KR100793088B1 - 초음파 다회선 유속측정방법, 초음파 다회선 유량측정방법및 초음파 거리측정방법 - Google Patents

초음파 다회선 유속측정방법, 초음파 다회선 유량측정방법및 초음파 거리측정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 초음파를 이용하여 관내를 흐르는 유체의 유속을 측정하는 초음파 다회선 유속측정방법과, 이를 이용하여 유량을 측정하는 초음파 다회선 유량측정방법 및 유속측정회선 사이의 거리를 측정하는 초음파 거리측정방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 유속측정방법은 복수의 유속측정회선이 구비된 유관을 마련하는 준비단계와, 구비된 유속측정회선의 두 진동자 사이를 통과하는 유체의 유속을 측정하는 제1유속측정단계와, 이웃하는 두 유속측정회선의 서로 마주하지 않는 두 진동자 사이를 통과하는 유체의 유속을 측정하는 스위칭 유속측정단계와, 스위칭 유속측정단계에서 측정된 유속으로부터 두 초음파 유속측정회선 사이를 통과하는 유체의 유속을 구하는 제2유속측정단계 및 제1유속측정단계와 제2유속측정단계로부터 구하여진 유속을 이용하여 평균유속을 구하는 평균유속산출단계를 포함하는 것을 특징으로 하며, 본 발명에 따른 유량측정방법은 유속측정방법으로부터 구하여진 유속과 유관의 단면적을 이용하여 유체의 유량을 측정하는 유량산출단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한 본 발명에 따른 초음파 거리측정방법은 예비단계와, 제1거리측정단계와, 제2거리측정단계 및 연산단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
초음파 진동자, 유속측정회선

Description

초음파 다회선 유속측정방법, 초음파 다회선 유량측정방법 및 초음파 거리측정방법 {Ultrasonic multi circuit speed measurement, Ultrasonic multi circuit flow measurement and ultrasonic distance measurement}
도 1은 전파시간차 방법으로 유속을 측정하는 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 2는 유관을 흐르는 유체의 유속분포를 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 초음파 다회선 유속측정방법 및 초음파 다회선 유량측정방법의 일 실시예를 설명하기 위한 단계별 흐름도이다.
도 4는 도 3에 도시된 준비단계를 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.
도 5는 도 3에 도시된 준비단계 및 제1유속측정단계를 설명하기 위하여 도 4에 표시된 투영선을 유체진행방향으로 바라본 개략적인 투영도이다.
도 6은 도 3에 도시된 스위칭 유속측정단계 및 제2유속측정단계를 설명하기 위하여 도 4에 표시된 투영선을 유체진행방향으로 바라본 개략적인 투영도이다.
도 7은 도 3에 도시된 초음파 다회선 유속측정방법을 사용하여 유속을 측정한 효과 및 도 3에 도시된 초음파 다회선 유량측정방법을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 8은 도 3에 도시된 초음파 다회선 유속측정방법을 사용하여 유속을 측정 한 효과를 설명하기 위한 그래프이다.
도 9는 본 발명에 따른 초음파 거리측정방법의 일 실시예를 설명하기 위한 단계별 흐름도이다.
도 10은 도 9에 도시된 제1거리측정단계, 제2거리측정단계 및 연산단계를 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 11은 본 발명에 따른 초음파 다회선 유속측정방법의 다른 실시예를 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
M100...초음파 다회선 유속측정방법 M101...준비단계
M102...제1유속측정단계 M103...스위칭 유속측정단계
M104...제2유속측정단계 M105...평균유속산출단계
M200...초음파 다회선 유량측정방법 M201...유량산출단계
M300...초음파 거리측정방법 M301...예비단계
M302...제1거리측정단계 M303...제2거리측정단계
M304...연산단계 I...투영선
11...유관 O...유관의 중심
D...수직거리 X...직경선
본 발명은 초음파 다회선 유속측정방법 및 이를 이용한 초음파 다회선 유량측정방법에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 복수의 초음파 유속측정회선을 이용하여 관내에서 유동하는 유체의 유속을 측정하고 이를 통하여 관내를 통과하는 유체의 유량을 측정하기 위한 방법에 관한 것이다. 또한 본 발명은 초음파 거리측정방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 초음파 유속측정회선 사이의 거리를 측정하는 방법에 관한 것이다.
상수를 각 가정과 산업현장에 공급하거나 이로부터 생성되는 하수를 다시 배출하기 위한 상하수도를 설치하는 경우를 비롯하여, 도시가스의 공급, 송유관을 통한 원유의 이송, 농업용수를 위한 개수로의 설치 및 철강, 화학, 석유화학분야의 냉각수의 순환 등 오늘날 가스나 액체 등 유체를 이용하고 있는 산업분야는 수없이 많으며, 이러한 산업분야들에서는 유체의 유량 및 유속을 적절하게 조절하여 관리하는 것이 매우 중요한 문제이다.
이렇게 유체의 유량관리가 중요한 산업현장에서는 일반적으로 유량계를 사용하여 유로내의 유량을 측정하고 있다. 관내를 통과하는 유량은 관내를 통과하는 유체의 평균속도 V와 유로의 단면적의 곱으로 구할 수 있다.
즉, 유량 = 유로의 단면적 × 유체의 평균유속 V으로 구해진다. 따라서 유체의 유량을 정확히 측정하기 위하여는, 유체의 유속을 정확히 측정하여야 한다. 오늘날 유체의 유속을 측정하기 위한 방법으로는 초음파 진동자를 이용한 전파시간차 방법이 널리 이용되고 있다.
도 1은 전파시간차 방법으로 유속을 측정하는 방법을 설명하기 위한 개략적 인 단면도이며, 도 2는 관내를 흐르는 유체의 유속분포를 나타내는 도면이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 유체의 진행방향(a)에 대하여 일정 각도(θ)로 한 쌍의 초음파 진동자(P1, P2)를 각기 유로의 A지점과, 유체의 유동 방향상 상기 A지점의 하류측에 위치하는 B지점에 서로 대면하도록 설치한 후 유로에 유체를 유입시킨다. A지점에 설치된 초음파 진동자(P1)에서 초음파를 발생시킨 시점부터 B지점의 초음파 진동자(P2)가 A지점에서 발생된 초음파를 수신할 때까지 걸린 시간TAB과, 역으로 B지점에 설치된 초음파 진동자(P2)에서 초음파를 발생시킨 시점부터 A지점의 초음파 진동자(P1)가 B지점에서 발생된 초음파를 수신할 때까지 걸린 시간TBA을 측정한다. 초음파가 유체를 통하여 전달될 때 유속에 의한 영향을 받으므로 측정된 TAB 와 TBA 는 서로 다르며, 그 차이를 통하여 유체의 유속을 구하게 된다. 단, 이때 측정되는 유체의 유속은 A 지점과 B 지점 연결하는 직선 상을 통과하는 유체의 유속이다.
한편 유체가 관내를 흐르는 경우 관벽과의 마찰에 의한 영향을 받으므로, 도 2에 도시되어 있듯이 관의 중심부에서 관의 가장자리로 갈수록 유체의 유속이 떨어지게 된다. 따라서 관내를 통과하는 유체 전체의 평균유속을 구하기 위하여서는 유관의 여러 지점에서 유속을 측정하여야 하며, 설치된 유속측정회선의 수가 많을수록 관내를 통과하는 유체 전체의 평균유속을 정확하게 측정할 수 있다.
하지만 유속측정회선을 구성함에 있어서 두개의 초음파 진동자가 서로 대면하도록 배치된다는 점과, 유지보수를 위해 진동자를 삽입 또는 추출할 때 작업을 진행하기 위한 공간이 필요하다는 점 등의 공간적인 제약 때문에 유관에 구비될 수 있는 유속측정회선의 수에 제한이 있었다. 또한 다수의 초음파 진동자를 설치하는 경우 비용이 증가한다는 점도 유관에 구비될 수 있는 유속측정회선의 수를 제한하는 한 요인이었다. 그 결과 관내를 흐르는 유속을 정확하게 측정하는데에 한계가 있었으며, 앞서 검토한 바와 같이 유관을 흐르는 유체의 평균유속과 유관의 단면적의 곱으로 나타내어지는 유량을 측정함에 있어서도 그 정확성에 한계가 있다는 문제점이 있었다.
한편, 유량을 정확하게 산출하기 위해서는 서로 나란하게 배치되어 있는 유속측정회선 사이의 수직거리(높이)를 정확하게 알 필요가 있다. 더욱이 유관을 장시간 사용함에 따라 변형 등이 발생하는 경우 이러한 필요성은 더욱 증대된다. 따라서 종래에는 3차원 측정기를 사용하여 유속측정회선 사이의 수직거리를 측정하였으나 고가의 비용이 소요되었으며, 다른 방법으로는 그 측정이 용이하지 않다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 유관에 배치된 일정 수의 유속측정회선을 사용하되, 종래보다 많은 지점에서 유속을 측정하고 이를 통하여 정확한 평균유속을 측정할 수 있는 초음파 다회선 유속측정방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 목적은 초음파 다회선 유속측정방법을 통해 얻어진 유속을 이용하여 정확한 유량을 측정할 수 있는 초음파 다회선 유량측정방법을 제공 하는 것이다.
또한 본 발명의 또 다른 목적은 서로 나란하게 배치된 복수의 유속측정회선을 사용하여, 유속측정회선 사이의 거리를 측정할 수 있는 초음파 거리측정방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 초음파 다회선 유속측정방법은 유로를 따라 흐르고 있는 유체의 진행방향에 있어서 상류측과 하류측에 서로 마주하도록 상기 유로에 설치되는 한 쌍의 초음파 진동자로 이루어진 초음파 유속측정회선을 복수로 구비하되, 상기 유체의 진행 방향과 수직인 방향을 따라 서로 이격되어 나란하게 배치되도록 상기 초음파 유속측정회선을 마련하는 준비단계와. 상기 초음파 유속측정회선의 두개의 초음파 진동자 중 일측 초음파 진동자에서 초음파를 발생시킨 시점으로부터 타측 초음파 진동자에서 상기 일측 초음파 진동자에서 발생된 초음파를 수신할 때까지 소요되는 시간과, 상기 타측 초음파 진동자에서 초음파를 발생시킨 시점으로부터 상기 일측 초음파 진동자에서 상기 타측 초음파 진동자에서 발생된 초음파를 수신할 때까지 걸리는 시간의 차이를 측정하여 상기 두 초음파 진동자 사이를 통과하는 유체의 유속을 측정하는 제1유속측정단계와, 상기 복수의 초음파 유속측정회선 중 인접하는 두개의 초음파 유속측정회선을 선택하고, 선택된 상기 두 초음파 유속측정회선에 구비된 초음파 진동자들 중 서로 마주하지 않는 상류측 초음파 진동자와 하류측 초음파 진동자 사이에서 상기 상류측 초음파 진동자에서 초음파를 발생시킨 시점으로부터 하류측 초음파 진동자가 상기 상 류측 초음파 진동자가 발생한 초음파를 수신할 때까지 소요되는 시간과, 상기 하류측 초음파 진동자에서 초음파를 발생시킨 시점으로부터 상기 상류측 초음파 진동자에서 상기 하류측 초음파 진동자가 발생시킨 초음파를 수신할 때까지 소요되는 시간의 차이를 측정하여 이로부터 서로 마주하지 않는 상기 상류측 초음파 진동자와 상기 하류측 초음파 진동자 사이를 통과하는 유체의 유속을 측정하는 스위칭 유속측정단계와, 상기 스위칭 유속측정단계에서 구하여진 두 유속으로부터 소정의 연산을 통하여 구하여진 값을 상기 선택된 두개의 초음파 유속측정회선 사이에 배치되며 상기 두개의 초음파 유속측정회선과 나란한 평행선상을 통과하는 유체의 유속으로 정하는 제2유속측정단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 초음파 다회선 유량측정방법은, 상기한 초음파 다회선 유속측정방법으로 구해진 유속과 유관의 단면적을 곱하여 유량을 산출하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위한 초음파 거리측정방법은, 서로 마주하게 배치되는 한 쌍의 초음파 진동자로 구성되는 초음파 유속측정회선을 복수로 구비하되, 상기 초음파 유속측정회선이 서로 나란히 배치되도록 상기 초음파 유속측정회선을 마련하는 예비단계와, 상기 초음파 유속측정회선에 구비되어 서로 마주하게 배치된 초음파 진동자들 중 일측 초음파 진동자에서 초음파를 발생시킨 시점으로부터 타측 초음파 진동자에서 상기 일측 초음파 진동자에서 발생된 초음파를 수신할 때까지 소요되는 시간을 측정하여 상기 두 초음파 진동자 사이의 거리를 측정하는 제1거리측정단계와, 상기 복수의 초음파 유속측정회선 중 두개의 초음파 유 속측정회선을 선택하고, 선택된 상기 두 초음파 유속측정회선에 구비된 초음파 진동자들 중 서로 마주하지 않는 일측 초음파 진동자와 타측 초음파 진동자 사이에서 상기 일측 초음파 진동자에서 초음파를 발생시킨 시점으로부터 타측 초음파 진동자에서 상기 일측 초음파 진동자에서 발생된 초음파를 수신할 때까지 소요되는 시간을 측정하여 두 초음파 진동자간의 거리를 측정하는 제2거리측정단계와, 상기 제1거리측정단계 및 제2거리측정단계로부터 구하여진 각각의 거리로부터 상기 두 초음파 유속측정회선 사이의 수직거리를 구하는 연산단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 초음파 다회선 유속측정방법 및 초음파 다회선 유량측정방법의 일 실시예를 설명하기 위한 단계별 흐름도이다. 도 4는 도 3에 도시된 준비단계를 설명하기 위한 개략적인 사시도이다. 도 5는 도 3에 도시된 준비단계 및 제1유속측정단계를 설명하기 위하여 도 4의 투영선(I)을 유체진행방향으로 바라본 개략적인 투영도이다. 도 6은 도 3에 도시된 스위칭 유속측정단계 및 제2유속측정단계를 설명하기 위하여 도 4의 투영선(I)을 유체진행방향으로 바라본 개략적인 투영도이다.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 초음파 다회선 유속측정방법(M100)은 준비단계(M101)와, 제1유속측정단계(M102)와, 스위칭 유속측정단계(M103)와, 제2유속측정단계(M104) 및 평균유속산출단계(M105)를 포함한다.
상기 준비단계(M101)에서는 반경이 R 인 유관(11)에 두개의 초음파 진동자로 이루어진 복수의 유속측정회선들을 설치한다. 두개의 초음파 진동자(21A, 21B)를 포함하는 제1유속측정회선을 도 5에 나타난 것과 같이 투영면의 중심선상에 배치하되, 하나의 초음파 진동자(21A)는 유체의 진행방향상 상류쪽에 설치하고, 다른 하나의 초음파 진동자(21B)는 하류쪽에 설치한다. 이에 따라 초음파 진동자(21A)와 초음파 진동자(21B)를 연결하는 직선(K21)과 유체의 진행방향(a)은 일정각도(θ)를 이루게 된다. 제1유속측정회선에 대하여 수직한 방향을 따라 일측으로
Figure 112007034798192-pat00001
및
Figure 112007034798192-pat00002
만큼 이격된 지점에 제2유속측정회선 및 제3유속측정회선을 각각 나란하게 설치한다. 동일한 방식으로 제1유속측정회선에 대하여 수직한 방향을 따라 타측으로 각각
Figure 112007034798192-pat00003
및
Figure 112007034798192-pat00004
만큼 이격된 지점에 제4유속측정회선 및 제5유속측정회선을 각각 나란하게 설치한다. 각각의 초음파 진동자들이 초음파를 수신 및 발신할 수 있도록 컨트롤러(미도시)와 연결한다. 검토한 바와 같이 유관(11)에 직접 유속측정회선을 설치함으로써 본 실시예에서의 준비단계(M101)를 실시할 수 있으나, 위와 같은 구성으로 복수의 유속측정회선들이 설치되어 있는 유관을 마련함으로써도 본 실시예에서의 준비단계(M101)를 실시할 수 있다.
상기 제1유속측정단계(M102)에서는 유속측정회선들이 설치된 유관(11)에 유 체를 흘린 후, 이른바 전파시간차 방법을 사용하여 유체의 유속을 측정한다. 즉, 제1유속측정회선의 상류측 초음파 진동자(21A)에서 초음파를 발생시키고 하류측 초음파 진동자(21B)에서 상류측 초음파 진동자(21A)가 발생한 초음파를 수신하되, 상류측 초음파 진동자(21A)에서 초음파가 발생된 시점부터 하류측 초음파 진동자(21B)가 상류측 초음파 진동자(21A)에서 발생된 초음파를 수신할 때까지 걸린 시간T12을 측정한다. 반대로 하류측 초음파 진동자(21B)에서 초음파를 발생시키고 상류측 초음파 진동자(21A)에서 하류측 초음파 진동자(21B)가 발생한 초음파를 수신하되, 하류측 초음파 진동자(21B)에서 초음파가 발생된 시점부터 상류측 초음파 진동자(21A)가 하류측 초음파 진동자(21B)세어 발생된 초음파를 수신할 때까지 걸린 시간T21을 측정한다. 이때 측정하고자 하는 제1유속측정회선을 제외한 나머지 유속측정회선들의 초음파 진동자는 작동되지 않도록 한다. 왜냐하면 발생된 초음파를 수신하도록 설정된 초음파 진동자 이외의 다른 초음파 진동자에 의하여서도 초음파가 수신되는 경우, 초음파를 수신하도록 설정된 초음파 진동자 이외의 다른 초음파 진동자에서도 초음파를 수신하였다는 수신신호를 컨트롤러(미도시)로 발생하게 된다. 따라서 초음파를 수신하도록 설정된 초음파 진동자가 발생하는 수신신호와, 초음파를 수신하도록 설정된 초음파 진동자 이외의 다른 초음파 진동자에서 발생되는 수신신호가 함께 컨트롤러로 수신되면서 발생하는 부작용에 의하여 측정결과가 부정확해지는 것을 방지하기 위해서이다. 또한 초음파의 전달 경로상 배관의 벽면에서 반사된 초음파가 수신될 수 있으므로 이는 echo-canceling 전자부품 소자를 사용하여 제거하는 것이 바람직하다.
유체가 움직이지 않는 조건에서 초음파 진동자에서 발사된 초음파가 유체를 통해 전파되는 음속을 C라하고, 두 초음파 진동자(21A, 21B)를 연결한 직선(K21) 상을 통과하는 유체의 유속을 V1라고 하고, 두 초음파 진동자(21A, 21B)간의 거리를 L이라하면, T12 와 T21 는 각기 다음과 같다.
Figure 112007034798192-pat00005
,
Figure 112007034798192-pat00006
초음파가 유체의 진행방향에 대해 순방향으로 발사되는 경우의 시간 T12는 초음파가 유체의 진행방향에 대해 역방향으로 발사된 경우의 시간 T21에 비해서 짧다. 그 시간의 차이ΔT를 구하여 보면,
Figure 112007034798192-pat00007
여기서
Figure 112007034798192-pat00008
항은 무시할 수 있을 정도로 작은 양이다. 따라서, 두 초음파 진동자(21A, 21B)를 연결한 직선1(K21)상을 통과하는 유체의 유속 V1은
Figure 112007034798192-pat00009
이 된다.
동일한 방법으로 나머지 유속측정회선들을 사용하여 직선(K22~K25) 상을 통과하는 유체의 유속 V2 ~ V5 를 측정한다.
상기 스위칭 유속측정단계(M103)에서는 서로 인접하는 두개의 유속측정회선 으로 이루어지는 유속측정회선조합들을 구성한다. 이하 제1유속측정회선과 제2유속측정회선으로 구성되는 제1.2유속측정회선조합에 대하여 살펴보기로 한다.
제1.2유속측정회선조합에 포함된 초음파 진동자(21A, 21B, 22A, 22B)들 중 서로 마주하지 않는 초음파 진동자 즉, 제1유속측정회선의 상류측 초음파 진동자(21A)와 제2유속측정회선의 하류측 초음파 진동자(22B)를 선택한다. 두 초음파 진동자(21A, 22B)를 제외한 나머지 초음파 진동자들을 작동되지 않도록 한다. 초음파 진동자(21A)에서 초음파를 발생시키면 발생된 초음파는 유체를 통해 전파된다. 이때 전파되는 초음파는 일정 크기의 지향각을 가지면서 전파되므로, 초음파진동자(21A)와 마주하는 초음파 진동자(21B) 뿐 아니라 서로 마주하지 않는 초음파 진동자 즉, 초음파 진동자(22B)에도 초음파 진동자(21A)에서 발생된 초음파가 전파되게 된다. 초음파 진동자(21A)에서 초음파를 발생시킨 시점으로부터 초음파 진동자(22B)가 초음파 진동자(21A)에서 발생된 초음파를 수신할 때까지 걸린 시간을 측정하고, 초음파 진동자(22B)에서 초음파를 발생시키고 초음파 진동자(21A)가 초음파 진동자(22B)에서 발생된 초음파를 수신할 때까지 걸린 시간을 측정한다. 측정된 두 시간의 차이를 이용하여 두 초음파 진동자(21A, 22B)를 연결한 직선(K1) 상을 통과하는 유체의 유속을 구한다. 같은 방식으로 제2유속측정회선의 상류측 초음파 진동자(22A)와 제1유속측정회선의 하류측 초음파 진동자(21B)를 이용하여 두 초음파 진동자(21B, 22A)를 연결한 직선(K2) 상을 통과하는 유체의 유속을 구한다.
제2유속측정단계(M104)에서는 스위칭 유속측정단계(M103)에서 구하여진 직선(K1) 상을 지나는 유체의 유속과 직선(K2) 상을 지나는 유체의 유속을 합하고, 합산된 값을 2로 나누는 연산과정을 한다.
연산 과정을 통해 구하여진 유속을 제1유속측정회선과 제2유속측정회선 사이의 중간지점에 배치되며, 두 유속측정회선과 나란한 직선(K26) 상을 통과하는 유체의 유속 V6으로 설정한다.
위에서 검토한 스위칭 유속측정단계(M103)와 동일한 과정을 제2.3유속측정회선조합(22A, 23B, 24A, 24B), 제1.4유속측정회선조합(21A, 21B, 24A, 24B) 및 제1.5유속측정회선조합(24A, 24B, 25A, 25B)에 대하여 실시하여 직선(K3~K8) 위를 흐르는 유체의 유속을 구한 후, 이로부터 제2유속측정단계(M104)를 거쳐서 직선(K27), 직선(K28) 및 직선(K29) 위를 흐르는 유체의 유속 V7, V8, V9을 설정하게 된다.
상기 평균유속산출단계(M105)에서는 제1유속측정단계(M102)에서 측정된 5개의 유속 V1 ~ V5 와, 제2유속측정단계(M104)에서 구하여진 4개의 유속 V6 ~ V9을 이용하여 유관(11) 내를 흐르는 유체의 평균유속 V를 구한다. 즉, 평균유속산출단계(M105)는 제1유속측정단계(M102) 및 제2유속측정단계(M104)를 통하여 구하여진 9개의 유속 V1 ~ V9 에 각각 가중계수를 곱한 후 이들을 합산하고 합산된 값을 9로 나누는 단계이다.
[∑(유속 Vi × 가중계수)] ÷ 9 = 평균유속 V
이렇게 가중계수를 곱하여 연산을 하는 것을 가중계수법이라 하며, 이는 공 지의 방법이다. 가중계수는 유관에 배치되는 초음파 진동자들의 배치에 따라 달라지며, 이는 반복 실험 또는 유관 단면의 기하학적인 형상을 고려하여 결정할 수 있다. 공지된 초음파 진동자들의 배치 및 이에 따른 가중계수로서는, 소위 "가우시안" 형상, "셰비세프" 형상 및 "테일러" 형상 등의 가중계수가 알려져 있으며 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
이와 같이 본 발명의 초음파 다회선 유속측정방법(M100)을 사용하여 유관(11)을 흐르는 유체의 유속을 측정하면, 도 7 및 도 8에 도시된 것과 같이 유관(11) 단면상에 배치된 9개의 나란한 직선(K21~K29) 상을 통과하는 유체의 유속 V1~V9 를 측정할 수 있으며, 이를 바탕으로 유관(11)을 통과하는 유체 전체의 평균유속 V를 구할 수 있다. 이는 동일한 수의 유속측정회선들을 사용하는 종래의 유속측정방법이 5개 지점(K21~K25)의 유속 V1~V5만을 측정하고, 5개 지점의 유속을 이용하여 유체의 평균유속 V를 구하였던 것을 감안하면, 종래에 비해 더욱 정확한 평균유속을 측정할 수 있음을 알 수 있다.
위와 같이 구하여진 유체의 유속을 이용하여 유관을 흐르는 유체의 유량을 측정할 수 있다. 도 3을 참조하면 본 실시예에서의 초음파 다회선 유량측정방법(M200)은 앞서 검토한 초음파 다회선 유속측정방법(M100) 및 유량산출단계(M201)를 포함한다. 즉, 준비단계(M101)와, 제1유속측정단계(M102)와, 스위칭 유측정단계(M103)와, 제2유속측정단계(M104)와, 평균유속산출단계(M105) 및 유량산출단계(M201)를 포함한다. 유량산출단계(M201)을 제외한 나머지 단계들은 앞서 검토한 초음파 다회선 유량측정방법(M100)에서와 동일하므로 설명을 생략하기로 하고 유량산출단계(M201)에 대해서만 설명하기로 한다.
상기 유량산출단계(M201)에서는 유체의 유속과 유체가 흐르는 유관의 단면적을 이용하여 유관 내를 흐르는 유체의 유량을 산출한다. 이와 같이 유량을 산출하는 방법으로는 유관(11) 내를 흐르는 유체의 평균유속에 유관(11) 전체의 단면적을 곱하여 구하는 방법과, 유속측정회선이 배치된 유관(11)의 각 지점에서 측정된 유속과 그 지점을 중심으로 일정 범위에 있는 유관(11)의 면적을 곱한 값을 유관(11) 전체에 대하여 합산하여 구하는 방법이 있으며, 이하 상세히 설명하기로 한다.
평균유속을 이용하여 유량을 산출하는 방법에서는 앞서 검토한 초음파 다회선 유속측정방법(M100)의 평균유속 산출단계(M105)에서 구하여진 평균유속 V와 유관(11)의 단면적을 곱하여 유량을 산출한다.
즉, 유량 = 평균유속 V × 유관의 단면적으로 산출된다.
그리고 유속측정회선에서 측정된 각각의 유속을 이용하여 유량을 측정하는 방법을 도 7을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 7에서의 음영부분은 제1범위(A1) 내지 제9범위(A9)의 구분을 명확하게 하기 위한 것이다. 도 7을 참조하면, 제1유속측정회선을 중심으로한 제1범위(A1)의 단면적 즉 S1 과 제1유속측정회선에서 측정된 유속 V1을 곱하여 제1범위(A1)를 통과하는 유체의 유량을 산출할 수 있으며, 나머지 유속측정회선에 대하여도 동일한 과정을 반복하면 제2범위(A2) 내지 제9범위(A9)를 통과하는 유체의 유량을 산출할 수 있다. 그리고 이때 각각의 유속에 곱하여지는 제1범위(A)의 단면적 내지 제9범위의 단면적은, 앞서 설명한 가중계수법이라 불리는 단계를 이용하여 유량을 산출하는 방법에 있어서 가중계수에 대응하는 것으로서 실험에 의하여 결정된다. 이후 이렇게 산출된 제1범위(A1) 내지 제9범위(A9)를 통과하는 각각의 유량을 모두 합함으로써 유관(11) 내를 통과하는 유체의 유량을 산출하게 된다. 즉, 유량 = ∑ (Vi × Si ) 로 구해지며, 이때 i는 1에서부터 9까지이다.
한편, 유속을 이용하여 유량을 산출하는 방법과 유사한 방법으로서 유량을 보다 더 정확하게 측정하기 위하여 유관(11)의 단면적과 유체의 유속에 대하여 적분하는 방법이 있으며, 이하 상세히 설명하기로 한다.
먼저 유속측정회선에서 측정된 각 지점의 유속을 이용하여 유관(11) 내부를 흐르는 유체의 유속에 관한 유속함수를 설정하며, 이때 유속함수는 유관(11)의 직경선 상의 위치를 변수로 가지게 되어 유관(11)의 직경선(X) 상의 위치에 따라 구해지는 유속이 변하게 된다. 그리고 유속함수를 설정하는 방법은 대한민국 등록특허 제0562266에 개시되어 있다. 이렇게 유속함수가 설정되면 유관(11) 내의 각 지점에서의 유속을 구할 수 있게 된다. 이후 유관(11)의 직경선(X) 상의 일측(X1)에서 타측(X2)으로 진행하며 각 지점에서 유관(11)의 단면적에 대한 적분 및 유속에 관한 적분을 이중으로 시행함으로써 유관(11)을 통과하는 유체의 유량을 산출할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적인 초음파 거리측정방법(M300)의 실시예를 설명하기로 한다. 도 9는 초음파 거리측정방법(M300)의 실시예를 설명하기 위한 단계별 흐름도이며, 도 10은 도 9에 도시된 제1거리측정단계(M302), 제2거리측정단계(M303) 및 연산단계(M304)를 설명하기 위한 개략적인 도면이다. 도 9 및 도 10을 참조하면 본 실시예의 초음파 거리측정방법(M300)은 예비단계와(M301), 제1거리측정단계(M302)와, 제2거리측정단계(M303) 및 연산단계(M304)를 포함한다.
상기 예비단계(M301)는 앞서 검토한 초음파 다회선 유속측정방법의 준비단계(M101)과 유사하다. 앞에서 검토한 도 4 및 도 5를 참조하여 살펴보면, 예비단계(M301)에서는 반경이 R 인 유관(11)에 두개의 초음파 진동자로 이루어진 유속측정회선들을 설치한다. 제1유속측정회선은 도 5에 나타난 것과 같이 투영면의 중심선상에 배치하되, 하나의 초음파 진동자(21A)는 유체의 진행방향상 상류쪽에 설치하고, 다른 하나의 초음파 진동자(21B)는 하류쪽에 설치한다. 이에 따라 초음파 진동자(21A)와 초음파 진동자(21B)를 연결하는 직선(K21)과 유체의 진행방향은 일정각도(θ)를 이루게 된다. 제1유속측정회선에 대하여 수직한 방향을 따라 일측으로 이격된 지점에 제2유속측정회선 및 제3유속측정회선을 각각 나란하게 설치한다. 동일한 방식으로 제1유속측정회선에 대하여 수직한 방향을 따라 타측으로 이격된 지점에 초음파 제4유속측정회선 및 제5유속측정회선을 각각 나란하게 설치한다. 각각의 초음파 진동자들이 초음파를 수신 및 발신할 수 있도록 컨트롤러(미도시)와 연결한다. 검토한 바와 같이 유관(11)에 직접 유속측정회선을 설치함으로써 본 실시예에서의 예비단계(M301)를 실시할 수 있으나, 기존에 위와 같은 구성으로 유속 측정회선들이 설치되어 있는 유관(11)을 마련함으로써도 본 실시예에서의 예비단계(M301)를 실시할 수 있다.
상기 제1거리측정단계(M302)에서는 유관(11)에 유체를 채운 후 제1유속측정회선의 상류측 초음파 진동자(21A)에서 초음파를 발생시키고 초음파를 발생시킨 시점으로부터 발생된 초음파가 하류측 초음파 진동자(21B)에서 수신될 때까지 걸린 시간 T 를 측정한다. 유체내에서의 초음파의 진행속도를 C 라고하면 두 초음파 진동자(21A, 21B) 사이의 거리 L은 걸린 시간 T와 초음파의 진행속도 C의 곱으로 표현된다. 즉, L = T × C 이다.
동일한 방법을 사용하여 나머지 유속측정회선들의 초음파 진동자 사이의 거리를 측정할 수 있다.
상기 제2거리측정단계(M303)에서는 인접하는 두개의 유속측정회선으로 이루어지는 유속측정회선조합들을 구성한다. 이하 제1유속측정회선과 제2유속측정회선으로 구성되는 제1.2유속측정회선조합에 대하여 설명하기로 한다. 제1.2유속측정회선조합의 초음파 진동자(21A, 21B, 22A, 22B)들 중 서로 마주하지 않는 두 초음파 진동자(21A, 22B)를 선택한다. 선택된 두 초음파 진동자(21A, 22B)를 제외한 나머지 초음파 진동자들을 작동하지 않도록 한다. 초음파 진동자(21A)에서 초음파를 발생시키면 발생된 초음파는 유체를 통해 전파된다. 이때 전파되는 초음파는 일정 크기의 지향각을 가지면서 전파되므로, 초음파진동자(21A)와 마주하는 초음파 진동자(21B) 뿐 아니라 서로 마주하지 않는 초음파 진동자 즉, 초음파 진동자(22B)에도 초음파 진동자(21A)에서 발생된 초음파가 전파되게 된다. 초음파 진동 자(21A)에서 초음파를 발생시킨 시점으로부터 초음파 진동자(22B)가 초음파 진동자(21A)에서 발생된 초음파를 수신할 때까지 걸린 시간(T')을 측정한다. 유체내에서의 초음파의 진행속도를 C라고 하면 두 초음파 진동자(21A, 22B) 사이의 거리 L'은 L' = T' × C 로 표현된다. 동일한 과정으로 초음파 진동자(21B)에서 초음파를 발생시키고 초음파 진동자(22A)가 초음파 진동자(21B)에서 발생된 초음파를 수신할 때까지 걸린 시간을 측정하여 두 초음파 진동자(21B, 22A) 사이의 거리를 측정한다. 위의 과정을 나머지 유속측정회선조합으로도 반복하여 나머지 유속측정회선조합들에 포함되며 서로 마주하지 않는 초음파 진동자들간의 거리를 측정한다.
상기 연산단계(M303)에서는 앞서 검토한 제1거리측정방법 및 제2거리측정방법으로 구하여진 초음파 진동자 사이의 거리(EF, HG, HF, EG)를 이용한 연산과정을 통하여 두 유속측정회선 사이의 수직거리(D)를 산출하게 된다. 원형의 유관(11)에 서로 평행하게 설치된 제1유속측정회선 및 제2유속측정회선에 포함된 초음파 진동자(21A, 21B, 22A, 22B)들은 도 10에 도시된 바와 같이 등변사다리꼴의 형상을 구성하게 된다. 따라서 두 유속측정회선 사이의 수직거리(D) 는 다음과 같다.
Figure 112007034798192-pat00010
동일한 방식을 사용하면 나머지 유속측정회선 사이의 수직거리(D)도 측정할 수 있다.
한편, 앞서 설명한 초음파 다회선 유속측정방법(M100)에서는 제2유속측정단계에(M104)서 구하여진 유속을 두 유속측정회선의 사이에 배치되며 두 유속측정회 선과 나란한 직선 상을 통과하는 유체의 유속으로 설정하였으나 이는 실제로 그 유속값을 가지는 유체의 위치와 다소 오차가 있다고 할 수 있으며, 유체가 흐르는 유관(11)의 기하학적인 형상을 고려하여 제2유속측정단계(M104)에서 구하여진 유속을 가지는 유체의 위치를 보다 더 정확하게 설정하면 다음과 같이 설정할 수 있다.
먼저 도 8에 도시된 바와 같이 제1유속측정회선 내지 제5유속측정회선에서 측정된 유속은 유관(11)의 중심(O)으로부터 각 유속측정회선까지의 수직거리만큼 떨어진 지점에서의 유속이다. 동일한 원리로 제1.2유속측정회선조합으로 구하여진 유속도 유관(11)의 중심(O)으로부터 제1.2유속측정회선조합까지의 수직거리, 즉 유관의 중심(O)으로부터 두 개의 초음파 진동자(21A, 22b)를 연결한 직선까지의 수직거리만큼 떨어진 지점에서의 유속인 것으로 설정할 수 있다.
다만 도 11에 도시된 바와 같이, 유관(11)의 중심(O)으로부터 제1.2유속측정회선조합까지의 수직거리의 방향은 유관(11)의 중심(O)으로부터 제1유속측정회선 내지 제5유속측정회선까지의 수직거리의 방향과 서로 θ'각을 이루고 있으므로 이에 대한 보정이 필요할 수 있다. 그런데 유관(11)의 형상이 원형인 것을 고려하면, 유관(11)의 중심(O)을 기준으로 동일한 거리만큼 떨어진 지점에서의 유체의 유속은 모두 동일하다고 할 수 있고, 따라서 H1 지점을 통과하는 유체의 속력과 H1을 θ'만큼 회전시킨 H1' 지점을 통과하는 유체의 유속이 같게 된다. 따라서 제1.2유속측정회선조합으로 측정된 유체의 유속을 H1' 지점을 통과하는 유체의 유속으로 설정할 수 있다.
게다가 제1.2유속측정회선조합을 이용하여 제2유속측정단계에서 구하여지는 유속은 유관(11)의 중심(O)을 기준으로 서로 대칭인 구간을 지나는 유체의 유속을 평균한 값, 즉 두개의 초음파 진동자(21A, 22B)를 연결한 직선 상을 통과하는 유체의 유속과 두개의 초음파 진동자(21B, 22A)를 연결한 직선 상을 통과하는 유체의 유속의 평균값이므로, 유관(11) 내에서 발생할 수 있는 불규칙한 흐름으로 인한 오차를 최소화 할 수 있다.
유관(11)의 중심으로부터 제1.2유속측정회선조합까지의 거리 H1은, 도 11에 도시된 바와 같이 유관(11)의 반경을 R이라 하고 제1.2유속측정회선조합의 서로 마주하지 않는 초음파 진동자(21A, 22B) 사이의 거리를 L12라 할 때,
Figure 112007034798192-pat00011
으로 구해지며, 이때 L12은 앞서 설명한 초음파 거리측정방법에 의해 구할 수 있다.
따라서 제1.2유속측정회선조합을 이용하여 제2유속측정단계에서 구하여진 유속은 유관(11)의 중심(O)으로부터
Figure 112007034798192-pat00012
만큼 떨어진 지점에 배치되며 제1유속측정회선 및 제2유속측정회선과 나란한 직선 상을 지나는 유체의 유속이 된다.
동일한 방법을 사용하면
Figure 112007034798192-pat00013
으로 구해지며, 나머지 유속측정회선조합에 대하여도 동일하게 구할 수 있다.
상술한 바와 같이, 초음파 다회선 유속측정방법(M100)을 사용하여 유속을 측정하면 종래의 유속측정방법보다 더 정확하게 유속을 측정할 수 있다. 이는 종래의 유속측정방법이 5개의 유속측정회선을 사용하여 유속을 측정하는 경우 각각의 유속측정회선의 두 초음파 진동자를 연결하는 5개의 직선(K21 ~ K25) 상을 흐르는 5개의 유속 V1 ~ V5 만을 측정할 수 있었던 것에 반하여, 본 발명에 따른 초음파 다회선 유속측정방법(M100)을 사용하는 경우 각각의 유속측정회선의 두 초음파 진동자를 연결하는 5개의 직선(K21 ~ K25) 상을 흐르는 5개의 유속 V1 ~ V5 및 서로 이웃하는 유속측정회선 사이의 중간지점에 배치되며 유속측정회선과 나란한 4개의 직선(K26 ~ K29) 상을 흐르는 유속 V6 ~ V9 을 더 측정할 수 있기 때문이다. 또한, 유속측정회선을 설치할 때 유속측정회선의 2개의 초음파 진동자를 서로 마주보게 배치함에 따라 발생되는 공간적인 제약과, 초음파 진동자를 설치하는데 필요한 비용 등의 경제적인 제약 때문에 유관(11)에 설치될 수 있는 유속측정회선의 수에 한계가 존재하였으므로, 측정되는 유속의 정확성에도 그 한계가 존재하는 문제점이 있었으나, 본 발명에 따른 초음파 다회선 유속측정방법(M100)을 사용하는 경우 동일한 수의 유속측정회선으로 더 많은 유속측정회선을 구비한 효과를 얻을 수 있으므로 종래의 방법이 지니고 있던 문제점을 극복할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 초음파 다회선 유량측정방법(M200)을 사용하면 초음파 다회선 유속측정방법(M100)으로 구하여진 평균유속 V를 이용하여 유량을 측정하게 되므로 정확한 유량을 측정할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 초음파 거리측정방법(M300)을 이용하는 경우 유속측정회선 사이의 수직거리(D)를 측정할 수 있으며, 유관 단면의 기하학적 구조와 함께 유속측정회선 사이의 수직거리(D)를 이용하여 유속측정회선들 사이의 면적을 구할 수 있다. 이를 통하여 앞서 검토한 평균유속산출단계(M105)에서의 가중계수를 정확하게 설정하여 할 수 있으며 그 결과 정확한 평균유속 V를 측정할 수 있게 된다. 또한, 유량측정단계(M201)에서의 유관의 단면적도 정확하게 계산할 수 있게 된다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예들을 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함은 명백하다.
예를 들어 본 실시시예에서는 5개의 초음파 유속측정회선으로 유관(11) 내의 유속을 측정하였으나 유속측정회선의 수를 다르게 하여 본 발명인 초음파 다회선 유속측정방법을 사용할 수 있다.
또한 본 실시예에서는 반경 R인 원형의 유관(11)에 대한 실시예를 설명하였으나, 유관의 형상을 삼각형, 사각형 등의 다른 형상으로 구성할 수 있으며, 본 실시예에서는 제1유속측정단계(M100)를 실시한 후에 제2유속측정단계(M200)를 실시하는 것으로 설명하였으나 제2유속측정단계(M200)를 제1유속측정단계(M100)보다 먼저 실시하도록 구성할 수 있다.
또한 본 실시예에서는 유속측정회선간의 간격을 2R/5 동일한 간격으로 이격시켜 배치하였으나, 유속측정회선간의 간격을 다르게 구성할 수도 있다.
또한 본 실시예의 유량산출단계(M201)에서는 평균유속산출단계(M105)에서 구하여진 유체의 평균유속 V에 유관(11)의 단면적을 곱하여 유량을 산출하였으나, 제1유속측정단계(M102) 및 제2유속측정단계(M104)에서 구하여진 9개의 유속 V1 ~V9와각각의 유속을 가지는 유체가 흐르는 단면적을 곱하고 곱하여진 값을 합산함으로써 즉, 유량 = ∑[ 유속(Vi) × 단면적 ] 으로 구해지도록 구성할 수도 있다.
상기한 구성의 본 발명의 초음파 다회선 유속측정방법에 의하면 N개의 유속측정회선을 사용하여 유관의 단면상에 존재하는 (2N-1)개의 직선상에서 유체의 유속을 측정할 수 있다. 이는 종래의 방식을 사용하는 경우 N개의 유속만을 측정할 수 있던 것에 비하여 (2N-1)배에 해당하는 유속을 측정할 수 있는 것이다. 유관 내를 흐르는 유체 전체의 평균유속 V는 유관 내의 각 지점에서의 유속을 이용하여 구하여지므로, 본 발명의 초음파 다회선 유속측정방법을 사용하는 경우 유체의 평균유속 V를 종래보더 정확하게 측정할 수 있다.
또한 본 발명의 초음파 거리측정방법에 의하면 유속측정회선 사이의 수직거리(D)를 측정할 수 있고, 이를 통하여 유속측정회선 사이의 단면적을 구할 수 있으며, 결과적으로 유관 내의 평균유속 V를 정확하게 측정할 수 있다.
또한 본 발명의 초음파 다회선 유량측정방법에 의하면 초음파 다회선 유속측 정방법에 의하여 구하여진 유속 및 초음파 거리측정방법에 의하여 구하여진 유속측정회선 사이의 수직거리를 이용하여 유관을 흐르는 유체의 유량을 정확하게 측정할 수 있다.

Claims (10)

  1. 유로를 따라 흐르고 있는 유체의 진행방향에 있어서 상류측과 하류측에 서로 마주하도록 상기 유로에 설치되는 한 쌍의 초음파 진동자로 이루어진 초음파 유속측정회선을 복수로 구비하되, 상기 유체의 진행 방향과 수직인 방향을 따라 서로 이격되어 나란하게 배치되도록 상기 초음파 유속측정회선을 마련하는 준비단계;
    상기 초음파 유속측정회선의 두개의 초음파 진동자 중 일측 초음파 진동자에서 초음파를 발생시킨 시점으로부터 타측 초음파 진동자에서 상기 일측 초음파 진동자에서 발생된 초음파를 수신할 때까지 소요되는 시간과, 상기 타측 초음파 진동자에서 초음파를 발생시킨 시점으로부터 상기 일측 초음파 진동자에서 상기 타측 초음파 진동자에서 발생된 초음파를 수신할 때까지 걸리는 시간의 차이를 측정하여 상기 두 초음파 진동자 사이를 통과하는 유체의 유속을 측정하는 제1유속측정단계;
    상기 복수의 초음파 유속측정회선 중 인접하는 두개의 초음파 유속측정회선을 선택하고, 선택된 상기 두 초음파 유속측정회선에 구비된 초음파 진동자들 중 서로 마주하지 않는 상류측 초음파 진동자와 하류측 초음파 진동자 사이에서 상기 상류측 초음파 진동자에서 초음파를 발생시킨 시점으로부터 하류측 초음파 진동자가 상기 상류측 초음파 진동자가 발생한 초음파를 수신할 때까지 소요되는 시간과, 상기 하류측 초음파 진동자에서 초음파를 발생시킨 시점으로부터 상기 상류측 초음파 진동자에서 상기 하류측 초음파 진동자가 발생시킨 초음파를 수신할 때까지 소요되는 시간의 차이를 측정하여 이로부터 서로 마주하지 않는 상기 상류측 초음파 진동자와 상기 하류측 초음파 진동자 사이를 통과하는 유체의 유속을 측정하는 스위칭 유속측정단계;
    상기 스위칭 유속측정단계에서 구하여진 두 유속으로부터 소정의 연산을 통하여 구하여진 값을 상기 선택된 두개의 초음파 유속측정회선 사이에 배치되며 상기 두개의 초음파 유속측정회선과 나란한 평행선상을 통과하는 유체의 유속으로 정하는 제2유속측정단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 다회선 유속측정방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 소정의 연산은 상기 스위칭 유속측정단계를 통하여 구하여진 두 유속을 합산하고 상기 합산된 값을 2로 나누어 행하여 지는 것을 특징으로 하는 초음파 다회선 유속측정방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2유속측정단계에서 정해진 유속을 상기 선택된 두개의 초음파 유속측정회선 사이의 중간지점에 배치되며, 상기 선택된 두개의 초음파 유속측정회선과 나란한 직선 상을 통과하는 유체의 유속으로 설정하는 것을 특징으로 하는 초음파 다회선 유속측정방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유로는 원형으로 형성되며, 상기 선택된 두개의 초음파 유속측정회선 중 서로 마주보지 않는 두 초음파 진동자 사이의 거리를 Lab라 하고 유관의 반경을 R이라 할 때,
    상기 제2유속측정단계에서 정해진 유속을 상기 유관의 중심으로부터
    Figure 112007034798192-pat00014
    만큼 떨어진 지점에 배치되며, 상기 선택된 두개의 초음파 유속측정회선과 나란한 직선 상을 통과하는 유체의 유속으로 설정하는 것을 특징으로 하는 초음파 다회선 유속측정방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제1유속측정단계 및 제2유속측정단계로부터 구하여진 각각의 유속을 이용하여 상기 유로 내를 흐르는 유체의 평균유속을 구하는 평균유속산출단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 다회선 유속측정방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 평균유속산출단계에서는 상기 제1유속측정단계 및 제2유속측정단계로부터 구하여진 각각의 유속에 가중계수를 곱하여 이들을 합산한 값을 상기 유속의 개수로 나누어 상기 평균유속을 구하는 것을 특징으로 하는 초음파 다회선 유속측정방법.
  7. 유로를 지나는 유체의 유속에 상기 유로의 단면적을 곱하여 상기 유로를 통과하는 유체의 유량을 측정하는 초음파 다회선 유량측정방법에 있어서,
    상기 유속은,
    상기 유로를 따라 흐르는 유체의 진행방향에 있어서 상류측과 하류측에 서로 마주하도록 상기 유로에 설치되는 한 쌍의 초음파 진동자로 이루어진 초음파 유속측정회선을 복수로 구비하되, 상기 유체의 진행 방향과 수직인 방향을 따라 서로 이격되어 나란하게 배치되도록 상기 초음파 유속측정회선을 마련하는 준비단계;
    상기 초음파 유속측정회선의 두개의 초음파 진동자 중 일측 초음파 진동자에서 초음파를 발생시킨 시점으로부터 타측 초음파 진동자에서 상기 일측 초음파 진동자에서 발생된 초음파를 수신할 때까지 소요되는 시간과, 상기 타측 초음파 진동자에서 초음파를 발생시킨 시점으로부터 상기 일측 초음파 진동자에서 상기 타측 초음파 진동자에서 발생된 초음파를 수신할 때까지 걸리는 시간의 차이를 측정하여 상기 두 초음파 진동자 사이를 통과하는 유체의 유속을 측정하는 제1유속측정단계;
    상기 복수의 초음파 유속측정회선 중 인접하는 두개의 초음파 유속측정회선을 선택하고, 선택된 상기 두 초음파 유속측정회선에 구비된 초음파 진동자들 중 서로 마주하지 않는 상류측 초음파 진동자와 하류측 초음파 진동자 사이에서 상기 상류측 초음파 진동자에서 초음파를 발생시킨 시점으로부터 상기 하류측 초음파 진동자가 상기 상류측 초음파 진동자가 발생한 초음파를 수신할 때까지 소요되는 시간과, 상기 하류측 초음파 진동자에서 초음파를 발생시킨 시점으로부터 상기 상류측 초음파 진동자에서 상기 하류측 초음파 진동자가 발생시킨 초음파를 수신할 때까지 소요되는 시간의 차이를 측정하여 이로부터 서로 마주하지 않는 상기 상류측 초음파 진동자와 상기 하류측 초음파 진동자 사이를 통과하는 유체의 유속을 측정하는 스위칭 유속측정단계; 및
    상기 스위칭 유속측정단계에서 구하여진 두 유속으로부터 소정의 연산을 통하여 구하여진 값을 상기 선택된 두개의 초음파유속측정회선 사이에 배치되며 상기 두개의 초음파 유속측정회선과 나란한 평행선상을 통과하는 유체의 유속으로 정하는 제2유속측정단계;를 포함하는 유속측정방법으로 측정되는 유속인 것을 특징으로 하는 초음파 다회선 유량측정방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 유속측정방법은,
    상기 제1유속측정단계 및 상기 제2유속측정단계로부터 구하여진 각각의 유속을 이용하여 상기 유로를 따라 흐르는 유체의 평균유속을 산출하는 평균유속산출단계;를 더 포함하며,
    상기 유속은, 상기 평균유속산출단계로부터 산출되는 상기 평균유속인 것을 특징으로 하는 초음파 다회선 유량측정방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 평균유속산출단계는, 제1유속측정단계 및 상기 제2유속측정단계로부터 구하여진 각각의 유속에 가중계수를 곱하고, 이 값들을 합산한 후 상기 유속의 개수로 나누어 상기 평균유속을 산출하는 것을 특징으로 하는 초음파 다회선 유량측정방법.
  10. 서로 마주하게 배치되는 한 쌍의 초음파 진동자로 구성되는 초음파 유속측정회선을 복수로 구비하되, 상기 초음파 유속측정회선이 서로 나란히 배치되도록 상기 초음파 유속측정회선을 마련하는 예비단계;
    상기 초음파 유속측정회선에 구비되어 서로 마주하게 배치된 초음파 진동자들 중 일측 초음파 진동자에서 초음파를 발생시킨 시점으로부터 타측 초음파 진동자에서 상기 일측 초음파 진동자에서 발생된 초음파를 수신할 때까지 소요되는 시간을 측정하여 상기 두 초음파 진동자 사이의 거리를 측정하는 제1거리측정단계;
    상기 복수의 초음파 유속측정회선 중 두개의 초음파 유속측정회선을 선택하고, 선택된 상기 두 초음파 유속측정회선에 구비된 초음파 진동자들 중 서로 마주하지 않는 일측 초음파 진동자와 타측 초음파 진동자 사이에서 상기 일측 초음파 진동자에서 초음파를 발생시킨 시점으로부터 타측 초음파 진동자에서 상기 일측 초음파 진동자에서 발생된 초음파를 수신할 때까지 소요되는 시간을 측정하여 두 초음파 진동자간의 거리를 측정하는 제2거리측정단계;
    상기 제1거리측정단계 및 제2거리측정단계로부터 구하여진 각각의 거리로부터 상기 두 초음파 유속측정회선 사이의 수직거리를 구하는 연산단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 거리측정방법.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102507272B1 (ko) 2022-02-21 2023-03-08 한국표준과학연구원 코사인 법칙을 이용한 초음파 경로의 속도 계산방법 및 이를 적용한 습식 다회선 초음파 유량계산장치
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20000039377A (ko) * 1998-12-12 2000-07-05 이구택 초음파 유량계의 센서사이의 거리 측정방법
KR20020021558A (ko) * 2000-09-15 2002-03-21 장학수,유병준 초음파 유량 측정 방법
KR20020053717A (ko) * 2000-12-27 2002-07-05 이마이 히로시 유량 측정 방법, 초음파 유량계, 유속 측정 방법, 온도또는 압력의 측정 방법 및 초음파 온도·압력계
KR100562266B1 (ko) 2004-08-11 2006-03-22 (주)씨엠엔텍 초음파다회선유량계의 이중적분식 유속측정방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20000039377A (ko) * 1998-12-12 2000-07-05 이구택 초음파 유량계의 센서사이의 거리 측정방법
KR20020021558A (ko) * 2000-09-15 2002-03-21 장학수,유병준 초음파 유량 측정 방법
KR20020053717A (ko) * 2000-12-27 2002-07-05 이마이 히로시 유량 측정 방법, 초음파 유량계, 유속 측정 방법, 온도또는 압력의 측정 방법 및 초음파 온도·압력계
KR100562266B1 (ko) 2004-08-11 2006-03-22 (주)씨엠엔텍 초음파다회선유량계의 이중적분식 유속측정방법

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102507272B1 (ko) 2022-02-21 2023-03-08 한국표준과학연구원 코사인 법칙을 이용한 초음파 경로의 속도 계산방법 및 이를 적용한 습식 다회선 초음파 유량계산장치
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