KR101097405B1 - 건식 초음파 유속측정장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유관을 흐르는 유체의 유속을 효율적이면서 정확하게 측정할 수 있을 뿐 아니라, 유체의 온도 변화시에도 유체의 유속을 원활하게 측정할 수 있도록 구조가 개선된 건식 초음파 유속측정장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 건식 초음파 유속측정장치는 내부로 유체가 흐르는 유관의 외측면에 유체의 흐름방향으로 서로 이격되게 결합되는 한 쌍의 하우징과, 하우징에 각각 결합되며, 초음파를 발신 및 수신하는 한 쌍의 초음파 진동자와, 한 쌍의 초음파 진동자와 전기적으로 연결되며, 한 쌍의 초음파 진동자 중 유체의 흐름방향 상 상류측 초음파 진동자에서 초음파가 발신된 시점부터 이 초음파가 유관을 통과한 후 유관의 내측면에서 2회 이상 반사된 후 유관을 다시 통과하여 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 측정하고, 측정된 제1소요시간과 제2소요시간의 차이를 이용하여 유체의 유속을 측정하는 컨트롤러를 포함한다.
초음파 진동자, 유관, 유속, 반사, 건식

Description

건식 초음파 유속측정장치{Non-intrusive ultrasonic current meter}
본 발명은 전파 시간차법을 이용하여 유관 내를 흐르는 유체의 유속을 측정하는 건식 초음파 유속측정장치에 관한 것이다.
유체가 흐르는 유관의 유동유량을 측정하기 위하여 주로 사용하는 방법 중에서 유속을 직접 구하는 방법으로, 초음파 전파시간 차 방법을 이용한 평균유속 측정방법이 있다.
원형 유로를 흐르는 유체의 속도 형상은 관의 중심으로 전체적으로 반구형으로 나타나지만, 관벽의 저항, 유관의 직선길이, 유관의 굴곡도 등 다양한 요인에 의하여 중심점이 하나 또는 그 이상이 될 수도 있는 등 다양한 형태를 가지게 되며, 이에 따라 측정단면을 기준으로 유체의 흐름은 항상 실시간으로 변하는 형태를 가지게 된다.
상기와 같이 실시간으로 변하는 유체의 유속을 보다 더 정확하게 측정하기 위하여, 종래에는 유관에 많은 수의 초음파 회선을 설치함으로써 정확한 유속 측정을 도모하였다.
하지만, 종래와 같이 초음파 회선의 수를 늘리는 경우에는 비용이 증가하게 될 뿐 아니라, 제한된 공간에서 많은 수의 초음파 회선을 설치하는 작업이 용이하지 않다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 유관을 흐르는 유체의 유속을 효율적이면서 정확하게 측정할 수 있을 뿐 아니라, 유체의 온도 변화시에도 유체의 유속을 원활하게 측정할 수 있도록 구조가 개선된 건식 초음파 유속측정장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 건식 초음파 유속측정장치는 내부로 유체가 흐르는 유관의 외측면에 상기 유체의 흐름방향으로 서로 이격되게 결합되는 한 쌍의 하우징과, 상기 하우징에 각각 결합되며, 초음파를 발신 및 수신하는 한 쌍의 초음파 진동자와, 상기 한 쌍의 초음파 진동자와 전기적으로 연결되며, 상기 한 쌍의 초음파 진동자 중 유체의 흐름방향 상 상류측 초음파 진동자에서 초음파가 발신된 시점부터 이 초음파가 상기 유관을 통과한 후 상기 유관의 내측면에서 2회 이상 반사된 후 상기 유관을 다시 통과하여 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 측정하고, 상기 측정된 제1소요시간과 제2소요시간의 차이를 이용하여 상기 유체의 유속을 측정하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 초음파 진동자에서 발신된 초음파의 진행방향이 변경되도록 상기 초음파 진동자를 회전시키기 위한 회전유닛을 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따르면 상기 하우징에는 공간부가 형성되어 있으며, 상기 회전유닛은, 상기 초음파 진동자가 결합되며, 상기 하우징의 공간부에 배치되며, 외주면에 복수의 치(齒)가 형성되어 있는 회전케이스와, 일방향으로 길게 형성되어 상기 하우징에 회전 가능하게 결합되며, 그 회전시 상기 회전부재가 회전되도록 외주면에 상기 복수의 치와 맞물리는 나사산이 형성되어 있는 웜부재를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따르면 상기 회전케이스에는 상기 초음파 진동자가 배치되는 홈부와, 외주면을 따라 외측 방향으로 돌출되며 상기 하우징의 내주면에 밀착되는 돌출부가 형성되어 있으며, 상기 하우징에는 상기 웜부재가 삽입되는 관통공이 형성되어 있는 것이 바람직하다.
상기한 구성의 본 발명에 따르면, 적은 수의 초음파 진동자를 이용하여 유관을 흐르는 유체의 유속을 효율적이면서 정확하게 측정할 수 있다.
그리고, 유체의 온도 변화시 초음파의 진행방향을 적절하게 변경함으로써 유체의 유속을 원활하고 정확하게 측정할 수 있다.
또한, 초음파의 진행경로가 유관의 R/2 지점, 즉 유체의 유속증감 발생시 유속의 평균유속을 얻을 수 있는 지점을 통과하므로, 정확하고 안정적으로 유체의 유 속 및 유량을 측정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건식 초음파 유속측정장치의 개략적인 단면도이며, 도 2는 초음파의 진행경로를 도 1의 화살표(a) 방향에서 바라본 단면도이며, 도 3은 초음파의 진행결로를 도 1의 화살표(b) 방향에서 바라본 단면도이며, 도 4는 도 1에 도시된 하우징, 회전케이스 및 웜부재의 분리사시도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 건식 초음파 유속측정장치는 하우징(10)과, 초음파 진동자(20)와, 회전유닛과, 컨트롤러(미도시)를 포함한다.
하우징(10)은 한 쌍 구비되며, 유관(1) 내부를 흐르는 유체의 흐름방향(b) 상 상류측 및 하류측에 서로 이격되어 게 배치된다. 본 실시예의 경우, 각 하우징(10)은 금속 소재로 이루어지며, 유관(1)의 외주면에 용접을 통해 밀착 고정된다. 각 하우징에는 공간부(11)와, 후술할 웜부재가 삽입되는 관통공(12)이 형성되어 있다. 그리고, 하우징(10)의 상단에는 덮개(13)가 결합되어 있다.
초음파 진동자(20)는 한 쌍 구비되며, 후술할 회전케이스(30)의 내부에 배치되어 각 하우징의 공간부(11)에 하나씩 배치된다. 한 쌍의 초음파 진동자(20)는 컨트롤러(미도시)와 전기적으로 연결되며, 상호간에 초음파를 수신 및 발신한다.
회전유닛은 상기 초음파 진동자(20)에서 발신된 초음파의 진행방향이 변경되도록 초음파 진동자(20)를 회전시키기 위한 것으로, 본 실시예의 회전유닛은 회전케이스(30)와, 웜부재(40)를 포함한다.
회전케이스(30)는 전체적으로 원통 형상으로 형성되며, 하우징의 공간부(11) 에 배치된다. 회전케이스(30)의 내부에는 초음파 진동자가 배치되는 홈부(31)가 형성되어 있다. 홈부(31)의 바닥면은 유체의 흐름방향(b)과 경사지게 형성되며, 이 홈부(31)의 바닥면에 초음파 진동자(20)가 밀착 고정된다. 회전케이스(30)의 중앙 부분에는 외주면을 따라 외측 방향으로 돌출된 돌출부(32)가 형성되어 있으며, 이 돌출부(32)는 하우징(10)의 내주면에 밀착된다. 그리고, 도 4에 도시된 바와 같이, 회전케이스 하단의 외주면에는 둘레를 따라 복수의 치(齒)(33)가 형성되어 있다. 이 복수의 치(33)는 웜기어의 웜휠(worm wheel)에 형성된 치와 동일한 형상으로 형성된다.
웜부재(40)는 일방향으로 길게 형성된다. 웜부재(40)는 하우징의 관통공(12)에 회전가능하게 삽입되되, 그 길이 방향으로는 위치 고정된다. 웜부재(40)의 외주면에는 웜기어의 웜에 형성되어 있는 것과 동일한 나사산(41)이 형성되어 있다. 웜부재의 나사산(41)은 회전케이스에 형성된 복수의 치(33)에 맞물리며, 이에 따라 웜부재(40)의 회전시 회전케이스는 도 1의 화살표(a) 방향을 회전축으로 하여 회전하게 된다. 본 실시예의 경우 웜부재를 적절하게 회전시켜, 도 3에 도시된 바와 같이 초음파의 발신방향이 중심선과(X) 30°를 이루도록 회전케이스(30)를 배치한다.
컨트롤러는 전파 시간차법을 이용하여 유관 내를 흐르는 유체의 유속 및 유량을 산출하기 위한 것이다. 먼저, 컨트롤러는 상류측 초음파 진동자로 발신신호를 출력하며, 이에 따라 상류측 초음파 진동자에서 초음파가 발신된다. 발신된 초음파는 회전케에스, 하우징 및 유관을 통과하여 유체 내로 전달되며, 이후 도 1 내 지 도 3에 도시된 바와 같이 유관의 내측면에서 2회 반사된다. 상기 과정 중, 도 2 및 도 3에 화살표(c)로 표시된 바와 같이 일부의 초음파는 유관(1)을 통과하며, 이에 따라 초음파의 세기는 다소 약해진다. 이후, 초음파는 도 1에 도시된 바와 같이, 유관, 하우징 및 회전케이스를 다시 통과하여 하류측 초음파 진동자에 수신되며, 이때 컨트롤러는 상류측 초음파 진동자에서 초음파가 발신된 시점부터 이 초음파가 하류측 초음파 진동자에서 수신되기까지 소요되는 제1소요시간을 측정한다. 또한, 컨트롤러는 하류측 초음파 진동자로 발신신호를 출력하며, 이에 따라 하류측 초음파 진동자에서 초음파가 발신된다. 발신된 초음파는 앞서 상류측 초음파 진동자에서 발신된 초음파의 진행경로(g)와 동일한 경로를 따라(단, 방향은 반대) 진행한 후 상류측 초음파 진동자에 수신되며, 이때 컨트롤러는 하류측 초음파 진동자에서 초음파가 발신된 시점부터 이 초음파가 상류측 초음파에서 수신되기까지 소요되는 제2소요시간을 측정한다.
그리고, 컨트롤러는 상기 측정된 제1소요시간과 제2소요시간을 이용하여 전파 시간차법을 통해 유관을 흐르는 유체의 유속을 산출한다.
즉, 유체가 움직이지 않는 조건에서 초음파 진동자에서 발사된 초음파가 유체를 통해 전파되는 음속을 C 라하고, 초음파가 진행하는 진행경로(g)를 통과하는 유체의 유속을 V1 이라고 하고, 초음파의 진행경로의 길이를 L이라하고, 초음파의 진행방향과 유체의 진행방향 사이의 각을 θ라 하면, 제1소요시간 T12와 제2소요시간 T21는 각기 다음과 같다.
Figure 112009019511628-pat00001
,
Figure 112009019511628-pat00002
초음파가 유체의 진행방향에 대해 순방향으로 발사되는 경우의 제1소요시간 T12는 초음파가 유체의 진행방향에 대해 역방향으로 발사된 경우의 제2소요시간 T21에 비해서 짧다. 그 시간의 차이ΔT를 구하여 보면,
Figure 112009019511628-pat00003
여기서
Figure 112009019511628-pat00004
항은 무시할 수 있을 정도로 작은 양이다. 따라서, 초음파의 진행경로(g)를 통과하는 유체의 유속 V1은
Figure 112009019511628-pat00005
이 된다.
한편, 상기 구하여진 유체의 유속 V1은 진행경로(g), 즉 3개의 직선 상를 통과하는 유체의 유속을 반영하고 있는 유속이므로, 유관 내를 흐르는 유체의 유속을 전체적으로 잘 반영하고 있다고 할 수 있다. 따라서, 이 유속 V1을 유관의 평균유속으로 설정할 수도 있으며, 아니면 이 유속 V1을 적절하게 변경시킨 값을 유체의 평균유속으로 설정한다. 그리고, 상기 구하여진 유체의 평균유속과 유관을 단면적을 이용하면, 유관을 흐르는 유체의 유량을 계산할 수도 있다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에 따르면 유체의 유속을 측정하는 구간, 즉 초음파의 진행경로(g)가 종래보다 더 길어지게 된다. 즉, 종래의 경우 하나의 초음파 회선으로는 하나의 직선경로(즉, 한 쌍의 초음파 진동자를 연결한 직선) 상을 통과하는 유체의 유속이 측정되었으나, 본 실시예의 경우에는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 3개의 직선경로 상을 통과하는 유체의 유속이 측정되게 된다. 따라서 종래보다 더 넓은 영역을 통과하는 유체의 유속이 산출되는 유속값에 반영되게 되며, 그 결과 더 정확한 유체의 평균유속을 산출할 수 있게 된다.
한편, 유관을 통과하는 유체의 온도는 계절에 따라 변하게 된다. 특히, 상수도관을 통과하는 상수의 온도는 약 0℃ ~ 30℃까지 그 변화의 폭이 매우 크며, 이에 따라 상수의 굴절율도 크게 변하게 된다. 이와 같이, 상수의 굴절율이 달라지게 되면, 초음파가 유관에서 유체로 입사할 때 굴절각이 달라지게 되며, 이에 따라 초음파의 진행경로가 변경되어 상류측 및 하류측에 배치된 한 쌍의 초음파 진동자 사이에서 초음파가 원활하게 수신되지 않을 우려가 있다. 하지만, 본 실시예의 경우 웜부재(40)를 돌리면 회전케이스(30)가 회전하게 되고, 이에 따라 도 4에 점선(j)으로 도시된 바와 같이 초음파의 진행방향을 변경시킬 수 있다. 따라서, 유체의 온도 변화시 적절하게 회전케이스(30)를 회전시켜 초음파의 입사각을 조절할 수 있으며, 그 결과 한 쌍의 초음파 진동자 사이에서 초음파가 원활하게 수신되게 된다.
또한, 본 실시예의 경우, 기본적으로 건식 방식, 즉 유관의 외벽에 초음파 진동자를 부착하는 방식이 이용된다. 따라서, 유관을 절단하거나 유관에 관통공을 형성하지 않으므로, 매우 효과적이고 간편하게 유체의 유속을 측정할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 건식 초음파 유속측정장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다. 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 건식 초음파 유속 측정장치는 보조하우징(110)과, 회전유닛(미도시)과, 초음파 센서(미도시)를 더 포함한다.
보조하우징(110)은 한 쌍 구비된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 각 보조하우징(110)은 하우징(10)으로부터 유관(1)의 둘레방향으로 이격되어 유관의 외측면에 결합되는데, 본 실시예의 경우 각 보조하우징(110)은 하우징(10)과 60°이격되게 배치된다. 각, 보조하우징(110)의 구체적인 형상은 도 4에 도시된 하우징(10)의 형상과 동일하다. 그리고, 각 보조하우징(110)에는 회전유닛이 결합되어 있다. 회전유닛은 초음파 센서를 회전시키기 위한 것으로 회전케이스와 웜부재로 이루어지며, 그 구체적인 형상은 도 4에 도시된 형상과 동일하다.
초음파 센서는 앞서 설명한 초음파 진동자와 실질적으로 동일한 것으로(다만, 명칭을 구분하고자 초음파 센서란 용어를 사용한 것이다), 각 보조하우징에 결합되며 상호간에 초음파를 발신 및 수신한다.
그리고, 컨트롤러는 한 쌍의 초음파 센서와 전기적으로 연결된다. 컨트롤러는 한 쌍의 초음파 센서 중 상류측 초음파 센서에서 초음파가 발신된 시점부터 이 초음파가 유관을 통과한 후 유관의 내측면에서 2회 이상 반사된 후 상기 유관을 다시 통과하여 하류측 초음파 센서에서 수신되는 시점, 즉 초음파 진동자가 진행경로(h)를 통과하는데 소요되는 제3소요시간을 측정한다. 또한, 컨트롤러는 하류측 초음파 센서에서 초음파가 발신된 시점부터 이 초음파가 동일한 진행경로를 통과하여 상류측 초음파 센서에서 수신될 때까지 소요되는 제4소요시간을 측정한다. 컨트롤러는 제3소요시과 제4소요시간 사이의 차를 이용하여, 초음파의 진행경로(h) 상을 통과하는 유체의 속력을 산출한다. 그리고, 컨트롤러는 이 진행경로(h)를 통과하는 유체의 유속과, 앞서 설명한 실시예에서의 진행경로(g)를 통과하는 유체의 유속을 이용하여 유관 내를 통과하는 유체의 평균유속을 산출한다.
앞서 설명한 실시예의 경우, 하나의 진행경로(g)만을 통과하는 유체의 유속이 평균유속에 반영되었으나, 본 실시예의 경우에는 두 개의 진행경로(g,h)를 통과하는 유체의 유속이 평균유속에 반영되므로, 유체의 평균유속을 더욱더 정확하게 산출할 수 있다. 특히, 도 5에 도시된 바와 같이, 두 개의 진행경로(g,h)가 서로 상이한 영역 상을 통과하므로, 유관 내의 다양한 지점의 유속이 평균유속에 반영되게 되고, 이에 따라 유체의 평균유속을 더욱더 정확하게 산출할 수 있게 된다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 건식 초음파 유속측정장치의 개략적인 단면도이다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 건식 초음파 유속측정장치는 한 쌍의 초음파 센서(120)를 더 포함한다.
초음파 센서(120)는 앞서 설명한 초음파 진동자와 실질적으로 동일한 것으로(다만, 명칭을 구분하고자 초음파 센서란 용어를 사용한 것이다), 각 초음파 센서는 도 6에 도시된 바와 같이 하우징(10A)의 내부에 배치된다. 이때, 도 6에 도시된 바와 같이 한 쌍의 초음파 센서(120) 사이에서 발신 및 수신되는 초음파의 진행경로가 한 쌍의 초음파 진동자(20A)에서 발신 및 수신되는 초음파의 진행경로와 대칭이 되도록 배치된다.
그리고, 컨트롤러는 한 쌍의 초음파 센서와 전기적으로 연결된다. 컨트롤러 는 한 쌍의 초음파 센서 중 상류측 초음파 센서에서 초음파가 발신된 시점부터 이 초음파가 유관을 통과한 후 유관의 내측면에서 2회 이상 반사된 후 상기 유관을 다시 통과하여 하류측 초음파 센서에서 수신되는 시점, 즉 초음파 진동자가 진행경로(i)를 통과하는데 소요되는 제3소요시간을 측정한다. 또한, 컨트롤러는 하류측 초음파 센서에서 초음파가 발신된 시점부터 이 초음파가 동일한 진행경로를 통과하여 상류측 초음파 센서에서 수신될 때까지 소요되는 제4소요시간을 측정한다. 컨트롤러는 제3소요시과 제4소요시간 사이의 차를 이용하여, 초음파의 진행경로(i) 상을 통과하는 유체의 속력을 산출한다. 그리고, 컨트롤러는 이 진행경로(i)를 통과하는 유체의 유속과, 앞서 설명한 실시예에서의 진행경로(g)를 통과하는 유체의 유속을 이용하여 유관 내를 통과하는 유체의 평균유속을 산출한다.
앞서 설명한 실시예의 경우, 하나의 진행경로(g)만을 통과하는 유체의 유속이 평균유속에 반영되었으나, 본 실시예의 경우에는 두 개의 진행경로(g,i)를 통과하는 유체의 유속이 평균유속에 반영되므로, 유체의 평균유속을 더욱더 정확하게 산출할 수 있다. 특히, 도 6에 도시된 바와 같이, 두 개의 진행경로(g,i)가 서로 대칭을 이루고 있으므로, 유체의 평균유속을 더욱더 정확하게 산출할 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 변경 은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
예를 들어, 본 실시예의 경우에는 초음파가 유관의 내벽에서 2회 반사된 후 수신되도록 구성하였으나, 도 7에 도시된 바와 같이 초음파가 유관의 내벽에서 3회 반사된 후 수신되도록 구성하거나, 또는 4회 이상 반사된 후 수신되도록 발명을 구성할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건식 초음파 유속측정장치의 개략적인 단면도이다.
도 2는 초음파의 진행경로를 도 1의 화살표(a) 방향에서 바라본 단면도이다.
도 3은 초음파의 진행결로를 도 1의 화살표(b) 방향에서 바라본 단면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 하우징, 회전케이스 및 웜부재의 분리사시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 건식 초음파 유속측정장치의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 건식 초음파 유속측정장치의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 건식 초음파 유속측정장치에서 초음파의 진행경로를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1...유관 10...하우징
20...초음파 진동자 30...회전케이스
33...치 40...웜부재
41...나사산

Claims (6)

  1. 내부로 유체가 흐르는 유관의 외측면에 상기 유체의 흐름방향으로 서로 이격되게 결합되는 한 쌍의 하우징;
    상기 하우징에 각각 결합되며, 초음파를 발신 및 수신하는 한 쌍의 초음파 진동자; 및
    상기 한 쌍의 초음파 진동자와 전기적으로 연결되며, 상기 한 쌍의 초음파 진동자 중 유체의 흐름방향 상 상류측 초음파 진동자에서 초음파가 발신된 시점부터 이 초음파가 상기 유관을 통과한 후 상기 유관의 내측면에서 2회 이상 반사된 후 상기 유관을 다시 통과하여 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 측정하고, 상기 측정된 제1소요시간과 제2소요시간의 차이를 이용하여 상기 유체의 유속을 측정하는 컨트롤러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 건식 초음파 유속측정장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 초음파 진동자에서 발신된 초음파의 진행방향이 변경되도록 상기 초음파 진동자를 회전시키기 위한 회전유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건식 초 음파 유속측정장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 하우징에는 공간부가 형성되어 있으며,
    상기 회전유닛은,
    상기 초음파 진동자가 결합되며, 상기 하우징의 공간부에 배치되며, 외주면에 복수의 치(齒)가 형성되어 있는 회전케이스와,
    일방향으로 길게 형성되어 상기 하우징에 회전 가능하게 결합되며, 그 회전시 상기 회전케이스가 회전되도록 외주면에 상기 복수의 치와 맞물리는 나사산이 형성되어 있는 웜부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 건식 초음파 유속측정장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 회전케이스에는 상기 초음파 진동자가 배치되는 홈부와, 외주면을 따라 외측 방향으로 돌출되며 상기 하우징의 내주면에 밀착되는 돌출부가 형성되어 있으며,
    상기 하우징에는 상기 웜부재가 삽입되는 관통공이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 건식 초음파 유속측정장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 각 하우징으로부터 상기 유관의 둘레방향으로 이격되도록 상기 유관의 외측면에 결합되는 한 쌍의 보조하우징; 및
    상기 보조하우징에 각각 결합되며, 초음파를 발신 및 수신하는 한 쌍의 초음파 센서;를 더 포함하며,
    상기 컨트롤러는 상기 한 쌍의 초음파 센서와 전기적으로 연결되며, 상기 한 쌍의 초음파 센서 중 유체의 흐름방향 상 상류측 초음파 센서에서 초음파가 발신된 시점부터 이 초음파가 상기 유관을 통과한 후 상기 유관의 내측면에서 2회 이상 반사된 후 상기 유관을 다시 통과하여 하류측 초음파 센서에서 수신되는 시점까지 소요되는 제3소요시간과, 상기 하류측 초음파 센서에서 초음파가 발신된 시점부터 이 초음파가 상기 상류측 초음파 센서에서 발신된 초음파의 진행경로와 동일한 경로를 지나 상기 상류측 초음파 센서에서 수신되는 시점까지 소요되는 제4소요시간을 측정하고, 상기 측정된 제3소요시간과 제4소요시간의 차이를 이용하여 상기 유체의 유속을 측정하는 것을 특징으로 하는 건식 초음파 유속측정장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 하우징에 각각 결합되어 상호간에 초음파를 발신 및 수신하되, 이 초음파의 진행경로가 상기 한 쌍의 초음파 진동자 사이에서 발신 및 수신되는 초음파의 진행경로와 대칭을 이루도록 초음파를 발신 및 수신하는 한 쌍의 초음파 센서;를 더 포함하며,
    상기 컨트롤러는 상기 한 쌍의 초음파 센서와 전기적으로 연결되며, 상기 한 쌍의 초음파 센서 중 유체의 흐름방향 상 상류측 초음파 센서에서 초음파가 발신된 시점부터 이 초음파가 상기 유관을 통과한 후 상기 유관의 내측면에서 2회 이상 반사된 후 상기 유관을 다시 통과하여 하류측 초음파 센서에서 수신되는 시점까지 소요되는 제3소요시간과, 상기 하류측 초음파 센서에서 초음파가 발신된 시점부터 이 초음파가 상기 상류측 초음파 센서에서 발신된 초음파의 진행경로와 동일한 경로를 지나 상기 상류측 초음파 센서에서 수신되는 시점까지 소요되는 제4소요시간을 측정하고, 상기 측정된 제3소요시간과 제4소요시간의 차이를 이용하여 상기 유체의 유속을 측정하는 것을 특징으로 하는 건식 초음파 유속측정장치.
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CN107064552B (zh) * 2017-04-10 2020-04-14 中国科学院合肥物质科学研究院 一种超声多普勒测速装置
CN107632167B (zh) * 2017-08-21 2019-12-06 天津大学 基于超声脉冲多普勒与电学多传感器的两相流流速测量方法
JP7383256B2 (ja) * 2019-09-18 2023-11-20 善胤 田村 網状超音波による流体の挙動測定法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006308439A (ja) * 2005-04-28 2006-11-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd 流体の流れ計測装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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