KR101146518B1 - A Clamp-on type Multipath Ultrasonic Flowsensor and Installation Method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 외장형 다회선 초음파 유량센서에 관한 것이다. The present invention relates to an external multi-line ultrasonic flow sensor.
본 발명은 원형 파이프의 중심을 통과하는 초음파를 이용하여 상기 원형 파이프 내를 흐르는 유체의 양을 측정하는 중심 송신센서와 중심 수신센서; 상기 원형 파이프의 중심에서 벗어나는 경로를 가진 초음파를 이용하여 상기 원형 파이프 내를 흐르는 유체의 양을 측정하는 보조 송신센서와 보조 수신센서; 상기 중심 및 보조 송신센서와 수신센서들을 상기 파이프의 외벽에 부착시키도록 상기 파이프에 착탈가능하게 장착되는 지그와 스트랩을 구비하는 고정장치;를 포함하는 외장형 다회선 초음파 유량센서를 제공한다.The present invention includes a center transmission sensor and a center reception sensor for measuring the amount of fluid flowing in the circular pipe using ultrasonic waves passing through the center of the circular pipe; An auxiliary transmitting sensor and an auxiliary receiving sensor measuring an amount of fluid flowing in the circular pipe by using ultrasonic waves having a path deviating from the center of the circular pipe; And a fixing device having a jig and a strap detachably mounted to the pipe to attach the center and auxiliary transmitting sensors and the receiving sensors to the outer wall of the pipe.
본 발명에 의하면 원형 파이프 내에 흐르는 유체의 양을 다회선을 이용해서 보다 정확하게 측정하고, 원형 파이프 외벽에 견고하게 부착할 수 있다.According to the present invention, the amount of fluid flowing in the circular pipe can be more accurately measured using multiple lines, and can be firmly attached to the outer wall of the circular pipe.
초음파 유량센서, 클램프형, 원형 파이프, 스트랩 Ultrasonic Flow Sensors, Clamp Type, Round Pipe, Straps
Description
본 발명은 외장형 다회선 초음파 유량센서에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 원형 파이프 내에 흐르는 유체의 양을 다회선을 이용해서 보다 정확하게 측정하고, 원형 파이프 외벽에 견고하게 부착할 수 있는 외장형 다회선 초음파 유량센서 및 그 설치방법에 관한 것이다.The present invention relates to an external multi-line ultrasonic flow rate sensor, and more particularly, an external multi-line ultrasonic flow rate which can more accurately measure the amount of fluid flowing in a circular pipe using multiple lines and can be firmly attached to the outer wall of the circular pipe. It relates to a sensor and its installation method.
초음파란 '사람이 들을 수 없는 주파수대의 소리'로 일반적으로 정의되며 기체, 액체는 물론이고 고체 중에서 잘 전파되는 특성을 가지고 있다. 초음파에 대한 과학적 연구는 제1차 세계대전 말에 프랑스의 물리학자 P.랑주뱅이 잠수함을 탐지하는데 초음파를 사용하려 한 것이 처음이었다. Ultrasonics is generally defined as 'sounds invisible to human beings' and has the property of propagating well in solids as well as gases and liquids. The first scientific study of ultrasound was at the end of World War I, when French physicist P. Lange-Binin attempted to use ultrasound to detect submarines.
초음파는 본질적으로는 가청범위의 음파와 성질이 같으나, 주파수가 높고 파장이 짧기 때문에 상당히 강한 진동이 생기므로 일반적인 음파에서는 볼 수 없는 성질을 가지고 있다. 초음파는 진로가 방향성을 가지는 짧은 펄스(Pulse)인데, 박쥐는 초음파를 이용해서 어두운 밤에 가느다란 물체까지 식별할 수 있다. 이러한 초음파의 특성을 이용하여 유량을 측정하는 것이 초음파 유량계이다. Ultrasonic waves are essentially the same as sound waves in the audible range, but because of their high frequencies and short wavelengths, they generate quite strong vibrations, which are not seen in normal sound waves. Ultrasound is a short pulse whose path is directional, and bats can use ultrasound to identify objects that are thin at night. An ultrasonic flowmeter is used for measuring the flow rate using the characteristics of such ultrasonic waves.
한편, 초음파를 이용한 유량계는 도 1(a)에 도시된 침습형 초음파 유량센서와 도 2(b)에 도시된 외벽부착식(clamp-on type) 초음파 유량센서의 두 가지로 나눌 수 있다.On the other hand, the flow meter using the ultrasonic wave can be divided into two types: the invasive ultrasonic flow sensor shown in Figure 1 (a) and the clamp-on type ultrasonic flow sensor shown in Figure 2 (b).
침습형 초음파 유량센서는 유체와 직접 접하여 초음파를 송신 또는 수신한다. 트랜스 듀서와 유체사이에 관 벽이나 다른 소재가 없어야 하기 때문에 관 벽에 구멍을 내어야하는 설치의 어려움이 있고, 부식성 유체의 유량측정이 불가능한 문제점이 있다.Invasive ultrasonic flow sensor is in direct contact with the fluid to transmit or receive ultrasonic waves. Since there should be no pipe wall or other material between the transducer and the fluid, there is a difficulty in installing a hole in the pipe wall and there is a problem in that the flow rate of the corrosive fluid cannot be measured.
반면에 외벽부착식 초음파 유량센서는 관벽에 손쉽게 설치하여 유량을 측정할 수 있다는 장점이 있으나, 측정오차가 2 % 이상이고, 측정하고자 하는 전단에 곡관, 밸브 등 유동의 장애요인이 있으면 10 % 까지 오차가 발생할 수 있다. 따라서, 누수여부를 확정할 수 있을 정도의 정확한 측정에 사용하기에는 부적절하다는 문제가 있다.On the other hand, the external wall type ultrasonic flow sensor has the advantage that it can be easily installed on the pipe wall to measure the flow rate. Errors may occur. Therefore, there is a problem that it is inappropriate to use for accurate measurement to the extent that it is possible to determine whether or not leaks.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해소하기 위하여 안출한 것으로, 유량을 정확하게 측정할 수 있고, 손쉽게 설치, 유지 및 관리를 할 수 있도록 하는 데에 목적이 있다. 또한 본 발명은 부식성 유체, 고온 또는 저온 유체의 유량을 측정할 수 있는 다회선 외벽부착식 초음파 유량센서를 제공하는데에 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention is to be able to accurately measure the flow rate, and to be easy to install, maintain and manage. In addition, an object of the present invention is to provide a multi-line outer wall type ultrasonic flow rate sensor that can measure the flow rate of corrosive fluid, high temperature or low temperature fluid.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 원형 파이프의 중심을 통과하는 초음파를 이용하여 상기 원형 파이프 내를 흐르는 유체의 양을 측정하는 중심 송신센서와 중심 수신센서; 상기 원형 파이프의 중심에서 벗어나는 경로를 가진 초음파를 이용하여 상기 원형 파이프 내를 흐르는 유체의 양을 측정하는 보조 송신센서와 보조 수신센서; 상기 중심 및 보조 송신센서와 수신센서들을 상기 파이프의 외벽에 부착시키도록 상기 파이프에 착탈가능하게 장착되는 지그와 스트랩을 구비하는 고정장치;를 포함하는 외장형 다회선 초음파 유량센서를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention comprises a center transmitting sensor and the center receiving sensor for measuring the amount of fluid flowing in the circular pipe using the ultrasonic wave passing through the center of the circular pipe; An auxiliary transmitting sensor and an auxiliary receiving sensor measuring an amount of fluid flowing in the circular pipe by using ultrasonic waves having a path deviating from the center of the circular pipe; And a fixing device having a jig and a strap detachably mounted to the pipe to attach the center and auxiliary transmitting sensors and the receiving sensors to the outer wall of the pipe.
상기 센서들은 복수 개로 마련되며 상기 보조 송신센서 및 이에 대응되는 상기 보조 수신센서는, 상기 원형 파이프의 단면을 기준으로 반원의 범위 내에 장착될 수 있다.The sensor may be provided in plurality, and the auxiliary transmission sensor and the auxiliary reception sensor corresponding thereto may be mounted within a range of a semicircle based on the cross section of the circular pipe.
상기 복수 개의 보조 송신센서는 상기 중심 송신센서를 기준으로 각각 대칭되도록 장착될 수 있다.The plurality of auxiliary transmission sensors may be mounted to be symmetrical with respect to the center transmission sensor.
상기 보조 송신센서 및 상기 보조 수신센서는 상기 원형 파이프에 접하는 접 촉면이 바닥면에 대해 기울어지게 가공된 웨지; 및 상기 웨지에 설치되는 압전 진동자;를 포함한다.The auxiliary transmitting sensor and the auxiliary receiving sensor are wedges in which the contact surface in contact with the circular pipe is inclined with respect to the bottom surface; And a piezoelectric vibrator installed in the wedge.
상기 고정장치의 지그에는 상기 각각의 센서가 착탈가능하게 장착되도록 상기 센서를 수용하는 수용홈과, 상기 스트랩이 외표면에 안착되도록 하는 스트랩 지지홈이 형성될 수 있다.The jig of the fixing device may be provided with a receiving groove for receiving the sensor so that each sensor is detachably mounted, and a strap support groove for allowing the strap to be seated on the outer surface.
상기 스트랩은 상기 파이프에 부착된 다수의 지그들을 가압하도록 상기 파이프의 외주면을 감쌀 수 있다.The strap may wrap around the outer circumferential surface of the pipe to urge a plurality of jigs attached to the pipe.
상기 고정장치는 상기 파이프와 지그에 장착된 스트랩을 고정하는 스트랩 고정부를 더 포함할 수 있다.The fixing device may further include a strap fixing part for fixing the strap mounted on the pipe and the jig.
한편, 본 발명은 원형 파이프의 중심을 통과하는 초음파를 이용하여 상기 원형 파이프 내를 흐르는 유체의 양을 측정하는 중심 송신센서와 중심 수신센서; 상기 원형 파이프의 중심에서 벗어나는 경로를 가진 초음파를 이용하여 상기 원형 파이프 내를 흐르는 유체의 양을 측정하는 보조 송신센서와 보조 수신센서; 상기 중심 및 보조 송신센서와 수신센서들을 감싸는 스트랩;을 포함하며, 상기 중심 및 보조 송신센서와 수신센서들을 상기 파이프의 외벽에 부착시키도록 상기 센서들에는 상기 스트랩이 안착되는 스트랩 지지홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 외장형 다회선 초음파 유량센서를 포함한다.On the other hand, the present invention comprises a center transmitting sensor and the center receiving sensor for measuring the amount of fluid flowing in the circular pipe using the ultrasonic wave passing through the center of the circular pipe; An auxiliary transmitting sensor and an auxiliary receiving sensor measuring an amount of fluid flowing in the circular pipe by using ultrasonic waves having a path deviating from the center of the circular pipe; Straps surrounding the center and the auxiliary transmission sensor and the reception sensor; includes, the strap support groove is formed in the sensor to attach the center and the auxiliary transmission sensor and the reception sensor to the outer wall of the pipe It includes an external multi-line ultrasonic flow rate sensor, characterized in that.
한편, 본 발명은 원형 파이프의 중심을 통과하는 초음파를 이용하여 상기 원형 파이프 내를 흐르는 유체의 양을 측정하는 중심 송신센서와 중심 수신센서와, 상기 원형 파이프의 중심에서 벗어나는 경로를 가진 초음파를 이용하여 상기 원형 파이프 내를 흐르는 유체의 양을 측정하는 보조 송신센서와 보조 수신센서를 포함하는 외장형 다회선 초음파 유량센서에 있어서, 상기 중심 및 보조 송신센서와 수신센서들은 상기 파이프에 착탈가능하게 장착되는 지그와 스트랩을 구비하는 고정장치를 통해 복수 개가 상기 파이프의 외벽에 부착되는 것을 특징으로 하는 외장형 다회선 초음파 유량센서의 설치방법을 포함한다.On the other hand, the present invention uses a center transmitting sensor and a center receiving sensor for measuring the amount of fluid flowing in the circular pipe by using the ultrasonic wave passing through the center of the circular pipe, using an ultrasonic wave having a path deviating from the center of the circular pipe In the external multi-line ultrasonic flow rate sensor including an auxiliary transmitting sensor and an auxiliary receiving sensor for measuring the amount of fluid flowing in the circular pipe, the center and the auxiliary transmitting sensor and the receiving sensor is detachably mounted to the pipe It includes a method of installing an external multi-line ultrasonic flow rate sensor, characterized in that a plurality is attached to the outer wall of the pipe through a fixing device having a jig and a strap.
상기 지그는 상기 각각의 센서가 착탈가능하게 장착되도록 상기 센서를 수용하고, 상기 스트랩은 상기 파이프에 부착된 다수의 지그들을 가압하도록 상기 파이프의 외주면을 감쌀 수 있다.The jig accommodates the sensor so that each sensor is detachably mounted, and the strap may wrap around the outer circumferential surface of the pipe to press a plurality of jigs attached to the pipe.
본 발명의 외장형 다회선 초음파 유량센서 및 그 설치 방법에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.According to the external multi-line ultrasonic flow sensor and the installation method of the present invention has the following effects.
첫째, 다회선을 이용해서 파이프 내의 유체의 양을 보다 정확하게 측정하여, 누수여부를 확정할 수 있을 정도의 정확한 측정을 할 수 있다. 특히, 파이프 내에 유동에 와류 등의 유동교란이 형성된 경우에도 정밀하게 유량을 측정할 수 있다.First, it is possible to measure the amount of fluid in the pipe more accurately by using the multi-line, so that the accurate measurement that can determine whether or not leaks. In particular, even when a flow disturbance such as vortex is formed in the flow in the pipe, the flow rate can be accurately measured.
둘째, 유체에 직접 접촉하는 방식으로 설치될 필요가 없기 때문에 부식성 유체, 고온 또는 저온의 유체의 유량을 측정할 수 있으며, 초음파 유량센서의 설치가 용이하다. 즉, 파이프의 벽에 일시적으로 부착하여 사용할 수도 있고, 영구적으로 부착해놓을 수도 있다. 따라서, 사용 중 점검이나 수리가 용이하다.Second, since it does not need to be installed in a direct contact with the fluid, it is possible to measure the flow rate of the corrosive fluid, high temperature or low temperature fluid, it is easy to install the ultrasonic flow sensor. That is, it may be temporarily attached to the wall of the pipe or may be permanently attached. Therefore, it is easy to inspect or repair during use.
셋째, 합리적인 유수율 관리 및 신속한 누수지역을 탐지 할 수 있고, 설치 시 공간적 제약을 최소화 할 수 있으며, 대구경 원형 파이프에도 손쉽게 설치가 가 능하다. Third, reasonable flow rate management and rapid leak area detection can be detected, space constraints can be minimized during installation, and large diameter round pipes can be easily installed.
넷째, 중심 및 보조 송신센서와 수신센서들이 고정장치를 통해 파이프에 착탈가능하게 장착될 수 있기 때문에 설치 구조가 보다 간편해지고 여러 개의 센서들을 한꺼번에 견고하게 고정할 수 있게 된다.Fourth, since the center and the auxiliary transmitting sensor and the receiving sensor can be detachably mounted on the pipe through the fixing device, the installation structure becomes simpler and it is possible to firmly fix several sensors at once.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention that can specifically realize the above object will be described.
도 2(a)의 단선 방식은 종래 기술에서 사용되던 방식이다. 그러나 본 발명에서는 중심 송신센서와 중심 수신센서 이외에도 별도로 보조 송신센서와 보조 수신센서를 구비하여 도 2(b)의 다회선 방식을 사용한다. 즉, 초음파가 단회선이 아니라 다회선으로 전송되고 수신된다. 이러한 다회선 방식은 파이프 내부를 흐르는 유체에 대해 단선방식에 비해서 다양한 수치를 계측할 수 있어 유량 측정의 정확도를 높일 수 있다. 예를 들어, 도 2(b)에 도시된 바와 같이 3회선을 사용하는 경우 각각의 회선에서 계측된 값으로 계산된 파이프 내의 유량 추정치를 평균을 내는 등의 다양한 계산 처리를 통해서 보다 정확한 유량을 측정할 수 있다. 이때, 'C'는 원형 파이프의 중심을 의미한다.The disconnection method of FIG. 2A is a method used in the prior art. However, in the present invention, in addition to the center transmission sensor and the center reception sensor, the auxiliary transmission sensor and the auxiliary reception sensor are provided separately, and the multi-line method of FIG. 2 (b) is used. That is, ultrasonic waves are transmitted and received in multiple lines rather than in single lines. This multi-line method can measure a variety of values for the fluid flowing in the pipe compared to the disconnection method can improve the accuracy of the flow measurement. For example, when using three lines as shown in FIG. 2 (b), more accurate flow rate is measured through various calculation processes such as averaging the flow rate estimate in the pipe calculated from the measured value on each line. can do. In this case, 'C' means the center of the circular pipe.
다회선이라 함은 단선과 달리 복수 개의 회선을 의미하는 것이 가능하고, 특히 Top-Middle-Bottom 3 path(TMB 3회선)을 포함하는 것이 가능하다.Unlike a single line, a multi-line may mean a plurality of lines, and in particular, may include a Top-Middle-Bottom 3 path (TMB 3 lines).
한편, 다회선을 사용하는 경우에 파이프 내부를 통과하는 유체의 프로파일을 보다 정확하게 계측할 수 있다. 파이프 내부를 통과하는 유체는 파이프의 중심에서 내측면으로 갈수록 저항 등의 다양한 요인에 의해서 속도가 변화하기 때문에 다회선의 경우에는 단회선에 비해서 유체에 대해서 보다 많은 정보를 획득할 수 있다.On the other hand, when using multiple lines, the profile of the fluid passing through the inside of the pipe can be measured more accurately. Since the fluid passing through the inside of the pipe changes in speed due to various factors such as resistance from the center of the pipe to the inner side, more information about the fluid can be obtained than in the case of the multi-line.
도 3은 본 발명에 따른 다회선 외벽부착식 초음파 센서가 원형 파이프에 설치된 상태를 도시한 사시도이다. 다만, 도 3에서는 설명의 편의상 송신센서만을 도시하고, 이에 대응되는 수신센서는 도시하지 않았으나, 송신센서와 수신센서는 구성이 대부분 동일하고, 설치방식도 동일하여 설명의 편의상 생략한다. 또한, 본 실시예에서는 보조 센서를 두 개만 도시하였으나, 유량 측정의 정확성을 높이기 위해 세 개 이상을 설치하는 것도 가능하다. 3 is a perspective view showing a state in which a multi-line outer wall type ultrasonic sensor according to the present invention is installed in a circular pipe. In FIG. 3, only the transmitting sensor is illustrated for convenience of description, and the corresponding receiving sensor is not illustrated. However, the transmitting sensor and the receiving sensor are mostly the same in configuration, and the installation method is also the same, and thus the description thereof will be omitted. In addition, in the present embodiment, only two auxiliary sensors are shown, but three or more may be installed to increase the accuracy of the flow measurement.
나아가, 본 발명에서는 송신센서와 수신센서라고 표현하였으나, 송신센서와 수신센서가 각각 송수신 기능이 모두 이루어질 수 있는 쌍방향센서인 것이 가능하다. 이러한 경우에도 본 발명에서 설명되는 방식과 동일하게 장착되어, 작용한다.In addition, although the present invention is expressed as a transmitting sensor and a receiving sensor, it is possible that each of the transmitting sensor and the receiving sensor can be a bidirectional sensor capable of both transmitting and receiving functions. Even in this case, it is mounted and functions in the same manner as described in the present invention.
이하, 도 3을 참조해서 설명한다.A description with reference to FIG. 3 is as follows.
본 발명에 따른 다회선 외벽부착식 초음파 유량센서는 원형 파이프(10)의 중심을 통과하는 초음파를 이용하여 상기 원형 파이프(10) 내를 흐르는 유체의 양을 측정하는 중심 송신센서(20)와 중심 수신센서(120)를 포함한다. The multi-line external wall type ultrasonic flow rate sensor according to the present invention is a
또한, 본 발명은 상기 원형 파이프(10)의 중심에서 벗어나는 경로를 가진 초음파를 이용하여 상기 원형 파이프(10) 내를 흐르는 유체의 양을 측정하는 보조 송신센서(30,40)와 보조 수신센서(130,140)를 구비한다.In addition, the present invention, the
특히, 상기 보조 송신센서(30,40)는 제1보조 송신센서(30) 및 제2보조 송신센서를 포함하고, 상기 보조 수신센서(130,140)는 제1보조 수신센서(130) 및 제2보 조 수신센서(140)를 포함한다. 다만, 상기 보조 수신센서(130,140)는 도 5에 도시된다.In particular, the
즉, 본 발명은 상기 보조 송신센서(30,40) 및 상기 보조 수신센서(130,140)는 각각 복수 개 구비되어, 상기 중심 송신센서(20)와 상기 중심 수신센서(120)와는 다른 경로를 이용한 추가적인 유량센서가 구비된다.That is, in the present invention, a plurality of
도 4는 본 발명에 따른 중심 송신센서를 도시한 분해사시도이다. 한편, 중심 수신센서도 중심 송신센서와 동일한 형상으로 이루어지므로 자세한 설명을 생략한다. 이하, 도 4를 참조해서 설명한다.4 is an exploded perspective view showing a center transmission sensor according to the present invention. On the other hand, since the center receiving sensor also has the same shape as the center transmitting sensor, a detailed description thereof will be omitted. A description with reference to FIG. 4 is as follows.
본 발명에 따른 중심 송신센서(20)는 베이스(22)에 압전 진동자(24)가 설치되고, 상기 압전 진동자(24)에는 BNC커넥터 연결부(26)가 장착된다. 그리고, 상기 BNC커넥터 연결부(26)에는 BNC커넥터(28)이 장착되는 구조로 이루어진다. In the
이때, 상기 베이스(22)는 쐐기 모양으로 이루어지고, 플라스틱 재질로 이루어지는 것이 가능하다. 특히, 상기 베이스(22)는 Engineering Plastic PEEK-1000 (PolyEtherEtherKetone)로 이루어지는 것이 가능하다. 상기 베이스(22)는 바닥면이 평평한 평면으로 이루어지고, 평평한 바닥면이 상기 원형 파이프(10)에 접촉된다.At this time, the
한편, 상기 압전 진동자(24)는 종파(두께방향 진동)를 발생하는 원형의 압전 세라믹 진동자를 포함하고, 1 MHz이며 종파형인 것이 가능하다.On the other hand, the
도 5는 도 3의 단면도이며, 초음파가 통과하는 경로가 굵은 실선으로 도시된다. 이하, 도 5를 참조해서 설명한다.FIG. 5 is a cross-sectional view of FIG. 3, in which a path through which ultrasonic waves pass is shown by a thick solid line. A description with reference to FIG. 5 is as follows.
초음파 유량센서가 관의 외벽에 3회선으로 설치되었을 때 즉, 보조 송신센서 가 두 개 설치되는 경우에는 도5에 도시된 바와 같이 초음파가 전파된다.When the ultrasonic flow rate sensor is installed in three lines on the outer wall of the pipe, that is, when two auxiliary transmitting sensors are installed, the ultrasonic wave is propagated as shown in FIG.
본 발명에서 상기 보조 송신센서(30,40)에서 발생된 초음파는 상기 중심 송신센서(20)에서 발생된 초음파에 평행하게 이동한다. 다시 말해서, 상기 제1보조 송신센서(30)에서 송신되어 상기 제1보조 수신센서(130)에서 수신되는 초음파의 경로와, 상기 중심 송신센서(20)에서 송신되어 상기 중심 수신센서(120)에서 수신되는 초음파의 경로는 서로 평행하다. 이러한 특징은 상기 제2보조 송신센서(40)에서도 동일한다. In the present invention, the ultrasonic waves generated by the
특히, 상기 중심 송신센서(20)에서 송신된 초음파는 상기 제1보조 송신센서(30)에서 송신된 초음파 및 상기 제2보조 송신센서(40)에서 송신된 초음파와 서로 교차하지 않는다. In particular, the ultrasonic waves transmitted from the
본 발명에서 상기 보조 송신센서(30,40) 및 이에 대응되는 상기 보조 수신센서(130,140)는 상기 원형 파이프(10)의 단면을 기준으로 반원의 범위 내에 장착된다. 다시 말해서, 상기 제1보조 송신센서(30)와 상기 제1보조 수신센서(130)는 상기 중심 송신센서(20)와 상기 중심 수신센서(120)를 잇는 선에 의해서 분할되는 반원 상에 위치한다. 이러한 특징은 상기 제2보조 송신센서(40) 및 상기 제2보조 수신센서(130)에서도 동일하다. In the present invention, the auxiliary transmission sensor (30, 40) and the corresponding auxiliary receiving sensor (130, 140) is mounted in the range of a semi-circle based on the cross section of the circular pipe (10). In other words, the first
본 발명에서, 상기 복수 개의 보조 송신센서(30,40)는 상기 중심 송신센서(20)를 기준으로 각각 대칭되도록 장착된다. 다시 말해서, 상기 제1보조 송신센서(30)와 상기 제2보조 송신센서(40)는 상기 중심 송신센서(20)를 기준으로 서로 대칭하는 위치에 장착되는 것이 가능하다.In the present invention, the plurality of
도 6은 도 5에서 웨지 입사각을 설명하기 위한 개념도이다. 이하, 제1보조 송신센서가 장착되는 위치를 중심으로 웨지 입사각을 산출하는 방법에 대해서 설명한다.FIG. 6 is a conceptual diagram for describing a wedge incident angle in FIG. 5. Hereinafter, a method of calculating the wedge incident angle centering on the position where the first auxiliary transmission sensor is mounted will be described.
관의 바깥 지름을 d라 하고, 관의 두께를 t라 하자. 중심으로부터 반지름의 1/2 거리 ( = 30°) 이내에서, 파동의 굴절 투과가 가능한 위치를 선정한다. 즉, 제1보조 송신센서(30)가 장착될 위치를 선정한다.Let d be the outer diameter of the tube and t be the thickness of the tube. 1/2 distance of the radius from the center ( = 30 °), select the position where the wave can be transmitted through refraction. That is, the position where the first
그리고, 스넬(Snell)의 법칙을 이용하여, 유체 쪽 굴절각 로부터 관 벽 안쪽 입사각( )를 산출한다. 즉, , ( : 유체에서 파동 전파속도, : 관 벽에서 파동 전파 속도)를 이용한다.Then, using Snell's law, the incidence angle inside the tube wall ) Is calculated. In other words, , ( = Wave propagation velocity in a fluid, : Wave propagation velocity in the pipe wall.
이어서, 삼각형의 sine공식을 이용하여, 관 벽 바깥쪽 굴절각( )를 산출한다. 즉, 을 이용한다.Then, using the triangular sine formula, the angle of refraction outside the tube wall ( ) Is calculated. In other words, .
이때, 관 벽 바깥쪽 투과지점 위치에 해당되는 각( )를 삼각함수 공식에 의해서 산출할 수 있다. 를 이용하면 상기 제1보조 송신센서(30)와 상기 제1보조 수신센서(130)를 견고하게 고정할 수 있다.At this time, the angle corresponding to the position of the transmission point outside the pipe wall ( ) Can be calculated by the trigonometric formula. By using the first
스넬의 법칙을 이용하여, 관 벽 바깥쪽 굴절각()로부터 웨지 입사각 ()을 산출한다. (: 웨지에서 파동 전파속도)에 의해서 산출할 수 있다.Using Snell's law, the angle of refraction outside the tube wall Wedge incidence angle from ) Is calculated. ( It can be calculated from the wave propagation speed in the wedge).
이렇게 산출한 상기 웨지 입사각()에 따라 웨지의 접촉면이 경사지도록 가공하는 것이 가능하다.The wedge incident angle thus calculated ( It is possible to process so that the contact surface of the wedge is inclined.
상술한 바와 같이 상기 웨지 입사각()은 상기 원형 파이프의 종류 및 상기 원형 파이프 내부를 흐르는 유체의 종류 중 적어도 어느 하나에 따라 달라지는 것을 알 수 있다.As described above, the wedge incident angle ( ) May vary depending on at least one of the type of the circular pipe and the type of fluid flowing in the circular pipe.
예를 들어, 앞에서 설명한 관의 바깥 지름을 d=114.3 mm 라 하고, 관의 두께를 t= 2.9 mm 라 하자. 관 내의 유체가 물, 관의 재질이 스텐레스강(STS 304), 유량센서 웨지 재질이 플라스틱(PEEK 1000) 일 때에 앞에 식에 대입해 계산한다.For example, let us say that the outer diameter of the tube described earlier is d = 114.3 mm and the thickness of the tube is t = 2.9 mm. When the fluid in the pipe is water, the material is stainless steel (STS 304), and the flow sensor wedge is plastic (PEEK 1000), it is calculated using the equation above.
그러면, = 27°이고, = 1500 m/s,=3281.3 m/s임을 알 수 있다. then, = 27 °, = 1500 m / s, It can be seen that = 3281.3 m / s.
이고, 이다. ego, to be.
또한, 이고, 이므로, 로 계산된다.Also, ego, Because of, .
따라서, 로 계산된다. therefore, .
한편, 상기 유체쪽 굴절각()은 30°이하인 것이 바람직하다. 왜냐하면, 스넬의 법칙을 이용하여 웨지를 통하여 입사하는 각도를 계산하였을 때, 원형 파이프의 중심에서 이루는 각도가 30°를 넘어가게 되면 초음파가 관 벽에서 유체로 투과할 수 없기 때문이다. Meanwhile, the fluid side deflection angle ( ) Is preferably 30 ° or less. This is because when the angle of incidence through the wedge is calculated using Snell's law, the ultrasonic wave cannot penetrate into the fluid in the tube wall if the angle formed at the center of the circular pipe exceeds 30 °.
도 7은 본 발명에 따른 보조 송신센서를 도시한 분해사시도이다. 특히, 도 7은 제1보조 송신센서만을 도시한 것으로 제1보조 수신센서, 제2보조 송신센서 및 제2보조 수신센서와 동일한 유사한 형상으로 이루어진다. 이하, 도 7을 참조해서 설명한다.7 is an exploded perspective view showing an auxiliary transmission sensor according to the present invention. In particular, FIG. 7 shows only the first auxiliary transmitting sensor and has the same shape as that of the first auxiliary receiving sensor, the second auxiliary transmitting sensor, and the second auxiliary receiving sensor. A description with reference to FIG. 7 is as follows.
본 발명에 따른 제1보조 송신센서(30)는 웨지(32)에 압전 진동자(34)가 설치되고, 상기 압전 진동자(34)에는 BNC커넥터 연결부(36)가 장착된다. 그리고, 상기 BNC커넥터 연결부(36)에는 BNC커넥터(38)이 장착되는 구조로 이루어진다. In the first
상기 제1보조 송신센서(30)는 상기 웨지(32)만이 상기 중심 송신센서(20)와 차이를 가지므로, 차이점을 중심으로 설명한다.Since only the
상기 웨지(32)는 대략 쐐기 모양으로 이루어지고, 플라스틱 재질로 이루어지는 것이 가능하다. 상기 웨지(22)는 Engineering Plastic PEEK-1000 (PolyEtherEtherKetone)로 이루어지는 것이 가능하다.The
특히, 상기 웨지(32)는 상기 원형 파이프(10)에 접하는 접촉면(32b)이 바닥면(32a)에 대해 기울어지게 가공된다. 상기 베이스(22)와는 달리 상기 바닥면(32a)이 아닌 상기 접촉면(32b)에서 상기 원형 파이프(10)에 접촉되어 고정된다. 상기 압전 진동자(34)에서 발생된 초음파는 상기 바닥면(32a)이 아닌 상기 접촉면(32b)을 통해서 상기 원형 파이프(10)에 전달되기 때문이다.In particular, the
이때, 상기 접촉면(32b)의 상기 바닥면(32a)에 대한 경사각은 상기 웨지로부터 상기 원형 파이프에 초음파가 입사되는 웨지 입사각()과 동일한 것이 바람직하다. 이에 대해서는 도 8을 참조해서 설명한다.At this time, the inclination angle of the
한편, 보조 유량센서를 원형 파이프에 견고하게 장착하고, 초음파가 일정한 각도로 원형 파이프에 입사하도록 하기 위해 상기 웨지(32)의 일측에 고정용 지그 구멍(미도시)를 형성하는 것도 가능하다.On the other hand, it is also possible to firmly mount the auxiliary flow sensor to the circular pipe, and to form a fixing jig hole (not shown) on one side of the
도 8은 도 7의 경사각을 설명하기 위한 개념도이다. 이하, 도 8을 참조해서 설명한다.FIG. 8 is a conceptual view illustrating the inclination angle of FIG. 7. A description with reference to FIG. 8 is as follows.
중심에서 이어진 선(①)과 원형 파이프의 접선은 수직이므로, 웨지 입사각()에 맞닿아 있는 각은 90°-가 됨을 알 수 있다. 웨지에서 발생하는 초음파의 경로와 평행한 선(②)을 보조선으로 생성하면, 초음파의 경로와 평행한 선(②)에 의해서 형성되는 각은 90°-가 된다. 따라서, 웨지의 바닥면과 중심에서 이어지는 선(①)은 서로 수직을 이루므로, 접촉면의 경사각은 웨지 입사각()과 동일함을 확인할 수 있다.Since the tangent line (①) from the center and the tangent of the circular pipe are vertical, the wedge incident angle ( Angle of contact is 90 °- It can be seen that. If a line (②) parallel to the path of the ultrasonic wave generated in the wedge is generated as an auxiliary line, the angle formed by the line (②) parallel to the path of the ultrasonic wave is 90 °- Becomes Therefore, the bottom surface of the wedge and the line (①) extending from the center are perpendicular to each other, so that the inclination angle of the contact surface is the wedge incident angle ( You can see the same as).
한편, 본 발명은 전술한 특징을 갖는 중심 및 보조 송신센서와 수신센서들을 파이프(10)의 외벽에 견고하고 간편하게 부착될 수 있도록 고정장치(200)를 더 포함하여 이루어진다.On the other hand, the present invention further comprises a
도 9는 본 발명의 고정장치가 파이프에 장착된 상태의 정면도이고, 도 10은 평면도이며, 도 11은 측면도이고, 도 12는 지그의 사시도이다.9 is a front view of the fixing device of the present invention mounted on a pipe, FIG. 10 is a plan view, FIG. 11 is a side view, and FIG. 12 is a perspective view of a jig.
상기 고정장치(200)는 보다 상세하게는 파이프(10)에 외벽에 착탈가능하게 장착되는 지그(300)와, 상기 지그(300)를 파이프(10)에 고정시키는 스트랩(400)과, 상기 스트랩(400)을 고정시키는 스트랩 고정부(500)를 구비한다.In more detail, the fixing
여기서 지그(300)는 파이프(10)에 장착할 센서들의 개수만큼 복수 개로 마련되며, 상기 파이프(10)에 부착되는 센서의 형상에 따라 그 형태가 적절하게 변형가능하다.Here, the
본 실시예에서는 설명의 편의와 기술적 사상을 쉽게 이해하기 위해 2개의 센서가 파이프(10)에 설치되도록 하는 2개의 지그(300)와 스트랩(400)을 위주로 고정장치(200)를 도시하였으나 고정장치(200)의 실시형태는 이에 제한되지 않는다. In the present embodiment, in order to easily understand the convenience and technical idea of the description, the fixing
그리고 상기 센서는 구체적으로 도시하지는 않았지만 전술한 중심 및 보조 송신센서, 중심 및 보조 수신센서 모두가 해당할 수 있다. 따라서 이하에서는 지칭하는 '센서'는 전술한 센서들을 포함하는 용어임을 주지하기 바란다.Although not specifically illustrated, the sensor may correspond to the above-described center and auxiliary transmission sensors, center and auxiliary reception sensors. Therefore, it should be noted that the term 'sensor' referred to below is a term including the aforementioned sensors.
상기 지그(300)에는 센서가 착탈가능하게 장착되도록 상기 센서를 수용하는 수용홈(305)과, 상기 스트랩(400)이 외표면에 지지되도록 하는 스트랩 지지홈(310)이 형성된다.The
따라서, 도 10에 도시된 바와 같이 상기 수용홈(305)은 일측이 개구되고 타측에는 센서가 안착되는 안착바(320)가 형성된 형태로 지그(300)에 마련할 수 있다. 그리고 상기 수용홈(305)은 센서의 형상에 따라 수용홈(305)이 형성된 일측엔 전술한 센서의 BNC커넥터(28)의 돌출된 부분이 지지될 수 있도록 반원형으로 지그(300)에 함몰된 커넥터홈(330)을 포함할 수 있다.Accordingly, as shown in FIG. 10, the receiving
상기 스트랩 지지홈(310)은 지그(300)의 외표면에 마련되는데, 본 실시예처럼 지그(300) 외표면의 양측 모서리 영역에 함몰된 형상으로 마련되어 스트랩(400)이 파이프(10)를 감쌀 때 스트랩(400)과 지그(300)와의 이격거리를 줄일 수 있다.The
상기 스트랩 지지홈(310)은 1개의 지그(300)의 네 모서리 영역에서 각각 형성되어 4개로 실시될 수 있으며, 4개의 스트랩 지지홈(310)은 2개의 스트랩(400)에 의해 감싸지면서 지그(300)를 파이프(10)에 고정시킬 수 있다.The
물론, 상기 스트랩 지지홈(310)의 형태는 전술한 실시예에 제한되지 않고 다양하게 실시될 수 있다. 예를 들어 스트랩(400)이 지그(300) 외표면에 전체적으로 안착될 수 있도록 지그(300) 외표면의 가로방향을 따라 길게 형성될 수도 있을 것이며 스트랩(400)과 지그(300)가 일체로 결합된 형태로 실시될 수도 있을 것이다.Of course, the
상기 지그(300)는 파이프(10)의 외주면에 접촉되므로 도 10에 도시된 바와 같이 상기 파이프(10)의 외주면의 형태와 대응되도록 파이프(10)와 접촉되는 부분의 형상이 적절하게 달라지게 실시될 수 있다. Since the
한편, 상기 스트랩(400)은 스틸(steel) 재질로 이루어질 수 있으며, 내측에 다수의 관통홈(410)이 형성된 띠 형상으로 이루어질 수 있다. 예를 들어 상기 스트랩(400)은 두께가 1mm 폭이 1cm~2cm 정도를 가지며 길이는 지그(300)와 파이프(10)를 1회 내지 2회 정도 감쌀 수 있는 적정한 길이로 실시될 수 있다.On the other hand, the
상기 스트랩(400)은 상기 파이프(10)에 부착된 다수의 지그(300)들을 가압하도록 상기 파이프(10)의 외주면을 감싸도록 설치되기 때문에 하나의 스트랩(400)으로 다수의 지그(300)들을 파이프(10)에 한번에 고정할 수 있다. 물론, 상기 스트랩(400)은 2개로 마련되어 지그(300)들의 양측 가장자리 영역을 감싸면서 보다 견고하게 지그(300)들을 고정하도록 실시될 수 있다.Since the
상기 스트랩(400)이 상기 지그(300)들과 파이프(10)를 감싸게 되면 상기 스트랩 고정부(500)를 통해 위치를 고정한다. 상기 스트랩 고정부(500)는 스트랩(400)이 포개지는 가장자리 영역에 스트랩(400)과 별도로 결합되는 고정나사로 실시될 수 있다. 물론, 상기 스트랩 고정부(500)는 용접 또는 별도의 결합수단으로 변형 가능하다.When the
파이프(10)에 상기 지그(300)들이 스트랩(400)에 의해 고정되면 전술한 센서들이 파이프(10)에 고정될 수 있다. 여기서 상기 센서들은 상기 지그(300)에 삽입되면서 스트랩(400)에 의해 지그(300)가 가압되면서 동시에 고정될 수도 있고 상기 지그(300)가 스트랩(400)에 고정된 후에 지그(300)에 삽입되면서 고정될 수 있다.When the
그리고 상기 센서가 지그(300)에 보다 견고하게 고정될 수 있도록 상기 지그(300)에는 외표면을 관통하는 볼트공(340)이 형성되고, 상기 볼트공(340)에 볼트(미도시)가 삽입되어 센서의 일측을 가압할 수 있다.In addition, a
이와 같이 상기 중심 및 보조 송신센서와 수신센서들은 파이프(10)에 착탈가능하게 장착되는 지그(300)와 스트랩(400)을 구비하는 고정장치(200)를 통해 복수 개가 상기 파이프(10)의 외벽에 부착되는 방식으로 외장형 다회선 초음파 유량센서는 설치될 수 있다.As such, the plurality of center and auxiliary transmission sensors and the reception sensors may be detached from the outer wall of the
그리고 상기 지그(300)는 상기 각각의 센서가 착탈가능하게 장착되도록 상기 센서를 수용하고, 상기 스트랩(400)은 상기 파이프(10)에 부착된 다수의 지그(300)들을 가압하도록 상기 파이프(10)의 외주면을 감싸기 때문에 설치 구조가 보다 간편해지고 여러 개의 센서들을 한꺼번에 고정할 수 있게 된다.The
또한 상기 고정장치(200)를 통해 센서가 파이프(10)에 고정될 수 있기 때문에 전술한 바와 같이 센서의 웨지 형상을 간단하게 구성할 수 있으므로 센서를 가공하기 쉬워진다.In addition, since the sensor can be fixed to the
한편, 전술한 지그(300) 대신에 상기 센서에 스트랩(400)이 안착되는 스트랩 지지홈(310)이 형성될 수 있다. 상기 스트랩 지지홈(310)이 형성된 센서는 상술한 지그(300) 없이 바로 스트랩(400)에 의해 감싸지면서 파이프(10)에 고정될 수 있다. 물론, 이 경우 상기 지그(300)는 파이프(10)와의 접촉되는 면의 형상이 파이프(10)의 외주면과 대응되도록 제작되는 것이 바람직할 것이다.Meanwhile, instead of the
본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 첨부된 청구범위에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명이 속한 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 변형이 가능하고 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다.The present invention is not limited to the above-described embodiments, and as can be seen in the appended claims, modifications can be made by those skilled in the art to which the invention pertains, and such modifications are within the scope of the present invention.
도 1은 종래 기술에 따른 초음파 유량센서를 도시한 도면이고,1 is a view showing an ultrasonic flow sensor according to the prior art,
도 2는 본 발명에 따른 초음파 유량센서의 개념도이며,2 is a conceptual diagram of an ultrasonic flow sensor according to the present invention,
도 3은 본 발명에 따른 다회선 외벽부착식 초음파 유량센서가 원형 파이프에 설치된 상태를 도시한 사시도이고,3 is a perspective view showing a state in which a multi-line outer wall type ultrasonic flow rate sensor is installed in a circular pipe according to the present invention;
도 4는 본 발명에 따른 중심 송신센서를 도시한 분해사시도이며,4 is an exploded perspective view showing a center transmission sensor according to the present invention,
도 5는 도 3의 단면도이고,5 is a cross-sectional view of FIG. 3,
도 6은 도 5에서 웨지 입사각을 설명하기 위한 개념도이며,FIG. 6 is a conceptual diagram for describing a wedge incident angle in FIG. 5.
도 7은 본 발명에 따른 보조 송신센서를 도시한 분해사시도이고,7 is an exploded perspective view showing an auxiliary transmission sensor according to the present invention,
도 8은 도 7의 경사각을 설명하기 위한 개념도이며,8 is a conceptual view illustrating the inclination angle of FIG. 7;
도 9는 본 발명의 고정장치가 파이프에 장착된 상태의 정면도이고, 도 10은 평면도이며, 도 11은 측면도이고, 도 12는 지그의 사시도이다.9 is a front view of the fixing device of the present invention mounted on a pipe, FIG. 10 is a plan view, FIG. 11 is a side view, and FIG. 12 is a perspective view of a jig.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명><Description of Signs for Main Parts of Drawings>
10: 원형 파이프 20: 중심 송신센서 30: 제1보조 송신센서10: circular pipe 20: center transmission sensor 30: first auxiliary transmission sensor
40: 제2보조 송신센서 120: 중심 수신센서 130: 제1보조 수신센서40: second auxiliary transmission sensor 120: center receiving sensor 130: first auxiliary receiving sensor
140: 제2보조 수신센서 200 : 고정장치 300 : 지그140: second auxiliary receiving sensor 200: fixing device 300: jig
310: 스트랩 지지홈 400 : 스트랩310: strap support groove 400: strap
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Cited By (1)
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- 2009-12-30 KR KR1020090134356A patent/KR101146518B1/en not_active IP Right Cessation
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