KR100935876B1 - Method of measuring flow velocity by ultrasonic waves and method of measuring flux by ultrasonic waves - Google Patents

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Abstract

본 발명은 초음파 유속측정방법 및 초음파 유량측정방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 초음파 유속측정방법은 유관에 복수 개의 초음파 유속측정회선을 마련하는 준비단계와, 각 초음파 유속측정회선의 한 쌍의 초음파 진동자 사이에서 초음파를 상호 발신 및 수신시키고 초음파가 한 쌍의 초음파 진동자 사이에서 전파되는데 소요되는 시간의 차이를 이용하여 한 쌍의 초음파 진동자를 연결하는 직선 상을 통과하는 유체의 유속을 측정하는 메인유속측정단계를 포함하는 초음파 유속측정방법에 있어서, 복수의 초음파 유속측정회선 중 최외각에 배치된 최외각 초음파 유속측정회선의 한 쌍의 초음파 진동자 중 상류측 초음파 진동자에서 초음파를 발신시킨 시점으로부터 이 초음파가 유관의 내벽에서 반사된 후 하류측 초음파 진동자에 수신될 때까지 소요되는 제1소요시간과, 하류측 초음파 진동자에서 초음파를 발신시킨 시점으로부터 이 초음파가 유관의 내벽에서 반사된 후 상류측 초음파 진동자에 수신될 때까지 소요되는 제2소요시간의 차이를 측정하여, 최외곽 초음파 유속측정회선과 초음파가 반사된 유관의 내벽에 의하여 둘러싸인 영역을 통과하는 유체의 유속을 측정하는 단부유속측정단계를 더 포함한다.The present invention relates to an ultrasonic flow rate measuring method and an ultrasonic flow rate measuring method. The ultrasonic flow rate measuring method according to the present invention includes a preparation step of preparing a plurality of ultrasonic flow rate measuring lines in an duct, and mutually transmitting and receiving ultrasonic waves between a pair of ultrasonic vibrators of each ultrasonic flow rate measuring line, and the ultrasonic wave is a pair of ultrasonic waves. An ultrasonic flow rate measuring method comprising a main flow rate measuring step of measuring a flow rate of a fluid passing through a straight line connecting a pair of ultrasonic vibrators using a difference in time required to propagate between the vibrators, the plurality of ultrasonic flow rates When the ultrasonic wave is reflected from the inner wall of the duct and received by the downstream ultrasonic vibrator from the time when the ultrasonic wave is transmitted from the upstream ultrasonic vibrator of the pair of ultrasonic vibrators of the outermost ultrasonic flow rate measurement line disposed at the outermost portion of the measuring line. When the ultrasonic wave is sent from the first ultrasonic time and the downstream ultrasonic vibrator From this point of view, the difference in the second time required until the ultrasonic wave is reflected from the inner wall of the canal and received by the upstream ultrasonic vibrator is measured, and is surrounded by the outermost ultrasonic flow velocity measurement line and the inner wall of the canned tube. And an end flow rate measuring step of measuring the flow rate of the fluid passing through the region.

초음파, 유속, 유량, 유속측정회선 Ultrasonic, Flow Rate, Flow Rate, Flow Rate Measurement Line

Description

초음파 유속측정방법 및 초음파 유량측정방법{Method of measuring flow velocity by ultrasonic waves and method of measuring flux by ultrasonic waves}Method of measuring flow velocity by ultrasonic waves and method of measuring flux by ultrasonic waves

본 발명은 초음파 유속측정방법 및 초음파 유량측정방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 복수의 초음파 유속측정회선을 이용하여 유관 내에서 유동하는 유체의 유속을 측정하고 이를 통하여 유관 내를 통과하는 유체의 유량을 측정하기 위한 초음파 유속측정방법 및 초음파 유량측정방법에 관한 것이다. The present invention relates to an ultrasonic flow rate measuring method and an ultrasonic flow rate measuring method, and more particularly, using a plurality of ultrasonic flow rate measuring lines to measure the flow rate of the fluid flowing in the tube and through this flow rate of the fluid passing through the tube It relates to an ultrasonic flow rate measuring method and an ultrasonic flow rate measuring method for measuring.

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.Supply of city gas, transfer of crude oil through oil pipelines, installation of waterways for agriculture water and steel, including the provision of water supply and sewage to supply water to homes and industrial sites or to discharge the sewage generated therefrom. There are many industries that use fluids such as gas and liquids such as circulation of cooling water in chemistry and petrochemical fields. In these industries, it is very important to properly control and manage the flow rate and flow rate of fluids.

이렇게 유체의 유량관리가 중요한 산업현장에서는 일반적으로 유량계를 사용하여 유관 내의 통과하는 유체의 유량을 측정하고 있으며, 유체의 유량은 유관 내 를 통과하는 유체의 평균속도 V와 유관 단면적의 곱으로 구할 수 있다.In industrial fields where fluid flow control is important, the flow rate of the fluid passing through the oil pipe is generally measured using a flow meter. The fluid flow rate can be obtained by multiplying the average velocity V of the fluid passing through the oil pipe by the oil pipe cross-sectional area. have.

즉, 유량 = 유관의 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.In other words, the flow rate = the cross-sectional area of the oil pipe x the average flow velocity V of the fluid. Therefore, in order to accurately measure the flow rate of the fluid, the flow rate of the fluid must be accurately measured. Today, the propagation time difference method using an ultrasonic vibrator is widely used as a method for measuring the flow velocity of a fluid.

도 1은 전파시간차 방법으로 유속을 측정하는 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도이며, 도 2는 유관 내를 흐르는 유체의 유속분포를 나타내는 도면이며, 도 3은 그 중심부와 가장자리부에 초음파 유속측정회선이 설치된 상태의 유관 단면도이다. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating a method of measuring a flow rate by a propagation time difference method, FIG. 2 is a view illustrating a flow rate distribution of a fluid flowing in a flow pipe, and FIG. 3 is an ultrasonic flow rate measurement line at a central portion and an edge portion thereof. It is a duct sectional drawing in the installed state.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 전파시간차 방법은 다음과 같이 진행된다. 먼저, 유체의 진행방향(a)에 대하여 일정 각도(θ)로 한 쌍의 초음파 진동자(P1, P2)를 각각 유관의 A지점과, 유체의 유동 방향 상 A지점의 하류측에 위치하는 B지점에 서로 대면하도록 설치한 후 유관에 유체를 유입시킨다. A지점에 설치된 초음파 진동자(P1)에서 초음파를 발신시킨 시점부터 B지점의 초음파 진동자(P2)가 A지점에서 발신된 초음파를 수신할 때까지 걸린 시간TAB과, 역으로 B지점에 설치된 초음파 진동자(P2)에서 초음파를 발신시킨 시점부터 A지점의 초음파 진동자(P1)가 B지점에서 발신된 초음파를 수신할 때까지 걸린 시간TBA을 측정한다. 초음파가 유체를 통하여 전달될 때 유체의 유속에 의한 영향을 받으므로 측정된 TAB 와 TBA 는 서로 다르며, 그 차이를 통하여 A 지점과 B 지점 연결하는 직선 상을 통과하는 유체의 유속을 구하게 된다. 1 to 3, the propagation time difference method proceeds as follows. First, a pair of ultrasonic vibrators P 1 and P 2 are positioned downstream from the A point of the duct and the A point in the flow direction of the fluid at a predetermined angle θ with respect to the advancing direction a of the fluid. Place it at point B to face each other and then introduce fluid into the milk pipe. Of the point B from the point which transmits a ultrasonic wave from the ultrasonic transducer (P 1) is installed in the point A ultrasonic transducer (P 2) is installed at the time T B point to the AB and station it takes time to receive the ultrasonic wave at point A The time T BA taken from the time when the ultrasonic wave is transmitted from the ultrasonic vibrator P 2 until the ultrasonic vibrator P 1 at the point A receives the ultrasonic wave transmitted from the point B is measured. Since ultrasonic waves are influenced by the flow velocity of fluid when they are transmitted through the fluid, the measured T AB and T BA are different from each other, and the difference determines the flow velocity of the fluid passing through the straight line connecting the A and B points. .

한편, 유체가 유관 내를 흐르는 경우 유관의 내벽과의 마찰에 의한 영향을 받으므로, 도 2에 도시되어 있듯이 유관의 중심부에서 유관의 가장자리로 갈수록 유체의 유속이 떨어지게 된다. 따라서 유관 내를 통과하는 유체 전체의 평균유속을 구하기 위하여서는 유관의 여러 지점에서 유속을 측정하여야 한다. 특히, 유관의 가장자리부분은 유체와 유관 내벽 사이에 발생하는 마찰의 영향을 직접적으로 받으므로, 도 2에 도시된 바와 같이 유관의 중심부에 비해 그 유속 변화가 급격하게 나타나게 된다. 따라서, 유관의 가장자리부분에는 유관의 중심부에 비하여 보다 더 조밀한 간격으로 유속을 측정해야 할 필요성이 있다.On the other hand, when the fluid flows in the milk pipe is affected by friction with the inner wall of the milk pipe, as shown in Figure 2, the flow rate of the fluid from the center of the milk pipe toward the edge of the milk pipe falls. Therefore, in order to find the average flow velocity of the whole fluid passing through the duct, the flow velocity should be measured at various points of the duct. In particular, since the edge portion of the milk pipe is directly affected by the friction generated between the fluid and the inner wall of the milk pipe, as shown in FIG. Therefore, there is a need to measure the flow velocity at a more dense interval at the edge of the milk pipe compared to the center of the milk pipe.

그러나 유관의 가장자리부분에 다수의 유속측정회선을 조밀한 간격으로 설치하는 것은 공간적인 제약으로 인해 용이하지 않다. 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 유관의 중심부에 초음파 유속측정회선을 설치하는 경우에는 초음파 진동자가 삽입되는 삽입공의 길이(l1)가 유관의 벽면 두께와 거의 동일한 반면, 유관의 가장자리부분에 초음파 유속측정회선을 설치하는 경우에는 삽입공의 길이(l2)가 유관의 벽면 두께에 비하여 훨씬 더 길어지게 되는 등 시공상의 어려움이 발생하게 되며, 따라서 유관의 가장자리에 초음파 유속측정회선을 조밀하게 설치하는데에는 한계가 있다. 또한, 초음파 유속측정회선을 설치함에 있어서, 두 개의 초음파 진동자가 서로 대면하도록 배치된다는 점 및 다수의 초음파 진동자를 설치하는 경우 비용이 증가하게 되는 점 등으로도 인하여 유관 내에 구비될 수 있는 초음파 유속측정회선의 수에 제한이 있었다. 따라서, 유관의 가장자리를 흐르는 유체의 유속을 정밀하게 측정하는데 한계가 있었으며, 그 결과 유체의 평균유속과 유관 단면적의 곱으로 구하여지는 유체의 유량을 측정함에 있어서도 그 정확성에 한계가 있다는 문제점이 있었다.However, it is not easy to install a plurality of flow rate measuring lines at close intervals at the edge of the conduit due to spatial constraints. As shown in FIG. 3, when the ultrasonic flow rate measuring line is installed at the center of the milk pipe, the length l 1 of the insertion hole into which the ultrasonic vibrator is inserted is almost the same as the wall thickness of the milk pipe, In case of installing the ultrasonic flow rate measurement line, the length of the insertion hole (l 2 ) becomes much longer than the wall thickness of the tube. Therefore, the construction difficulty occurs. Therefore, the ultrasonic flow rate measurement line is densely arranged at the edge of the tube. There is a limit to the installation. In addition, in the installation of the ultrasonic flow rate measurement line, the ultrasonic flow rate measurement that can be provided in the duct due to the fact that the two ultrasonic vibrators are disposed to face each other and the cost increases when installing a plurality of ultrasonic vibrators, etc. There was a limit to the number of lines. Therefore, there was a limitation in accurately measuring the flow velocity of the fluid flowing through the edge of the conduit, and as a result, there was a problem in that the accuracy in measuring the flow rate of the fluid obtained by the product of the average flow velocity of the conduit and the cross section of the conduit.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 유관에 초음파 유속측정회선을 추가적으로 설치하지 않고도 유관의 가장자리 영역을 통과하는 유체의 유속을 측정할 수 있으며, 이를 바탕으로 하여 유관 내를 흐르는 유체의 평균유속을 정확하게 측정할 수 있는 초음파 유속측정방법을 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 목적은 유관 내를 흐르는 유체의 유량을 정확하게 측정할 수 있는 초음파 유량측정방법을 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention is to measure the flow rate of the fluid passing through the edge region of the duct without additional ultrasonic flow rate measuring line in the duct, based on this It is to provide an ultrasonic flow rate measuring method that can accurately measure the average flow rate of the fluid flowing in the tube. It is also an object of the present invention to provide an ultrasonic flow rate measuring method capable of accurately measuring the flow rate of the fluid flowing in the duct.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 초음파 유속측정방법은 유관을 따라 흐르는 유체의 진행방향 상 상기 유관의 상류측 및 하류측에 서로 마주보게 각각 설치되는 한 쌍의 초음파 진동자로 이루어진 초음파 유속측정회선을 서로 이격되게 복수 개 마련하는 준비단계와, 상기 각 초음파 유속측정회선의 한 쌍의 초음파 진동자 사이에서 초음파를 상호 발신 및 수신시키고 상기 초음파가 상기 한 쌍의 초음파 진동자 사이에서 전파되는데 소요되는 시간의 차이를 이용하여 상기 한 쌍의 초음파 진동자를 연결하는 직선 상을 통과하는 유체의 유속을 측정하는 메인유속측정단계를 포함하는 초음파 유속측정방법에 있어서, 상기 복수의 초음파 유속측정회선 중 상기 초음파 유속측정회선의 배치방향을 따라 일측 단부에 배치된 최외각 초음파 유속측정회선의 한 쌍의 초음파 진동자 중 상류측 초음파 진동자에서 초음파를 발신시킨 시점으로부터 이 초음파가 상기 유관의 내벽에서 반사된 후 하류측 초음파 진동자에 수신될 때까지 소요되는 제1소요시간과, 상기 하류측 초음파 진동자에서 초음파를 발신시킨 시점으로부터 이 초음파가 상기 유관의 내벽에서 반사된 후 상기 상류측 초음파 진동자에 수신될 때까지 소요되는 제2소요시간의 차이를 측정하여, 상기 최외곽 초음파 유속측정회선과 상기 초음파가 반사된 유관의 내벽에 의하여 둘러싸인 영역을 통과하는 유체의 유속을 측정하는 단부유속측정단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the ultrasonic flow rate measuring method according to the present invention is an ultrasonic flow rate measurement consisting of a pair of ultrasonic vibrators respectively installed on the upstream side and the downstream side of the flow tube in the flow direction of the fluid flowing along the flow pipe. A preparation step of providing a plurality of lines spaced apart from each other, and the time required for transmitting and receiving ultrasonic waves between a pair of ultrasonic vibrators of each ultrasonic flow rate measurement line and propagating the ultrasonic waves between the pair of ultrasonic vibrators In the ultrasonic flow rate measuring method comprising the main flow rate measuring step of measuring the flow rate of the fluid passing through a straight line connecting the pair of ultrasonic vibrator using the difference of, the ultrasonic flow rate of the plurality of ultrasonic flow rate measurement line The outermost ultrasonic wave disposed at one end along the arrangement direction of the measuring line A first time required from the time when the ultrasonic wave is transmitted from the upstream ultrasonic vibrator of the pair of ultrasonic vibrators until the ultrasonic wave is reflected from the inner wall of the duct and received by the downstream ultrasonic vibrator; The outermost ultrasonic flow rate measurement line is measured by measuring a difference in the second time required from the time when the ultrasonic wave is transmitted from the side ultrasonic vibrator until the ultrasonic wave is reflected from the inner wall of the canal and received by the upstream ultrasonic wave vibrator. And an end flow rate measuring step of measuring a flow rate of the fluid passing through an area surrounded by the inner wall of the oil pipe reflected by the ultrasonic waves.

또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 초음파 유량측정방법은 유관 내를 흐르는 유체의 유속과 상기 유관의 단면적을 기초로 하여 상기 유관 내를 흐르는 유체의 유량을 산출하는 초음파 유량측정방법에 있어서, 상기 유속은 상술한 초음파 유속측정방법에 의해 구하여진 유속인 것을 특징으로 한다.In addition, the ultrasonic flow rate measuring method according to the present invention to achieve the above object in the ultrasonic flow rate measuring method for calculating the flow rate of the fluid flowing in the oil pipe based on the flow rate of the fluid flowing in the milk pipe and the cross-sectional area of the milk pipe. The flow rate is characterized in that the flow rate obtained by the above-described ultrasonic flow rate measurement method.

본 발명의 초음파 유속측정방법에 의하면 초음파 유속측정회선이 설치된 지점에서의 유속뿐 아니라, 유관의 가장자리 영역에서의 유속을 측정할 수 있다. 특히, 유관의 가장자리 영역은 유속의 변화가 심하여 유관 내의 정확한 평균유속을 산출하기 위하여 반드시 측정될 필요성이 있으나, 초음파 유속측정회선을 설치하기가 용이하지 않아서 종래의 방법으로는 그 유속을 측정하기 어려웠다. 하지만, 본 발명에 의하면 유관 가장지리 영역의 유속을 추가적으로 측정할 수 있으며, 그 결과 종래에 비하여 더 정확한 유체의 평균유속을 측정할 수 있게 된다.According to the ultrasonic flow velocity measuring method of the present invention, not only the flow velocity at the point where the ultrasonic flow velocity measurement line is installed, but also the flow velocity in the edge region of the flow pipe can be measured. In particular, the edge region of the duct is so variable that it is necessary to be measured in order to calculate an accurate average flow rate in the duct, but it is difficult to measure the flow rate by a conventional method because it is not easy to install an ultrasonic flow rate measurement line. . However, according to the present invention, it is possible to additionally measure the flow velocity of the duct region, and as a result, it is possible to measure the average flow velocity of the fluid more accurately than in the prior art.

또한, 본 발명의 초음파 유량측정방법에 의하면 종래보다 더 정확한 유체의 평균유속을 이용하여 유체의 유량을 측정하므로, 종래보다 더 정확하게 유체의 유 량을 측정할 수 있다. In addition, according to the ultrasonic flow rate measuring method of the present invention, since the flow rate of the fluid is measured using the average flow velocity of the fluid more accurately than the conventional, it is possible to measure the flow rate of the fluid more accurately than the conventional.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 유속측정방법 및 초음파 유량측정방법에 관하여 설명하기로 한다.Hereinafter, an ultrasonic flow rate measuring method and an ultrasonic flow rate measuring method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 유속측정방법 및 초음파 유량측정방법을 설명하기 위한 단계별 흐름도이며, 도 5는 도 4에 도시된 준비단계를 설명하기 위한 개략적인 사시도이며, 도 6은 도 4에 도시된 준비단계 및 메인유속측정단계를 설명하기 위하여 도 5의 투영선(I)을 유체진행방향으로 바라본 개략적인 투영도이다.4 is a step-by-step flowchart for explaining the ultrasonic flow rate measuring method and the ultrasonic flow rate measuring method according to an embodiment of the present invention, Figure 5 is a schematic perspective view for explaining the preparation step shown in Figure 4, Figure 6 4 is a schematic projection view of the projection line I of FIG. 5 viewed in the fluid direction to explain the preparation step and the main flow velocity measurement step shown in FIG. 4.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 초음파 유속측정방법(M100)은 준비단계(M101)와, 메인유속측정단계(M102)와, 단부유속측정단계(M103)와, 단부유속설정단계(M104)와, 평균유속산출단계(M105)를 포함한다.4 to 6, the ultrasonic flow rate measuring method M100 according to the present embodiment includes a preparation step M101, a main flow rate measuring step M102, an end flow rate measuring step M103, and an end flow rate setting. A step M104 and an average flow rate calculation step M105 are included.

준비단계(M101)에서는 반경이 R이며 강철 소재로 이루어진 유관(11)에 두 개의 초음파 진동자로 이루어진 초음파 유속측정회선을 복수 개 설치한다. 먼저, 두 개의 초음파 진동자(1A, 1B)를 포함하는 제1 초음파 유속측정회선을 도 5에 도시된 바과 같이 투영면의 중심선 상에 배치하되, 하나의 초음파 진동자(1A)는 유체의 진행방향 상 상류측에 설치하고, 다른 하나의 초음파 진동자(1B)는 하류측에 설치한다. 이에 따라 두 개의 초음파 진동자(1A, 1B)는 서로 마주보게 배치되며, 도 5에 도시된 바와 같이 두 개의 초음파 진동자(1A, 1B)를 연결하는 직선과 유체의 진행방향(a)은 일정각도(θ)를 이루게 된다. 이후, 제1 초음파 유속측정회선에 대하여 수직한 방향, 즉 유관의 직경방향을 따라 우측으로 R/3 및 2R/3 만큼 이격된 지점에 제2 초음파 유속측정회선 및 제3 초음파 유속측정회선을 각각 설치하되, 제1 초음파 유속측정회선과 나란하게 설치한다. 동일한 방식으로 제1 초음파 유속측정회선에 대하여 수직한 방향을 따라 좌측으로 각각 R/3 및 2R/3 만큼 이격된 지점에 제4 초음파 유속측정회선 및 제5 초음파 유속측정회선을 각각 설치한다. 이후, 제1 초음파 유속측정회선 내지 제5 초음파 유속측정회선에 포함된 각각의 초음파 진동자들이 초음파를 수신 및 발신할 수 있도록 컨트롤러(미도시)와 연결하면 준비단계(M101)가 완료된다. 한편, 상술한 바와 같이 유관(11)에 직접 초음파 유속측정회선을 설치함으로써 본 실시예에서의 준비단계(M101)를 실시할 수 있으나, 위와 같은 구성으로 복수의 초음파 유속측정회선들이 설치되어 있는 유관을 마련함으로써도 본 실시예에서의 준비단계(M101)를 대체할 수 있다. 또한, 이른바 '부단수 시공'을 통하여, 기존에 사용되던 유관에 유체의 흐름을 차단하지 않은 채로 초음파 유속측정회선을 설치함으로써 준비단계(M101)를 대체 할 수도 있다. In the preparation step (M101), a plurality of ultrasonic flow rate measuring lines consisting of two ultrasonic vibrators are installed in the oil pipe 11 having a radius R and made of steel. First, a first ultrasonic flow rate measuring line including two ultrasonic vibrators 1A and 1B is disposed on the center line of the projection surface as shown in FIG. 5, but one ultrasonic vibrator 1A is located upstream of the fluid direction. It installs in the side and the other ultrasonic vibrator 1B is installed in the downstream side. Accordingly, the two ultrasonic vibrators 1A and 1B are disposed to face each other, and as shown in FIG. 5, the straight line connecting the two ultrasonic vibrators 1A and 1B and the moving direction a of the fluid have a predetermined angle ( θ). Thereafter, the second ultrasonic flow rate measuring line and the third ultrasonic flow rate measuring line are respectively located at a position perpendicular to the first ultrasonic flow rate measuring line, that is, R / 3 and 2R / 3 to the right along the diameter direction of the milk pipe. It is installed in parallel with the first ultrasonic flow rate measurement line. In the same manner, the fourth ultrasonic flow rate measuring line and the fifth ultrasonic flow rate measuring line are respectively installed at points spaced apart by R / 3 and 2R / 3 to the left along the direction perpendicular to the first ultrasonic flow rate measuring line, respectively. Subsequently, when each ultrasonic vibrator included in the first to fifth ultrasonic flow velocity measuring lines is connected to a controller (not shown) to receive and transmit ultrasonic waves, the preparation step M101 is completed. On the other hand, the preparation step (M101) in the present embodiment can be carried out by installing the ultrasonic flow rate measurement line directly on the oil pipe 11 as described above, but the duct is provided with a plurality of ultrasonic flow rate measurement lines in the above configuration. Also by providing a can be replaced by the preparation step (M101) in the present embodiment. In addition, through the so-called 'construction of water', it is possible to replace the preparation step (M101) by installing the ultrasonic flow rate measurement line without blocking the flow of the fluid in the existing pipe.

메인유속측정단계(M102)에서는 준비단계(M101)를 통해 마련된 유관(11)의 내부로 유체를 흘린 후, 이른바 전파시간차 방법을 사용하여 각 초음파 유속측정회선에 포함된 한 쌍의 초음파를 연결한 직선(K1~K5) 상을 통과하는 유체의 유속을 측정한다. 이하, 상세하게 설명하기로 한다. In the main flow rate measuring step (M102), the fluid flows into the inside of the oil pipe 11 prepared through the preparation step (M101), and then, using a so-called propagation time difference method, a pair of ultrasonic waves included in each ultrasonic flow rate measuring line is connected. Measure the flow velocity of the fluid passing through the straight lines K1 to K5. It will be described in detail below.

먼저, 제1 초음파 유속측정회선의 상류측 초음파 진동자(1A)에서 초음파를 발신시키고 하류측 초음파 진동자(1B)에서 상류측 초음파 진동자(1A)가 발신한 초음파를 수신하되, 상류측 초음파 진동자(1A)에서 초음파가 발신된 시점부터 하류측 초음파 진동자(1B)가 상류측 초음파 진동자(1A)에서 발신된 초음파를 수신할 때까지 걸린 시간 T12을 측정한다. 반대로 하류측 초음파 진동자(1B)에서 초음파를 발신시키고 상류측 초음파 진동자(1A)에서 하류측 초음파 진동자(1B)가 발신한 초음파를 수신하되, 하류측 초음파 진동자(1B)에서 초음파가 발신된 시점부터 상류측 초음파 진동자(1A)가 하류측 초음파 진동자(1B)에서 발신된 초음파를 수신할 때까지 걸린 시간 T21을 측정한다. 이때, 유체가 움직이지 않는 조건에서 초음파 진동자에서 발사된 초음파가 유체를 통해 전파되는 음속을 C라하고, 두 초음파 진동자(1A, 1B)를 연결한 직선(K1) 상을 통과하는 유체의 유속을 V1라고 하고, 두 초음파 진동자(1A, 1B)간의 거리를 L이라하면, T12 와 T21 는 각각 다음과 같다.First, the ultrasonic wave is transmitted from the upstream ultrasonic vibrator 1A of the first ultrasonic flow rate measurement line, and the ultrasonic wave vibrator 1A from the downstream ultrasonic vibrator 1B receives the ultrasonic wave transmitted from the upstream ultrasonic vibrator 1A. ), The time T 12 taken from the time point at which the ultrasonic wave is transmitted until the downstream side ultrasonic vibrator 1B receives the ultrasonic wave transmitted from the upstream side ultrasonic vibrator 1A is measured. On the contrary, the ultrasonic wave is transmitted from the downstream ultrasonic vibrator 1B, and the ultrasonic wave vibrator 1B is received from the upstream ultrasonic vibrator 1A, and the ultrasonic wave is transmitted from the downstream ultrasonic vibrator 1B. The time T 21 taken until the upstream ultrasonic vibrator 1A receives the ultrasonic wave transmitted from the downstream ultrasonic vibrator 1B is measured. At this time, the sound velocity propagated by the ultrasonic wave from the ultrasonic vibrator under the condition that the fluid does not move is called C, and the flow rate of the fluid passing on the straight line K1 connecting the two ultrasonic vibrators 1A and 1B. If V 1 , and the distance between two ultrasonic vibrators 1A and 1B is L, T 12 and T 21 are as follows.

Figure 112007088839681-pat00001
,
Figure 112007088839681-pat00002
Figure 112007088839681-pat00001
,
Figure 112007088839681-pat00002

즉, 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, In other words, the time T 12 when the ultrasonic wave is emitted in the forward direction with respect to the advancing direction of the fluid is shorter than the time T 21 when the ultrasonic wave is emitted in the reverse direction with respect to the advancing direction of the fluid. If we find the time difference ΔT,

Figure 112007088839681-pat00003
Figure 112007088839681-pat00003

여기서

Figure 112007088839681-pat00004
항은 무시할 수 있을 정도로 작은 양이다. 따라서, V1
Figure 112007088839681-pat00005
으로 구하여지며, 이 식에 T21 - T12 즉 ΔT를 대입하면 두 초음파 진동자(1A, 1B)를 연결한 직선(K1) 상을 통과하는 유체의 유속 V1을 구할 수 있다. 마찬가지로, 나머지 초음파 유속측정회선들을 사용하여 상술한 과정을 반복함으로써 직선(K2~K5) 상을 통과하는 유체의 유속 V2 ~ V5 를 측정한다.here
Figure 112007088839681-pat00004
The term is negligibly small. Therefore, V 1 is
Figure 112007088839681-pat00005
Is given by this formula T 21 -Substituting T 12 or ΔT, the flow velocity V 1 of the fluid passing on the straight line K1 connecting the two ultrasonic vibrators 1A and 1B can be obtained. Similarly, the flow rates V 2 to V 5 of the fluid passing through the straight lines K2 to K5 are measured by repeating the above process using the remaining ultrasonic flow rate measuring lines.

단부유속측정단계(M103)에서는 5개의 초음파 유속측정회선 중 초음파 유속측정회선의 배치방향 즉 가로 방향을 따라 양측 단부에 배치된 최외곽 초음파 유속측정회선, 즉 제3 초음파 유속측정회선과 제5 초음파 유속측정회선을 사용하여 유관의 가장자리부를 통과하는 유체의 유속을 측정한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 단부유속측정단계에서 이용되는 전반사 현상에 대하여 설명한 후, 단부유속측정단계의 진행과정에 대하여 상세히 설명하기로 한다.In the end velocity measurement step (M103), the outermost ultrasonic velocity measurement line, i.e., the third and fifth ultrasonic velocity measurement lines, disposed at both ends of the five ultrasonic velocity measurement lines in the arrangement direction of the ultrasonic velocity measurement line, that is, in the horizontal direction. Use the flow rate measurement line to measure the flow rate of the fluid through the edge of the duct. Hereinafter, the total reflection phenomenon used in the end velocity measurement step will be described with reference to the accompanying drawings, and then the process of the end velocity measurement step will be described in detail.

도 7은 스넬의 법칙을 설명하기 위한 개념도이며, 도 8은 도 4에 도시된 단부유속측정단계 및 단부유속설정단계를 설명하기 위하여 도 5의 투영선(I)을 유체진행방향으로 바라본 개략적인 투영도이다.FIG. 7 is a conceptual diagram illustrating Snell's law, and FIG. 8 is a schematic projection view of the projection line I of FIG. 5 in the fluid direction to explain the end velocity measurement step and the end velocity setting step shown in FIG. 4. to be.

광선 또는 전파가 서로 다른 매질의 경계면에 입사하여 통과할 때 입사각과 굴절각의 관계를 표현하는 법칙, 즉 스넬의 법칙은 하기하는 식으로 표현된다.Snell's law, which represents the relationship between the angle of incidence and the angle of refraction when light rays or radio waves enter and pass through the interface of different media, is expressed by the following equation.

C1 / C2 = sinθ1 / sinθ2 = n2 / n1 C 1 / C 2 = sinθ 1 / sinθ 2 = n 2 / n 1

이때, C1 및 C2는 매질1과 매질2 내를 진행하는 전파의 속도이며, θ1 및 θ2는 입사각과 굴절각이며, n1 및 n2 는 매질1 및 매질2의 굴절률이다. In this case, C 1 and C 2 are the speeds of propagation propagating in the medium 1 and the medium 2, θ 1 and θ 2 is the angle of incidence and the angle of refraction, n 1 and n 2 Is the refractive index of medium 1 and medium 2.

스넬의 법칙에 따르면 매질의 굴절율과 매질 내에서 전파의 진행속도는 서로 비례하며, 도 7에 도시된 바와 같이 굴절률이 작은 매질(n1)에서 굴절률이 큰 매질(n2)로 전파가 입사되는 경우에는 입사각(θ1)보다 반사각(θ2)이 더 크게 된다. 그리고, 전파의 입사각(θ1)이 증가함에 따라 반사각(θ2)도 점점 더 커지게 되는데, 이때 반사각이 90°가 되는 순간의 입사각을 임계각(θc)이라고 한다. 그리고, 입사각(θ1)이 임계각(θc) 이상이 되는 경우 매질의 경계면에서 전반사가 발생하여, 도 7에 이점 쇄선으로 도시된 바와 같이 전파가 매질의 경계면에서 입사각과 동일한 각도로 반사된다. 이러한 전반사가 발생하는 임계각(θc)을 매질 내에서의 전파의 진행속도로 나타내면 θc = arcsin(C1 / C2) 으로 표현된다. 예를 들어, 본 실시예의 유관 재질인 강철 내에서의 초음파의 전달속도는 약 5900m/s 이며, 유관 내를 흐르는 유체 특히 물에서의 초음파 전달속도는 약 1480m/s이다. 따라서, 물에서 강철방향으로 초음파가 전달되는 경우 그 임계각(θc)은 arcsin(1480/5900) ≒ 14.53°가 된다.According to Snell's law, the refractive index of the medium and the propagation speed of the propagation in the medium are proportional to each other, and as shown in FIG. 7, the radio wave is incident from the medium having a small refractive index n 1 to the medium having a large refractive index n 2 . In this case, the reflection angle θ 2 is larger than the incident angle θ 1 . In addition, as the incident angle θ 1 of the radio wave increases, the reflection angle θ 2 also becomes larger and larger, and the incident angle at the instant when the reflection angle becomes 90 ° is referred to as the critical angle θ c . When the incident angle θ 1 is greater than or equal to the critical angle θ c , total reflection occurs at the interface of the medium, and as shown by the dashed-dotted line in FIG. 7, the radio waves are reflected at the same angle as the incident angle at the interface of the medium. When the critical angle (θ c ) in which total reflection occurs is represented by the propagation speed of the propagation in the medium, θ c = arcsin (C 1 / C 2 ). For example, the transmission speed of ultrasonic waves in the steel tube material of the present embodiment is about 5900m / s, and the ultrasonic transmission speed of the fluid flowing in the milk pipe, in particular water is about 1480m / s. Therefore, when ultrasonic waves are transmitted from the water to the steel direction, the critical angle θ c becomes arcsin (1480/5900) ≒ 14.53 °.

한편, 초음파 진동자에서 발신되는 초음파는 직선방향으로만 전파되는 것이 아니라, 소정의 각도(지향각)로 퍼져서 유체 내에서 전파된다. 따라서, 도 8에 도시되어 있는 바와 같이 제3 초음파 유속측정회선의 상류측 초음파 진동자(3A)에서 발신된 초음파는 유관의 내벽 쪽으로도 전파되는데, 상류측 초음파 진동자(3A)와 하류측 초음파 진동자(3B)의 중앙지점 즉 제1반사지점(H1)으로 입사된 초음파는 유관의 내벽에서 반사된 후 하류측 초음파 진동자(3B)에 수신된다. 참고로, 초음파가 제1반사지점(H1)에서 전반사 되기 위해서는 초음파의 입사각(θi), 즉 제1반사지점(H1)을 통과하며 제1반사지점(H1)에 접하는 평면에 대하여 수직인 직선 즉 직경선(T)과, 초음파 진동자(3A)와 제1반사지점(H1)을 연결한 직선 사이에 형성되는 제1입사각이 상술한 임계각(θc) 즉 14.53° 이상이 되어야 한다. 본 실시예에서의 제1입사각(θi)을 도 8에 도시되어 있는 기하학적 구조를 이용하여 계산해보면, 제1입사각(θi)은 arctan(50.5) ≒ 65.9°가 된다. 즉, 초음파의 제1입사각(θi)이 임계각(θc)보다 훨씬 크므로, 상류측 초음파 진동자(3A)에서 발신된 초음파가 제1반사지점(H1)에서 전반사 됨을 확인할 수 있다. 따라서, 상류측 초음파 진동자(3A)에서 발신된 초음파는 거의 동일한 세기를 유지하면서 하류측 초음파 진동자(3B)로 수신된다. On the other hand, the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic vibrator is not only propagated in the linear direction but is spread at a predetermined angle (direction angle) and propagates in the fluid. Therefore, as illustrated in FIG. 8, the ultrasonic waves transmitted from the upstream ultrasonic vibrator 3A of the third ultrasonic flow rate measurement line also propagate toward the inner wall of the milk pipe, and the upstream ultrasonic vibrator 3A and the downstream ultrasonic vibrator ( The ultrasonic wave incident to the center point of the 3B), that is, the first reflection point H 1 , is reflected by the inner wall of the canal and received by the downstream ultrasonic vibrator 3B. For reference, in order for the ultrasonic wave to be totally reflected at the first reflection point H 1 , the ultrasonic wave passes through the incident angle θ i , that is, the first reflection point H 1 , and is in contact with the first reflection point H 1 . The first incident angle formed between the vertical straight line, that is, the diameter line T, and the straight line connecting the ultrasonic vibrator 3A and the first reflecting point H 1 should be greater than or equal to the critical angle θ c , that is, 14.53 °. do. When the first incident angle θ i in the present embodiment is calculated using the geometry shown in FIG. 8, the first incident angle θ i is arctan (5 0.5 ) ≒ 65.9 °. That is, since the first incident angle θ i of the ultrasonic waves is much larger than the critical angle θ c , it can be seen that the ultrasonic waves transmitted from the upstream ultrasonic vibrator 3A are totally reflected at the first reflection point H 1 . Therefore, the ultrasonic wave transmitted from the upstream ultrasonic vibrator 3A is received by the downstream ultrasonic vibrator 3B while maintaining almost the same intensity.

반대로, 제3 초음파 유속측정회선의 하류측 초음파 진동자(3B)에서 발신된 초음파는 유관의 내벽 쪽으로도 전파되며, 이때 상류측 초음파 진동자(3A)와 하류측 초음파 진동자(3B)의 중앙지점 즉 제2반사지점(H2)으로 입사된 초음파는 유관의 내벽에서 반사된 후 상류측 초음파 진동자(3A)에 수신된다. 그리고, 도 8에 도시 된 바와 같이 제1반사지점(H1)과 제2반사지점(H2)이 일치하므로, 제2입사각은 제1입사각과 동일하며, 따라서 하류측 초음파 진동자(3B)에서 발신된 초음파 역시 제2반사지점(H2)에서 전반사 된다. On the contrary, the ultrasonic wave transmitted from the downstream ultrasonic vibrator 3B of the third ultrasonic flow rate measurement line also propagates toward the inner wall of the milk pipe, wherein the center point of the upstream ultrasonic vibrator 3A and the downstream ultrasonic vibrator 3B, i.e., The ultrasonic wave incident on the second reflection point H 2 is received by the upstream ultrasonic vibrator 3A after being reflected from the inner wall of the milk pipe. As shown in FIG. 8, since the first reflection point H 1 and the second reflection point H 2 coincide with each other, the second incidence angle is the same as the first incidence angle, and thus, in the downstream ultrasonic vibrator 3B. The transmitted ultrasound is also totally reflected at the second reflection point (H 2 ).

한편, 제5 초음파 유속측정회선은 유관의 중심(O)을 기준으로 제3 초음파 유속측정회선과 대칭되게 배치되어 있으므로, 제5 초음파 유속측정회선의 상류측 및 하류측 초음파 진동자(5A,5B) 사이에서 발신 및 수신되는 초음파도 제1반사지점(H3) 및 제2반사지점(H4)에서 전반사 된다. On the other hand, since the fifth ultrasonic flow rate measurement line is disposed symmetrically with the third ultrasonic flow rate measurement line with respect to the center O of the conduit, the upstream and downstream ultrasonic vibrators 5A and 5B of the fifth ultrasonic flow rate measurement line. Ultrasonic waves transmitted and received between are also totally reflected at the first reflection point H 3 and the second reflection point H 4 .

즉, 제3 초음파 유속측정회선 및 제5 초음파 유속측정회선 사이에서 수신 및 발신되는 초음파는 유관 내벽에서 전반사 되며, 이를 바탕으로 하여 단부유속측정단계(M104)의 진행과정에 대해 설명한다.That is, the ultrasonic waves received and transmitted between the third ultrasonic flow rate measuring line and the fifth ultrasonic flow rate measuring line are totally reflected at the inner wall of the flow tube, and thus the process of the end velocity measuring step M104 will be described.

먼저, 제3 초음파 유속측정회선의 상류측 초음파 진동자(3A)에서 초음파를 발신하면, 이 초음파는 소정의 지향각으로 전파되다가 제1반사지점(H1)에서 전반사 된 후 제3 초음파 유속측정회선의 하류측 초음파 진동자(3B)에 수신된다. 이때, 상류측 초음파 진동자(3A)에서 초음파가 발신된 시점부터 이 초음파가 제1반사지점(H1)에서 반사된 후 하류측 초음파 진동자(3B)에 수신될 때까지 소요되는 제1소요시간을 측정한다. 반대로, 하류측 초음파 진동자(3B)에서 초음파를 발신하면, 이 초음파는 제2반사지점(H2)에서 반사된 후 상류측 초음파 진동자(3A)에 수신되는데, 이때 하류측 초음파 진동자(3B)에서 초음파가 발신된 시점부터 이 초음파가 제2반 사지점(H2)에서 반사된 후 상류측 초음파 진동자(3A)에 수신될 때까지 소요되는 제2소요시간을 측정한다. 이후, 제1소요시간과 제2소요시간의 차이와 상술한 전파시간차 방법을 사용하면, 초음파가 진행하는 경로(G) 상을 지나는 유체의 유속(V6)을 구할 수 있다. 그런데, 도 8에 도시된 바와 같이 초음파는 초음파 유속측정회선과 초음파가 반사된 유관 내벽으로 둘러싸인 영역, 즉 빗금으로 도시된 유관의 우측 가장자리 영역(P1)을 가로지르면서 진행하므로, 초음파는 다양한 유속으로 가장자리 영역을 통과하는 유체의 영향을 골고루 받게 된다. 따라서 초음파의 진행경로(G) 상을 통과하는 유체의 유속을 유관 가장자리 영역을 통과하는 유체의 유속으로 설정할 수 있다. 그리고, 제5 초음파 유속측정회선을 사용하여 동일한 과정을 반복 실시하면, 유관의 좌측 가장자리 영역(P2)을 통과하는 유체의 유속(V7)을 구할 수 있다.First, when an ultrasonic wave is transmitted from the ultrasonic vibrator 3A upstream of the third ultrasonic flow rate measurement line, the ultrasonic wave propagates at a predetermined direction angle and is totally reflected at the first reflection point H 1 , and then the third ultrasonic flow rate measurement line. To the downstream ultrasonic vibrator 3B. At this time, the first time required from the time when the ultrasonic wave is transmitted from the upstream ultrasonic vibrator 3A until the ultrasonic wave is reflected at the first reflection point H 1 and received by the downstream ultrasonic vibrator 3B is determined. Measure On the contrary, when the ultrasonic wave is transmitted from the downstream ultrasonic vibrator 3B, the ultrasonic wave is reflected by the second reflection point H 2 and then received by the upstream ultrasonic vibrator 3A, at which time the downstream ultrasonic vibrator 3B From the time point at which the ultrasonic waves were transmitted, the second time required for the ultrasonic waves to be reflected by the second reflecting point H 2 and received by the upstream ultrasonic vibrator 3A is measured. Subsequently, by using the difference between the first time required and the second time required and the propagation time difference method described above, the flow rate V 6 of the fluid passing on the path G through which the ultrasonic waves proceed can be obtained. However, as shown in FIG. 8, the ultrasonic wave proceeds across an area surrounded by the ultrasonic flow velocity measurement line and the inner wall of the duct, in which the ultrasonic wave is reflected, that is, the right edge region P 1 of the duct shown by hatching. It is evenly affected by the fluid passing through the edge region at the flow rate. Therefore, the flow velocity of the fluid passing on the traveling path G of the ultrasonic wave may be set to the flow rate of the fluid passing through the edge region of the duct. Then, if the same process is repeated using the fifth ultrasonic flow rate measuring line, the flow rate V 7 of the fluid passing through the left edge region P 2 of the milk pipe can be obtained.

단부유속설정단계(M104)에서는 단부유속측정단계(M103)에서 측정된 유속(V6,V7)을 최외곽 초음파 유속측정회선과 초음파가 반사된 유관의 내벽으로 둘러싸인 영역, 즉 유관의 가장자리 영역(P1,P2)에 포함되며 최외곽 초음파 유속측정회선과 나란한 직선 상을 통과하는 유체의 유속으로 설정한다. 특히, 본 실시예에서는 단부유속측정단계(M103)에서 측정된 유속(V6,V7)을 최외곽 초음파 유속측정회선과 나란하며 가장자리 영역(P1,P2)의 중심을 지나는 직선 상을 통과하는 유체의 유속으로 설정한다. 즉, 도 8에 도시되어 있는 바와 같이 단부유속측정단계(M103)에 서 측정된 유속 중, 제3 초음파 유속측정회선을 사용하여 측정된 유속(V6)을 유관(11)의 우측 가장자리 영역(P1)의 중심을 지나며 제3 초음파 유속측정회선과 나란한 직선(K6) 상을 통과하는 유체의 유속으로 설정하며, 제5 초음파 유속측정회선을 사용하여 측정된 유속(V7)을 유관(11)의 좌측 가장자리 영역(P2)의 중심을 지나며 제5 초음파 유속측정회선과 나란한 직선(K7) 상을 통과하는 유체의 유속으로 설정한다. 한편, 본 실시예에서는 단부유속측정단계에서 측정된 유속을 유관 가장자리 영역의 중심을 지나며 최외각 초음파 유속측정회선에 나란한 직선 상을 통과하는 유체의 유속으로 설정하였으나, 이는 유관의 형상 또는 유관 내벽의 마찰에 의한 영향 등에 따라서 달라질 수 있는 것으로서, 그 위치는 실험을 통하여 최적화된 지점으로 변경될 수 있을 것이다.In the end flow rate setting step M104, the flow velocity V 6 and V 7 measured in the end flow rate measurement step M103 is surrounded by the outermost ultrasonic flow rate measurement line and the inner wall of the tube in which ultrasonic waves are reflected, that is, the edge region of the tube. It is included in (P 1 , P 2 ) and is set to the flow rate of the fluid passing on the straight line parallel to the outermost ultrasonic flow rate measurement line. In particular, in the present embodiment, the flow velocity (V 6 , V 7 ) measured in the end flow velocity measurement step (M103) is parallel to the outermost ultrasonic flow rate measurement line and passes a straight line passing through the center of the edge region (P 1 , P 2 ). Set the flow rate of the fluid to pass through. That is, as shown in FIG. 8, among the flow rates measured in the end flow rate measurement step M103, the flow rate V 6 measured using the third ultrasonic flow rate measurement line is converted into the right edge region ( It went by the center of the P 1) of claim 3 related to ultrasonic flow rate measurement line and parallel to a straight line (K 6) set at a flow rate of fluid passing through the phase, and the fifth ultrasonic flow velocity measured by using the measuring line velocity (V 7) ( It is set to the flow velocity of the fluid passing through the center of the left edge region P 2 of 11) and passing on the straight line K 7 parallel to the fifth ultrasonic flow velocity measurement line. Meanwhile, in the present embodiment, the flow velocity measured in the end velocity measurement step is set to the flow velocity of the fluid passing through the center of the edge region of the tube and passing in a straight line parallel to the outermost ultrasonic flow rate measurement line, but this is the shape of the tube or the inner wall of the tube. The position may be changed to an optimized point through experimentation as it may vary depending on the influence of friction.

도 9는 도 4에 도시된 초음파 유속측정방법을 사용하여 유속을 측정한 효과 및 도 4에 도시된 초음파 유량측정방법을 설명하기 위한 개략적인 도면이며, 도 10은 도 4에 도시된 초음파 유속측정방법을 사용하여 유속을 측정한 효과를 설명하기 위한 그래프이다. FIG. 9 is a schematic diagram for explaining an effect of measuring a flow rate using the ultrasonic flow rate measuring method shown in FIG. 4 and the ultrasonic flow rate measuring method shown in FIG. 4, and FIG. 10 is an ultrasonic flow rate measuring method shown in FIG. 4. This graph illustrates the effect of measuring the flow rate using the method.

이하, 도 9 및 도 10을 참조하여 평균유속산출단계(M105) 및 초음파 유량측정방법(M200)에 대해 설명하기로 한다.Hereinafter, the average flow rate calculation step M105 and the ultrasonic flow rate measurement method M200 will be described with reference to FIGS. 9 and 10.

평균유속산출단계(M105)에서는 메인유속측정단계(M102)에서 측정된 5개의 유속 V1 ~ V5 과, 단부유속측정단계(M103)에서 구하여진 2개의 유속 V6 ~ V7을 이용하 여 유관(11) 내를 흐르는 유체의 평균유속 V를 구한다. 즉, 평균유속산출단계(M105)는 메인유속측정단계(M102) 및 단부유속측정단계(M103)를 통하여 구하여진 7개의 유속 V1 ~ V7 에 각각 가중계수를 곱한 후 이들을 합산하고 합산된 값을 7로 나누는 단계이다.In the average flow rate calculation step (M105), five flow rates V 1 to V 5 measured in the main flow rate measurement step (M102) And, using the two flow rates V 6 ~ V 7 obtained in the end flow rate measurement step (M103) to calculate the average flow rate V of the fluid flowing in the oil pipe (11). That is, the average flow rate calculation step M105 includes seven flow rates V 1 to V 7 obtained through the main flow rate measurement step M102 and the end flow rate measurement step M103. Multiply each weighting factor by 2, add them up, and divide the sum by 7.

[∑(유속 Vi × 가중계수)] ÷ 7 = 평균유속 V[∑ (flow rate V i × weighting factor)] ÷ 7 = mean velocity V

이렇게 가중계수를 곱하여 연산을 하는 것을 가중계수법이라 하며, 이는 공지의 방법이다. 가중계수는 유관의 형상 및 유관에 설치되는 초음파 진동자들의 위치에 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. The multiplication by multiplying the weighting factor is called the weighting factor method, which is a known method. The weighting coefficient is dependent on the shape of the canal and the position of the ultrasonic vibrators installed in the canal, which can be determined in consideration of the repeated shape or the geometric shape of the canal cross section. As a known arrangement of the ultrasonic vibrators and a weighting factor accordingly, weighting factors such as a "Gaussian" shape, a "Shevysef" shape, and a "Taylor" shape are known and the description thereof will be omitted.

초음파 유량측정방법(M200)은 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 앞서 검토한 초음파 유속측정방법(M100) 및 유량산출단계(M201)를 포함한다. 즉, 준비단계(M101)와, 메인유속측정단계(M102)와, 단부유속측정단계(M103)와, 단부유속설정단계(M104)와, 평균유속산출단계(M105) 및 유량산출단계(M201)를 포함한다. 유량산출단계(M201)을 제외한 나머지 단계들은 앞서 검토한 초음파 유속측정방법(M100)에서와 동일하므로 설명을 생략하기로 하고 유량산출단계(M201)에 대해서만 설명하기로 한다.The ultrasonic flow rate measuring method M200 includes the ultrasonic flow rate measuring method M100 and the flow rate calculating step M201 which have been previously examined as shown in FIG. 4. That is, the preparation step (M101), the main flow rate measuring step (M102), the end flow rate measuring step (M103), the end flow rate setting step (M104), the average flow rate calculation step (M105) and the flow rate calculation step (M201) It includes. The remaining steps except for the flow rate calculation step M201 are the same as those of the ultrasonic flow rate measuring method M100 previously discussed, and thus description thereof will be omitted and only the flow rate calculation step M201 will be described.

유량산출단계(M201)에서는 유체의 유속과 유체가 흐르는 유관(11)의 단면적 을 이용하여 유관(11) 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 있다. 이하 상세히 설명하기로 한다.In the flow rate calculation step M201, the flow rate of the fluid flowing in the oil pipe 11 is calculated using the flow velocity of the fluid and the cross-sectional area of the oil pipe 11 through which the fluid flows. In this way, the flow rate is calculated by multiplying the cross-sectional area of the entire oil pipe 11 by the average flow velocity of the fluid flowing in the oil pipe 11, and measured at each point of the oil pipe 11 in which the flow rate measuring line is arranged. There is a method of calculating the sum of the flow rate and the area of the oil pipe 11 in a predetermined range around the point and summing for the whole oil pipe 11. It will be described in detail below.

평균유속을 이용하여 유량을 산출하는 방법에서는 앞서 검토한 초음파 유속측정방법(M100)의 평균유속 산출단계(M105)에서 구하여진 평균유속 V와 유관(11)의 단면적을 곱하여 유량을 산출한다.In the method of calculating the flow rate using the average flow rate, the flow rate is calculated by multiplying the average flow rate V obtained in the average flow rate calculation step M105 of the ultrasonic flow rate measuring method M100 discussed above with the cross-sectional area of the oil pipe 11.

즉, 유량 = 평균유속 V × 유관의 단면적으로 산출된다.In other words, the flow rate = average flow rate V x cross-sectional area of the oil pipe is calculated.

그리고 초음파 유속측정회선에서 측정된 각각의 유속을 이용하여 유량을 측정하는 방법을 도 9를 참조하여 설명하면 다음과 같다.And the method of measuring the flow rate using the respective flow rate measured in the ultrasonic flow rate measurement line with reference to Figure 9 as follows.

도 9에서의 음영부분은 제1범위(A1) 내지 제7범위(A7)의 구분을 명확하게 하기 위한 것이다. 도 9를 참조하면, 제1 초음파 유속측정회선을 중심으로한 제1범위(A1)의 단면적 즉 S1 과 제1 초음파 유속측정회선에서 측정된 유속 V1을 곱하여 제1범위(A1)를 통과하는 유체의 유량을 산출할 수 있으며, 나머지 초음파 유속측정회선에 대하여도 동일한 과정을 반복하면 제2범위(A2) 내지 제7범위(A7)를 통과하는 유체의 유량을 산출할 수 있다. 그리고 이때 각각의 유속에 곱하여지는 제1범 위(A1)의 단면적 내지 제7범위(A7)의 단면적은, 앞서 설명한 가중계수법이라 불리는 단계를 이용하여 유량을 산출하는 방법에 있어서 가중계수에 대응하는 것으로서 실험에 의하여 결정된다. 이후 이렇게 산출된 제1범위(A1) 내지 제7범위(A7)를 통과하는 각각의 유량을 모두 합함으로써 유관(11) 내를 통과하는 유체의 유량을 산출하게 된다. 즉, 유량 = ∑ (Vi × Si ) 로 구해지며, 이때 i는 1에서부터 7까지이다.The shaded portion in FIG. 9 is for clarifying the division of the first range A 1 to the seventh range A 7 . Referring to FIG. 9, the cross-sectional area of the first range A 1 centered on the first ultrasonic flow rate measurement line, that is, S 1 And the flow rate of the fluid passing through the first range (A 1 ) by multiplying the flow rate V 1 measured in the first ultrasonic flow rate measurement line, the second range if the same process is repeated for the remaining ultrasonic flow rate measurement line. The flow rate of the fluid passing through the (A 2 ) to the seventh range (A 7 ) can be calculated. At this time, the cross-sectional area of the first range A 1 to the seventh range A 7 multiplied by each flow rate is determined by the weighting factor in the method for calculating the flow rate using the step called the weighting factor method described above. As corresponding, it is determined by experiment. Thereafter, the sum of the respective flow rates passing through the first range A 1 to the seventh range A 7 is calculated to calculate the flow rate of the fluid passing through the oil pipe 11. That is, flow rate = ∑ (V i × S i ), Where i is from 1 to 7.

상술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 초음파 유속측정방법(M100)을 사용하여 유관(11)을 흐르는 유체의 유속을 측정하면, 도 9 및 도 10에 도시된 것과 같이 유관(11) 단면상에 배치된 7개의 나란한 직선(K1~K7) 상을 통과하는 유체의 유속 V1~V7 을 측정할 수 있으며, 이를 바탕으로 유관(11)을 통과하는 유체 전체의 평균유속 V를 구할 수 있다. 즉, 동일한 수의 초음파 유속측정회선들을 사용하는 종래의 초음파 유속측정방법이 5개 지점(K1~K5)의 유속 V1~V5만을 측정할 수 있었던 것에 비하여, 본 실시예에 따른 초음파 유속측정방법(M100)은 유관의 가장자리 영역(P1,P2), 즉 유속의 변화가 심하므로 유관 내의 정확한 평균유속을 산출하기 위하여 반드시 측정될 필요성이 있으나, 초음파 유속측정회선을 설치하기가 용이하지 않아서, 종래의 방법으로는 그 유속을 측정하기 어려운 영역(P1,P2)의 유속을 더 측정할 수 있으며, 따라서 종래보다 더 정확한 평균유속을 측정할 수 있게 된다.As described above, when the flow rate of the fluid flowing through the oil pipe 11 is measured by using the ultrasonic flow rate measuring method M100 according to the present embodiment, it is disposed on the cross section of the oil pipe 11 as shown in FIGS. 9 and 10. The flow rates V 1 to V 7 of the fluid passing through the seven parallel lines (K1 to K7) can be measured, and based on this, the average flow rate V of the entire fluid passing through the oil pipe 11 can be obtained. That is, while the conventional ultrasonic flow rate measuring method using the same number of ultrasonic flow rate measuring lines was able to measure only the flow rates V 1 to V 5 of five points K1 to K5, the ultrasonic flow rate measurement according to the present embodiment Method (M100) is necessary to be measured in order to calculate an accurate average flow rate in the duct because the edge region (P 1 , P 2 ) of the duct, that is, the flow rate is severe, but it is not easy to install the ultrasonic flow rate measurement line Therefore, the flow rate of the areas P 1 and P 2 , which are difficult to measure the flow rate by the conventional method, can be further measured, so that the average flow rate can be measured more accurately than the conventional method.

또한, 본 실시예에 따른 초음파 유량측정방법(M200)을 사용하면 초음파 유속 측정방법(M100)을 통해 정확하게 측정된 유속을 바탕으로 유관 내의 유량을 측정할 수 있으므로, 종래보다 더 정확한 유량을 측정할 수 있게 된다.In addition, by using the ultrasonic flow rate measuring method M200 according to the present embodiment, since the flow rate in the pipe can be measured based on the flow rate accurately measured by the ultrasonic flow rate measuring method M100, a more accurate flow rate can be measured. It becomes possible.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다. Although the preferred embodiments of the present invention have been shown and described above, the present invention is not limited to the above-described specific preferred embodiments, and the present invention belongs to the present invention without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims. Various modifications can be made by those skilled in the art, and such changes are within the scope of the claims.

도 1은 전파시간차 방법으로 유속을 측정하는 방법을 설명하기 위한 단면도이다.1 is a cross-sectional view for explaining a method of measuring a flow rate by a propagation time difference method.

도 2는 유관 내를 흐르는 유체의 유속분포를 나타내는 도면이다.2 is a diagram illustrating a flow rate distribution of a fluid flowing in an oil pipe.

도 3은 유관의 중심부와 가장자리부에 초음파 유속측정회선이 설치된 상태의 단면도이다. Figure 3 is a cross-sectional view of the ultrasonic flow rate measurement line is installed in the center and the edge portion of the duct.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 유속측정방법 및 초음파 유량측정방법을 설명하기 위한 단계별 흐름도이다.4 is a step-by-step flowchart for explaining an ultrasonic flow rate measuring method and ultrasonic flow rate measuring method according to an embodiment of the present invention.

도 5는 도 4에 도시된 준비단계를 설명하기 위한 사시도이다.5 is a perspective view for explaining a preparation step shown in FIG.

도 6은 도 4에 도시된 준비단계 및 메인유속측정단계를 설명하기 위하여 도 5의 투영선(I)을 유체진행방향으로 바라본 개략적인 투영도이다.FIG. 6 is a schematic projection view of the projection line I of FIG. 5 in a fluid direction to explain the preparation step and the main flow rate measurement step shown in FIG. 4.

도 7은 스넬의 법칙을 설명하기 위한 개념도이다.7 is a conceptual diagram illustrating Snell's law.

도 8은 도 4에 도시된 단부유속측정단계 및 단부유속설정단계를 설명하기 위하여 도 5의 투영선(I)을 유체진행방향으로 바라본 개략적인 투영도이다.FIG. 8 is a schematic projection view of the projection line I of FIG. 5 in the fluid advancing direction in order to explain the end velocity measurement step and the end velocity setting step shown in FIG. 4.

도 9는 도 4에 도시된 초음파 유속측정방법을 사용하여 유속을 측정한 효과 및 도 4에 도시된 초음파 유량측정방법을 설명하기 위한 단면도이다.FIG. 9 is a cross-sectional view for describing an effect of measuring a flow rate using the ultrasonic flow rate measuring method shown in FIG. 4 and an ultrasonic flow rate measuring method shown in FIG. 4.

도 10은 도 4에 도시된 초음파 유속측정방법을 사용하여 유속을 측정한 효과를 설명하기 위한 그래프이다. FIG. 10 is a graph for explaining an effect of measuring a flow rate using the ultrasonic flow rate measuring method shown in FIG. 4.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

200...초음파 유량측정방법 201...유량산출단계200 ... Ultrasonic flow measurement method 201 ... Flow calculation step

100...초음파 유속측정방법 101...준비단계100.Ultrasonic flow rate measurement method 101 ... Preparation step

102...메인유속측정단계 103...단부유속측정단계102.Main flow rate measurement step 103.Step flow rate measurement step

104...단부유속설정단계 105...평균유속산출단계104 ... Step flow rate setting step 105 ... Average flow rate calculation step

11...유관 11 ... related

Claims (5)

유관을 따라 흐르는 유체의 진행방향 상 상기 유관의 상류측 및 하류측에 서로 마주보게 각각 설치되는 한 쌍의 초음파 진동자로 이루어진 초음파 유속측정회선을 서로 이격되게 복수 개 마련하는 준비단계와,A preparation step of providing a plurality of ultrasonic flow rate measuring lines, each of which is provided with a pair of ultrasonic vibrators respectively installed on the upstream side and the downstream side of the flow tube in an advancing direction of the fluid flowing along the flow pipe; 상기 각 초음파 유속측정회선의 한 쌍의 초음파 진동자 사이에서 초음파를 상호 발신 및 수신시키고, 상기 초음파가 상기 한 쌍의 초음파 진동자 사이에서 전파되는데 소요되는 시간의 차이를 이용하여, 상기 한 쌍의 초음파 진동자를 연결하는 직선 상을 통과하는 유체의 유속을 측정하는 메인유속측정단계를 포함하는 초음파 유속측정방법에 있어서,The pair of ultrasonic vibrators using the difference in the time required for the ultrasonic wave to be transmitted and received between the pair of ultrasonic vibrators of each ultrasonic flow rate measurement line, and the ultrasonic wave is propagated between the pair of ultrasonic vibrators. In the ultrasonic flow rate measuring method comprising a main flow rate measuring step of measuring the flow rate of the fluid passing through a straight line connecting the, 상기 복수의 초음파 유속측정회선 중 상기 초음파 유속측정회선의 배치방향을 따라 일측 단부에 배치된 최외각 초음파 유속측정회선의 한 쌍의 초음파 진동자 중 상류측 초음파 진동자에서 초음파를 발신시킨 시점으로부터 이 초음파가 상기 유관의 내벽에서 반사된 후 하류측 초음파 진동자에 수신될 때까지 소요되는 제1소요시간과, 상기 하류측 초음파 진동자에서 초음파를 발신시킨 시점으로부터 이 초음파가 상기 유관의 내벽에서 반사된 후 상기 상류측 초음파 진동자에 수신될 때까지 소요되는 제2소요시간의 차이를 측정하여, 상기 최외곽 초음파 유속측정회선과 상기 초음파가 반사된 유관의 내벽에 의하여 둘러싸인 영역을 통과하는 유체의 유속을 측정하는 단부유속측정단계를 더 포함하는 것을 특징으로 초음파 유속측정방법.From the time point at which the ultrasonic wave is transmitted from the upstream ultrasonic vibrator of the pair of ultrasonic vibrators of the outermost ultrasonic flow rate measuring line arranged at one end of the plurality of ultrasonic flow rate measuring lines along the arrangement direction of the ultrasonic flow rate measuring line. The first time required to be reflected by the inner wall of the milk pipe and received by the downstream ultrasonic vibrator, and from the time when the ultrasonic wave is transmitted from the downstream ultrasonic vibrator, the ultrasonic waves are reflected from the inner wall of the milk pipe and then upstream. An end for measuring the flow rate of the fluid passing through the area surrounded by the inner wall of the outermost ultrasonic flow rate measurement line and the ultrasonic pipe is reflected by measuring the difference in the second time required until received by the side ultrasonic vibrator Ultrasonic flow rate measuring method further comprising the flow rate measuring step. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 단부유속측정단계에서 측정되는 유속을 상기 최외곽 초음파 유속측정회선과 상기 초음파가 반사된 유관의 내벽에 의하여 둘러싸인 영역 중 상기 최외곽 초음파 유속측정회선과 나란한 직선 상을 통과하는 유체의 유속으로 설정하는 단부유속설정단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 유속측정방법.The flow velocity measured in the end velocity measurement step is set to a flow velocity of a fluid passing in a straight line parallel to the outermost ultrasonic flow velocity measurement line in an area surrounded by the outermost ultrasonic flow velocity measurement line and the inner wall of the oil pipe in which the ultrasonic waves are reflected. Ultrasonic flow rate measuring method further comprising an end flow rate setting step. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 단부유속설정단계는 상기 단부유속측정단계에서 측정된 상기 유속을 상기 영역의 중심을 지나며 상기 최외곽 초음파 유속측정회선과 나란한 직선 상을 통과하는 유체의 유속으로 설정하는 것을 특징으로 하는 초음파 유속측정방법.The end flow rate setting step includes setting the flow rate measured in the end flow rate measuring step to a flow rate of a fluid passing through a straight line parallel to the outermost ultrasonic flow rate measurement line passing through the center of the region. Way. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 유체 및 상기 유관의 내벽에서 상기 초음파가 전파되는 속도를 각각 C1 및 C2 라고 할 때, 상기 상류측 초음파 진동자와 상기 유관의 내벽 중 상기 상류측 초음파 진동자에서 발신된 초음파가 반사되는 제1반사지점을 연결하는 직선과 상기 제1반사지점을 통과하며 상기 제1반사지점에 접하는 평면에 대하여 수직인 직선 사이에 형성되는 제1입사각 및 상기 하류측 초음파 진동자와 상기 유관의 내벽 중 상기 하류측 초음파 진동자에서 발신된 초음파가 반사되는 제2반사지점을 연결하는 직선과 상기 제2반사지점을 통과하며 상기 제2반사지점에 접하는 평면에 대하여 수직인 직선 사이에 형성되는 제2입사각은 모두
Figure 112007088839681-pat00006
이상인 것을 특징으로 하는 초음파 유속측정방법.
The velocity at which the ultrasonic waves propagate in the inner wall of the fluid and the canal is C 1 and C 2 , respectively. In this case, a straight line connecting the first reflection point that is reflected from the upstream ultrasonic vibrator and the ultrasonic wave transmitted from the upstream ultrasonic vibrator among the inner wall of the duct passes through the first reflection point and passes to the first reflection point. A straight line connecting the first incident angle formed between a straight line perpendicular to the plane of contact and a second reflection point at which the ultrasonic wave transmitted from the downstream ultrasonic vibrator is reflected from the downstream ultrasonic vibrator and the inner wall of the tube; The second incident angles formed between straight lines passing through the reflection point and perpendicular to the plane of the second reflection point are all
Figure 112007088839681-pat00006
Ultrasonic flow rate measuring method, characterized in that above.
유관 내를 흐르는 유체의 유속과 상기 유관의 단면적을 기초로 하여 상기 유관 내를 흐르는 유체의 유량을 산출하는 초음파 유량측정방법에 있어서,In the ultrasonic flow rate measuring method for calculating the flow rate of the fluid flowing in the oil pipe based on the flow rate of the fluid flowing in the oil pipe and the cross-sectional area of the oil pipe, 상기 유속은 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재되어 있는 초음파 유속측정방법에 의해 측정된 유속인 것을 특징으로 하는 초음파 유량측정방법.The said flow rate is the ultrasonic flow rate measuring method characterized by the flow rate measured by the ultrasonic flow rate measuring method as described in any one of Claims 1-4.
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