KR101196407B1 - 액상 용융물의 국부 유량 측정 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 초음파 도플러 방법(ultrasonic Doppler method)에 기초한 초음파 발생기(ultrasound generator) 및 이와 관련된 초음파 도파관(ultrasonic waveguide)을 이용한 200℃ 이상의 온도 범위에서의 액상 용융물의 유량(flow rate) 측정 방법에 관한 것이다. 본 발명은 양호한 신호 주입과 출력을 보장하도록 의도된다. 이는 측정 동작 전에 상기 초음파 도파관의 단면의 젖음성(wettability)을 생성하고, 상기 초음파 도파관의 적어도 하나의 단면을 상기 용융물 내에 담그므로써 90°이외의 각도로 초음파 측정 신호들을 용융물에 직접 주입하고, 용융물에서 반사된 초음파 신호들을 상기 초음파 도파관의 단면을 통해 출력하고, 상기 신호들을 평가 회로에 전송하는 과정을 통해 달성된다. 상기 젖음성은 상기 단면을 기계적 및 화학적으로 세척하고 이어 적합한 물질로 코팅함으로써 생성될 수 있다.
Description
본 발명은 200℃ 이상의 온도 범위에서 초음파 도플러 방법(ultrasonic Doppler method)에 기초하는 초음파 발생기(ultrasound generator) 및 이와 관련된 초음파 도파관(ultrasonic waveguide)을 이용한 액상 용융물의 국부 유량을 측정하는 방법에 관한 것이다.
종래에 따르면, 뜨거운 용융물(hot melt)의 국부 유량을 충분한 정도로 정확하게 결정하는데 사용될 수 있는 방법이 알려져 있지 않았다. 액상 금속(liquid metal) 또는 반도체(semiconductor)와 같은 뜨거운 용융물은 불투명(non-transparent)하다. 이러한 이유로, 광학 측정(optical measuring) 방법은 용융물의 자유 표면(free surface)에만 한정적으로 사용되었다. 예를 들어, 실제로 부유물(float)들은 이러한 자유 표면상에 위치하는데, 이러한 부유물들의 움직임이 추적된다. 침습적(invasive) 방법이 알려져 있는데, 이러한 방법으로는 테스트 시료(test specimen)들이 상기 용융물에 담궈지고(immersed), 이러한 시료들의 힘의 작용이 측정되거나 물질의 용해율(dissolution rate)이 측정되는 방법이 있다.
이러한 방법들은 일반적으로 각각의 과정에 있어서 무시할 수 없는 개입과 간섭을 발생시키며, 아주 대략의 측정값만을 제공할 수 있다.
또한 연관 측정(correlation measuring) 방법도 알려져 있다. 이러한 방법은 예를 들어, 특정한 측정 경로에서 온도 변동을 추적하는 것을 가능하게 한다. 신호들의 전파 시간(propagation time)은 두 개의 측정 지점들 사이의 유량 값을 제공하게 된다. 그러나 상기 측정 지점들 사이의 일정한 거리가 요구되기 때문에 이러한 값은 국부 측정 값으로 해석될 수 없다.
유체 역학(fluid mechanics)에서 널리 알려진 광학 측정(optical measuring) 방법과 달리, 초음파 측정 방법은 기본적으로 불투명한 유체에서 사용하기에 적합하다. 이러한 측정 장치는 기본적으로 주파수 발생기(frequency generator) 및 평가 장치(evaluation device)에 전기적으로 연결되며 압전 소자(piezoelectric crystal)(또한 압전 변환기(piezoelectric transducer)라고도 한다) 형태인 초음파 변환기(ultrasonic transducer)의 구성요소를 포함한다. 이러한 초음파 변환기는 검사될 유체에 초음파를 직접 전파하거나 유체를 둘러싸는 컨테이너의 외부 벽을 통해 검사될 유체에 초음파를 전파한다.
튜브(tube) 또는 채널(channel) 내의 유동체의 유량을 결정하는 초음파 유량계가 널리 알려져 있다. 문헌 DE 198 12 458 C2는 전파 시간 방법에 기초하며 고열 전도 저항을 구비하는 초음파 도파관의 사용과 구별될 수 있는 초음파 유량계에 대한 송/수신부(head)에 대해 기술하고 있다. 초음파 신호를 전달하기 위해 초음파 도파관을 사용할 경우, 뜨거운 용융물과 압전 변환기를 공간적으로 분리하는 것이 가능하게 된다. 초음파 도파관을 제작하기 위해 고열 전도 저항을 갖는 물질들을 사용하는 것은 초음파 도파관의 실제 길이를 갖는 압전 변환기에서 온도를 제한하는데 적합하다. 상술한 문헌은 상기 기재 내용 이상의, 특히 용융물의 국부 유량을 측정하는 것을 목적으로 고온의 용융물에 적용하는 방법을 이용하는 것과 관련된 특별한 정보를 포함하고 있지 않다. 전파 시간 방법을 이용하여 용융물에서 국부 유량을 측정하는 것은 가능하지 않다.
초음파를 이용하여 유량을 측정하는 방법에 더하여, 초음파 도플러 방법(ultrasonic Doppler method) 역시 기술적 흐름에 있어서 유량 프로파일(profile)을 측정하는 목적으로 발전되었다(Y. Takeda: Development of an ultrasound velocity profile monitor. Nucl. Eng. Design, Vol. 126, 1991, 277-284). 초음파 도플러 방법에 있어서 초음파 도파관과 결합된 초음파 센서를 사용하는 것은 초음파 도파관에서 초음파의 확산-자유(dispersion-free) 전송을 요구한다. 따라서 초음파 도파관의 구조에 특별한 요구들이 부과된다. 따라서 초음파를 나르는 구조의 물질 두께는 전송 방향에 대해 가로질러 전송될 초음파 신호 파장의 최소값 보다 작아야 한다. 이하에서 "저확산 초음파 도파관(low-dispersion ultrasonic vaveguide)"이라는 용어는 항상 초음파 도파관으로 사용된다. 초음파 도파관에 상응하는 설계의 다양한 컨셉들은 널리 알려져 있으며, 예를 들어, 문헌 WO 96/41157과 문헌 DE 100 21 187 C1에 기술되어 있다.
문헌 DE 100 53 508 A1는 고에너지 전송과의 향상된 결합을 달성하기 위해 적합한 디스크들을 사용하여 필름으로 감겨진 도파관의 단부를 닫는 동작의 실행을 기재하고 있다.
초음파 도플러 방법을 이용하여 성공적으로 고온에서 용융물의 국부 유량을 측정하기 위해서, 초음파 도파관이 적합하게 구조화되는 것과 함께 초음파를 전송함에 있어서 손실을 적게 하기 위한 방법이 강구되어야 한다. 이와 관련된 문제들은 여기에서 언급된 고온 상태의 응용에서 특별한 형태로 제기된다.
본 발명은 양호한 신호 주입과 출력이 보장되며, 뜨거운 용융물에서 초음파 도플러 방법에 기초하여 국부 유량을 측정하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 목적은 초음파를 전달하는 구조의 물질 두께가 전송 방향에 대해 가로질러 전송될 초음파 신호 파장의 최소값 보다 작을 때, 200℃ 이상의 온도 범위에서 초음파 도플러 방법에 기초하고 초음파 발생기 및 이와 관련된 저확산 초음파 도파관을 이용한 액상 용융물의 국부 유량 측정 방법에 의해 달성될 수 있는데, 이러한 방법은 측정 동작 전에 저확산 초음파 도파관의 단면의 젖음성(wettability)을 생산하고, 이어서 용융물에 적어도 저확산 초음파 도파관의 단면을 담그는 동작을 통해 초음파 측정 신호를 용융물에 90°이외의 각도로 주입하고, 상기 용융물에서 반사된 초음파 신호들을 상기 저확산 초음파 도파관의 단면을 통해 출력하고 상기 신호들을 평가 회로(evaluation circuit)에 전송하는 과정으로 구성된다.
측정 동작 동안 적어도 저확산 초음파 도파관을 냉각시키는 것이 바람직하다.
본 발명의 제1실시예에 따르면 상기 용융물을 향하는 측의 저확산 초음파 도파관의 단면은 상기 용융물에 담겨지기 전에 기계적으로 그리고/또는 화학적으로 먼지 및 산소가 제거된다. 이는 유기산(organic acid)을 이용한 간단한 방법으로 수행될 수 있다.
상기 저확산 초음파 도파관의 단면이 세척된 후, 상기 단면에는 매끄러운 보호 층이 형성될 것이며, 상기 매끄러운 보호층은 필름 또는 커버 플레이트(cover plate)의 형태가 될 수 있다.
한편, 본 발명의 제2실시예는 상기 용융물을 향하는 측의 저확산 초음파 변환기의 단면에 보호층을 적용하는 구성을 가지며, 이러한 구성을 통해 상기 단면은 재산화(re-oxidation)로부터 보호될 수 있다.
본 발명의 제3실시예에서는 측정될 용융물에 상응하는 물질로 형성되는 보호층이 저확산 초음파 변환기의 단면에 적용된다. 이는 금속 보호층(metal protective layer)에 해당할 수 있다.
초음파 신호들을 최적으로 결합하기 위해, 이러한 보호층은 측정 동작의 시작 또는 진행 과정 동안 용융물에서 녹는다.
이러한 보호층은 이온 주입 또는 전기 화학적 또는 물리적 방법을 통해 간단한 방법으로 적용될 수 있다.
본 발명은 이하 실시예에서 더욱 상세하게 설명될 것이다.
본 발명에 따르면, 양호한 신호 주입과 출력이 보장되며, 뜨거운 용융물에서 초음파 도플러 방법에 기초하여 국부 유량을 측정하는 방법이 제공된다.
도 1은 초음파 센서의 개략도를 도시한다.
도 2는 층층이 층을 이루는 각각의 필름들의 다수로 구성되는 저확산 초음파 도파관의 특별한 설계를 도시한다.
도 2는 층층이 층을 이루는 각각의 필름들의 다수로 구성되는 저확산 초음파 도파관의 특별한 설계를 도시한다.
도 1은 초음파 도플러 방법에 따라 동작하는 본 발명에 따른 초음파 센서의 기본 구조를 도시한다. 이는 하나의 센서로 흐르는 용융물의 유량을 결정할 수 있는 구조를 도시한다. 상기 센서는 90°와는 다른 각도로 용융물에 담궈져야 한다.또한 두 개 또는 그 이상의 초음파 센서들을 사용하는 것도 가능하다.
본 발명에 따른 초음파 센서는 압전 변환기(1)의 주요 하위 부품들, 압전 변환기(1)를 제어하고 내부적으로 신호들을 조절, 매칭 및 평가하기 위한 관련된 전자 부품(5)들 및 축 배열의 초음파 도파관(2)으로 구성된다. 이 경우, 압전 변환기(1)는 용융물의 유동과 반대 방향에 해당하는 저확산 초음파 도파관(2)의 측면에 위치한다. 저확산 초음파 도파관(2)는 보호 덮개(3)에 의해 둘러싸인다.
출력 신호는 전자 부품(5)들의 축 방향으로 하부에 있는 연결 소켓(7)에 가해지고, 따라서 케이블을 통해 센서의 외부에 있는 평가 장치(미도시)로 전달될 수 있다.
압전 변환기(1) 및 전기 신호를 매칭하는 전자 부품(5)들은 보호 하우징(protective housing)(6)에 수용된다.
상기 보호 하우징(6) 내부의 모든 센서 부품들은 100℃보다 낮은 온도 레벨에서 변하지 않고 유지되어야 한다. 상응하는 열부하(thermal load)로 인해, 상기 보호 하우징(6)은 이중 벽(double-walled) 설계일 수 있으며, 상기 보호 하우징(6)의 중간 공간(8)은 상응하는 연결부를 통해 냉각제 저장통(coolant reservoir)에 연결될 수 있으며, 냉각제는 측정 과정 동안 상기 중간 공간을 통해 흐를 수 있다.
2차원 방법으로 층층이 층을 이루는 금속 필름들의 다수로 구성되는 상기 저확산 초음파 도파관(2)의 특별한 구성은 도 2에 도시될 수 있다. 상기 초음파의 전달 방향은 상기 각각의 필름들의 면의 평균(surface normal)에 수직하는 방향이다. 상기 각 필름 층들은 각각 예를 들어, 5 x 300 ㎟의 사이즈와 75μm 두께를 가질 수 있다.
저확산 초음파 도파관(2)에는 모양이 상기 초음파 도파관(2)의 단면적과 매칭되는 보호 덮개(protective sheath)(3)가 형성된다. 상기 저확산 초음파 도파관(2)의 기능을 보장하기 위해, 용융물을 향하는 측의 저확산 초음파 도파관(2)의 상기 보호 덮개(3)의 단부는 커버 플레이트(cover plate)(4)에 의해 닫혀질 수 있다 (도 1).
상기 커버 플레이트(4)와 상기 저확산 초음파 도파관(2)의 필름 층들 사이는 동종의 물질로 연결된다. 상기 초음파 도파관(2), 상기 보호 덮개(3) 및 상기 커버 플레이트(4)가 모두 동일한 물질로 구성될 필요는 없다.
약 1000℃의 주석(Tin) 용융물을 사용함에 있어서, 예를 들어, 상기 저확산 초음파 도파관(2)은 앞 단면이 스테인리스 스틸의 커버 플레이트(4)로 닫혀진 스테인리스 스틸 튜브 내의 몰리브덴(molybdenum) 필름으로 생산될 것이다. 상기 초음파 센서와 주석 용융물 사이의 양호한 음향 전이(acoustic transition)를 이루기에 충분한 젖음성(wetting)을 만들기 위해, 스테인리스 스틸의 커버 플레이트(4)의 표면은 기계적으로 닦여지고 그리고 인산(phosphoric acid)으로 처리된다. 그리고 주석은 세척된 표면 상에 전해적으로 위치한다.
압전 변환기의 사용 분야는 퀴리 온도(Curie temperature)에 의해 제한된다. 이러한 온도 임계치를 넘으면, 변환기 물질은 압전 특성을 상실한다. 반도체 또는 유리와 같이 상업적으로 관심 있는 금속들 다수의 용융점은 일반 압전 세라믹(customary piezoceramic)의 퀴리 온도보다 상당히 높다.
이러한 용융물들에서 초음파 도플러 방법을 사용하는 것은 초음파 변환기와 유체와의 안정적인 음향 접촉(acoustic contact)을 수립하고, 동시에 검사될 용용물의 영향으로부터 압전 변환기를 보호하는 기술적 해결을 요구한다.
최대한 적은 손실로 무선 주파수(radio frequency) 초음파 신호를 전송하는 것은 사용 가능한 측정 데이터를 획득함에 있어서 초음파 유동 측정 방법에서보다 초음파 도플러 방법에서 훨씬 더 요구된다. 시험될 용융물들의 고온으로 인해 초음파 도파관은 측정 컨셉으로 통합된다. 그러나 이것은 피할 수 없는 전송 손실과 관련된다.
추가적인 손실은 용기 벽의 초음파 테스팅 동안 발생하며, 뜨거운 용융물을 저장하는 컨테이너의 벽 물질의 구조는 특히 극도로 나쁜 초음파 전송 특성에 영향을 미친다. 이는 센서를 직접 용융물에서 측정될 유체에 직접 결합시키는 것을 필요로 하게 한다. 초음파 도파관을 통한 용융물과의 직접 접촉 및 높은 적용 온도는 특별한 요구들을 센서의 설계 상에 부과하며, 특히 초음파 도파관 물질의 물리적 특성과 그것의 화학적 안정성 또는 용융물에서의 용해도(solubility)에 부과한다.
연속적인 음파의 기계적인 에너지의 일부가 연속적으로 열로 전환되기 때문에 소리의 전달에는 손실이 따른다는 것은 널리 알려져 있다. 이러한 과정은 흡음(sound absorption)이라고 하며, 경로 x를 따르는 플랫 하모닉 음파(flat harmonic sound wave)의 음압(sound pressure) p에서 지수 감소를 나타내는 흡수 계수(absorption coefficient) α로 특징된다(H. Kuttruff: Physik und Technik des Ultraschalls. Hirzel Verlag Stuttgart, 1988, 191 ff.).
흡수 계수 α는 전송 물질과 초음파의 주파수에 의해 결정되며, 진행파(propagating wave)와 전송 매체의 원자 구조 사이의 상호 작용을 차단하는 다른 손실 메커니즘에 의해 결정된다. 크리스탈 구조 결점, 열 음향 양자(phonon)로의 확산 또는 이와 유사한 프로세스들로부터 야기되는 음 흡수(sound absorption)의 속성이 될 수 있는 흡수 계수는 온도 상승에 따라 상승한다. 예를 들어, 400℃이상의 온도에서의 상승은 이미 많은 물질들에 대한 음향 감쇠(acoustic attenuation)의 상당한 상승을 일으킨다.
700℃이상의 온도에서 전송 손실의 급격한 증가를 관찰하는 것이 가능하기 때문에 관련된 물질을 저확산 초음파 도파관으로서 의미 있게 사용할 수 없다. 따라서 주의하여 선택될 수 있는 초음파 도파관 물질들 중 단지 적은 개수만이 이러한 특별한 적용들에 적합하다. 고온에서 물질들의 음향 감쇠 현상에 대한 서로 다른 물질들의 적합성은 포괄적인 테스트들의 연속에서 체크된다.
T > 200℃ 이상의 고온의 범위에서, 이리듐(iridium), 몰리브덴(molybdenum), 니오븀(niobium), 탄탈룸(tantalum), 텅스텐(tungsten), 지그코늄(zirconium), 스테인리스 스틸(stainless steel), 티타늄(titanium), 모넬(Monel) 또는 이러한 금속들의 합금들이 초음파 도플러 방법에 대해 충분히 상응하는 초음파 전달 특성들을 가진다는 것이 발견되었다.
중요하게 요구되는 것은 양호한 음향 결합을 보장하기 위해 저확산 초음파 도파관의 단면이 용융물에 충분히 담궈져야 한다는 점이다. 만약 저확산 초음파 도파관이 용융물에 담궈지지 않았을 때, 테스트는 초음파 에너지의 사소하게 작은 부분만이 유체에 주입될 수 있고, 어떠한 사용 가능한 측정 신호가 결과로서 생성되지 않음을 보여주었다.
본 발명은 초음파 도파관 물질과 용융물 사이를 젖게 하기 위한 저확산 초음파 도파관의 단면에 대한 서로 다른 기계적 및 화학적 처리 방법을 제공한다. 각각의 처리 단계들의 수 및 순서는 각각 당해 용융물의 타입, 저확산 초음파 도파관의 물질 및 측정이 수행되도록 요구되는 온도 범위에 따라 결정된다.
젖음성(wetting)의 중요한 필요 조건은 오염, 침전물(deposits)과 저확산 초음파 도파관(2)의 커버 플레이트(4)의 단면 상의 산소층(oxide layer)의 거리이다. 이것은 예를 들어, 그라인딩(grinding) 및 폴리싱(polishing)에 의해 기계적으로 영향을 받고, 그리고/또는 예를 들어 일시적으로 제한된 비유기산과 같은 적합한 화학 물질 또는 적합한 유동의 영향에 의해 화학적으로 영향을 받을 수 있다.
이러한 준비 과정과 측정 시작 사이의 기간에서 저확산 초음파 도파관(2)의 커버 플레이트(4)는 적합한 방법으로 재산화 그리고/또는 오염으로부터 보호되어야 한다. 이를 위해 예를 들어 적합한 보호층이 메탈로 만들어진 커버 플레이트(4)의 단면에 기계적으로 그리고/또는 열적으로 적용될 수 있다. 이 보호층은 측정 과정 동안 기 설정된 시간 내에서 용융물 내에서 녹아야 하며, 이는 용융물과 준비된 커버 플레이트(4)의 단면 사이의 직접 접촉이 달성되는 결과를 낳는다.
몇몇 물질 접합에 있어서, 초음파 도파관 물질 자체는 기본적으로 젖지 않거나 특정 온도 이상에서 이상적으로(ideally) 세척된 면에서만 젖는다. 이러한 응용에 있어서, 커버 플레이트(4)의 단부가 측정을 위해 제공되는 온도 범위에서 용융물에 의해 쉽게 젖는 물질의 층으로 덮히는 것이 필요하다. 이 층과 상기 저확산 초음파 도파관 사이에 균일 물질(homogeneous material)로의 결합이 있어야 한다. 이러한 추가적인 커버 층은 디스크 또는 필름을 커버 플레이트(4)의 사이즈와 맞게 함으로써 또는 전기 화학 증착(electrochemical deposition) 방법에 의해 시행될 것이다.
다른 가능성은 이온 주입법(ion implantation) 또는 유사한 물리적 방법을 통해 표면 근처의 저확산 초음파 도파관의 구조를 변경하는 것이다.
센서와 초음파 도플러 방법을 위한 저확산 초음파 도파관을 함께 사용하는데 있어 다른 필요 조건은 초음파 도파관에서 초음파의 확산 자유(dispersion-free) 전송이 이루어져야 한다는 점이다. 이를 달성하기 위해, 저확산 초음파 도파관은 얇은 구조를 갖도록 제작되어야 한다. 이러한 구조는 일반적으로 단면에 물질을 불완전하게 채운다. 만약, 저확산 초음파 도파관이 용융물 속으로 잠길 때, 용융물은 움푹한 곳을 따라서 저확산 초음파 도파관의 내부 구조로 진입하고, 간섭 자유(interference-free), 저 감쇠(low-attenuation) 전송은 더 이상 보장되지 않는다.
이를 피하기 위해 용융물을 향하는 저확산 초음파 도파관(2)의 단면은 커버 플레이트(4)로 닫히며(상기 언급한 바와 같이), 커버 플레이트로 추가적으로 설계될 것이다.
압전 변환기와 신호 매칭을 목적으로 하부(downstream)에 연결된 전자 부품들은 일반적으로 최대 100℃까지의 온도에 계속적으로 노출될 것이다. 따라서 특정 응용에 따라 이러한 온도 민감(temperature-sensitive) 센서 부품들을 추가적으로 냉각시키는 것이 필요할 것이다. 이러한 목적을 위해, 예를 들어, 사용 동안 보호 하우징(6) 내의 대응 구성요소들을 냉각제가 움푹한 곳을 따라 흐르는 이중 벽의 보호 덮개(8)에 수용하는 것이 적절하다.
초음파 도플러 방법을 이용하여 유량을 측정할 때 신호의 퀄리티(quality)는 적절한 방법으로 압전 변환기를 평가 장치에 전기적으로 매칭함으로써 상당히 개선될 수 있다. 본 발명에서 이러한 매칭은 캐패시터(capacitor) 그리고/또는 코일(coil)의 적절하게 치수가 매겨진 회로를 이용하여 달성된다. 압전 변환기(1)의 임피던스(impedance)는 일반적으로 신호들을 수송하는데 사용되는 케이블의 특성 임피던스(characteristic impedance)보다 작아야 하며, 이로 인해, 코일 및 캐패시터로 인한 임피던스 변환의 경우에 초음파 장(ultrasonic field)이 상당히 높은 세기로 전달되는 결과가 발생한다.
시험될 용융물들은 사이리스터 컨트롤러(thyristor controller)와 함께 인덕션 히터(induction heater) 또는 전기 히터(electrical heater)를 사용하여 종종 가열되거나 녹는다. 이는 직접적으로 용융물 내 또는 초음파 도파관(2) 내의 다른 부분 내에 전기 전류의 유도를 야기한다. 흐름에 영향을 미치는 전자기 펌프(electromagnetic) 또는 자기장 시스템(magnetic field system)을 사용하는 것은 조화를 형성하고 측정 결과를 손상시키는 전기 간섭 신호(electrical interference signal)의 원천에 해당한다.
본 발명에 따른 방법은 측정 전에 초음파 도파관(1)의 단면(4)의 젖음성(wettability)을 생성하고, 다음에 적어도 초음파 도파관(1)의 단면(4)을 용융물 내에 담그므로써 90°이외의 각도로 초음파 측정 신호들을 용융물에 직접 주입하고, 용융물에서 반사된 초음파 신호들을 초음파 도파관(1)의 단면(4)으로 출력하고, 상기 신호들을 평가 회로에 보내는 과정으로 특징된다. 이러한 동작에서 전송 동작의 악화를 막기 위해 측정 동작 동안 적어도 저확산 초음파 도파관을 냉각시키는 것이 적절하다.
이러한 경우, 초음파 도파관(2)의 단면(4)의 젖음성은 저확산 초음파 도파관(2)이 용융물 속으로 담구어지기 전에 기계적 그리고/또는 화학적으로 상기 단면에서 먼지 및 산소를 제거함에 의해 생성된다. 이는 유기산을 통해 간단한 방법으로 수행될 수 있다.
저확산 초음파 도파관(2)의 단면(4)이 세척되면, 상기 단면에는 필름 또는 커버 플레이트 형태의 매끄러운 보호층이 형성된다.
한편 보호층을 적용함으로써 용융물을 향하는 측의 상기 단면(4)은 또한 적어도 일시적으로 재산화로부터 보호될 수 있다.
용융물 속으로 초음파 신호들을 훨씬 더 양호하게 주입하기 위해서, 측정될 용융물에 상응하는 물질로 만들어진 보호층은 저확산 초음파 도파관의 단면에 적용될 수 있다. 이는 또한 금속 보호층이 될 수 있다.
초음파 신호들의 적합한 결합을 달성하기 위해, 측정 동작의 시작 또는 동작 중에 보호층은 용융물에서 녹는다.
상기 보호층은 이온 주입 또는 전기 화학 또는 물리적 방법을 통한 단순한 방법으로 적용될 수 있다.
1: 압전 변환기(piezoelectric transducer)
2: 저확산 초음파 도파관(Low-dispersion ultrasonic waveguide)
3: 보호 덮개(protective sheath)
4: 커버 플레이트(cover plate) / 단면(end face)
5: 전기 회로의 제어부 및 내부 평가부(Electrical circuit of the control part and possibly internal evaluation part)
6: 보호 하우징(protective housing)
7: 연결 소켓(connection socket)
8: 중간 공간(intermediate space)/속이 빈 설계의 보호 덮개
2: 저확산 초음파 도파관(Low-dispersion ultrasonic waveguide)
3: 보호 덮개(protective sheath)
4: 커버 플레이트(cover plate) / 단면(end face)
5: 전기 회로의 제어부 및 내부 평가부(Electrical circuit of the control part and possibly internal evaluation part)
6: 보호 하우징(protective housing)
7: 연결 소켓(connection socket)
8: 중간 공간(intermediate space)/속이 빈 설계의 보호 덮개
Claims (11)
- 초음파 도플러 방법(ultrasonic Doppler method)에 기초한 초음파 발생기(ultrasound generator) 및 이와 관련된 저확산 초음파 도파관(low-dispersion ultrasonic waveguide)을 이용한 200℃ 이상의 온도 범위에서의 액상 용융물의 국부 유량(local flow rate) 측정 방법에 있어서,
측정 동작 전에 상기 저확산 초음파 도파관(2)의 단면(4)의 젖음성(wettability)을 생성하는 단계;
상기 저확산 초음파 도파관(2)의 단면(4)을 상기 용융물 내에 담그므로써 90°이외의 각도로 초음파 측정 신호들을 용융물에 직접 주입하는 단계; 및
용융물에서 반사된 초음파 신호들을 상기 저확산 초음파 도파관(2)의 단면(4)을 통해 출력하고, 상기 신호들을 평가 회로에 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액상 용융물의 국부 유량 측정 방법. - 제1항에 있어서,
상기 저확산 초음파 도파관(2)은 측정 동작 동안 냉각되는 것을 특징으로 하는 액상 용융물의 국부 유량 측정 방법. - 제1항에 있어서,
상기 용융물을 향하는 상기 저확산 초음파 도파관(2)의 단면(4)은 상기 용융물 내에 담구어지기 전에 기계적인 방식 및 화학적인 방식 중 하나 이상으로 먼지 및 산소가 제거되는 것을 특징으로 하는 액상 용융물의 국부 유량 측정 방법. - 제3항에 있어서,
상기 단면(4)은 유기산으로 세척되는 것을 특징으로 하는 액상 용융물의 유량 측정 방법. - 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,
저확산 초음파 도파관(2)의 단면(4)에 매끄러운 보호층이 형성되는 것을 특징으로 하는 액상 용융물의 유량 측정 방법. - 제5항에 있어서,
상기 매끄러운 보호층은 필름 또는 커버 플레이트 형태에 해당하는 액상 용융물의 유량 측정 방법. - 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,
한편 상기 용융물을 향하는 측의 상기 저확산 초음파 도파관(2)의 단면(4)은 보호층을 적용함으로써 재산화로부터 방지되는 것을 특징으로 하는 액상 용융물의 국부 유량 측정 방법. - 삭제
- 제7항에 있어서,
금속 보호층이 상기 단면(4)에 적용되는 것을 특징으로 하는 액상 용융물의 국부 유량 측정 방법. - 제5항에 있어서,
상기 보호층은 측정 동작의 시작 또는 측정 동작 동안 상기 용융물에서 녹는 것을 특징으로 하는 액상 용융물의 국부 유량 측정 방법. - 제5항에 있어서,
상기 보호층은 이온 주입(ion implantation) 또는 전기 화학적 또는 물리적 방법을 통해 적용되는 것을 특징으로 하는 액상 용융물의 국부 유량 측정 방법.
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