KR101269323B1 - 초음파 유량계 - Google Patents

Abstract

본 발명의 초음파 유량계는 두 개의 단부를 갖는 파이프와, 전자 회로부와, 상기 전자 회로부를 감싸는 제1 인클로저와, 상기 파이프를 감싸는 제2 인클로저와, 상기 제2 인클로저에 수용된 상기 파이프의 외측 표면에 부착되는 복수개의 초음파 트랜스듀서를 포함한다. 상기 제1 인클로저는 방수 처리되는 반면, 상기 제2 인클로저는 방수 처리되지 않는다. 상기 파이프의 상기 두 개의 단부는 상기 제2 인클로저로부터 돌출된다. 각 트랜스듀서는 각각의 캡에 이해 덮어 물이 유입되지 않도록 밀봉된다. 각 트랜스듀서는 각 한 쌍의 전선에 의해 상기 전자 회로부에 연결된다.

초음파, 유량계, 트랜스듀서, 방수

Description

초음파 유량계 {ULTRASONIC WATER METER}

본 발명은 모든 전자 유량계에 알맞은 유량 측정 셀(cell) 및 인클로저(enclosure)에 관한 것이다.

일반적인 초음파 유량계는 산업 기구에 해당되고, 그리고 견고하고, 일반적으로 금속이며, 파이프 형상의 트랜스듀서 인클로저(enclosure)에, 일체 또는 개별적으로 장착된 전자 부품들과 함께 동봉된다.

본 발명의 목적은 전통적인 기계식 유량계와 유사한 외양을 가지면서도 대용량 제작에 알맞은 플라스틱을 사용하여 초음파 유량계를 밀봉하는 것이다.

따라서, 본 발명은 전자 부품들을 위하여 분리된 밀폐 구간과 함께, 물이 통과하는 구간을 감싸게 된다. 이 밀폐 구간은 물에 잠겨 있을 때 유량계의 정상적인 동작을 허가한다.

유량계는 일반적으로 적용에 가장 적당한 엔지니어링 플라스틱을 이용하여 만들어진다. 일반적으로 상기 유량계는 측정될 유량을 운반하기 위한 유로 튜브와, 그리고 외부 케이스를 포함할 것이고, 상기 유로 튜브는 식수용으로 사용이 승인되고, 강하고, 몰드 성형이 가능한 열가소성 재질로 제조되고, 그리고 상기 외부 케이스는 상기 유로 튜브와, 전자 부품들과, 그리고 표시부를 보호하기 위한 덮개를 수용하는 몇몇 구간을 포함하여 이루어진다. 사용되는 모든 재료는 최대 작동 온도에서 사용하기에 적당한 것이다.

요약하건대, 본 발명에 의하면, 두 개의 단부를 갖는 파이프와, 전자 회로부와, 상기 전자 회로부를 감싸는 제1 인클로저(first enclosure)와, 상기 파이프를 감싸는 제2 인클로저(second enclosure)와, 그리고 상기 제2 인클로저 내부에서(within the second enclosure) 상기 파이프의 외측 표면에 부착되는 복수개의 초음파 트랜스듀서(transducer)를 포함하여 이루어지며, 그리고 상기 제1 인클로저는 방수 처리되고, 상기 파이프의 양단은 상기 제2 인클로저로부터 외부로 돌출되고, 상기 제2 인클로저는 방수 처리되지 않으며, 그리고 각각의 트랜스듀서는 각각의 캡에 의해 커버되어 물이 유입되지 않도록 밀봉되고, 각각의 트랜스듀서는 한 쌍의 전선에 의해 상기 전자 회로부에 연결되는 초음파 유량계를 제공한다. 여기에서, 상기 전선은 방수가 되는 제1 인클로저 내의 전자 회로부와 캡으로 밀봉된 트랜스듀서 사이를 연결하면서, 방수가 되지 않는 상기 제2 인클로저를 통과하여 연장된다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.

도 1은 일반적으로 최대 25mm의 내경을 갖는 파이프에 사용하기에 적절한 것으로, 유량 측정 셀(cell) 중 "U"자형 튜브의 설치 상태를 나타낸 도면이다.

도 2a 내지 도 2c는 일반적으로 25mm 이상의 내경을 갖는 파이프에 사용하기에 적절한 것으로, 유량 측정 셀(cell)의 직선형 튜브와 경사진 트랜스듀서의 설치 상태를 나타낸 도면이다.

도 3은 내부 부품들(유로 튜브 및 전자 부품들)이 그 외부 인클로저와 함께 결합되는 방법을 나타낸 도면이다.

도 4a 및 도 4b는 튜브를 지지하고 튜브의 회전을 방지하며 전자 부품들로부터 밀봉된 몸체 내부의 상세를 나타낸 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 인클로저 몸체의 내부를 아래에서 바라보고 있는 모습을 나타낸 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 "U"자형 튜브는 세 개의 메인 부품, 즉 두 개의 단부 부품(5)(7)과, 그리고 중앙 몸체 부품(6)으로 이루어진다. 이러한 구성은 사출성형 기술을 이용하여 해당 부품을 몰드 성형하기 위해 요구된다

상기 단부 부품(5) 중 노출된 파이프 구간은 표준 조립 부품(standard fittings)이 끼워지기 위해 나사 가공되고, 또한 상기 조립 부품이 조여지는 동안에 튜브/인클로저 조립체에 가해지는 응력을 줄이기 위해 조립되는 동안 스패너가 사용되는 평평한 영역을 포함한다.

상기 두 개의 단부 부품(5)(7)은 상기 중앙 몸체 부품(6)에 초음파를 이용하여 용접되며 일반적으로 50bar의 압력을 견딜 수 있다. 이미 부착된 전선(2)(3)들을 구비한 두 개의 트랜스듀서(4)는 에폭시 수지를 이용하여 상기 튜브(5)의 단부에 마련된 두 개의 로케이팅 링(locating ring)에 고정된다. 그런 다음, 상기 전선들은 상기 트랜스듀서를 덮도록 놓여지는 캡(1)을 통과한 후, 밀봉재(sealant)와 함께 밀봉된다. 따라서, 상기 트랜스듀서는 물의 유입으로부터 보호되게 된다. 이러한 케이스 설계는 밀봉된 트랜스듀서와 전자 부품들에 의해 장치가 계속해서 동작되도록 허가되는 반면에, 상기 인클로저의 하부로 물의 유입이 허가되도록 한다는 점에서 중요하다.

상기 트랜스듀서(4)는 상기 초음파 신호가 유동하는 액체의 전 영역을 통과하도록 상기 파이프의 내경과 같은 직경을 가진다.
도 2a 내지 도 2c는 직선형의 유로 튜브에 대한 것으로서, 상기와 같은 공정을 보이고 있다. 상기 튜브는 쐐기부(18)들과 함께 단일체 몸체(16)로 만들어지고, 상기 쐐기부(18)들은 상기 파이프 지름 및 요구된 유동 범위에 의해 결정된 각도로 위치된다. 다수의 트랜스듀서 쌍(14)들은 반사형(reflection; V자형) 또는 대각선형(diagonal; Z자형) 중 어느 하나의 배치 형태로 상기 직선형 유동 튜브에 적용됨에 따라 더 넓은 영역을 가로질러 측정하거나 작동 가능한 유동 범위를 확대시킬 수 있다.

또한, 캡(11)이 상기 트랜스듀서(14)를 위를 덮도록 놓여지고, 물의 유입으로부터 상기 트랜스듀서를 보호하기 위해 밀봉된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 전자 부품들(앞서 언급한 '전자 회로부'에 해당)은 인클로저 몸체(111)의 상반부(앞서 언급한 '제1 인클로저'에 해당)에 끼워진다. 상부 커버(104)에는 LCD 창(105)이 고정되고(고정 부위에 방수처리를 위해 초음파로 용접됨), 또한 상부 커버에는 스크류(107)에 의해 회로기판(106)이 고정된다. 배터리(108)는 상기 인클로저 몸체(111) 내에 지지된다. 방수 커넥터(110)가 외부 장비에 대한 결합수단을 제공한다. 이러한 커넥터들은 보호 커버의 개봉 방지를 위해 외측으로부터 조여지는 너트(109)를 통상적으로 포함하고 그리고 그 상부에 초음파 용접이 이루어진다. 상기 LCD 창(105)과, 회로기판(106)과, 스크류(107)가 조립된 상기 상부 커버(104)는 상기 인클로저 몸체(111)에 그 사이의 "O"자형 링과 함께 나사 결합된다. 개봉 방지는 상기 상부 커버(104)에 스크류 홀을 형성하고, 그리고 일련 번호와 관리 기관에 의해 요청된 다른 정보가 담긴 라벨(102)을 함께 커버링(covering)함으로써 달성된다. 여닫이 뚜껑(101)은 직접적인 충격으로부터 상기 LCD 창을 보호하기 위해 상기 조립된 상부 커버 위에 닫혀진다.

상기 조립된 유로 튜브(도 3은 도면 부호 "112", "113", "114" 및 "115"으로 "U"자형 유로 튜브의 배치를 보이고 있으나, 직선형 유로 튜브의 경우에도 이와 비슷함)는 상기 인클로저 몸체(111)의 해당 부분에 끼워지고, 스크류(117)와 지지체(116)을 사용하여 단단히 고정시킨다. 상기 인클로저 몸체 내의 상세 구조에 의하여 상기 유로 튜브를 지지하고 회전을 막기 위한 추가적인 지지가 제공된다.

전선(113)은 이미 끼워진 캡(112)을 통과하고, 상기 인클로저 몸체(111)의 상반부에 위치된 전자 부품 조립체에 연결되기 위해 상기 인클로저 몸체(111) 중간의 격벽에 형성된 구멍들을 통과한다. 상기 인클로저 몸체의 하반부로부터 물이 상반부로 유입되는 것을 막기 위해 상기 전선들이 상기 인클로저 몸체(111)에 있는 격벽(분할체)를 통과하는 곳에서 상기 전선들 둘레에 밀봉재가 사용된다

상기 인클로저 몸체(111)의 하반부(앞서 언급한 '제2 인클로저'에 해당)는 베이스 부품(118)을 사용하여 덮여지는데, 이 때 베이스 부품(118)은 스크류(119)를 사용하여 체결된다. 스크류 구멍은 에폭시 수지로 채워지고, 플라스틱 마개(120)가 상기 스크류 구멍에 끼워지고, 그리고는 밀봉된다. 따라서, 어떠한 형태의 개방도 케이스에 파괴적인 결과를 나타내며, 또한 명확한 증거를 보여준다.

도 4a 및 도 4b는 인클로저 몸체(111)의 내부를 위에서 바라보고 있는 모습이고, 몸체의 내부에는 배터리 지지체(21)와, 배터리 장착부(26)와, 상기 인클로저 몸체(111)의 하반부 내에 있는 트랜스듀서 조립체로부터 인출된 전선(113)들이 통과되는 구멍(25)들과, 그리고 유로 튜브(115)용 지지 구조물(24)이 포함되어 도시된다. 또한, 케이스(즉, '인클로저 몸체(111)')의 상부(즉, '상부 커버(104)')용 장착 포인트(22)들과, 상기 전자 부품들의 방수를 보장하기 위한 "O"자형 밀봉 링(23)이 도시된다.

도 5a 및 도 5b는 인클로저 몸체(111)의 내부를 아래에서 바라보고 있는 모습이고, 도 5a에 도시된 바와 같이 인클로저 몸체의 내부에는 유로 튜브(115)용 지지물(34)들과, 트랜스듀서 조립체로부터 인출된 전선(113)이 통과되기 위한 구멍(35)들과, 케이스, 즉 인클러저 몸체(111)의 하부 베이스 부품(118)용 장착 포인트(38)들과, 그리고 상기 유로 튜브(115)를 위한 고정 포인트(37)들이 포함된다. 도 5b는 유로 튜브(115)가 지지물(34) 내에 스크류(37a)로써 도면 부호 "39"의 위치에 고정된 상태를 도시하고 있다. 이것은 케이스, 즉 인클러저 몸체(111)의 내부에 유로 튜브(115)를 견고히 고정함으로써 상기 초음파 유량계가 손상되는 것을 막을 수 있게 된다.

Claims (7)

1. 두 개의 단부를 갖는 파이프와;

   전자 회로부와;

   상기 전자 회로부를 감싸며 방수가 되는 제1 인클로저와;

   상기 파이프를 감싸는 제2 인클로저로서, 상기 파이프의 상기 두 개의 단부가 돌출되도록 상기 파이프를 감싸며 방수가 되지 않는 제2 인클로저와; 그리고

   상기 제2 인클로저 내부에서 상기 파이프의 외면에 부착되는 복수개의 초음파 트랜스듀서로서, 각각의 상기 초음파 트랜스듀서는 각각의 캡에 의해 덮여져 방수 처리되고, 각각의 한 쌍의 전선에 의해 상기 전자 회로부에 연결되는 복수개의 초음파 트랜스듀서를 포함하여 이루어지고, 그리고

   상기 전선은 방수가 되지 않는 상기 제2 인클로저를 통과하여 연장되는 초음파 유량계.
2. 제1항에 있어서, 상기 파이프는 "U"자형 튜브를 포함하고, 상기 "U"자형 튜브는 중앙 튜브에 의해 함께 결합된 두 개의 나란한 사이드 튜브를 포함하고; 그리고

   상기 초음파 유량계는 두 개의 초음파 트랜스듀서를 포함하고, 각각의 초음파 트랜스듀서는 상기 중앙 튜브의 각 단에 부착되는 초음파 유량계.
3. 제2항에 있어서, 상기 초음파 트랜스듀서 각각의 직경은 상기 중앙 튜브의 내경과 동일한 초음파 유량계.
4. 제1항에 있어서, 상기 파이프는 직선형 파이프이고, 상기 직선형 파이프는 상기 초음파 트랜스듀서를 상기 직선형 파이프의 면에 경사지게 장착시키기 위한 복수개의 쐐기부를 포함하는 초음파 유량계.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 인클로저는 외부 장치와 연결하기 위한 방수 커넥터를 포함하는 초음파 유량계.
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 인클로저는 LCD 표시부를 포함하는 초음파 유량계.
7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 파이프는 열 가소성 수지로 형성되는 초음파 유량계.

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