KR101448034B1 - 초음파 유량계 - Google Patents

Abstract

본 발명의 초음파 유량계는, 매체가 내부를 흐르며 단면으로 볼 때 두 개의 반쪽을 형성하는 이분된 분할 원주를 갖는 측정 튜브(1) 및 두 개의 초음파 컨버터 짝(2)을 구비하며, 각각의 상기 초음파 컨버터 짝(2)은 대응하는 초음파 리플렉터(4)를 구비하며, 각각의 상기 초음파 컨버터 짝(2)의 상기 초음파 컨버터들(3)은 상기 측정 튜브(1)의 길이방향의 상호 이격된 위치에서 상기 원주에서 공통된 하나의 반쪽 상에 설치되는 반면 각각의 상기 초음파 짝(2)에 대한 상기 초음파 리플렉터(4)는 두 개의 상기 초음파 컨버터들(3) 사이에서 상기 측정 튜브(1)의 길이방향에서 상기 원주의 반대편 다른 반쪽에 위치하여, 하나의 초음파 컨버터 짝(2)의 어느 하나의 초음파 컨버터(3)에 의해 발사된 초음파 신호는 V자형 신호 경로를 따라 상기 초음파 컨버터 짝(2)의 초음파 리플렉터(4)를 경유하여 상기 초음파 컨버터 짝(2)의 다른 하나의 초음파 컨버터(3)로 향한다. 제1의 초음파 컨버터 짝(2)과 제2의 초음파 리플렉터(4)는 상기 측정 튜브의 상기 원주의 어느 하나의 반쪽 상에 위치하는 반면, 제2의 초음파 컨버터 짝(2)과 제1의 초음파 리플렉터(4)는 상기 측정 튜브의 상기 원주의 다른 하나의 반쪽에 위치한다. 본 발명에 의하면, 초음파 유량계의 측정의 정확도가 개선된다.

초음파 유량계, 튜브, 유량, 측정, 컨버터, 리플렉터, 포켓, 원주

Description

초음파 유량계{ULTRASONIC FLOWMETER}

본 발명은, 유체가 그 내부를 흐르며 단면에서 보여질 때 두 개의 반쪽(half)들을 형성하는 두 부분으로 된 분할 원주를 갖는 측정 튜브 및 두 짝(pair)의 초음파 컨버터(ultrasonic converter)들을 구비하며, 각 짝의 초음파 컨버터들은 대응하는 하나의 초음파 리플렉터(ultrasound reflector)를 구비하며, 초음파 컨버터 짝 각각의 초음파 컨버터들은 측정 튜브의 길이방향의 상호 이격된 위치에서 원주의 공통된 하나의 반쪽에 설치되는 반면, 초음파 컨버터들 짝 각각에 대한 초음파 리플렉터는 상기 두 개의 초음파 컨버터들 사이에서 측정 튜브의 원주의 반대편 다른 반쪽에 위치하여, 초음파 컨버터 짝의 하나의 초음파 컨버터에 의해 발사된 초음파 신호는 V자형 신호 경로를 따라 상기 초음파 컨버터 짝의 대응하는 초음파 리플렉터를 경유하여 상기 초음파 컨버터 짝의 다른 초음파 컨버터로 향하는, 초음파 유량계에 관한 것이다.

초음파 유량계들의 측정의 정확성은 일반적으로 측정 튜브를 통과하는 유체가 불규칙하게 흐를 때 즉 완전히 발전된 층류 또는 난류의 흐름 양상으로부터 벗어난 경우 저하된다. 이러한 불규칙성은 파이프 직경들의 변경 또는 유체의 유로를 따르는 굽힘들에 기인할 수 있다. 이러한 불규칙성은 일반적으로 세 가지 항목들로 세분화된다: 축방향 외란들(axial disturbances), 보틱스(vortices)와 같은 접선방향 외란들(tangential disturbances), 및 반경방향 외란들(radial disturbances). 접선방향 및 반경방향 외란들은 실제적인 유량의 체적 변화를 초래한다. 또한, 그것들은, 이하에서 기술되는 바와 같이, 초음파 측정들에 영향을 미친다.

초음파 유량계는 전형적으로 적어도 두 개의 초음파 컨버터(ultrasonic converter)들을 포함하며, 이들 두 개의 초음파 컨버터들은 하나의 초음파 컨버터 짝(ultrasonic converter pair)을 구성하며 흐름의 방향에서 상호 이격된 위치에 설치된다. 이러한 초음파 컨버터들 중 어느 하나는, 유체를 통과하며 다른 초음파 컨버터에 수신될, 초음파 신호를 발사한다. 이러한 시스템 설계는 통상적으로 초음파 신호를 수신한 초음파 컨버터가 수신된 초음파 신호를 발사할 수 있도록 한다. 이러한 방식으로, 초음파 신호들은 흐름의 방향을 따라 또는 반하여 흐르는 유체를 교차적으로(alternately) 통과한다. 흐르는 유체의 편승 효과(entrainment effect)로 인하여 흐름 방향을 따를 때와 흐름 방향에 거스를 때의 실행시간(runtime)이 다르게 된다. 흐름 방향에 상대적인 음파 경로의 길이 및 각도가 알려지면, 흐름 방향을 따를 때와 거스를 때에서의 실행시간들에 의해 유체의 유량이 결정될 수 있다.

예를 들어 파이프라인(pipeline)이 우측 또는 좌측으로의 굽힘(bend)에 의한 상방 또는 하방의 굽힘을 포함하면, 흐름의 양상은 축방향 뿐만 아니라 접선방향의 불규칙성을 갖게 된다. 더욱이, 접선방향의 외란(disturbance)은 음파 측정 경로를 따라 또 다른 속도 성분을 추가할 수 있으며, 따라서 총 유량 결정의 기초가 되는 실행시간이 왜곡된다.

현재까지, 이러한 문제에 대한 해결책은 하나의 공통 평면에서 상호 교차하는 두 개의 측정 경로들 중에서 최소의 것을 채택하는 것이었다. 흐름 방향에서 두 개의 측정 경로들의 각도들이 동일하다면, 바람직하지 못한 접선방향 및 반경방향의 속도 성분들은 이러한 두 개의 경로들에 따라 결정되는 유량들을 평균함으로써 제거될 수 있다.

여기에는 적어도 두 배의 많은 초음파 컨버터들이 필요하다는 한 가지 단점이 있다. 측정 튜브 내에 추가적인 초음파 컨버터들을 수용하는 것은, 다시 흐름의 외란들을 더 추가하는, 측정 튜브의 벽에 컨버터 포켓(converter pocket)들을 통상적으로 필요로 한다.

전술한 문제점을 해결하는 다른 해결책은 V자형의 신호 경로들을 사용하는 것이었다. 채택된 방법은 측정 튜브에서 공통의 일측에 설치되는 초음파 컨버터 짝의 두 개의 초음파 컨버터들을 제공하며, 이때 초음파 리플렉터는 측정튜브의 타측에 위치된다. 각 평면에서 측정 튜브의 곡률에 따라, 초음파 리플렉터는, 사실상 측정 튜브 자체의 내측벽으로 구성될 수 있거나, 별개의 초음파 리플렉터가 예를 들어 평판의 형상으로 설치될 수 있다. 이는 선행 기술 부분이며 또한 이하에서 추가 기술되는 본 발명에 또한 적용된다.

이러한 경우, 하나의 초음파 컨버터에 의해 발사된 초음파 신호는 V자형의 신호 경로를 따라 초음파 리플렉터에 의해 초음파 컨버터 짝의 다른 초음파 컨버터 로 향한다. 유사하게, 초음파 신호는 반대 방향으로 전파될 수 있다. 전술했듯이, 이에 의해 평균 작업을 통하여 접선방향 및 반경방향의 성분들의 제거를 가능케 하는 구성이 만들어진다. 이러한 해결책의 주 이점은 어떠한 추가적인 초음파 컨버터들이 필요하지 않다는 것이다.

US 200410011141은 전술한 유형의 초음파 유량계를 기술한다. 상기 공보에 기술된 장치는 상호 평행한 평면들을 따라 연장된 복수의 V자형의 신호 경로들을 사용한다. 초음파 컨버터 짝들과 초음파 리플렉터들은 초음파 유량계의 측정 튜브에서 다른 측면들 상에 설치된다. 이러한 설계의 한 가지 이점은, 적어도 최상측의 그리고 최하측의 V자형의 신호 경로들이, 측정 튜브의 내측벽으로부터 오로지 작은 최대 거리에 위치될 수 있다는 것이다. 사실상, 측정 튜브의 내측벽으로부터의 최소 거리는 개선된 측정의 정확도를 유도하는데, 그 이유는 이러한 유형의 신호 경로가 매우 정밀한 감지와 특히 축방향의 불규칙성의 제거를 가능케 하기 때문이다. 더욱이, 모든 초음파 컨버터들을 측정 튜브의 하나의 단일측 상에 함께 위치시키는 것은, 특히 측정 튜브가 매우 어렵게 접근될 수 있는 경우 특히 일측으로부터만 접근될 수 있는 경우, 유지 보수가 용이하게 된다.

전술한 바와 같이 상호 평행한 평면들에 있는 V자형의 신호 경로들을 사용하는 것은 반경방향 및 접선방향의 흐름 외란들을 제거함에 있어, 앞서 언급한 전통적인 신호-경로 구성들에서 달성되는 것보다 실질적으로 더 효과적임이 밝혀졌다. 하지만, 테스트 결과 여전히 약 1.5%의 에러율이 여전히 있음이 드러났다.

따라서, 본 발명의 목적은 유량 측정에서 접선방향 및 반경방향의 외란들을 거의 완전하게 제거할 수 있는 초음파 유량계를 소개하는 것이다.

앞서 첫 번째로 기술된 초음파 유량계에 대해, 상기 목적은 제1의 초음파 컨버터 짝과 제2의 초음파 리플렉터를 측정 튜브의 하나의 반쪽 원주 상에 위치시키며 제2의 초음파 컨버터 짝과 제1의 초음파 리플렉터를 다른 하나의 반쪽 원주에 위치시키는 것에 의해 달성된다.

다시 말해서, 본 발명에 따르면, 초음파 컨버터 짝들이 서로 반대측에 설치되고 하나의 초음파 컨버터 짝의 초음파 신호들은 일측으로부터 발사되고 다른 초음파 컨버터 짝의 초음파 신호들은 타측으로부터 발사되어 유체로 향한다. 이러한 새로운 구성은, 접선방향 및 반경방향의 외란들의 제거에서 존재하는 에러는 축방향에서 그러한 외란들이 일정하지 않다는 사실로부터 본질적으로 비롯된다는 것을 인식함에 기초한다. 제안된 신호 경로들의 구성은 잔존하는 에러들을 본질적으로 완전한 정도까지 제거할 수 있고, 이는 이하에서 추가로 설명될 것이다.

여기서, 초음파 컨버터 및 초음파 리플렉터를 시스템의 원주의 하나의 반쪽 "상에" 위치시키는 것이, 측정 튜브의 내측벽의 영역에서 초음파 신호들의 발신, 수신 및 반사 각각을 가능케 하는 어떠한 배열을 의미한다는 것이 지적되어야 한다.

또한, "V자형의 신호 경로"는 흐름 방향에서 초음파 컨버터 짝의 초음파 컨버터들을 서로 이격시키고 또한 흐름 방향에서 그것들 사이의 한 지점에 초음파 리플렉터를 위치시킴으로써 얻어질 수 있는 어떠한 형상의 신호 경호들을 뜻한다. 특히, "V자형" 신호 경로는 "V"의 다리들 사이의 특정각 또는 상기 다리들의 동일한 길이를 요구하지 않는다.

원칙적으로, 두 개의 V자형의 신호 경로들이 동일 평면을 따라 연장되도록 하는 것이 가능하다. 하지만, 본 발명의 바람직한 일 실시예에서, 두 개의 V자형의 신호 경로들은 다른 평면들을 따라 연장된다. 다른 바람직한 특징으로서, 상기 두 개의 다른 평면들은 측정 튜브 내에서 교차하지 않는다. 가장 바람직하게는, 상기 다른 평면들은 서로 평행하게 연장된다.

전술한 본 발명에 의해 제공되는 이점은 오로지 두 개의 초음파 컨버터 짝들에 의해 이미 달성된다. 하지만, 본 발명의 바람직한 일 실시예는, 추가적인 V자형의 신호 경로를 생성하기 위해 하나의 관련 초음파 리플렉터를 갖는 초음파 컨버터들의 적어도 하나의 추가적인 짝(pair)을 포함한다. 다수의 상호 다른 그리고 바람직하게는 평행한 평면들에서 하나의 각각의 V자형의 신호 경로를 생성할 수 있도록 하는, 다중의 추가적인 초음파 컨버터들 짝들을 포함하는 형상이 특히 바람직하며, 이러한 경우 이웃하는 신호 경로들을 위한 초음파 컨버터들은 측정 튜브의 원주의 서로 다른 반쪽들에 위치된다. 측정 튜브의 반경방향에서 보면, 개방단들(open ends)과 꼭지점들이 원주의 두 개의 반쪽들 상에서 번갈아 나타나는 V자형의 신호 경로들의 배열이 나타난다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에서는, 측정 튜브의 길이방향에서 볼 때 두 개의 초음파 리플렉터들은, 초음파 컨버터 짝의 두 개의 컨버터들 사이의 최대 거리 이하로 이격된다. 가장 바람직하게는, 측정 튜브의 길이방향에서 볼 때, 모든 초음파 컨버터들은 측정 튜브의 동일 길이 상에 배열된다.

앞서 특정된 본 발명의 목적과는 별개로, 초음파 유량계에 적절한 측정 동작이 유지되는지를 가리킬 수 있는 진단 기능을 장착시킬 필요가 종종 있다.

앞서 첫 번째로 기술한 초음파 유량계에 대해, 이는, 측정 튜브 내에서 다른 두 개의 평면들과 교차하는 하나의 평면을 따라 연장된 V자형의 신호 경로를 생성하기 위해, 대응하는 하나의 초음파 리플렉터를 갖는 제3의 초음파 컨버터 짝을 구비함으로써 달성된다.

따라서, 본 발명에 따르면, 제3의 신호 경로는, 그것이 유체 내에서 다른 두 개의 신호-경로 평면들과 교차하는 방식으로, 상기 두 개의 평면들에 대해 0도와는 다른 각도로 연장된다. 이에 의해, 예를 들어 오물이 측정 튜브의 바닥에 축적되었는지를 결정하는 것을 가능케 하는, 진단 기능이 가능해진다.

어떠한 오물 축적의 결과로, 그 영역에 있는 하나의 반사 지점은 측정 튜브의 중심으로 이동되며, 이에 의해 음파 경로의 길이가 감소된다. 이로부터, 측정 동작의 과정에서 다른 두 개의 평면들과 교차하는 제3의 신호 경로의 감소된 실행시간(runtime)이 감지되면, 그것은 바람직하지 못한 오물 축적을 가리킬 수 있다. 게다가, 기술된 바와 같은, 측정 튜브 내에서 다른 두 개의 평면들과 교차하는, 제3의 V자형의 신호 경로를 제공하는 것은 유량치의 추가적인 획득을 가능케 하며 따 라서 유량 측정의 정확도를 향상시킨다.

특히, 본 발명에 따른 바람직한 구성에서, 상기 두 개의 평면들은 측정 튜브 내에서 교차하지 않는다. 가장 바람직하게는, 상기 두 개의 다른 평면들은 서로 평행하게 연장되는 반면 제3의 평면은 이들 두 개의 다른 평면들에 직교하는 방향에서 연장된다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에서, 측정 튜브의 길이방향의 축은 제3의 평면에서 연장된다.

하지만, 본 발명의 또 다른 실시예에서는, 측정 튜브 내에서 상기 두 개의 다른 평면들과 교차하는 하나의 평면을 따라 연장되는 V자형의 신호 경로를 생성하기 위해 제4의 초음파 컨버터 짝에 대응하는 하나의 초음파 리플렉터를 제공하는 것이 마찬가지로 가능하며, 이러한 경우 상기 제3의 평면과 상기 제4의 평면은 각각 제1, 제2의 평면들에 대해 90°와는 다른 각도에서 각각 연장되며, 그러나 서로 평행하지는 않다. 이러한 방식으로 전술한 진단 기능이, 예를 들어 여러 반사 지점들을 체크하도록 확장될 수 있다.

첫 번째 본 발명의 해결책과 대응하는 전술한 구성적인 가능성들에 유사한, 바람직한 다른 설계 변형들이 얻어질 수 있으며, 특히 상호 평행하지는 않지만 여러 평면들에서 V자형의 신호 경로들을 생성하기 위해 추가적인 초음파 컨버터 짝들을 포함하는 관점에서 특히 그러하다.

마지막으로, 본 발명은, 유체가 흐르며 단면에서 볼 때 두 개의 반쪽들을 형성하는 이분된 분할 원주를 갖는 측정 튜브 및 하나의 초음파 리플렉터를 갖는 적어도 한 짝의 초음파 컨버터들을 포함하는 초음파 유량계에 관한 것이며, 여기서 초음파 컨버터 짝 각각의 초음파 컨버터들은 측정 튜브의 길이방향에서 상호 이격된 위치에서 원주의 공통된 하나의 반쪽에 설치되는 반면, 초음파 컨버터들 짝 각각에 대한 초음파 리플렉터는 상기 두 개의 초음파 컨버터들 사이의 측정 튜브의 원주의 다른 반대편 반쪽에 위치하여, 초음파 컨버터 짝의 하나의 초음파 컨버터에 의해 발사된 초음파 신호는 대응하는 상기 초음파 컨버터 짝의 초음파 리플렉터를 통하여 V자형이 신호 경로를 따르며 상기 초음파 컨버터 짝의 다른 초음파 컨버터로 향한다.

전술한 바와 같이, 상기 초음파 컨버터들은 측정 튜브의 벽에 제공될 수 있는 컨버터 포켓들 내에 통상적으로 수용된다. 이는 컨버터 포켓들 내에 스스로 증착될 수 있는 액체 성분을 갖는 가스의 흐름을 측정할 때 바람직하지 못한 상황들로 잠재적으로 유도하는 문제점을 야기한다. 만약, 예를 들어, 물방울이 컨버터 포켓에 증착된다면, 그러한 물방울은 초음파 컨버터와 측정 튜브 사이에 브릿지(bridge)를 형성할 수 있고 이러한 브릿지는 컨버터와 측정 튜브 사이에서 바람직하지 못한 음향적 결합(acoustic coupling)을 야기할 수 있으며, 그렇지 않은 경우 컨버터는 측정 튜브로부터 크게 방음된다.

따라서 전술한 문제를 회피하도록 설계된 초음파 유량계를 소개하는 것이 본 발명의 또 다른 목적이다.

전술한 초음파 유량계에 대해, 상기 목적은, 초음파 컨버터 짝이 대응하는 초음파 리플렉터의 위치보다 더 높게 배치되도록 하는 방식으로 측정 튜브를 배치시킴으로써 달성된다.

이것은, 본 발명에 따라, 초음파 컨버터에 구비된 컨버터 포켓들이 측정 튜브의 내측을 향할 수 있도록 하며, 이에 의해 초음파 컨버터들이 액상의 그리고 반죽성의(pasty) 물질들에 대한 자기배출(self-draining)이 가능해지도록 한다. 이러한 설계 방안은 전술한 모든 형상들에 보편적으로 조합될 수 있다.

본 발명의 바람직한 일 실시예는, 측정 튜브 내에서 제1의 V자형 신호 경로의 평면을 가로지르지 않는 일 평면을 따라 연장되는 다른 V자형 신호 경로를 생성하기 위한, 대응하는 초음파 리플렉터를 구비한 적어도 하나의 추가적인 초음파 컨버터 짝을 포함하며, 이러한 경우 추가적인 초음파 컨버터 짝의 초음파 컨버터들은 대응하는 초음파 리플렉터의 높이보다 더 높은 위치에 배치된다. 가장 바람직하게는, 그 평면들은 서로 평행하게 연장되고 반면 초음파 컨버터 짝들은 원주의 일측 반쪽에 설치되고 초음파 리플렉터들은 측정 튜브의 원주의 타측 반쪽에 설치된다. 결과적으로, 초음파 컨버터들을 위한 컨버터 포켓들은 다중의 V자형 신호 경로들의 경우에서도 전술한 바와 같이 자기배출을 수행할 수 있다.

이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

도 1a 및 도 1b는 각각, 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 개략적 단면도 및 사시도를 나타내고 있다. 이들 도면들은 본 발명과 대응하는 주요 구성들만들 도시하며, 이들 주요 구성들은, 유체(미도시)에 대한 측정 튜브(1) 및 다수의 초음파 컨버터 짝들(ultrasound converter pairs; 2)이며, 각각의 초음파 컨버터 짝은 초음파 컨버터(ultrasound converter; 3)를 구비하며 하나의 초음파 컨버터 짝에 대하여 하나의 초음파 리플렉터(ultrasound reflector; 4)가 구비된다. 이러한 초음파 컨버터 짝들은, 평행한 평면들을 이루는 방식으로, 측정 튜브(1)의 원주의 어느 하나의 반쪽 또는 다른 하나의 반쪽에 번갈아 위치하며, 이에 각각의 초음파 컨버터 짝들은 V자형의 신호 경로들(5)을 갖게 된다. 초음파 컨버터 짝들(2)의 교차하는 배치와 그에 따른 초음파 리플렉터(4)의 측정 튜브에서의 일측과 타측에서의 교차하는 배치로 인하여, V자형이 신호 경로들(5)이 튜브의 일측 또는 타측 상에서 그것들의 개방단들(open ends)을 갖게 된다. 가운데 신호 경로(5)에 대하여는 측정 튜브(1)의 내측벽 자체가 초음파 리플렉터(4)로서 작용하며 따라서 별도의 초음파 리플렉터가 필요하지 않다는 것을 주지되어야 한다.

이에 대하여 또한 도 2a 및 도 2b의 개략적 도면들을 참조한다. 평면도 도 2a는 단일의 V자형의 신호 경로(5) 또는 다수의 V자형의 신호 경로들(5)을 갖는 선행기술의 개념을 나타내며, 하지만 모든 개방부가 우측을 향해 있다. 대조적으로 도 2b는 도 1a 및 도 1b에 도시된 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 신호 경로(5)의 배열을 개략적으로 도시하며, 여기서 적어도 하나의 신호 경로(5)는 우측으로 개방되고 하나의 신호 경로(5)는 좌측으로 개방되어 있다. 테스트들은 이러한 배치가 실질적으로 측정의 정확도를 개선시킬 수 있음을 보여주었다.

도 3a 및 도 3b는 각각 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 초음파 유량계의 단면도 및 개략적인 사시도를 개략적으로 도시한다. 이와 같은 초음파 유량계에서도 역시, 초음파 컨버터 짝들(2)과 초음파 리플렉터들(4)은 상호 평행한 평면들을 따르는 V자형의 신호 경로들을 만드는 방식으로 배열된다. 이러한 경우 추가 적으로, 상기 평행한 평면들에 직교하는 평면을 따라 배치되는 또 다른 V자형의 신호 경로가 형성되며, 이러한 경우 대응하는 초음파 컨버터들(3)이 측정 튜브(1) 내에서 상방 위치에 설치되어진다. 이러한 신호 평면 내에 측정 튜브(1)의 길이방향의 축이 연장되며, 이에 의해 별도의 초음파 리플렉터(4)가 필요하지 않게 되는데, 그 이유는 측정 튜브(1)의 내측벽이 리플렉터 목적을 수행하기 때문이다. 이는 상호 평행한 신호 경로 평면들 중에서 가운데 평면에도 마찬가지로 적용될 수 있다.

이러한 구성은 측정 튜브(1)의 바닥에 축적될 수 있는 오물에 대한 진단 기능을 가능케 한다. 앞서 설명한 바와 같이, 어떤 오물의 퇴적은, 리플렉터 위치에 제공될 경우 리플렉터의 위치를 측정 튜브(1)의 중심을 향해 이통시키게 되며, 그에 따라 대응하는 음파 경로(acoustic path)가 짧아진다. 일정 시간이 경과하면, 다른 평면들을 가로지르는 신호 경로의 실행시간(runtime)이 점차 짧아짐을 알게 되며, 이는 바람직하지 않은 오물 적층들이 있음을 가리키는 것이다. 게다가, 측정 튜브(1) 내에서 다른 평면들을 가로지르는 V자형의 신호 경로를 제공하는 것은 추가적인 하나의 유량치의 수집을 가능케 한다; 따라서 유량 측정의 정확도가 더 강화된다.

도 4a 및 도 4b는 각각, 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 초음파 유량계의 단면도 및 사시도를 도시한다. 이러한 구성은 본질적으로 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 초음파 유량계와 대응하는 이점들을 달성하는 것을 가능케 하며, 차이점은 상호 평행한 신호-경로 평면들이 한 개가 아닌, 서로 상대적인 각을 가지고 연장된 두 개의 신호-경로 평면들에 의해 가로질러진다는 것이다. 이러한 경우에도 하나의 공통적인 초음파 리플렉터(4)가 채택된다면, 전술한 측정 튜브(1)에서 오물 축적을 감지하기 위한 진단 기능이 여러 반사 포인트들을 체크하기 위해 확장될 수 있다.

마지막으로, 도 5는 본 발명의 바람직한 제4 실시예에 따른 초음파 유량계의 개략적인 단면도를 도시한다. 이러한 경우에서 주요 관점은 초음파 컨버터들(3)이 각각 그것들에 대응하는 초음파 리플렉터(4)보다 높은 위치에 배치된다는 것이며, 이로 인하여 초음파 컨버터들(3)을 수용하는 컨버터 포켓들(converter pockets; 6)이 하방을 향한다. 전술한 바와 같이, 이러한 경우, 액상의 그리고 반죽성의(pasty) 물질들에 대한 컨버터 포켓들(6)의 자기배출(self-draining) 기능을 보장한다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 초음파 유량계의 개념을 개략적으로 도시한다.

도 2a 및 도 2b는, 선행기술(도 2a)과 비교하여, 본 발명(도 2b)의 바람직한 제2 실시예에 따른 초음파 유량계에서의 신호 경로들의 패턴을 평면도로 개략적으로 도시한다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 초음파 유량계를 개략적으로 도시한다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 초음파 유량계를 개략적으로 도시한다.

도 5는 본 발명의 바람직한 제4 실시예에 따른 초음파 유량계를 개략적으로 도시한다.

Claims (16)

1. 매체가 내부를 흐르며 단면으로 볼 때 가상적으로 두 개의 반쪽을 형성하는 이분된 분할 원주를 갖는 측정 튜브(1) 및 두 개의 초음파 컨버터 짝(2)을 구비하며, 각각의 상기 초음파 컨버터 짝(2)은 대응하는 초음파 리플렉터(4)를 구비하며,

   각각의 상기 초음파 컨버터 짝(2)의 초음파 컨버터들(3)은 상기 측정 튜브(1)의 길이방향의 상호 이격된 위치에서 상기 원주에서 공통된 하나의 반쪽 상에 설치되는 반면 각각의 상기 초음파 컨버터 짝(2)에 대한 상기 초음파 리플렉터(4)는 두 개의 상기 초음파 컨버터들(3) 사이에서 상기 측정 튜브(1)의 길이방향에서 상기 원주의 반대편 다른 반쪽에 위치하여,

   하나의 초음파 컨버터 짝(2)의 어느 하나의 초음파 컨버터(3)에 의해 발사된 초음파 신호는 V자형 신호 경로를 따라 상기 초음파 컨버터 짝(2)의 초음파 리플렉터(4)를 경유하여 상기 초음파 컨버터 짝(2)의 다른 하나의 초음파 컨버터(3)로 향하며,

   제1의 초음파 컨버터 짝(2)과 제2의 초음파 리플렉터(4)는 상기 측정 튜브의 상기 원주의 어느 하나의 반쪽 상에 위치하는 반면, 제2의 초음파 컨버터 짝(2)과 제1의 초음파 리플렉터(4)는 상기 측정 튜브의 상기 원주의 다른 하나의 반쪽에 위치하며,

   상기 각각의 초음파 신호의 상기 V자형 신호 경로가 가로지르는 다른 평면들은 상기 측정 튜브(1) 내에서 교차하지 않으며,

   모든 초음파 컨버터 짝(2)의 초음파 컨버터들(3)은 대응하는 초음파 리플렉터(4)의 위치보다 더 높은 위치에 배치되는, 초음파 유량계.
2. 제1항에 있어서,

   상기 유량계는, 추가적인 하나의 V자형 신호 경로를 생성하기 위해 대응하는 하나의 초음파 리플렉터(4)를 갖는 적어도 하나의 추가적인 초음파 컨버터 짝(2)을 구비하는, 초음파 유량계.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 측정 튜브(1)의 길이방향에서 볼 때, 두 개의 상기 초음파 리플렉터(4)는 초음파 컨버터 짝(2)의 두 개의 초음파 컨버터들(3) 사이의 최대 거리로 이격되는, 초음파 유량계.
4. 제3항에 있어서,

   상기 측정 튜브(1)의 길이방향에서 볼 때, 상기 모든 초음파 리플렉터(4)는 상기 측정 튜브(1)의 동일 길이 위에 설치되는, 초음파 유량계.
5. 매체가 내부를 흐르며 단면으로 볼 때 가상적으로 두 개의 반쪽을 형성하는 이분된 분할 원주를 갖는 측정 튜브(1) 및 두 개의 초음파 컨버터 짝(2)을 구비하며, 각각의 상기 초음파 컨버터 짝(2)은 대응하는 초음파 리플렉터(4)를 구비하며,

   각각의 상기 초음파 컨버터 짝(2)의 초음파 컨버터들(3)은 상기 측정 튜브(1)의 길이방향의 상호 이격된 위치에서 상기 원주에서 공통된 하나의 반쪽 상에 설치되는 반면 각각의 상기 초음파 컨버터 짝(2)에 대한 상기 초음파 리플렉터(4)는 두 개의 상기 초음파 컨버터들(3) 사이에서 상기 측정 튜브(1)의 길이방향에서 상기 원주의 반대편 다른 반쪽에 위치하여,

   하나의 초음파 컨버터 짝(2)의 어느 하나의 초음파 컨버터(3)에 의해 발사된 초음파 신호는 V자형 신호 경로를 따라 상기 초음파 컨버터 짝(2)의 초음파 리플렉터(4)를 경유하여 상기 초음파 컨버터 짝(2)의 다른 하나의 초음파 컨버터(3)로 향하며,

   제3의 초음파 컨버터 짝(2)이, 대응하는 초음파 리플렉터(4)와 함께, 상기 측정 튜브(1) 내에서 상기 각각의 초음파 신호의 상기 V자형 신호 경로가 가로지르는 다른 두 개의 평면들과 교차하는 하나의 평면을 따라 연장되는 하나의 V자형 신호 경로를 생성하며,

   상기 다른 두 개의 평면들은 상기 측정 튜브(1) 내에서 교차하지 않으며,

   모든 초음파 컨버터 짝(2)의 초음파 컨버터들(3)은 대응하는 초음파 리플렉터(4)의 위치보다 더 높은 위치에 배치되는, 초음파 유량계.
6. 제5항에 있어서,

   상기 각각의 초음파 신호의 상기 V자형 신호 경로가 가로지르는 상기 다른 두 개의 평면들은 서로 평행하게 연장되는 반면 제3의 상기 평면은 상기 다른 두 개의 평면들에 직교하는 방향에서 연장되는, 초음파 유량계.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서,

   제3의 상기 평면은 상기 측정 튜브(1)의 길이방향의 축을 내포하는, 초음파 유량계.
8. 제5항에 있어서,

   제4의 초음파 컨버터 짝(2)이 대응하는 초음파 리플렉터(4)와 함께 구비되어 상기 측정 튜브(1) 내에서 다른 두 개의 평면들과 교차하는 하나의 평면을 따라 연장되는 하나의 V자형 신호 경로(5)를 생성하며, 제3의 평면 및 제4의 평면 각각은 서로 평행하게 연장됨 없이 제1의 평면 및 제2의 평면에 대해 90°와는 다른 각도에서 연장되는, 초음파 유량계.
9. 제5항에 있어서,

   상기 유량계는, 상기 다른 두 개의 평면들에 평행한 하나의 평면을 따라 연장되는 추가적인 V자형 신호 경로(5)를 생성하기 위한, 대응하는 초음파 리플렉터(4)를 갖는 적어도 하나 이상의 초음파 컨버터 짝(2)을 통합하는, 초음파 유량계.
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