KR101763871B1 - 3D flowmeter using bimorph and flow-measuring method using the flowmeter - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 바이모프를 이용한 3차원 유량계에 관한 것으로, 보다 상세하게는 바이모프를 이용하여 유량을 측정하되 어느 한 방향으로 한정되는 것이 아니라 3차원적인 모든 방향에 대한 유량을 측정할 수 있게 하는, 바이모프를 이용한 3차원 유량계에 관한 것이다.The present invention relates to a three-dimensional flow meter using a bimorph, and more particularly, to a flow meter using a bimorph, which measures a flow rate using a bimorph and is capable of measuring a flow rate in all three- The present invention relates to a three-dimensional flow meter using a bimorph.
유량계란 잘 알려져 있는 바와 같이 유체(기체 또는 액체)가 단위시간 동안에 흐르는 양(체적 또는 질량)을 측정하는 기계를 말하는 것으로, 측정하고자 하는 유체의 성상, 측정조건, 사용목적 등에 따라 매우 다양한 종류와 형태를 가지고 널리 사용되고 있다. 일반적으로 유동의 물리적 변수들(부피, 유속, 압력 등)을 이용하는 유량계 종류로서 날개차 유량계, 차압식 유량계, 면적식 유량계, 용적식 유량계 등이 있으며, 도전성 유체에 적용 가능한 전자식 유량계, 열을 이용하는 열식 유량계 등과 같이 특정 조건을 더 가지는 유체에 대하여 적용이 가능한 유량계도 있다.As is well known, a flow meter refers to a machine that measures the amount (volume or mass) of a fluid (gas or liquid) flowing through a unit of time. It can be used in a wide variety of types depending on the properties of a fluid to be measured, measurement conditions, And is widely used. Generally, there are a flow meter type using flow physical parameters (volume, flow rate, pressure, etc.), such as a wing flow meter, a differential pressure meter, an area type flow meter, a volumetric flow meter, an electronic flow meter applicable to a conductive fluid, There are also flowmeters that can be applied to fluids having more specific conditions, such as thermal flowmeters.
이러한 여러 종류의 유량계들 중 하나인 초음파 유량계는 보다 정밀한 유량 측정에 사용되는 것으로서, 그 원리를 간략히 설명하자면 다음과 같다. 음파가 유체 중을 흐르는 방향으로 전해지는 속도는 반대 방향에 전하는 속도보다 빠르다. 초음파 유량계는 이 두 전파 속도의 차를 비교해서 유체의 속도를 측정하는 장치이다. 예를 들면, 증폭기의 입출력 회로에 각각 초음파 공진자를 붙이고 입출력 회로를 음향적으로 결합한 초음파 발진기 2조를 준비하여 하나는 흐름을 따른 방향, 다른 하나는 반대 방향으로 음파가 전해지도록 공진자를 배치하면 양 발진기의 주파수의 차, 즉 비트(beat)를 측정하여 유속을 구할 수 있다. 이러한 초음파 유량계의 구체적인 구성이나 원리는 한국특허공개 제2016-0029656호("초음파 유량계 및 유량 계측 방법") 등 다양한 문헌에 널리 개시되어 있다.Ultrasonic flowmeter, which is one of these kinds of flowmeters, is used for more precise flow measurement, and briefly explains its principle. The speed at which the sound waves travel in the direction of flowing through the fluid is faster than the speed at which they travel in the opposite direction. An ultrasonic flowmeter is a device that measures the velocity of a fluid by comparing the difference between the two propagation velocities. For example, two sets of ultrasonic oscillators in which an ultrasonic resonator is attached to an input / output circuit of an amplifier and an input / output circuit is acoustically coupled are prepared, and a resonator is arranged so that a sound wave is transmitted in a direction The flow rate can be determined by measuring the frequency difference, or beat, of the oscillator. The specific structure and principle of such an ultrasonic flowmeter are widely disclosed in Korean Patent Publication No. 2016-0029656 ("Ultrasonic Flowmeter and Flow Measurement Method").
정밀한 유량 측정을 위한 유량계로서 와류식 유량계도 있다. 와류식 유량계는 카르만 와류를 이용하는 것으로, 일정한 유동(flow) 가운데에 와류 발생 기둥(prisma)을 놓으면 소위 카르만 와류가 와류발생체의 뒤쪽에 규칙적으로 발생하는데, 이 카르만 와류의 발생 주파수를 검출하면 유속을 알 수 있으며, 유속에 공기계량기의 공기통로의 유효단면적을 곱하면 흡기의 체적유량을 산출할 수 있다. 이러한 와류식 유량계의 기본적인 구성이나 원리는 한국특허공개 제2007-0044873호("와류식 유량계") 등에도 그 원리가 잘 개시되어 있으며, 현재 자동차 전자제어 연료분사장치와 같은 정밀한 유량 측정을 위한 장치에 널리 적용되어 사용되고 있다.There is also a swirl type flow meter as a flow meter for precise flow measurement. A vortex type flow meter uses a Karman vortex. When a vortex generating prism is placed in a certain flow, a so-called Karman vortex occurs regularly behind the vortex generator. When the frequency of occurrence of the Karman vortex is detected, And the volume flow rate of the intake air can be calculated by multiplying the flow rate by the effective cross-sectional area of the air passage of the air meter. The basic constitution and principle of such a vortex type flow meter are well disclosed in Korean Patent Publication No. 2007-0044873 ("vortex type flow meter") and the like, and a device for precise flow measurement such as an automobile electronic control fuel injection device Have been widely used in the field.
이러한 초음파 유량계, 와류식 유량계의 경우 유체의 유량을 매우 정밀하고 정확하게 측정할 수 있다는 장점이 있으나, 장치 구성이 복잡하고 제조 단가가 높은 문제가 있는 등의 단점이 있다. 뿐만 아니라 초음파 유량계의 경우 초음파 송수신기 간의 거리가 길거나 유동 중 와류 발생이 많으면 초음파 펄스의 굴적, 확산, 흡수감쇄도 등이 변화함에 따라 오차가 발생하는 문제가 있고, 와류식 유량계의 경우 측정 과정에서 유동력이 일부 손실되기 때문에 유체의 유량이 미세해지면 유동력의 완전 손실로 측정이 불가능해지는 문제가 있는 등, 여러 제약과 한계가 있는 실정이다.Such an ultrasonic flowmeter and a swirl flowmeter have an advantage in that the flow rate of the fluid can be measured very precisely and accurately, but there is a disadvantage that the apparatus is complicated and the manufacturing cost is high. In addition, in the case of an ultrasonic flowmeter, if the distance between the ultrasonic transceivers is long or the vortex is generated in the flow, there is a problem that error occurs due to changes in the excitation, diffusion and absorption attenuation of the ultrasonic pulse. In the case of the swirl flowmeter, There is a problem that when the flow rate of the fluid becomes finer because the power is partially lost, the measurement becomes impossible due to the complete loss of the flow force.
이러한 문제점들을 해소하고자, 본 출원인에 의하여 출원 및 등록 완료된 한국특허등록 제1431461호("바이모프를 이용한 유량계")에는, 상술한 바와 같은 바이모프를 이용하여 유량을 측정하는 센서가 개시된 바 있다. 상기 종래기술에서는, 도 1에 도시된 바와 같이 유체가 흘러가는 관 내에 바이모프가 수직 배치되게 하여, 유체의 유동에 의해 바이모프가 형상 변형을 일으킴으로써 발생되는 진동주파수를 측정함으로써 유량을 산출하도록 되어 있다. 상기 종래기술에 의하면, 앞서 설명한 초음파 유량계나 와류식 유량계의 여러 문제점들을 모두 해소하면서, 정밀하고 정확한 유량 값을 측정할 수 있는 장점이 있다.In order to solve these problems, Korean Patent Registration No. 1431461 ("flow meter using bimorph") filed and registered by the present applicant has disclosed a sensor for measuring the flow rate using the bimorph as described above. 1, the bimorph is vertically disposed in a tube through which the fluid flows, and the flow rate is calculated by measuring the vibration frequency generated by causing the bimorph to deform by the flow of the fluid . According to the above-mentioned prior art, there is an advantage that accurate and accurate flow rate values can be measured while solving various problems of the ultrasonic flowmeter and the swirling flowmeter described above.
그러나 상기 종래기술을 포함하여 상술한 바와 같은 여러 유량계의 경우, 통로를 통해 흘러가는 유동의 유량, 즉 어느 일방향으로의 유량을 측정하기에 최적화된 형태로 되어 있어, 3차원적으로 다양한 방향에 대한 유량을 측정하고자 하는 경우 적용이 난해하다는 문제점이 있다.However, in the case of various flow meters as described above including the conventional technique, the flow meter is optimized to measure the flow rate of the flow flowing through the passage, that is, the flow rate in any one direction, There is a problem that the application is difficult when the flow rate is to be measured.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 바이모프를 이용하여 유량을 측정하되 어느 한 방향으로 한정되는 것이 아니라 3차원적인 모든 방향에 대한 유량을 측정할 수 있게 하는, 바이모프를 이용한 3차원 유량계 및 이를 이용한 유량측정방법을 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems occurring in the prior art, and it is an object of the present invention to provide a method and apparatus for measuring a flow rate using a bimorph, Dimensional flow meter using a bimorph and a flow rate measuring method using the same.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바이모프를 이용한 3차원 유량계는, 내부에 공동이 형성되는 구체(110); 상기 구체(110)의 외면에 돌출되게 구비되며, 바이모프로 이루어져 유체의 유동에 의해 변형됨으로써 유량을 측정하는 다수 개의 센서봉(120); 상기 구체(110)의 내부에 배치되며, 각각의 상기 센서봉(120)에서 발생되는 신호를 외부의 계산장치로 전달하는 다수 개의 신호선(130); 을 포함하여 이루어질 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a three-dimensional flow meter using a bimorph comprising: a sphere having a cavity formed therein; A plurality of
이 때 상기 3차원 유량계(100)는, 상기 센서봉(120)이 유체의 유동에 의해 변형되어 발생되는 진동을 상기 신호선(130)을 통해 감지하며, 상기 센서봉(120)에서 발생된 진동의 진동수를 이용하여 유량을 산출할 수 있다.At this time, the three-
또한 상기 센서봉(120)은, 상기 구체(110) 상의 위도 및 경도를 따라 미리 결정된 간격만큼 이격된 위치에 배치될 수 있다. 이 때 상기 3차원 유량계(100)는, 임의로 선택된 어느 하나의 경도 상에 배치된 상기 센서봉(120)들의 개수가 8개 이상이되, 상기 센서봉(120)들 간의 간격은 상기 센서봉(120)이 변형되었을 때 인접한 상기 센서봉(120)끼리의 접촉 및 간섭이 방지되는 최소값 이상이 되도록 형성될 수 있다.Also, the
또한 상기 3차원 유량계(100)는, 상기 센서봉(120)이 유체의 유동에 의해 변형되어 발생되는 진동을 상기 신호선(130)을 통해 감지하며, 각각의 상기 센서봉(120)의 위치 및 각각의 상기 센서봉(120)에서 발생된 진동의 진동수의 관계 그래프에서 나타나는 대칭점 위치를 사용하여 유체의 유동방향을 산출할 수 있다.In addition, the three-
또한 상기 3차원 유량계(100)는, 상기 구체(110)의 일측에 구비되어 상기 구체(110)를 지지하며, 내부에 공동이 형성되어 외부 계산장치와 연결되는 다수 개의 상기 신호선(130)들을 수용 및 보호하는 지지부(140); 를 더 포함하여 이루어질 수 있다.The three-
또한 본 발명의 바이모프를 이용한 3차원 유량계를 이용한 유량측정방법은, 상술한 바와 같은 바이모프를 이용한 3차원 유량계(100)를 이용하여 유량을 측정하되, 유체의 유동에 의해 상기 센서봉(120)이 변형되어 굴곡변위에 의한 전압이 발생되어 측정되는 전압측정단계; 상기 센서봉(120)에서 발생된 전압의 진동수가 산출되는 진동수산출단계; 상기 센서봉(120)에서 발생된 진동의 진동수를 이용하여 유량이 산출되는 유량산출단계; 를 포함하여 이루어질 수 있다.The flow rate measurement method using the bimorph-type three-dimensional flow meter according to the present invention is characterized in that the flow rate is measured using the three-
이 때 상기 유량산출단계는, 하기의 식을 이용하여 유량을 산출할 수 있다.At this time, the flow rate calculating step can calculate the flow rate using the following equation.
(여기에서, m: 유량, k: 비례상수, f: 진동수)(Where, m: flow rate, k: proportional constant, f: frequency)
또는 상기 유량산출단계는, 미리 도출된 유량 대비 진동수에 대한 테이블을 이용하여 유량을 산출할 수 있다.Alternatively, the flow rate calculation step may calculate the flow rate using a table for the frequency of the flow rate versus flow rate derived in advance.
또한 상기 유량측정방법은, 상기 진동수산출단계 이후에, 각각의 상기 센서봉(120)의 위치 및 각각의 상기 센서봉(120)에서 발생된 진동의 진동수의 관계 그래프가 2차원 또는 3차원적으로 도시되는 관계도출단계; 상기 관계도출단계에서 도시된 그래프에서 나타나는 대칭점 위치를 사용하여 유체의 유동방향이 산출되는 유동방향산출단계; 를 더 포함하여 이루어질 수 있다.The flow rate measuring method may further include a step of calculating a relationship graph of the position of each of the
본 발명에 의하면, 3차원적으로 배치된 복수 개의 바이모프 센서를 이용하여 유량을 측정함으로써, 어느 한 방향으로 흐르는 유동에 대한 유량 측정이 아니라 3차원적인 유량 측정이 가능하게 된다는 효과가 있다. 다시 말해, 본 발명에 의하면 유량 측정에 더하여 유동의 방향성까지 측정이 가능하므로, 궁극적으로는 3차원 유동에 대한 유동 특성을 파악할 수 있다는 큰 효과가 있다.According to the present invention, by measuring a flow rate using a plurality of bimorph sensors arranged three-dimensionally, it is possible to perform a three-dimensional flow measurement instead of a flow measurement for a flow flowing in any one direction. In other words, according to the present invention, it is possible to measure the directionality of the flow in addition to the flow measurement, and ultimately, the flow characteristic for the three-dimensional flow can be grasped.
특히 본 발명에 의하면, 바이모프를 이용하여 유량을 측정하기 때문에 매우 정밀하고 정확한 측정값을 얻을 수 있다는 큰 효과가 있다. 종래에도 정밀한 유량 측정을 위해 사용되던 초음파 유량계, 와류식 유량계 등이 있었으나, 초음파 유량계의 경우 유체 내 와류가 발생하면 오차가 커진다거나, 와류식 유량계의 경우 미세 유량인 경우 측정이 불가능하다는 문제점들이 있었다. 본 발명은 이와는 달리 바이모프의 고유 특성을 이용하여 유량을 측정하도록 이루어지기 때문에, 이러한 종래 유량계들의 문제점들을 원천적으로 배제하면서도 유량 측정에 있어서의 정밀도 및 정확도를 향상하는 효과가 있는 것이다.Particularly, according to the present invention, since the flow rate is measured using the bimorph, a very precise and accurate measurement value can be obtained. However, in the case of an ultrasonic flowmeter, there is a problem that an error becomes large when a vortex in a fluid is generated, and in the case of a vortex type flowmeter, it is impossible to measure the flow rate when a minute flow rate is used . The present invention has the effect of improving the accuracy and accuracy of flow measurement while eliminating the problems of conventional flow meters because the flow rate is measured using the intrinsic characteristics of bimorph.
뿐만 아니라 본 발명에 의하면, 바이모프를 구성하는 압전소자의 특성상 빠른 시간의 분해능을 가지기 때문에 실시간 측정이 가능하다는 효과 또한 있다. 상술한 바와 같이 본 발명에 의한 유량 측정은 정밀도 및 정확도가 향상되기 때문에, 이러한 장점들과 함께 실시간 측정이 가능하다는 장점에 의하여, 본 발명에 의하면 정밀 제어가 필요한 연구 분야, 산업 분야에서의 활용성이 매우 높다는 큰 장점이 있다.In addition, according to the present invention, due to the characteristics of the piezoelectric element constituting the bimorph, it has a quick time resolution and real-time measurement is possible. As described above, since the flow rate measurement according to the present invention improves precision and accuracy, it is possible to perform real-time measurement together with these advantages. Therefore, according to the present invention, This is a very high advantage.
더불어 본 발명에 의하면, 그 구성이나 구조가 복잡하지 않기 때문에 제작이 용이하고 제작 단가가 저렴해지는 경제적 효과가 있으며, 이러한 구조의 간소화에 따라 기존에 비해 장치 부피를 비약적으로 줄일 수 있는 큰 효과가 있다. 물론 이에 따라 다양한 유량 및 유동방향성 측정에의 활용 범위가 더더욱 넓어진다는 효과 또한 얻을 수 있다.In addition, according to the present invention, since the structure and structure are not complicated, there is an economical effect of easy fabrication and low manufacturing cost, and there is a great effect that the device volume can be drastically reduced as compared with the conventional structure . Therefore, it is possible to obtain an effect that the range of application to various flow rate and flow direction measurement is further widened.
도 1은 종래의 바이모프를 이용한 1차원 방향의 유량계.
도 2는 바이모프 압전소자의 원리 설명.
도 3은 본 발명의 바이모프를 이용한 3차원 유량계의 사시도.
도 4는 본 발명의 바이모프를 이용한 3차원 유량계의 단면도.
도 5 및 도 6은 본 발명의 3차원 유량계를 이용한 유동방향의 산출 원리.FIG. 1 shows a flow meter in a one-dimensional direction using a conventional bimorph.
2 is a view for explaining the principle of a bimorph piezoelectric element.
3 is a perspective view of a three-dimensional flow meter using the bimorph of the present invention.
4 is a cross-sectional view of a three-dimensional flow meter using the bimorph of the present invention.
FIGS. 5 and 6 show the calculation principle of the flow direction using the three-dimensional flow meter of the present invention.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 바이모프를 이용한 3차원 유량계 및 이를 이용한 유량측정방법을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a three-dimensional flow meter using the bimorph according to the present invention and a flow rate measuring method using the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[바이모프를 이용한 3차원 유량계의 장치 구성][Device Configuration of 3D Flow Meter Using Bimorph]
도 2는 바이모프 압전소자의 원리를 설명하기 위한 도면이다. 바이모프 압전소자(bimorph piezoelectric element)란 2개의 압전소자 및 그 사이에 개재되는 전극이 일체화되어 이루어지는 소자를 말하는 것이다. 일반적으로 압전소자에 인장 또는 압축 응력을 가하면 미리 분극되어 있는 방향으로 전압이 발생하며, 분극의 방향을 역으로 하면 전압의 방향도 역전되고, 또는 인장 시와 압축 시에서 전압의 방향이 서로 역방향이 된다. 도 1(A)에서 보이는 바와 같이, 이와 같은 압전소자를 외팔보 형상으로 설치하고, 고정되지 않은 쪽 일측 끝단을 눌러 형상 변형이 일어나게 하면, 도 1(A)를 기준으로 윗면에서는 인장력이 발생하고 밑면에서는 압축력이 가해짐으로써 상하 양면에 같은 종류의 전하가 발생하며, 결과적으로 윗면과 밑면 간 전위차가 발생하지 않아 전압이 나타나지 않게 된다. 반면 도 1(B)에서 보이는 바와 같이, 압전소자 2개가 겹쳐져 배치되게 하고 중앙에 전극이 개재시킨 구조로 된 바이모프 압전소자의 경우, 중앙의 전극을 이용하여 2개의 압전소자가 병렬로 연결된 형태가 되므로 전압이 나타날 수 있게 된다. 도 1(B)는 기본적인 바이모프 압전소자의 예시로서, 도 1(B)에서는 2개의 압전 소자가 같은 방향으로 분극되어 있도록 함으로써 중앙 전극에 의하여 윗면-중앙 / 밑면-중앙 각각의 전기적 연결이 병렬 관계가 되는 형태를 도시하고 있으나, 2개의 압전 소자가 역방향으로 분극되어 있도록 할 경우 직렬 관계가 될 수 있으며 이 경우 전압은 2배로 나타나게 된다.2 is a view for explaining the principle of a bimorph piezoelectric element. A bimorph piezoelectric element refers to an element in which two piezoelectric elements and electrodes interposed therebetween are integrated. Generally, when a piezoelectric element is subjected to tensile or compressive stress, a voltage is generated in a direction in which the piezoelectric element is polarized in advance. When the direction of the polarization is reversed, the direction of the voltage is also reversed. do. As shown in Fig. 1 (A), when such a piezoelectric element is provided in a cantilever shape and one end of the piezoelectric element is deformed by pressing one end of the piezoelectric element, tensile force is generated on the upper surface with reference to Fig. The same kind of charge is generated on both the upper and lower surfaces, and as a result, there is no potential difference between the upper surface and the lower surface, so that the voltage does not appear. On the other hand, as shown in FIG. 1 (B), in the case of a bimorph piezoelectric element having two piezoelectric elements arranged one on top of the other and having electrodes in the center, two piezoelectric elements connected in parallel So that the voltage can be displayed. Fig. 1B is an example of a basic bimorph piezoelectric element. In Fig. 1B, two piezoelectric elements are polarized in the same direction, so that the electrical connections of the top-center-bottom- However, when the two piezoelectric elements are polarized in opposite directions, they may be in series, and the voltage may be doubled.
이러한 바이모프에 있어서, 외부 하중이 가해짐에 따라 외팔보 형태가 휘어지면, 바이모프의 일면은 인장되고 타면은 압축됨으로써 전위차가 발생되는데, 이렇게 발생되는 전위차 즉 전압 크기를 측정함으로써 형상이 변형된 정도를 측정할 수 있다. 보다 구체적으로는, 길이 L 및 직경 D를 가지는 봉 형태로 형성되는 바이모프에서 발생되는 전압 및 굴곡변위 간의 관계는 하기의 수학식과 같이 나타난다.In this bimorph, when the cantilever shape is bent as an external load is applied, one side of the bimorph is tensioned and the other side is compressed to generate a potential difference. By measuring the potential difference, Can be measured. More specifically, the relationship between the voltage and the bending displacement generated in the bimorph formed in a bar shape having the length L and the diameter D is expressed by the following equation.
(여기에서, V는 바이모프에서 발생되는 전압, Bd는 바이모프의 굴곡변위, D는 바이모프의 직경, L은 바이모프의 길이, N은 바이모프를 이루는 압전소자의 개수, d31은 압전정수)D is the diameter of the bimorph, L is the length of the bimorph, N is the number of piezoelectric elements forming the bimorph, d 31 is the number of piezoelectric elements forming the bimorph, B is the voltage generated in the bimorph, B d is the bending displacement of the bimorph, D is the diameter of the bimorph, Piezoelectric constant)
여기에서 바이모프의 길이(L), 직경(D), 압전소자 개수(N), 압전정수(d31)는 모두 미리 알려져 있는 상수값이므로, 실질적으로는 외부 하중에 의하여 바이모프가 굴곡지게 될 때 발생되는 굴곡변위(Bd)를 알면 이에 따라 발생되는 전압(V)을 산출할 수 있고, 또는 그 반대도 가능하게 된다.Here, since the length L of the bimorph, the diameter D, the number of piezoelectric elements N, and the piezoelectric constant d 31 are constant values known in advance, the bimorph is bent substantially by the external load , The voltage V generated in accordance with the bending displacement B d that is generated when the bending displacement B d is known can be calculated, or vice versa.
본 발명에서는 바로 이러한 바이모프로 된 센서봉을 구체 구조물에 배치하여 3차원적인 유량의 측정이 가능하도록 한다. 도 3은 본 발명의 바이모프 3차원 유량계의 한 실시예의 사시도이며, 도 4는 이의 단면도이다. 보다 구체적으로는, 본 발명의 바이모프를 이용한 3차원 유량계(100)는, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 구체(110), 다수 개의 센서봉(120), 다수 개의 신호선(130)을 포함하여 이루어지며, 좀더 안정적인 지지를 위하여 지지부(140)를 더 포함하여 이루어질 수 있다. 보다 구체적으로 각부에 대해 설명하자면 다음과 같다.In the present invention, such a bimorph sensor rod is placed in a concrete structure to enable measurement of a three-dimensional flow rate. 3 is a perspective view of one embodiment of a bimorph three-dimensional flow meter of the present invention, and Fig. 4 is a cross-sectional view thereof. 3 and 4, the three-
상기 구체(110)는 내부에 공동(空洞)이 형성되며, 이하 설명될 상기 센서봉(120)들을 지지해 주는 역할을 한다. 상기 구체(110)의 내부가 반드시 비어있어야만 하는 것은 아니나, 상기 구체(110)의 내부에 형성된 공동이 클수록 상기 구체(110)를 포함하는 상기 3차원 유량계(100) 전체의 중량을 줄이는 데 훨씬 유리하다는 장점이 있으며, 또한 이하 설명될 상기 신호선(130)의 수용에도 유리하다. 또한 상기 구체(110)는 그 명칭으로 알 수 있는 바와 같이 구형으로 형성되는데, 이는 모든 방향에 대하여 균일한 위치 조건을 가질 수 있도록 하기 위함이다.The
상기 센서봉(120)은 상기 구체(110)의 외면에 돌출되게 구비되며, 바이모프로 이루어져 유체의 유동에 의해 변형됨으로써 유량을 측정하는 역할을 한다. 앞서 설명한 바와 같이 바이모프는 굴곡변위가 발생함에 따라 전압을 발생시키며, 따라서 전압값을 측정함으로써 얼마나 굴곡변위가 발생하였는지를 알 수 있다. 즉 바이모프로 이루어진 상기 센서봉(120)이 유동에 의해 굽혀짐으로써 발생된 전압값을 이용하여, 해당 센서봉(120)이 배치된 위치에서 유동이 얼마나 강하게 발생하였는지를 알 수 있게 된다(상기 센서봉(120)에 의한 구체적인 유량측정방법은 이후 보다 상세히 설명한다).The
상기 신호선(130)은 다수 개가 상기 구체(110)의 내부에 배치되며, 각각의 상기 센서봉(120)에서 발생되는 신호를 외부의 계산장치로 전달하는 역할을 한다. 즉 하나의 센서봉(120)에 하나의 신호선(130)이 대응되며, 따라서 상기 센서봉(120)들이 다수 개 배치되어 있다고 하더라도 각각의 센서봉(120)을 용이하게 구별할 수 있다.A plurality of the
상기 지지부(140)는 상기 구체(110)의 일측에 구비되어 상기 구체(110)를 지지하는 역할을 한다. 즉 상기 지지부(140)가 없어도 3차원 유동의 측정이 가능하기는 하겠으나, 상기 3차원 유량계(100)를 어느 하나의 위치에 안정적으로 고정시키기는 어려우므로, 상기 지지부(140)가 구비되는 것이 바람직하다. 또한 상기 지지부(140)는 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 내부에 공동이 형성되어 외부 계산장치와 연결되는 다수 개의 상기 신호선(130)들을 수용 및 보호하는 역할 또한 겸할 수 있다.The
이처럼 본 발명에 의하면, 바이모프를 이용하여 유량을 측정하기 때문에 매우 정밀하고 정확한 측정값을 얻을 수 있다는 큰 효과가 있다. 종래에도 정밀한 유량 측정을 위해 사용되던 초음파 유량계, 와류식 유량계 등이 있었으나, 초음파 유량계의 경우 유체 내 와류가 발생하면 오차가 커진다거나, 와류식 유량계의 경우 미세 유량인 경우 측정이 불가능하다는 문제점들이 있었다. 본 발명은 이와는 달리 바이모프의 고유 특성을 이용하여 유량을 측정하도록 이루어지기 때문에, 이러한 종래 유량계들의 문제점들을 원천적으로 배제하면서도 유량 측정에 있어서의 정밀도 및 정확도를 향상할 수 있게 된다.As described above, according to the present invention, since the flow rate is measured using the bimorph, a very precise and accurate measurement value can be obtained. However, in the case of an ultrasonic flowmeter, there is a problem that an error becomes large when a vortex in a fluid is generated, and in the case of a vortex type flowmeter, it is impossible to measure the flow rate when a minute flow rate is used . Since the present invention is configured to measure the flow rate using the intrinsic characteristics of the bimorph, it is possible to improve accuracy and accuracy in flow measurement while omitting the problems of such conventional flow meters.
뿐만 아니라 본 발명에 의하면, 바이모프를 구성하는 압전소자의 특성상 빠른 시간의 분해능을 가지기 때문에 실시간 측정이 가능하다. 상술한 바와 같이 본 발명에 의한 유량 측정은 정밀도 및 정확도가 향상되기 때문에, 이러한 장점들과 함께 실시간 측정이 가능하다는 장점에 의하여, 본 발명에 의하면 정밀 제어가 필요한 연구 분야, 산업 분야에서의 활용성이 매우 높다는 큰 장점이 있다.In addition, according to the present invention, real time measurement is possible because of the characteristics of a piezoelectric element constituting a bimorph, since it has a quick time resolution. As described above, since the flow rate measurement according to the present invention improves precision and accuracy, it is possible to perform real-time measurement together with these advantages. Therefore, according to the present invention, This is a very high advantage.
더불어 본 발명에 의하면, 그 구성이나 구조가 복잡하지 않기 때문에 제작이 용이하고 제작 단가가 저렴해지는 경제적 효과가 있으며, 이러한 구조의 간소화에 따라 기존에 비해 장치 부피를 비약적으로 줄일 수 있다. 물론 이에 따라 다양한 유량 및 유동방향성 측정에의 활용 범위가 더더욱 넓어진다는 효과 또한 얻을 수 있다.In addition, according to the present invention, since the structure and the structure are not complicated, it is easy to manufacture and economical effect of making the manufacturing cost lower. By simplifying the structure, the apparatus volume can be drastically reduced compared with the conventional one. Therefore, it is possible to obtain an effect that the range of application to various flow rate and flow direction measurement is further widened.
상기 센서봉(120)의 배치에 대하여 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 상기 센서봉(120)은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 상기 구체(110)의 외측으로 돌출되되, 상기 센서봉(120)을 지나는 연장선이 상기 구체(110)의 중심을 지나도록 배치된다. 이 때 상기 센서봉(120)들은, 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 구체(110) 상의 위도 및 경도를 따라 미리 결정된 간격만큼 이격된 위치에 배치된다. 즉 상기 구체(110) 상에 3차원적으로 균일하게 배치되도록 하는 것이다. 이와 같이 함으로써, 상기 3차원 유량계(100)가 배치되는 지점을 중심으로 모든 방향에 대하여 균일하게 각 지점의 유동 상황을 감지할 수 있으며, 이를 통해 3차원적인 유동 특성을 파악해 낼 수 있다.The arrangement of the
이러한 측면에서 생각할 때, 상기 센서봉(120)들이 어떤 중심점을 기준으로 하여 균일하게 분포되어 배치되기만 하면 되므로, 상기 구체(110)가 반드시 완벽한 구 형상이 아니어도 될 수 있다. 즉 상기 구체(110)가 구형이 아니라 정다면체 형상이고, 상기 센서봉(120)들은 이 정다면체의 각 면 중심부 또는 각 꼭지점에 배치되도록 할 수도 있는 것이다. 그러나 상기 센서봉(120)들의 간격이 너무 멀 경우 3차원 측정에 대한 분해능이 현저히 떨어지게 된다는 점을 고려할 때, 실질적으로 가장 면 및 꼭지점 수가 많은 정이십면체로 상기 구체(110)를 대체한다 해도 분해능 측면에서 불리할 수 있다. 따라서 상기 구체(110)는 구형인 것이 가장 바람직하다.In this respect, the
이처럼 3차원 측정 분해능을 고려할 때 상기 센서봉(120)은 촘촘히 배치될수록 유리하다는 것은 당연하다. 그러나 한편으로는 지나치게 많은 데이터를 처리해야 함으로써 발생되는 계산 부하 문제, 이에 따라 고성능의 계산 장치를 구비해야 함으로써 발생되는 제작비 상승 문제 등 여러 가지 사항을 고려하면, 상기 센서봉(120)이 적당히 떨어져 분포되어 있게 할 필요도 있다. 이러한 점들을 고려할 때, 먼저 분해능이 너무 떨어지지 않도록 하는 것을 고려할 때 상기 센서봉(120)들 간 최대 간격은, 임의로 선택된 어느 하나의 경도 상에 배치된 상기 센서봉(120)들의 개수가 8개 이상이 되게 하는 것이 바람직하다.In consideration of the three-dimensional measurement resolution, it is natural that the
상기 센서봉(120)들 간 최소 간격을 결정함에 있어서, 상술한 바와 같이 데이터 처리 문제 등을 고려할 필요도 있지만 결정적으로 고려해야 할 사항은, 상기 센서봉(120)이 변형되었을 때 인접한 상기 센서봉(120)끼리의 접촉 및 간섭이 일어나는지의 여부이다. 즉 상기 센서봉(120)들 간의 간격은, 상기 센서봉(120)이 변형되었을 때 인접한 상기 센서봉(120)끼리의 접촉 및 간섭이 방지되는 최소값 이상이 되도록 형성되는 것이 바람직하다.In determining the minimum distance between the
한편, 상기 센서봉(120)의 굽힘 정도는 상기 센서봉(120)의 강성에 또한 좌우되는데, 이는 다음과 같은 방식으로 결정할 수 있다. 상기 센서봉(120)이 유체의 유동에 의하여 변형됨으로써 굴곡변위가 발생되면, 바이모프 원리에 따라 상기 센서봉(120)에서는 전압이 발생된다. 이 때 발생된 전압(V)은 하기의 수학식을 통해 발생력(F)으로 변환할 수 있다.The degree of bending of the
(여기에서, F는 발생력, V는 바이모프에서 발생되는 전압, D는 바이모프의 직경, L은 바이모프의 길이, YE 11은 영률, d31은 압전정수)(Where D is the diameter of the bimorph, L is the length of the bimorph, Y E 11 is the Young's modulus, and d 31 is the piezoelectric constant)
이 발생력(F)은 분포하중으로 작용하므로, 이 발생력(F)이 바이모프로 이루어지는 상기 센서봉(120) 중단에 작용한다고 가정할 때 하기의 수학식을 통해 굽힘응력(σ)을 구할 수 있다.Since the generated force F acts as a distribution load, when the generated force F acts on the stop of the
이러한 굽힘응력(σ) 값을 토대로, 상기 센서봉(120)의 강성을 고려하여 설계함으로써 안정적인 센서봉의 제작이 가능하다.Based on the value of the bending stress (?), By designing the rigidity of the
[바이모프를 이용한 3차원 유량계를 이용한 유량측정방법][Flow measurement method using a three-dimensional flow meter using Bimorph]
이하에서는 상술한 바와 같은 구성으로 이루어지는 3차원 유량계(100)를 이용하여 유량을 측정하는 방법을 보다 구체적으로 설명한다. 상술한 바와 같이 본 발명의 3차원 유량계(100)는, 구체(110) 상에 바이모프로 이루어지는 다수 개의 센서봉(120)이 균일하게 이격 분포되어 배치된 형태로 이루어진다.Hereinafter, a method of measuring the flow rate using the three-
맨 처음으로 전압측정단계에서는, 유체의 유동에 의해 상기 센서봉(120)이 변형되어 굴곡변위에 의한 전압이 발생되어 측정된다. 앞서 설명한 바와 같이 상기 센서봉(120)에서 발생되는 변형 즉 굴곡변위는 하기의 수학식을 통해 전압 신호로 나타난다.In the first measurement step of the voltage, the
(여기에서, V는 바이모프에서 발생되는 전압, Bd는 바이모프의 굴곡변위, D는 바이모프의 직경, L은 바이모프의 길이, N은 바이모프를 이루는 압전소자의 개수, d31은 압전정수)D is the diameter of the bimorph, L is the length of the bimorph, N is the number of piezoelectric elements forming the bimorph, d 31 is the number of piezoelectric elements forming the bimorph, B is the voltage generated in the bimorph, B d is the bending displacement of the bimorph, D is the diameter of the bimorph, Piezoelectric constant)
역시 앞서 설명한 바와 같이 바이모프의 길이(L), 직경(D), 압전소자 개수(N), 압전정수(d31)는 모두 미리 알려져 있는 상수값이므로, 결과적으로 굴곡변위 및 전압 간에는 비례관계가 성립함을 알 수 있다. 이와 같이 상기 센서봉(120)에서 발생된 전압은, 상기 신호선(130)을 통해 외부의 계산장치로 전달되어 데이터 가공이 이루어질 수 있게 된다.As described above, since the length L of the bimorph, the diameter D, the number of piezoelectric elements N, and the piezoelectric constant d 31 are all constant values known in advance, a proportional relationship is obtained between the bending displacement and the voltage Can be seen. As described above, the voltage generated in the
다음으로 진동수산출단계에서는, 상기 센서봉(120)에서 발생된 전압의 진동수가 산출된다. 상기 센서봉(120)은 외부로부터 하중을 받으면 변형이 일어나며 이 변형 정도에 따라 전압을 발생시키는 바이모프로서, 즉 이 하중이 고정적인 하중인 경우라면 고정적인 굴곡변위를 발생시킬 것이다. 그러나 본 발명의 경우 이 하중은 유체의 유동에 의해 발생하므로, 실질적으로 상기 센서봉(120)은 고정적인 굴곡변위가 아닌 진동을 발생시키게 된다. 이 때 전압측정단계에서 보인 바와 같이 굴곡변위 및 전압 간에 비례관계가 성립하므로, 상기 센서봉(120)에서 발생되는 진동의 진동수는 측정된 전압의 진동수와 이론적으로 동일하다. 즉 전압의 진동수를 산출함으로써 상기 센서봉(120)에서 발생된 실제 굴곡변위 진동의 진동수를 구할 수 있는 것이다.Next, in the frequency calculation step, the frequency of the voltage generated in the
다음으로 유량산출단계에서는, 상기 센서봉(120)에서 발생된 진동의 진동수를 이용하되 하기의 식을 통하여 유량을 산출하게 된다. 하기의 식은 유량 및 진동수 간의 관계로서 물리적으로 알려져 있는 사항이며, k 역시 유동 조건이나 진동이 발생되는 구조물의 형상 조건(이 경우 상기 센서봉(120)의 형상, 길이, 직경 등) 등을 통해 미리 계산되어 결정되는 값이므로, 즉 상기 진동수산출단계에서 구해진 진동수만 알면 유량의 산출이 가능하다.Next, in the flow rate calculation step, the flow rate is calculated through the following equation using the frequency of the vibration generated in the
(여기에서, m: 유량, k: 비례상수, f: 진동수)(Where, m: flow rate, k: proportional constant, f: frequency)
또는, 미리 도출된 유량 대비 진동수에 대한 테이블을 이용하여 유량을 산출할 수도 있다. 이 경우 상기 센서봉(120)에서 측정된 여러 진동수 값들 중 최대값을 상기 테이블에 나타난 값들과 비교하여 유량값을 도출할 수 있다.Alternatively, the flow rate may be calculated using a table for the frequency of the flow rate versus flow rate derived in advance. In this case, the maximum value among the various frequency values measured in the
이처럼 본 발명에서는, 상기 센서봉(120)이 유체의 유동에 의해 변형되어 발생되는 진동을 상기 신호선(130)을 통해 감지하며, 상기 센서봉(120)에서 발생된 진동의 진동수를 이용하여 유량을 산출하게 된다. 이 때 상기 센서봉(120)이 상기 구체(110) 상에 균일하게 이격 분포되어 배치되어 있으므로, 결과적으로 [3차원적으로 균일하게 이격 분포된 각 측정점들에서의 유량값]을 알 수 있게 되어, 3차원 유량 측정이 가능하게 되는 것이다.As described above, in the present invention, the
뿐만 아니라 본 발명에 의하면, 이처럼 3차원적인 유량 측정값들을 이용하여 유동방향 등과 같은 3차원 유동 특성 또한 산출할 수 있다. 간략히 설명하자면, 상기 3차원 유량계(100)는, 상기 센서봉(120)이 유체의 유동에 의해 변형되어 발생되는 진동을 상기 신호선(130)을 통해 감지하며, 각각의 상기 센서봉(120)의 위치 및 각각의 상기 센서봉(120)에서 발생된 진동의 진동수의 관계 그래프에서 나타나는 대칭점 위치를 사용하여 유체의 유동방향을 산출하게 된다. 도 5 및 도 6은 본 발명의 3차원 유량계를 이용한 유동방향을 산출하는 원리를 도시한 것으로, 이를 통해 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.In addition, according to the present invention, the three-dimensional flow characteristics such as the flow direction can be calculated using the three-dimensional flow measurement values. The three-
먼저 도 5를 참조할 때, 유체흐름방향(유동방향)의 주방향이 도 5의 화살표로 표시된 바와 같이 나타난다고 가정한다. 상기 센서봉(120)들은 각각에 대응되는 상기 신호선(130)에 의해 인덱싱이 가능하므로, 어느 하나의 센서봉(120)을 제N센서봉(도 5에서 N)이라 할 때 그를 기준으로 …, 제N-2센서봉(N-2), 제N-1센서봉(N-1), 제N+1센서봉(N+1), 제N+2센서봉(N+2), … 등을 결정할 수 있다. 이 때 센서봉 위치와 각각의 센서봉에서 측정된 진동수를 대응시켜 커브 피팅(Curve Fitting)을 하면 도 5의 하단에 도시된 바와 같은 그래프를 얻을 수 있다. 이 때 상기 3차원 유량계(100)의 전체적인 형태가 구형이기 때문에, 어느 점을 기준으로 그로부터 동일 거리만큼 떨어진 바이모프 진동수는 동일하게 나타난다. 실제로 도 5 하단의 그래프에서도 대칭점을 확인할 수 있으며, 이 대칭점이 바로 유동방향을 지시하게 된다.First, referring to FIG. 5, it is assumed that the main direction of the fluid flow direction (flow direction) appears as indicated by an arrow in FIG. Since the
도 6을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다. 어느 하나의 경도를 기준으로, 상기 센서봉(120)들의 위치는 도 6(A)에 도시된 바와 같이 반경방향위치(r) 및 각도방향위치(θ)으로 나타낼 수 있다. 이 때 각각의 센서봉(120)에서 측정된 진동수 값을 반경방향위치(r) 및 각도방향위치(θ)와 매칭시켜, 도 6(B)에 도시된 바와 같은 3차원 그래프로 나타내거나, 또는 도 6(C)에 도시된 바와 같은 2차원 칸토어(contour) 그래프로 나타낼 수 있다. 이와 같이 나타난 그래프에서도 역시 대칭점을 찾을 수 있으며, 이 대칭점에서부터 가장 높은 진동수 값을 갖는 센서봉(120)의 위치 방향을 방향벡터로 하여 유동방향을 도출할 수 있다.This will be described in more detail with reference to FIG. The position of the
즉 정리하자면, 상기 유량측정방법은, 상기 진동수산출단계 이후에, 각각의 상기 센서봉(120)의 위치 및 각각의 상기 센서봉(120)에서 발생된 진동의 진동수의 관계 그래프가 2차원 또는 3차원적으로 도시되는 관계도출단계를 수행하여, 도 5 하단, 도 6(B), 도 6(C) 등과 같은 그래프를 얻는다. 다음으로, 상기 관계도출단계에서 도시된 그래프에서 나타나는 대칭점 위치를 사용하여 유체의 유동방향이 산출되는 유동방향산출단계를 수행함으로써, 최종적으로 유체의 3차원적인 유동방향을 정확하게 구할 수 있게 된다.In other words, the flow rate measuring method is characterized in that after the frequency calculating step, a graph of a relationship graph of the position of each of the
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It goes without saying that various modifications can be made.
100: 3차원 유량계
110: 구체 120: 센서봉
130: 신호선 140: 지지부100: 3D flow meter
110: Sphere 120: sensor rod
130: signal line 140:
Claims (10)
상기 구체(110)의 외면에 돌출되게 구비되며, 바이모프로 이루어져 유체의 유동에 의해 변형됨으로써 유량을 측정하는 다수 개의 센서봉(120);
상기 구체(110)의 내부에 배치되며, 각각의 상기 센서봉(120)에서 발생되는 신호를 외부의 계산장치로 전달하는 다수 개의 신호선(130);
을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 바이모프를 이용한 3차원 유량계.
A sphere 110 having a cavity formed therein;
A plurality of sensor rods 120 protruding from the outer surface of the sphere 110 and configured to measure a flow rate by being deformed by the flow of the fluid,
A plurality of signal lines (130) disposed inside the sphere (110) and transmitting a signal generated from each of the sensor rods (120) to an external calculation device;
Dimensional flow meter using a bimorph.
상기 센서봉(120)이 유체의 유동에 의해 변형되어 발생되는 진동을 상기 신호선(130)을 통해 감지하며,
상기 센서봉(120)에서 발생된 진동의 진동수를 이용하여 유량을 산출하는 것을 특징으로 하는 바이모프를 이용한 3차원 유량계.
2. The apparatus of claim 1, wherein the three-dimensional flow meter (100)
The sensor bar 120 detects the vibration generated by the fluid flow, through the signal line 130,
And the flow rate is calculated by using the frequency of vibration generated in the sensor rod (120).
상기 구체(110) 상의 위도 및 경도를 따라 미리 결정된 간격만큼 이격된 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 바이모프를 이용한 3차원 유량계.
2. The sensor device according to claim 1, wherein the sensor rod (120)
Are arranged at positions spaced apart by a predetermined interval along the latitude and longitude on the sphere (110).
임의로 선택된 어느 하나의 경도 상에 배치된 상기 센서봉(120)들의 개수가 8개 이상이되,
상기 센서봉(120)들 간의 간격은 상기 센서봉(120)이 변형되었을 때 인접한 상기 센서봉(120)끼리의 접촉 및 간섭이 방지되는 최소값 이상이 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 바이모프를 이용한 3차원 유량계.
The apparatus of claim 3, wherein the three-dimensional flow meter (100)
The number of the sensor rods 120 disposed on any one hardness arbitrarily selected is eight or more,
Wherein the gap between the sensor rods (120) is formed to be equal to or greater than a minimum value that prevents contact and interference between adjacent sensor rods (120) when the sensor rods (120) are deformed. Dimensional flowmeter.
상기 센서봉(120)이 유체의 유동에 의해 변형되어 발생되는 진동을 상기 신호선(130)을 통해 감지하며,
각각의 상기 센서봉(120)의 위치 및 각각의 상기 센서봉(120)에서 발생된 진동의 진동수의 관계 그래프에서 나타나는 대칭점 위치를 사용하여 유체의 유동방향을 산출하는 것을 특징으로 하는 바이모프를 이용한 3차원 유량계.
2. The apparatus of claim 1, wherein the three-dimensional flow meter (100)
The sensor bar 120 detects the vibration generated by the fluid flow, through the signal line 130,
Wherein a flow direction of the fluid is calculated using a symmetry point position represented by a graph of a relationship between a position of each of the sensor rods (120) and a vibration frequency of each of the sensor rods (120) 3D flowmeter.
상기 구체(110)의 일측에 구비되어 상기 구체(110)를 지지하며, 내부에 공동이 형성되어 외부 계산장치와 연결되는 다수 개의 상기 신호선(130)들을 수용 및 보호하는 지지부(140);
를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 바이모프를 이용한 3차원 유량계.
2. The apparatus of claim 1, wherein the three-dimensional flow meter (100)
A support unit 140 installed on one side of the sphere 110 to support the sphere 110 and to receive and protect a plurality of the signal lines 130 having a cavity formed therein and connected to an external calculation device;
Wherein the flow meter further comprises a bimorph type flow meter.
유체의 유동에 의해 상기 센서봉(120)이 변형되어 굴곡변위에 의한 전압이 발생되어 측정되는 전압측정단계;
상기 센서봉(120)에서 발생된 전압의 진동수가 산출되는 진동수산출단계;
상기 센서봉(120)에서 발생된 진동의 진동수를 이용하여 유량이 산출되는 유량산출단계;
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 바이모프를 이용한 3차원 유량계를 이용한 유량측정방법.
A flow rate measuring method using a bimorph-based three-dimensional flow meter (100) according to claim 1,
A voltage measuring step of measuring a voltage due to bending displacement by deforming the sensor rod 120 due to fluid flow;
A frequency calculating step of calculating a frequency of a voltage generated in the sensor rod 120;
A flow rate calculation step of calculating a flow rate by using a frequency of vibration generated in the sensor rod 120;
And measuring the flow rate using the three-dimensional flow meter using the bimorph.
하기의 식을 이용하여 유량을 산출하는 것을 특징으로 하는 바이모프를 이용한 3차원 유량계를 이용한 유량측정방법.
(여기에서, m: 유량, k: 비례상수, f: 진동수)
8. The method according to claim 7,
Wherein the flow rate is calculated using the following equation.
(Where, m: flow rate, k: proportional constant, f: frequency)
미리 도출된 유량 대비 진동수에 대한 테이블을 이용하여 유량을 산출하는 것을 특징으로 하는 바이모프를 이용한 3차원 유량계를 이용한 유량측정방법.
8. The method according to claim 7,
Wherein the flow rate is calculated using a table for the frequency of the flow rate versus the flow rate derived in advance.
상기 진동수산출단계 이후에,
각각의 상기 센서봉(120)의 위치 및 각각의 상기 센서봉(120)에서 발생된 진동의 진동수의 관계 그래프가 2차원 또는 3차원적으로 도시되는 관계도출단계;
상기 관계도출단계에서 도시된 그래프에서 나타나는 대칭점 위치를 사용하여 유체의 유동방향이 산출되는 유동방향산출단계;
를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 바이모프를 이용한 3차원 유량계를 이용한 유량측정방법.The method according to claim 7,
After the frequency calculation step,
A relationship deriving step in which a graph of a relationship graph of a position of each of the sensor rods 120 and a vibration frequency of each of the sensor rods 120 is shown two-dimensionally or three-dimensionally;
A flow direction calculating step of calculating a flow direction of the fluid by using the symmetry point position shown in the graph in the relationship deriving step;
And measuring the flow rate of the fluid by using the three-dimensional flow meter using the bimorph.
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KR20220060290A (en) | 2020-11-04 | 2022-05-11 | 한국표준과학연구원 | 3Dimensional Smokestack Velocimetry calibration method and Smokestack on Site Velocity Measurement System by using Nulling method |
KR20220147854A (en) | 2021-04-28 | 2022-11-04 | 중앙대학교 산학협력단 | Electrical Interconnections for Multilayered Metal-Polymer Structures by Using CO2 Laser-Drilled Vias and Conductive Silver Nanowire Ink |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR101662130B1 (en) | 2015-09-10 | 2016-10-05 | 한국원자력연구원 | Motion sensor using bimorphs |
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2016
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