KR101037732B1 - 초음파 유량계 - Google Patents

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KR101037732B1
KR101037732B1 KR1020067012507A KR20067012507A KR101037732B1 KR 101037732 B1 KR101037732 B1 KR 101037732B1 KR 1020067012507 A KR1020067012507 A KR 1020067012507A KR 20067012507 A KR20067012507 A KR 20067012507A KR 101037732 B1 KR101037732 B1 KR 101037732B1
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아사히 유키자이 고교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명에 따른 초음파 유량계는 2개의 초음파 송수신기(10,16)를 구비한다. 각 초음파 송수신기(10; 16)는, 측정대상 유체가 흐르는 측정관(6)을 감싸도록 측정관(6)의 바깥둘레면에 고정된 통형상의 전송체(1; 12)와, 측정관(6)의 바깥둘레면으로부터 간격을 두고 배치된 초음파 트랜스듀서(2; 13)를 구비한다. 전송체(1)는 측정관(6)의 축선에 대하여 수직한 축선방향 단면(8a,8b)을 가진다. 초음파 트랜스듀서(2)의 축선방향 단면(7)은 전송체(1)의 축선방향 단면(8b)에 고착되어 있으며, 초음파 트랜스듀서(2)의 축선방향 단면(8a,8b) 사이에 전압을 인가하여, 초음파 트랜스듀서(2)를 축선방향으로 신축시킨다.
초음파 유량계, 트랜스듀서

Description

초음파 유량계{ULTRASONIC FLOWMETER}
본 발명은 화학공장, 반도체 제조분야, 식품분야, 바이오 분야 등의 각종 산업에서의 유체 수송에 있어서, 유체 안에 초음파 진동을 전파시켜, 흐름의 상류측으로부터의 초음파 전파시간과 하류측으로부터의 초음파 전파시간의 차이로부터 유체의 유속 및 유량을 계측하는 초음파 유량계에 관한 것으로, 특히 미소(微少) 유량의 계측이나, 슬러리 유체 특히, 반도체 분야에서 사용되는 CMP 슬러리 유체의 유량 계측에 적합한 초음파 유량계에 관한 것이다.
초음파 전파시간의 차이에 의해 유체의 유량을 계측하는 종래의 초음파 유량계는 크게 3가지 구조로 나뉜다.
도 9에 제 1 종래기술의 초음파 유량계의 구조를 나타낸다. 도 9에서 참조번호 100은 도면에서의 실선 화살표 방향으로 유체가 흐르고 있는 대략 U자형상의 유통체(流通體)를 가리킨다. 참조번호 101, 102는 초음파 진동자를 가리키며, 이 초음파 진동자(101,102)는 유통체(100)의 직선관부(103)의 양측에 배치되어 있다. 이러한 초음파 유량계에서는 유통체(100) 안을 유체가 가득찬 상태로 흐르고 있을 때, 상류측의 초음파 진동자(101)가 변환기(도시하지 않음)로부터 발생된 전기신호에 의해 여진되면, 초음파가 발생하여 유통체(100)의 직선관부(103) 안의 유체로 전파되고, 하류측의 초음파 진동자(102)에 의해 수신되어, 전기신호로 변환되어 변환기로 출력된다. 그 후, 순시간에 하류측의 초음파 진동자(102)가 변환기로부터의 전기신호로 여진되어 발생한 초음파가 직선관부(103)의 유체내를 전파하여, 상류측의 초음파 진동자(101)에 의해 수신되고, 전기신호로 변환되어 변환기로 출력된다. 이 때, 각각의 초음파 전파시간에 차이가 생기는 것을 이용하여 유통체(100) 안의 유속을 구하고, 유량을 계측한다(예를 들어, 일본특허공개 2000-146645호 공보).
도 10에 제 2 종래기술의 초음파 유량계의 구조를 나타낸다. 도 10에서 참조번호 110은 측정관을 가리키며, 측정관(110) 안에는 도 10의 실선 화살표 방향으로 유체가 흐르고 있다. 참조번호 111, 112는 검출기를 가리키고, 2개의 검출기(111,112)가 한쌍이 되어 측정관(110)의 바깥둘레 표면의 반대쪽 위치이며 동일 원주상이 아닌 위치에 클램프온되어 있다. 이러한 초음파 유량계에서는 검출기(111)로부터 발생하는 초음파 진동이 측정관 안의 유체의 흐름방향에 대하여 비스듬하게 전파하여(도면에서 파선 화살표 방향), 검출기(112)에 의해 수신된다. 이것도 제 1 종래기술과 마찬가지로, 검출기(111,112)의 송수신을 전환하여 초음파 진동의 전파시간의 차이로부터 유량을 계측하는 초음파 유량계이다. 한편, 도시되는 검출기(111,112)의 구조는 모식적인 것으로, 실제로 설치하는 경우에는 일본특허공개 2003-75219호 공보에 기재되어 있는 바와 같이, 초음파 진동자를 쐐기형상 고정기의 경사면에 설치하며, 초음파 진동자로부터 발생한 초음파는 관(管)의 중심축선에 대하여 비스듬한 방향으로 전파된다.
도 11에는 제 3 종래기술이 도시되어 있다. 도 11에 도시되어 있는 바와 같 이, 2개의 검출기(114,115)가 측정관(113)의 바깥둘레 표면의 동일선상에 서로 떨어져 클램프온되어 있다. 이 측정관(113)에서는 제 2 종래기술과 마찬가지의 초음파 진동자를 가지는 검출기(114)로부터 발생한 초음파 진동을 측정관(113)의 내면에서 도면의 파선 화살표 방향으로 반사시킴으로써 검출기(115)에서 수신한 경우와, 검출기(115)로부터 발생한 초음파 진동을 측정관(113)의 내면에서 반사시켜 검출기(114)에서 수신한 경우의, 초음파 진동의 전파시간의 차이로부터 유량을 계측한다.
그런데, 상기 제 1 종래기술의 초음파 유량계에서는, 유통체(100) 안을 흐르는 유체가 슬러리인 경우, 유통체(100)가 대략 U자형상으로 되어 있기 때문에, 유통체(100)의 꺾임부(104)에 슬러리가 퇴적, 고착하여 초음파 진동의 전파를 방해하여, 특히 반도체 분야의 CMP 장치내에서는 정확한 유량을 계측할 수 없다는 문제가 있었다. 또한, 유통체(100)가 꺾임부(104)를 가지고 있기 때문에, 유통체(100) 안에서 유체의 압력손실 등이 발생하여, 정확한 유속, 더 나아가서는 정밀도 좋은 유량의 계측이 불가능하다는 문제가 있었다. 더욱이, 관로(管路)가 대략 U자형상으로 되어 있기 때문에, 제작 비용이 비싸다는 문제도 있었다.
또한, 제 2 종래기술의 초음파 유량계에서는 슬러리가 퇴적하지는 않지만, 미소 유량을 계측하는 경우, 계측가능한 유속을 얻기 위해서는 측정관의 입구직경을 작게할 필요가 있어, 그에 따라 검출기(111,112)의 설치 거리가 짧아지기 때문에, 전파거리, 전파시간의 차이가 작아져버려 고정밀도의 계측이 불가능하거나, 또는 계측자체가 불가능하다는 문제가 있었다. 더욱이, 검출기(111,112)는 초음파 진 동을 관의 축선방향에 대하여 비스듬하게 효율적으로 전파시키기 위하여 사용되는데, 측정감도를 좋게하는 방법으로서 측정관으로부터의 반사를 작게하기 위하여 측정관보다 전파속도가 느린 재질 예를 들어, 에폭시 수시 등을 사이에 둘 필요가 있다. 하지만, 수지만을 사용하는 경우, 초음파 진동의 감쇠가 커진다는 문제를 가지고 있었다.
또한, 제 3 종래기술의 경우, 반사시킴으로써 초음파 진동의 감쇠가 커지기 때문에, 미소 유량의 계측이 어렵고, 또한 검출기(114,115)의 설치도 어렵다는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은 상기 종래기술이 가지는 문제를 해소하고, 작은 직경 배관안의 유체 안으로 효율적으로 초음파 진동을 전파시켜, 높은 정밀도의 유량 계측을 가능하게 하고, 더욱이 소형으로 저가의 초음파 유량계를 제공하는데 있다.
본 발명은 상기 목적에 감안하여, 유체가 흐르는 관의 바깥둘레면에 축선방향으로 떨어져 설치되는 2개의 초음파 송수신기를 구비하고, 상기 2개의 초음파 송수신기의 한 쪽으로부터 발신한 초음파 진동을 상기 관 내의 유체를 거쳐 상기 2개의 초음파 송수신기의 다른 쪽에서 수신하며, 발신측과 수신측의 초음파 송수신기를 번갈아 전환하여 2개의 초음파 송수신기 사이의 초음파 전파시간을 측정함으로써 상기 유체의 유속을 측정하는 초음파 유량계로서, 각 초음파 송수신기가, 상기 관을 감싸도록 상기 관의 바깥둘레면에 고정된 통형상의 전송체와, 상기 관의 바깥둘레면으로부터 간격을 두도록 배치된 초음파 트랜스듀서(transducer)를 구비하고, 상기 전송체가 상기 관의 축선에 대하여 수직한 축선방향 단면을 가지고, 상기 초음파 트랜스듀서의 축선방향 단면이 상기 전송체의 축선방향 단면에 고착되어 있으며, 상기 초음파 트랜스듀서의 축선방향 단면 사이에 전압을 인가함으로써 상기 초음파 트랜스듀서를 축선방향으로 신축시키도록 되어 있는 초음파 유량계를 제공한다.
초음파 트랜스듀서는 일반적으로 전압을 인가하는 방향으로 가장 큰 진동 에너지를 발생시킨다. 본 발명의 초음파 유량계에서는, 초음파 트랜스듀서의 축선방향 단면을 전송체의 축선방향 단면에 고착시킨 후에 초음파 트랜스듀서를 축선방향으로 신축시키기 때문에, 초음파 트랜스듀서가 발생시키는 초음파 진동을 전송체를 통하여 효율적으로 유체에 전달시킬 수 있다. 또한, 초음파 트랜스듀서의 축선방향 단면을 통형상 전송체의 축선방향 단면에 고착시키고 있기 때문에, 초음파 트랜스듀서와 전송체 사이에 커다란 초음파 진동 전달면적을 확보할 수 있어, 초음파 트랜스듀서로부터 전송체에 커다란 초음파 진동 에너지를 전달시킬 수 있게 된다. 더욱이, 전송체는 관의 바깥둘레를 감싸도록 배치되어 있기 때문에, 초음파 진동은 관의 전체둘레로부터 관내의 유체로 전파되어, 관내의 유체에 의해 커다란 초음파 진동 에너지를 전달시킬 수 있게 된다. 이에 의해, 본 발명의 초음파 유량계는 고감도의 측정이나 초음파 유량계의 소형화를 가능하게 하고 있다.
또한, 초음파 트랜스듀서는 관의 바깥둘레면과 간격을 두고 배치되어 있기 때문에, 관에 직접 초음파 진동을 전달시키지 않아, 관을 전달하는 진동 즉, 측정에 대한 외란을 줄일 수 있다. 이에 의해, 본 발명의 초음파 유량계의 측정감도를 더욱 향상시키고 있다.
상기 초음파 트랜스듀서는 구멍이 뚫린 원판형상인 것이 바람직하다.
상기 전송체는 상기 초음파 트랜스듀서가 고착된 축선방향 단면으로부터 다른 쪽 축선방향 단면을 향하여 외경이 작아지는 원추형상을 가지고 있는 것이 바람직하다.
또한, 금속재료는 초음파 진동을 감쇠시키기 어렵기 때문에, 상기 전송체는 금속재료로 이루어지는 것이 바람직하다.
더욱이, 상기 초음파 트랜스듀서 및 상기 전송체는 상기 관의 바깥둘레면의 둘레방향에 복수개로 분할된 부분으로 형성되어 있어도 좋다.
또한, 상기 전송체는 상기 관과 일체로 형성되어 있어도 좋다.
본 발명은 이상과 같은 구성을 하고 있어, 이것을 사용함으로써 아래의 뛰어난 효과를 얻을 수 있다.
(1) 초음파 송수신기를 통형상의 전송체와 초음파 트랜스듀서에 의해 구성하고, 초음파 트랜스듀서의 축선방향 단면과 전송체의 축선방향 단면을 고착시킴으로써, 초음파 트랜스듀서의 두께방향(관의 축선방향과 평행한 방향)의 초음파 진동을 측정관 내의 유체에 전파시킬 수 있기 때문에, 초음파 트랜스듀서가 발생시키는 초음파 진동 에너지를 효율적으로 측정관내의 유체에 전달시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 초음파 유량계에 따르면, 측정관이 작은 직경이어도 높은 정밀도의 미소 유량을 계측할 수 있게 된다.
(2) 초음파 트랜스듀서는 측정관의 바깥둘레면과 간격을 두고 배치되어 있기 때문에, 초음파 트랜스듀서로부터 측정관으로 초음파 진동이 직접적으로 전파되지 않아, 측정시에 잡음이 되는 초음파 트랜스듀서로부터 관벽으로 전달되는 초음파 진동 및 그 밖의 외란을 줄일 수 있어, 높은 정밀도로 유량을 계측할 수 있게 된다.
(3) 초음파 트랜스듀서와 전송체가 측정관의 주위를 감싸도록 배치되어 있기 때문에, 관의 전체 둘레방향으로부터 관내의 유체에 초음파 진동이 전파된다. 따라서, 본 발명의 초음파 유량계에 따르면, 커다란 진동 에너지를 유체에 부여할 수 있어, 고감도의 측정이 가능해진다.
(4) 이상의 효과로부터 더욱이, 소형으로 저가의 초음파 유량계를 제공할 수 있다.
(5) 또한, 초음파 송수신기를 직선관에 설치할 수 있어, 압력 손실이 적고, 유체가 슬러리 등인 경우에도 고이지 않아, 반도체 분야에서 사용되는 CMP 슬러리 유체의 유량 계측이 가능해진다.
본 발명의 상술한 내용 및 그 밖의 목적, 특징, 이점에 대하여, 이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따라 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예를 나타내는 종단면도이다.
도 2는 본 발명의 도 1에서의 초음파 송수신기를 나타내는 종단면도이다.
도 3은 본 발명의 도 1에서의 초음파 송수신기를 나타내는 좌측면도이다.
도 4는 본 발명의 초음파 트랜스듀서가 반원형상을 나타내는 좌측면도이다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예를 나타내는 종단면도이다.
도 6은 본 발명의 도 5의 좌측면도이다.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예를 나타내는 종단면도이다.
도 8은 본 발명의 제 4 실시예를 나타내는 종단면도이다.
도 9는 제 1 종래기술의 초음파 유량계를 나타내는 종단면도이다.
도 10은 제 2 종래기술의 초음파 유량계를 나타내는 종단면도이다.
도 11은 제 3 종래기술의 초음파 유량계를 나타내는 종단면도이다.
**주요 도면부호의 부호설명**
1: 전송체 2: 초음파 트랜스듀서
3: 관통구 4: 후부 관통구
5: 선부 관통구 6: 측정관
7: 축선방향 단면 8a,8b: 축선방향 단면
9: 축선방향 단면 10: 초음파 송수신기
11: 선부 12: 전송체
13: 초음파 트랜스듀서 14: 축선방향 단면부
15: 선부 16: 초음파 송수신기
17: 전송체 18: 초음파 트랜스듀서(반원형)
19: 초음파 송수신기 상측 반체 20: 초음파 트랜스듀서
21: 전송체 22: 초음파 송수신기 하측 반체
23: 전송체 일체형 측정관 24: 초음파 트랜스듀서
25: 초음파 트랜스듀서 26: 전송체부
27: 전송체부 28: 초음파 송수신기
29: 초음파 트랜스듀서 30: 전송체
31: 전송체 100: 유통체
101: 초음파 진동자 102: 초음파 진동자
103: 직선관부 104: 꺾임부
110: 측정관 111: 검출기
112: 검출기 113: 측정관
114: 검출기 115: 검출기
이하, 도 1 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 설명하는데, 본 발명이 이 실시예들에 의해 한정되지 않는 것은 말할 것도 없다.
먼저, 도 1 내지 도 3에 근거하여 본 발명의 제 1 실시예를 설명한다. 참조번호 1은 두랄루민(duralumin)제 전송체를 가리킨다. 전송체(1)는 대략 원추형상을 이루며, 불소계 수지제의 측정관(6)을 감싸도록 배치되어 있고, 측정관(6)의 축선방향에 대하여 수직방향으로 뻗쳐있는 2개의 축선방향 단면(8a,8b)을 가지고 있다. 또한, 전송체(1)의 중심에는 선부 관통구(5) 및 후부 관통구(4)로 이루어지는 관통구(3)가 형성되어 있다. 후부 관통구(4)는 선부 관통구(5)보다 직경확대되어 설치되어 있으며, 선부 관통구(5)의 내주면을 불소계 수지제의 측정관(6)의 바깥둘레면에 에폭시계 수지의 접착제에 의해 밀착고정했을 때, 후부 관통구(4)의 내주면은 측정관(6)으로부터 떨어진 상태가 된다. 한편, 상기 실시예에서는 전송체(1)의 재료로서 두랄루민을 사용하고 있지만, 전송체(1)의 재료는 알루미늄, 알루미 합금, 티탄, 하스텔로이(hastelloy), SUS 등의 금속, 또는 수지, 글라스, 석영 등 초음파 진동을 전파시킬 수 있는 임의의 재료이면 좋고, 초음파 전파성이 높은 금속이 특히 바람직하다. 또한, 전송체(1)의 형상에 대하여 대략 원추형으로 하고 있는데, 초음파 진동의 전파가 좋은 형상이면 다른 형상이어도 좋으며, 원추형상으로 한정되는 것은 아니다. 더욱이, 밀착 고정하는 방법으로서 에폭시계 수지의 접착제를 사용하고 있는데, 그리스나 각종 접착제 등을 사용하여도 좋고, 또는 눌러넣는 것만으로 밀착고정하여도 좋다. 즉, 후술하는 초음파 트랜스듀서(2)로부터의 초음파 진동이 측정관(6)에 전달되지 않는 상태에서 측정관에 배치되어 있으면 좋다.
참조번호 2는 티탄산 지르콘산연(PZT) 등의 압전(壓電) 재료를 사용한 초음파 트랜스듀서를 나타내며, 초음파 트랜스듀서(2)는 도너츠 형상 즉, 구멍이 뚫린 원판형상을 가지고 있다. 초음파 트랜스듀서(2)의 축선방향 단면(7)은 전송체(1)의 축선방향 단면의 한쪽(8b) 전체에 에폭시계 수지에 의해 압력을 걸어 접착되며, 초음파 트랜스듀서(2)의 다른 쪽 축선방향 단면(9) 및 바깥둘레면에는 방진재(도시하지 않음)가 도포되어 있거나, 또는 접착에 의해 밀착고정되어 있다. 초음파 트랜스듀서(2)의 내경(內徑)은 전송체(1)의 후부 관통구(4)와 대략 같은 직경을 가지며, 그 내주면은 측정관(6)의 바깥둘레면으로부터 떨어진 상태가 된다. 또한, 축선방향 단면(7)은 전기적으로 어스 단자가 된다. 초음파 트랜스듀서(2)는 이와 같은 전송체(1)에 밀착 고정됨으로써, 상류측의 초음파 송수신기(10)를 구성한다. 한편, 본 실시예에서는 초음파 트랜스듀서(2)가 구멍이 뚫린 원판형상을 가지고 있지만, 반원형상(도 4 참조), 날개형상으로 하는 것도 가능하다. 또한, 초음파 트랜스듀서(2)의 내주면은 측정관(6)의 바깥둘레면으로부터 떨어져 있는데, 초음파 진동을 차단하는 재료(방진재)를 통하여 측정관(6)에 밀착 고정되어 있어도 좋다.
또한, 하류측의 초음파 송수신기(16)도 상류측의 초음파 송수신기(10)와 마찬가지의 구성을 가지며, 2개의 초음파 송수신기(10,16)는 각각의 전송체(1,12)를 마주보게 하여 측정관(6)의 바깥둘레상에 축선방향으로 떨어져 배치되어 있다.
이어서, 도 1에 따라 본 발명의 제 1 실시예의 초음파 유량계의 작용을 설명한다.
측정관(6)의 내부에는 측정대상 유체가 도 1에서의 실선 화살표 방향으로 가득찬 상태로 흐르고 있다. 한편, 측정관(6)은 스트레이트 타입이기 때문에 압력손실이 없으며, 슬러리 등이 고일 가능성을 줄일 수 있다. 유체의 흐름에 대하여 상류측에 위치하는 초음파 송수신기(10)의 초음파 트랜스듀서(2)에 변환기(도시하지 않음)로부터 전압 펄스 또는 주파수 성분을 가지지 않는 전압이 인가되면, 초음파 트랜스듀서(2)에는 그 두께방향(즉, 전압을 인가하는 방향) 및 직경방향(즉, 전압인가방향과 수직한 방향)으로 진동이 발생한다. 초음파 송수신기(10)에서는 전송체(1)의 축선방향 단면(8b)에 초음파 트랜스듀서(2)의 축선방향 단면(7)을 고착시킨 후에 초음파 트랜스듀서(2)의 두 축선방향 단면(7 및 9) 사이에 전압을 인가함으로써, 초음파로서 진동 에너지가 큰 두께방향의 초음파 진동을 전송체(1)의 축선방향 단면(7)에 전파시키고 있다. 한편, 초음파 트랜스듀서(2)의 직경방향의 초음 파 진동은 방진재에 의해 흡수되어 초음파의 잔향(殘響)이 제거되기 때문에, 주위로 전파되지 않는다.
이렇게 하여, 전송체(1)에 전파된 초음파 진동은 더욱이 전송체(1) 안을 그 선부(11)를 향하여 전파한다. 이 선부(11)에 전파된 초음파 진동은, 측정관(6)의 중심을 향하는 방향성이 강화된 상태에서 관 바깥둘레 전체로부터 관벽을 통하여 측정관(6)의 유체 안으로 전달된 후, 유체 안을 관축과 대략 평행한 방향으로 또한 날개모양으로 퍼지면서 전파되어 간다고 추측된다. 그리고, 초음파 진동은 하류측에 대향하여 위치하는 초음파 송수신기(16)의 전송체(12)의 선부(15)로부터 전송체(12)의 내부를 따라 축선방향 단면(14b)(전송체(12) 측에 위치하는 축선방향 단면(14a)과 반대측의 단면)을 통해 초음파 트랜스듀서(13)로 전파되고, 전기신호로 변환되어 변환기로 출력된다.
한편, 전송체(1) 안에서는 그 대략 원추형상에 의해 초음파 진동이 측정관 내부를 향하기 위한 방향성이 강화되는 동시에, 초음파 전파성이 좋은 금속을 사용하고 있음으로써 초음파 진동의 진폭 감쇠가 억제된다. 또한, 초음파 트랜스듀서(2) 자체는 측정관(6)에 접해있지 않고 떨어져 있기 때문에, 잡음의 원인 중 하나가 되는 관벽을 전파하는 초음파 진동, 그 밖의 외란을 줄일 수 있어, 높은 정밀도로 유량을 계측할 수 있게 된다. 더욱이, 초음파 트랜스듀서(2)의 축선방향 단면(7)은 전기적으로 어스측으로 되어 있기 때문에, 잡음 노이즈를 줄일 수 있는 높은 정밀도의 유량계측이 가능해진다.
초음파 진동이 상류측의 초음파 송수신기(10)로부터 하류측의 초음파 송수신 기(16)로 전달되어 수신되면, 순시간에 변환기 내에서 송수신이 전환되어, 하류측에 위치하는 초음파 송수신기(16)의 초음파 트랜스듀서(13)에 전압 펄스 또는 주파수 성분을 가지지 않는 전압이 변환기로부터 인가된다. 그러면, 상류측의 초음파 송수신기(10)와 마찬가지로 초음파 진동이 발생하여, 이 초음파 진동이 전송체(12)를 통하여 측정관(6) 안의 유체로 전파하고, 다시 상류측에 마주보고 위치하는 초음파 송수신기(10)의 전송체(1)의 선부(11)로부터 전송체(1)의 내부를 통하여 축선방향 단면(8a,8b)으로부터 초음파 트랜스듀서(2)로 전파하여 전기신호로 변환되어, 이 전기신호가 변환기로 출력된다. 이 때, 초음파 진동은 측정관(6) 안의 유체의 흐름과 반대로 전파되어 가기 때문에, 상류측의 초음파 송수신기(10)에 전압 펄스 또는 주파수 성분을 가지지 않는 전압을 인가했을 때에 비하여, 유체 안에서의 초음파 진동의 전파속도가 느려져, 전파시간이 길어진다.
출력된 상호의 전기신호로부터, 변화기 내에서 상류측 초음파 송수신기(10)로부터 하류측 초음파 송수신기(16)로의 초음파 진동의 전파시간 및 하류측 초음파 송수신기(16)로부터 상류측 초음파 송수신기(10)로의 초음파 진동의 전파시간이 각각 계측되어, 그 차이가 구해진다. 이 차이에 근거하여, 유속 및 유량이 연산되어, 높은 정밀도의 유량 계측을 할 수 있다.
이어서, 도 5 및 도 6에 따라 본 발명의 제 2 실시예에 대하여 설명한다.
도 5 및 도 6은 초음파 송수신기가 상하 2분할형으로 되어 있는 실시예를 나타내고 있다. 참조번호 19는 상류측에 위치하는 상하 2분할형의 초음파 송수신기의 상측 반체를 나타내고, 단면 대략 반원형상의 초음파 트랜스듀서(20)가 대략 반원 형의 전송체(21)의 바닥면부에 제 1 실시예와 마찬가지로 하여 밀착고정되어 있으며, 초음파 송수신기 상측반체(19)와 마찬가지의 구조를 가지는 초음파 송수신기 하측 반체(22)와의 상하쌍에 의해 초음파 송수신기를 구성하고 있다. 한편, 초음파 송수신기 상측 반체(19)만으로도 요구되는 기능을 달성할 수 있다. 본 실시예의 경우에도, 제 1 실시예와 마찬가지로 전송체(21)의 관통구의 선부측 부분의 내주면만이 측정관(6)에 밀착되고, 관통구의 다른 부분의 내주면은 측정관(6)의 바깥둘레면으로부터 떨어져 있다. 그 작용도 제 1 실시예와 마찬가지로써, 초음파 송수신기를 작게 경량화할 수 있으며, 더욱이 에폭시계 수지로 밀착고정시키는 경우에 효율적으로 압력을 걸어 접착할 수 있기 때문에, 밀착력이 증가한다. 따라서, 보다 정밀도 좋은 초음파 진동의 송수신이 가능해져, 보다 높은 정밀도의 유속 및 유량 계측이 가능해진다.
이어서, 도 7에 따라 본 발명의 제 3 실시예에 대하여 설명한다.
참조번호 23은 측정관과 전송체가 일체로 된 전송체 일체형 측정관을 가리킨다. 초음파 트래스듀서(24,25)는 전송체 일체형 측정관(23)의 전송체부(26,27)의 축선방향 단면부에 제 1 실시예와 마찬가지로 하여 밀착고정되어 있으며, 초음파 트랜스듀서(24,25)와 전송체부(26,27)에 의해 각각 초음파 송수신기를 구성하고 있다. 시공시에 제 1 실시예와 같은 전송체를 측정관에 밀착 고정할 필요는 없으며, 초음파 트랜스듀서(24,25)를 전송체부(26,27)의 축선방향 단면에 밀착고정시키기만 하면 되기 때문에, 시공의 간략화를 도모할 수 있다.
이어서, 도 8에 따라 본 발명의 제 4 실시예에 대하여 설명한다.
참조번호 28은 초음파 송수신기를 나타내며, 전송체(29,30)에 의해 초음파 트랜스듀서(31)가 사이에 끼워지고, 전송체(29,30)의 축선방향 단면부가 초음파 트랜스듀서(31)의 양 축선방향 단면에 제 1 실시예와 마찬가지로 하여 밀착고정되어 있다. 전송체(29,30)의 선부만이 측정관(6)에 밀착고정되며, 또한 초음파 송수신기(28)는 각각의 전송체(29,30)와 마주보는 상태에서 제 1 실시예의 각 초음파 송수신기(10,16) 사이에 떨어져 배치되어 있어, 송신기로서만 기능한다. 본 실시예의 작용을 설명하면, 초음파 송수신기(28)에 전압 펄스 또는 주파수 성분을 가지지 않는 전압이 인가되면, 양쪽 전송체(29,30)의 선부로부터 초음파 진동이 측정관(6)을 전파해 가, 상류측과 하류측의 수신기로서 작용하는 초음파 송수신기(10,16)에서 각각 초음파 진동이 수신되고, 상류측으로부터의 초음파 진동의 전파시간과 하류측으로부터의 초음파 진동의 전파시간의 차이에 근거하여 유속, 유량을 계측한다. 본 실시예에서는 상류측을 향하는 초음파 진동과 하류측을 향하는 초음파 진동이 동시에 발생하기 때문에, 보다 응답이 빠르고, 정밀도 높은 유속, 유량의 계측이 가능해진다.
이상 설명한 본 발명을 사용함으로써, 측정관 내의 유체안에 효율적으로 초음파 진동을 전파시켜, 높은 정밀도로 계측할 수 있으며, 특히 미소 유량의 고정밀도 계측이 가능해지고, 나아가서는 반도체 분야 등에서 공간을 절약한 설치가 가능해진다.
이상, 본 발명을 첨부도면에 나타내는 실시예에 대하여 설명하였는데, 이 실시예는 오직 설명을 위한 것으로, 제한을 의미하지 않는다. 따라서, 본 발명의 범 위는 특허청구의 범위에 의해 한정되는 것이며, 특허청구의 범위로부터 이탈하지 않는 한 본 발명의 실시예를 수정 및 변경할 수 있다.
본 명세서 내용 중에 포함되어 있음.

Claims (10)

  1. 유체가 흐르는 관의 바깥둘레면에 축선방향으로 떨어져 설치되는 2개의 초음파 송수신기를 구비하고, 상기 2개의 초음파 송수신기의 한 쪽으로부터 발신한 초음파 진동을 상기 관 내의 유체를 거쳐 상기 2개의 초음파 송수신기의 다른 쪽에서 수신하며, 발신측과 수신측의 초음파 송수신기를 번갈아 전환하여 2개의 초음파 송수신기 사이의 초음파 전파시간을 측정함으로써 상기 유체의 유속을 측정하는 초음파 유량계로서,
    각 초음파 송수신기가, 상기 관을 감싸도록 상기 관의 바깥둘레면에 고정된 통형상의 전송체와, 상기 관을 감싸면서 상기 관의 바깥둘레면으로부터 간격을 두도록 배치된 구멍이 뚫린 원판형상의 초음파 트랜스듀서를 구비하고, 상기 전송체는 상기 초음파 트랜스듀서가 고착된 축선방향 단면으로부터 다른 쪽 축선방향 단면을 향하여 외경이 작아지는 원추형상을 가지고 있으며, 상기 전송체가 상기 관의 축선에 대하여 수직한 방향으로 뻗는 축선방향 단면을 가지고, 상기 초음파 트랜스듀서의 축선방향 단면이 상기 전송체의 축선방향 단면에 고착되어 있으며, 상기 초음파 트랜스듀서의 축선방향 단면 사이에 전압을 인가함으로써 상기 초음파 트랜스듀서를 축선방향으로 신축시키도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파 유량계.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전송체는 금속재료로 이루어지는 초음파 유량계.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 초음파 트랜스듀서 및 상기 전송체는 상기 관의 바깥둘레면의 둘레방향에 복수개로 분할된 부분으로 이루어지는 초음파 유량계.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전송체는 상기 관과 일체로 형성되어 있는 초음파 유량계.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 관이 수지제인 초음파 유량계.
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