KR100744779B1

KR100744779B1 - 초음파 농도계

Info

Publication number: KR100744779B1
Application number: KR1020060112336A
Authority: KR
Inventors: 서인호
Original assignee: 대윤계기산업 주식회사
Priority date: 2006-11-14
Filing date: 2006-11-14
Publication date: 2007-08-01

Abstract

본 발명은 유체의 물성 특성에 따라 각기 다른 측정방식으로 농도측정을 시행하여 측정오차를 감소시키고, 두 쌍의 측정센서를 이용하여 측정된 농도값의 평균치를 산출하는 방식으로 정확한 측정값을 획득 가능하고, 유체관의 직경이 커짐에 따른 초음파의 감쇄현상을 방지할 수 있어 정확한 측정이 가능한 초음파 농도계에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 절단된 끝단에 플랜지가 형성된 유체관과, 유체관에 동일한 직경으로 양끝단에는 볼트 및 너트를 이용한 체결방식으로 결합되는 플랜지가 형성되고, 양측 외주면 정점에는 마주보는 한 쌍 이상의 삽입홀이 형성되는 단관 형상의 측정관과, 측정관의 삽입홀에 삽입되며, 측정관의 내부공간에 노출되는 발신진동자 및 수신진동자가 서로 마주보도록 고정대에 고정되고, 발/수신진동자의 측정값을 연산하는 연산증폭기로 형성된 전송부로 구성되는 것을 특징으로 한다.

이로 인하여, 유체관 직경의 증가에 따라 발/수신진동자의 간격이 멀어져 발생하는 초음파의 감쇄현상을 벤츄리관방식, 바이패스관방식, 오리피스관 등의 다양한 측정관을 이용하여 방지함으로써 정확한 측정값은 산출할 수 있도록 개선되는 효과가 있다.

농도계, 벤츄리관, 오리피스관, 바이패스관, 발신진동자, 수신진동자

Description

초음파 농도계{Concentration meter for Ultrasonics wave}

도 1a은 본 발명에 따른 초음파 농도계를 나타낸 분해사시도,

도 1b는 도 1a의 종단면도,

도 2a은 도 1a의 다른 실시 예를 나타낸 분해사시도,

도 2b는 도 2a의 종단면도,

도 3a은 벤츄리관방식의 초음파 농도계를 나타낸 분해사시도,

도 3b는 도 3a의 줄임관의 종단면도,

도 3c는 도 3a의 단관의 종단면도,

도 4a는 바이패스관방식의 초음파 농도계를 나타낸 분해사시도,

도 4b는 도 4a의 종단면도,

도 4c는 도 4a의 측면도,

도 5a는 오리피스관방식의 초음파 농도계를 나타낸 분해사시도,

도 5b는 도 5a의 종단면도,

도 5c는 도 5b의 부분단면 측면도,

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10: 유체관 11,21: 플랜지

22: 삽입홀 20,120,220,320,420: 측정관

31: 발신진동자 32: 수신진동자

33: 고정대 34: 연산증폭기

30: 전송부 100,200,300,400,500: 농도계

본 발명은 초음파 농도계에 관한 것으로, 특히 유체의 물성 특성에 따라 각기 다른 측정방식으로 농도측정을 시행하여 측정오차를 감소시키고, 두 쌍의 측정센서를 이용하여 측정된 농도값의 평균치를 산출하는 방식으로 정확한 측정값을 획득 가능하고, 유체관의 직경이 커짐에 따른 초음파의 감쇄현상을 방지할 수 있어 정확한 측정이 가능한 초음파 농도계에 관한 것이다.

일반적인, 초음파 농도계는 일정하게 이격되어 서로 대향되도록 설치된 2개의 초음파 진동자를 이용하여 현장의 시료수(정수장, 오수처리장, 하수, 분료처리장, 합병정화조, 산업폐수처리장, 축산·수산폐수 등)의 농도를 측정하는 것으로, 한쪽 초음파 진동자에서 방사되어진 초음파를 다른 쪽 초음파 진동자에서 받아 그 감쇄율을 이용하여 농도를 계측하였다.

즉, 발신용 초음파 진동자에서 방사된 초음파는 측정수(유체)를 통과하여 수신용 초음파 진동자로 전달되고, 이때 초음파의 세기는 측정수의 농도에 따라 감쇄하게 되며, 수신용 초음파 진동자는 초음파의 세기에 따라 전기 신호를 발생하여 수신부에 연결된 계측기에 전달하고 미리 입력된 설정값에 의거하여 측정수의 농도 를 측정하게 된다.

그러나, 종래의 발신용 초음파 진동자는 유체가 흐르는 유체관의 직경이 증가함에 따라 발신용 초음파 진동자에서 발생되는 초음파신호가 수신용 초음파 진동자에 도달하지 못하게 되어 정확한 측정값을 산출하지 못하는 문제점이 있었다.

아울러, 한 쌍의 발/수신용 초음파 진동자를 이용하여 농도를 측정함에 따른 오차의 범위가 증가되는 문제점이 있었다.

이로 인하여, 유체가 흐르는 유체관의 직경 변화에 관계없이 초음파의 수신거리에 영향을 미치지 않으며, 다수의 측정값을 측정한 평균치를 이용하여 정확한 측정값을 획득할 수 있는 개선된 초음파 농도계가 절실히 요구되는 실정이다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출한 것으로 발/수신진동자를 두 쌍 이상으로 형성하여 유체의 농도를 각기 다른 위치에서 측정한 후 평균치를 산출함으로써 정확하고 오차범위를 감소시키도록 개선된 초음파 농도계를 제공하는데 목적이 있다.

그리고, 본 발명의 다른 목적은 유체관 직경이 증가함에 따라 발/수신진동자의 간격이 멀어져 발생하는 초음파의 감쇄현상을 벤츄리관방식, 바이패스관방식, 오리피스관 등의 다양한 측정관을 이용하여 방지함으로써 정확한 측정값은 산출할 수 있도록 개선된 초음파 농도계를 제공하는데 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 농도 측정을 위해 절단된 끝단에 플랜지가 형성된 유체관과, 유체관에 동일한 직경으로 양끝단에는 볼트 및 너트를 이용한 체결방식으로 결합되는 플랜지가 형성되고, 양측 외주면 정점에는 마주보는 한 쌍 이상의 삽입홀이 형성되는 단관 형상의 측정관과, 측정관의 삽입홀에 삽입되며, 측정관의 내부공간에 노출되는 발신진동자 및 수신진동자가 서로 마주보도록 고정대에 고정되고, 발/수신진동자의 측정값을 연산하는 연산증폭기로 형성된 전송부로 구성되는 초음파 농도계에 있어서,

삭제

상기 측정관의 삽입홀은 양측 외주면 정점보다 하부에 위치되어 형성되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 측정관은 양끝단에 줄임관이 각각 형성되고, 줄임관들의 사이에는 단관이 일체로 형성되되, 하나의 줄임관 및 단관의 양측 외주면 정점에는 마주보도록 한 쌍의 삽입홀이 형성된 벤츄리관 형상으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 측정관은 일자형상의 단관 형상이되, 단관의 하부에는 '∪'형상의 바이패스관이 연통되게 형성되며, 단관 및 바이패스관의 양측 외주면 정점에는 마주보도록 한 쌍의 삽입홀이 형성된 바이패스 형상으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

더불어, 상기 측정관은 원형 띠 형상이되, 외주면에는 플랜지단이 형성되며, 플랜지단의 내주면에는 오리피스단이 형성되고, 플랜지단의 양측 외주면 정점에는 오리피스단을 관통하는 한 쌍의 삽입홀이 마주보게 형성된 오리피스 형상이며, 전송부는 발/수신진동자와 연산증폭기가 직접연결 되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

이러한, 상기 오리피스단은 하부가 일부 절단되어 구성되는 것을 특징으로 하는 초음파 농도계를 제공한다.

이에 상기한 바와같은 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부된 도 1a은 본 발명에 따른 초음파 농도계를 나타낸 분해사시도이며, 도 1b는 도 1a의 종단면도이고, 도 2a은 도 1a의 다른 실시 예를 나타낸 분해사시도이며, 도 2b는 도 2a의 종단면도이고, 도 3a은 벤츄리관방식의 초음파 농도계를 나타낸 분해사시도이며, 도 3b는 도 3a의 줄임관의 종단면도이고, 도 3c는 도 3a의 단관의 종단면도이며, 도 4a는 바이패스관방식의 초음파 농도계를 나타낸 분해사시도이고, 도 4b는 도 4a의 종단면도이며, 도 4c는 도 4a의 측면도이고, 도 5a는 오리피스관방식의 초음파 농도계를 나타낸 분해사시도이며, 도 5b는 도 5a의 종단면도이고, 도 5c는 도 5b의 부분단면 측면도이다.

도 1a 내지 도 5c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 초음파 농도계는 절단된 끝단에 플랜지(11)가 형성된 유체관(10)과, 유체관(10)에 동일한 직경으로 양끝단에는 볼트 및 너트를 이용한 체결방식으로 결합되는 플랜지(21)가 형성되고, 양측 외주면 정점에는 마주보도록 한 쌍 이상의 삽입홀(22)이 형성된 단관 형상의 측정관(20,120,220,320,420)과, 측정관(20,120,220,320,420)의 삽입홀(22)에 삽입되며, 측정관(20,120,220,320,420)의 내부공간에 노출되는 발신진동자(31) 및 수신진동자(32)가 서로 마주보도록 고정대(33)에 고정되고, 발/수신진동자(31,32)의 측정값을 전송하는 전송부(30)로 농도계(100,200,300,400,500)가 구성된다.

먼저, 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 농도계(100)는 농도 측정을 위해 절단된 끝단에 플랜지(11)가 형성된 유체관(10)이 구성된다.

여기서, 유체관(10)이란 각종 유체가 흐르는 관(Pipe)를 나타내며, 측정을 위하여 일부분을 절단한 후 절단된 끝단에 원형 띠판 형상의 플랜지(11)를 용접방식을 이용하여 고정시켜 구성한다.

그리고, 측정관(20)은 유체관(10)이 절단된 길이로 형성되며, 양끝단에는 유체관(10)의 플랜지(11)와 볼트 및 너트를 이용한 체결방식으로 고정을 위한 플랜지(21)가 용접방식으로 고정되어 구성된다.

아울러, 측정관(20)은 단관형상이되, 단관은 일직선상으로 유체가 흐를 수 있도록 직선관을 나타내는 것이며, 삽입홀(22)은 측정관(20)의 종단면(단면의 형상이 원형이 되도록)으로 투영하였을 때, 양측 외주면 정점(원의 꼭지점)에 측정관(20)의 두께를 관통하여 구성된다.

이러한, 삽입홀(22)은 서로 마주보는 위치로 형성되며, 두 쌍이나 그 이상의 개수로 구성될 수 있는 것이다.

그리고, 전송부(30)는 측정관(20)의 삽입홀(22)에 삽입되며, 측정관(20)의 내부공간에 노출되는 발신진동자(31) 및 수신진동자(32)가 서로 마주보도록 고정대(33)에 고정되고, 발/수신진동자(31,32)의 측정값을 전송하도록 구성된다.

즉, 전송부(30)의 내부에 형성된 연산증폭기(34)를 이용하여 발/수신진동자(31,32)에서 측정될 때 발생되는 신호를 증폭한 후, 디지털연산 방식으로 변환하여 디스플레이하는 지시계(도면상 미도시)로 송출하여 발/수신진동자(31,32)에서 측정된 유체의 농도값을 표시하도록 구성된다.

또한, 발/수신진동자(31,32)는 한 쌍의 삽입홀(22)의 좌우 위치에 제한받지 않고 삽입하여 설치가 가능하며, 유체의 누수를 방지하기 위해 발/수신진동자(31,32)와 삽입홀(22)이 맞닿는 접촉면에 고무재질의 'O'링을 체결하여 유체가 삽입홀(22)을 통해 누수되는 것을 방지하도록 구성된다.

더불어, 발신진동자(31)는 측정을 위해 외부로 작동신호를 전달받게 되면 일정한 주파수의 초음파가 내부에 형성된 발신용진동자(도면상 미도시)에 의해 방사되도록 구성된 것이다.

반면, 수신진동자(32)는 발신진동자(31)에서 방사된 초음파가 측정관(20)의 내부를 따라 흐르는 유체를 통과하는 과정에서, 유체에 함유된 불순물, 이물질, 부유물질 등에 감쇄현상을 거친 상태의 초음파를 전달받아 결과를 산출할 수 있도록 구성된 것이다.

그리고, 고정대(33)는 금속재질로 형성가능하며, 본 발명에서는 발/수신진동자(31,32)와 연결되는 신호케이블을 연산증폭기(34)와 연결하기 위하여 내부가 빈 금속파이프 형상으로 도면상 도시하며 설명하고 있으나, 다른 실시 예로서의 고정대(33)는 길이의 신장과 축소가 가능한 플렉시블관을 이용하여 구성할 수도 있다.

이러한, 농도계(100)는 두 쌍의 발/수신진동자(31,32)를 이용하여 측정된 측 정값을 합산하여 농도값을 산출하는 방식과, 측정값을 합산한 후 평균치의 농도값을 산출하여 측정값을 획득할 수 있다.

아울러, 농도계(100)는 측정관(20)의 내부에 측정을 위한 유체가 가득찬 상태의 만관상태(예를 들어, 측정관(20)의 높이방향의 지름을 'H'고 하였을 때 2H/3H이상의 높이로 유체가 채워진 관의 상태)나, 비만관상태(2H/3H이하의 높이로 유체가 채워진 관의 상태)를 측정하는데 이용되는 것이다.

이로 인하여, 농도계(100)는 두 쌍의 발/수신진동자(31,32)를 이용한 측정방식으로 정밀한 농도값을 측정하는 동시에, 측정값에 대한 평균치를 산출할 수 있어 오차범위를 감소시킬 수 있는 것이다.

도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 농도계(200)는 농도계(100)와 유사한 구조 및 측정방식으로 구성된 것으로서, 상기 측정관(120)의 삽입홀(121)은 양측 외주면 정점보다 하부에 위치되어 구성된다.

이러한, 농도계(200)는 유체관(10)의 직경이 커질 경우에는 측정관(120)의 직경도 증가하게 된다.

이때, 발/수신진동자(31,32)의 간격이 멀어지게 되면 발신진동자(31)에서 발생된 초음파가 수신진동자(32)에 수신되지 못하게 되어 정확한 측정값을 획득하지 못할 때 이용되도록 구성된 것이다.

부연 설명하자면, 삽입홀(121)은 측정관(120)의 직경이 커질 경우 발/수신진동자(31,32)가 일정한 간격을 유지할 수 있도록 측정관(120)의 양측 정점의 하부에 구성되는 것이다.

그리고, 농도계(200)의 측정방법은 농도계(100)의 측정방법과 동일한 방법으로 이루어진다.

더불어, 발/수신진동자(31,32)의 신호가 약할 경우에 안정적으로 유체의 농도값을 측정할 수 있도록 구성된 것이다.

도 3a 내지 3c에 도시된 바와 같이, 농도계(300)는 측정관(220)의 양끝단에 줄임관(221)이 각각 형성되고, 줄임관(221)들의 사이에는 단관(222)이 일체로 형성되되, 하나의 줄임관(221) 및 단관(222)의 양측 외주면 정점에는 마주보도록 한 쌍의 삽입홀(223)이 형성된 벤츄리관 형상으로 구성된다.

여기서, 줄임관(221)은 유체관(10)의 직경과 동일하게 형성된 것으로, 마주보며 대응되는 구조로 형성되며, 단관(222)의 직경은 발/수신진동자(31,32)가 초음파를 발신과 수신이 가능한 직경으로 구성된다.

즉, 농도계(300)는 농도계(200)와 같이 발/수신진동자(31,32)의 간격이 멀어져 발신진동자(31)에서 발생되는 초음파의 신호가 수신진동자(32)에 전달되지 못할 때 사용되도록 구성된 것이다.

아울러, 농도계(300)의 측정방법은 유체가 유입되는 방향에 위치된 비교단관의 역할을 하는 줄임관(221)에 형성된 발/수신진동자(31,32)를 통해 획득되어진 측정값과, 표준단관의 역할을 하는 단관(222)에 형성된 발/수신진동자(31,32)를 통해 획득되어진 측정값으로 2개의 측정값이 획득된다.

이때, 획득된 2개의 측정값을 줄임관(221)과 단관(222)의 단면적에 대하여 비교 분석하는 방법과, 줄임관(221)과 단관(222)을 통과하는 유체의 유속을 비교하 는 방법으로 2개의 측정값을 비교하여 평균적인 측정값을 정확하게 산출할 수 있는 것이다.

도 4a 내지 4c에 도시된 바와 같이, 농도계(400)는 측정관(320)이 일자형상의 단관(321) 형상이되, 단관(321)의 하부에는 '∪'형상의 바이패스관(322)이 연통되게 형성되며, 단관(321) 및 바이패스관(322)의 양측 외주면 정점에는 마주보도록 한 쌍의 삽입홀(323)이 형성된 바이패스 형상으로 구성된다.

여기서, 단관(321)은 유체관(10)의 직경과 동일하게 형성되는 것으로, 유체관(10)의 직경이 커지게 되는 경우에는 단관(321)의 직경도 동일하게 커지도록 구성된다.

그리고, 바이패스관(322)은 단관(321)의 하부에 중앙에 단관(321)의 길이방향으로 일정한 단면적이 되도록 구성된다.

즉, 바이패스관(322)은 현장의 유체관(10)의 직경에 따라 단관(321)의 직경이 증가함에 따른 발신진동자(32)의 초음파가 수신진동자(32)에 전달되지 못하는 현상을 제거하기 위하여 표준단관의 역할을 수행하도록 구성된 것이다.

이러한, 농도계(400)의 측정방법은 일차적으로 비교단관의 역할을 하는 단관(321)에 형성되는 발/수신진동자(31,32)를 통해 첫 번째의 측정값을 획득한 후, 표준단관의 역할을 하는 바이패스관(322)에 형성된 발/수신진동자(31,32)를 통해 두 번째의 측정값을 획득한다.

이때, 획득된 2개의 측정값을 단관(321)과 바이패스관(322)의 단면적에 대하여 비교 분석하는 방법과, 단관(321)과 바이패스관(322)을 통과하는 유체의 유속을 비교하는 방법으로 2개의 측정값을 비교하여 평균적인 측정값을 정확하게 산출할 수 있는 것이다.

도 5a 내지 도 5c에 도시된 바와 같이, 농도계(500)는 측정관(420)이 원형 띠 형상이되, 외주면에는 플랜지단(421)이 형성되며, 플랜지단(421)의 내주면에는 오리피스단(422)이 형성되고, 플랜지단(421)의 양측 외주면 정점에는 오리피스단(422)을 관통하는 한 쌍의 삽입홀(423)이 마주보게 형성된 오리피스 형상이며, 전송부(30)는 발/수신진동자(31,32)와 연산증폭기(34)가 직접연결 되도록 구성된다.

여기서, 플랜지단(421)은 유체관(10)의 플랜지(11)와 연결되기 위한 역할과 유체관(10)의 직경이 증가할 때 플랜지단(421)의 직경을 증가시킬 수 있도록 구성된 것이다.

즉, 플랜지단(421)에 형성된 삽입홀(423)에는 발/수신진동자(31,32)가 고정대(33)를 이용하여 고정되지 않은 상태로 체결되며, 플랜지단(421)의 상부에 형성된 연산증폭기(34)에 신호를 주고 받을 수 있는 통신케이블로 연결된다.

그리고, 오리피스단(422)은 플랜지단(421)의 직경이 증가될 때 플랜지단(421)의 내주면에 고정된 외주면 직격이 증가되며, 내주면은 동일한 직경으로 유지될 수 있도록 구성된 것이다.

아울러, 오리피스단(422)은 하부가 일부 절단되어 유체에 함유된 이물질 등이 침전되는 것을 방지하기 위하여 일부 절단시켜 구성한 것이다.

이러한, 농도계(500)의 측정방법은 농도계(100)의 측정방법과 동일하게 진행 되며, 농도계(100)에서 두 쌍으로 형성된 발/수신진동자(31,32)의 조건을 충족시키기 위해, 농도계(500)를 일정한 간격으로 이격시켜 유체관(10)에 설치한 후 측정하게 된다.

이로 인하여, 두 개의 농도계(500)을 통해 획득된 측정값을 평균치로 산출하거나 합산하는 방식으로 측정하는 것이다.

한편, 측정관(20,120,220,320,420)의 하부 중앙에는 측정을 종료 후 이물질 등을 배수할 수 있는 드레인밸브(B)가 구성된다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

이상에서와 같이 본 발명은 발/수신진동자를 한 쌍 이상으로 형성하여 유체의 농도를 각기 다른 위치에서 측정한 후 평균치를 산출함으로써 정확하고 오차범위를 감소시키도록 개선되는 효과가 있다.

그리고, 유체관 직경이 증가함에 따라 발/수신진동자의 간격이 멀어져 발생하는 초음파의 감쇄현상을 벤츄리관방식, 바이패스관방식, 오리피스관 등의 다양한 측정관을 이용하여 방지함으로써 정확한 측정값은 산출할 수 있도록 개선되는 효과가 있다.

Claims

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농도측정을 위해 전달된 끝단에 플랜지(11)가 형성된 유체관(10)과; 유체관(10)에 동일한 직경으로 양끝단에는 볼트 및 너트를 이용한 체결방식으로 결합되는 플랜지(21)가 형성된 단관 형상의 측정관(220)과; 측정관(220)의 삽입홀(223)에 삽입되며, 측정관(220)의 내부공간에 노출되는 발신진동자(31) 및 수신진동자(32)가 서로 마주보도록 고정대(33)에 고정되고, 발/수신진동자(31, 32)의 측정값을 연산하는 연산증폭기(34)로 형성된 전송부(30)로 구성되며, 상기 측정관(220)의 삽입홀(223)은 양측 외주면 정점보다 하부에 위치되어 형성되는 초음파 농도계에 있어서,

상기 측정관(220)은 양끝단에 줄임관(221)이 각각 형성되고, 줄임관(221)들의 사이에는 단관(222)이 일체로 형성되되, 하나의 줄임관(221) 및 단관(222)의 양측 외주면 정점에는 마주보도록 한 쌍의 삽입홀(223)이 형성된 벤츄리관 형상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 초음파 농도계.
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