KR102088845B1 - 함몰배치된 초음파 진동자를 포함하는 초음파 유량계의 유속측정방법 - Google Patents

함몰배치된 초음파 진동자를 포함하는 초음파 유량계의 유속측정방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102088845B1
KR102088845B1 KR1020180120050A KR20180120050A KR102088845B1 KR 102088845 B1 KR102088845 B1 KR 102088845B1 KR 1020180120050 A KR1020180120050 A KR 1020180120050A KR 20180120050 A KR20180120050 A KR 20180120050A KR 102088845 B1 KR102088845 B1 KR 102088845B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
ultrasonic
flow rate
equation
measuring
ultrasonic vibrator
Prior art date
Application number
KR1020180120050A
Other languages
English (en)
Inventor
황상윤
Original Assignee
(주)씨엠엔텍
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (주)씨엠엔텍 filed Critical (주)씨엠엔텍
Priority to KR1020180120050A priority Critical patent/KR102088845B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102088845B1 publication Critical patent/KR102088845B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/66—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters
    • G01F1/662—Constructional details
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/66—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters
    • G01F1/666—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters by detecting noise and sounds generated by the flowing fluid
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10—Complex mathematical operations

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Measuring Volume Flow (AREA)

Abstract

본 발명은 내부에 유체가 유속 V로 흐르는 유체유동관; 및 상기 유체유동관의 일측에 상기 유체유동관에 대해 비스듬하게 배치되며, 서로 대향하도록 배치되는 2개의 초음파 진동자;를 포함하는 초음파 유량계의 유속측정방법은, 상기 유체유동관의 내면의 연장선과 초음파 진동자의 센서의 중심선의 연장선이 만나는 지점을 가상점이라고 가정할 경우에 상기 초음파 진동자에 대응하는 가상점 사이의 직선거리 Lv를 측정하고, 상기 초음파 진동자 사이의 직선거리 Lc를 측정하고, 상기 초음파 진동자 사이의 수평거리 W를 측정하는 단계; 일측의 상기 초음파 진동자에서 신호를 발신하여 타측의 상기 초음파 진동자까지 도달되는데 소요되는 시간 tu와 타측의 상기 초음파 진동자에서 신호를 발신하여 일측의 상기 초음파 진동자까지 도달되는데 소요되는 시간 td를 측정하는 단계; 및 유속 V를 다음 수학식을 이용하여 계산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 유량계의 유속측정방법에 관한 것이다.
[수학식]
Figure 112018099256015-pat00015

Description

함몰배치된 초음파 진동자를 포함하는 초음파 유량계의 유속측정방법{METHOD FOR MEASURING FLOW RATE OF ULTRASONIC FLOW METER INCLUDING RECESSED ULTRASONIC TRANSDUCER}
본 발명은 함몰배치된 초음파 진동자를 포함하는 초음파 유량계의 유속측정방법에 관한 것이다.
각 가정이나 산업현장에 상수를 공급하거나 이로부터 생성되는 하수를 다시 배출하기 위해 설치되는 상하수도나, 도시가스의 공급, 송유관을 통한 원유의 이송, 농업용수를 위한 개수로의 설치 및 철강분야 · 석유화학 · 발전소 등에서 이용되는 각종 용수의 공급와 같은 산업분야에서는 유체의 유량을 알맞게 조절하는 것이 매우 중요하다.
이와 같은 유체의 유량의 관리를 위해 유량조절이 필요한 곳에서는 유량계를 이용하여 유로내의 유량을 측정하고 있다. 유량을 측정하는 다양한 방법 중에 최근 널리 이용되는 것은 초음파 유량계이다.
초음파 유량계는 유로에 초음파 진동자를 설치하고 흐르고 있는 유체에 대해 초음파 신호를 발신 및 수신하여 유량을 측정하는 것으로써, 유속에 따라 발신 및 수신에 소요되는 시간이 변화되는 현상을 이용하는 것이다. 즉, 초음파 유량계의 정확성은 유속을 정확하게 측정하는 것과 비례한다.
초음파 유량계는 초음파 진동자 사이에서 유속에 따라 발신 및 수신에 소요되는 시간이 변화하는 현상을 이용하는 것이기 때문에, 초음파의 진행 경로를 어떻게 구성할 것인지가 매우 중요한 요소가 된다. 따라서, 초음파 유량계에 설치되는 초음파 진동자는 유체유동관에 대해 일정각도로 비스듬하게 배치하여야만 한다. 즉, 초음파의 진행경로를 비스듬하게 하여, 초음파의 전달시간이 유속에 의해 경로방향에 따라 변하게 하여야만 한다. 그리고 초음파 진동자와 유체유동관이 이루는 각도를 크게 할수록 서로 다른 경로방향에 대한 유속에 의한 초음파 전달시간 차이가 커지게 된다.
종래에는 초음파 진동자를 점으로 간주하여, 초음파 진동자가 유체유동관의 내벽에 정확하게 점처럼 일치하는 상태를 간주하여 유속을 구하였다.
하지만 실제 초음파 진동자는 크기와 형상을 가지고 있고, 초음파 진동자를 유체유동관에 대해 비스듬하게 배치하여야만 하기 때문에 종래의 유속측정방법은 필연적으로 오차를 수반할 수 밖에 없다.
따라서 실제 초음파 진동자의 크기, 형상 및 배치되는 위치와 무관하게 높은 정확성을 제공할 수 있는 새로운 유속측정방법이 필요하다.
본 발명의 일 목적은 함몰배치된 초음파 진동자에 대해서도 정확한 유속을 측정할 수 있는 새로운 유속측정방법을 제공하고자 한다.
한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.
상기 일 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 유량계의 유속측정방법은 내부에 유체가 유속 V로 흐르는 유체유동관; 및 상기 유체유동관의 일측에 상기 유체유동관에 대해 비스듬하게 배치되며, 서로 대향하도록 배치되되, 센서면의 중심이 상기 유체유동관 내면의 연장선으로부터 상기 유체유동관 외측으로 함물되도록 배치되는 제1 및 제2초음파 진동자;를 포함하는 초음파 유량계의 유속측정방법은, 상기 유체유동관의 내면의 연장선과 제1 및 제2초음파 진동자의 센서의 중심선의 연장선이 만나는 지점을 가상점이라고 가정할 경우에 상기 제1 및 제2초음파 진동자에 대응하는 가상점 사이의 직선거리 Lv를 측정하고, 상기 제1 및 제2초음파 진동자 사이의 직선거리 Lc를 측정하고, 상기 제1 및 제2초음파 진동자 사이의 수평거리 W를 측정하는 단계; 일측의 상기 제1초음파 진동자에서 신호를 발신하여 타측의 상기 제2초음파 진동자까지 도달되는데 소요되는 시간 tu와 타측의 상기 제2초음파 진동자에서 신호를 발신하여 일측의 상기 제1초음파 진동자까지 도달되는데 소요되는 시간 td를 측정하는 단계; 및 유속 V를 다음 수학식 1을 이용하여 계산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
[수학식 1]
Figure 112018099256015-pat00001
일 실시예에 있어서, 상기 가상점으로부터 상기 초음파 진동자의 센서면의 중심까지의 거리를 l이라 할 때, 상기 Lv = Lc - 2l인 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 수학식 1은 유속 측정시의 음속을 다음 수학식 2로 계산하여 도출된 것을 특징으로 할 수 있다.

[수학식 2]
Figure 112019094143230-pat00020
본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 유량계의 유속측정방법은 아래의 수학식을 이용하여, 실제 초음파 진동자의 크기, 형상 및 배치되는 위치와 무관하게 높은 정확성으로 유속을 측정할 수 있다.
[수학식]
Figure 112018099256015-pat00002
한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.
도 1 및 도 2는 초음파 유량계의 유속측정 방법을 설명하기 위한 개략적 참고도이다.
도 3 및 도 4는 수학식 1, 수학식 2 및 수학식 10에 따라 주어진 상황에서 이격거리에 따른 유속을 측정하여, 수학식 1, 수학식 2 및 수학식 10의 정확성을 확인한 것이다.
※ 첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 초음파 유량계의 유속측정 방법을 설명하기 위한 개략적 참고도이다.
초음파 유량계는 초음파 진동자 사이에서 유속에 따라 발신 및 수신에 소요되는 시간이 변화하는 현상을 이용하는 것이기 때문에, 초음파의 진행 경로를 어떻게 구성할 것인지가 매우 중요한 요소가 된다.
즉, 도 1에 도시한 바와 같이, 초음파 유량계(100)에 설치되는 초음파 진동자(20)는 유체유동관(10)에 대해 일정각도로 비스듬하게 배치하여야만 한다. 즉, 초음파의 진행경로를 비스듬하게 하여, 초음파의 전달시간이 유속에 의해 경로방향에 따라 변하게 하여야만 한다. 그리고 초음파 진동자(20)와 유체유동관(10)이 이루는 각도(θ)를 크게 할수록 서로 다른 경로방향에 대한 유속에 의한 초음파 전달시간 차이가 커지게 된다. 즉, 더 정확하게 유속을 측정할 수 있게 되는 것이다.
이와 같은 초음파 유량계(100)를 이용한 유속(V)의 측정은 다음과 같은 수학식 1에 의해 계산된다. 수학식 1은 초음파 진동자를 점으로 간주하여, 초음파 진동자가 유체유동관의 내벽에 정확하게 점처럼 일치하는 상태를 간주하여 유속을 구한 것이다.
[수학식 1]
Figure 112018099256015-pat00003
이때, tu은 제1초음파 진동자(20a)에서 발신된 초음파가 제2초음파 진동자(20b)에 도달하는 상행경로를 진행하는데 소요되는 시간이며, td은 제2초음파 진동자(20b)에서 발신된 초음파가 제1초음파 진동자(20a)에 도달하는 하행경로를 진행하는데 소요되는 시간을 의미한다. 또한, Lv는 초음파 진동자(20)를 유체유동관(10)의 내면의 연장선과 초음파 진동자(20)의 센서의 중심선의 연장선이 만나는 지점을 가상점(P)이라고 가정할 때, 제1초음파 진동자(20a)에 대한 가상점(P)과 제2초음파 진동자(20b)에 대한 가상점(P) 사이의 직선거리를 의미하며, w는 제1초음파 진동자(20a)에 대한 가상점(P)과 제2초음파 진동자(20b)에 대한 가상점(P) 사이의 수평거리를 의미한다.
하지만, 수학식 1을 이용한 유속측정방법은 도 2에 도시한 것과 같이 초음파 진동자(20)의 센서면의 중심(C)을 가상점(P)에 일치시키지 않는다면 결국 센서면의 중심(C)을 가상점(P)의 차이로 인한 오차가 발생할 수 밖에 없다. 초음파 진동자(20)는 소정의 센서 지름(d)을 가지고 있는바, 유체유동관(10)에 대해 비스듬하게 배치하는 것은 필연적으로 유체유동관(10)과 초음파 진동자(20)의 센서면 사이에 캐비티(30)를 발생시킬 수 밖에 없다.
예를 들어, 지름(D)이 1 m인 유체유동관(10)에 45도 각도로 초음파 진동자(20)가 설치되어 있다고 가정하자. 이때, 초음파 진동자(20)는 가상점(P)으로부터 이격거리(l) 0.1 m만큼 함몰되어 배치된 것을 가정한다. 유체유동관(10)을 흐르는 유체의 유속(V)은 10 m/s이며, 음속(C)은 1500 m/s로 가정한다. 유체의 유속(V)이 10 m/s이며, 초음파 진동자(20)의 설치 각도(θ)가 45도이므로 초음파의 전달시간에 영향을 주는 유속(v)은 7.071 067 812 m/s가 된다. 또한, 가상점(P) 사이의 거리(Lv)와 수평거리(w)는 설치각도(θ)를 고려하면 각각 1.414 213 563 m 및 1 m가 된다. 또한, 초음파 진동자(20) 사이의 거리(Lc)와 수평거리(W)는 이격거리(l)와 설치각도(θ)를 고려하면, 각각 1.614 213 563 m와 1.141 421 356 m가 된다.
이와 같은 조건에서, 초음파 유량계(100)가 동작하여 초음파 진동자(20) 사이에서 경로방향에 따른 초음파 전달시간을 측정할 경우 다음과 같은 결과를 얻을 수 있다.
이때, 초음파의 진행경로는 유속의 영향을 받는 유체유동관(10) 부분과 유속의 영향을 받지 않는 캐비티(30) 부분으로 구성된다.
따라서, 상행 경로에 대한 초음파 전달시간(tu)는 유체유동관(10) 부분을 지나는 시간(tu1 = Lv / (C+v))과 캐비티(30) 부분을 지나는 시간(tu2 = l / 2C)로 구성된다.
또한, 하행 경로에 대한 초음파 전달시간(td)는 유체유동관(10) 부분을 지나는 시간(td1 = Lv / (C-v))과 캐비티(30) 부분을 지나는 시간(td2 = l / 2C)로 구성된다.
위의 가정으로 tu 및 td를 계산해보면, 각각 0.001 071 719 s 및 0.001 080 608 s가 된다.
이와 같은 결과를 수학식 1에 대입하면, 수학식 1에 의한 유속(V)은 7.675 526 m/s로서, 이는 최초에 가정했던 유속(V)인 10 m/s에 대해 상대 오차가 -23.24 %에 해당하는 것이다.
위 수학식 1에서 가상점(P)사이의 거리(Lv)를 실제 초음파 진동자(20) 사이의 거리(Lc)로 대신하고, 가상점(P) 사이의 수평거리(w)를 실제 초음파 진동자(20) 사이의 수평거리(W)로 대신하여 다음과 같은 수학식 2를 얻을 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112018099256015-pat00004
위에 얻었던 결과를 수학식 2에 대입하면, 수학식 2에 의한 유속(V)은 8.761 010 m/s로서, 이는 최초에 가정했던 유속(V)인 10 m/s에 대해 상대 오차가 -12.39 %에 해당하는 것이다. 수학식 2에 의한 결과는 수학식 1에 의한 결과에 비해 상대오차가 다소 감소하였으나, 여전히 매우 큰 오차를 가지고 있음을 알 수 있다.
또한, 위와 같은 오차를 해소하기 위해, 도 2에 도시한 것과 같이, 초음파 진동자(20)의 센서면의 중심(C)을 가상점(P)에 일치시키면 초음파 진동자(20)의 크기로 인해 초음파 진동자(20)가 유체유동관(10)의 내면으로 돌출되는 문제가 있다. 돌출된 초음파 진동자(20)는 mm 수준에서도 유체 흐름을 방해하는 등의 문제가 생길 수 있는바, 초음파 진동자(20)는 되도록 돌출되지 않도록 함몰배치할 필요가 있다. 특히, 초음파 신호의 직진성을 향상시키기 의도적으로 소정의 깊이로 초음파 진동자를 함몰배치할 필요가 있는데, 이 경우 전술한 수학식 1이나 수학식 2로 유속을 계산하게 되면 오차가 더욱 커지게 되는 문제가 있다.
이에 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 유량계의 유속측정 방법은 다음과 같은 새로운 유속계산식을 제안하고자 한다.
도 1을 기준으로 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 유량계의 유속측정방법에 대해 설명하도록 한다.
먼저, 상행 경로에 대한 초음파 전달시간(tu)은 다음과 같은 수학식 3으로 표현되고, 하행 경로에 대한 초음파 전달시간(td)은 다음과 같은 수학식 4로 표현된다.
[수학식 3]
Figure 112018099256015-pat00005
[수학식 4]
Figure 112018099256015-pat00006
위의 수학식 3 및 수학식 4에서 확인할 수 있는 바와 같이, 수학식 3과 수학식 4는 초음파의 진행경로는 유속의 영향을 받는 유체유동관(10) 부분과 유속의 영향을 받지 않는 캐비티(30) 부분으로 구성되는 것을 고려하여야 한다.
초음파의 진행 경로에 따른 초음파의 전달시간 차이를 계산하기 위해, 수학식 4에서 수학식 3을 제하여 주면 다음과 같은 수학식 5를 구할 수 있다.
[수학식 5]
Figure 112018099256015-pat00007
수학식 5를 초음파의 전달시간에 영향을 주는 유속(v)으로 정리하면 다음 수학식 6과 같다.
[수학식 6]
Figure 112018099256015-pat00008
이때, v2 / C2 은 1보다 현저히 작고, 0에 가깝기 때문에 v2 / C2를 0으로 가정할 수 있다. 예를 들어, v가 10 m/s 이고, C 가 1500 m/s 라면 v2 / C2 는 0.000 044 44 로 1보다 현저히 작은 것을 알 수 있다.
한편, 음속 C를 초음파 진동자(20) 사이의 거리(Lc)를 상행 경로 및 하행 경로에 대한 초음파 전달시간(tu, td)을 이용하여 구해보면 다음 수학식 7과 같다.
[수학식 7]
Figure 112018099256015-pat00009
또한, V = v / cos θ이고, cos θ = W / Lc 이므로, 수학식 7을 이용하여 수학식 6을 정리하면 다음 수학식 8과 같다.
[수학식 8]
Figure 112018099256015-pat00010
여기서 다음 수학식 9를 이용하여 수학식 8을 간략화한다.
[수학식 9]
Figure 112018099256015-pat00011
수학식 9에서 시간차인 Δt는 수 ns 수준이므로, Δt2 / 4 는 거의 0에 가까운바 무시할 수 있다.
수학식 9를 이용하여 수학식 8을 정리하면 다음과 같이 새로운 유속측정방법을 이용한 수학식 10을 도출할 수 있다.
[수학식 10]
Figure 112018099256015-pat00012
수학식 10을 정리하면 다음 수학식 11과 같다.
[수학식 11]
Figure 112018099256015-pat00013
특히, 수학식 11은 초음파 진동자(20)의 가상점(P)으로부터 이격거리(l)가 0 m이라면, Lc = Lv가 되어 종래 이용하던 유속측정방법인 수학식 1과 일치하는 것을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 유량계의 유속측장방법을 이용할 경우, 도 2와 같이 초음파 진동자(20)의 센서면의 중심(C)을 가상점(P)에 일치한 경우나, 도 1과 같이 초음파 진동자(20)의 센서면의 중심(C)의 가상점(P)에 대해 이격거리(l)만큼 이격된 경우나 무관하게 정확한 유속을 측정할 수 있다.
이와 같은 수학식 11을 이용하여, 다음과 같은 방법으로 유속을 측정할 수 있다.
먼저, 상기 유체유동관의 내면의 연장선과 초음파 진동자의 센서의 중심선의 연장선이 만나는 지점을 가상점이라고 가정할 경우에 상기 초음파 진동자에 대응하는 가상점 사이의 직선거리 Lv를 측정하고, 상기 초음파 진동자 사이의 직선거리 Lc를 측정하고, 상기 초음파 진동자 사이의 수평거리 W를 측정하는 단계를 수행한다.
이때, 가상점 사이의 직선거리 Lv는 가상점의 위치가 명확하지 않은바 측정이 어려울 수 있다. 따라서,
초음파 진동자의 센서면의 중심의 가상점에 대해 이격거리 l을 측정하고, Lc에서 2l을 제하는 방법으로 Lv를 측정할 수 있다.
다음으로 일측의 상기 초음파 진동자에서 신호를 발신하여 타측의 상기 초음파 진동자까지 도달되는데 소요되는 시간 tu와 타측의 상기 초음파 진동자에서 신호를 발신하여 일측의 상기 초음파 진동자까지 도달되는데 소요되는 시간 td를 측정하는 단계가 수행된다.
이처럼 측정한 값들을 이용하여, 유속 V를 전술한 수학식 10 또는 11을 이용하여 계산하는 단계를 수행한다.
이와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 유량계의 유속측정방법의 정확도를 확인하도록 한다.
지름(D)이 1 m인 유체유동관(10)에 45도 각도로 초음파 진동자(20)가 설치되어 있다고 가정하자. 이때, 초음파 진동자(20)의 가상점(P)으로부터 이격거리(l)는 0 내지 0.5 m에서 선택되어 배치된 것을 가정한다. 또한, 유체유동관(10)을 흐르는 유체의 유속(V)은 10 m/s이며, 음속(C)은 1500 m/s로 가정한다. 이때, 유체의 유속(V)이 10 m/s이며, 초음파 진동자(20)의 설치 각도(θ)가 45도이므로 초음파의 전달시간에 영향을 주는 유속(v)은 7.071 067 812 m/s가 된다.
이와 같은 가정 하에서, 수학식 1, 수학식 2 및 수학식 10에 따른 유속계산결과를 도 3 및 도 4에 표시하였다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 이격거리(l)가 0인 경우, 어떠한 수학식을 이용하더라도 최초에 가정했던 유속(V)인 10 m/s에 대해 오차가 없음을 알 수 있다.
하지만, 이격거리(l)가 커질수록 종래 이용하던 유속측정방법인 수학식 1과 그 변형인 수학식 2는 상대 오차가 급격히 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이에 비해 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 유량계의 유속측정방법인 수학식 10은 소수점 5~6짜리 정도에서 오차가 발생하는 바, 상대 오차가 거의 없다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 유량계의 유속측정방법에 이용되는 각종 변수 중 W, Lc, D, θ는 외부에서 측정이 가능한 바, 수학식 10에 이용되는 변수는 특정위치에 설치된 초음파 유량계의 해당 치수를 측정한 값을 상수로 입력할 수 있다.
또한, 초음파 진동자(20)의 센서면의 중심(C)을 가상점(P)에 대해 이격거리(l)는 외부에서 측정하거나, 초음파 진동자(20)가 설치되는 새들(또는 어댑터)에 별도의 위치표시계를 설치하여 측정하는 것도 가능하다.
이상에서는 초음파 진동자가 서로 대향하도록 배치되는 되는 초음파 유량계를 기준으로 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것이 아니며, 초음파 진동자에서 발신된 신호가 반사하여 초음파 진동자로 수신되는 구조를 가지는 초음파 유량계에 대해서도 동일하게 적용될 수 있음을 밝힌다.
본 발명의 귄리범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명이 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한 번 첨언한다.

Claims (3)

  1. 내부에 유체가 유속 V로 흐르는 유체유동관; 및
    상기 유체유동관의 일측에 상기 유체유동관에 대해 비스듬하게 배치되며, 서로 대향하도록 배치되되, 센서면의 중심이 상기 유체유동관 내면의 연장선으로부터 상기 유체유동관 외측으로 함물되도록 배치되는 제1 및 제2초음파 진동자;를 포함하는 초음파 유량계의 유속측정방법은,
    상기 유체유동관의 내면의 연장선과 제1 및 제2초음파 진동자의 센서의 중심선의 연장선이 만나는 지점을 가상점이라고 가정할 경우에 상기 제1 및 제2초음파 진동자에 대응하는 가상점 사이의 직선거리 Lv를 측정하고, 상기 제1 및 제2초음파 진동자 사이의 직선거리 Lc를 측정하고, 상기 제1 및 제2초음파 진동자 사이의 수평거리 W를 측정하는 단계;
    일측의 상기 제1초음파 진동자에서 신호를 발신하여 타측의 상기 제2초음파 진동자까지 도달되는데 소요되는 시간 tu와 타측의 상기 제2초음파 진동자에서 신호를 발신하여 일측의 상기 제1초음파 진동자까지 도달되는데 소요되는 시간 td를 측정하는 단계; 및
    유속 V를 다음 수학식 1을 이용하여 계산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 유량계의 유속측정방법.

    [수학식 1]
    Figure 112019094143230-pat00014

  2. 제1항에 있어서,
    상기 가상점으로부터 상기 제1 및 제2초음파 진동자의 센서면의 중심까지의 거리를 l이라 할 때,
    상기 Lv = Lc - 2l인 것을 특징으로 하는 초음파 유량계의 유속측정방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 수학식 1은 유속 측정시의 음속을 다음 수학식 2로 계산하여 도출된 것을 특징으로 하는 초음파 유량계의 유속측정방법.

    [수학식 2]
    Figure 112019094143230-pat00021

KR1020180120050A 2018-10-08 2018-10-08 함몰배치된 초음파 진동자를 포함하는 초음파 유량계의 유속측정방법 KR102088845B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180120050A KR102088845B1 (ko) 2018-10-08 2018-10-08 함몰배치된 초음파 진동자를 포함하는 초음파 유량계의 유속측정방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180120050A KR102088845B1 (ko) 2018-10-08 2018-10-08 함몰배치된 초음파 진동자를 포함하는 초음파 유량계의 유속측정방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102088845B1 true KR102088845B1 (ko) 2020-03-13

Family

ID=69938309

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180120050A KR102088845B1 (ko) 2018-10-08 2018-10-08 함몰배치된 초음파 진동자를 포함하는 초음파 유량계의 유속측정방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102088845B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102354614B1 (ko) * 2021-10-07 2022-01-24 동우옵트론 주식회사 초음파 유속계를 포함한 크로스 덕트형 복합 측정기

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009058444A (ja) * 2007-08-31 2009-03-19 Institute Of National Colleges Of Technology Japan 人工呼吸器用流量計

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009058444A (ja) * 2007-08-31 2009-03-19 Institute Of National Colleges Of Technology Japan 人工呼吸器用流量計

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102354614B1 (ko) * 2021-10-07 2022-01-24 동우옵트론 주식회사 초음파 유속계를 포함한 크로스 덕트형 복합 측정기

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2702666C (en) A method and system for detecting deposit buildup within an ultrasonic flow meter
EP2920556B1 (en) System and method for ultrasonic metering using an orifice meter fitting
KR101622543B1 (ko) 파이프 두께 자동 측정 기능을 구비하는 외벽 부착식 초음파 유량계
KR20150008444A (ko) 유량계 시스템
RU2580898C1 (ru) Ультразвуковая система измерения потока
US10488237B2 (en) Measurement apparatus for measuring a flow rate of a fluid
US9435681B2 (en) Method for in-situ calibrating a differential pressure plus sonar flow meter system using dry gas conditions
CN202158878U (zh) 用于燃油终端结算的超声波流量测量的装置
US4432243A (en) Flow calculator with velocity curve fitting circuit means
KR102088845B1 (ko) 함몰배치된 초음파 진동자를 포함하는 초음파 유량계의 유속측정방법
RU2396518C2 (ru) Способ и устройство акустического измерения расхода газа
JP4413645B2 (ja) 管内流体計測装置
KR101059931B1 (ko) 유량측정방법
Chun et al. Assessment of combined V/Z clamp-on ultrasonic flow metering
RU2471153C2 (ru) Способ и система измерения суммарного расхода текучей среды и ультразвуковой расходомер
JP5719872B2 (ja) 超音波流量測定システム
CN112747260A (zh) 一种防噪声干扰的超声波流量测量装置
JP5924556B2 (ja) 多相流流量計
Fedorov et al. Metrology and standardization in pressureless flows
Harvey et al. Flow measurement in gas drainage
RU2583127C1 (ru) Способ ультразвукового измерения расхода жидкостей и газов
TADAMA et al. SCHOICE AND CALIBRATION OF MULTIPHASE FLUID FLOW METER SYSTEMS (MFFM’S) IN OIL AND GAS EXPLORATION AND PRODUCTION INDUSTRY
Baker Ultrasonic flowmeters
KR101206915B1 (ko) 초음파 빔폭 조절장치 및 이의 설치위치 결정방법
JP2004045425A (ja) 流量計測装置

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant