 공급되기 이전에 속도 분포를 균등화한다. 참조 부호 28은 도입부(27)를 향해 개방된 접속 포트(29)를 가지며, 굴곡부(17)의 상류측상에 접속되어 있는 밸브 블록이다. 상기 밸브 블록(28)은 밸브 시트(30)와 상기 밸브 시트(30)에 대향 배치된 밸브 소자(31)를 가진 제어 밸브(32)를 구비하고 있다. 참조 부호 34는 그를 통해 유체가 유출되는 유체 출구(35)를 가지고, 굴곡부(18)의 하류측에 접속되어 있는 출구 블록이다. 참조 부호 36은 밸브 시트(30)를 향해 상기 밸브 소자(31)를 편향시키기 위한 스프링이고, 참조 부호 37은 제어 밸브(32)를 개방 또는 폐쇄시키도록 상기 밸브 소자(31)를 구동하는 솔레노이드 또는 모터 같은 구동부이다.
다음에, 초음파 유량계측장치의 동작을 설명한다. 제어 밸브(32)가 개방되었을 때, 피측정 유체는 유체 입구(33)를 통해 유입하여, 밸브 시트(30) 및 접속 포트(29)를 통과하고, 도입부(27)내로 유동한다. 상기 도입부(27)내로 유동하는 유체는 유동 방향으로의 감소된 균일성 및/또는 유속 분포를 가지며, 유체 입구(33)의 상류의 배관 구조 및/또는 밸브 블록(28)을 통한 굴곡된 경로를 통한 통로의 영향으로 인한 맥동 같은 불규칙성을 갖는다. 그러나, 유체가 도입부(27)내에 제공된 편류 억제체(26)의 미세한 유통구(26a)를 통해 유동할 때, 유동 방향 및/또는 유속 분포의 비균일성이 향상되고, 유동의 맥동이 감소되며, 그에 의해, 계측유로(6)내로 유동하는 안정한 유동을 제공한다. 상술한 바와 같이, 계측유로(6)에서, 계측유로(6)의 단면에 걸친 유체의 유속 분포는 제 2 유입 억제체(16)의 방향 규제부(16a)에 의해 균등화되고, 상기 유동은 유동이 개구 구멍들(11, 12)내로 덜 유동하게되는 방향으로 정류되며, 맥동 같은 유동 변동이 변동 억제부(16b)에 의해 부가적으로 감소된다. 그후, 유동은 초음파 전달로(13)내로 유동한다. 부가적으로, 제 1 유입 억제체들(14, 15)이 각각 상류 및 하류 개구 구멍들(11, 12)의 상류측상에 및 근방에 제공되어 개구 구멍(11, 12)내로의 유체의 유동을 감소시킬 수 있다. 따라서, 유동이 상류 배관 구조에 무관하게 추가로 안정화되는 초음파 전달로(13)를 따른 초음파 송수신기들(8, 9) 사이에서 초음파를 송수신함으로써 고정밀 유속 계측을 실현하는 것이 가능하다. 부가적으로, 유동의 변동으로 인한 초음파의 감쇠를 감소시킴으로써 유량 계측에 대한 상한값을 추가로 향상시키는 것이 가능하다.
도 10은 도입부(27)를 예시하는 평면도이다. 편류 억제체(26)가 도입부(27)의 전체 영역에 걸쳐 제공된다. 참조 부호 29a는 제어 밸브(32)가 도 9에 도시된 바와 같이 도면의 좌우 방향을 따라 제공되어 있고, 도면의 좌측상에 접속 포트(29)가 제공되어 있는 경우의 접속 포트(29)의 제 1 개구 위치(이점 쇄선으로 표시됨)를 나타내고 있으며, 참조 부호 29b는 제어 밸브(32)가 도 9의 전후 방향을 따라 제공되고, 도면의 역방향으로 접속 포트(29)가 제공되어 있는 경우의 접속 포트(29)의 제 2 개구 위치(이점 쇄선으로 표시됨)를 나타낸다. 상기 도입부(27)의 단면적(Sa)은 폭 W 및 높이 H를 가진 직사각형 형상으로 한정된 계측유로(6; 도 11 참조)의 단면적(Sb) 보다 크도록 설정되고(Sa>Sb), 그에 의해, 제 1 개구 위치(29a)와 제 2 개구 위치(29b)가 양자 모두가 도입부(27)내에 배열될 수 있도록 편류 억제체(26)를 위한 설치 면적을 향상시킨다. 따라서, 편류 억제체(26)로 인한 피측정 유체의 압력 감소를 감소시키는 것이 가능하다. 부가적으로, 제 1 및 제 2 개구 위치(29a, 29b)들이 상기 밸브 블록(28)의 다양한 배열/구조를 위한 도입부(27)에 대한 위치적 편차를 가지는 경우에도, 유체가 계측유로(6)내로 유동하기 이전에 편류 억제체(26)의 미세한 투과구들(26a)에 의해 유동 분포를 균등화하는 것이 가능하다. 따라서, 예를 들어 밸브 블록(28) 같은 계측유로(6)의 상류의 배관 구조 및/또는 유동 경로 구조의 변동에 대해서 계측 정밀도를 보증하는 것이 가능하며, 그에 의해, 설치의 자유도를 향상시키는 것이 가능하다.
더욱이, 도 11에 도시된 바와 같이, 각각 미세 개구를 가지는 편류 억제체(26)의 투과구들(26a)의 개구 치수(Ta)는 각각 미세 개구를 가지는 제 2 유입 억제체(16)의 변동 억제부(16b)의 투과구들(16c)의 개구 치수(Tb) 보다 작도록 설정된다. 따라서, 편류 억제체는 제 2 유입 억제체(16) 보다 양호한, 유속 분포 편차 또는 유동 맥동을 균등화하는 기능을 갖는다. 따라서, 편류 억제체(26)를 제공함으로써, 보다 안정화된 유동을 계측유로(6)로 제공하는 것이 가능하다. 따라서, 상류로부터 그를 통해 유체가 유입하는 접속포트(29)가 위치적으로 이탈되어 있을 때, 보다 균등화된 방식으로 유체를 계측유로(6)내로 공급함으로써, 향상된 정밀도로 측정을 수행하는 것이 가능하다. 유입 유체가 맥동하는 경우에도, 감소된 맥동으로 유동을 공급하는 것이 가능하며, 그래서, 맥류에 대해서도 계측 정밀도를 향상시키는 것이 가능하다. 부가적으로, 편류 억제체(26)의 투과구들(26a)의 개구 치수가 제 2 유입 억제체(16)의 변동 억제부(16b)의 투과구들(16c)의 치수 보다 더 작게 설정되어 있고, 그에 의해, 계측유로(6)내로 도입하는 먼지나, 흙 같은 이물질의 양을 감소시키는 것이 가능하며, 그래서, 보다 양호한 측정 동작이 가능하고, 신뢰성을 향상시키는 것이 가능하다. 부가적으로, 편류 억제체(26)의 단면적(Sa)은 계측유로(6)의 단면적(Sb) 보다 크게 설정되고, 그에 의해, 편류 억제체(26)상에 이물질이 부착된 경우에도, 피측정 유체의 압력 손실을 감소시키고, 측정 특성의 열화를 방지하는 것이 가능하다.
도 12는 편류 억제체(26)의 다른 실시예를 예시한다. 제 1 편류 억제체(26b)가 도입부(27)에 제공되고, 제 2 편류 억제체(26c)가 계측유로(6)의 하류측상의 도출부(38)에 제공된다. 제 2 편류 억제체(26c)는 제 1 편류 억제체(26b)와 마찬가지로, 다수의 미세 투과구들(26d)을 포함한다. 이 구조에서, 계측유로(6)의 상류측상에 유동 변동 또는 유입 편차가 있을 때, 제 1 편류 억제체(26b)는 상술한 바와 같은 편류 억제 효과 및 맥동 감소 효과를 제공한다. 계측유로(6)의 하류측사에 유동 변동 또는 유동 편차의 원인이 있는 경우에, 제 2 편류 억제체(26c)가 편류 억제 효과 및 맥동 감소 효과를 제공한다. 따라서, 계측유로(6)의 상류 또는 하류의 유동 경로 및/또는 배관 구조에 무관하게 안정한 계측을 실현하며, 계측 정밀도를 향상시키는 것이 가능하고, 그에 의해, 측정 장치의 설치 자유도를 추가로 향상시킨다. 더욱이, 맥동에 의해 순간적 역류가 발생하는 경우에도, 향상된 정밀도로 계측을 수행하고, 맥동의 근원의 위치에 무관하게 안정적인 계측을 수행하는 것이 가능하다. 부가적으로, 제 2 편류 억제체(26c)의 투과구들(26d)의 개구 치수는 제 2 유입 억제체(16)의 투과구들(16c)의 개구 치수 보다 작게 설정될 수 있고, 및/또는, 제 2 편류 억제체(26c)가 제공되는 경우에, 도출부(38)의 단면적은 계측유로(6)의 단면적 보다 크게 설정될 수 있으며, 그래서, 도입부(27)와 관련하여 상술한 바와 같은 효과를 제공할 수 있다. 따라서, 계측 정밀도, 설치 자유도 및/또는 이물질에 대한 장치의 신뢰성을 향상시키는 것이 가능하다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 초음파 유량계측장치에서, 각각 미세 개구를 가진 투과구들(26a)을 포함하는 편류 억제체(26)가 계측유로(6)의 상류측상에 제공된 도입부(27)내에 제공된다. 따라서, 계측유로(6)의 상류측상의 유동 경로 구조 및/또는 배관 구조에 무관하게 계측 유로(6)내로 안정한 유동을 공급하는 것이 가능하며, 그래서, 초음파 송수신기들(8, 9) 사이의 유동 난류를 감소시키는 것이 가능하다. 따라서, 계측의 상한값을 추가로 향상시키는 것이 가능하고, 계측 정밀도를 추가로 향상시키는 것이 가능하다. 부가적으로, 계측유로(6)의 상류측상의 배관 상태 및/또는 유로 구조에 무관하게 안정한 측정을 실현하는 것이 가능하며, 그에 의해, 측정 장치의 설치 자유도가 향상된다.
각각 미세 개구를 가지는 동과구들(26a, 26d)을 가지는 편류 억제체들(26b, 26c)기 각각 계측유로(6)의 상류측상에 제공된 도입부(27)와, 계측유로(6)의 하류측상의 도출부(38)내에 제공된다. 따라서, 역류를 동반한 맥류를 가진 피측정 유체 또는 하류측상에 맥동의 근원을 가진 피측정 유체 양자 모두에 대하여, 계측유로(6)를 통해 안정한 유동을 공급하는 것이 가능하며, 그래서, 초음파 송수신기들(8, 9) 사이의 유동 난류들이 감소된다. 따라서, 계측의 상한값을 추가로 향상시키는 것과, 계측 정밀도를 추가로 향상시키는 것이 가능하다. 부가적으로, 계측유로(6)의 상류 또는 하류의 유로 구조, 배관 상태 및/또는 맥동 근원에 무관하게 안정한 게측을 실현하는 것이 가능하며, 그에 의해, 계측 장치의 설치 자유도를 부가적으로 향상시킬 수 있다.
도출부(38) 또는 도입부(27)의 단면적은 계측유로(6)의 단면적 보다 크게 설정될 수 있다. 따라서, 편류 억제체(26)로 인한 압력 손실을 감소시키도록 편류 억제체(26)의 설치 단면적을 향상시키는 것이 가능하며, 그에 의해, 압력 손실이 증가하는 것을 방지할 수 있다. 부가적으로, 도출부(28) 또는 도입부(27)의 단면적을 증가시키는 것이 가능하며, 그에 의해, 상류측 또는 하류측상의 유로 또는 배관 구조의 형상이 변화되는 경우에도, 도입부 또는 도출부의 형상을 변화시키지 않고 장치를 부착할수 있다. 따라서, 설치 자유도가 향상된 측정 장치를 실현하는 것이 가능하다.
편류 억제체(26)의 투과구의 개구 크기는 제 2 유입 억제체(16)내에 제공된 투과구의 개구 크기 보다 작다. 따라서, 상류 또는 하류 접속 포트가 위치적 편위를 가진 상태로 배열되는 경우에도, 유체는 계측유로내로 균등하게 유동할 수 있고, 그에 의해, 향상된 계측 정밀도로 측정하는 것을 가능하게 한다. 부가적으로, 피측정 유체가 맥동을 가지는 경우에도, 작은 개구 크기를 가진 투과구로 인해 맥동이 감소된 유동으로 계측유로내로 유체를 공급하는 것이 가능하며, 그에 의해, 맥류의 경우에도 계측 정밀도를 향상시킬 수 있다. 부가적으로, 작은 개구 크기를 가진 편류 억제체의 투과구로 인해, 계측부내로 도입하는 먼지 및/또는 흙의 양을 감소시키는 것이 가능하며, 그에 의해, 계측유로를 따른 계측 동작의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
굴곡부(17, 18)가 계측유로(6)의 폭(W) 방향으로 굴곡되는 경우가 본 실시예에서 예시되었다. 그러나, 상기 굴곡부들(17, 18)은 선택적으로 소정의 다른 방향 또는 계측유로(6)의 높이(H) 방향으로 굴곡될 수 있으며, 굴곡부들(17, 18)은 상이한 각도로 굴곡될 수 있다는 것을 인지하여야 한다.
(제 3 실시예)
도 13은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 초음파 유량계측장치의 구조를 예시하는 단면도이다. 도 13에서, 도 1 내지 도 12에 도시된 실시예의 것들과 동일한 소자들 및 기능부들에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 있으며, 상세히 설명하지 않고, 상술한 실시예들과 상이한 부분들을 중점적으로 하기에 설명한다.
참조 부호 39는 피측정 유체가 계측유로(6)를 따라 순유동 방향으로 유동하는지, 역유동 방향으로 유동하는지에 무관하게 개구 구멍(11)내로의 피측정 유체의 유입 유동을 감소시키기 위한 제 1 유입 억제체이다. 제 1 유입 억제체(39)는 개구 구멍(11)의 상류측상에 및 근방에 제공된 유동 편향체(40a)와, 상기 개구 구멍(11)의 하류측상에 및 근방에 제공된 유동 편향체(40b)를 포함한다. 참조 부호 41은 초음파 전달로(13)의 하류측에 제공된 제 2 유입 억제체이다. 제 2 유입 억제체(41)는 피측정 유체의 유동 방향을 조절하기 위한 방향 규제부(16aa)와, 유동의 맥동을 감소시키거나 유속 분포를 균일화하기 위한 변동 억제부(16b)를 포함한다. 초금파 투과구(22)를 구비한 개구 구멍 봉쇄부(21)를 포함하는 상술한 제 1 유입 억제체(15)는 하류 개구 구멍(12)에 대해 제공된다. 방향 규제부(16a)와 변동 억제부(16b)를 포함하는 제 2 유입 억제체(16)는 초음파 전달로(13)의 상류측에 제공된다.
다음에, 초음파 유량계측장치의 계측유로내의 유동 상태와, 그 계측 동작을 설명한다. 먼저, 피측정 유체가 순유동 방향으로 계측유로(6)를 통해 유동하는 경우에, 편류 또는 맥류가 계측유로(6)내로 도입되는 경우에도, 제 2 유입 억제체(16) 또는 상술한 제 1 실시예에서와 같이 제 1 유입 억제체(39 또는 15)에 의해 이런 유동이 개구 구멍들(11, 12)내로 유동하는 것이 방지된다. 따라서, 상기 유동은 초음파 전달로(13)내에서 안정화되고, 그에 의해, 계측 정밀도 및/또는 측정의 상한값을 향상시키는 것이 가능하다.
다음에, 맥동이 순간적인 역류 또는 유동 변화를 유발하거나, 또는, 유체가 배관 접속의 오류로 인해 역유동 방향으로 유동하는 경우에, 역류가 계측유로(6)내로 도입될 수 있다. 이때에도, 제 1 유입 억제체(15 또는 39) 또는 제 2 유입 억제체(41)는 순방향 유동에서와 마찬가지로 이런 역류에 대해서도 이런 유동이 개구 구멍들(11, 12)내로 도입되는 것을 방지하도록 기능할 수 있다. 따라서, 맥류가 순간적인 역류를 유발하는 경우에도, 순방향 유동에서와 마찬가지로, 피측정 유체가 개구 구멍내로 유입되는 것을 감소시키는 것이 가능하고, 초음파 송수신기(8, 9) 사이의 유동 교란을 현저히 감소시키는 것이 가능하며, 그에 의해, 계측 정밀도와 유량 계측의 상한값을 향상시킨다. 부가적으로, 역류의 경우에도 향상된 정밀도로 측정을 수행하는 것이 가능하고, 설치의 자유도가 향상되며, 따라서, 편리함이 향상된다.
개구 구멍이 개방되게되는 표면을 따라서, 개구 구멍(11)의 상류측상 또는 근방에 및 개구 구멍(11)의 하류측상 및 근방에 각각 배치되어 있는 유동 편향체들(40a, 40b)의 돌출부들을 포함하는 제 1 유입 억제체(39)에 대하여 상술하였다. 그러나, 상기 돌출부들은 개구 구멍(11) 및/또는 개구 구멍(12)의 외주 둘레에 제공될 수 있다(미도시). 부가적으로, 제 1 유입 억제체들(39)은 도 2 또는 도 5를 참조로 상술한 개구 구멍 봉쇄부를 사용함으로써 제공될 수 있고, 그래서, 강한 역류에 대해서도 계측 정밀도를 향상시킬 수 있으며, 편리함을 향상시킬 수 있다.
도 14는 제 1 유입 억제체의 다른 실시예를 예시하고 있다. 제 1 유입 억제체가 하류 개구 구멍(12)에 대해 제공되는 경우를 설명한다. 참조 부호 23은 개구 구멍 봉쇄부(21)를 포함하는 개구 구멍(12)의 상류측상 및 근방에 제공된 유동 편향체이고, 참조 부호 42는 개구 구멍(12)의 햐류측상 또는 근방에 제공된 유동 편향체이다. 각 유동 편향체들(23, 42)은 판 또는 블레이드의 형태로 제공되며, 피측정 유체가 개구 구멍(12)내로 유동하지 않도록 유동 방향을 규제한다. 따라서, 본 실시예에서, 제 1 유입 억제체는 개구 구멍(11) 및/또는 개구 구멍(12)의 상류 및 하류에 각각 제공되어 있는 개구 구멍 봉쇄부(21)와 유동 편향체들(23, 42)을 포함한다.
본 명세서에서, 계측유로(6)를 통해 순방향으로 유동하는 유체에 대하여, 상기 유동 방향이 개구 구멍(12)의 상류측에 제공된 유동 편향체(23)에 의해 규제되어 개구 구멍(12)내로 안내되는 유동의 양을 감소시킨다. 계측유로(6)를 통해 역방향으로 유동하는 유체에 대하여, 유동방향은 개구 구멍(12)의 햐류측에 제공된 유동 편향체에 의해 규제되어 개구 구멍(12)내로 안내되는 유동의 양을 감소시킨다. 적은양이라도 개구 구멍(12)내로 안내된 유동이 남아있는 경우에, 개구 구멍 봉쇄부(21)에 의해 개구 구멍(12)내로 유동하는 것이 방지되며, 그래서, 개구 구멍(12)내에서 난류 같은 유동 교란을 방지하고, 따라서, 순방향 유동 및 역방향 유동 양자 모두에 대해서, 초음파 전달로(13)내의 유동을 안정화시키며, 그에 의해, 계측 정밀도를 부가적으로 향상시킨다.
개구 구멍 봉쇄부를 충격하는 유동량이 유동 편향체들(23, 42)에 의해 감소될 수 있기 때문에, 먼지 같은 미립자 이물질이 피측정 유체내에 포함된 경우라도, 이물질이 개구 구멍 봉쇄부(21)상에 부착되는 것을 감소시킬 수 있다. 따라서, 개구 구멍 봉쇄부의 제원은 초음파 투과성의 관점을 일차적으로하여 선택될 수 있으며, 그에 의해, 그 선택 또는 설정의 자유도를 향상시킨다. 부가적으로, 초음파 투과성을 부가적으로 향상시켜 감도를 향상시킬 수 있고, 그에 의해, 전력 소모를 감소시키거나 정밀도를 향상시킬 수 있다. 상기 개구 구멍 봉쇄부(21) 및 유동 편향체들(23, 42)은 개구 구멍(11)에 대해 유사한 효과를 제공하도록 하류 개구 구멍(12)에 대해서와 마찬가지로 상류 개구 구멍(11)에 대해서도 제공될 수 있다. 더욱이, 역류에 대한 계측 정밀도를 추가로 향상시키는 것이 가능하고, 그에 의해, 감도를 향상시키도록 초음파 투과성을 향상시키는 것이 가능하며, 계측 정밀도를 향상시키거나, 전력 소모를 감소시키는 것이 가능하다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 초음파 유량계측장치에서, 유동이 맥동을 갖고, 순간적인 역류를 유발하는 경우에도, 순방향 유동의 경우에서와 마찬가지로, 개구 구멍내로의 피측정 유체의 유동을 감소시키는 것이 가능하며, 초음파 송수신기들 사이의 유동 교란을 현저히 감소시키는 것이 가능하며, 그에 의해, 유량 계측의 상한값 및 계측 정밀도를 향상시킬 수 있다. 부가적으로, 역류에 대해서도 향상된 정밀도로 측정을 수행하는 것이 가능하며, 설치의 자유도를 향상시키고, 그에 의해 편리성을 향상시킨다.
유동 편향체는 개구 구멍의 하류측 및 상류측에 제공된다. 따라서, 계측유로를 따른 순방향 유동 및 역방향 유동 양자 모두에 대해서, 계측 정밀도를 추가로 향상시키고, 개구 구멍내로의 유동을 억제하며, 개구 구멍에 이물질이 도입되는 것을 방지한다. 따라서, 역류를 가진 맥류에 대해서도, 장시간에 걸쳐 안정된 계측정밀도를 유지하는 것이 가능하며, 그에 의해 내구성 및 신뢰성을 향상시킨다.
굴곡부(17, 18)가 계측유로(6)의 폭(W) 방향으로 굴곡되는 경우를 본 실시예에서 예시하였다. 그러나, 상기 굴곡부들(17, 18)은 선택적으로, 계측유로(6)의 높이(H) 방향으로 굴곡되거나, 소정의 다른 방향으로 굴곡될 수 있으며, 상기 굴곡부들(17, 18)들은 상이한 각도로 굴곡될 수 있다.
(제 4 실시예)
도 15는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 초음파 유량계측장치의 구조를 예시하는 단면도이다. 도 15에서, 도 1 내지 도 14에 도시된 실시예의 것들과 동일한 소자들 및 기능부들에는 동일한 참조부호를 사용하고 있으며, 상세히 설명하지 않는다. 상술한 실시예들과 상이한 부분들을 중점적으로 하기에 설명한다.
참조부호 43은 초음파 전달로(13)의 상류측에 제공된 전달로 유동 규제체이다. 전달로 유동 규제체(43)는 계측유로(6)를 대각선으로 가로질러 연장하는 초음파 전달로에 실질적으로 평행하게 배열되어 있으며, 상기 전달로 유동 규제체는 초음파의 전달을 간섭하지 않도록 초음파 전달로(13)로부터 다소 이격되어 배치되어 있다.
도 16은 계측유로(6)를 통해 유동하는 방향을 따라 본, 전달로 유동 규제체(43)를 예시하고 있다. 전달로 유동 규제체(43)는 원형 횡단면을 가진 계측유로(6)내에 배열되어 있다. 참조 부호 13a는 도 15의 지면에 수직한 방향(계측유로(6)의 높이 방향)을 따라 취해진 계측유로(6)의 단면에 도시된 바와 같은 초음파 전달로이다. 상기 전달로 유동 규제체(43)는 이점 쇄선으로 도시된 높이 방향을 따른 초음파 전달로(13a)의 폭 보다 더 큰 높이 방향을 따른 폭을 가지며, 상기 유동에 노출되어 있는 다수의 규제부들(44)을 구비하고 있다.
다음, 초음파 유량 계측 장치의 동작을 설명한다. 피계측 유체는 계측유로(6)의 상류측에 설치된 제어 밸브(도시 않음)에 의해 제공된 유로 단면적의 확대 및 축소에 기인하는 또는 굴곡부(17)를 통과하는 것에 기인하는 유동의 변동 또는 편류으로 계측유로에 유입된다. 다음, 초음파 전달로(13)의 상류측 직전에 설치된 전달로 유동 규제체(43)의 규제부(44)에 의해 난류가 촉진된다. 전달로 유동 규제체(43)는 상류측 초음파 송수신기(8) 근방으로부터 하류측 초음파 송수신기(9) 근방에 걸쳐 연장되도록 초음파 전달로(13)의 상류측 직전에 배치되므로, 이에 의해 초음파 전달로(13)의 전역에 걸쳐 난류가 균등하게 촉진된다. 이러한 방식으로, 유동 상태의 편차가 상류측으로부터 하류측으로 초음파 전달로(13) 내에서 감소되어, 초음파 전달로(13) 내의 평균 유속의 계측이 용이해진다. 특히, 유속이 작으며(유량이 작을 때) 따라서 유체가 층류로서 계측유로(6) 내로 유입될 때, 초음파 전달로(13) 내의 전달로 유동 규제체(43)에 의해 난류화가 촉진된다. 이 때문에, 상기 난류 상태와, 유속이 크며(유량이 클 때) 따라서 유체가 난류로서 계측유로(6) 내로 유입될 때 초음파 전달로(13) 내에 발생하는 난류 상태 사이의 차이는 작아진다. 따라서, 작은 유량으로부터 큰 유량까지의 광범위한 유량 범위에 걸쳐 초음파 전달로(13) 내의 유동을 안정하게 난류화할 수 있다. 또한, 전달로 유량 규제체(43)는 계측유로(6)를 대각선으로 가로질러 연장되도록 배치되기 때문에, 전달로 유동 규제체(43)는, 상기 전달로 유동 규제체(43)가 계측유로(6)에 직교하여 연장되도록 배치될 때 얻어지는 것 보다도 계측유로(6) 내에 큰 길이를 가질 수 있다. 따라서, 큰 개구비를 갖는 전달로 유동 규제체(43)를 제공할 수 있으며, 압력 손실이 저감된 계측 장치를 실현할 수 있다.
이러한 구성을 갖는 계측유로(6)에 있어서, 유속(V)은 상술한 바와 같이 초음파 전달 시간(T1,T2)에 기초하여 얻어지며, 유량은 계측유로(6)의 단면적(S) 및 보정 계수(K)로부터 얻어진다. 상기 보정 계수(K)는, 초음파 전달로(13)를 따라 연장되는 전달로 유동 규제체(43)가 없는 경우에는, 도 17에 도시한 바와 같이 층류 영역으로부터 난류 영역으로의 이행하는 천이 영역에서 크게 변화된다. 따라서, 계측 유량에 오차(△Qm)가 발생하면, 보정 계수(K)는 △K1 만큼 크게 변화되며, 따라서 유량 계측 오차가 증가된다. 상기 오차는 유체의 온도 변화 또는 유체의 조성비의 변화에 의해 발생하는 동점성 계수의 변화에 기인하는 레이놀즈 수의 편차에 기인하는 유동 상태의 편차에 의해 발생한다. 특히, 도시 가스, LPG(액화 석유 가스) 등과 같이 계절적 또는 지역적 편차에 기인하는 가스 조성의 변화가 있을 수 있는 유체의 유량을 계측하는 경우, 상기 오차가 고려될 필요가 있다.
그러나,본 실시예에서와 같이, 전달로 유동 규제체(43)가 초음파 전달로(13)를 따라 설치될 때, 도 18에 도시한 바와 같이, 유체가 상류측으로부터 하류측으로 초음파 전달로(13) 내에 균등하게 난류화 될 수 있기 때문에, 유속이 작은 층류 영역에서의 보정 계수(K)와 난류 영역에서의 보정 계수 사이의 차이를 감소할 수 있다. 또한, 보정 계수의 변화는 층류로부터 난류로 이행되는 천이 영역에서도 또한 작다. 따라서, 보정 계수는 평균화된다. 따라서, 계측 유량에 오차(△Qm)가 발생할 지라도, 보정 계수의 변화는 △K2(K2<K1)로 충분히 작으며, 이에 의해 계측 정밀도가 높은 계측이 허용된다. 이는 온도 변화 또는 유체의 조성 변화가 있을 때 유리하다. 따라서, 이러한 조성 변화 및 온도 변화가 예상되는 도시 가스 또는 LPG와 같은 연료 가스의 유량을 계측할 때 특히 더욱 증가된 계측 정밀도를 갖는 계측이 실현될 수 있다.
입구측(43a)으로부터 출구측(43b)으로의 전달로 유동 규제체(43)의 길이가 계측유로(6)의 폭(W) 방향에 걸쳐 대략 일정한 예를 상술하였다. 그러나, 도 19에 도시한 전달로 유동 규제체(43)의 실시예에서와 같이, 초음파 전달로(13)에 근접한 출구측(43b)만이 초음파 전달로(13)를 따라 연장되며, 입구측(43a)은 초음파 전달로(13)를 따라 연장되지 않을 수도 있다. 초음파 전달로(13) 내에서 상류측으로부터 하류측으로 난류가 균등하게 촉진될 수 있다. 따라서, 입구측(43a)으로부터 출구측(43b)까지의 길이는 폭 방향을 따른 위치에 따라 변화될 수 있다는 것을 이해할 수 있다. 또한, 전달로 유동 규제체(43)는 초음파 전달로(13)에 대응하는 계측유로(13)의 원형 단면의 부분에 걸쳐서만 연장되도록 배치되었지만, 전달로 유동 규제체(43)는 보정 계수(K)의 평탄화를 촉진하기 위해 원형 단면의 높이(H) 방향에 걸쳐 연장되도록 선택적으로 배치될 수도 있다는 것을 이해할 수 있다. 더욱이, 본 실시예에서 전달로 유동 규제체(43)의 출구측(43b)은 초음파 전달로(13)에 대략 평행하게 연장되도록 배치되었지만, 전달로 유동 규제체(43)는 초음파 전달로(13)의 상류측 단부로부터 하류측 단부까지의 계측유로(6)의 폭(W) 방향에 대해 대략 균등한 위치에 배치되는 한, 임의의 다른 배치로 제공될 수도 있으며, 전달로 유동 규제체(43)는 출구측(43b)을 따라 오목부 또는 볼록부를 가질 수 있다는 것을 이해할 수 있다.
도 20은 전달로 유동 규제체의 다른 실시예를 도시하는 초음파 유량 P측 장치의 구성을 도시한다. 도 20에서, 도 1 내지 도 19에 도시한 실시예들에서와 동일한 부재 및 기능은 동일한 도면 부호로 나타내며, 그 상세한 설명은 생략하며, 하기에는 상기 실시예들과 상이한 부분들을 중심으로 설명한다.
도면 부호 45는 초음파 절단로(13)의 하류측 상에 제공된 전달로 유동 규제체이다. 하류측 전달로 유동 규제체(45)는, 계측유로(6)를 대각선으로 가로질러 연장되는 초음파 전달로(13)에 대략 평행하게 배치되며, 초음파의 전달을 간섭하지 않도록 초음파 전달로(13)로부터 약간 이격된다. 도면 부호 46은 하류측 전달로 유동 규제체(45)에 제공되며 유동에 노출되는 규제부이다. 따라서, 초음파 전달로(13)는 상류측 전달로 유동 규제체(43) 및 하류측 전달로 유동 규제체(45)에 의해 포위된다.
다음, 초음파 유량 계측 장치의 동작을 설명한다. 계측유로(6)의 폭(W) 방향에 걸쳐 초음파 전달로(13)의 상류측 직전에 제공된 전달로 유동 규제체(43)의 규제부(44)에 의해 초음파 전달로(13)의 폭(W) 방향을 가로질러 유동 난류가 균등하게 촉진된다. 또한, 하류측 전달로 유동 규제체(45)는 초음파 전달로(13) 내의 유동에 배압을 인가하기 위해 상류측 전달로 유동 규제체(43)와 함께 초음파 전달로(13)를 포위한다. 따라서, 유동 상태를 더욱 균일화 및 안정화할 수 있으며, 보정 계수를 안정화할 수 있다. 또한, 하류측 배관 형상의 편차 또는 피계측 유체의 사용 조건에 의해 발생되는 맥동 등에 의해 초음파 전달로(13) 내의 유동 상태가 영향을 받는 것이 감소될 수 있으므로, 안정된 유량 계측을 수행할 수 있다. 역류가 발생될지라도, 안정된 보정 계수를 유지할 수 있으며, 계측 정밀도를 향상할 수 있다.
도 21은 상류측 전달로 유동 규제체(43)와 하류측 전달로 유동 규제체(45)를 일체화함으로써 얻어지는 전달로 유동 규제체(47)를 도시하는 사시도이다. 도면 부호 48은 상류측 전달로 유동 규제체(43)와 하류측 전달로 유동 규제체(45)를 접속하며 일체화시키기 위한 연결부이며, 도면 부호 49는 초음파 전달을 간섭하지 않도록 내부에 개방된 개구를 갖는 초음파 전달 윈도우이다.
상기 전달로 유동 규제체(47)는 연결부(48)에 의해 연결되며 일체화며, 이에 의해 상류측 규제부(44)와 하류측 규제부(46)의 서로에 대한 위치적인 편위가 방지된다. 따라서, 초음파 전달로(13) 내의 유동 상태의 편차를 감소시킴으로써 유동이 안정될 수 있으며, 이에 의해 편차가 거의 없는 계측을 실현할 수 있다. 더욱이, 전달로 유동 규제체(47)는 연결부(48)에 의해 구조적으로 보강될 수 있으며, 이에 의해 규제부(44,46)를 포함하는 각각의 전달로 유동 규제체(43,45)의 두께 또는 크기를 감소시킬 수 있다. 따라서, 계측유로(6)의 단면 위치에 무관하게 초음파 전달로(13) 내의 유동 상태를 균일화할 수 있다. 더욱이, 규제부(44,46)의 두께 또는 크기를 감소시킴으로써, 피계측 유체가 유동하는 개구 면적을 확대시킬 수 있으며, 이에 의해 계측유로 내의 압력 손실을 감소시킬 수 있다. 또한, 전달로 유동 규제체(43,45)는 연결부(48)에 의해 보강되기 때문에, 장기간 사용에 의한 변형을 방지할 수 있으며, 이에 의해 내구성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 연결부(48)가 전달로 유동 규제체(47)의 코너부 사이로 연장되도록 배치된 경우에 대해서 상술하였지만, 연결부(48)는 초음파 전달을 방지하지 않는 한, 보강을 위해 적합한 임의의 다른 위치에 제공될 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
도 22는 선 A-A를 따라 취한 제 4 실시예에 따른 계측유로(6)의 다른 단면 형상을 도시하는 단면도이다. 도면 부호 50은 폭(W)과 높이(H)를 갖는 직사각형 단면을 갖는 계측유로(6)를 형성하는 유로벽이다. 규제부(44,46)는 직사각형 단면을 따라 배치된다.
다음, 직사각형 단면의 경우의 계측 동작을 설명한다. 초음파 전달로(13)는 직사각형 단면의 폭(W) 방향을 가로질러 연장되며, 따라서 직사각형 단면의 높이(H) 방향에 대한 계측 영역의 비율을 높일 수 있다. 높이(H) 방향을 따른 계측 영역의 비율은 상류측으로부터 하류측으로 폭(W) 방향을 따라 일정할 수 있다. 따라서, 초음파 전달로(13) 내의 유체의 평균 유속의 고정밀 계측을 수행할 수 있다. 초음파 전달로(13) 내의 유동에 있어서, 전달로 유동 규제체(43,45)의 규제부(44,46)에 의해 광범위한 유량 범위에 걸쳐 상류측으로부터 하류측으로 유동 난류가 균등하게 촉진되며, 이에 의해 고정밀도로 평균 유속을 계측할 수 있다. 따라서, 계측유로(6) 내의 안정한 2차원 유동을 발생시키기 위해 그의 편평도를 증가시키도록 직사각형 단면의 형상비(W/H)를 증가시킴으로써 계측 정밀도를 높이는 방법을 사용할 필요가 없다. 단면의 높이(H)를 함께 형성하는 상부 및 하부면에 의해 반사되는 초음파의 영향을 감소시키도록 높이(H)가 결정될 수 있다. 따라서, 반사파에 의한 간섭이 감소되도록 유로의 높이(H)에 따라 단면 사양을 자유롭게 설정할 수 있으며, 이에 의해 향상된 감도로 초음파 송수신을 할 수 있다. 또한, 보정 계수의 편차를 감소시킴으로써 계측 정밀도를 증가시킬 수 있다.
더욱이, 피계측 유체와 접촉하는 단면을 따르는 길이를 감소시키기 위해 2 미만의 형상비를 갖는 편평도가 작은 직사각형 단면을 사용할 수 있으며, 이에 의해 계측유로 내의 압력 손실을 감소할 수 있다. 본원에 사용되는 직사각형 단면은 또한, 다이 캐스팅에 의해 유로벽(7)이 형성되는 경우에 사용되는 금형과 같은 생산 설비의 내구성을 확보하기 위해 직사각형 단면의 각각의 코너부에 둥근 부분{코너(R)}을 갖는 대략 직사각형 형상도 포함한다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
도 23은 본 실시예에서의 전달로 유동 규제체(43 또는 45)와 초음파 전달로(13) 사이의 거리를 도시한다. 상류측 전달로 유동 규제체(43)와 초음파 전달로(13) 사이의 거리는 Gu이며, 하류측 전달로 유동 규제체(45)와 초음파 전달로(13) 사이의 거리는 Gd이다.
전달로 유동 규제체(43 또는 45)와 초음파 전달로(13) 사이의 거리는, 광범위한 유량 범위에 걸쳐 다양한 피계측 유체에 대한 계측값을 위한 보정 계수를 안정화하기 위해 최적화되며, 이에 의해 초음파 전달로(13) 내의 유동 분포를 상류측으로부터 하류측으로 균등하게 난류화할 수 있다. 예를 들면, 레이놀즈 수가 작은 경우, 거리(Gu,Gd)는 감소될 수 있으며, 레이놀즈 수가 큰 경우, 거리(Gu,Gd)는 증가할 수 있다. 레이놀즈 수는 동점성 계수의 역수이다. 따라서, 거리(Gu,Gd)는 작은 점성 계수를 갖는 유체의 경우에는 증가하며, 큰 점성 계수를 갖는 유체의 경우에는 감소한다. 예를 들면, 프로판 가스는 4.5mm2/s(300K)의 동점성 계수를 가지며, 메탄은 17.1mm2/s(300K)의 동점성 계수를 갖는다. 따라서, 거리(Gu,Gd)는 프로판 가스의 경우에는 증가하며, 메탄 가스의 경우에는 감소한다. 이러한 조건하에서, 전달로 유동 규제체(43 또는 45)는, 초음파 전달로(13)를 통해 전달되며 전달로 유동 규제체(43 또는 45)에 의해 반사되어 유속 계측에 영향을 주는 초음파의 양을 감소시키기 위해 초음파 전달로(13)로부터 가능한 한 큰 거리에 제공되어야 한다. 그러나, 초음파 전달로(13)의 상류측으로부터 하류측으로 유동을 균등하게 난류화하기 위해, 상기 거리는 최적화되어야 한다. 상기 거리(Gu)와 거리(Gd)는 동일한 값을 가질 필요는 없지만, 상이한 값으로 설정될 수도 있으며, 거리(Gu)와 거리(Gd) 사이의 관계는 전달로 유동 규제체(43)의 규제부(44)의 형상 및/또는 개구 치수와 전달로 유동 규제체(45)의 규제부(46)의 형상 및/또는 개구 치수의 차이에 따라 변화될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 상기 거리와 점성 계수 사이의 관계는, 규제부(44,46)의 형상 및/또는 개구 치수가 유체의 형태에 따라 변화되는 경우, 상술한 바와 같이 상이할 수 있다.
따라서, 계측유로(6)의 형상 및 치수를 변화시키지 않고 전달로 유동 규제체만을 변화시킴으로써 다양한 유체에 대해 고정밀 계측을 수행할 수 있으며, 이에 의해 사용자의 편의를 증가시킬 수 있다. 또한, 다양한 조건에 대해 다양한 공용 부재를 사용함으로써 저비용으로 계측 장치를 제공할 수 있다.
도 24는 전달로 유동 규제체의 다른 실시예를 도시하는 사시도이다. 도면 부호 51은 전달로 유동 규제체(43)의 직사각형 단면이다. 규제부(51)는 유동 방향으로 작은 두께를 갖는 와이어 망 또는 직물과 같은 망형상 부재(meshed member)로 형성된다. 규제부(51)와 유사한 부재가 전달로 유동 규제체(45) 내에 또한 제공될 수 있다(도시 않음). 전달로 유동 규제체는 전달로 유동 규제체의 외측 프레임(44a)을 사용하지 않고 망형상 부재만으로 형성될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
규제부(51)는 유동 방향으로 작은 두께를 갖는 망형상 부재로 형성되기 때문에, 작은 공간에 설치될 수 있도록 전달로 유동 규제체(43 또는 45)의 크기를 유동 방향을 따라 감소시킬 수 있으며, 이에 의해 계측유로의 크기를 감소시킬 수 있다. 큰 개구비를 갖는 망형상 부재의 사용과 함께 초음파 전달로(13)를 덮는 망형상 부재에 대해 초음파를 용이하게 반사하지 않는 재료를 사용함으로써, 전달로 유동 규제체(43 또는 45)에 의한 초음파의 반사를 감소할 수 있는 장점을 제공하며, 이에 의해 반사파에 의한 간섭의 계측 정밀도에 대한 영향을 감소시켜 고정밀 계측을 실현할 수 있다.
도 25는 전달로 유동 규제체의 다른 실시예를 도시하는 사시도이다. 도면 부호 52는 전달로 유동 규제체(43)의 규제부이다. 상기 규제부(52)는 유동 방향을 따라 연장되는 다수의 벽면(52a)을 갖는 격자 부재(53)를 포함한다. 규제부(52)와 유사한 부재가 전달로 유동 규제체(45)에 또한 제공될 수 있다(도시 않음).
유동 방향을 따라 연장되는 벽면(52a)에 의해, 전달로 유동 규제체(43)를 통과하는 유동의 방향을 규제할 수 있다. 특히, 초음파 송수신기(8,9) 직전에 제공된 개구 구멍(11,12)내로의 유체의 유동을 감소시킴으로써 와류의 발생을 감소시킬 수 있으며, 이에 의해 와류에 의한 초음파의 감쇠를 감소시킬 수 있으며, 따라서 보다 큰 유량 범위까지 계측을 할 수 있다. 또한, 각각의 벽면(52a)은 초음파 전달로(13) 내의 유속 분포가 보다 균등화되는 방향으로 지향될 수 있으므로, 초음파 전달로(13) 내의 유속 분포를 더욱 균등하게 할 수 있으며, 이에 의해 계측 정밀도를 향상시킬 수 있다.
도 26은 유동 방향을 따라 본 전달로 유동 규제체의 다른 실시예의 정면도이다. 도면 부호 54는, 각각의 통과 구멍(55)의 단면적이 변화되도록 두 개의 인접한 규제부 사이의 간격이 계측유로(6)의 횡단면을 따른 위치에 따라 변화되는, 전달로 유동 규제체(43) 내에 제공되는 규제부를 나타낸다. 여기서, 전달로 유동 규제체(43)의 단면의 주변측을 따르는 통과 구멍(55a)의 단면적은 전달로 유동 규제체(43)의 중앙부의 통과 구멍(55b)의 단면적 보다 크게 설정된다. 특히, 통과 구멍(55)의 단면적은 폭(W) 방향 또는 높이(H) 방향을 따라 전달로 유동 규제체(43)의 각각의 단부를 향해 증가된다. 규제체(54)와 유사한 부재가 전달로 유동 규제체(45) 내에 또한 제공될 수 있다(도시 않음).
다음, 동작을 설명한다. 전달로 유동 규제체(43)가 없는 경우, 계측유로(6)의 벽 표면을 따라 유동하는 유체는 유체의 점성에 의해 감소된 유속을 가지며, 계측유로(6)의 중앙부를 통해 유동하는 유체는 비교적 큰 유속을 갖기 때문에, 균등한 유속 분포를 얻는 것이 곤란하다. 그러나, 본 실시예에서는, 전달로 유동 규제체(43)가 제공되며, 통과 구멍(55)의 단면적이 계측유로(6)의 단면의 중앙부에서 감소되므로, 유속을 감소시킬 수 있다. 통과 구멍(55)의 단면적은 주변측을 따라 증가되므로, 통과 저항은 중앙부의 통과 저항 보다 낮으며, 이에 의해 유속의 감소를 억제할 수 있다. 따라서, 초음파 전달로(13) 내의 유속 분포가 균등화된다. 따라서, 계측유로(6)를 대각선으로 가로질러 연장되는 초음파 전달로(13) 내의 유속은 상류측으로부터 하류측으로 균등화되므로, 초음파 전달로(13) 내의 평균 유속의 계측값은 층류 범위로부터 난류 범위까지의 광범위한 유량 범위에 걸쳐 계측유로(6)의 단면을 가로질러 계측된 것과 양호하게 일치할 수 있으며, 이에 의해 유량 계수의 변화를 안정화할 수 있으며 계측 정밀도를 향상시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 제 4 실시예에 따른 초음파 유량 계측 장치에서, 전달로 유동 규제체(43)는 상류측 단부로부터 하류측 단부까지 초음파 전달로(13)의 전체 영역을 따라 연장되도록 초음파 전달로(13)의 상류측 직전에 제공되므로, 초음파 전달로(13)의 전체 영역에 걸쳐 유동의 난류화를 촉진할 수 있다. 따라서, 보정 계수의 유량 변화 특성은 전체 유량 계측 범위에 걸쳐 안정화될 수 있으며, 이에 의해 계측 정밀도가 향상된다. 유체의 특성이 변화될지라도, 계측 정밀도가 유지되므로, 실용성 및 편의성을 향상시킬 수 있다. 또한, 계측유로(6)를 가로질러 전달로 유동 규제체(43)를 대각선으로 배치함으로써, 그의 개구율을 증가시킬 수 있으므로 압력 손실이 감소된 계측 장치를 실현할 수 있다. 더욱이, 계측유로(6)를 가로질러 전달로 유동 규제체(43)를 대각선으로 배치함으로써, 규제부(44)를 설치할 수 있는 면적을 크게 확보할 수 있다. 따라서, 압력 손실의 증가 없이 인접한 규제부(44) 사이의 간격을 감소하며 규제부(44)의 수를 증가시킬 수 있으며, 이에 의해 난류 촉진 효과를 증가시킬 수 있다.
따라서, 초음파 전달로(13)는 상류측 및 하류측 전달로 유동 규제체(43,45)에 의해 포위되며, 이에 의해 초음파 전달로(13)의 상류측으로부터 하류측으로 난류 상태를 균등화할 수 있으므로, 보정 계수를 더욱 안정화할 수 있으며 계측 정밀도를 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 계측유로(6)를 따르는 하류측에 대한 유동 상태의 영향은 하류측 전달로 유동 규제체(45)에 의해 감소된다. 따라서, 계측유로(6)의 하류측 상의 배관 상태와 무관하게 안정된 계측을 실현할 수 있으며, 이에 의해 계측 장치의 설치의 자유도를 증가할 수 있다. 또한, 계측유로를 따르는 순방향 및 역방향 유동 모두에 대해서도 동일한 효과가 얻어지므로, 맥동류 또는 역류시에 있어서도 보정 계수를 안정화할 수 있다.
상류측 및 하류측 전달로 유동 규제체(43,45)는 일체화된다. 따라서, 전달로 유동 규제체 사이의 거리의 차이 또는 상류측 규제부와 하류측 규제부 사이의 위치 편위를 방지하며 안정화할 수 있으며, 이에 의해 감소된 편차를 갖는 계측 장치를 실현할 수 있다. 또한, 연결부는 전달로 유동 규제체를 보강하며, 이에 의해 규제부의 크기 또는 두께를 감소시킬 수 있다. 따라서, 초음파 전달로의 유동 상태를 균등화할 수 있으며, 또는 계측유로 내의 압력 손실을 감소시킬 수 있다.
초음파 전달로(13)로부터의 전달로 유동 규제체의 거리만을 변화시킴으로써 피계측 유체의 형태와 무관하게 계측유로를 공용화할 수 있다. 또한, 피계측 유체의 종류와 무관하게 안정된 계측 정밀도를 유지할 수 있다. 더욱이, 계측유로는 공용화되기 때문에 비용을 저감할 수 있다.
한 실시예에서, 규제부는 망형상 부재의 형태로 제공될 수 있다. 따라서, 유동 방향에 대한 전달로 유동 규제체의 설치 공간을 감소시킬 수 있으며, 이에 의해 계측유로의 크기를 감소할 수 있다.
한 실시예에서, 규제부는 그의 벽면이 유동 방향을 규제하도록 유동 방향을 따라 연장되는 격자 부재의 형태로 제공될 수 있으며, 이에 의해 초음파 전달로 내의 유속 분포를 더욱 균등화할 수 있으며 따라서 계측 정밀도를 향상시킬 수 있다.
두 개의 인접한 규제부 사이의 간격은 계측유로의 횡단면을 따르는 위치에 따라 변화될 수 있다. 따라서, 유동 방향을 따라 규제부의 감소된 길이를 유지시키면서, 계측유로의 횡단면을 따르는 위치에 따라 각각의 규제부의 크기를 최적화할 수 있다. 따라서, 초음파 전달로 내의 유속 분포를 더욱 균등화시키며 유동 방향을 따르는 규제부의 길이를 감소시킬 수 있으며, 따라서 유속 분포의 균등화에 의해 계측 정밀도를 향상시키면서 압력 손실을 감소시킬 수 있다.
계측유로의 직사각형 단면화에 의해, 총 계측 단면적에 대한 계측 영역을 증가시킬 수 있으며, 이에 의해 초음파 전달로의 상류측으로부터 하류측까지 동일한 상태하에서 계측할 수 있으며, 따라서 유체의 평균 유속을 고정밀도로 계측할 수 있다.
초음파 전달로를 따라 배치된 전달로 유동 규제체 및 계측유로의 직사각형 단면화에 의해, 2차원 유동을 발생시키도록 단면의 형상비를 증가시킬 필요가 없으며, 반사파에 의한 간섭이 감소되도록 유로의 높이에 따라 단면 사양을 자유롭게 설정할 수 있으므로, 향상된 감도로 초음파 송수신을 할 수 있다. 또한, 계측 단면의 과잉 평탄화 없이 유체와 접촉하는 계측 단면의 길이가 감소되도록 계측 단면을 규제함으로써 계측유로 내의 압력 손실을 감소시킬 수 있다.
본 실시예에서는 굴곡부(17,18)가 계측유로(6)의 폭(W) 방향으로 만곡된 경우에 대해서 설명하였다. 그러나, 상기 굴곡부(17,18)는 계측유로(6)의 높이(H) 방향 또는 다른 방향으로 선택적으로 만곡될 수 있으며, 상기 굴곡부(17,18)는 상이한 각도로 만곡될 수 있다.
(제 5 실시예)
도 27은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 초음파 유량 계측 장치의 구성을 도시하는 단면도이다. 도 27에서, 도 1 내지 도 26에 도시한 실시예들과 동일한 부재 및 기능은 동일한 도면 부호로 나타내며, 그 상세한 설명은 생략하며, 하기에는 상기 실시예들과 상이한 부분들을 중심으로 설명한다.
도면 부호 56은 개구 구멍(11,12) 내로의 피계측 유체의 유입을 감소시키기 위한 유입 억제체이다. 상기 유입 억제체(56)는 초음파 전달로(13)의 상류측에 제공된 상술한 전달로 유동 규제체(43)의 하류측에 제공된다. 유입 억제체(56)는 도 28의 확대도에 도시한 바와 같이, 초음파가 통과할 수 있는 다수의 초음파 투과구(22)를 갖는 개구 구멍 봉쇄부(21)로 형성된 제 1 유입 억제체(57)를 포함한다. 상기 개구 구멍 봉쇄부(21)는 초음파 전달로(13)를 가로질러 연장되며, 개구 구멍(11,12) 내로의 유체 유입량을 감소시키도록 개구 구멍(11,12)의 계측유로면(6a)과 동일 평면상에 위치한다.
도 29는 유입 억제체의 다른 실시예를 도시한다. 제 1 유입 억제체는 유동 편향체(58a)와 안내면(58b)을 포함한다. 상기 유동 편향체(58a)는 상류측 개구 구멍(11)의 상류측 직전에 유로벽(7)으로부터 돌출되도록 제공된다. 안내면(58b)은 완만하게 증가되는 높이로 유동 편항체(58a)의 상류측에 제공된다. 제 1 유동 억제체(58)는 유체가 개구 구멍(11) 내로 유입되지 않게 하기 위해 계측유로면(6a) 근방에 유동하는 유체를 벽면으로부터 이격되도록 편향시킨다. 전달로 유동 규제체와 초음파 전달로 사이의 거리(Gu 또는 Gd)가 작은 경우, 유동 편향체(58a) 및 안내면(58b)은 제 2 유입 억제체를 제공하기 위해 전달로 유동 규제체(43)와 일체로 형성될 수 있다.
도 30에서, 도면 부호 60은 계측유로면(6a) 근방의 전달로 유동 규제체(59)의 측부의 유동 편향체(60a)에 유입 억제부(60b)를 제공함으로써 얻어지는 제 2 유입 억제체이다. 따라서, 전달로 유동 규제체(59)와 제 2 유입 억제체(60)는 일체화된다.
다음, 초음파 유량 계측 장치를 통하는 피계측 유체의 유동 상태를 설명한다. 먼저, 피계측 유체는 계측유로(6)의 상류측에 제공된 제어 밸브(도시 않음)에 의해 제공된 유로 단면적의 확대 및 축소에 의해, 및/또는 굴곡부(17)를 통과하는 것에 의해 편류 또는 맥동류로 계측유로(6)에 유입된다. 다음, 초음파 전달로(13)의 상류측 직전에 제공된 전달로 유동 규제체(43)의 규제부에 의해 유동의 난류화가 촉진된다. 전달로 유동 규제체(43)는 상류측 초음파 송수신기(8) 근방으로부터 하류측 초음파 송수신기(9) 근방까지 연장되도록 초음파 전달로(13)의 상류측 직전에 제공되며, 이에 의해 초음파 전달로(13)의 전체 영역에 걸쳐 난류화가 균등하게 촉진된다. 이러한 방식으로, 상류측으로부터 하류측까지의 초음파 전달로(13) 내의 유동 상태의 편차가 감소되어 초음파 전달로(13) 내의 평균 유속의 계측이 용이해진다. 특히, 유속이 작을 때(유량이 작을 때) 따라서 유체가 층류로서 계측유로(6) 내로 유입될 때, 초음파 전달로(13) 내의 전달로 유동 규제체(43)에 의해 난류가 촉진된다. 따라서, 상기 난류 상태와, 유속이 클 때(유량이 클 때) 따라서 유체가 난류로서 계측유로(6) 내로 유입될 때 초음파 전달로(13) 내에 발생하는 난류화 사이의 차이가 작아진다. 따라서, 작은 유량으로부터 큰 유량까지의 광범위한 유량 범위에 걸쳐 초음파 전달로(13) 내에 유동을 안정하게 난류화할 수 있다. 또한, 전달로 유동 규제체(43)는 계측유로(6)를 대각선으로 가로질러 연장되도록 배치되며, 이에 의해 전달로 유동 규제체(43)는, 상기 전달로 유동 규제체(43)가 계측유로(6)에 직교하여 연장되도록 배치될 때 얻어지는 것 보다도 계측유로(6) 내에 큰 길이를 가질 수 있다. 따라서, 큰 개구비를 갖는 전달로 유동 규제체(43)를 제공할 수 있으며, 압력 손실이 감소된 계측 장치를 실현할 수 있다.
다음, 개구 구멍 근방의 유동을 설명한다. 먼저, 하류측 개구 구멍(12)에 제공된 제 1 유입 억제체(57 또는 58)만이 유입 억제체로서 사용되는 경우, 초음파 송수신기 사이의 유동 난류를 효율적으로 감소시키기 위해 하류측 개구 구멍이 유동에 대해 예각인 방향으로 연장되기 때문에 강한 와류가 용이하게 발생하는 하류측 개구 구멍으로의 유체의 유입을 효율적으로 감소시킬 수 있으며, 이에 의해 유량 계측에 대한 상한값을 높일 수 있다. 특히, 개구 구멍 봉쇄부(21)가 제 1 유입 억제체(57)인 경우, 유입 억제 효과를 더욱 증가시킬 수 있으며, 개구 구멍 내의 유동을 감소시킬 수 있다. 또한, 개구 구멍 봉쇄부(21)가 양 개구 구멍(11,12)에 제공되는 경우와 비교할 때, 초음파 감쇠량이 감소될 수 있으며, 이에 의해 초음파 송수신기의 구동 입력을 감소시킬 수 있으며, 전력 소비를 감소시킬 수 있다.
다음, 유입 억제체가 상류측 및 하류측 개구 구멍(11,12) 모두에 제공된 제 1 유입 억제체(57 또는 58)인 경우, 초음파 전달로의 총 유동 난류의 대부분을 차지하는 개구 구멍 내의 난류는 효율적으로 감소될 수 있으며, 이에 의해 계측 정밀도를 증가시킬 수 있으며 유량 계측에 대한 상한값을 높일 수 있다. 특히, 개구 구멍 봉쇄부(21)가 제 1 유입 억제체(57)인 경우, 계측유로 내의 순방향 또는 역방향 유동에 대해 유동 난류를 효율적으로 감소시킬 수 있다. 유동 편향체(58a)를 포함하는 제 1 유입 억제체(58)가 상류측 개구 구멍(11)에 제공되며 개구 구멍 봉쇄부(21)를 포함하는 제 1 유입 억제체(57)가 하류측 개구 구멍(12)에 제공되는 경우, 초음파 송수신기 사이의 유동 난류를 더욱 감소시킬 수 있으며 초음파 감쇠량을 감소시킬 수 있으므로, 초음파 송수신기에 대한 전력 소비를 감소할 수 있다.
또한, 유입 억제체가 유입 억제부를 갖는 전달로 유동 규제체를 제공함으로써 얻어지는 제 2 유입 억제체인 경우, 개구 구멍 내로의 유동을 억제할 수 있다. 더욱이, 유입 억제체와 전달로 유동 규제체의 일체화에 의해, 개구 구멍 내로의 유입 유체의 억제 편차를 감소시킬 수 있으며, 이에 의해 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, 콤팩트한 초음파 전달로를 제공할 수 있으며, 이에 의해 계측유로의 크기를 감소시킬 수 있다.
따라서, 초음파는 유동이 안정화되는 초음파 전달로(13)를 따라 초음파 송수신기(8,9) 사이에서 송수신된다. 따라서, 고정밀 유속 계측을 실현할 수 있으며, 유동의 편차에 기인하는 초음파의 감쇠를 감소시킬 수 있으며, 이에 의해 유량 계측에 대한 상한값을 높일 수 있다. 제 1 유입 억제체(57 또는 58) 또는 제 2 유입 억제체(60)가 없는 경우, 계측유로(6) 내의 강한 유동이 개구 구멍(12) 내로 유입될 수 있으며, 따라서 하류측 개구 구멍(12)이 계측유로(6)에 대해 예각인 방향으로 연장되기 때문에 강한 와류가 발생할 수 있으며, 이에 의해 유속 계측 정밀도가 부분적인 유속 변동에 기인하여 감소될 수 있으며, 및/또는 계측에 대한 상한값이 와류에 기인한 초음파 감쇠에 의해 감소될 수 있다. 또한, 상류측 개구 구멍(11)에서도 제 1 유입 억제체(57 또는 58) 또는 제 2 유입 억제체(60)가 없는 경우, 유동의 유입이 발생한다. 그러나, 개구 구멍(11)이 계측유로(6)에 대해 둔각인 방향으로 연장되기 때문에 유입은 작으며, 이에 의해 와류의 강도는 하류측 개구 구멍(12) 주위에 발생하는 와류의 강도 보다 작다. 상류측 개구 구멍(11)에 제 1 유입 억제체(57 또는 58) 또는 제 2 유입 억제체(60)를 제공함으로써 유동이 더욱 안정화된다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
다음, 초음파 전달 시간(T1,T2)에 기초하여 유량을 얻을 때 사용되는 보정 계수(K)를 설명한다. 전달로 유동 규제체(43)는 상류측 단부로부터 하류측 단부까지 초음파 전달로(13)의 전체 영역을 따라 연장되도록 초음파 전달로(13)의 상류측 직전에 제공되므로, 초음파 전달로(13)의 전체 영역에 걸쳐 유동의 난류화를 촉진할 수 있다. 따라서, 도 17 및 도 18을 참조하여 상술한 경우와 마찬가지로 보정 계수(K)는 안정화되며, 유량 변화가 감소된다. 보정 계수의 유량 변화 특성이 안정화되기 때문에, 계측 정밀도는 유체의 특성이 변화될지라도 유지되며, 이에 의해 실용성 및 편의성을 향상시킬 수 있다. 또한, 초음파 송수신기 사이의 유동의 난류의 상당한 감소에 의해, 전체 계측 범위에 걸쳐 초음파 수신 레벨을 더욱 증가시킬 수 있으며, 이에 의해 계측 정밀도를 더욱 향상시킬 수 있다. 더욱이, 초음파 송수신기 사이의 유동 난류를 상당히 감소시키기 위해 개구 구멍(11,12) 내로의 유체의 유입을 감소시킬 수 있으며, 이에 의해 유량 계측에 대한 상한값을 높일 수 있다.
개구 구멍 봉쇄부가 수평 방향에 대해 경사를 갖는 경사진 망 패턴의 망형상 부재인 경우, 또는 개구 구멍의 상류측 및 하류측 모두에 유동 편향체가 제공되는 경우, 보정 계수를 안정화할 수 있으며, 계측 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또한, 제 1 실시예에 상술한 효과가 부가적으로 제공되므로, 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 31은 초음파 통과 구멍(22)을 갖는 개구 구멍 봉쇄부(21)를 포함하는 제 1 유입 억제체(57)와, 계측유로면(6a) 근방의 전달로 유동 규제체(61)의 측부에 제공된 유입 억제부(62a)를 포함하는 제 2 유입 억제체(62)를 포함하는 유입 억제체의 다른 실시예를 도시한다. 따라서, 개구 구멍 내로의 피계측 유체의 유입을 억제하는 효과를 더욱 증가시킬 수 있으며, 이에 의해 계측 정밀도를 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 유동 편향체를 제공함으로써, 개구 구멍 봉쇄부 상의 먼지 등과 같은 이물질의 부착을 감소시킬 수 있다. 따라서, 개구 구멍 봉쇄부는 개구 구멍 봉쇄부의 막힘에 대한 중대한 우려 없이 주로 초음파 통과성의 관점에서 선택될 수 있으며, 이에 의해 선택의 자유도가 증가된다. 또한, 초음파 투과성을 더욱 향상시켜 전력 소비를 감소시킬 수 있으며, 또는 감도를 더욱 증가시켜 소정의 계측 정밀도를 갖는 장치를 실현할 수 있다. 또한, 제 2 유입 억제체(62)를 피계측 유체의 유량 또는 특성에 적합한 형상으로 전달로 유동 규제체(61)의 일부로서 가공할 수 있으며, 이에 의해 계측유로(6) 자체를 용이하게 공용화할 수 있다. 더욱이, 개구 구멍 내의 난류는 제 1 및 제 2 유입 억제체의 다중 효과에 의해 감소되며, 개구 구멍 내의 유입 유체의 억제 편차는 전달로 유동 규제체 및 유입 억제체의 일체화에 의해 감소된다. 따라서, 계측 정밀도 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, 콤팩트한 초음파 전달로를 제공할 수 있으므로, 계측유로의 크기가 감소된다.
도 32 및 도 33은 전달로 유동 규제체와 유입 억제체의 다른 실시예를 도시한다. 초음파 전달로(13)는 상류측 전달로 유동 규제체(43)와 하류측 전달로 유동 규제체(45)에 의해 포위되며, 유입 억제체(56)가 또한 제공된다. 도 33에 도시한 바와 같이, 전달로 유동 규제체(43,45)는 연결부(48)에 의해 연결되며 일체화된다. 또한, 유입 억제체(56)는 초음파 전달 윈도우(49)에 부착된다. 유입 억제체(56)는 개구 구멍(11,12)을 덮는 개구 구멍 봉쇄부(21)로서의 망이다.
이러한 구성에 의해, 초음파 전달로(13) 내의 유동은 하류측 전달로 유동 규제체(45)에 의한 배압의 인가에 기인하여 균등화되며 안정화된다. 또한, 하류측 배관 형상의 편차 또는 피계측 유체의 사용 조건에 의해 발생되는 맥동 등에 의해 초음파 전달로(13) 내의 유동 상태가 영향을 받는 것을 감소시킴으로써 안정된 유량 계측을 수행할 수 있다.
또한, 유입 억제체(56)가 개구 구멍(11,12)에 제공되므로, 유량 계측에 대한 상한값을 높일 수 있다.
또한, 전달로 유동 규제체(43,45)는 함께 연결되며, 또한 유입 억제체(56)로서 개구 구멍 봉쇄부(21)와 일체화할 수 있다. 따라서, 예를 들면, 상기 부재들 사이의 거리와 같은 위치 관계가 규정되며, 이에 의해 초음파 전달로(13) 내의 유동 상태의 편차를 감소시킬 수 있으며, 편차가 거의 없는 안정된 계측을 실현할 수 있다. 또한, 전달로 유동 규제체(43,45)가 일체화될 뿐만 아니라, 개구 구멍 봉쇄부(21)가 상기 전달로 유동 규제체(43,45)와 일체화되기 때문에, 전달로 유동 규제체의 기계적 강도를 더욱 증가시킬 수 있다. 따라서, 장기간 사용에 의한 변형을 방지할 수 있으며, 이에 의해 내구성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
전달로 유동 규제체(43)는 계측유로(6)의 폭(W) 방향을 따라 초음파 전달로(13)에 대략 평행하게 배치되었지만, 전달로 유동 규제체(43)는 도 16을 참조하여 상술한 바와 같이 높이(H) 방향을 따라 원형 횡단면을 갖는 계측유로(6) 내에 배치될 수 있다. 도 22를 참조하여 상술한 바와 같이, 직사각형 횡단면을 갖는 계측유로(6)내에 전달로 유동 규제체(43)를 배치함으로써 상술한 실시예들과 유사한 효과를 기대할 수 있다. 개구 구멍이 계측유로를 통한 유동의 방향에 대략 수직인 방향을 따르는 측부를 갖는 개구 형상을 갖도록 성형되는 경우, 또는 편류 억제체가 계측유로의 상류측 상의 도입부 또는 계측유로의 하류측 상의 도출부에 제공되는 경우에도 상술한 실시예들과 유사한 효과를 기대할 수 있다.
상술한 바와 같이, 제 5 실시예에 따른 초음파 유량 계측 장치에서, 전달로 유동 규제체(43)는 상류측 단부로부터 하류측 단부까지 초음파 전달로(13)의 전체 영역을 따라 연장되도록 초음파 전달로(13)의 상류측 직전에 제공되며, 이에 의해 초음파 전달로(13)의 전체 영역에 걸쳐 유동의 난류화를 촉진할 수 있다. 따라서, 보정 계수의 유량 변화 특성이 전체 유량 계측 범위에 걸쳐 안정화될 수 있으며, 이에 의해 보정 계수에 의한 오차의 확대를 방지할 수 있으며, 계측 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또한, 유입 억제체가 개구 구멍 내로의 유입 유체를 감소시키도록 제공될 수 있으므로, 초음파 전달로의 유동 난류를 상당히 감소시킬 수 있다. 따라서, 초음파 수신 레벨을 증가시킬 수 있으며, 유량 계측에 대한 상한값을 증가시킬 수 있다.

Claims (88)

  1. 피측정 유체가 통과하여 유동하게되는 계측유로와,
    상기 계측유로를 따라 서로에 대해 상류측 및 하류측상에 각각 제공된 초음파 송수신기들과,
    상기 초음파 송수신기들을 계측유로에 노출시키는 상류 개구 구멍 및 하류 개구 구멍과,
    적어도 상기 하류 개구 구멍의 근방에 제공되어 상기 개구 구멍내로의 피측정 유체의 유입 유동을 저감시키는 제 1 유입 억제체와,
    상기 개구 구멍들에 대해 계측유로의 상류측에 제공되어, 상기 개구 구멍내로의 피측정 유체의 유입을 감소시키는 제 2 유입 억제체와,
    상기 초음파 송수신기들 사이에서의 초음파의 전달 시간을 측정하는 계측 제어부와,
    상기 계측 제어부로부터의 신호에 기반하여 유량을 산출하는 연산부를 포함하고,
    상기 하류 개구 구멍에 대해 제공된 제 1 유입 억제체는 초음파 투과구들을 가진 개구 구멍 봉쇄 수단을 포함하고,
    상기 제 2 유입 억제체는 피측정 유체의 유동 방향을 조절하기 위한 방향 규제부와, 유동의 맥동을 감소시키거나 유속 분포를 균일하게 하기 위한 변동 억제부를 포함하며,
    상기 방향 규제부와, 상기 변동 억제부는 서로 인접한 근방에 배치되어 있는 초음파 유량계측장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 상류 개구 구멍에 대해 제공된 제 1 유입 억제체는 유동 편향체인 초음파 유량계측장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 상류 개구 구멍에 대해 제공된 제 1 유입 억제체는 하나 이상의 초음파 투과구를 가진 개구 구멍 봉쇄부인 초음파 유량계측장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 상류 개구 구멍에 대해 제공된 개구 구멍 봉쇄부의 개구율은 상기 하류 개구 구멍에 대해 제공된 개구 구멍 봉쇄부의 개구율 보다 큰 초음파 유량계측장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 유입 억제체는 하나 이상의 초음파 투과구를 가진 개구 구멍 봉쇄부와, 상기 개구 구멍의 근방에 제공된 유동 편향체를 포함하는 초음파 유량계측장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 상류 개구 구멍에 대해 제공된 개구 구멍 봉쇄부의 개구율은 상기 하류 개구 구멍에 대해 제공된 개구 구멍 봉쇄부의 개구율 보다 큰 초음파 유량계측장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 개구 구멍 봉쇄부는 수평 방향에 대한 경사를 가지는 경사진 망 패턴의 망형상 부재인 초음파 유량계측장치.
  8. 제 2 항에 있어서, 상기 유동 편향체는 상기 개구 구멍의 상류측 및 하류측에 제공되는 초음파 유량계측장치.
  9. 제 5 항에 있어서, 상기 유동 편향체는 상기 개구 구멍의 상류측 및 하류측에 제공되는 초음파 유량계측장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 계측 유로를 통한 유동의 수직 방향을 따른 계측유로의 단면은 직사각형 형상인 초음파 유량계측장치.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 계측 유로를 통한 유동의 수직 방향을 따른 계측유로의 단면은 2 미만의 형상비를 갖는 직사각형 형상을 갖는 초음파 유량계측장치.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 개구 구멍은, 상기 계측유로를 통한 유동의 방향에 실질적인 수직 방향을 따라 연장하는 측면을 가지는 형상으로 상기 계측유로내로 개구하는 초음파 유량계측장치.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 계측유로의 상류측에 배열된 도입부는 미세 개구를 가진 유통구를 가지는 편류 억제체를 구비하는 초음파 유량계측장치.
  14. 제 1 항에 있어서, 계측유로의 상류측에 배열된 도입부와, 계측유로의 하류측에 배열된 도출부는 각각 미세 개구를 가진 유통구를 구비하는 편류 억제체를 구비하는 초음파 유량계측장치.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 도입부 또는 상기 도출부의 단면적은 계측유로의 단면적보다 큰 초음파 유량계측장치.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 도입부 또는 상기 도출부의 단면적은 계측유로의 단면적 보다 큰 초음파 유량계측장치.
  17. 제 13 항에 있어서, 상기 편류 억제체의 유통구의 개구 크기는 제 2 유입 억제체에 제공된 유통구의 개구 크기 보다 작은 초음파 유량계측장치.
  18. 제 14 항에 있어서, 상기 편류 억제체의 유통구의 개구 크기는 제 2 유입 억제체에 제공된 유통구의 개구 크기 보다 작은 초음파 유량계측장치.
  19. 제 1 항에 있어서, 상기 개구 구멍들 중 하나 이상은 초음파의 전달 방향을 따라 연장하는 복수개의 분할 통로들을 포함하는 초음파 유량계측장치.
  20. 피측정 유체가 통과하여 유동하게되는 계측유로와,
    상기 계측유로를 따라 서로에 대해 상류측 및 하류측상에 각각 제공된 초음파 송수신기들과,
    상기 초음파 송수신기들을 계측유로에 노출시키는 상류 개구 구멍 및 하류 개구 구멍과,
    피측정 유체의 순방향 유동 및 역방향 유동 양자 모두에 대해, 상기 개구 구멍들내로의 피측정 유체의 유입 유동을 저감시키는 제 1 및 제 2 유입 억제체와,
    상기 초음파 송수신기들 사이에서의 초음파의 전달 시간을 측정하는 계측 제어부와,
    상기 계측 제어부로부터의 신호에 기반하여 유량을 산출하는 연산부를 포함하고,
    유체가 순방향으로 유동할 때 하류측상에 있는 개구 구멍에 대해 제공된 제 1 유입 억제체는 초음파 투과구들을 가진 개구 구멍 봉쇄 수단이고,
    상기 제 2 유입 억제체는 피측정 유체의 유동 방향을 조절하기 위한 방향 규제부와, 유동의 맥동을 감소시키거나 유속 분포를 균일하게 하기 위한 변동 억제부를 포함하며,
    상기 방향 규제부와, 상기 변동 억제부는 서로 인접한 근방에 배치되어 있으면서 계측유로의 입구측과 출구측 양자 모두상에 제공되는 초음파 유량계측장치.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 상류 개구 구멍에 대해 제공된 제 1 유입 억제체는 유동 편향체인 초음파 유량계측장치.
  22. 제 20 항에 있어서, 상기 상류 개구 구멍에 대해 제공된 제 1 유입 억제체는 하나 이상의 초음파 투과구를 가진 개구 구멍 봉쇄부인 초음파 유량계측장치.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 상류 개구 구멍에 대해 제공된 개구 구멍 봉쇄부의 개구율은 상기 하류 개구 구멍에 대해 제공된 개구 구멍 봉쇄부의 개구율 보다 큰 초음파 유량계측장치.
  24. 제 20 항에 있어서, 상기 제 1 유입 억제체는 하나 이상의 초음파 투과구를 가진 개구 구멍 봉쇄부와, 상기 개구 구멍의 근방에 제공된 유동 편향체를 포함하는 초음파 유량계측장치.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 상류 개구 구멍에 대해 제공된 개구 구멍 봉쇄부의 개구율은 상기 하류 개구 구멍에 대해 제공된 개구 구멍 봉쇄부의 개구율 보다 큰 초음파 유량계측장치.
  26. 제 20 항에 있어서, 상기 개구 구멍 봉쇄부는 수평 방향에 대한 경사를 가지는 경사진 망 패턴의 망형상 부재인 초음파 유량계측장치.
  27. 제 21 항에 있어서, 상기 유동 편향체는 상기 개구 구멍의 상류측 및 하류측에 제공되는 초음파 유량계측장치.
  28. 제 24 항에 있어서, 상기 유동 편향체는 상기 개구 구멍의 상류측 및 하류측에 제공되는 초음파 유량계측장치.
  29. 제 20 항에 있어서, 계측 유로를 통한 유동의 수직 방향을 따른 계측유로의 단면은 직사각형 형상인 초음파 유량계측장치.
  30. 제 20 항에 있어서, 계측 유로를 통한 유동의 수직 방향을 따른 계측유로의 단면은 2 미만의 형상비를 갖는 직사각형 형상을 갖는 초음파 유량계측장치.
  31. 제 20 항에 있어서, 상기 개구 구멍은, 상기 계측유로를 통한 유동의 방향에 실질적인 수직 방향을 따라 연장하는 측면을 가지는 형상으로 상기 계측유로내로 개구하는 초음파 유량계측장치.
  32. 제 20 항에 있어서, 상기 계측유로의 상류측에 배열된 도입부는 미세 개구를 가진 유통구를 가지는 편류 억제체를 구비하는 초음파 유량계측장치.
  33. 제 20 항에 있어서, 계측유로의 상류측에 배열된 도입부와, 계측유로의 하류측에 배열된 도출부는 각각 미세 개구를 가진 유통구를 구비하는 편류 억제체를 구비하는 초음파 유량계측장치.
  34. 제 32 항에 있어서, 상기 도입부 또는 상기 도출부의 단면적은 계측유로의 단면적보다 큰 초음파 유량계측장치.
  35. 제 33 항에 있어서, 상기 도입부 또는 상기 도출부의 단면적은 계측유로의 단면적 보다 큰 초음파 유량계측장치.
  36. 제 32 항에 있어서, 상기 편류 억제체의 유통구의 개구 크기는 제 2 유입 억제체에 제공된 유통구의 개구 크기 보다 작은 초음파 유량계측장치.
  37. 제 33 항에 있어서, 상기 편류 억제체의 유통구의 개구 크기는 제 2 유입 억제체에 제공된 유통구의 개구 크기 보다 작은 초음파 유량계측장치.
  38. 제 20 항에 있어서, 상기 개구 구멍들 중 하나 이상은 초음파의 전달 방향을 따라 연장하는 복수개의 분할 통로들을 포함하는 초음파 유량계측장치.
  39. 피측정 유체가 통과하여 유동하게되는 계측유로와,
    상기 계측유로를 따라 서로에 대해 상류측 및 하류측상에 각각 제공된 초음파 송수신기들과,
    상기 초음파 송수신기들을 계측유로에 노출시키는 개구 구멍들과,
    상류 초음파 송수신기와 하류 초음파 송수신기 사이의 초음파 전달로를 따라 제공되며, 유동에 노출되어 있는 규제부를 가지는 전달로 유동 규제체와,
    상기 초음파 송수신기들 사이에서의 초음파의 전달 시간을 측정하는 계측 제어부와,
    상기 계측 제어부로부터의 신호에 기반하여 유량을 산출하는 연산부를 포함하는 초음파 유량계측장치.
  40. 제 39 항에 있어서, 상기 전달로 유동 규제체는 상기 초음파 전달로에 대해 상류측과 하류측에 배열되는 초음파 유량계측장치.
  41. 제 40 항에 있어서, 상기 초음파 전달로에 대해 상류측과 하류측에 배열된 전달로 유동 규제체들은 연결부를 경유하여 함께 일체화되는 초음파 유량계측장치.
  42. 제 39 항에 있어서, 상기 전달로 규제체와 초음파 전달로 사이의 거리는 피측정 유체의 형태에 따라 변화되는 초음파 유량계측장치.
  43. 제 39 항에 있어서, 상기 전달로 유동 규제체의 규제부는 망형상 부재의 형태로 제공되는 초음파 유량계측장치.
  44. 제 39 항에 있어서, 상기 전달로 유동 규제체의 규제부는 그 벽면들이 유동 방향을 따라 연장하는 격자 부재의 형태로 제공되는 초음파 유량계측장치.
  45. 제 39 항에 있어서, 상기 전달로 유동 규제체의 두 개의 인접한 규제부들사이의 간격은 계측유로의 횡단면을 따른 위치에 따라 변화되는 초음파 유량계측장치.
  46. 제 39 항에 있어서, 계측 유로를 통한 유동의 수직 방향을 따른 계측유로의 단면은 직사각형 형상인 초음파 유량계측장치.
  47. 제 39 항에 있어서, 계측 유로를 통한 유동의 수직 방향을 따른 계측유로의 단면은 2 미만의 형상비를 갖는 직사각형 형상을 갖는 초음파 유량계측장치.
  48. 제 39 항에 있어서, 상기 개구 구멍은, 상기 계측유로를 통한 유동의 방향에 실질적인 수직 방향을 따라 연장하는 측면을 가지는 형상으로 상기 계측유로내로 개구하는 초음파 유량계측장치.
  49. 제 39 항에 있어서, 상기 계측유로의 상류측에 배열된 도입부는 미세 개구를 가진 유통구를 가지는 편류 억제체를 구비하는 초음파 유량계측장치.
  50. 제 39 항에 있어서, 계측유로의 상류측에 배열된 도입부와, 계측유로의 하류측에 배열된 도출부는 각각 미세 개구를 가진 유통구를 구비하는 편류 억제체를 구비하는 초음파 유량계측장치.
  51. 제 49 항에 있어서, 상기 도입부 또는 상기 도출부의 단면적은 계측유로의 단면적보다 큰 초음파 유량계측장치.
  52. 제 50 항에 있어서, 상기 도입부 또는 상기 도출부의 단면적은 계측유로의 단면적 보다 큰 초음파 유량계측장치.
  53. 제 49 항에 있어서, 상기 편류 억제체의 유통구의 개구 크기는 전달로 유동 규제체에 제공된 유통구의 개구 크기 보다 작은 초음파 유량계측장치.
  54. 제 50 항에 있어서, 상기 편류 억제체의 유통구의 개구 크기는 전달로 유동 규제체에 제공된 유통구의 개구 크기 보다 작은 초음파 유량계측장치.
  55. 제 39 항에 있어서, 상기 개구 구멍들 중 하나 이상은 초음파의 전달 방향을 따라 연장하는 복수개의 분할 통로들을 포함하는 초음파 유량계측장치.
  56. 피측정 유체가 통과하여 유동하게되는 계측유로와,
    상기 계측유로를 따라 서로에 대해 상류측 및 하류측상에 각각 제공된 초음파 송수신기들과,
    상기 초음파 송수신기들을 계측유로에 노출시키는 개구 구멍들과,
    상류 초음파 송수신기와 하류 초음파 송수신기 사이의 초음파 전달로를 따라 제공되며, 유동에 노출되어 있는 규제부를 가지는 전달로 유동 규제체와,
    상기 개구 구멍내로의 피측정 유체의 유입 유동을 저감시키는 유입 억제체와,
    상기 초음파 송수신기들 사이에서의 초음파의 전달 시간을 측정하는 계측 제어부와,
    상기 계측 제어부로부터의 신호에 기반하여 유량을 산출하는 연산부를 포함하는 초음파 유량계측장치.
  57. 제 56 항에 있어서, 상기 전달로 유동 규제체는 상기 초음파 전달로에 대해 상류측과 하류측에 배열되는 초음파 유량계측장치.
  58. 제 57 항에 있어서, 상기 초음파 전달로에 대해 상류측과 하류측에 배열된 전달로 유동 규제체들은 연결부를 경유하여 함께 일체화되는 초음파 유량계측장치.
  59. 제 56 항에 있어서, 상기 초음파 전달로에 대해 상류측 및 하류측에 배열되어 있는 전달로 유동 규제체들과, 상기 유입 억제체는 함께 일체화되는 초음파 유량계측장치.
  60. 제 56 항에 있어서, 상기 유입 억제체는 하류 개구 구멍에 대해 제공된 제 1 유입 억제체인 초음파 유량계측장치.
  61. 제 56 항에 있어서, 상기 유입 억제체는 상류 개구 구멍과 하류 개구 구멍에 대해 제공된 제 1 유입 억제체인 초음파 유량계측장치.
  62. 제 56 항에 있어서, 상기 유입 억제체는 초음파 전달로를 따라 배열된 전달로 유동 규제체에 유입 억제부를 제공함으로써 얻어진 제 2 유입 억제체인 초음파 유량계측장치.
  63. 제 56 항에 있어서, 상기 유입 억제체는 개구 구멍에 대해 제공된 제 1 유입 억제체와, 전달로 유동 규제체에 유입 억제부를 제공함으로써 얻어진 제 2 유입 억제체를 포함하는 초음파 유량계측장치.
  64. 제 56 항에 있어서, 상기 전달로 유동 규제체와, 초음파 전달로 사이의 거리는 피측정 유체의 형태에 따라 변화되는 초음파 유량계측장치.
  65. 제 56 항에 있어서, 상기 전달로 규제체의 규제부는 망형상 부재의 형태로 제공되는 초음파 유량계측장치.
  66. 제 56 항에 있어서, 상기 전달로 유동 규제체의 규제부는 그 벽면들이 유동 방향을 따라 연장하는 격자 부재의 형태로 제공되는 초음파 유량계측장치.
  67. 제 56 항에 있어서, 상기 전달로 유동 규제체의 두 개의 인접한 규제부들 사이의 간격은 계측유로의 횡단면을 따른 위치에 따라 변화되는 초음파 유량계측장치.
  68. 제 56 항에 있어서, 계측유로의 단면은 그를 통한 유동에 수직인 방향을 따라 직사각형 형상을 갖는 초음파 유량계측장치.
  69. 제 56 항에 있어서, 계측유로의 단면은 그를 통한 유동에 수직인 방향을 따라 형상비가 2 미만인 직사각형 형상을 갖는 초음파 유량계측장치.
  70. 제 56 항에 있어서, 상기 개구 구멍은 계측유로를 통한 유동의 방향에 실질적인 수직 방향을 따라 연장하는 측면을 갖는 형상으로 상기 계측유로내로 개구하는 초음파 유량계측장치.
  71. 제 56 항에 있어서, 상기 계측유로의 상류측에 배열된 도입부는 미세 개구를 구비한 유통구를 갖는 편류 억제체를 구비하는 초음파 유량계측장치.
  72. 제 56 항에 있어서, 상기 계측유로의 상류측에 배열된 도입부와, 상기 계측유로의 하류측에 배열된 도출부는 각각 미세 개구를 갖는 유통구를 구비하는 편류 억체제를 가지는 초음파 유량계측장치.
  73. 제 56 항에 있어서, 상기 개구 구멍들 중 하나 이상은 초음파의 전달 방향을 따라 연장하는 복수개의 분할 통로들을 포함하는 초음파 유량계측장치.
  74. 피측정 유체가 그를 통해 유동하게 되는 계측유로와,
    상기 계측유로를 따라 서로에 대해 상류측과 하류측에 각각 제공된 초음파 송수신기들과,
    계측유로에 초음파 송수신기들을 노출시키는 상류 개구 구멍 및 하류 개구 구멍을 포함하고,
    상기 개구 구멍들 중 하나 이상은 초음파의 전달 방향을 따라 연장하는 복수개의 분할 통로들을 포함하는 초음파 유량계측장치.
  75. 제 74 항에 있어서, 상기 개구 구멍들 중 하나 이상은 초음파의 전달 방향을 따라 연장하는 복수개의 분할 통로들을 포함하는 초음파 유량계측장치.
  76. 제 74 항에 있어서, 상기 분할 통로들 각각은 초음파 송수신기의 진동면을 따라 연장하는 입구면과, 상기 계측유로의 벽면을 따라 연장하는 출구면을 포함하는 초음파 유량계측장치.
  77. 제 74 항에 있어서, 상기 개구 구멍들 중 하나의 각 분할 통로들은 다른 개구 구멍의 분할 통로들 중 대응하는 하나와 동일 직선상에서 연장하는 초음파 유량계측장치.
  78. 제 74 항에 있어서, 상기 분할 통로들 각각의 수직부 중 일 측면은 송신/수신을 위해 사용되는 초음파의 반파장 보다 긴 초음파 유량계측장치.
  79. 제 74 항에 있어서, 상기 분할 통로들 각각의 수직부 중 일 측면은 송신/수신을 위해 사용되는 초음파의 반파장의 정수배가 아닌 초음파 유량계측장치.
  80. 제 74 항에 있어서, 상기 개구 구멍의 분할 통로들과, 초음파 송수신기들 중 대응하는 하나의 진동면 사이의 거리는 초음파의 반파장의 정수배인 초음파 유량계측장치.
  81. 제 74 항에 있어서, 상기 분할 통로들의 각 구획의 두께는 송신/수신을 위해 사용되는 초음파의 파장 보다 짧은 초음파 유량계측장치.
  82. 제 74 항에 있어서, 상기 분할 통로들은 허니콤 격자를 개구 구멍내로 끼워넣음으로써 형성되는 초음파 유량계측장치.
  83. 제 74 항에 있어서, 상기 분할 통로들 중 하나는 개구 구멍의 중앙에 그 개구를 가지는 초음파 유량계측장치.
  84. 제 74 항에 있어서, 상기 분할 통로들 각각의 통로 길이는 송신/수신을 위해 사용되는 초음파의 파장 보다 짧은 초음파 유량계측장치.
  85. 제 84 항에 있어서, 상기 분할 통로들은 초음파의 전달 방향에 수직인 방향을 따라 개구내에 망 부재를 배열함으로써 형성되는 초음파 유량계측장치.
  86. 제 74 항에 있어서, 상기 분할 통로들은 상기 분할 통로를 상기 분할 통로들 중 인접한 하나와 연통시키기 위해 그 길이를 따른 중앙 지점에 연통부를 포함하는 초음파 유량계측장치.
  87. 피측정 유체가 그를 통해 유동하게 되는 계측유로와,
    상기 계측유로를 따라 서로에 대해 상류측 및 하류측에 각각 제공된 초음파 송수신기들과,
    상기 초음파 송수신기들을 계측유로에 노출시키는 상류 개구 구멍 및 하류 개구 구멍과,
    상기 개구 구멍들내로의 피측정 유체의 유입 유동을 저감시키기 위해 상류 개구 구멍 및 하류 개구 구멍에 대해 제공된 제 1 유입 억제체와,
    상기 개구 구멍들내로의 피측정 유체의 유입 유동을 저감시키기 위해 상기 개구 구멍들에 대해 상기 계측유로의 상류측에 제공된 제 2 유입 억제체와,
    상기 초음파 송수신기들 사이에서 초음파의 전달 시간을 측정하기 위한 계측 제어부와,
    상기 계측 제어부로부터의 신호에 기반하여 유량을 산출하는 연산부를 포함하고,
    상기 개구 구멍들에 대해 제공된 제 1 유입 억제체는 초음파 투과구를 가진 개구 구멍 봉쇄부이고,
    상기 상류 개구 구멍에 대해 제공된 개구 구멍 봉쇄부의 개구율은 상기 하류 개구 구멍에 대해 제공된 개구 구멍 봉쇄부의 개구율 보다 큰 초음파 유량계측장치.
  88. 피측정 유체가 그를 통해 유동하게 되는 계측유로와,
    상기 계측유로를 따라 서로에 대해 상류측 및 하류측에 각각 제공된 초음파 송수신기들과,
    상기 초음파 송수신기들을 계측유로에 노출시키는 상류 개구 구멍 및 하류 개구 구멍과,
    상기 개구 구멍내로의 피측정 유체의 유입 유동을 저감시키기 위해 적어도 하류 개구 구멍의 근방에 제공된 제 1 유입 억제체와,
    상기 개구 구멍들내로의 피측정 유체의 유입 유동을 저감시키기 위해 상기 개구 구멍들에 대해 상기 계측유로의 상류측에 제공된 제 2 유입 억제체와,
    상기 초음파 송수신기들 사이에서 초음파의 전달 시간을 측정하기 위한 계측 제어부와,
    상기 계측 제어부로부터의 신호에 기반하여 유량을 산출하는 연산부를 포함하고,
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