KR101208330B1 - 복합식 비만관 유량 측정방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 PB 플륨식 유량계와 전자식 유량계가 수위센서가 있어야 유량을 측정할 수 있다는 공통점을 이용하여, 기존의 전자식 비만관 유량계의 구조를 변경하여 설치 및 측정 성능향상을 이루려 하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 유체가 흘러오는 방향으로부터 유입부, 스로트부 및 유출부로 구성된 PB 플륨과, 상기 유입부의 하면에 설치된 1쌍의 수위센서; 상기 스로트부의 크레스트부에 설치된 유속센서; 및 상기 수위센서 및 상기 유속센서로부터 검출신호를 전달받아 유량을 측정하는 제어부;를 포함하여 이루어진 비만관 유량 측정 장치를 제공한다.
본 발명에 의하면 PB 플륨식 유량 측정방법과 전자식 유량 측정방법을 복합식으로 이용하므로 정확도가 높아지며, 전자식 유량측정에 이용되는 유속센서가 고장나더라도 PB 플륨식으로 지속적인 유량측정이 가능하다.

Description

복합식 비만관 유량 측정방법{Method for measuring non-full flow using multiple sensors}
본 발명은 비만관 유량계를 이용한 유량측정에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 하수관에 흐르는 유량을 측정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
종래의 액체용 유량계는 거의 산업용으로 발달하여 배관중에 만관 상태로 흐르는 액체의 양을 측정하였다. 그러나, 공해 문제가 발생함에 따라 20여년 전부터 공장배수의 수질 종량 규제가 실시되고, 하수처리장의 유지관리가 중요시되면서 공장배수, 하수 등의 개수로 등의 비만관(非滿管)의 유량을 측정할 필요성이 대두되었다.
비만관의 유량을 측정하는 유량계로는 PB 플륨식 비만관 유량계 또는 전자식 비만관 유량계 등이 있다.
종래 사용되는 PB 플륨식 비만관 유량계는 배관 안에 삽입하는 방식으로 설치가 편리하고, 또한 수위계만으로 유량측정이 가능하고 속도센서가 필요없다는 장점이 있다.
반면, PB 플륨식 비만관 유량계는 측정원리가 차압을 이용하므로 유속흐름을 방해하는 구조이어서 입구에 퇴적물이 쌓인다거나, 특정한 설치조건이 있어서 이 조건을 만족하지 않으면 측정의 정밀도가 떨어지는 문제점 등이 있다.
또한, 전자식 비만관 유량계는 전도성 유체의 경우에는 특성에 관계없이 모두 측정이 가능하고, 유속분포에 따른 측정 정밀도가 우수하고, 자기장에 의한 측정원리이기 때문에 퇴적물의 영향이 없다는 등의 장점이 있다.
반면, 전자식 비만관 센서, 즉 수위센서 및 속도센서가 배관의 상하에 부착되어 있어 배관 안에 삽입하지 못하고 맨홀 바닥 공사를 통하여 설치하여야 한다.
전자식 비만관 유량계는 성능은 우수하나, 전자유속센서가 하단에 돌출되어 있어 맨홀에서 토목공사를 해야 하는 설치의 어려움이 있고, 측정 센서들의 고장으로 인하여 유량측정이 안될 경우 대체할만한 장치가 설치되어 있지 않다.
즉, 맨홀에 들어가서 공사를 하여야 하고, 속도센서의 수리교환이 어렵고, 설치시 크레인과 같은 중장비 필요하다는 문제점이 있었다.
본 발명은 PB 플륨식 유량계와 전자식 유량계가 수위센서가 있어야 유량을 측정할 수 있다는 공통점을 이용하여, 기존의 전자식 비만관 유량계의 구조를 변경하여 설치 및 측정 성능향상을 이루려 하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 측정 센서들의 고장으로 인하여 유량측정이 안될 경우를 대비하여, 측정의 이중화를 이루어 끊임없는 측정을 하고자 하는데 있다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서 유체가 흘러오는 방향으로부터 유입부, 스로트부 및 유출부로 구성된 PB 플륨과, 상기 유입부의 하면에 설치된 1쌍의 수위센서; 상기 스로트부의 크레스트부에 설치된 유속센서; 및 상기 수위센서 및 상기 유속센서로부터 검출신호를 전달받아 유량을 측정하는 제어부;를 포함하여 이루어진 비만관 유량 측정 장치를 제공한다.
본 발명은 1 쌍의 수위센서로부터 수위신호를 입력받는 제1수위검출단계; 유속센서로부터 유속신호를 입력받는 유속검출단계; 상기 수위신호의 값을 미리 저장된 함수에 대입하여 유속센서 직상방의 수위를 확인하는 제2수위검출단계; 상기 제1수위검출단계에서 확인된 수위신호로부터 제1유량을 도출하고, 상기 유속신호와 상기 제2수위검출단계에서 확인된 수위를 이용하여 제2유량을 도출하는 유량도출단계; 및 상기 제1유량 또는 제2유량을 표시하는 유량표시단계;
로 이루어지는 비만관 유량 측정 방법을 제공한다.
본 발명은 유량표시단계는 상기 제1유량과 상기 제2유량을 비교하여 제1유량과 제2유량의 차이가 미리 정해진 허용범위 내의 값이면 제1유량, 제2유량 또는 상기 제1유량 및 제2유량의 평균유량을 표시하며, 제1유량과 제2유량의 차이가 미리 정해진 허용범위 내의 값이 아니면 제1유량, 제2유량 및 오류신호를 표시하는 것을 특징으로 하는 비만관 유량 측정 방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 전자식 유량계의 설치 방법이 매우 편리해진다.
본 발명에 의하면 수위센서 1개로 PB 플륨식 유량측정과 전자식 유량측정이 동시에 가능하다.
수위센서를 1 쌍으로 설치하여 한 쪽이 고장나면 다른 수위센서가 이를 백업하여 지속적으로 측정이 가능하게 한다.
본 발명에 의하면 PB 플륨식 유량 측정방법과 전자식 유량 측정방법을 복합식으로 이용하므로 정확도가 높아지며, 전자식 유량측정에 이용되는 유속센서가 고장나더라도 PB 플륨식으로 지속적인 유량측정이 가능하다.
도 1은 본 발명의 PB 플륨의 개념도
도 2는 도 1의 x-x 단면도
도 3은 본 발명의 비만관 유량측정장치의 개념도
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 유량계를 설명한다.
도 1은 본 발명의 PB 플륨의 개념도이고, 도 2는 도 1의 x-x 단면도이다.
본발명의PB 플륨(10)은 유체 흐름의 전방에서부터 유입부(12), 스로트부(14) 그리고 유출부(16)로 구성된다.
스로트부(14)는 그 단면이 역사다리꼴 또는 사각형으로 형성되는데, 도 2에서는 역사다리꼴의 형상의 실시예를 나타내며, 스로트부(14)의 하부는 어느 정도의 높이를 가진 크레스트부(18)를 형성한다.
유입부(12)의 하부에 수위센서(20)가 1쌍 설치되며, 상기 크레스트부(18)에 유속센서(22)가 설치된다.
PB 플륨(10)의 빈 공간인 크레스트부(18)의 하단에 유속센서(22)가 설치되어, PB 플륨식 몸체를 활용가능하기 때문에 배관에 삽입하여 설치가 가능하다.
도 2에 스로트부(14)의 단면을 나타내며, 유체가 있다고 가정하면 A는 유체의 단면적, B는 유체의 상부면의 폭의 길이, C는 스로트부(14)의 하부의 길이, t는 크레스트부(18)의 높이이다.
도 3은 본 발명의 비만관 유량측정장치의 개념도이다.
유체(F)가 흐르는 관(40) 내에 본 발명의 PB 플륨(10), 1쌍의 수위센서(20) 및 유속센서(22)가 설치되고, 유체(F)는 원형관 내의 조임부인 PB 플륨(10)의 스로트부(14)를 통과하면서 한계류가 발생하여 유체(F)의 수위가 변화하게 된다.
제어부(30)는 수위센서(20)와 연결되는 수위측정부(24), 유속센서(22)와 연결되는 속도측정부(26), 그리고 유량연산부(28)로 이루어진다.
수위센서(20)의 직상수위는 h 로 정의하고, 유속센서(22)의 직상 수위는 h'로 정의한다.
수위 h는 수위센서(20)에서 측정되어 수위측정부(24)를 통해 유량연산부(28)로 입력되고, 속도 v는 유속센서(22)에서 측정되어 속도측정부(26)를 통해 유량연산부(28)로 입력되어, 유량연산부(28)에서 유량신호 Q를 출력하게 된다.
이하, 본 발명의 유량측정방법에 대하여 자세하게 설명한다.
전자식 비만관 유량계는 같은 위치에서 속도와 수위의 측정값이 동시에 필요하기 때문에 전자식 비만관 유량계에 필요한 수위(h')는 PB플륨식의 수위(h)의 함수 [h'=f(h)] 로 하여 유량을 측정한다.
즉, 다음과 같은 측정순서를 거친다.
1) 수위측정부(24)에서 1 개의 수위센서(20)로부터 제1수위검출신호를 입력받아 수위센서(20)의 직상방의 수위(h)를 확인한다(제1수위검출단계).
2) 속도측정부(26)에서 유속센서(22)로부터 유속검출신호를 입력받는다 (유속검출단계).
3) 제1수위검출단계에서 입력된 제1수위검출신호의 값을 미리 저장된 함수에 대입하여 유속센서(22)의 직상방의 수위(h')를 확인한다(제2수위검출단계).
예를 들면, 다음과 같은 함수이다.
h'= h - A/2B - t + v2/2g ----- (1)
여기서, h'는 유속센서 직상방의 수위, h 는 수위센서(20) 직상방의 수위, A 는 스로트부(14)의 유체의 단면적, B 는 스로트부(14)의 유체의 상부면의 폭의 길이, t 는 크레스트부(18)의 높이, v 는 평균속도이고, g는 중력가속도이다.
4) 제1수위검출단계에서 확인된 제1수위검출신호로부터 제1유량을 도출한다(제1유량도출단계).
예를 들면, 다음과 같은 함수이다.
Q 1 = f(h) = C?h n - ------- (2)
여기서, Q 1 은 제1유량, C 는 상수, h는 수위센서(20) 직상방의 유체의 수위, n 은 플륨의 형상에 따라 정해지는 상수이다.
5) 유속검출신호와 제2수위검출단계의 수위를 이용하여 제2유량을 도출한다(제2유량도출단계).
예를 들면, 다음과 같은 함수이다.
Q2 = v x A = v x f (h') --------- (3)
여기서, Q2 는 제2유량, v 는 평균속도, 스로트부(14)의 유체의 단면적,
h': 속도센서(22)의 직상방의 수위이다.
6) 제1유량과 제2유량을 표시한다(유량표시단계).
상술한 방법에 의하여 평균유속과 수위가 얻어지면 다음의 식에 의하여 유량을 계산할 수 있다.
그리고, 부가적으로
6-1) 제1유량과 제2유량을 비교하여 그 차이가 미리 정해진 허용범위 내이면, 제1유량, 제2유량, 및 평균유량을 표시한다.
6-2) 제1 유량과 제2유량을 비교하여 그 차이가 미리 정해진 허용범위 밖이면, 제1유량, 제2유량, 및 오류신호를 표시한다.
유속센서(22)가 작동할 때에는 제2유량도출단계의 식 (3)에 의하여 유량을 연산한다.
유속센서(22)가 고장일 경우, 즉, 유속센서(22)에서 속도측정부(26)로 측정값이 들어오지 않을 경우, 유량연산부(28)에서 식 (3)으로 유량을 연산하는 방식을 식 (2)로 전환하여 유량을 계산한다.
즉, 유속센서가 고장나서 두 유량값이 크게 달라진 것으로 판단되면 오류신호로 표시한다.
유속센서(22)에서 속도측정부(26)로 측정값이 들어올 경우, 다시 식 (3)으로 유량을 연산하는 방식으로 되돌아 온다.
설치된 1쌍의 수위센서(20)는 1개는 의무센서(Duty), 1개는 대비센서(Backup)로 의무센서가 고장일 경우, 수위측정부(24)에서 고장난 의무센서의 측정을 멈추고 대비하고 있는 다른 수위센서로 측정하게 한다.
고장난 의무센서가 수리되어 원상 복구 시, 자동적으로 대비센서는 측정을 멈추고 의무센서가 수위를 측정하게 된다.
10 : PB 플륨 14 : 스로트부
18 : 크레스트부 20 : 수위센서
22 : 유속센서 30 : 제어부

Claims (3)

  1. 수위측정부 (24) 에서 수위센서 (20) 로부터 제 1 수위검출신호를 입력받아 수위센서 (20) 의 직상방의 수위를 확인하는 제 1 수위검출단계;
    속도측정부 (26) 에서 유속센서(22)로부터 유속검출신호를 입력받는 유속검출단계;
    상기 제 1 수위검출신호의 값을 미리 저장된 함수에 대입하여 유속센서(22)의 직상방의 수위를 확인하는 제 2 수위검출단계;
    상기 제 1 수위검출단계에서 확인된 제 1 수위검출신호로부터 제 1 유량을 도출하고, 상기 유속검출신호와 상기 제 2 수위검출단계에서 확인된 수위를 이용하여 제 2 유량을 도출하는 유량도출단계; 및
    상기 제 1 유량 또는 제 2 유량을 표시하는 유량표시단계;
    로 이루어지는 복합식 비만관 유량 측정 방법.
    상기 함수는 h'= h - A/2B - t + v2/2g 이고, h'는 유속센서 직상방의 수위, h 는 수위센서(20) 직상방의 수위, A 는 스로트부(14)의 유체의 단면적, B 는 스로트부(14)의 유체의 상부면의 폭의 길이, t 는 크레스트부(18)의 높이, v 는 평균속도이고, g는 중력가속도이다.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유량표시단계는 상기 제1유량과 상기 제2유량을 비교하여 제1유량과 제2유량의 차이가 미리 정해진 허용범위 내의 값이면 제1유량, 제2유량 또는 상기 제1유량 및 제2유량의 평균유량을 표시하며, 제1유량과 제2유량의 차이가 미리 정해진 허용범위 내의 값이 아니면 제1유량, 제2유량 및 오류신호를 표시하는 것을 특징으로 하는 복합식 비만관 유량 측정 방법.
  3. 삭제
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