KR101022407B1 - 건식 초음파 유량계 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 온도 변화시에도 유량을 정확하게 측정할 수 있는 건식 초음파 유량계에 관한 것이다. 본 발명에 따른 건식 초음파 유량계는 내부로 유체가 흐르는 유관의 외벽에 유체의 흐름방향으로 서로 이격되게 결합되는 한 쌍의 하우징과, 하우징에 각각 결합되며, 유체의 흐름방향과 교차하는 방향으로 초음파를 발신 및 수신하는 한 쌍의 초음파 진동자와, 유관의 외벽에 결합되는 보조하우징과, 보조하우징에 결합되며, 유관과 직교하는 방향으로 초음파를 발신 및 수신하는 초음파 센서와, 한 쌍의 초음파 진동자 및 초음파 센서와 전기적으로 연결되는 컨트롤러를 포함하며, 컨트롤러는 한 쌍의 초음파 진동자 중 유체의 흐름방향 상 상류측 초음파 진동자에서 초음파가 발신된 시점부터 이 초음파가 유관을 통과한 후 하류측 초음파 진동자에서 수신되는 시점까지 소요되는 제1소요시간과, 하류측 초음파 진동자에서 초음파가 발신된 시점부터 이 초음파가 상류측 초음파 진동자에서 발신된 초음파의 진행경로와 동일한 경로를 지나 상류측 초음파 진동자에서 수신되는 시점까지 소요되는 제2소요시간을 측정하며, 초음파 센서에서 초음파가 발신된 시점부터 이 초음파가 보조하우징을 통과하여 유관의 외벽에 도달하기까지 소요되는 제3소요시간과, 유관의 외벽에 도달된 초음파가 유관을 통과하는데 소요되는 제4소요시간과, 초음파 센서에서 초음파가 발신된 시점부터 이 초음파가 유관을 통과하여 유체 내부로 입사된 후 유관의 내측면에서 반사되어 초음파 센서에 수신되는 시점까지 소요되는 제5소요시간을 측정하며, 측정된 제1소요시간과 제2소요시간의 차이와, 제3소요시간, 제4소요시간 및 제5소요시간을 이용하여 유체의 유량을 산출한다.
건식, 초음파 유량계, 유관, 유량

Description

건식 초음파 유량계{Non-intrusive ultrasonic flowmeter}
본 발명은 유관의 외벽에 부착되어 유관의 유량을 측정하는 건식 초음파 유량계에 관한 것이다.
초음파 진동자를 사용하여 유관을 따라 흐르는 유체의 유량을 측정하는 방법은 초음파 진동자의 설치 방식에 따라라 습식부착식과 건식부착식으로 구분된다. 습식부착식은 유관에 관통공을 형성하고, 이 관통공에 초음파 진동자를 삽입하는 방식이다. 하지만, 습식부착식의 경우 유관에 관통공을 형성하거나, 또는 초음파 진동자가 설치되어 있는 유량측정관을 유관에 연결하기 위하여 유관을 절단하여야 하는 번거로움이 있다.
건식부착식은 유관의 외벽에 초음파 진동자를 결합하는 방식으로, 이러한 건식 초음파 유량계의 일례가 도 1에 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 건식 초음파 유량계의 경우 한 쌍의 초음파 진동자(1)를 포함하며, 이 초음파 진동자(1)는 유관(2)의 상류측 및 하류측에 서로 이격되게 결합된다. 이러한 건식부착식 유량계의 경우, 유관에 관통공을 형성하거나 유관을 절단하지 않아도 설치가능하므로, 매우 효과적이고 간편하게 설치 가능하다는 장점이 있다. 하지만, 종래의 건식부착 식 유량계의 경우 유체의 온도 변화시 오차가 발생되는 문제점이 있다. 이하, 상세하게 설명한다.
먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 상류측 초음파 진동자에서 입사각 θ1으로 발신된 초음파는 배관으로 입사되게 된다. 이때, 유관(2)의 외벽에서 일부의 초음파는 반사되어 소진되며, 나머지 초음파는 굴절각 θ2로 굴절되어 유관 내부로 전달된다. 이후, 유관(2)으로 입사된 초음파는 유관 내부의 유체에서 굴절각 θ3로 굴절되어 초음파가 전달되는 경로를 형성하게 된다.
하지만, 유체 및 유관의 온도가 달라지면 유체 및 유관의 굴절율이 달라지게되며, 이에 따라 도 1에 가상선(i)으로 도시된 바와 같이 굴절각이 달라져 초음파의 진행경로가 변하게 된다. 물론, 초음파 진동자에서 발신되는 초음파가 소정의 지향각을 가지면서 전파되므로, 초음파의 진행경로가 조금 변하는 경우에도 반대측 초음파 진동자에서 초음파가 수신된다.
그러나, 상기한 바와 같이 최적 상태가 아닌 상태에서 초음파가 수신되는 경우(즉, 지향각에 의해 전달), 도달되는 초음파 빔의 파면이 반대측(하류측) 초음파 진동자의 초음파 발신면과 일치하지 않으므로 파면의 위상 차이가 생기게 되며, 이에 따라 지연시간에 오차가 발생하게 된다. 여기서, 지연시간이란 상류측 초음파 진동자에서 발신된 초음파가 하류측 초음파 진동자에서 수신되기까지 걸리는 시간과, 하류측 초음파 진동자에서 발신된 초음파가 상류측 초음파 진동자에서 수신되기까지 걸리는 시간의 차이를 의미한다.
종래의 건식 초음파 유량계의 경우, 상기한 바와 같이 온도변화에 따른 지연시간의 오차를 효율적으로 보정하는 방안이 마련되어 있지 않으며, 그 결과 측정되는 유량이 부정확하게 되는 문제점이 있었다. 연구된 결과에 따르면, 이론적으로 매질(물)의 온도가 10℃ 변화되는 경우 약 4%의 유량 오차가 생기게 되며, 실제 상수도관에서 실험한 결과에 따르면 물의 온도가 10℃ 변화할 때 약 3.5%의 유량 오차가 발생하였다. 따라서, 상기한 오차를 보상할 수 있는 새로운 방식의 건식 초음파 유량계의 개발이 요구되는 실정이다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 유체의 온도가 변화되더라도 유체의 유량을 정확하게 산출할 수 있도록 구조가 개선된 건식 초음파 유량계를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 건식 초음파 유량계는 내부로 유체가 흐르는 유관의 외벽에 상기 유체의 흐름방향으로 서로 이격되게 결합되는 한 쌍의 하우징과, 상기 하우징에 각각 결합되며, 상기 유체의 흐름방향과 교차하는 방향으로 초음파를 발신 및 수신하는 한 쌍의 초음파 진동자와, 상기 유관의 외벽에 결합되는 보조하우징과, 상기 보조하우징에 결합되며, 상기 유관과 직교하는 방향으로 초음파를 발신 및 수신하는 초음파 센서와, 상기 한 쌍의 초음파 진동자 및 초음파 센서와 전기적으로 연결되는 컨트롤러를 포함하며, 상기 컨트롤러는 상기 한 쌍의 초음파 진동자 중 유체의 흐름방향 상 상류측 초음파 진동자에서 초음파가 발신된 시점부터 이 초음파가 상기 유관을 통과한 후 하류측 초음파 진동자에서 수신되는 시점까지 소요되는 제1소요시간과, 상기 하류측 초음파 진동자에서 초음파가 발신된 시점부터 이 초음파가 상기 상류측 초음파 진동자에서 발신된 초음파의 진행경로와 동일한 경로를 지나 상기 상류측 초음파 진동자에서 수신되는 시점까지 소요되는 제2소요시간을 측정하며, 상기 초음파 센서에서 초음파가 발신된 시점부터 이 초음파가 상기 보조하우징을 통과하여 상기 유관의 외벽에 도달하기까 지 소요되는 제3소요시간과, 상기 유관의 외벽에 도달된 초음파가 상기 유관을 통과하는데 소요되는 제4소요시간과, 상기 초음파 센서에서 초음파가 발신된 시점부터 이 초음파가 상기 유관을 통과하여 유체 내부로 입사된 후 상기 유관의 내측면에서 반사되어 상기 초음파 센서에 수신되는 시점까지 소요되는 제5소요시간을 측정하며, 상기 측정된 제1소요시간과 제2소요시간의 차이와, 상기 제3소요시간, 제4소요시간 및 제5소요시간을 이용하여 상기 유체의 유량을 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 제3소요시간 및 제4소요시간은 상기 유관의 외벽에 도달된 후 상기 유관의 외벽을 따라 전달되는 표면파를 이용하여 측정되는 것이 바람직하다.
상기한 구성의 본 발명에 따르면, 유체, 유관 및 하우징의 온도가 변화되더라도 유체의 유량을 정확하게 산출할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 건식 초음파 유량계의 개략적인 단면도이며, 도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선의 단면도이며, 도 4는 초음파가 중첩되는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 건식 초음파 유량계(100)는 하우징(10)과, 초음파 진동자(20)와, 보조하우징(30)과, 초음파 센서(40)와, 컨트롤러(미도시)를 가진다.
하우징(10)은 초음파 진동자(20)를 유관(2)의 외벽에 결합하기 위한 것으로, 한 쌍 구비된다. 한 쌍의 하우징(10)은 유관(2)의 외벽에 결합되며, 유관 내를 흐르는 유체의 흐름방향으로 서로 이격되게 배치된다. 각 하우징(10)에는 초음파 진동자가 부착되는 경사면(11)이 형성되어 있다.
초음파 진동자(20)는 한 쌍 구비되며, 각 하우징의 경사면(11)에 하나씩 부착된다. 한 쌍의 초음파 진동자(20)는 컨트롤러(미도시)와 전기적으로 연결되며, 상호 간에 초음파를 수신 및 발신한다. 이때, 도 2에 도시된 바와 같이 초음파는 α의 각도를 가지고 하우징으로 입사되며, 이후 통과하는 매질이 변화될 때 각 매질의 굴절율에 따라 굴절되어 유체의 흐름방향과 교차하는 방향으로 진행된다.
보조하우징(30)은 초음파 센서(40)를 유관(2)의 외벽에 결합하기 위한 것이다. 보조하우징(30)은 하우징(10)과 동일한 재질로 이루어지며, 유관(2)의 외벽에 결합된다.
초음파 센서(40)는 앞서 설명한 초음파 진동자와 실질적으로 동일한 것이다(다만, 명칭을 구분하고자 초음파 센서란 용어를 사용한 것이다). 초음파 센서(40)는 보조하우징(30)에 결합되며, 컨트롤러와 전기적으로 연결된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 초음파 센서(40)는 유관(2)의 길이방향에 직교하는 방향으로 초음파를 발신하며, 후술하는 바와 같이 매질의 경계면에서 반사되는 초음파를 수신한다.
컨트롤러는 전파 시간차법을 이용하여 유관 내를 흐르는 유체의 유량을 산출하기 위한 것이다. 먼저, 컨트롤러는 상류측 초음파 진동자(20)로 발신신호를 출 력하며, 이에 따라 상류측 초음파 진동자(20)에서 초음파가 발신된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 발신된 초음파는 하우징(10) 및 유관(2)을 통과하여 유체 내로 전달된 후 하류측 초음파 진동자(10)에 수신되며, 컨트롤러는 상류측 초음파 진동자에서 초음파가 발신된 시점부터 이 초음파가 하류측 초음파 진동자에서 수신되기까지 소요되는 제1소요시간을 측정한다. 또한, 컨트롤러는 하류측 초음파 진동자(20)로 발신신호를 출력하며, 이에 따라 하류측 초음파 진동자(20)에서 초음파가 발신된다. 발신된 초음파는 앞서 상류측 초음파 진동자에서 발신된 초음파의 진행경로(g)와 동일한 경로를 따라(단, 방향은 반대) 진행한 후 상류측 초음파 진동자(20)에 수신되며, 이때 컨트롤러는 하류측 초음파 진동자(20)에서 초음파가 발신된 시점부터 이 초음파가 상류측 초음파(20)에서 수신되기까지 소요되는 제2소요시간을 측정한다. 그리고, 제1소요시간과 제2소요시간의 차인 지연시간 Δt를 구한다.
한편, 컨트롤러는 초음파 센서(40)로 발신신호를 출력하며, 이에 따라 초음파 센서(40)에서 초음파가 발신된다. 도 3에 도시된 바와 같이 발신된 초음파는 하방으로 진행하여 유관(2)의 외벽에 도달하며, 유관의 외벽에서 3개, 즉 반사파(f1), 횡파(shear wave)(f2) 및 표면파(surface wave)(f3)로 분리된다. 3개의 파 중, 반사파(f1)는 초음파 센서(40)로 다시 수신되며, 표면파(f2)는 유관(2) 외벽의 표면을 따라 최단거리로 전달된 후(1회전) 다시 보조하우징(30)을 통해 초음파 센서(40)로 수신된다. 그리고, 횡파(f3)는 하방으로 진행하다가 유관과 유체의 경계 면에서 일부(f4) 반사되고, 나머지는 하방으로 진행하다가 유체와 유관의 경계면에서 반사(f5)된 후 초음파 센서(40)로 수신된다.
컨트롤러는 상기 초음파가 발신된 시점부터, 이 초음파가 진행과정 중 분리되어 다시 초음파 센서(40)에 수신되는 시점을 이용하여, 제3소요시간 t3, 제4소요시간 t4, 제5소요시간 t5 및 제6소요시간 t6을 측정한다.
제3소요시간은 초음파 센서(40)에서 초음파가 발신된 시점에서부터 이 초음파가 보조하우징(30)을 통과하여 유관(2)의 외벽에 도달하는데 소요되는 시간이다. 그리고, 제4소요시간은 유관의 외벽에 도달된 초음파가 상기 유관(2)을 통과하는데 소요되는 시간이다. 상기 제3소요시간은 초음파 센서에서 초음파가 발신된 시점부터 이 초음파가 유관의 외벽에서 반사(f1)된 후 수신되는 시점까지의 시간을 측정하고 이 시간을 2로 나눔으로써 구할 수 있으며, 제4소요시간은 유관의 외벽에서 반사된 초음파(f1)가 수신되는 시점과 유관의 내벽에서 반사된 초음파(f4)가 수신되는 시점 사이의 시간을 2로 나눔으로써 구할 수도 있을 것이다.
하지만, 상기 보조하우징(30)의 두께 T1 및 유관의 두께 T2가 얇으므로, 수신되는 초음파 사이에 중첩이 발생하게 되는 우려가 있다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이 유관의 외벽에서 반사된 초음파(f1)가 수신된 직후, 유관의 내벽에서 반사된 초음파(f4)가 수신됨으로써 두 개의 파가 중첩되며, 그러므로 뒤에 수신되는 초 음파(f4)의 수신시점을 정확하게 정할 수 없게 된다. 따라서, 상기한 방식으로는 제3소요시간 및 제4소요시간을 정확하게 측정할 수 없게 된다.
상기한 문제점을 해결하기 위해, 본 실시예의 경우 제3소요시간 및 제4소요시간을 표면파(f2)를 이용하여 측정한다. 즉, 초음파가 발신된 시점부터 유관의 외벽에서 분리된 표면파(f2)가 초음파 센서(40)에 수신되는 시점까지 소요되는 시간 t8을 측정한다.(이 시간은 초음파의 진행경로가 충분히 길기 때문에 중첩될 우려가 없다) 상기 초음파가 진행하는 경로의 길이는 {2T1 + π(D+2T2)}이 된다. 그리고, 상기 보조하우징(30)과 유관(2)의 재질을 알고 있으므로, 온도에 따른 보조하우징(30)에서의 초음파의 진행속도와 유관(2)에서의 표면파의 진행속도를 사전에 입력된 데이터를 통해 알 수 있다. 따라서, t8 = 2T1/Cw + π(D+2T2)/Cp -p를 이용하면, 보조하우징에서의 초음파의 진행속도 Cw 및 유관 표면파의 진행속도 Cp -p를 설정할 수 있다. 그리고 이때, 보조하우징(30)과 하우징(10)이 동일한 재질로 이루어지므로, 보조하우징(30)에서의 초음파의 진행속도가 하우징(10)에서의 초음파의 진행속도가 된다.
이와 같이 속도를 설정하면, 제3소요시간 t3 = T1/Cw가 된다. 한편, 유관에서 표면파 속도 Cp -p와 횡파 속도 Cs -p는 Cs -p ≒ 2Cp -p로 알려져 있다.(이는, 해당 업계에 알려진 초음파 핸드북을 참조하면 확인가능하다.) 따라서, 제4소요시간은 t4 = T2 / 2Cp -p 가 된다.
제5소요시간 t5은 초음파 센서(40)에서 초음파가 발신된 시점에서부터 이 초음파가 유체로 전달된 후 유관의 내벽에서 반사되어 다시 수신될 때까지 소요되는 시간으로, 이는 초음파 발신신호가 출력된 시점과 초음파 수신신호가 입력된 시점을 통해 측정할 수 있다.
제6소요시간은 초음파가 유체 내부를 진행하는데 소요되는 시간으로, 이 제6소요시간 t6 = {t5 - 2( t3 + t4 )} / 2 가 된다. 따라서, 유체에서의 초음파의 진행속도 Cl는 D / t6가 된다.(D는 유관의 내직경)
한편, 컨트롤러에서는 상기와 같이 구하여진 Cw, Cs-p, Cl 및 Δt를 이용하여 유체의 유량 Q을 산출한다. 이때, 건식 초음파 유량계에서 유량측정식으로 알려진 하기 <수학식>이 이용된다. (참고문헌 : M.L.Sanderson, H. yeung, Guidelines for the use of ultrasonic non-invasive metering techniques, Flow Measurement Instrumentation 13(2002)p.125-142)
<수학식>
Q = k·π·D·Cl 2·Δt / 16·cotθ
여기서, k는 한 쌍의 초음파 진동자 사이를 통과하는 유체의 유속을 유관 내의 전체 평균유속으로 만들어주는 보정계수를 의미하며, 주로 레이놀즈수(Re : 유관의 직경, 온도, 점도 및 속도에 의해 결정)와 유속분포함수에 의해 결정된다. 그리고, θ는 초음파가 유체로 입사될 때의 입사각을 나타낸다.
한편, 상기 θ는 하우징, 유관 및 유체의 온도에 따라 가변되므로, 이를 고정된 입사각 α로 변경하면, 상기 <수학식>은 하기 <수학식1>과 같이 변경된다. θ를 α로 변경하는 과정에는 스넬의 법칙이 이용된다.
<수학식1>
Q = k·π·Cl·Cw·D·[1 - (Clsinα/Cw)2]0.5·Δt / 16·sinα
상기 <수학식1>에 측정된 Cl, Cw 및 Δt를 대입하면, 유체의 유량 Q을 산출할 수 있다. 이때, Cl, Cw 및 Δt는 유체, 하우징 및 유관의 온도가 반영된 상태에서 측정되는 값이므로, 상기 값들을 <수학식1>에 대입하면 온도변화에 따른 지연시간의 오차가 보정된 유량 값이 산출되게 된다.
상기 <수학식1>에 측정된 Cl, Cw 및 Δt를 대입하면, 유체의 유량 Q을 산출할 수 있다. 이때, Cl, Cw 및 Δt는 유체, 하우징 및 유관의 온도가 반영된 상태에서 측정되는 값이므로, 상기 값들을 <수학식1>에 대입하면 온도변화에 따른 지연시간의 오차가 보정된 유량 값이 산출되게 된다.
상술한 바와 같이 본 실시예에 따른 건식 초음파 유량계의 경우, 해당 온도에서의 초음파의 진행속도를 측정하고, 이 값을 이용하여 유체의 유량을 산출하므로, 계절 변화 등에 따라 하우징, 유관 및 유체의 온도가 변하는 경우에도 유체의 유량을 정확하게 산출할 수 있다.
또한, 온도센서 등을 이용하여 유체나 유관의 온도를 측정하는 경우에는 온도센서가 위치된 부분(국부적인 범위)에서의 온도만을 측정하게 된다. 따라서, 측정된 온도가 유체 또는 유관의 전체적인 상태(평균온도)를 반영할 수 없으며, 따라서 온도센서를 통해 측정된 온도를 이용하여 유량산출시 온도에 따른 보정을 시도한다 하더라도, 그 정확도에 한계가 존재하게 된다. 하지만, 본 실시예의 경우에는 실제 하우징, 유관 및 유체 전체를 통과하는 초음파의 진행속도를 직접 측정하여 이를 유량산출시에 반영하므로 온도에 따른 보정을 더욱더 효율적으로 수행할 수 있으며, 그 결과 정확하게 유량을 측정할 수 있게 된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
예를 들어, 앞서 설명한 실시예에서는 상류측 초음파 진동자에서 발신된 초음파가 하류측 초음파 진동자에 곧바로 수신되도록 구성되었으나(소위, Z법), 도 5에 도시된 바와 같이 상류측 초음파 진동자에서 발신된 초음파가 유관의 내벽에서 1회 반사된 후 상류측 초음파 진동자에 수신되도록(소위, V법) 발명을 구성할 수 있다.
또한, 앞서 설명한 실시예에서는 하우징과 보조하우징이 분리되도록 구성되어 있었으나, 도 6에 도시된 바와 같이 보조하우징을 한 쌍의 하우징 중 어느 하 나(10a)와 일체로 형성하고 여기에 초음파 센서(40a)가 결합되도록 발명을 구성할 수도 있다. 이 경우, 보조하우징을 설치하는 과정을 별도로 진행하지 않아도 되므로, 앞선 실시예보다 용이하게 건식 초음파 유량계를 설치할 수 있다.
또한, 앞서 설명한 실시예에서는 초음파 센서에서 발신된 초음파가 유체 내를 진행하는데 걸리는 소요시간과 유관의 직경 D를 이용하여 유체 내에서의 초음파의 진행속도를 구하였으나, 이와 별개로 유체의 온도를 유관의 온도와 동일하다고 설정하고(유관의 온도는 제4소요시간과 초음파 핸드북을 이용해 구함) 유체 내에서의 초음파의 진행속도와 초음파가 유체 내에서 진행하는데 걸리는 소요시간을 이용하면 유관의 직경을 구할 수 있다. 이때, 초음파 센서를 유관 둘레를 따라 이동시켜가며 측정하면, 유관 내경의 형상을 알아낼 수 있으며(진원인지 혹은 찌그러져 있는지 여부), 이를 통하여 유관 내의 단면적을 구하고 이를 유량 산출시 반영함으로써 유체의 유량을 더욱더 정확하게 측정할 수 있다.
도 1은 종래 건식 초음파 유량계의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 건식 초음파 유량계의 단면도이다.
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선의 단면도이다.
도 4는 초음파가 중첩되는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 건식 초음파 유량계의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 건식 초음파 유량계의 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100...건식 초음파 유량계 10...하우징
20...초음파 진동자 30...보조하우징
40...초음파 센서

Claims (4)

  1. 내부로 유체가 흐르는 유관의 외벽에 상기 유체의 흐름방향으로 서로 이격되게 결합되는 한 쌍의 하우징;
    상기 하우징에 각각 결합되며, 상기 유체의 흐름방향과 교차하는 방향으로 초음파를 발신 및 수신하는 한 쌍의 초음파 진동자;
    상기 유관의 외벽에 결합되는 보조하우징;
    상기 보조하우징에 결합되며, 상기 유관과 직교하는 방향으로 초음파를 발신 및 수신하는 초음파 센서; 및
    상기 한 쌍의 초음파 진동자 및 초음파 센서와 전기적으로 연결되는 컨트롤러;를 포함하며,
    상기 컨트롤러는 상기 한 쌍의 초음파 진동자 중 유체의 흐름방향 상 상류측 초음파 진동자에서 초음파가 발신된 시점부터 이 초음파가 상기 유관을 통과한 후 하류측 초음파 진동자에서 수신되는 시점까지 소요되는 제1소요시간과, 상기 하류측 초음파 진동자에서 초음파가 발신된 시점부터 이 초음파가 상기 상류측 초음파 진동자에서 발신된 초음파의 진행경로와 동일한 경로를 지나 상기 상류측 초음파 진동자에서 수신되는 시점까지 소요되는 제2소요시간을 측정하며,
    상기 초음파 센서에서 초음파가 발신된 시점부터 이 초음파가 상기 보조하우징을 통과하여 상기 유관의 외벽에 도달하기까지 소요되는 제3소요시간과, 상기 유관의 외벽에 도달된 초음파가 상기 유관을 통과하는데 소요되는 제4소요시간과, 상 기 초음파 센서에서 초음파가 발신된 시점부터 이 초음파가 상기 유관을 통과하여 유체 내부로 입사된 후 상기 유관의 내측면에서 반사되어 상기 초음파 센서에 수신되는 시점까지 소요되는 제5소요시간을 측정하며,
    상기 측정된 제1소요시간과 제2소요시간의 차이와, 상기 제3소요시간, 제4소요시간 및 제5소요시간을 이용하여 상기 유체의 유량을 산출하는 것을 특징으로 하는 건식 초음파 유량계.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보조하우징은 상기 한 쌍의 하우징 중 어느 하나와 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 건식 초음파 유량계.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제3소요시간 및 제4소요시간은 상기 유관의 외벽에 도달된 후 상기 유관의 외벽을 따라 전달되는 표면파를 이용하여 측정되는 것을 특징으로 하는 건식 초음파 유량계.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 하기 <수학식1>을 이용하여 유체의 유량을 산출하는 것을 특징으로 하는 건식 초음파 유량계.
    <수학식1>
    Q = k·π·Cl·Cw·D·[1 - (Cl·sinα/Cw)2]0.5·Δt / 16·sinα
    여기서, Q는 유체의 유량이며, k는 보정계수이며, Cl은 유체에서의 초음파의 진행속도이며, Cw는 하우징에서의 초음파의 진행속도이며, D는 유관의 직경이며, Δt는 지연시간이며, α는 하우징으로 입사되는 초음파의 입사각이다.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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JP6474682B2 (ja) * 2015-05-14 2019-02-27 株式会社キーエンス 超音波流量スイッチ

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000298047A (ja) 1999-04-14 2000-10-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd 超音波流量計
JP2002277301A (ja) 2001-03-16 2002-09-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd 流量計
KR20040099039A (ko) * 2003-05-17 2004-11-26 주식회사 창민테크 음속측정장치 및 이를 이용한 초음파 유량계에서의지연시간 측정방법 및 유체내 초음파 진동자간 거리측정방법
KR20070033068A (ko) * 2005-09-20 2007-03-26 (주)씨엠엔텍 초음파유량계의 지연시간 측정방법 및 이를 이용한 유체내초음파 전파시간 측정방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000298047A (ja) 1999-04-14 2000-10-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd 超音波流量計
JP2002277301A (ja) 2001-03-16 2002-09-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd 流量計
KR20040099039A (ko) * 2003-05-17 2004-11-26 주식회사 창민테크 음속측정장치 및 이를 이용한 초음파 유량계에서의지연시간 측정방법 및 유체내 초음파 진동자간 거리측정방법
KR20070033068A (ko) * 2005-09-20 2007-03-26 (주)씨엠엔텍 초음파유량계의 지연시간 측정방법 및 이를 이용한 유체내초음파 전파시간 측정방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101693726B1 (ko) * 2015-07-22 2017-01-06 숭실대학교산학협력단 파이프의 두께 및 내경을 측정함과 동시에 유량 및 유속 측정이 가능한 초음파 변환 장치

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